高三物理一轮复习课件考情精解读知识全通关专题13波粒二象性原子结构原子核共109.pptx

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,(2)存在遏止电压和截止频率使光电流减小到零时的反向电压Uc,叫作遏止电压;能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的极限频率.(3)光电效应具有瞬时性金属受到光照,光电子的发射一般不超过10-9s.在光电效应实验中,电源反接,电场反向,则光电子离开阴极后将受到反向电场的阻碍作用.当阴极K和阳极A间加反向电压时,光电子克服电场力做功,且12mec2=eUc.,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=6.6310-34Js.,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,光子的动量:由动量的定义有p=mc,结合光子能量E=h,爱因斯坦的质能方程E=mc2及c=可得p=.通关秘籍1.光电效应的实质是光现象转化为电现象,定义中的光包括可见光和不可见光.2.光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面.前者表明光子具有能量,后者表明光子除了具有能量之外还具有动量.,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,五、氢原子光谱氢原子光谱线是最早发现和研究的光谱线,这些光谱线可以用一个统一的公式表示为1=R(12-12)式中,里德伯常量R=1.10107m-1;m=1,2,3,4,5,对于每一个m,有n=m+1,m+2,m+3,这样就构成了一个谱线系.当m=2,n=3,4,5,时,即得到了巴耳末公式:1=R(122-12),它所确定的谱线系称为巴耳末系.(1)在氢原子光谱中,m、n取不同值,可得到不同的光谱线系,如赖曼系、帕邢系、布喇开系、普丰德系等.(2)氢原子光谱是线状的、不连续的,波长只能是分立的值.,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,跃迁假设对发射光(吸收光)从微观(原子等级)上给出了解释.(3)轨道量子化假设:原子的不同能量状态对应于电子的不同运动轨道,原子的能量状态是不连续的,电子不能在任意半径的轨道上运动,只有轨道半径r跟电子动量mev的乘积满足关系式mevr=n2(量子数n=1,2,3,)的这些轨道才是可能的.七、氢原子的能级1.能级:在玻尔理论中,原子各个可能状态的能量值叫能级.2.基态和激发态:原子能量最低的状态叫基态,其他能量(相对于基态)较高的状态叫激发态.3.量子数:现代物理学认为原子的可能状态是不连续的,各状态可用正整数1,2,3,表示,叫作量子数,一般用n表示.,继续学习,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,4.氢原子的能级和轨道半径(1)能级公式En=12E1(n=1,2,3,)其中E1为基态能量,其值为E1=-13.6eV.(2)轨道半径公式rn=n2r1(n=1,2,3,)其中n是正整数,r1是离核最近的可能轨道的半径,r1=0.5310-10m.5.氢原子的能级图横线左端的数字“1,2,3,”表示量子数,右端的数字“-13.6,-3.4,”表示氢原子的能级.,继续学习,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,6.光子的吸收与发射原子从一种定态跃迁到另一种定态,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能级差决定.通关秘籍1.原子的跃迁条件h=Em-En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.对于光子和原子作用而使原子电离的情况,只要入射光子的能量E13.6eV,氢原子就能吸收.对于实物粒子与原子作用而使原子激发的情况,实物粒子的能量大于或等于能级差即可.2.氢原子跃迁发出可能的光谱线数N=C2=(1)2,是针对一群氢原子而言的,而不是一个氢原子.3.利用每种原子都有自己的特征谱线可以鉴别物质和确定物质的组成,且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.,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,二、原子核1.原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,质子和中子统称核子.(1)原子核所带的电荷都是质子电荷的整数倍,用Z表示,这个整数叫作原子核的电荷数.(2)原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和,而质子与中子的质量几乎相等,所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍,用A表示,这个整数叫作原子核的质量数.(3)原子核常用符号X表示,其中X为元素符号,A表示核的质量数,Z表示核的电荷数.原子核的电荷数(Z)=质子数=元素的原子序数=中性原子核外电子数;原子核的质量数(A)=核子数=质子数+中子数.,继续学习,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,2.同位素:具有相同质子数而中子数不同的原子核,在元素周期表中处于同一位置,因而互称同位素.例如,氢的三种同位素:氕11H、氘12H、氚13H.三、原子核的衰变1.原子核的衰变:不稳定的原子核自发地放出粒子或粒子后,转变为新核的变化称为原子核的衰变.原子核放出粒子或粒子,并不表明原子核内有粒子或粒子(很明显,粒子是电子流,而原子核内不可能有电子存在).2.衰变规律:原子核衰变前后的质量数和电荷数都是守恒的.通关秘籍原子核衰变时遵循质量数守恒而不是质量守恒.原子核衰变前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能.但是,原子核衰变遵循质量数守恒.,继续学习,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,3.衰变方程(1)衰变方程:发生一次衰变,新核的质量数比原来的核减少4,而电荷数减少2,用通式表示为X24Y+24He通关秘籍发生衰变时,原子核中的质子数减少2,中子数也减少2,因此新核的核电荷数比未发生衰变时的原子核的核电荷数少2,故新核在元素周期表中的位置向前移动2位.(2)衰变方程:发生一次衰变,新核的质量数不变,而电荷数增加1,用通式表示为X+1Y+10e通关秘籍射线经常是伴随衰变和衰变而产生的,这是由于衰变后的新核具有较大的能量而处于激发态,在向低能级跃迁时能量以光子的形式辐射出来.原子核放出一个光子不会改变它的质量数和电荷数,不能单独发生衰变.,继续学习,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,(3)两个重要的衰变方程92238U90234Th+24He;90234Th91234Pa+10e确定衰变种类及衰变次数的方法详见本书282页4.半衰期(1)放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,叫作这种元素的半衰期.半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量,它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.(2)特征:半衰期只由核本身的因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关.通关秘籍不能认为半衰期是少量放射性元素的原子核衰变一半所需的时间.因为半衰期是大量的原子核发生衰变的统计规律,对于少量原子核,半衰期是没有意义的.半衰期的计算方法详见本书282页,继续学习,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,5.人工放射性同位素的发现(1)1934年,居里夫妇用粒子轰击铝箔时,发现了放射性同位素,核反应方程为1327Al+24He1530P+01n(2)放射性同位素:具有放射性的同位素叫放射性同位素,如上式中的1530P就是磷的一种同位素,具有放射性.(3)正电子:质量与电子相同,带一个单位正电荷的粒子,其产生的实质是质子衰变成中子时产生的,衰变方程为11H01n+10e(4)放射性同位素的应用:利用它的射线;作为示踪原子.,继续学习,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,四、核反应1.核反应: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.2.核反应的规律和类型(1)核反应中应遵循两个守恒规律,即质量数守恒和电荷数守恒.(2)核反应类型分为:衰变,人工转变,裂变,聚变.3.原子核的人工转变(1)原子核的人工转变是指用高速运动的粒子轰击原子核,产生另一种新核的方法.(2)质子的发现卢瑟福发现质子的实验:用粒子轰击氮原子核.核反应方程:714N+24He817O+11H质子的成因:714N+24He918F(复核)817O+11H,即粒子进入氮核,形成复核918F,复核不稳定,衰变时放出质子.,继续学习,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,(3)中子的发现卢瑟福预见了中子的存在,之后英国物理学家查德威克发现了中子.核反应方程:49Be+24He612C+01n中子是一种不带电且穿透能力很强的粒子,其质量与质子质量差不多.4.裂变(1)重核裂变:使重核分裂成中等质量的原子核的核反应,称为裂变.(2)铀核裂变及链式反应:用中子轰击铀核时,铀核发生裂变,生成中等质量的原子核的同时,总要释放出23个中子,这些中子又引起其他的铀核裂变,这样,裂变就会不断地进行下去,释放出越来越多的核能,这就是链式反应.链式反应的条件是达到临界体积(临界质量),此外还需要减少裂变反应物质中的杂质.,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)铀核裂变的几个核反应方程92235U+01n3689Kr+56144Ba+301n92235U+01n3895Sr+54139Xe+201n92235U+01n3890Sr+54136Xe+1001n92235U+01n4193Nb+51141Sb+201n(4)裂变反应堆:又称核反应堆,简称反应堆.反应堆主要由核燃料、减速剂、控制棒、冷却剂、反射层等组成.5.聚变(1)某些轻核结合成质量较大的原子核的反应过程叫作聚变.(2)聚变的条件及热核反应:要发生聚变反应,必须使轻核之间的距离十分接近,达到10-15m的近距离.聚变反应需要高温,因此又把聚变反应叫作热核反应.氢弹就是利用热核反应制造的一种大规模杀伤性武器.(3)典型的聚变方程:12H+13H24He+01n.,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,继续学习,五、书写核反应方程的原则和步骤1.书写核反应方程的原则及方法(1)无论何种核反应方程,都必须遵守电荷数守恒和质量数守恒(注意:不是质量守恒),有些核反应方程还要考虑能量守恒及动量守恒.(2)核反应过程一般是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头“”表示反应进行的方向,不能把箭头写成等号.(3)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空地只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程.通关秘籍要熟悉常见的基本粒子的表达式,如中子01n,质子11H,氕11H,氘12H,氚13H,电子10e,正电子10e,氦核24He等.,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1.510-15m之内.核力在距离大于0.810-15m时表现为吸引力,且随距离的增大而减小,超过1.510-15m,核力急剧下降,几乎消失;在距离小于0.810-15m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,考法指导1.利用Ek=h-W0求解光电子的最大初动能依据爱因斯坦的“光子”理论,金属中每一个电子只吸收照射光的一个光子的能量,且无积累过程.电子能否成为光电子,取决于电子所吸收的光子的能量大小,若电子吸收光子能量后足以克服金属离子对电子的引力而逸出,则电子就能成为光电子,多余的能量转化为光电子的动能,其表达式为12mv2=h-W0,若式中的W0是使金属表面的电子脱离金属所做的功,即逸出功,则12mv2为光电子的最大初动能,即Ek=h-W0,这就是爱因斯坦光电效应方程.光电子的动能可以是介于0Ek的任意值,只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能Ek,且随入射光频率的增大而增大,但并非所有光电子的初动能都随入射光频率的增大而增大.,2.利用Ek=h-W0求解金属的极限频率光照射金属,金属表面的电子吸收光子的能量,然后利用此能量来克服金属离子对电子的引力做功,此功即为逸出功W0,根据公式Ek=h-W0可知:当照射光的光子能量恰好等于该金属的逸出功,即恰好发生光电效应时,光电子的最大初动能为零,有hc=W0即c=W0h,c为极限频率.3.利用Ek=h-W0求解Ek-图像问题若用纵轴表示最大初动能Ek,横轴表示入射光的频率,则光电效应方程可用图像表示(如图所示).图线在横轴上的截距在数值上等于金属的截止频率c;在纵轴上的截距在数值上等于金属的逸出功W0,图线的斜率在数值上等于普朗克常量h.,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,考法指导一、几个问题辨析1.光子的辐射与吸收原子从一种定态(能量为Em)跃迁到另一种定态(能量为En),要辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,且光子的能量h=Em-En.若EmEn,则辐射光子;若EmEn,则吸收光子.2.一个氢原子跃迁与一群氢原子跃迁一个氢原子核外只有一个电子,这个电子在某个时刻只能处在某一可能的轨道上,在某段时间内,由某一轨道跃迁到另一轨道时,有多种可能的跃迁过程,但实际跃迁过程只有一种.所以一个氢原子处于量子数为n的激发态时,可辐射的光谱条数最多为n-1.一群氢原子处于量子数为n的激发态时,由于向各个低能级跃迁的可能性均存在,因此可辐射的光谱条数为n2=n(n1)2.,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,二、能级跃迁问题的求解攻略1.弄清公式h=Em-En和N=n(n1)2原子从一种定态(Em)跃迁到另一种定态(En),它辐射或吸收的光子能量为h=Em-En.如果一群氢原子从量子数为n的能级向低能级跃迁,发出可能的光谱线数N=n2=n(n1)2.如果是一个氢原子跃迁,则该公式不适用.2.读懂氢原子的能级图(如图所示)(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态.(2)横线左端的数字“1,2,3,”表示量子数,右端的数字“-13.6,-3.4,”表示氢原子的能级.(3)相邻横线间的距离,表示相邻的能级差,量子数越大,相邻的能级差越小.(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁.原子跃迁的条件为h=Em-En.,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4一群处于量子数n=4的激发态的氢原子向低能级跃迁时发出的光谱线共有几条?若是一个氢原子处于n=4的激发态,向低能级跃迁时,最多能发出几种频率的光子?解析大量氢原子跃迁时发出的光谱条数为n2,故一群处于量子数n=4的激发态的氢原子向低能级跃迁时发出的光谱线共有6条;若只有一个氢原子,则最多能发出(n-1)种不同频率的光子,故一个氢原子从n=4的激发态向低能级跃迁时,最多能发出3种频率的光子.答案6条3种,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6.010-7m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,思路分析解答本题的关键是弄清:(1)氢原子跃迁吸收能量,如果是由于电子的碰撞使氢原子跃迁,那么电子的能量只要大于或等于两个定态的能量差即可.(2)如果氢原子吸收光子跃迁,则该光子的能量必须等于两个定态的能量差,否则氢原子不吸收光子的能量.解析“稳定的氢原子”是指处于基态的氢原子,若使其电离,则光子的能量必须大于或等于13.6eV,而波长为6.010-7m的射线的光子能量为E=hc=6.6310-3431086.01071.61019eV=2.07eV1.,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,3.射线和射线在磁场中偏转的特点在匀强磁场中,粒子和粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样的条件下,粒子的轨道半径较小.根据qvB=mv2R得R=mvqBmvq.所以,在同样条件下粒子与粒子的轨道半径之比为RR=m/18364mcc/102ee=51836r)的圆形径迹,其中R是质量较小的核的径迹,r是质量较大的核的径迹.(1)请写出该核反应方程;(2)求碰撞前粒子的速度大小(质子质量为m,电荷量为e).,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,解析(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可得核反应方程为714N+24He817O+11H(2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,则有qvB=mv2R可得817O核的动量为pO=mOvO=8eBr11H核的动量为pH=mHvH=eBR由动量守恒定律得pHe=pO+pH所以pHe=eB(8r+R)故vHe=p4m=eB(8r+R)4m.答案(1)714N+24HeO+11H(2)eB(8r+R)4m,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,考法示例8现有五个核反应:A.12H+13H24He+01nB.92235U+01nX+3689Kr+301nC.1124Na1224Mg+10eD.88220Ra86216Rn+24HeE.24He+49Be612C+01n(1)是发现中子的核反应方程,是研究原子弹的基本核反应方程,是研究氢弹的基本核反应方程.(2)求核反应B中X的质量数和中子数.(3)判断以上五个核反应的反应类型.,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,不稳定的原子核自发地放出粒子或粒子后,转变为新核的变化称为原子核的衰变.判断衰变的种类及衰变次数要掌握几个要点.1.知道粒子和粒子的表示符号粒子实质是氦原子核,符号是24He,其中4表示氦的质量数,2表示氦的电荷数.粒子实质是电子,符号是10e,其中0表示电子的质量数,-1表示电子的电荷数.2.知道衰变和衰变满足两种“守恒”衰变过程中,电荷数和质量数都守恒.,3.弄清确定衰变次数的方法设元素ZAX经过n次衰变和m次衰变后,变成稳定的新元素ZAY,则表示核反应的方程为XZAY+n24He+m10e.根据质量数守恒和电荷数守恒可得A=A+4nZ=Z+2n-m两式联立解得n=AA4,m=AA2+Z-Z可见,确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,继续学习,【解析】,4.衰变和衰变的实质(1)衰变:ZMXZ2M4Y+24He,衰变的实质是某元素的原子核放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核).新核比原核的质量数减少4,核电荷数减少2,在元素周期表中的位置要前移两位.(2)衰变:ZMXZ+1MY+10e,衰变的实质是某元素的原子核内的一个中子变为一个质子时放射出一个电子.新核与原核质量数相同,核电荷数增加1,在元素周期表中的位置要后移一位.,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,示例9天然放射性元素90232Th(钍)经过一系列衰变和衰变后,变成82208Pb(铅),下列判断正确的是()A.铅核比钍核少8个质子B.铅核比钍核少24个质子C.衰变过程共有4次衰变和8次衰变D.衰变过程共有6次衰变和4次衰变,物理专题13波粒二象性原子结构原子核,继续学习,思路分析解答本题的关键是弄清以下几点:(1)表示原子核的符号中各字母(数字)的意义.(2)衰变后新核的质量数比原核减少4,核电荷数减少2.(3)衰变后新核与原核的质量数相同,核电荷数增加1.解析钍核的电荷数是90,质量数是232,则其质子数为90,中子数为142;铅核的电荷数是82,质量数是208,则其质子数为82,中子数为126,故选项A正确,B错误.设经过x次衰变和y次衰变,则衰变方程可写成90232Th82208Pb+x24He+y10e,由质量数守恒和电荷数守恒可得232=208+4x,90=82+2x-y,解得x=6,y=4,说明共经过了6次衰变和4次衰变,选项C错误,D正确.答案AD,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,1.半衰期的公式N余=N原(12)tT,m余=m原(12)tT式中N原、m原表示衰变前放射性元素的原子数和质量,N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,T表示半衰期.2.半衰期的决定因素放射性元素衰变的快慢由原子核内部的因素决定,跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关.3.计算半衰期时应注意以下两点(1)不能认为放射性元素的半衰期就是其原子核全部衰变所需时间的一半.(2)不能认为半衰期就是一个放射性元素的原子核衰变到稳定核所经历的时间.因为半衰期是大量的原子核发生衰变的统计规律,对于单个原子核,半衰期是没有意义的.,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波粒二象性原子结构原子核,示例11瑞士一家化验室通过对阿拉法特生前穿过的衣物进行检测,发现放射性元素钋的含量为致命剂量的20倍.已知钋84210Po发生衰变的半衰期为138天,衰变方程为84210PoX+24He+,则X原子核含有中子的个数为,再经过个半衰期(取整数),放射性元素钋的剂量将低于致命剂量.,继续学习,思路分析解答本题时应把握以下两点:(1)明确衰变过程中质量数和电荷数守恒;(2)弄清半衰期的概念及其计算公式.解析X原子核中的核子数为210-4=206,质子数为84-2=82,所以中子数为206-82=124.设经过n个半衰期钋剂量低于致命剂量,则有120=(12)n,取对数得n=202=10+22=1+0.30.35,即需经过5个半衰期钋元素的剂量才能低于致命剂量.答案1245,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,1.利用质能方程计算核能(1)根据核反应方程,计算出核反应前与核反应后的质量亏损m.(2)根据爱因斯坦质能方程E=mc2计算核能.突破攻略质能方程E=mc2中m的单位用“kg”,c的单位用“m/s”,则E的单位为“J”.E=mc2中,若m的单位用“u”,则可直接利用E=m931.5MeV计算E,此时E的单位为“MeV”,即1u=1.660610-27kg,相当于931.5MeV,这个结论可在计算中直接应用.,继续学习,方法3核能的计算方法,示例12用放射源钋放出的射线轰击铍49Be时,能放出一种穿透力极强的中性射线,这就是所谓的铍“辐射”.1932年,英国物理学家查德威克用铍“辐射”分别照射(轰击)氢和氮(氢和氮可视为静止),测得照射后沿铍“辐射”方向高速运动的氢核和氮核的速度之比为71.查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为零的中性粒子构成的,从而通过上述实验在历史上首次发现了中子,为人类确定原子核的结构做出了重要贡献.若已知粒子的质量为4.001509u,中子的质量为1.008665u,铍核的质量为9.01219u,碳核的质量为12.00000u,试确定核反应中所释放的核能为多少?,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,思路分析本题可按以下思路进行分析:(1)写出发现中子的核反应方程;(2)根据题意算出质量亏损;(3)利用E=mc2计算核能.解析根据题意可写出发现中子的核反应方程为24He+49Be612+01n,可得核反应过程中的质量亏损为m=mHe+mBe-mC-mn=0.005034u,根据质能方程E=mc2得该核反应所释放的