新高考版《物理》资料：讲解部分课堂课件-近代物理初步

高考

物理新高考专用专题十三近代物理初步基础篇考点一光电效应一、能量量子化1.黑体与黑体辐射1)黑体:如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生

反射,这种物体就是绝对黑体,简称黑体.2)黑体辐射实验规律:随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有

增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.

2黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关.黑体的颜色不一定是黑色,黑体不反射电磁波,但会向外辐射电磁波.2.能量量子化1)能量子:组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε

的整数倍.带电微粒辐射或吸收能量时也是以这个最小能量值为单位

一份一份地进行的,这个不可再分的最小能量值ε叫能量子.2)公式:ε=hν.ν是带电微粒的振动频率,也是带电微粒吸收或辐射电磁波

的频率,h是普朗克常量,其值为h=6.626×10-34J·s.3)能量量子化:在微观世界中,能量不能连续变化,只能取某些分立值,这种

现象叫能量量子化.3二、光电效应1.定义:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出.这个现象

称为光电效应,这种电子常称为光电子.光电效应的实质:光现象

电现象.2.实验电路图:如图所示,真空玻璃管中密封的阴极K和阳极A这两个电极

构成光电管,K在受到光照时能够发射光电子.加在K与A之间的电压大

小可以调整,电源的正、负极也可以对调.

43.实验规律1)存在截止频率νc(也叫极限频率)①当入射光的频率低于金属的截止频率时不发生光电效应.②不同金属的截止频率不同,即截止频率与金属自身的性质有关.2)存在饱和电流①原因:在光照强度一定的条件下,单位时间内阴极K发射的光电子的数

目是一定的,电压增加到一定值时,所有光电子都被阳极A吸收,这时即使

再增大电压,电流也不会增大.②影响因素:在光的频率(颜色)不变的情况下,入射光越强,单位时间内发

射的光电子数越多,饱和电流越大.53)存在遏止电压:使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压.①同一种金属对于一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样

的.②对于同一种金属,光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的

强弱无关.4)光电效应具有瞬时性:当频率超过截止频率νc时,无论入射光怎样微弱,

照到金属时会立即产生光电流.64.爱因斯坦光电效应方程1)光子①定义:在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫一个光量

子,简称光子.②光子的能量:每个光子的能量只决定于光的频率,即ε=hν,ν表示光的频

率.2)逸出功:要使电子脱离某种金属,需要外界对它做功,做功的最小值叫这

种金属(不同金属的逸出功不同)的逸出功,一般用W0表示.3)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0,Ek为光电子的最大初动能.光电子

的最大初动能随入射光频率的增大而增大.75.光电效应三类图像①最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线

8②遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线9③光电流I与电压U的关系图线10考点二光的波粒二象性1.光的波粒二象性

项目表现说明

光的干涉、衍射、偏振(1)光是一种概率波,即

光子在空间各点出现

的可能性大小(概率)可

用波动规律来描述(2)大量光子往往表现

出波动性(1)光的波动性是光子

本身的一种属性,不是

光子之间相互作用产

生的(2)光的波动性不同于

宏观概念的波

光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作

用时,这种作用是“一

份一份”进行的,表现

出粒子的性质(2)少量光子往往表现

出粒子性(1)“粒子”的含义是

“不连续”“一份一

份”的(2)光子不同于宏观概

念的粒子112.物质波:与实物粒子相联系的波叫物质波.实物粒子的能量E和动量p

跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间遵循的关系为:E=hν,p=

.12考点三原子结构一、原子的核式结构模型

1.现象:绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向直线前进,但少数α粒

子发生了较大角度的偏转,并且有极少数的α粒子偏转角度超过90°,有的

甚至被弹回,偏转角度几乎达到180°.2.结论:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子几乎全部质量和所

有正电荷都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.13二、氢原子光谱1.定义:用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长(频率)展开,获得光的波

长(频率)和强度分布的记录,即光谱.2.发射光谱1)连续谱:连续分布的包含从红光到紫光各种色光的光谱.2)线状谱:只含有一些不连续的亮线的光谱,又称为原子光谱.3)带状谱:由一系列光谱带组成.143.吸收光谱1)特点:连续光谱的背景上出现一些暗线.2)与线状谱的关系:各种原子的吸收光谱的暗线和线状谱的亮线相对应,

即表明某种原子发出的光和吸收的光的频率是特定的,通常吸收光谱中

的暗线比线状谱中的亮线要少一些.这些亮线或暗线称为该原子的特

征谱线.15三、玻尔理论、能级1.玻尔理论的三条假设1)定态条件:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态

中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量.2)跃迁条件:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,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量差决定,即hν=Em-En(h是普朗

克常量,h=6.63×10-34J·s)3)轨道假设:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相

对应.原子的定态是不连续的,因此电子的轨道也是不连续的.162.氢原子的能级、能级公式1)氢原子的能级图如图所示

172)两类能级跃迁①自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,发射光子.②受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量.吸收的光子能量必须恰好等于

能极差.3)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式:En=

E1(n=1,2,3,…),其中基态能量E1最低,其数值为E1=13.6eV.②氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态半径,又称玻尔半

径,其数值为r1=0.53×10-10m.18考点四原子核一、天然放射现象1.天然放射现象:放射性元素自发地发出射线的现象.1)在1896年,由法国物理学家贝克勒尔发现.2)意义:使人们认识到原子核也有复杂的结构.2.放射性:物质发出射线的性质称为放射性.3.放射性元素:具有放射性的元素称为放射性元素.原子序数大于83的

元素,都能自发地发出射线,原子序数小于或等于83的元素,有的也能发出

射线.194.三种射线的成分及特性

α射线β射线γ射线组成α粒子流电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e-e0质量4mp

静止质量为零出射速度0.1c0.99cc(光速)在电磁场中偏转与α射线偏转方向相反不偏转贯穿本领最弱,用一张纸能挡住较强,能穿透几毫米厚的铝板最强,能穿透几厘米厚

的铅板和几十厘米厚

的混凝土对空气的电离作用很强较弱很弱20二、原子核的组成1.原子核是由质子(符号为p或

H)、中子(符号为n或

n)构成的,质子和中子统称为核子.2.原子核的电荷数Z(核电荷数)=质子数=元素的原子序数.3.原子核的质量数A=核子数=质子数+中子数.4.同位素:具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素,在元素周

期表中处于同一位置,因而互称同位素.氢有三种同位素,分别叫氕、

氘、氚,符号分别是

H

H

H.21三、原子核的衰变1.定义:原子核自发地放出α粒子或β粒子,由于核电荷数变了,它在元素周

期表中的位置就变了,变成另一种原子核.我们把这种变化称为原子核

的衰变.2.衰变规律:电荷数守恒、质量数守恒.223.α衰变和β衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程

X

Y

He

X

Y

e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个

整体射出中子转化为质子和电子

H+

n

He

n

H

e新核的变化核子数减少4核子数不变

质子减少2个,中子减少2个质子增加1个,中子减少1个

元素周期表中位置前移2位元素周期表中位置退后1位匀强磁场中轨迹形状

23γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的.原子核发生α衰变或β衰变时,往

往有核能释放,使产生的新核处于高能级,这时它要向低能级跃迁,能量以

γ光子的形式辐射出来.四、半衰期1.定义: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.半衰期是统计规律,适用于大量原子核.2.意义:表示衰变的快慢.3.决定因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原

子所处的化学状态和外部条件无关.4.公式:N余=N原

,m余=m原

.24五、核反应1.定义:原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的

过程,称为核反应.2.规律:在核反应中,质量数守恒、电荷数守恒.3.三个重要核反应1)1919年卢瑟福发现质子的核反应

N+

O

H.2)1932年卢瑟福的学生查德威克用实验证实了中子的存在,其核反应方

程为

Be+

C

n.3)1934年约里奥—居里夫妇发现人工放射性同位素、发现正电子的核反

应

He

Al→

n

P

e

Si.25六、结合能与比结合能1.结合能1)概念:孤立的核子结合成原子核时放出的能量,或原子核分解成孤立的

核子时吸收的能量,都叫作原子核的结合能.2)理解①结合能是针对由核子组成的原子核来说的,孤立核子如质子或中子无

结合能.

②质量数越大的原子核结合能越大.262.比结合能1)概念:原子核的结合能与核子数之比,叫作比结合能.2)理解①比结合能的大小能够反映核的稳定程度,比结合能越大,原子核就越难

拆开,表示该核就越稳定.②核子数较小的轻核与核子数较大的重核,比结合能都比较小,中等大小

的核比结合能较大,表示这些原子核较稳定.③当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时,就可释放

核能.273.质量亏损1)概念:原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,这个现象叫作质量

亏损.2)质能关系:ΔE=Δmc2.3)核子平均质量:比结合能大的原子核,平均每个核子的质量亏损大,核子

的平均质量就小,故核子的平均质量大小也能够反映原子核的稳定性,即

核子的平均质量越小,原子核越稳定.核子平均质量随原子序数变化的

定性关系图像如图所示.

28综合篇拓展一原子跃迁、电离的理解1.跃迁与电离跃迁根据玻尔理论,当原子从低能级向高能级跃迁时,必须吸收特定频率的光子才能实现;相反,当原子从高能级向低能级跃迁时,必须辐射特定频率的光子才能实现.跃迁时不管是吸收还是辐射光子,光子的能量都必须等于这两个能级的能量差电离原子一旦电离,原子结构将被破坏,而不再遵守有关原子结构理论,如基态氢原子的电离能为13.6eV,只要能量大于或等于13.6eV的光子,都能使基态的氢原子吸收能量而电离,只不过入射光子的能量越大,原子电离后产生的自由电子的动能就越大,不论原子处于什么状态,只要入射光子的能量大于该状态电离所需要的能量就可使之电离292.激发的方式光致激发入射光子的能量hν=E终-E初(引起电离时入射光子的能量hν=Ek+|E初|,Ek是电离后电子的动能,E初是光子入射前原子所处的能级,则hν≥|E初|即可)碰撞激发入射粒子若是电子时,Ek≥E终-E初(因电子质量远小于原子质量,其动能不小于相应能级差即可引起激发,多余的能量仍以入射电子的动能形式存在)

入射粒子若是与质子质量等大的粒子时,Ek>E终-E初(因碰撞中动量守恒,入射粒子的动能不能全部被吸收转化为原子能量)30例1

(多选)如图是氢原子的能级图,一群氢原子处于n=3能级,下列说法

中正确的是(

)

A.这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的光B.这群氢原子发出的光子中,能量最大为10.2eVC.从n=3能级跃迁到n=2能级时发出的光波长最长D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁31解析根据

=3知,这群氢原子能够发出3种不同频率的光,故A正确;由n=3跃迁到n=1,辐射的光子能量最大,ΔE=(13.6-1.51)eV=12.09eV,故B错

误;从n=3跃迁到n=2辐射的光子能量最小,频率最小,则波长最长,故C正

确;一群处于n=3能级的氢原子发生跃迁,吸收的能量必须等于两能级的

能量差,故D错误.答案AC32拓展二可控核聚变1.热核反应和裂变反应相比较,具有许多优越性1)轻核聚变产能效率高.2)地球上聚变燃料的储量丰富每升水中就含有0.03g氘,地球上有138.6亿亿立方米的水,大约有40万亿

吨氘.氚可以利用锂来制取,地球上锂储量有2000亿吨.3)轻核聚变更为安全、清洁高温不能维持反应就能自动终止,聚变产生的氦是没有放射性的.废物

主要是泄露的氚、高速中子、质子与其他物质反应生成的放射性物质.332.实现核聚变的方法地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温,科学家设想了两种

方案,即磁约束和惯性约束.1)磁约束:带电粒子运动时在匀强磁场中会由于洛伦兹力的作用而不飞

散,因此有可能利用磁场来约束参加反应的物质.

342)惯性约束:由于聚变反应的时间非常短,聚变物质因自身的惯性还来不

及扩散就完成了核反应.在惯性约束下,可以用激光或X射线从各个方向照射参加反应的物质,使它们“挤”在一起发生反应.

35例2

中国可控核聚变装置“环流器二号M”于2020年在成都投入运行,

装置原理图如图所示,使用

H

H和

He为核燃料在该装置中进行热核聚变反应.核反应方程

H+

He+X+17.6MeV.核反应方程②

He

He+2Y+12.86MeV.对比这两种核反应,下列说法正确的是(

)

36A.核反应①中质量亏损较大,强磁场不能对运动的X提供洛伦兹力进行约

束B.核反应①中质量亏损较小,强磁场可以对运动的X提供洛伦兹力进行约

束C.核反应②中质量亏损较大,强磁场可以对运动的Y提供洛伦兹力进行约

束D.核反应②中质量亏损较小,强磁场不能对运动的Y提供洛伦兹力进行约

束37解析根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2可知核反应①中质量亏损较大;

根据电荷数和质量数守恒可知,核反应①中产生的X是中子

n,强磁场不能对不带电的中子产生力的作用;核反应②中产生的Y是质子

H,强磁场可以对带电的质子产生洛伦兹力而进行约束,故A正确,B、C、D错误.答案A38拓展三核反应与核能的计算1.核反应的四种类型类型

可控性核反应方程典例

α衰变自发

U

Th

He

β衰变自发

Th

Pa

e

人工转变

人工控制

N

He

O

H(卢瑟福发现质子)

He

Be

C

n(查德威克发现中子)

Al

He→

P

n约里奥-居里夫妇

发现人工放射性

同位素及正电子

P

Si

e

39重核裂变

比较容易进行人工控制

U

n

Ba

Kr+

n

U

n

Xe

Sr+1

n

轻核聚变

无法控制

H

H

He

n

2.核能的计算方法1)根据ΔE=Δmc2计算时,Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单

位是“J”.2)根据ΔE=Δm×931.5MeV/u计算时,Δm的单位是“u”,ΔE的单位是

“MeV”.3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能=核子比结合能×核子数.40例3由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面

托卡马克实验装置试用已经成功,标志着我国站在了世界核聚变研究的

前端.设可控热核反应前氘核

H)的质量为m1,氚核

H)的质量为m2,反应后氦核

He)的质量为m