高三物理一轮复习（考情解读知识通关题型突破能力提升）专题13 波粒二象性 原子结构 原子核课件

目录Contents 考情精解读 考点1 考点2 考法3 考法2 考法1 考法4 考法5 考法6 方法1 A 考点全通关 B 题型全突破 C 能力大提升 方法2 考点3 方法3 考情精解读 考纲解读 命题趋势 命题规律 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 氢原子光谱 氢原子的能级结构 能级公式 原子核的组成 放射性 原子核的衰变 半衰期 放射性同位素 核力 核反应方程 结合能 质量亏损 裂变反应和聚变反应 裂变反应堆 射线的危害和防护 光电效应 爱因斯坦光电效应方程 考纲解读 命题趋势 命题规律 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 考纲解读 命题规律 命题趋势 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 考纲解读 命题规律 命题趋势 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 考纲解读 命题规律 返回目录 1 热点预测光电效应现象 爱因斯坦光电效应方程及光电效应现象中的图像问题 原子跃迁及能级问题 核反应方程 核能的计算等将是今后高考中考查的重点和热点 题型为选择题 填空题 分值为6分左右 2 趋势分析本专题以经典物理理论和最新科技成果为背景命题的趋势较强 应予以关注 命题趋势 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 考点全通关 考点1光电效应波粒二象性 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 一 光本性学说的发展简史 二 光电效应现象1 光电效应 在光 包括不可见光 的照射下 从物体发射出电子的现象称为光电效应 发射出来的电子叫作光电子 2 光电效应的实验规律 1 存在饱和光电流大于极限频率的光照射金属时 饱和光电流的强度 反映单位时间内发射出的光电子数的多少 与入射光强度成正比 光电流与饱和光电流是两个不同的物理量 光电流是光电子在电路中形成的电流 而饱和光电流是在一定频率和强度的光照射下的最大光电流 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 3 对光电效应实验规律的理解 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 4 逸出功 从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功 叫作该金属的逸出功 三 爱因斯坦光电效应方程1 光子说 1 量子论1900年 德国物理学家普朗克提出 电磁波的发射和吸收是不连续的 是一份一份的 每一份电磁波的能量为E h 2 光子说1905年 爱因斯坦提出 空间传播的光也是不连续的 是一份一份的 每一份称为一个光子 光子具有的能量与光的频率成正比 即E h 其中h为普朗克常量 h 6 63 10 34J s 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 2 爱因斯坦光电效应方程 1 表达式 Ek h W0或h Ek W0 式中Ek是光电子的最大初动能 W0是逸出功 2 物理意义 金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h 这些能量的一部分用于克服金属的逸出功W0 剩下的部分能量表现为逸出后电子的初动能Ek 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 四 康普顿效应 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 五 光的波粒二象性物质波1 光的波粒二象性 1 光的干涉 衍射 偏振现象证明光具有波动性 2 光电效应说明光具有粒子性 3 光既具有波动性 又具有粒子性 称为光的波粒二象性 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 1 光的波粒二象性 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 2 物质波 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 返回目录 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 考点2原子结构氢原子光谱 一 汤姆孙原子模型 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 二 粒子散射实验与卢瑟福核式结构 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 通关秘籍1 核外电子不会使 粒子的速度发生明显改变 2 汤姆孙模型不能解释 粒子的大角度散射 3 绝大多数 粒子沿直线穿过金箔 说明原子中绝大部分是空的 少数 粒子发生较大角度偏转 反映了原子内部集中存在着对 粒子有斥力的正电荷 极少数 粒子甚至被 撞了回来 反映了个别 粒子正对着质量比 粒子大得多的物体运动时 受到该物体很大的斥力作用 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 三 原子的核式结构模型1 原子的核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核 叫原子核 原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里 带负电的电子在核外绕核旋转 原子的核式结构模型的实验基础是 粒子散射实验 根据 粒子散射的实验数据 可以估算出原子核半径的数量级为10 15m 而原子半径的数量级为10 10m 2 核式结构模型的局限性 卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释 粒子散射实验现象 但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 四 光谱 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 太阳光谱不是连续光谱 而是吸收光谱 是阳光透过太阳高层大气射向地球时 太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光 然后再发射出去 不过这次发射是向四面八方发射 所以到达地球的这些谱线看起来就弱了 这样就形成了明亮背景下的暗线 夫琅和费线 与已知元素的光谱相比较 知道太阳高层大气中含有钠 镁 铜 锌 镍等金属元素 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 六 玻尔原子模型1 原子核式结构与经典电磁理论的矛盾 原子结构是否稳定和原子光谱是否为包含一切频率的连续光谱 2 玻尔的原子理论 三条假设 1 定态假设 原子只能处于一系列能量不连续的状态中 在这些状态中 电子虽然做加速运动 但并不向外辐射能量 这些状态叫作定态 定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围 原子中电子绕核转动处于定态时不受经典电磁理论的制约 2 跃迁假设 原子从一种定态跃迁到另一定态时 要吸收 或辐射 一定频率的光子 光子的能量 或频率 由这两个定态的能量差值决定 例如 原子从定态E2跃迁到定态E1 辐射的光子能量为h E2 E1 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 返回目录 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 一 天然放射现象1 天然放射现象元素自发地放出射线的现象叫作天然放射现象 首先由贝可勒尔发现 天然放射现象的发现 说明原子核还具有复杂的结构 2 放射性和放射性元素 1 物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性 2 具有放射性的元素叫放射性元素 3 放射线的种类和特征 将放射性物质放出的射线进行实验探究 如在磁场中的偏转实验等 实验表明放射性物质放出的射线有三种 即 射线 射线 射线 将它们的特征列表对比如下 继续学习 考点3天然放射现象核反应核能 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 4 放射性的防护 为了防止有害放射线对人类和自然的破坏 人们采取了有效的防护措施 密封防护 把放射源密封在特殊的包壳里 或用特殊方法覆盖 以防止射线泄漏 距离防护 距放射源越远 人体吸收的剂量就越少 受到的伤害就越轻 时间防护 尽量减少受辐射的时间 屏蔽防护 在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用 铅的屏蔽作用最好 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 2 书写核反应方程的步骤在写核反应方程时 应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上 然后根据质量数守恒和电荷数守恒计算出未知核 或未知粒子 的质量数和核电荷数 最后根据未知核 或未知粒子 的核电荷数确定是哪种元素 或哪种粒子 并在核反应方程一般形式的适当位置填上它们的符号 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 六 核能1 核力 1 原子核的半径很小 其中质子之间的库仑力很大 受到这么大的库仑斥力却能保持稳定状态 一定还有另外一种力把各核子紧紧地拉在一起 这种力叫作核力 2 核力的特点 核力是强相互作用 强力 的一种表现 在原子核的尺度内 核力比库仑力大得多 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 核力在距离大于0 8 10 15m时表现为吸引力 且随距离的增大而减小 超过1 5 10 15m 核力急剧下降 几乎消失 在距离小于0 8 10 15m时 核力表现为斥力 因此核子不会融合在一起 每个核子只跟相邻的核子发生核力作用 这种性质称为核力的饱和性 质子间 中子间 质子和中子间都存在核力 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 2 结合能 1 结合能 核子结合成原子核时放出一定的能量 原子核分解成核子时吸收一定能量 这种能量叫结合能 2 平均结合能 比结合能 原子核的结合能与其核子数之比 称为比结合能 也叫平均结合能 平均结合能越大 表示原子核中核子结合得越牢固 原子核越稳定 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 3 核能的计算 爱因斯坦质能方程 1 质量亏损 核子结合生成原子核 所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些 这种现象叫作质量亏损 2 爱因斯坦质能方程 物体的能量和质量之间存在着密切的联系 它们之间的关系是E mc2或 E mc2这就是著名的爱因斯坦质能方程 在计算核能时 可以先计算质量亏损 m 再代入质能方程中即可求出核能 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 通关秘籍1 爱因斯坦质能方程反映的是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之间的转换关系 根据爱因斯坦的相对论 辐射出的 光子的静质量虽然为零 但它有动质量 而且这个动质量刚好等于质量的亏损 所以质量守恒 能量守恒仍成立 2 原子核的结合能 核子的平均结合能 核子数 核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差 就是该次核反应所释放 或吸收 的核能 核能的计算方法详见本书283书 返回目录 题型全突破 考法1对光电效应中易混淆概念的考查 考法指导一 光子与光电子光子是指光在空间传播时的每一份能量 光子不带电 光电子是指金属表面受到光照射时发射出来的电子 光子是光电效应的因 光电子是果 二 光电子的最大初动能与光电子的动能当光照射金属时 光子的能量全部被电子吸收 电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动 有的向金属内部运动 有的向金属表面运动 但因途径不同 运动途中消耗的能量也不同 唯独在金属表面的电子 只要克服金属原子核的引力做功 就能从金属中逸出而具有最大初动能 根据爱因斯坦光电效应方程可以算出光电子的最大初动能为Ek h W0 W0为金属的逸出功 而其他经过不同的路径射出的光电子 其动能一定小于最大初动能 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 三 光电流与饱和光电流在一定频率与强度的光照射下产生光电效应 光电流与电压之间的关系为 开始时 光电流随电压U的增大而增大 当U比较大时 光电流达到饱和值Im 这时即使再增大U 在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动 光电流也就不会再增大 即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流 在一定光照条件下 饱和光电流与所加电压大小无关 四 入射光强度和光子能量入射光强度是单位时间内照射到金属表面单位面积上总的能量 光子能量即每个光子的能量 光子总能量等于光子能量与入射光子数的乘积 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 考法示例1用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与照射光的强弱 频率等物理量的关系 图中A K两极间的电压大小可调 电源的正负极也可以对调 分别用a b c三束单色光照射 调节A K间的电压U 得到光电流I与电压U的关系如图乙所示 由图可知 图甲图乙A 单色光a和c的频率相同 但a更强些B 单色光a和c的频率相同 但a更弱些C 单色光b的频率小于a的频率D 改变电源的极性不可能有光电流产生 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 思路分析解答本题要从三个方面入手 一是明确 遏止电压 最大初动能 光电流 电压 的意义及影响它们大小的因素 二是明确题给图像的含义 知道遏止电压大 光的频率大 三是明确发生光电效应的条件 解析由题图乙可知 a c的遏止电压相同 根据光电效应方程可知单色光a和c的频率相同 但a产生的光电流大 说明a光的强度大 选项A正确 B错误 b的遏止电压大于a c的遏止电压 所以单色光b的频率大于a的频率 选项C错误 只要光的频率不变 改变电源的极性 仍可能有光电流产生 选项D错误 答案A 返回目录 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 考法2爱因斯坦光电效应方程的应用 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 考法示例3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K 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 6V时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 6V时 电流表读数为零 由此可知阴极材料的逸出功为 A 1 9eVB 0 6eVC 2 5eVD 3 1eV 思路分析本题可按以下思路进行解答 遏止电压 使电子速度减小为零光电子的最大初动能逸出功解析由题意知 当电压表读数小于0 6V时 电流表读数不为零 而大于或等于0 6V时 电流表的读数为零 这说明当电压等于0 6V时 刚好能将光电子的速度减小到零 即光电子的初动能Ek 0 6eV 根据爱因斯坦光电效应方程Ek h W 可得W h Ek 2 5eV 0 6eV 1 9eV 选项A正确 答案A 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 返回目录 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 考法3能级跃迁问题 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 3 直接跃迁与间接跃迁原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时 可能是直接跃迁 也可能是间接跃迁 两种情况下辐射或吸收光子的频率可能不同 所谓直接跃迁 就是从一种定态直接跃迁至另一定态 辐射一种光子 所辐射的光子能量等于两个定态的能量差 所谓间接跃迁 是指从一种定态 先跃迁到中间某一定态 再跃迁至另一定态 辐射两种以上光子 辐射的每种光子能量都等于跃迁时两个定态的能量差 4 原子跃迁与电离 1 根据玻尔的原子理论 当原子从低能级向高能级跃迁时 必须吸收光子 能量 才能实现 相反 从高能级向低能级跃迁时 必定辐射光子 原子跃迁时 不论是吸收光子还是辐射光子 其光子的能量必须满足h Em En 2 原子电离 就是原子中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电子 原子电离时 原子结构被破坏 因而不再遵循原子结构的相关理论 也不再受 h Em En 这个条件的限制 但是 要将处于某一定态的原子的电子电离出去 就必须给原子一定的能量 这个能量至少为 En 例如 要使基态氢原子中的电子电离 所给能量至少为氢原子从n 1的基态变化到n 的状态所需的能量 这个能量的大小为13 6eV 5 光子与电子激发若是在光子的激发下跃迁 则光子能量应满足h E初 E终 若是在电子的碰撞下引起原子跃迁 则要求电子的能量大于或等于原子的某两个能级差即可 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 例如 用能量为10 2eV的光子照射处于基态的氢原子 可使基态的氢原子跃迁到n 2的激发态 如果光子的能量是10 3eV 则不能使基态的氢原子发生跃迁 但是 用能量为10 3eV的外来电子就可以将10 2eV的能量传递给基态的氢原子而使其跃迁到n 2的激发态 使氢原子跃迁后的电子还剩下0 1eV的能量 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 考法示例5如图所示 A B C分别表示三种不同能级跃迁时放出的光子 由图可以判定 A 用波长为6 0 10 7m的射线照射 可以使稳定的氢原子电离B 用能量是10 2eV的光子可以激发处于基态的氢原子C 用能量是2 5eV的光子 可以激发处于基态的氢原子D 用能量是11 0eV的外来电子 可以使处于基态的氢原子激发 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 2 5eV的光子能量小于题图中任何能级与基态的能量差 故不能使氢原子发生跃迁 选项C错误 外来的电子可以将10 2eV的能量传递给氢原子 使其激发 外来电子还剩余11 0eV 10 2eV 0 8eV的能量 选项D正确 答案BD突破攻略处理氢原子辐射或吸收光子的问题时 切记辐射或吸收的光子的能量必须等于两个定态的能量差 不可能辐射或吸收两个定态的能量差之外能量的光子 处于高能级的氢原子可能向各个低能级跃迁 因此可能辐射出若干频率的光子 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 返回目录 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 考法4三种射线在电场和磁场中偏转的特点 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 考法示例6 一置于铅盒中的放射源发射的 和 射线 由铅盒的小孔射出 在小孔外放一铝箔 铝箔后面的空间有一匀强电场 进入电场后 射线变为a b两束 射线a沿原来的方向行进 射线b发生了偏转 如图所示 则图中的射线a为射线 射线b为射线 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 思路分析根据三种射线的本质和特征进行解答 解析放射源可以放射出 三种射线 射线的穿透能力弱 不能穿透铝箔 射线和 射线的穿透能力强 可以穿透铝箔 由于 射线带负电 经过电场时受到电场力的作用而发生偏转 射线不带电 经过电场时不发生偏转 所以图中射线a是 射线 射线b是 射线 答案 返回目录 考法指导分析 衰变和 衰变在磁场中的运动轨迹 应弄清以下基本规律 1 衰变过程中 质量数守恒 电荷数守恒 2 衰变过程中动量守恒 3 带电粒子垂直于磁场方向做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力 4 当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变且衰变后粒子运动方向与磁场方向垂直时 大圆一定是 粒子或 粒子的轨迹 小圆一定是反冲核的轨迹 衰变时两圆外切 如图甲所示 衰变时两圆内切 如图乙所示 如果已知磁场方向 还可根据左手定则判断绕行方向是顺时针还是逆时针 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 考法5 衰变和 衰变在磁场中的运动轨迹 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 思路分析本题可按以下思路进行求解 1 核反应前后质量数守恒 电荷数守恒 核反应方程 2 洛伦兹力提供向心力 碰撞后粒子的动量 动量守恒定律 碰撞前 粒子的动量 粒子的速度大小 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 返回目录 考法指导 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 考法6对核反应的四种类型的考查 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 思路分析解答本题的关键是熟悉常见的核反应方程 知道四种核反应类型的特点 同时要明确核反应前后质量数守恒和电荷数守恒 解析 1 E是查德威克发现中子的核反应方程 B是裂变反应 是研究原子弹的基本核反应方程 A是聚变反应 是研究氢弹的基本核反应方程 2 由电荷数守恒和质量数守恒可以判定 X的质量数为144 电荷数为56 所以中子数为144 56 88 3 衰变是原子核自发地放出 粒子或 粒子的反应 C是 衰变 D是 衰变 E是人工控制的原子核的变化 属于原子核的人工转变 裂变是重核吸收中子后分裂成几个中等核的反应 故B是裂变反应 聚变是几个轻核结合成较大质量核的反应 故A是聚变反应 返回目录 能力大提升 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 方法1确定衰变的种类及衰变次数的方法 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 解析 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 射线是伴随 衰变或 衰变产生的 放出 射线后 原子核的电荷数和质量数都不变 其实质是放射性元素的原子核在发生 衰变或 衰变时 由于产生的某些新核具有过多的能量 核处于激发态 而辐射出光子 当放射性物质发生连续衰变时 原子核中有的发生 衰变 有的发生 衰变 同时伴有 射线产生 这时可连续放出三种射线 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 示例10本题中大写字母表示原子核 E经过 衰变成为F 再经过 衰变成为G 再经过 衰变成为H 上述衰变可表示为 EFGH 另一系列衰变表示为PQRS 已知P是F的同位素 则 A Q是G的同位素 R是H的同位素B R是E的同位素 S是F的同位素C R是G的同位素 S是H的同位素D Q是E的同位素 R是F的同位素 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 思路分析根据 衰变 衰变的规律 结合衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒 可以判断出原子核的组成 在此基础上明确同位素的质子数相同 而质量数不同 即可得出答案 解析设E的核电荷数为Z 则F的核电荷数为 Z 2 G的核电荷数为 Z 1 H的核电荷数为 Z 3 又P是F的同位素 故P与F的核电荷数相同 即P的核电荷数为 Z 2 则Q的核电荷数为 Z 1 R的核电荷数为Z S的核电荷数为 Z 2 所以Q和G是同位素 R和E是同位素 S F和P是同位素 选项B正确 答案B 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 突破攻略 解答这类问题的基本依据是质量数守恒和电荷数守恒 解题过程中 一般先由质量数的改变确定 衰变的次数 这是因为 衰变次数的多少对质量数没有影响 然后根据衰变规律确定 衰变的次数 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 返回目录 物理专题13波粒二象性原子结构原子核 继续学习 方法2半衰期的计算方法 物理专题13波