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,#,考点二近代物理初步,基础点,知识点,1,光电效应、波粒二象性,1,光电效应,(1),定义,照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。,(2),光电子,光电效应中发射出来的电子。,(3),光电效应规律,每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极,限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光电效应。,光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率,的增大而增大。,光电效应的发生几乎瞬时的，一般不超过,10,9,s,。,当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射,光的强度成正比。,2,爱因斯坦光电效应方程,(1),光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每,一份叫作一个光的能量子，简称光子，光子的能量,h,。其中,h,6.63,10,34,Js,。,(,称为普朗克常量,),(2),逸出功,W,：使电子脱离某种金属所做功的最小值。,0,(3),最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子,后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。,(4),遏止电压与截止频率,遏止电压：使光电流减小到零的反向电压,U,。,c,截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作该种,金属的截止频率,(,又叫极限频率,),。不同的金属对应着不同的极限频,率。,(5),爱因斯坦光电效应方程,表达式：,E,h,W,。,k,0,物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是,h,，,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功,W,，剩下的表现为逸出后,0,1,2,光电子的最大初动能,E,m,v,2,c,。,k,e,3,光的波粒二象性与物质波,(1),光的波粒二象性,光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。,光电效应说明光具有粒子性。,光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。,(2),物质波,概率波,光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹,是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此,光波又叫概率波。,物质波,任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种,h,p,波与它对应，其波长,，,p,为运动物体的动量，,h,为普朗克常,量。,知识点,2,氢原子光谱、能级,1,氢原子光谱,(1),光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得,光的波长,(,频率,),和强度分布的记录，即光谱。,(2),光谱分类,(3),氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱,1,1,1,线，其波长公式,R,(,n,3,4,5,，,R,是里德伯常量，,R,(,),2,2,n,2,1.10,10,7,m,1,),。,(4),光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别,物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元,素上有着重大的意义。,2,玻尔理论及能级结构,(1),玻尔理论,定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能,量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能,量。,跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨,道时，会放出能量为,h,的光子，这个光子的能量由前后两个能级的,能量差决定，即,h,E,E,。,(,h,是普朗克常量，,h,6.63,10,34,Js),m,n,轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运,动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连,续的。,(2),几个概念,能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化,的能量值，叫作能级。,基态：原子能量最低的状态。,激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态。,量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整,数。,1,(3),氢原子的能级公式：,E,E,(,n,1,2,3,，,),，其中,E,为基态,n,1,2,1,n,能量，其数值为,E,13.6_eV,。,1,(4),氢原子的半径公式：,r,n,2,r,(,n,1,2,3,，,),，其中,r,为基态,1,1,n,半径，又称玻尔半径，其数值为,r,0.53,10,10,m,。,1,(5),氢原子的能级图,能级图如图所示。,知识点,3,原子结构、原子核,1,原子核的组成,(1),电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了,电子，提出了原子的,“,枣糕模型,”,。,(2),原子的核式结构,1909,1911,年，英籍物理学家卢瑟福进行了,粒子散射实,验，提出了核式结构模型。,粒子散射实验的结果：绝大多数,粒子穿过金箔后，基本,上仍沿原来的方向前进，但有少数,粒子发生了大角度偏转，偏转,的角度甚至大于,90,，也就是说它们几乎被,“,撞了出来,”,，如图所,示。,原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几,乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。,(3),原子核的组成,原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带,正电，中子不带电。,基本关系。,a,核电荷数质子数,(Z),元素的原子序数核外电子数。,b,质量数,(A),核子数质子数中子数。,c,X,元素的原子核的符号为,AZ,X,，其中,A,表示质量数，,Z,表示,核电荷数。,2,天然放射现象,(1),天然放射现象,元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射,现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。,(2),放射性和放射性元素,物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元,素叫放射性元素。,(3),三种射线的比较,名称项目,射线,射线,射线,组成,高速氦核流,高速电子流,光子流,(,高频电磁波,),带电量,2,e,e,0,m,p,静止质量,质量,4,m,p,1836,为零,42,He,01,e,符号,速度,可达,0.1,c,可达,0.99,c,偏转,c,垂直进入电场或,磁场的偏转情况,贯穿本领,偏转,最弱,很强,不偏转,最强,较强,对空气的,较弱,很弱,电离作用,(4),放射性同位素的应用与防护,放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两,类，放射性同位素的化学性质相同。,应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。,防护：防止放射性对人体组织的伤害。,(5),原子核的衰变,衰变：原子核放出,粒子或,粒子，变成另一种原子核的变,化称为原子核的衰变。,分类,衰变：,AZ,X,AZ,24,Y,42,He,衰变：,AZ,X,Z,A,1,Y,01,e,半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。,半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无,关。,3,核力、结合能、质量亏损,(1),核力,定义,原子核内部，核子间所特有的相互作用力。,特点,a,核力是强相互作用的一种表现；,b,核力是短程力，作用范围在,1.5,10,15,m,之内；,c,每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。,(2),结合能,核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的,能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。,(3),比结合能,定义,原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合,能。,特点,不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原,子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。,(4),质能方程、质量亏损,爱因斯坦质能方程,E,mc,的质量和要小,m,，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能,E,mc,2,，原子核的质量必然比组成它的核子,2,。,4,核反应,(1),重核裂变,定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几,个质量数较小的原子核的过程。,特点。,a,裂变过程中能够放出巨大的能量；,b,裂变的同时能够放出,2,3(,或更多,),个中子；,c,裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和,四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小。,典型的裂变反应方程,29325,U,10,n,8396,Kr,15464,Ba,3,10,n,。,链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继,续下去的过程。,临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体,积及其相应的质量。,裂变的应用：原子弹、核反应堆。,反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。,(2),轻核聚变,定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反,应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。,特点。,a,聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂,变反应中每个核子放出的能量大,3,至,4,倍。,b,聚变反应比裂变反应更剧烈。,c,对环境污染较少。,d,自然界中聚变反应原料丰富。,典型的聚变反应方程：,21,H,31,H,42,He,10,n,17.60 MeV,(3),人工转变,卢瑟福发现质子：,174,N,42,He,187,O,H,。,1,查德威克发现中子：,94,Be,42,He,162,C,10,n,。,重难点,一、光电效应及其规律的认识,1,对光电效应规律的解释,对应规律,对规律的产生的解释,电子从金属表面逸出，首先必须,克服金属原子核的引力做功,W,，,0,存在极限频率,c,要使入射光子的能量不小于,W,，,0,W,0,对应的频率,，即极限频率,c,h,电子吸收光子能量后，一部分克,服阻碍作用做功，剩余部分转化,光电子的最大初动能随着入射光频,为光电子的初动能，只有直接从,率的增大而增大，与入射光强度无,金属表面飞出的光电子才具有最,关,大初动能，对于确定的金属，,W,0,是一定的，故光电子的最大初动,能只随入射光的频率增大而增大,光照射金属时，电子吸收一个光,子的能量后，动能立即增大，不,需要积累能量的过程,效应具有瞬时性,光较强时，包含的光子数较多，,照射金属时产生的光电子较多，,因而饱和电流较大,光较强时饱和电流大,2.,区分光电效应中的五组概念,(1),光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子,不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质,是电子。光子是光电效应的因，光电子是果。,(2),光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面,时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子,核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动,能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力,做功的情况，才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电子,的最大初动能。,(3),光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路,中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和,值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流,与所加电压大小无关。,(4),入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金,属表面单位面积上的总能量。,(5),光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的,规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频,率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间,没有简单的正比关系。,3,光电效应的图象分析,由图线直接,(,间接,),图象名称,图线形状,得到的物理量,极限频率：图线与,轴交点的横坐标,c,逸出功：图线与,E,k,轴交点的纵坐标的值,最大初动能,E,与入射,k,光频率,的关系图线,W,|,E,|,E,0,普朗克常量：图线,的斜率,k,h,遏止电压,U,：图线,c,与横轴的交点,颜色相同、强度不同,的光，光电流与电压,的关系,饱和光电流,I,：电,m,流的最大值,最大初动能：,E,km,eU,c,遏止电压,U,、,U,c1,c2,颜色不同时，光电流,与电压的关系,饱和光电流,I,、,I,1,2,最大初动能,E,k1,eU,，,E,eU,c2,c1,k2,截止频率,：图线,c,与横轴的交点,遏止电压,U,：随入,c,射光频率的增大而增,大,遏止电压,U,与入射光,c,频率,的关系图线,普朗克常量,h,：等,于图线的斜率与电子,电量的乘积，即,h,ke,。,(,注：此时两极之,间接反向电压,),特别提醒,(1),能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。,(2),光电效应中的,“,光,”,不是特指可见光，也包括不可见光。,(3),逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。,(4),光电子不是光子，而是电子。,二、氢原子能级图及原子跃迁,1,能级图中相关量意义的说明,相关量,意义,能级图中的横线,横线左端的数字,“,1,2,3,”,表示氢原子可能的能量状态,定态,表示量子数,横线右端的数字,“,13.6,，,3.4,”,表示氢原子的能量,表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量,差越小，距离越小,相邻横线间的距离,表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子,跃迁的条件为,h,E,E,带箭头的竖线,m,n,氢原子的能级图如图所示。,2,对原子跃迁条件,h,E,E,的说明,m,n,(1),原子跃迁条件,h,E,E,只适用于光子和原子作用而使原子,m,n,在各定态之间跃迁的情况。,(2),当光子能量大于或等于,13.6,eV,时，也可以被处于基态的氢,原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大,于,13.6 eV,时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。,(3),原子还可吸收外来实物粒子,(,例如自由电子,),的能量而被激,发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射,粒子的能量大于或等于两能级的能量差值,(,E,E,E,),，均可使原子,m,n,发生能级跃迁。,3,跃迁中两个易混问题,(1),一群原子和一个原子,氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一,个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道,时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这,些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。,一群氢原子处于量子数为,n,的激发态时，可能辐射出的光谱线,n,n,1,条数为,N,C,2,n,。,2,(2),直接跃迁与间接跃迁,原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直,接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射,(,或吸收,),光子的能,量是不同的。直接跃迁时辐射,(,或吸收,),光子的能量等于间接跃迁时,辐射,(,或吸收,),的所有光子的能量和。,4,与能级有关的能量问题,(1),原子从低能级向高能级跃迁的能量情况,吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足,h,E,E,末,初,时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级,E,向高能级,E,跃,初,末,迁，而当光子能量,h,大于或小于,E,E,时都不能被原子吸收。,末,初,(2),原子从高能级向低能级跃迁的能量情况,以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃,迁时的两能级间的能量差。,(3),电离时的能量,当光子能量大于或等于原子所处的能级绝对值时，可以被氢原,子吸收，使氢原子电离，多余的能量作为电子的初动能。,(4),氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律,电子动能变化规律,a,从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即,e,r,2,v,2,ke,2,k,m,，所以,E,，随,r,增大而减小。,k,n,2,r,2,r,n,b,从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负,功，故电子动能减小。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正,功，故电子的动能增大。,原子的电势能的变化规律,a,通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负,功，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正,功，原子的电势能减小。,b,利用原子能量公式,E,E,E,判断，当轨道半径增大时，,n,k,n,p,n,原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大。反之，当轨,道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减,小。,E,1,原子能量变化规律：,E,E,E,，随,n,增大而增大，随,n,k,n,p,n,n,2,n,的减小而减小，其中,E,13.6 eV,。,1,特别提醒,(1),原子的跃迁条件,h,E,E,只适用于光子和原子作用而使原,m,n,子在各定态之间跃迁的情况。对于光子和原子作用而使原子电离的,情况，只要入射光子的能量,E,13.6,eV,，原子就能吸收。对于实物,粒子与原子作用而使原子激发的情况，实物粒子的能量大于或等于,能级差即可。,(2),利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定,物质的组成，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的,意义。,三、原子核及其衰变、核反应,1,衰变规律及实质,(1),衰变和,衰变的比较,衰变类型,衰变,衰变,MZ,X,MZ,24,Y,42,He,MZ,X,Z,M,1,Y,01,衰变方程,e,2,个质子和,2,个中子结合,中子转化为质,成一个整体射出,子和电子,衰变实质,衰变规律,2,1,H,2,10,n,42,He,1,e,10,n,H,01,电荷数守恒、质量数守恒,(2),射线：,射线经常是伴随着,衰变或,衰变同时产生的。这,是由于衰变后的新核具有较大的能量而处于激发态，在向低能级跃,迁时能量以,光子的形式辐射出来。原子核放出一个,光子不会改,变它的质量数和电荷数，不能单独发生,衰变。,特别提醒,(1),原子核放出,粒子或,粒子，并不表明原子核内有,粒子或,粒子,(,很明显，,粒子是电子流，而原子核内不可能有电子存在,),。,(2),原子核衰变时遵循质量数守恒而不是质量守恒。原子核衰变,前后的总质量一般会发生变化,(,质量亏损,),而释放出核能。但是，原,子核衰变遵循质量数守恒。,2,确定衰变次数的方法,(1),设放射性元素,AZ,X,经过,n,次,衰变和,m,次,衰变后，变成稳,定的新元素,AZ,Y,，则表示该核反应的方程为,AZ,X,AZ,Y,n,42,He,m,01,e,。,根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程,A,A,4,n,，,Z,Z,2,n,m,。,(2),确定衰变次数，因为,衰变对质量数无影响，先由质量数的,改变确定,衰变的次数，然后再根据衰变规律确定,衰变的次数。,3,对半衰期的理解,(1),根据半衰期的概念，可总结出公式,1,2,1,原,2,N,N,(,),t,/,，,m,m,(,),t,/,余,原,余,式中,N,、,m,表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，,N,原,原,、,m,表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，,t,余,余,表示衰变时间，,表示半衰期。,(2),影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定,的，跟原子所处的物理状态,(,如温度、压强,),或化学状态,(,如单质、化,合物,),无关。,4,四种核反应的快速区分,(1),衰变反应：反应方程左边只有一个原子核，右边有两个且其,中包含一个氦核或电子。,(2),人工核反应：核反应方程左边有一个原子核和,粒子、中,子、质子、氘核等粒子中的一个，右边有一个新核，还可能放出一,个粒子。,(3),重核的裂变：左边为重核与中子，右边为两个以上的核并放,出若干个粒子。,(4),轻核的聚变：左边为轻核，右边为质量较大的核。例如氘核,和氚核聚变成氦核的反应。,5,四种核反应类型的区分与典例,续表,特别提醒,(1),核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向,箭头,“”,连接并表示反应方向，不能用等号连接。,(2),核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个,守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程。,(3),核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应,前后的总质量一般会发生变化。,(4),核反应遵循电荷数守恒。,四、核能,1,质能方程的理解,(1),一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量,成正比，即,E,mc,2,。,方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正,比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也,减少。,(2),核子在结合成原子核时出现质量亏损,m,，其能量也要相应,减少，即,E,mc,(3),原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加,m,，吸收的能量为,E,mc,2,。,2,。,(4),物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止,质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量。,质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。,2,核能释放的两种途径的理解,中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定。,(1),使较重的核分裂成中等大小的核。,(2),较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，,都可以释放能量。,3,核反应过程中的综合问题,(1),两个守恒定律的应用,若两原子核发生核反应生成两种或两种以上的新生原子核过程,中满足动量守恒的条件，则,m,v,m,v,m,v,m,v,1,1,2,2,3,3,4,4,若核反应过程中释放的核能全部转化为新生原子核的动能，,由动能守恒得,1,2,1,2,1,2,1,4,m,1,v,21,m,v,2,E,m,v,23,m,v,24,2,3,2,(2),原子核衰变过程中，,粒子、,粒子和新生原子核在磁场中,的轨迹。,衰变中，,粒子和新生原子核在磁场中的轨迹外切，如图,(,甲,),所示。,衰变中，,粒子和新生原子核在磁场中的轨迹内切，如图,(,乙,),所示。,4,计算核能的两种方法,(1),根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中质量亏损的千克数,乘以真空中光速的平方，即,E,mc,2,；,(2),根据,1,原子质量单位,(u),相当于,931.5,MeV,的能量，得,E,质量亏损的原子质量单位数,931.5 MeV,。,特别提醒,由,E,mc,2,计算，关键是确定质量亏损，即核反应前后的质,量差；同时应注意,m,的单位，若,m,用,kg,作单位，,c,3,10,m/s,，核能,E,mc,的单位为,J,。若,m,以原子质量单位,u,为单,8,2,位，则核能利用公式,E,m,931.5,MeV,来计算，其结果是以兆,电子伏,(MeV),为单位。,1,思维辨析,(1),大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效,果往往显示出粒子性。,(,),(2),光既有波动性又有粒子性，是互相矛盾的，是不能统一的。,(,),(3),光的频率越高，波动性越显著。,(,),(4),运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没,有特定的运动轨道。,(,),(5),实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性。,(,),(6),按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。,(,),(7),人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴,极射线发现电子开始的。,(,),(8),人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。,(,),(9),如果某放射性元素的原子核有,100,个，经过一个半衰期后还,剩,50,个。,(,),(10),质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。,(,),答案,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10),2,(,多选,),用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种,频率的单色光,a,照射光电管阴极,K,，电流计,G,的指针发生偏转。而,用另一频率的单色光,b,照射光电管阴极,K,时，电流计,G,的指针不发,生偏转，那么,(,),A,a,光的频率一定大于,b,光的频率,B,只增加,a,光的强度可使通过电流计,G,的电流增大,C,增加,b,光的强度可能使电流计,G,的指针发生偏转,D,用,a,光照射光电管阴极,K,时通过电流计,G,的电流是由,d,到,c,答案,AB,解析,由于用单色光,a,照射光电管阴极,K,，电流计,G,的指针发,生偏转，说明发生了光电效应，而用另一频率的单色光,b,照射光电,管阴极,K,时，电流计,G,的指针不发生偏转，说明,b,光不能发生光电,效应，即,a,光的频率一定大于,b,光的频率；增加,a,光的强度可使单,位时间内逸出光电子的数量增加，则通过电流计,G,的电流增大；因,为,b,光不能发生光电效应，所以即使增加,b,光的强度也不可能使电,流计,G,的指针发生偏转；用,a,光照射光电管阴极,K,时通过电流计,G,的电子的方向是由,d,到,c,，所以电流方向是由,c,到,d,。选项,A,、,B,正,确。,3,玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子,能级图如图所示。当氢原子从,n,4,的能级跃迁到,n,2,的能级时，,辐射出频率为,_,Hz,的光子，用该频率的光照射逸出功为,2.25,eV,的钾表面，产生的光电子的最大初动能为,_,eV,。,(,电,子电荷量,e,1.60,10,19,C,，普朗克常量,h,6.63,10,34,Js),答案,6.2,10,14,0.30,解析,氢原子从,n,4,的能级跃迁到,n,2,的能级时，释放出光,子的能量为,E,0.85,eV,(,3.40,eV),2.55,eV,，由,h,E,解得光,子的频率,6.2,10,14,Hz,。,用此光照射逸出功为,2.25,eV,的钾时，由光电效应方程知，产,生光电子的最大初动能为,E,h,W,(2.55,2.25)eV,0.30 eV,。,k,考法综述,本考点内容在高考中占有很重要的地位、考查,频率很高。由于知识较琐碎，试题难度比较低，所以在复习中应以,掌握基础知识为主，本考点内容可归纳如下：,7,个概念,光电效应、能级、基态、激发态、半衰期、结合,能、比结合能,1,个方程,光电效应方程,3,种射线,、,、,射线,1,个模型,玻尔原子模型,1,t,(),2,2,个公式,m,m,0,E,mc,2,4,类核反应,衰变、人工转变、裂变、聚变,7,位科学家,玻尔、卢瑟福、查德威克、居里夫人、爱因斯,坦、德布罗意,命题法,1,光电效应及其方程,典例,1,小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，,实验装置示意如图甲所示。已知普朗克常量,h,6.63,10,34,Js,。,(1),图甲中电极,A,为光电管的,_(,填,“,阴极,”,或,“,阳,极,”,),；,(2),实验中测得铷的遏止电压,U,与入射光频率,之间的关系如图,c,乙所示，则铷的截止频率,_,Hz,，逸出功,W,_,c,0,J,；,(3),如果实验中入射光的频率,7.00,10,14,Hz,，则产生的光电,子的最大初动能,E,_ J,。,k,答案,(1),阳极,(2)(5.12,5.18),10,14,(3.39,3.43),10,19,(3)(1.21,1.25),10,19,解析,(1),由光电管的结构知，,A,为阳极。,(2),U,图象中横轴的截距表示截止频率，,5.14,10,14,Hz,，逸,c,c,出功,W,h,6.63,10,34,5.14,10,14,J,3.41,10,19,J,。,0,c,(3),由爱因斯坦的光电效应方程,E,h,W,6.63,10,k,0,34,7.00,10,14,J,3.41,10,19,J,1.23,10,19,J,。,【解题法】应用光电效应方程时的注意事项,(1),每种金属都有一个截止频率，光频率大于这个截止频率才能,发生光电效应。,(2),截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长,c,和金属的逸出功，即,h,h,W,。,0,0,0,(3),应用光电效应方程,E,h,W,时，注意能量单位电子伏和焦,k,0,耳的换算,(1 eV,1.6,10,19,J),。,1,2,(4),作为能量守恒的一种表达式可以定性理解方程,h,W,0,m,v,2,的意义：即入射光子的能量一部分转换在金属的逸出功上，剩,余部分转化为光电子的动能。对某种金属来说,W,为定值，因而光子,0,频率,决定了能否发生光电效应及光电子的初动能大小。每个光子,1,2,的一份能量,h,与一个光电子的动能,m,v,2,对应。,命题法,2,光的波粒二象性、物质波,典例,2,(,多选,),用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间,的增加，在屏上先后出现如图,(a),、,(b),、,(c),所示的图象，则下列说法,正确的是,(,),A,图象,(a),表明光具有粒子性,B,图象,(c),表明光具有波动性,C,用紫外光观察不到类似的图象,D,实验表明光是一种概率波,答案,ABD,解析,图象,(a),曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性，,图象,(c),曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，,A,、,B,正确；,同时实验也表明光波是一种概率波，,D,正确；紫外光本质和可见光,本质相同，也可以发生上述现象，,C,错误。,【解题法】波粒二象性的深入理解,(1),虽然平时看到宏观物体运动时，看不出其波动性，但也有一,个波长与之对应。例如飞行子弹的波长约为,10,34,m,。,(2),波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波,动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测。,(3),德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率,大的地方，但概率的大小受波动规律的支配。,(4),光既具有粒子性，又具有波动性，对光的波粒二象性的理,解：,项目,内容,说明,(1),当光同物质发生作用时，,这种作用是,“,一份一份,”,进行,的，表现出粒子性,粒子的含义是,“,不,连续的,”“,一份一,份的,”,，光的粒子即,光子,光的粒子性,(2),少量或个别光子容易显示,出光的粒子性,光的波动性是光子,本身的一种属性，,不是光子之间相互,作用产生的，光的,波动性不同于宏观,概念的波,(1),足够能量的光在传播时，,表现出波动的性质,光的波动性,(2),光是一种概率波，即光子,在空间各点出现的可能性大小,(,概率,),可用波动规律来描述,宏观世界：波和粒子是相互对立的概念,微观世界：波和粒子是统一的。光子说并未否定波,波和粒子的对立,与统一,hc,动性，光子能量,E,h,，其中，,和,就是描述,波的两个物理量,命题法,3,玻尔理论、能级问题,典例,3,(,多选,),氢原子能级如图所示，当氢原子从,n,3,跃迁,到,n,2,的能级时，辐射光的波长为,656,(,),nm,。以下判断正确的是,A,氢原子从,n,2,跃迁到,n,1,的能级时，辐射光的波长大于,656 nm,B,用波长为,325,nm,的光照射，可使氢原子从,n,1,跃迁到,n,2,的能级,C,一群处于,n,3,能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生,3,种谱线,D,用波长为,633,nm,的光照射，不能使氢原子从,n,2,跃迁到,n,3,的能级,答案,CD,hc,解析,由能级跃迁公式,h,E,E,可知，能级差越大的,m,n,跃迁，对应吸收或辐射的波长越短，,A,错误；由能级图知，,E,E,3,2,c,c,1.89,10.2,1.89,eV,h,，,E,E,10.2,eV,h,。联立可得,1,2,1,2,1,2,121.56,nm,，,B,错误；一群处于,n,3,能级上的氢原子跃迁产生的谱,n,n,1,线数,N,3,种，,C,正确；氢原子从,n,2,跃迁到,n,3,需吸,2,收的光的波长仍为,656 nm,，,D,正确。,【解题法】能级跃迁的规律,(1),自发跃迁：高能级,低能级，释放能量，发出光子。,E,E,h,高,E,h,低,光子的频率,。,(2),受激跃迁：低能级,高能级，吸收能量。,光照,(,吸收光子,),：光子的能量必须恰等于能级差,h,E,。,碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，,E,E,。,外,大于电离能的光子被吸收，将原子电离。,(3),一群氢原子处于量子数为,n,的激发态时，可能辐射出的光谱,n,n,1,线条数,N,C,2,n,。,2,命题法,4,核反应方程、核能,典例,4,钚的放射性同位素,239,Pu,静止时衰变为铀核激发态,94,235,92,U*,、,粒子，而铀核激发态,235,92,U*,立即衰变为铀核,29325,U,，并,放出能量为,0.097 MeV,的,光子。已知：,239,Pu,、,235,U,和,粒子,94,92,的质量分别为,m,239.0521,u,、,m,235.0439,u,和,m,4.0026,u,，,1,Pu,U,u,931.5 MeV/,c,2,。,(1),写出衰变方程；,(2),已知衰变放出的光子的动量可忽略，求,粒子的动能。,答案,(1)239,Pu,235,U,(2)5.034 MeV,94,92,解析,(1),衰变方程为,239,Pu,235,U*,94,92,235,U*,235,U,92,92,或合起来有,239,Pu,235,U,94,92,(2),上述衰变过程的质量亏损为,m,m,m,m,Pu,U,放出的能量为,E,m,c,2,E,是铀核,235,U,的动能,E,、,粒子的动能,E,和,光子的能量,92,U,E,之和，,E,E,E,E,U,于是,E,E,(,m,m,m,),c,2,E,U,Pu,U,设衰变后的铀核和,粒子的速度分别为,v,和,v,，则由动量守恒,U,有,m,v,m,v,U,U,又由动能的定义知,1,2,1,E,m,v,2,，,E,m,v,2,U,U,U,2,E,U,由式得,m,E,m,U,m,U,由式得,E,(,m,m,m,),c,2,E,Pu,U,m,U,m,代入题给数据得,E,5.034 MeV,。,【解题法】计算核能的几种方法,(1),根据,E,mc,计算，计算时,m,的单位是,“kg”,，,c,的单位是,2,“m/s”,，,E,的单位是,“J”,。,(2),根据,E,m,931.5,MeV,计算。因,1,原子质量单位,(u),相当,于,931.5,MeV,的能量，所以计算时,m,的单位是,“u”,，,E,的单位是,“MeV”,。,(3),根据平均结合能来计算核能,原子核的结合能平均结合能,核子数。,(4),有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时应注意,动量、动能关系式,p,2,2,mE,的应用。,k,总之，关于结合能,(,核能,),的计算，应根据题目的具体情况合理,选择核能的求解方法，且计算时要注意各量的单位。,
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