高考物理系统性复习 第十四章 近代物理初步 章末总结（附解析）

第十四章近代物理初步章末总结【要点归纳】一、光电效应及光电效应方程1.有关光电效应的问题主要有两个方面，一是关于光电效应现象中有关规律的判断，二是应用光电效应方程进行简单的计算．处理该类问题关键是掌握光电效应的规律，明确各物理量之间的决定关系．2.光电效应的规律是：①截止频率ν0，是能使金属发生光电效应的最低频率，这也是判断能否发生光电效应的依据．若ν<ν0，无论多强的光照射时，都不能发生光电效应；②最大初动能Ek，与入射光的频率和金属的逸出功有关，与光强无关；③饱和光电流与光的强度有关，在入射光频率不变的情况下，光强正比于单位时间内照射到金属表面单位面积上的光子数．3.光电子的最大初动能跟入射光的能量hν、金属逸出功W0的关系为光电效应方程，表达式为Ek＝hν－W0，反映了光电效应现象中的能量转化和守恒．二、波粒二象性1．大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果显示出粒子性．如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，粒子性充分体现；但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律．这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据．2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用．3．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．4．对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．5．光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性．6．处理光的波粒二象性的关键是正确理解其二象性，搞清光波是一种概率波．三、原子的核式结构1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．2．α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．3．三个原子模型的对比．原子模型实验基础原子结构成功和局限“枣糕”模型电子的发现原子是一个球体，正电荷均匀分布在球内，电子镶嵌其中可解释一些实验现象，但无法说明α粒子散射实验核式结构模型卢瑟福的α粒子散射实验原子的中心有—个很小的核，全部正电荷和几乎全部质量集中在核里，电子在核外运动成功解释了α粒子散射实验，无法解释原子的稳定性及原子光谱的分立特征玻尔的原子模型氢原子光谱的研究在核式结构模型基础上，引入量子观念成功解释了氢原子光谱及原子的稳定性，不能解释较复杂原子的光谱现象说明：认识原子结构的线索：气体放电的研究→阴极射线→发现电子→汤姆孙的“枣糕”模型eq\o(→,\s\up13(α粒子散射实验))卢瑟福核式结构模型eq\o(→,\s\up13(氢原子光谱的研究))玻尔模型四、氢原子的能级能级公式1．氢原子的能级和轨道半径．氢原子的能级公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6eV.氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，r1＝0.53×10－10m.2．氢原子的能级图．(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．(2)横线左端的数字“1，2，3，…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子的能级．(3)相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小．(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hν＝Em－En.注：原子跃迁条件hν＝Em－En只适用于光子和原子作用而使原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时，只要入射光的能量E≥13.6eV，原子就能吸收．对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差即可．原子跃迁发生的光谱线条数N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)，是一群氢原子，而不是一个，因为某一个氢原子有固定的跃迁路径．五、核反应及其规律1．核反应：原子核的变化叫做核反应。2．规律：在各种核反应中，存在着一些“守恒量”，这些“守恒量”为我们提供了解决核反应中电荷、质量、能量、动量变化问题的方法和依据。概括为：(1)五个守恒①质量数守恒；②质子数(电荷数)守恒；③质量守恒(“亏损质量”与释放的“核能”相当)；④能量守恒；⑤动量守恒。(2)两个方程①质能方程：E＝mc2，m指物体的质量；②核能：ΔE＝Δmc2。(3)一个半衰期(T)①剩余核数：N＝N0(eq\f(1,2))eq\f(t,T)；②剩余质量：m＝m0(eq\f(1,2))eq\f(t,T)。3．原子核衰变规律衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－)1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒4.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变自发eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工转变人工控制eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(卢瑟福发现质子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克发现中子)eq\o\al(37,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e重核裂变比较容易进行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n轻核聚变除氢弹外无法控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n六、核能及其计算1．核能的两种类型在核反应过程中，由于核力对核子做功，会引起“核反应系统”(以下简称“系统”)的能量变化。我们则把系统释放或吸收的这部分能量，叫做核能．核反应即可分为质量亏损、释放能量和质量增加、吸收能量两大类型。其中，又以研究发生质量亏损、释放能量的一类核反应为主。2．核能的计算方法(1)根据质能方程，ΔE＝Δmc2是计算释放核能多少的主要方法，其关键是质量亏损Δm的确定。如果Δm单位为kg，则ΔE＝Δmc2如果Δm单位为u，则ΔE＝Δm×931.5MeV(2)如果在核反应中无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能．在这种情况下计算核能的主要依据是：①核反应过程中只有内力作用，故动量守恒。②反应前后总能量守恒。常见的反应类型的能量计算：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能。【考点整合】【考点一】对光电效应的理解和应用【典型例题1】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光的频率一定小于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【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B正确．【答案】B【考点二】氢原子能级跃迁问题【典型例题2】(2022•北京市海淀区高三(下)一模)如图所示为氦离子的能级图，根据玻尔原子理论，关于氦离子能级跃迁，下列说法正确的是()A．大量处于能级的氦离子，最多可辐射2种不同频率的光子B．从向能级跃迁，需吸收能量C．处于能级的氦离子，可以吸收的能量而发生电离D．从跃迁到能级比从跃迁到能级辐射出的光子频率低【解析】A．大量处于能级的氦离子，最多可辐射种不同频率的光子，故A错误；B．因为从向能级跃迁，是从高能级向低能级跃迁，要释放能量，故B错误；C．由图可知，处于能级的氦离子要发生电离，需要吸收的能量应满足，故C错误；D．因为从跃迁到能级辐射的光子能量为，而从跃迁到能级辐射的光子能量为，即从跃迁到能级比从跃迁到能级辐射出的光子的能量小，又因为，所以从跃迁到能级比从跃迁到能级辐射出的光子频率低，故D正确。故选D。【答案】D【考点三】核能的计算【典型例题3】(2022•安徽合肥市高三(下)二模)2021年12月30日，在中科院合肥等离子体物理研究所内，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克实验装置(EAST)实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上该装置高温等离子体运行的最长时间。该装置内发生的核反应方程为，已知氘核()的质量为2.0136u，X的质量为1.008