高中物理第2轮复习 专题5 第4讲 量子论初步和原子核课件.ppt

第讲 4 量子论初步和原子核 专题五波与粒子 一 光的波粒二象性1 光电效应a 现象 金属在光照射下发射光电子 b 规律 1 每种金属都具有发生光电效应的极限频率 2 光电效应的产生几乎是瞬间的 3 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 随入射光的频率增大而增大 4 饱和光电流与入射光强度成正比 2 光具有波粒二象性个体光子的行为表现出粒子性 大量光子表现出波动性 频率越高的光 粒子性越强 频率越低的光 波动性越强 光的能量是不连续的 每一份即为一个光子 能量e h 光是一种概率波 二 原子的核式结构1 卢瑟福的a粒子散射实验是原子核式结构学说的实验基础 2 原子核式结构学说 原子的中心有一个很小的核叫原子核 它集中了原子内所有的正电荷和几乎全部的质量 电子在核外空间运动 三 玻尔原子模型和能级 注意 如果是原子吸收光子发生跃迁 则所吸收光子的能量必须对应两能级差 也就是说只能吸收特定频率的光 但如果入射的是电子 电子的能量可以大于或等于两能级差 四 原子核的衰变与三种射线的性质1 原子核的衰变 注意a 衰变中静质量会发生变化 但仍然遵循质量数守恒 b 和衰变次数的确定 先由质量数的变化确定衰变的次数 再由电荷数守恒确定衰变次数 c 半衰期是指有半数核发生衰变的时间 由放射性元素的原子核内部本身因素决定 跟原子所处的物理状态 如压强 温度等 或化学状态 如单质或化合物 无关 2 三种射线 b 放射性同位素 有些元素的同位素具有放射性叫放射性同位素 应用 示踪原子 金属探伤等 五 核能与质能方程1 质能方程 e mc2 即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 2 核能的计算方法 3 释放核能的行径重核的裂变和轻核的聚变 4 在核反应中能量同样是守恒的 当核反应的结果是产生质量亏损时 释放出核能 当核反应的结果是产生质量增益时 要吸收能量 类型一 光电效应的规律及其应用对光电效应的规律考查 往往以爱因斯坦光电方程的理解为中心展开 还可以结合几何光学中的知识进行 如由同一介质对不同频率的光折射率不同来判断哪些光能使某金属产生光电效应等 例1 如图5 4 1所示 当电键s断开时 用光子能量为2 5ev的一束光照射光电管的阴极k 发现电流表读数不为0 合上电键s 调节滑动变阻器 发现当电压表示数小于0 60v时 电流表示数仍然不为0 当电压表示数大于等于0 60v时 电流表示数为0 由此可知阴极材料的逸出功为 a 1 9evb 0 6evc 2 5evd 3 1ev 图5 4 1 解析 图中加在光电管两极间的电压是使光电子减速的 设阴极发射出的光电子的最大初动能为ek 当电压表示数大于等于0 60v时 电流表示数为0 说明具有最大初动能且正对阳极运动的光电子经过电势差为0 6v的反向电场后 速度恰好为0 则ek eu 0 6ev 再由爱因斯坦光电方程 有ek h w 其中h 2 5ev 解得w 1 9ev 选a 答案 a 规律方法总结 分析光电管电路时 一定要弄清加在光电管两极间的电压对电子是起加速作用还是减速作用 再结合爱因斯坦光电效应方程的应用 这是解决此类问题的关键所在 变式题 研究光电效应规律的实验装置如图5 4 2所示 以频率为 的光照射光电管阴极k时 有光电子产生 由于光电管k a间加的是反向电压 光电子从阴极k发射后将向阳极a做减速运动 光电流i由图中电流计g测出 反向电压u由电压表v测出 当电流计示数恰好为零时 电压表的示数称为反向截止电压u0 在下列表示光电效应实验规律的图象中 错误的是 图5 4 2 a 反向电压和频率 一定时 光电流i与光强i的关系 b 截止电压u0与频率 的关系 c 光强i和频率 一定时 光电流i与反向电压u的关系 d 光强i和频率 一定时 光电流i与产生光电子的时间t的关系 答案 b 解析 由光电效应规律可知 光电流的强度与光强成正比 光射到金属上时 光电子的发射是瞬时的 几乎不需要时间积累 故a d图象正确 从金属中打出的光电子 在反向电压作用下做减速运动 随着反向电压的增大 到达阳极的光电子数减少 故c图象正确 由光电效应方程可知 类型二 玻尔的原子模型及能级跃迁问题在玻尔的原子模型中 还是保留了一些经典理论 在用玻尔理论解释氢原子光谱时 还是认为核外电子绕核旋转 电子运动所需的向心力由它所受原子核的引力提供 因此 往往对电子运动的动能 电势能的变化 周期等提出问题 另外 还可能对跃迁 辐射多少种不同频率的光子等提出问题 例2 氢原子放出一个光子后 根据玻尔理论 氢原子的 a 核外电子的电势能增大b 核外电子的动能增大c 核外电子的转动周期增大d 氢原子的能量增大 答案 b 规律方法总结 1 常把氢原子的核外电子的运动视为绕核的圆周运动 库仑引力来提供向心力 2 氢原子的能量指电子动能和电势能的总和 往往根据电子运动情况和电场力做功来考虑它们的变化 3 跃迁时 原子所吸收或辐射的光子能量只能等于两能级之差 即h em en 原子电离时 所吸收的能量可以大于等于它所处能级能量的绝对值 即e e em 4 当一群氢原子由n能级向低能级跃迁时 可能产生的谱线条数为c条 变式题 2011 大纲卷 已知氢原子的基态能量为e1 激发态能量en e1 n2 其中n 2 3 用h表示普朗克常量 c表示真空中的光速 能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为 c 类型三 原子核的衰变及人工转变本类型习题往往要求能依据两种衰变的特点分析生成物是何种元素 或者已知反应物与生成物 要推断衰变次数 还可能要求依据两个守恒写方程或判断生成的粒子 答案 abd b 类型四 核能的计算有关核能的计算 关键是算出质量亏损 或增益 再利用计算核能的两种方法求出核能 或反应中要吸收的能量 变式题 2011 江苏 1 按照玻尔原子理论 氢原子中的电子离原子核越远 氢原子的能量越大 选填 越大 或 越小 已知氢原子的基态能量为e1 e1 0 电子质量为m 基态氢原子中的电子吸收一频率为 的光子被电离后 电子速度大小为 普朗克常量为h 类型五 与核反应相关的力电综合问题核反应中 生成的新核或带电粒子在电场或磁场中运动时 可能受到对应的场力作用而产生某种运动 这样 就可以把核反应和带电粒子在电场 磁场中的运动联系起来 并且 在核发生衰变或碰撞时 还可以用到动量守恒和能量守恒 这样 也可以把核反应和动量守恒 能量守恒联系起来 规律方法总结 解决此类题型的一般思路是 先依据事实和质量数守恒 电荷数守恒写出核反应方程