高考物理一轮复习 考点考法 第13章 近代物理课件 新人教版.ppt

第13章近代物理 考点36原子结构能级 考点35量子论初步光电效应波粒二象性 考点37核反应质能方程 考点35量子论初步光电效应波粒二象性 必备知识全面把握核心方法重点突破考法1光电效应的理解考法2光电效应方程的应用考法3光的波粒二象性考法例析成就能力题型1光电效应的理解题型2光电效应方程的应用题型3波粒二象性 必备知识全面把握 1 光电效应 1 光电效应在光的照射下物体发射电子的现象 它是光的粒子性的表现 是光量子说的实验基础 2 光电效应中的四条规律 存在遏止电压和截止频率使光电流减小到0的反向电压uc为遏止电压 能使某种金属发生光电效应的最小频率称为截止频率 光电子的最大初动能只随入射频率的增大而增大 与入射光的强度无关 光电效应的产生几乎是瞬时的 一般不超过10 9s 能发生光电效应时 饱和光电流与入射光的强度成正比 3 爱因斯坦光子说在空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份叫作一个光量子 光子的能量e跟光的频率 成正比 即e h 用光量子说能成功地解释光电效应现象 4 爱因斯坦的光电效应方程ek h w 其中ek为光电子的最大初动能 h 为入射光子的能量 w为逸出功 5 逸出功某种金属中不同电子脱离这种金属所需的功不一样 使电子脱离某种金属所做功的最小值 叫作这种金属的逸出功 2 光的波粒二象性与物质波 1 光是一种波 同时也是一种粒子 即光具有波粒二象性 2 光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的 波动性是光子本身的一种属性 3 在微观世界中 光的波动性和粒子性是矛盾的统一体 既不可把光看成宏观概念中的波 也不可把光当成微观概念中的粒子 大量光子的行为显示波动性 少数光子的行为表现粒子性 光在传播过程中往往显示波动性 在与物质作用时往往显示粒子性 频率低的光波动性显著 频率高的光粒子性显著 4 物质波物理学把物质分为两大类 一类是质子 电子等 称为实物 另一类是电场 磁场等 统称场 光是传播着的电磁场 具有粒子性 德布罗意认为任何一个运动着的物体 小到电子 质子 大到行星 太阳都有一种波和它对应 波长 h q 其中p是运动物体的动量 h是普朗克常量 数值为6 63 10 34j s 人们把这种波叫作物质波 也叫德布罗意波 与光波一样 物质波也是概率波 电子束的衍射图样中的亮 暗条纹是由电子落点的概率大小所决定的 考点35 核心方法重点突破 考法1光电效应的理解 广东理综2014 18 6分 多选 在光电效应实验中 用频率为 的光照射光电管阴极 发生了光电效应 下列说法正确的是 a 增大入射光的强度 光电流增大b 减小入射光的强度 光电效应现象消失c 改用频率小于 的光照射 一定不发生光电效应d 改用频率大于 的光照射 光电子的最大初动能变大 例1 解析 用频率为 的光照射光电管阴极 发生光电效应 改用频率较小的光照射时 有可能发生光电效应 选项c错误 根据ek h w0可知 增大入射光频率 光电子的最大初动能也增大 选项d正确 增大入射光强度 单位时间内从金属中逸出的光电子数增加 则光电流将增大 选项a正确 是否发生光电效应取决于入射光频率 而与入射光强度无关 选项b错误 答案 a d 例1 考法2光电效应方程的应用 课标全国 2017 19 6分 多选 在光电效应实验中 分别用频率为 a b的单色光a b照射到同种金属上 测得相应的遏止电压分别为ua和ub 光电子的最大初动能分别为eka和ekb h为普朗克常量 下列说法正确的是 a 若 a b 则一定有ua b 则一定有eka ekbc 若ua b 则一定有h a eka h b ekb 例2 解析 由爱因斯坦光电效应方程ek h w0可知 若 a b 则eka ekb 遏止电压用于反映最大初动能的大小 ue ek 则ua ub 故选项a错误 选项b正确 若ua ub 则eka ekb 故选项c正确 w0 h ek 由于金属的逸出功由金属材料本身决定 故选项d错误 答案 b c 例2 考法3光的波粒二象性 课标全国 2015 35 1 5分 多选 实物粒子和光都具有波粒二象性 下列事实中突出体现波动性的是 a 电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样b 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹c 人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构d 人们利用电子显微镜观测物质的微观结构e 光电效应实验中 光电子的最大初动能与入射光的频率有关 与入射光的强度无关 例3 解析 体现波动性的常见现象有反射 折射 干涉 衍射 偏振等 体现粒子性的有光电效应 康普顿效应 荧光屏出现光点等 选项a c d正确 答案 acd 例3 考点35 考法例析成就能力 题型1光电效应的理解 课标全国 2016 35 1 5分 多选 现用某一光电管进行光电效应实验 当用某一频率的光入射时 有光电流产生 下列说法正确的是 a 保持入射光的频率不变 入射光的光强变大 饱和光电流变大b 入射光的频率变高 饱和光电流变大c 入射光的频率变高 光电子的最大初动能变大d 保持入射光的光强不变 不断减小入射光的频率 始终有光电流产生e 遏止电压的大小与入射光的频率有关 与入射光的光强无关 例1 解析 入射光频率不变 光强越大 单位时间内发射的光电子数目就越多 故饱和光电流就越大 a正确 饱和光电流与光强有关 b错误 由爱因斯坦光电效应方程h w ek知c正确 不断减小入射光的频率 当频率小于材料的截止频率时 就没有光电流产生 d错误 光电子的最大初动能与入射光的频率有关 与光强无关 结合ek euc 故e正确 答案 a c e 例1 题型2光电效应方程的应用 课标全国 2015 35 1 5分 在某次光电效应实验中 得到的遏止电压uc与入射光的频率 的关系如图所示 若该直线的斜率和截距分别为k和b 电子电荷量的绝对值为e 则普朗克常量可表示为 所用材料的逸出功可表示为 例2 解析 答案 ek eb 例2 题型3波粒二象性 江苏物理2015 12c 1 3分 多选 波粒二象性是微观世界的基本特征 以下说法正确的有 a 光电效应现象揭示了光的粒子性b 热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性c 黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释d 动能相等的质子和电子 它们的德布罗意波长也相等 例3 解析 答案 ab 例3 第13章 考点36原子结构能级 必备知识全面把握核心方法重点突破考法4原子结构考法5氢原子光谱能级跃迁考法例析成就能力题型4解答有关原子核结构的题目时要注意的问题题型5氢原子跃迁 必备知识全面把握 1 电子的发现在密封的玻璃管内有阴 阳两极 当在两极间加一定电压时 阴极便发出一种射线 这种射线称为阴极射线 阴极射线的组成 2 粒子散射实验与卢瑟福核式结构模型 正确认识几种关系 1 核子数 质子数 中子数 2 核电荷数 质子数 z 原子序数 核外电子数 3 质量数 a 质子数 中子数注意 质子和中子统称为核子 同一种物质中质子数相同 而中子数不一定相同 具有相同质子数而不同中子数的原子 互称同位素 3 能级 1 玻尔原子模型玻尔的原子理论 三条假设 定态假设 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 在这些状态中 电子虽做变速运动 但并不向外辐射电磁波 这样的相对稳定的状态称为定态 跃迁假设 电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波 但电子在两个不同定态间发生跃迁时 却要辐射 吸收 电磁波 光子 其频率由两个定态的能量差值决定 h e2 e1 轨道量子化假设 原子的不同能量状态跟电子沿不同半径绕核运动相对应 轨道半径也是不连续的 2 能级与氢原子光谱氢原子在各个定态时的能量值称为氢原子的能级 它对应电子在各个可能轨道上运动时的能量en 包括动能和势能 3 基态与激发态能量最低的状态叫作基态 其他能量状态叫激发态 基态和激发态分别用e1 e2 e3 表示 4 光子的发射与吸收原子由激发态向基态跃迁时发射出光子 由基态向激发态跃迁 激发 时要吸收光子 光子的频率与能级的关系 h em en 原子只辐射或吸收能量等于能级差的光子 由于原子的能级不连续 所以辐射或吸收光波的频率是若干分立的值 这也正是原子光谱是线状谱的原因 5 氢原子的能级公式和轨道公式 6 玻尔理论的成功和局限 成功 引入量子的观念 提出了原子状态的假设 说明原子稳定的原因 在解释氢光谱上获得成功 局限 玻尔理论中由于保留了过多的经典理论 在解释较复杂的原子光谱时 却遇到了很大的困难 考点36 核心方法重点突破 考法4原子结构 天津一中2016月考 在卢瑟福的 粒子散射实验中 某一 粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图所示 图中p q为轨迹上的点 虚线是经过p q两点并与轨迹相切的直线 两虚线和轨迹将平面分为四个区域 不考虑其他原子核对 粒子的作用 则关于该原子核的位置 正确的是 a 一定在 区域b 一定在 区域c 可能在 区域d 一定在 区域 例1 解析 卢瑟福通过 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 正电荷全部集中在原子核内 粒子带正电 同种电荷相互排斥 若原子核在 区域 粒子轨迹将向上偏转 若原子核在 区域 则在q点 粒子所受电场力不指向轨迹凹侧 所以原子核一定在 区域 选项a正确 答案 a 例1 考法5氢原子光谱能级跃迁 山东理综2014 39 1 4分 多选 氢原子能级如图 当氢原子从n 3跃迁到n 2的能级时 辐射光的波长为656nm 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656nmb 用波长为325nm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633nm的光照射 不能使氢原子从n 2跃迁到n 3的能级 例2 解析 由e h 和 可知 e越大 越小 a错误 当氢原子由低能级向高能级跃迁时 照射光的能量必须正好等于两能级之差才能跃迁 b错误 d正确 一群氢原子由n 3能级自发跃迁 最多可产生3种谱线 c正确 答案 c d 例2 考点36 考法例析成就能力 题型4解答有关原子核结构的题目时要注意的问题 广东2018联考 根据 粒子散射实验 卢瑟福提出了原子的核式结构模型 如图所示为原子核式结构模型的 粒子散射图景 图中实线表示 粒子的运动轨迹 其中一个 粒子在从a运动到b再运动到c的过程中 粒子在b点时距原子核最近 下列判断中正确的是 a 粒子的动能先增大后减小b 粒子的电势能先增大后减小c 粒子的加速度先减小后增大d 电场力对 粒子先做正功后做负功 例1 解析 粒子先靠近原子核 然后又远离原子核 则在 粒子运动过程中 电场力 库仑斥力 对 粒子先做负功后做正功 所以其电势能先增大后减小 由动能定理知 其动能先减小后增大 故选项b正确 a d错误 粒子受到的库仑斥力先增大后减小 由牛顿第二定律知 其加速度先增大后减小 故选项c错误 答案 b 例1 题型5氢原子跃迁1 氢原子跃迁的能量如图为氢原子能级的示意图 现有大量的氢原子处于n 4的激发态 当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光 关于这些光 下列说法正确的是 a 最容易产生衍射现象的光是由n 4能级跃迁到n 1能级产生的b 频率最小的光是由n 2能级跃迁到n 1能级产生的c 这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光d 用从n 2能级跃迁到n 1能级辐射出的光照射逸出功为6 34ev的金属铂能发生光电效应 例2 解析 由题意知 由n 4能级跃迁到n 1能级产生的光的频率最大 其波长最短 衍射现象最不明显 由n 4能级跃迁到n 3能级产生的光的频率最小 故选项a b错误 由n 知 这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光 故选项c错误 e2 e1 10 2ev 6 34ev 故选项d正确 答案 d 例2 2 一群氢原子跃迁问题的计算已知氢原子基态的电子轨道半径为r1 0 53 10 10m 基态的能量为e1 13 6ev 1 求电子在n 2的轨道上运动时所形成的等效电流强度 2 有一群氢原子处于量子数n 3的激发态 画出一能级图并在图上用箭头表示这些氢原子能发出哪几条光谱线 3 计算出这几条光谱线中最长的波长 例3 解析 答案 1 1 3 10 4a 2 如图所示 3 6 58 10 7m 例3 第13章 考点37核反应质能方程 必备知识全面把握核心方法重点突破考法6衰变规律和三种射线考法7半衰期考法8衰变次数的计算考法9核反应方程及核能考法例析成就能力题型6基本概念的考查题型7衰变及三种射线题型8核反应方程题型9核能与质能方程题型10原子物理与学科内的综合 必备知识全面把握 1 天然放射现象 1 基本规律较重的原子核 原子序数大于或等于84 普遍有放射性 原子序数小于84的元素 有的也具有放射性 元素这种自发地放出射线的现象叫作天然放射现象 天然放射现象说明原子核具有复杂结构 2 三种射线 2 原子核的衰变 1 原子核衰变指原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的过程 包括 衰变和 衰变两种形式 在发生 衰变的过程中 由于新核处于不稳定状态 它要通过辐射光子而达到稳定的状态 因此 射线总是伴随 衰变而产生 2 半衰期指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间 它是由原子核内部的特性决定的 与原子核所处的物理 化学状态无关 用n0 m0分别表示衰变前的原子核数目和质量 n m分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量 为半衰期 t表示衰变过程所经历的时间 则 3 其他核反应在核物理学中 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为核反应 原子核的人工转变就是一种核反应 可以用核反应方程来表示 人工转变a 概念 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 b 三个重要核反应 重核的裂变a 定义 使重核分裂成中等质量的原子核的核反应 称为裂变 b 典型裂变92235u 01n 56141ba 3692kr 301n92235u 01n 54139xe 3895sr 201nc 链式反应 用中子轰击重核时 重核发生裂变 释放出几个中子 引起其他的重核裂变 从而使裂变不断地进行下去 这就是链式反应 原子弹就是利用链式反应原理 d 链式反应的条件 铀块的体积大于临界体积 轻核的聚变a 定义 轻核结合成质量较大的核的过程叫轻核的聚变 b 条件 使轻核之间的距离达到10 15m的近距离 聚变反应需要超高温 因此把聚变反应叫作热核反应 c 典型聚变 12h 13h 24he 01n 3 核力 结合能 1 核力核子间作用力为短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 只在相邻的核子间发生作用 与核子的电性无关 2 结合能核子结合成原子核时放出的能量 或原子核分解成核子时吸收的能量 都叫原子核的结合能 原子核的结合能与其核子数之比 称为比结合能 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 3 质量亏损凡是释放核能的核反应 反应后各原子核 新生核 及微观粒子的质量 即静止质量 之和变小 两者的差值就叫作质量亏损 凡吸收能量的核反应 其生成物质量之和大于反应物质量之和 注意 质量数与质量是两个不同的概念 核反应中质量数 电荷数都守恒 但核反应中依然有质量亏损 4 质能方程的含义物体的能量和质量之间存在着简单的正比关系e mc2 物体的能量增大 质量也增大 能量减小 质量也减小 核子结合成原子核时出现质量亏损 m 其能量也要相应地减小 即 e mc2 根据1u相当于931 5兆电子伏 mev 能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位 u 乘931 5mev 即 e m 931 5mev 可计算释放的核能 考点37 核心方法重点突破 考法6衰变规律和三种射线 课标全国 2014 35 1 6分 多选 关于天然放射性 下列说法正确的是 a 所有元素都可能发生衰变b 放射性元素的半衰期与外界的温度无关c 放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性d 和 三种射线中 射线的穿透能力最强e 一个原子核在一次衰变中可同时放出 和 三种射线 例1 解析 并不是所有元素都能发生衰变 a错误 放射性元素的半衰期取决于原子核内部的结构 与外界温度等无关 b正确 放射性元素的放射性来自于原子核内部 与其他元素形成化合物并没有改变其原子核内部结构 所以仍具有放射性 c正确 和 三种射线中 射线能量最高 穿透能力最强 d正确 一个原子核在一次衰变中 要么是 衰变 要么是 衰变 同时伴随着能量的释放 即 射线 e错误 答案 b c d 例1 考法7半衰期 山东理综2015 39 1 6分 多选 14c发生放射性衰变成为14n 半衰期约5700年 已知植物存活期间 其体内14c与12c的比例不变 生命活动结束后 14c的比例持续减少 现通过测量得知 某古木样品中14c的比例正好是现代植物所制样品的二分之一 下列说法正确的是 a 该古木的年代距今约5700年b 12c 13c 14c具有相同的中子数c 14c衰变为14n的过程中放出 射线d 增加样品测量环境的压强将加速14c的衰变 例2 解析 答案 ac 例2 考法8衰变次数的计算 福建四校2016联考 天然放射性元素94239pu经过 次 衰变和 次 衰变 最后变成铅的同位素 填入铅的三种同位素82206pb 82207pb 82208pb中的一种 例3 解析 设发生 衰变和 衰变的次数分别为x y 最后变成铅的同位素的质量数为m 则239 4x m 当x 8时 m 207 由94 2x y 82可得y 4 答案 8482207pb 例3 考法9核反应方程及核能 课标全国 2017 17 6分 大科学工程 人造太阳 主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电 氘核聚变反应方程是12h 12h 23he 01n 已知12h的质量为2 0136u 23he的质量为3 0150u 01n的质量为1 0087u 1u 931mev c2 氘核聚变反应中释放的核能约为 a 3 7mevb 3 3mevc 2 7mevd 0 93mev 例4 解析 反应过程中质量亏损了 m 2 2 0136u 1 0087u 3 0150u 0 0035u 反应过程中释放的核能 e 0 0035 931mev 3 3mev 选项b正确 a c d错误 答案 b 例4 考点37 考法例析成就能力 题型6基本概念的考查 广东佛山2016联考 多选 在居室装修中经常用到的花岗岩 大理石等装饰材料 都不同程度地含有放射性元素 有些含有铀 钍的花岗岩会释放出 射线 根据有关放射性知识可知 下列说法正确的是 a 发生 衰变时 生成核与原来的原子核相比 核内质量数减少2b 放射性元素与别的元素形成化合物后仍具有放射性c 射线是原子的核外电子电离后形成的电子流d 在这三种射线中 射线的穿透能力最强 电离能力最弱e 升高放射性材料的温度 不能缩短其半衰期 例1 解析 发生 衰变时 生成核与原来的原子核相比 核内质量数减少4 选项a错误 放射性元素的放射性与所处的化学状态无关 故与别的元素形成化合物后仍具有放射性 选项b正确 射线是原子核内的中子转化为质子时放出的电子形成的电子流 选项c错误 在这三种射线中 射线的穿透能力最强 电离能力最弱 选项d正确 外部因素不影响放射性材料的半衰期 故升高放射性材料的温度 不能缩短其半衰期 选项e正确 答案 bde 例1 题型7衰变及三种射线 福建理综2014 30 1 6分 如图 放射性元素镭衰变过程中释放出 三种射线 分别进入匀强电场和匀强磁场中 下列说法正确的是 填选项前的字母 a 表示 射线 表示 射线b 表示 射线 表示 射线c 表示 射线 表示 射线d 表示 射线 表示 射线 例2 解析 因为 射线不带电 所以电场和磁场对其都没有力的作用 表示 射线 射线为电子流 带负电 受到电场力向左 受到洛伦兹力向右 代表 射线 射线是高速氦核流 带正电 受到的电场力向右 受到的洛伦兹力向左 代表 射线 c项正确 答案 c 例2 题型8核反应方程 课标全国 2016 35 1 5分 在下列描述核过程的方程中 属于 衰变的是 属于 衰变的是 属于裂变的是 属于聚变的是 填正确答案标号 a 614c 714n 10eb 1532p 1632s 10ec 92238u 90234th 24hed 714n 24he 817o 11he 92235u 01n 5414