选修3-5 第二章 近代原子物理(课件).ppt

第1节波粒二象性 一 光电效应 定义 物体在光照下释放出电子的现象 爱因斯坦光电效应方程Ek 1 2mv20 h W0 任何一种金属 都有一个极限频率 入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应 光电效应 规律 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随入射光频率的增大而增大 入射光照到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 当入射光的频率大于极限频率时 饱和 光电流强度与入射光的强度成正比 解释 光子 光在空间传播中不是连续的 而是一份一份的 每一份是一个光子 能量为h 光电效应规律的理解 2009 高考宁夏卷 关于光电效应 下列说法正确的是 填入选项前的字母 A 极限频率越大的金属材料逸出功越大B 只要光照射的时间足够长 任何金属都能产生光电效应C 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大 这种金属的逸出功越小D 入射光的光强一定时 频率越高 单位时间内逸出的光电子数就越多 点拨 弄清光电效应发生的条件 光电子的最大初动能和光电子的的决定因素是解答本题的关键 解析 金属材料逸出功W0与极限频率 0的关系为W0 h 0 A正确 只有照射光的频率大于金属的逸出功 才能产出光电效应 与光照射的时间无关 B错误 由光电效应方程可知光电子的最大初动能1 2mv02 h W0 由入射光的频率决定 C错误 产生光电效应时单位时间内逸出的光电子数由入射光的光子数决定 与入射光的频率无关 D错误 正确选项为A 答案 A 爱因斯坦光电效应方程的应用 2010 常州模拟 如图所示 当开关S断开时 用光子能量为2 5eV的一束光照射阴极P 发现电流表读数不为零 合上开关 调节滑动变阻器 发现当电压表读数小于0 60V时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 60V时 电流表读数为零 1 求此时光电子的最大初动能的大小 2 求该阴极材料的逸出功 解析 设用光子能量为2 5eV的光照射时 光电子的最大初动能为Ek 阴极材料逸出功为W0 当反向电压达到U 0 60V以后 具有最大初动能的光电子也达不到阳极 因此eU Ek 由光电效应方程Ek h W0由以上二式Ek 0 6eV W0 1 9eV 所以此时最大初动能为0 6eV 该阴极材料的逸出功为1 9eV 答案 1 0 6eV 2 1 9eV 第2节原子结构氢原子光谱 一 三种原子模型的对比 光谱 二 玻尓理论能级1 玻尔理论 2 氢原子的能级图和轨道半径 3 氢原子的跃迁和电离 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 只有光子的能量满足h Em En时 才能被某一个原子吸收 使原子从低能级En向高能级Em跃迁 而当光子能量h 大于或小于Em En时都不能被原子吸收 当用电子等实物粒子作用在原子上时 原子可以根据 需要 吸收其中的一部分能量 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 即可以使原子受激发而向较高的能级跃迁 如果光子或实物粒子与原子作用而使原子电离 绕核电子脱离原子的束缚而成为 自由电子 即n 的状态 时 原子吸收能量的原则是吸收的能量等于或大于原子的电离能 不再受跃迁条件限制 只不过入射光子或实物粒子的能量越大 原子电离后产生的自由电子的动能就越大 图为卢瑟福和他的同事们做 粒子散射实验的装置示意图 荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A B C D四个位置时 观察到的现象描述错误的是 A 在A位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B 在B位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时少得多C 在C D位置时 屏上观察不到闪光D 在D位置时 屏上仍能观察到一些闪光 但次数极少 点拨 解答此题要掌握好 粒子散射实验中的大多数 少数 极少数 粒子通过金箔后运动情况 解析 因为绝大多数粒子穿过金箔后仍然沿原来方向前进 在A位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 A正确 因为少数粒子穿过金箔后发生了较大偏转 在B位置时 相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时要少得多 B正确 粒子散射实验中有极少数粒子偏转角超过90 甚至接近180 在C D位置仍能观察到闪光 但次数极少 所以C错误 D正确 答案 C 2010 重庆理综 氢原子的能级示意图如图所示 不同色光的光子能量如下表所示 能量分析和计算 处于某激发态的氢原子 发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条 其颜色分别为 红 蓝靛B 黄 绿C 红 紫D 蓝靛 紫 点拨 分别计算不同能级间光子跃迁发出的光子的能量与表中数据比较即可判断 解析 根据玻尔理论 如果激发态的氢原子处于第二能级 只能够发出10 2eV的光子 不属于可见光范围 如果激发态的氢原子处于第三能级 能够发出12 09eV 10 2eV 1 89eV的三种光子 只有1 89eV属于可见光 如果激发态的氢原子处于第四能级 能够发出12 75eV 12 09eV 10 2eV 2 55eV 1 89eV 0 66eV的六种光子 1 89eV和2 55eV属于可见光 1 89eV的光子为红光 2 55eV光子为蓝 靛 所以选项A正确 答案 A 如图所示为氢原子的能级图 现让一束单色光照射到大量处于基态 量子数n 1 的氢原子上 受激的氢原子能自发地发出三种不同频率的光 则照射氢原子的单色光的光子能量为 A 13 6eVB 12 75eVC 10 2eVD 12 09eV 错解 错选B 对原子跃迁的规律不清楚 认为只有从4能级向1 2 3跃迁才能产生三种光子 错选C 认为跃迁时必须从1到2 不知道各能级间都可直接跃迁 正解 多个氢原子处于n 3能级对应的激发态 才能够正好产生三种不同频率的光子 分别为h 1 E3 E2 h 2 E2 E1 h 3 E3 E1 故吸收光子能量必满足h E3 E1 12 09eV D正确 原子的跃迁条件h Em En对于吸收光子和放出光子都适用 注意若吸收光子的能量大于基态电离能时 原子对光子的吸收不再受能级差限制 答案 D 第3节放射性元素的衰变核能 一 原子核1 原子核的组成 1 原子核由质子和中子组成 质子和中子统称为核子 2 原子核的核电荷数 质子数 原子核的质量数 质子数 中子数 质子和中子的质量都为一个原子质量单位 2 三种射线的比较 二 原子核的衰变1 衰变 1 定义 放射性元素的原子核放出射线 变成另一种新核的现象 2 原子核的衰变规律 特别提醒 1 射线是伴随 衰变和 衰变产生的 2 根据衰变的实质可知衰变来自原子核 射线并不是来自核外电子 而是由中子转化而来 3 原子核衰变时质量数守恒 但并非质量守恒 核反应过程前 后质量发生变化 质量亏损 而释放出核能 2 衰变次数的确定方法一 设放射性元素X经过n次 衰变和m次 衰变后 变成稳定的新元素Y则表示该核反应的方程为 X Y nHe me 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A A 4n Z Z 2n m 解方程可得m n 方法二 因为 衰变对质量数无影响 先由质量数的改变确定 衰变的次数 然后再根据衰变规律确定 衰变的次数 特别提醒 半衰期是大量原子核衰变时的统计规律 个别原子核经多长时间衰变无法预测 对个别或极少数原子核 无半衰期可言 四 核反应1 四类核反应的比较 五 核力和核能1 核力 组成原子核的核子之间有很强的相互作用力 使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起 这种力称为核力 其特点为 1 核力是强相互作用力 在原子核的尺度内 核力比库仑力大得多 2 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 2 核能 1 结合能 把构成原子核的结合在一起的核子分开所需要的能量 性质 不同原子核的比结合能不同 原子核的比结合能越大 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 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和 这个现象叫做质量亏损 5 核能的获得方法 重核的裂变和轻核的聚变 6 核能的计算方法 1 根据 E mc2计算核能时 质量亏损 m是质量不是质量数 其单位是 kg c的单位是 m s E的单位是 J 2 根据 E m 931 5MeV计算核能时 因一原子质量单位 u 相当于931 5MeV的能量 所以计算时 m的单位是 u E的单位是 MeV 4 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 mc2 半衰期的理解和计算 2010 福建理综 14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法 若以横坐标t表示时间 纵坐标m表示任意时刻14C的质量 m0为t 0时14C的质量 下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是 填选项前的字母 核反应方程及其类型 答案 AC 核能的计算 太阳的能量来源是轻核的聚变 太阳中存在的主要元素是氢 核聚变反应可以看做是4个氢核结合成1个氦核同时放出2个正电子 试写出核反应方程 并由表中数据计算出该聚变反应过程中释