高考物理一轮复习课件 第15单元原子物理课件 新人教版 （浙江专版）.ppt

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第58讲 第59讲各2课时 单元训练1课时 第58讲 光电效应原子的跃迁 第58讲光电效应原子的跃迁 第十五单元 编读互动 1 光电效应 玻尔理论以及玻尔理论对氢原子光谱的解释是本讲的高考热点问题 在复习本讲时重点放在对玻尔理论的理解以及玻尔理论与光子的综合 2 本讲教学可以按下面的思路安排 1 通过例1及变式题复习光电效应现象 理解光子的概念 2 通过例2及变式题复习波粒二象性 3 通过例3及变式题复习玻尔理论 原子的跃迁和能级的计算 3 本讲建议安排2课时 第58讲 考点自主梳理 知识点一光电效应 1 现象 在光 含不可见光 的照射下从物体表面发射出 的现象叫做光电效应 2 规律 1 各种金属都存在一个极限频率 0 只有入射光的频率 0时才能发生光电效应 2 瞬时性 光照射到金属 光电子的产生是 光电子的产生时间不超过10 9s 电子 大于或等于 瞬时的 第58讲 考向互动探究 3 光电子的最大初动能跟入射光的强度无关 随着入射光的频率增大而 4 当入射光的频率大于极限频率时 光电流的强度与入射光的强度成 比 3 解释依据 1 光子说 光是不连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个 光子的能量e跟光的频率 成正比 即e 2 爱因斯坦光电效应方程 ek ek是光电子的最大初动能 w是金属的 增大 正 光子 h h w 逸出功 第58讲 考向互动探究 知识点二光的波粒二象性 1 个别光子的作用效果往往表现为 大量光子的作用效果往往表现为 2 频率越低 越显著 越容易看到光的干涉和衍射现象 频率越高 越显著 越不容易看到光的干涉和衍射现象 贯穿本领越强 3 光在传播过程中往往表现出 在与物质发生作用时往往表现为 粒子性 波动性 波动性 粒子性 波动性 粒子性 第58讲 考向互动探究 知识点三玻尔理论 1 三条假说 1 定态 原子只能处于一系列 的能量状态中 在这些状态中原子是稳定的 电子虽然绕核运动 但不向外辐射能量 这些状态叫做 2 跃迁 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 它辐射 或吸收 一定的能量 即 e 3 轨道量子化 原子的不同能量状态跟电子沿 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 的 不连续 定态 e初 e终 或e终 e初 不同轨道 不连续 第58讲 考向互动探究 2 氢原子模型 1 轨道量子化 rn r0 0 53 10 10m n 0 1 2 3 2 能量量子化 en e1 13 6ev n 0 1 2 3 3 跃迁量子化 原子在两个能级之间跃迁时辐射或吸收光子的能量满足 h 3 氢原子能级分布 如图58 1所示 1 吸收光子的条件 电子从 能级向 能级跃迁 如从基态向激发态跃迁 n2r0 em en 低 高 第58讲 考向互动探究 2 释放光子的条件 电子从 能级向 能级跃迁 如从激发态向基态跃迁 3 原子发生电离的条件 吸收大于或等于逸出功的能量 低 高 第58讲 考向互动探究 探究考向一对光电效应的理解 1 光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后 其动能足以克服金属离子对其的引力而逃逸出金属表面 成为光电子的现象 2 每个电子只能吸收一个光子的能量 3 光子说成功地解释了光电效应现象 光电效应现象表明光具有粒子性 4 逸出功w与极限频率 0的关系为 w h 0 第58讲 考向互动探究 例1 2011 福建卷 爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖 某种金属逸出光电子的最大初动能ekm与入射光频率 的关系如图58 2所示 其中 0为极限频率 从图中可以确定的是 填选项前的字母 d 图58 2 第58讲 考向互动探究 a 逸出功与 有关b ekm与入射光强度成正比c 当 0时 会逸出光电子d 图中直线的斜率与普朗克常量有关 第58讲 考向互动探究 解析 由爱因斯坦光电方程ek h w和w h 0 w为金属的逸出功 可得 ek h h 0 可见图象的斜率表示普朗克常量 d正确 只有 0时才会发生光电效应 c错误 金属的逸出功只和金属的极限频率有关 与入射光的频率无关 a错误 最大初动能取决于入射光的频率 而与入射光的强度无关 b错误 第58讲 考向互动探究 点评 根据光电效应方程和逸出功的表达式推导出光电子的最大初动能与入射光频率的关系 结合图象进行分析判断 第58讲 考向互动探究 变式题 2011 课标全国卷 在光电效应实验中 某金属的截止频率相应的波长为 0 该金属的逸出功为 若用波长为 0 的单色光做实验 则其遏止电压为 已知电子的电荷量 真空中的光速和普朗克常量分别为e c和h 第58讲 考向互动探究 第58讲 考向互动探究 探究考向二波粒二象性 第58讲 考向互动探究 例2 2010 西城二模 下列事例中表明光子不但具有能量 而且像实物粒子一样具有动量的是 a 康普顿效应b 光的偏振现象c 光的色散现象d 光的干涉现象 a 第58讲 考向互动探究 解析 康普顿效应是散射光波长变长的现象 光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性 选项a正确 光的偏振现象 光的色散现象和光的干涉现象都验证了光的波动性 点评 动量是经典实物粒子的表现特征 光子具有动量说明光子具有粒子性 在康普顿效应中光子与电子碰撞满足动量守恒 表现出粒子性 变式题是对光的波粒二象性的理解问题 第58讲 考向互动探究 变式题关于光的波粒二象性的理解正确的是 a 大量光子的效果往往表现出波动性 个别光子的行为往往表现出粒子性b 光在传播时是波 而与物质相互作用时就转变成粒子c 高频光是粒子 低频光是波d 波粒二象性是光的根本属性 有时它的波动性显著 有时它的粒子性显著 ad 第58讲 考向互动探究 解析 波粒二象性是光所具有的性质 在不同的情况下有不同的表现 大量光子往往表现波动性 少量光子往往表现粒子性 光在传播过程中通常表现为波动性 在与物质作用时通常表现为粒子性 选项a d正确 第58讲 考向互动探究 探究考向三能级的分析与计算 技巧概述 1 氢原子受激发由低能级向高能级跃迁当光子作用使原子发生跃迁时 只有光子能量满足h em en的条件时 原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁 当用电子等实物粒子作用在原子上 只要入射粒子的动能大于或等于原子某两 定态 能量之差em en 即可使原子受激发而向较高能级跃迁 如果光子或实物粒子与原子作用而使原子电离 绕核运动的电子脱离原子的束缚而成为 自由电子 即n 的状 第58讲 考向互动探究 态 时 不受跃迁条件限制 只不过入射光子能量越大 原子电离后产生的自由电子的动能越大 2 氢原子自发辐射由高能级向低能级跃迁 第58讲 考向互动探究 例3 2011 四川卷 氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为 1 从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为 2 已知普朗克常量为h 若氢原子从能级k跃迁到能级m 则 a 吸收光子的能量为h 1 h 2b 辐射光子的能量为h 1 h 2c 吸收光子的能量为h 2 h 1d 辐射光子的能量为h 2 h 1 d d 第58讲 考向互动探究 技巧点拨 根据玻尔的原子跃迁理论找出两个能级之间的关系 确定两个能级能量大小的关系 从而确定原子在跃迁的过程中是辐射还是吸收光子 第58讲 考向互动探究 解析 氢原子从能级m跃迁到能级n辐射能量 即 em en h 1 氢原子从能级n跃迁到能级k吸收能量 即 ek en h 2 氢原子从k能级跃迁到m能级 ek em h 2 en h 1 en h 2 h 1 因紫光的频率 2大于红光的频率 1 所以ek em 即辐射光子的能量为h 2 h 1 选项d正确 第58讲 考向互动探究 变式题 2011 温州模拟 如图58 3所示为氢原子的能级示意图 一群氢原子处于n 3的激发态 在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子 用这些光子照射逸出功为2 49ev的金属钠 下列说法中正确的是 图58 3 d 第58讲 考向互动探究 a 这群氢原子能辐射出三种频率不同的光 其中从n 3跃迁到n 2所发出的光波长最短b 这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小 电势能增大c 金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11 11evd 金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9 60ev 第58讲 考向互动探究 解析 从n 3跃迁到n 2所发出的光频率最小 波长最大 选项a错误 氢原子在辐射光子的过程中 轨道半径减小 动能增大 电势能减小 总能量减小 选项b错误 辐射光子的最大能量为 1 51ev 13 6ev 12 09ev 所以金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为 ekm 12 09 2 49 ev 9 60ev 选项c错误 选项d正确 第59讲 核反应核能 第59讲核反应核能 第十五单元 编读互动 1 本讲的重点是原子核反应 核能的计算 衰变与动量守恒结合的综合问题是课标高考的热点问题 2 本讲要求学生能够写出核反应方程 会计算核反应中释放的核能 能分析求解核反应与动量结合的问题 1 通过例1及变式题复习核反应遵循的规律 2 通过例2及变式题复习原子核的衰变和放射线的特性 3 通过例3及变式题复习质量亏损及核能的计算 4 通过例4及变式题复习核反应 核能计算与动量守恒问题的综合 第59讲 考点自主梳理 知识点一三种射线 1 射线 射线是高速粒子流 粒子就是 粒子的速度可以达到光速的十分之一 射线穿透能力弱 电离能力 2 射线 射线是高速 速度可达光速的99 它的电离作用 穿透能力较强 3 射线 射线是能量很高的 波长很短 在10 10m以下 它的电离作用更小 穿透能力 氦原子核 强 电子流 较弱 电磁波 更强 第59讲 考向互动探究 知识点二原子核的组成 1 原子核是由 和 组成 质子和中子统称为核子 2 电荷数 原子核所带的电荷总是质子电荷的 这个整数叫做原子核的电荷数 3 质量数 原子核的质量几乎等于单个核子质量的 这个倍数叫做原子核的质量数 质子 中子 整数倍 整数倍 第59讲 考向互动探究 知识点三放射性元素的衰变 1 衰变 原子核放出 的衰变称为 衰变 典型的衰变方程为 2 衰变 原子核放出 的衰变称为 衰变 典型的衰变方程为 3 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 因素决定 跟原子所处的物理 状态无关 剩余的原子核数为 4 应用 利用其射线 作为 进行考古研究 粒子 粒子 核内部本身的 化学 示踪原子 第59讲 考向互动探究 知识点四核反应 1 规律 质量数守恒和 2 核反应类型 核反应有 衰变 轻核的聚变 电荷数守恒 人工转变 重核的裂变 第59讲 考向互动探究 知识点五核能 1 核能 核子结合成原子核需要放出能量 叫原子的 称为核能 2 质量亏损 组成原子核的核子的质量与原子核的 或者参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差 叫质量亏损 3 爱因斯坦质能方程 凡具有质量的物体都具有能量 物体的质量和能量间的关系为 若原子核质量亏损 m 则释放的能量为 e 结合能 质量之差 e mc2 mc2 第59讲 考向互动探究 探究考向一核反应方程 1 典型的核反应方程比较 第59讲 考向互动探究 第59讲 考向互动探究 第59讲 考向互动探究 2 核反应方程式的写法 1 首先根据电荷数守恒确定原子核或粒子的电荷数 从而确定原子核或粒子的符号 2 根据质量数守恒确定原子核或粒子的质量数 3 根据核反应方程确定核反应种类 第59讲 考向互动探究 a 第59讲 考向互动探究 解析 根据核反应满足的条件 电荷数 质量数守恒 可得a选项中的 x 电荷数为0 质量数为1 是中子 b选项中的 x 电荷数为 1 质量数为0 是电子 c选项中的 x 电荷数为1 质量数为1 是质子 d选项中的 x 电荷数为2 质量数为4 是氦核 选项a正确 第59讲 考向互动探究 点评 核反应满足电荷数守恒和质量数守恒 在判断产生的粒子时首先根据电荷数守恒确定粒子的电荷数 然后根据质量数守恒确定粒子的质量数 从而确定是什么粒子 第59讲 考向互动探究 b 第59讲 考向互动探究 解析 根据质量数守恒可得a 17 根据电荷数守恒可得b 1 则x代表正电子 选项b正确 第59讲 考向互动探究 探究考向二对天然放射现象的理解 1 两种衰变 第59讲 考向互动探究 2 三种放射线的比较 第59讲 考向互动探究 a 第59讲 考向互动探究 点评 原子核的衰变有两种 分别是 衰变和 衰变 经过一次 衰变电荷数减少2 质量数减少4 经过一次 衰变电荷数增加1 质量数不变 在判断是何种衰变时 可以根据电荷数和质量数的变化进行解决 第59讲 考向互动探究 b 第59讲 考向互动探究 第59讲 考向互动探究 探究考向三核能的计算 1 对质能方程的理解质能方程e mc2给出了物体的能量和质量之间的关系 质量为m的物体具有的总能量为mc2 质量和能量不能互相转化 质量与能量间存在着简单的正比关系 即物体的质量 这里指动质量 越多 能量越大 反之物体质量减小 能量也越少 当物体放出能量时 满足 e mc2 2 核能计算的方法 1 根据爱因斯坦质能方程求核能 第59讲 考向互动探究 用核子结合原子核时质量亏损 m 的千克数乘以真空光速 3 108m s 的平方 即 e mc2 根据1原子质量单位 u 相当于931 5mev的能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931 5mev 即 e 质量亏损的原子质量单位数 931 5mev 请注意 式中 m的单位是 kg 核能的单位是 j 式中质量亏损 m的单位是 u m的单位是 mev 2 利用阿伏加德罗常数计算核能 第59讲 考向互动探究 3 由动量守恒和能量守恒计算核能 2 质量亏损和质量守恒是否矛盾质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下 系统的能量减少了 质量也减少了 由于系统向外辐射能量 有对应的质量辐射出去 所谓质量亏损是指系统内的质量减少了 而总质量是不变的 第59讲 考向互动探究 例3 2010 北京卷 太阳因核聚变释放出巨大的能量 同时其质量不断减少 太阳每秒钟辐射出的能量约为4 1026j 根据爱因斯坦质能方程 太阳每秒钟减少的质量最接近 a 1036kgb 1018kgc 1013kgd 109kg d 第59讲 考向互动探究 解析 由质能方程知 e mc2 代入数据 m 4 4 109kg d正确 a 点评 太阳在放出能量的同时 质量不断减小 减小的质量与放出的能量之间的关系满足 e mc2 根