高考物理一轮复习 第十五章 近代物理初步课件.ppt

第十五章近代物理初步 复习目标定位 1 氢原子光谱 2 氢原子的能级结构 能级公式 3 原子核的组成 放射性 原子核的衰变 半衰期 4 放射性同位素 5 核力 核反应方程 6 结核能 质量亏损 7 裂变反应和聚变反应 裂变反应堆 8 放射线的危害和防护 9 波粒二象性 10 光电效应 11 爱因斯坦光电效应方程 解读 理解玻尔理论对氢原子光谱的解释 掌握氢原子能级公式并能灵活应用 用氢原子能级图求解原子能级跃迁问题是高考的热点 理解原子的核式结构模型 知道原子核的组成 了解放射性 半衰期的概念 了解放射性同位素的应用 了解核力的特点 能书写核反应方程 能区分核反应的种类并根据质能方程求解有关核能问题 了解裂变反应 聚变反应的应用 射线的危害和防护方法 原子的核式结构 玻尔理论 能级公式 利用氢原子能级图求解有关原子跃迁问题在高考中命题频率较高 既可单独命题 也可与其他内容相结合命题 命题形式多以选择题为主 光电效应现象 光电效应方程 半衰期 质能方程的应用 计算以及核反应方程的书写是高考的热点 在复习时要抓好基础 灵活应用 这部分知识考纲要求均为 级要求 学习时注意基本概念的理解和基本规律的简单应用 做到重点知识重点掌握 核反应方程 核能的计算 氢原子能级跃迁 光电效应等重点知识在高考中出现的机率较大 对这些知识应重点强化 同时注意这些知识与现代生产生活 高科技的相互联系 第一讲波粒二象性 原子结构 原子核 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 光电效应 考点自清 1 光电效应 照射到金属表面的光 能使金属中的从表面逸出的现象 2 光电效应的实验规律 1 任何一种金属都有一个极限频率 入射光的频率必须这个极限频率才能发生光电效应 低于这个极限频率则不能发生光电效应 电子 大于 2 光电子的最大初动能与入射光的强度 随入射光频率的增大而增大 3 入射光照到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过s 4 当入射光的频率大于极限频率时 光电流强度与入射光的强度成 无关 10 9 正比 特别提醒 1 照射光的频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大初动能 2 光电子是金属表面受光照射逸出的电子 光电子也是电子 并非光子 3 光电效应方程 1 光子说 在空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光的能量子 简称光子 光子的能量 其中h j s h 6 63 10 34 w0 逸出功w0 基础自测 1 光电效应实验中 下列表述正确的是 a 光照时间越长光电流越大b 入射光足够强就可以有光电流c 遏止电压与入射光的频率有关d 入射光频率大于极限频率才能产生光电子 解析 要产生光电效应 入射光的频率必须大于最小频率 即极限频率 当入射光的频率小于极限频率时 不管光的强度多大 都不会产生光电效应 与光照时间无关 故选项d正确 选项a b错误 对同一种金属 入射光的频率越大 光电子的最大初动能越大 需要的遏止电压越大 c正确 答案 cd 二 光的波粒二象性 考点自清 1 光电效应说明光具有性 同时光还具有性 即光具有波粒二象性 2 大量光子运动的规律表现出光的波动性 单个光子的运动表现出光的性 3 光的波长越长 越明显 越容易看到光的干涉和衍射现象 光的频率越高 越明显 穿透本领越强 粒子 波动 粒子 波动性 粒子性 基础自测 2 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 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 解析 图象 a 曝光时间短 通过光子数目很少 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 故选项a b正确 同时也表明光波是一种概率波 故选项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 故选项c错误 答案 abd 三 原子的核式结构 氢原子光谱和玻尔理论 考点自清 1 原子结构 1 电子的发现 英国物理学家发现了电子 2 粒子散射实验1909 1911年 英国物理学家和他的助手进行了用 粒子轰击金箔的实验 实验发现绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿方向前进 但有少数 粒子发生了大角度偏转 极少数偏转的角度甚至大于90 也就是说它们几乎被 撞 了回来 汤姆孙 卢瑟福 原来 3 原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核 原子全部的和几乎全部都集中在核里 带负电的电子在核外空间绕核旋转 正电荷 质量 2 光谱的分类 3 光谱分析利用原子的分析和确定物质的组成成分的方法 特征谱线 3 玻尔理论 能级 1 玻尔原子模型 轨道假设 原子中的电子在库仑引力的作用下 绕原子核做圆周运动 电子绕核运动的是量子化的 定态假设 电子在不同的轨道上运动时 原子处于不同的状态 因而具有不同的能量 即是量子化的 这些具有确定能量的稳定状态称为定态 在各个定态中 原子是稳定的 不向外辐射能量 可能轨道 原子的能量 跃迁假设 原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要或一定频率的光子 光子的能量等于两个能级的能量差 即h em en m n 辐射 吸收 n2 0 53 10 10 13 6ev 基础自测 3 一个氢原子从n 3能级跃迁到n 2能级 该氢原子 a 放出光子 能量增加b 放出光子 能量减少c 吸收光子 能量增加d 吸收光子 能量减少解析 根据玻尔原子理论知 氢原子从高能级n 3向低能级n 2跃迁时 将以光子形式放出能量 放出光子后原子能量减少 故选项b正确 答案 b 四 三种射线 两种衰变 考点自清 1 天然放射现象 1 天然放射现象元素地放出射线的现象 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 具有放射性的元素叫元素 自发 原子核 放射性 放射性 3 三种射线 放射性元素放射出的射线共有三种 分别是 4 放射性同位素的应用与防护 放射性同位素 有放射性同位素和放射性同位素两类 放射性同位素的化学性质相同 应用 消除静电 工业探伤 作等 防护 防止放射性对人体组织的伤害 射线 射线 射线 天然 人工 示踪原子 原子核 原子核 半数 基础自测 4 关于天然放射现象 下列说法正确的是 a 射线是由氦原子核衰变产生b 射线是由原子核外电子电离产生c 射线是由原子核外的内层电子跃迁产生d 通过化学反应不能改变物质的放射性 解析 射线都是由原子核的衰变而产生的 射线本身就是氦核 不可能由氦原子核衰变而成 物质的放射性是由元素的原子核本身决定的 与化学反应无关 a b c错误 d项正确 答案 d 五 核反应的四种类型 考点自清 特别提醒 1 核反应过程一般是不可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向 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 遵循电荷数守恒 答案 ac 六 核能 考点自清 1 核子 原子核由质子和中子组成 质子和中子统称为 2 核力 1 定义 原子核里的间存在的一种相互作用力 2 特点 核力是强相互作用的一种表现 核力是 作用范围在1 5 10 15m之内 因此每个核子只跟邻近的核子间才有核力作用 核子 核子 短程力 3 结合能 1 定义 结合成原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量 2 质量亏损 原子核的质量小于组成它的的质量之和 这个现象叫质量亏损 3 质能方程 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 核子 核子 mc2 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 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 mc2 mc2 较大 较小 中子 特别提醒爱因斯坦的质能方程反映了原子核质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系 并不表示质量和能量的转变关系 即 核反应中的质量亏损 并不是这部分质量消失或质量转化为能量 质量亏损也不是核子数的减少 核反应中核子的个数是不变的 答案 b 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 1 对光电效应的理解 1 光电效应的实质光子照射到金属表面 某个电子吸收光子的能量使其动能变大 当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时 便飞出金属表面成为光电子 2 对光电效应规律的解释 3 用光电管研究光电效应 常见电路 光电流与饱和电流a 入射光强度 指单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量 可以理解为频率一定时 光强越大 光子数越多 b 光电流 指光电子在电路中形成的电流 光电流有最大值 未达到最大值以前 其大小和光强 电压都有关 达到最大值以后 光电流和光强度成正比 c 饱和电流 指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流 饱和电流不随电路中电压的增大而增大 两条分析线索a 通过频率分析 光子频率高 光子能量大 产生光电子的最大初动能大 b 通过光的强度分析 入射光强度大 光子数目多 产生的光电子多 光电流大 2 光电效应的图象描述 光的波粒二象性中所说的波是一种概率波 对大量光子才有意义 波粒二象性中所说的粒子 是指其不连续性 是一份能量 两者不是孤立的 而是有机的统一体 其表现为 1 从数量上看 个别光子的作用效果往往表现为粒子性 大量光子的作用效果往往表现为波动性 2 从频率上看 频率越低波动性越显著 越容易看到光的干涉和衍射现象 频率越高粒子性越显著 越不容易看到光的干涉和衍射现象 贯穿本领越强 2014年江苏卷 已知钙和钾的截止频率分别为7 73 1014hz和5 44 1014hz 在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应 比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子 钙逸出的光电子具有较大的 a 波长b 频率c 能量d 动量 例1 答案 a 关于光电效应 下列说法正确的是 a 金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子 当它积累的动能足够大时 就能逸出金属b 如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功 便不能发生光电效应c 发生光电效应时 入射光越强 光子的能量就越大 光电子的最大初动能就越大d 不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的 变式训练1 解析 发生光电效应时金属表面原子的电子只能吸收一个光子的能量逸出 没有能量积累的过程 故选项a错误 入射光的频率低于金属发生光电效应的极限频率 即其能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需的最小功时 不能发生光电效应 故选项b正确 入射光的强度与其频率和单位时间内入射的光子数两个方面有关 光电子的最大初动能仅与入射光的频率有关 选项c错误 不同金属产生光电效应的入射光的最低频率不同 选项d错误 答案 b 1 氢原子的能级图 1 氢原子的能级图如图所示 2 能级图中相关量意义的说明 2 对氢原子跃迁的理解 1 原子从低能级向高能级跃迁 吸收一定能量的光子 当一个光子的能量满足h e末 e初时 才能被某一个原子吸收 使原子从低能级e初向高能级e末跃迁 而当光子能量h 大于或小于e末 e初时都不能被原子吸收 2 原子从高能级向低能级跃迁 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 4 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地被原子吸收 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 em en 均可使原子发生能级跃迁 如图所示 是氢原子四个能级的示意图 当氢原子从n 4的能级跃迁到n 3的能级时 辐射出光子a 当氢原子从n 3的能级跃迁到n 2的能级时 辐射出光子b 则以下判断正确的是 例2 a 光子a的能量大于光子b的能量b 光子a的频率大于光子b的频率c 光子a的波长大于光子b的波长d 在真空中光子a的传播速度大于光子b的传播速度 思路指导 氢原子从高能级跃迁到低能级 释放光子的能量 e是两个定态的能量差决定 即 e en em 而光子的能量e h 在真空中各种频率的光传播速度相同 解析 ea e4 e3 0 66ev eb e3 e2 1 89ev ea b 选项c正确 在真空中光子的传播速度相同 均是3 108m s 选项d错误 本题答案为c 答案 c 如图为氢原子能级示意图的一部分 则氢原子 变式训练2 a 从n 4能级跃迁到n 3能级比从n 3能级跃迁到n 2能级辐射出电磁波的波长长b 从n 5能级跃迁到n 1能级比从n 5能级跃迁到n 4能级辐射出电磁波的速度大c 处于不同能级时 核外电子在各处出现的概率是一样的d 从高能级向低能级跃迁时 氢原子核一定向外放出能量 答案 a 1 原子核衰变规律 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 特别提醒 1 误认为少量的原子核衰变一半经过的时间也是一个半衰期 实际半衰期是一个统计规律 对大量的原子核才成立 2 误认为既然衰变前后质量数守恒 质量也守恒 实际上因为衰变中放出能量 一定存在质量亏损 例3 思路指导 根据原子核发生 衰变的规律 以及衰变前后质量数和电荷数守恒来确定发生 衰变的次数 由图象确定15p 获得相关信息 计算其半衰期 解析 1 设 衰变次数为x 衰变次数为y 由质量数守恒和电荷数守恒得232 208 4x90 82 2x y解得x 6 y 4 c错d对 铅核 钍核的质子数分别为82 90 故a对 铅核 钍核的中子数分别为126 142 故b对 答案 1 abd 2 正电子5