（课标版 5年高考3年模拟A版）2020年物理总复习 专题十三 近代物理初步课件.ppt

专题十三近代物理初步,高考物理（课标专用）,考点一波粒二象性,考点清单,考向基础一、光电效应1.光电效应现象中的几个概念(1)光电效应:在光的照射下金属发射电子的现象叫做光电效应,发射出来的电子叫做光电子。(2)极限频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的极限频率。(3)逸出功:电子从金属中逸出所需做功的最小值叫做该金属的逸出功。,(4)遏止电压:使光电流减小到零时的反向电压称为遏止电压。(5)光子说:在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量子,简称光子,光子的能量E=h。2.光电效应的产生条件:入射光的频率大于极限频率。3.光电效应实验规律(1)任何一种金属,都有一个与之对应的极限频率,低于这个频率的光不能发生光电效应。所以判断光电效应是否发生应该比较题目中给出的入射光频率和对应金属的极限频率的大小。(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光频率的增大而增大。(3)入射光照射到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的,一般不超过10-9s。,二、光电效应方程1.表达式:光电子的最大初动能Ekm与入射光光子的能量h和逸出功W之间的关系:Ekm=h-W。其中逸出功是指使某种金属原子中电子脱离金属所做功的最小值。2.物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是h,这些能量一部分克服金属的逸出功,剩余的表现为逸出电子的初动能。,三、康普顿效应,说明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=。,四、光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性,2.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和波长之间遵循的关系为:E=h,p=。,考向突破,考向光电效应1.光电效应有关概念对比(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电,光电子是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。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时,电子吸收光子的能量,可能向各个方向运动,除了要做逸出功外,有时还要克服原子的其他束缚的作用力,剩余部分为光电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功的情况,才具有最大初动能。(3)光电流和饱和电流,从金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,光子能量即每个光子的能量。光的总能量等于光子能量与入射光子数的乘积。,2.光电效应四类图像,3.光电效应的研究思路(1)两条线索(2)两条对应关系,例1(2014广东理综,18,6分)在光电效应实验中,用频率为的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是()A.增大入射光的强度,光电流增大B.减小入射光的强度,光电效应现象消失C.改用频率小于的光照射,一定不发生光电效应D.改用频率大于的光照射,光电子的最大初动能变大,解析增大入射光强度,使单位时间内逸出的光电子数增加,因此光电流增大,选项A正确;光电效应与入射光的频率有关,与强度无关,选项B错误;当入射光的频率小于,大于极限频率时发生光电效应,选项C错误;由Ekm=h-W0知,增大入射光的频率,光电子的最大初动能变大,选项D正确。,答案AD,例2在做光电效应的实验时,某金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率的关系如图所示,由实验图线可求出()A.该金属的极限频率和极限波长B.普朗克常量C.该金属的逸出功D.单位时间逸出的光电子数,解析依据光电效应方程Ek=h-W0可知,当Ek=0时,=c,即图像中横轴的截距在数值上等于金属的极限频率,再由c=可求极限波长。图线的斜率是k=tan=,图线的斜率在数值上等于普朗克常量。据图像,假设图线的延长线与Ek轴的交点为C,其截距为W,有tan=,而tan=h,即图像中纵轴截距的绝对值在数值上等于金属的逸出功。由题给条件无法求单位时间逸出的光电子数。,答案ABC,考点二原子、原子核,考向基础一、原子的核式结构1.粒子散射实验与原子核式结构19091911年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但有少数粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90,也就是说它们几乎被“撞”了回来。为了解释粒子的大角度散射现象,卢瑟福在1911年提出了核式结构模型。在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,它集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量,带负电的电子在核外空间绕核运动。,2.核式结构的局限性核式结构学说成功地解释了粒子的散射实验,但在解释原子的发光和原子的稳定性时却遇到了无法解决的困难。,二、氢原子光谱,说明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暗线。与已知元素的光谱相比较,知道太阳中含有钠、镁、铜、锌、镍等金属元素。氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线,这些光谱线可用一个统一的公式表示:=R式中m=1,2,3,对每一个m,有n=m+1,m+2,m+3,构成一个谱线系。,三、能级,四、天然放射现象,五、原子核的组成,六、核反应(1)衰变:放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变化。a.衰变XYHeb.衰变XYe(2)原子核的人工转变:用人工的方法,使原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。a.质子的发现NHeOH(卢瑟福)b.中子的发现BeHeCn(查德威克)(3)裂变:一个重核分裂成两个中等质量的核,这样的核反应叫做裂变。UnBaKr+n,(4)聚变:两个轻核结合成质量较大的核,这样的核反应叫做聚变。HHHen+17.6MeV,考向突破,考向一原子一、原子结构1.粒子散射实验用金箔作为靶子,是因为:(1)金的延展性好,容易做成很薄的箔,实验用的金箔厚度大约是10-7m;(2)金原子带的正电荷多,与粒子间的库仑力大;(3)金原子质量大约是粒子质量的50倍,因而惯性大,相比而言,粒子运动状态容易改变。2.原子中有电子,但电子质量很小,不及粒子质量的七千分之一,粒子碰到它,就像飞行的子弹碰到一粒尘埃一样,运动方向不会发生明显改变。粒子散射现象表明,原子内部非常空旷,带正电的部分体积很小,但集中了几乎全部质量,当粒子接近原子核时,就会受到很大的库仑斥力,发生较大角度的偏转,由于原子核体积小,粒子穿过金箔时接近原子核,的机会很小,所以只有少数粒子发生大角度偏转。3.原子二、氢原子能级跃迁问题1.理解要点:玻尔的原子模型是以假说的形式提出来的,包括以下三方面的内容:(1)轨道假设:即轨道是量子化的,只能是某些分立的值。rn=n2r1(n=2,3,4),r1=0.5310-10m。(2)定态假设:即不同的轨道对应着不同的能量状态,这些状态中原子是稳定的,不向外辐射能量。即:稳定状态的能量En=(n=2,3,4),E1=-13.6eV。,(3)跃迁假设:原子在不同的状态具有不同的能量,从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子,该光子的能量等于这两个状态的能级差h=Em-En。2.氢原子各定态的能量值为电子绕核运动的动能Ek和电势能Ep的代数和。由En=(n=2,3,4)和E1=-13.6eV可知,氢原子各定态的能量值均为负值。3.一群氢原子跃迁发出的光谱线条数为N=。4.跃迁与电离,5.激发的方式,例1(2017湖北七市三月联考,18)如图所示是氢原子的能级图,大量处于n=5激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出10种不同频率的光子。其中莱曼系是指氢原子由高能级向n=1能级跃迁时释放的光子,则(),A.10种光子中波长最短的是从n=5激发态跃迁到基态时产生的B.10种光子中有4种属于莱曼系C.使n=5能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量D.从n=2能级跃迁到基态释放光子的能量等于从n=3能级跃迁到n=2能级释放光子的能量,由=En-Em知,波长最小,能级差最大,可判断A选项。由莱曼系的特征可判断B选项。由电离能的定义知,E=0-En,因此E=0-(-0.54eV)=0.54eV,可判断C选项。由E2-E1E3-E2,可判断D选项。,解题导引,解析由n=5激发态跃迁到基态时产生的光子能量最大,频率最高,波长最短,A项正确。51、41、31和21跃迁时释放的4种光子属于莱曼系,B项正确。使n=5能级的氢原子电离至少要0.54eV的能量,C项错误。从n=2能级跃迁到基态释放光子的能量为-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,从n=3能级跃迁到n=2能级释放光子的能量为-1.51eV-(-3.4eV)=1.89eV,D项错误。,答案AB,考向二原子核一、原子核衰变过程中,粒子、粒子和新生原子核在磁场中的轨迹1.衰变中,粒子和新生原子核在磁场中的轨迹外切,如图甲所示。2.衰变中,粒子和新生原子核在磁场中的轨迹内切,如图乙所示。二、三种射线在电场和磁场中偏转时的特点1.不论在电场还是磁场中,射线总是做匀速直线运动,不发生偏转。2.在匀强电场中,粒子和粒子沿相反方向做类平抛运动,且在同样的,条件下,粒子的偏移大。,如图所示,粒子在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动,对于粒子,位移x可表示为x=at2=,所以,在同样条件下粒子与,粒子偏移之比为=371。3.在匀强磁场中,粒子和粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样条件下,粒子的轨道半径小,偏转大。如图所示,粒子的轨道半径可表示为R=,所以,在同样条件下粒子与粒子轨道半径之比为=1。根据上述径迹特点,即使电场和磁场方向未知,也可以一下就看出射线的种类。,说明粒子速度约为真空中光速的1/10,粒子速度接近真空中的光速。三、核能的计算1.质能方程:爱因斯坦的相对论指出,物体的质量和能量存在着密切联系,即E=mc2,这就是爱因斯坦的质能方程。,说明质能方程告诉我们质量和能量之间存在着简单的正比关系。物体的能量增大,质量也增大;能量减小,质量也减小。且核反应中释放的能量与质量亏损成正比:E=mc2。,2.核能:核反应中放出的能量称为核能。3.核能的计算(1)根据爱因斯坦质能方程,用核子结合成原子核时质量亏损(m)的千克数乘以真空中光速的平方。即E=mc2。(2)原子质量单位用u表示,根据1u相当于931.5MeV,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV。即E=m931.5MeV。,例2(2014北京理综,14,6分)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速)()A.(m1+m2-m3)cB.(m1-m2-m3)cC.(m1+m2-m3)c2D.(m1-m2-m3)c2,解析此核反应方程为HnH,根据爱因斯坦的质能方程得E=mc2=(m1+m2-m3)c2,C正确。,答案C,四、放射性同位素的应用1.利用它的射线如利用钴60放出的很强的射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹,这叫射线探伤。利用放射线的贯穿本领了解物体的厚度和密度的关系,可以用放射性同位素来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度,从而自动控制生产过程。再如利用射线的电离作用,可以消除机器在运转中因摩擦而产生的有害静电;利用射线杀死人体内的癌细胞等。2.作为示踪原子在生物科学研究方面,示踪原子起着十分重要的作用。在对输油管线漏油情况的检查和对植物生长的检测方面,示踪原子同样起着重要作用。,例3在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度,其检测装置由放射源、探测器等构成,如图所示。该装置中探测器接收到的是()A.X射线B.射线C.射线D.射线,解析放射源发出的只有、三种射线,故选项A错误。在、三种射线中,只有射线能穿透钢板,故选项B、C错误、D正确。,答案D,方法原子核的衰变规律及衰变次数的计算方法1.衰变:放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变。2.衰变规律:电荷数和质量数都守恒。(1)衰变XYHe,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)。(2)衰变XYe,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。(3)辐射:辐射是伴随衰变或衰变发生的。辐射不改变原子核的电,方法技巧,荷数和质量数。其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变时,产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子。3.半衰期及确定衰变次数的方法(1)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间,叫做这种元素的半衰期。,说明半衰期是由放射性元素的原子核内部本身的因素决定的,跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)和化学状态(如单质或化合物)无关。半衰期只对大量原子核衰变才有意义,因为放射性元素的衰变规律是统计规律,对少数原子核衰变不再适用。(2)确定衰变次数的方法:设放射性元素X经过m次衰变、n次衰变后,变成稳定的新元素Y,则表示核反应的方程为XY+He+e。根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A+4m,Z=Z+2m-n两式联立得m=,n=+Z-Z,例(2017安徽江南十校联考,14)铀核U)经过m次衰变和n次衰变变成铅核Pb),关于该过程,下