08年内蒙古地区物理学科二轮复习课件16.ppt

第十六讲近代物理 对这部知识的复习建议 量子论初步 原子核 相对论 经典物理与近代物理 多看教材 看图说话 该记的记住 知道总比不知道好 知识结构 第二十一章量子论初步 一 光电效应 1 现象 在光的照射下从物体表面发射出电子的现象 例1 实验中 在弧光灯与锌板间加入一块厚的透明玻璃板时 发现验电器指针不会发生偏转 则根据所学知识 你对于该实验能作出的推断是 a 用可见光照射锌板 验电器指针会发生偏转b 用弧光灯照射锌板时 使锌板产生光电效应的是其中的紫外线成份c 厚的透明玻璃板能吸收紫外线d 使验电器指针发生偏转的是正电荷 2 光电效应的规律 任何一种金属都有一个极限频率 0 光电子的最大初动能只随入射光的频率的增大而增大 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过10 9s 当 0时 光电流的强度与入射光的强度成正比 实验研究表明 3 光子说光电效应方程 爱因斯坦于1905年提出 在空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光子 光子的能量跟它的频率成正比 h叫普朗克恒量 光电效应方程 式中 光电子的最大初动能 表示某种金属逸出功 例如图21 4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 60v时 电流表读数为零 由此可知阴极材料的逸出功为 a 1 9ev b 0 6ev c 2 5ev d 3 1ev 二 光的波粒二象性物质波 1 光的波粒二象性 个别光子的行为表现出粒子性 大量光子的行为表现出波动性 康普顿效应 a c 可能沿图中 方向d 可能沿图中 方向 一个光子与一个电子碰撞 假设碰前电子静止 碰前光子频率为 碰后为 则关于光子的频率和碰后运动方向 下列说法正确的是 2 物质波 1924年 法国物理学家德布罗意认为任何一个运动着的物体都有波动性 这种波称为物质波 h为普朗克常量 p为物体的动量 物质 实物如质子 电子等 场如电场 磁场等 光是传播着电磁场 光子 p mv 三 玻尔的原子模型能级 玻尔原子理论的核心内容是三个基本假设 1 能量量子化假设 2 轨道量子化假设 3 跃迁假设 能级 氢原子能级公式为 e1 13 6ev 包括电子的动能和电势能 思考题 为什么每种元素都有自己的特征谱线 稀薄气体发光形成的光谱叫原子光谱 又叫线状谱 不同的元素的原子结构不同 能级也不同 可能辐射的光子的频率构成也不同 因此每种元素的原子的光谱都有自已不同的特点 所以也叫特征谱线 因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成 这种方法叫光谱分析 例1 用光子能量为e的光束照射容器中的氢气 氢原子吸收光子后 能发射频率为 1 2 3的三种光子 且 1 2 3 入射光束中光子的能量应是 a h 1 b h 1 2 c h 3 d h 1 2 3 例2 原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时 有可能不发射光子 例如在某种条件下 铬原子的n 2能级上的电子跃迁到n 1能级上时并不发射光子 而是将相应的能量转交给n 4能级上的电子 使之脱离原子 这一现象叫做俄歇效应 以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子 已知铬原子的能级公式可简化表示为式中n 1 2 3 表示不同的能级 a是正的已知常数 上述俄歇电子的动能是 a b c d 解 例3 在x射线管中 由阴极发射的电子被加速后打到阳极 会产生包括x光在内的光子 其中光子能量的最大值等于电子的动能 已知阳极与阴极之间的电势差u 普朗克常数h 电子电量e和光速c 则可知该x射线管发出的x光的 a 最短波长为 b 最长波长为 c 最小频率为 d 最大频率为 解 应选ad 第二十一章原子核 一 原子的核式结构原子核 绝大多数 粒子穿过金箔几乎 少数 粒子发生较大偏转 2 原子的核式结构 根据 粒子散射实验的数 可以估算出原子核的大小为 10 15 10 14m 二 放射线原子核的衰变 1 放射线1896年法国贝克勒尔 对放射线的实验研究表明 存在三种不同性质的射线 z 83都有放射性z 83有的也具有放射性 a a为 射线 b为 射线b a为 射线 b为 射线c b为 射线 c为 射线d b为 射线 c为 射线 三种不同射线性质的比较 原子核由于放出 粒子或 粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变 2 原子核衰变的半衰期 某种放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 称为这种元素的半衰期 衰变规律可用如下公式表示 或 半衰期是一个对放射性元素的大量原子核而言的统计概念 半衰期的长短由核内部的因素决定 跟原子所处的物理或化学状态无关 3 放射性的应用与防护 应用 1 利用它放射出的射线 如 射线探伤等 2 做为示踪原子 如确定肿瘤的部位和范围 过量的放射性对人体有伤害 应把放射源放在重金属箱内 尽可能远离放射源 防护 三 核反应核能 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 质量数和核电荷数守恒 发现中子 发现质子 2 核能 核反应中放出的能量称为核能 如 光子能量2 2mev 质量亏损 释放核能的有效途径 重核裂变轻核聚变 重核裂变 轻核聚变 经典物理与近代物理 物理学研究的对象 思维方法 物质 基本结构 相互作用 运动规律 实验手段 经典物理 19世纪以前 宏观低速 相对论 量子论 原子核 理论和实践表明 但守恒定律仍然适用 如动量守恒 能量守恒 电荷守恒等 在高中物理中 作为一些特例 在经典理论中的一些物理模型在微观领域仍 近似 有效 如 粒子散射实验 原子核衰变等 实际就是讨论带电粒子在电磁场中的运动 经典物理理论在微观领域不适用 例4 一个铀核衰变为钍核时释放出一个 粒子 已知铀核的质量为3 853131 10 25千克 钍核的质量为3 786567 10 25千克 粒子的质量为6 64672 10 27千克 1 在这个衰变过程中释放出的能量等于多少焦 保留两位数字 2 设上述衰变是在一边界为圆形的半径r 0 2m的匀强磁场中发生的 且衰变前铀核静止于圆心 衰变过程中释放出的能量都转化为动能 欲使衰变产物钍核和 粒子均不飞出磁场 则该磁场的磁感强度b至少多大 解 1 设钍核质量为m 粒子的质量为m 由动量守恒和能量守恒得 题后评说 通常发生 衰变时还伴随着放出光子 这样衰变发生时 粒子与反冲核的动量大小相等 方向相反就不成立 衰变时由于质量亏损而释放的核能也不仅是转化为 粒子与反冲核的动能 因为光子也具有能量和动量 因此上述计算只是近似的简化处理 题后评说 例6 两氘核发生聚变反应 已知 md 2 0136u mhe 3 0150u mn 1 0087u 1 求核反应中释放的核能 2 若两氘核以相等的动能0 35mev进行对心碰撞 假设核能全部转化为粒子的动能 求反应中产生的中子和氦核的动能 3 假设反应中产生的氦核沿直线向原子来静止的碳核接近 受库仑力的影响 当它们距离最近时 两个原子核的动能各是多少 质量1u对应的能量为931 5mev 解 例5 太阳现正处于主序星演化阶段 它主要是由电子和 等原子核组成 维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应 核反应方程是释放的核能 这些核能最后转化为辐射能 根据目前关于恒星演化的理论 若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10 太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段 为了简化 假定目前太阳全部由电子和核组成 太阳的质量m 2 1030kg 1 已知质子质量mp 1 6726 10 27kg 质量m 6 6458 10 27kg 电子质量me 0 9 10 30kg 光