光电效应、量子理论、原子及原子核物理

1、光电效应、量子理论、原子及原子核物理（专题复习）一、光的波动性（略）二、光的粒子性1、光电效应（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。（2）光电效应的实验规律：装置：任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率 的光不能发生光电效应。光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数 的多少），与入射光强度成正比。金属受到光照，光电子的发射一般不超过10-9秒。2、波动说在光电效应上遇到的困难波动说认为：光的能量即光的强度是

2、由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以 波动说对解释上述实验规律中的条都遇到困难3、光子说（1）量子论：1900年德国物理学家普郎克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份 电磁波的能量E=hv（2）光子论：1905年受因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，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=hv，其中h为普郎克恒量h=6.63X 10-34j. s4、光子论对光电效应的解释金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面，入射光的 频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大

3、。三、波粒二象性1、光的干涉和衍射现象，说明光具有波动性，光电效应，说明光具有粒子性，所以光具有波粒二象性。2、个别粒子显示出粒子性，大量光子显示出波动性，频率越低波动性越显著，频率越高粒子性越显著3、光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同（1）光波是几率波，明条纹是光子到达几率较大，暗条纹是光子达几率较小这与经典波的振动叠加原理有所不同（2）光的粒了性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的光子，没有一定的形状，也不占有一定空间，这 与经典粒子概念有所不同原子和原子核一、原子结构：1、电子的发现和汤姆生的原子模型：（1）电子的发现：1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的

4、研究，从而发现了电子。电子的发现表明：原子存在精细结构，从而打破了原子不可再分的观念。（2）汤姆生的原子模型：即被反向弹回。1903年汤姆生设想原子是一个带电小球，它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷 中。2、a粒子散射实验和原子核结构模型（1）a粒子散射实验：1909年，卢瑟福及助手盖革手吗斯顿完成.装置：现象：绝大多数a粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。有少数a粒子发生较大角度的偏转有极少数a粒子的偏转角超过了 90度，有的几乎达到180度，（2）原子的核式结构模型：由于a粒子的质量是电子质量的七千多倍，所以电子不会使a粒子运动方向发生明显的改变，只有原

5、子中的正电荷才有可能对a粒子的运动产生明显的影响。如果正电荷在原子中的分布，像汤姆生模型那模均匀分 布，穿过金箔的a粒了所受正电荷的作用力在各方向平衡，a粒了运动将不发生明显改变。散射实验现象证明， 原子中正电荷不是均匀分布在原子中的。1911年，卢瑟福通过对a粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核， 称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。原子核半径小于10-聊，原子轨道半径约10-10m。3、玻尔的原子模型（1）原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾（两方面）电子绕核作圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动

6、的电荷，要不断地向周围发射电磁波，电子 的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率，随着旋转轨道的连续变小，电子辐射的 电磁波的频率也应是连续变化，因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱，这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。（2）玻尔理论上述两个矛盾说明，经典电磁理论已不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了 化的概念，提了三个假设：定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动， 但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。跃迁假设：原子从一个定态

7、（设能量为）跃迁到另一定态（设能量为）时，它辐射成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hv=E-E121轨道量子化假设， 分布也是不连续的。于h/2兀的整数倍，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的 即轨道半径跟电子动量mv的乘积等于h/2兀的整数倍，即：轨道半径跟电了动量mv的乘积等即mvr = n n = 1、2、32兀n为正整数，称量数数（3）玻尔的氢子模型：氢原子的能级公式和轨道半径公式：玻尔在三条假设基础上，利用经典电磁理论和牛顿力学，计算出氢原 子核外电子的各条可能轨道的半径，以及电子在各条轨道上运行时原子的能量，

8、（包括电子的动能和原子的热能。）氢原子中电子在第几条可能轨道上运动时，氢原子的能量鸟，和电子轨道半径、分别为：n n n = 1、2、3r = n 2 rn1其中E、r为离核最近的第一条轨道（即n=1）的氢原子能量和轨道半径。即：E=13.6ev, r =O.53X1O-1om（以 1111电子距原子核无穷远时电势能为零计算）氢原子的能级图：氢原子的各个定态的能量值，叫氢原子的能级。按能量的大小用图开像的表示出来即能-0-0.85SV一1 51 即3.4 皿级图。H=com=4ey沛子月粒子书！ 心粒子（24）n=3r=l其中n=1的定态称为基态。n=2以上的定态，称为激发态。二、原子核W放射

9、源（图 1、1、天然放射现象（1）天然放射现象的发现：1896年法国物理学，贝克勒耳发现铀或铀 矿石能放射出某种人眼看不见的射线。这种射线可穿透黑纸而使照相底片 感光。放射性：物质能发射出上述射线的性质称放射性放射性元素：具有放射性的元素称放射性元素天然放射现象：某种元素白发地放射射线的现象，叫天然放射现象 天然放射现象：表明原子核存在精细结构，是可以再分的（2）放射线的成份和性质：用电场和磁场来研究放射性元素射出的射线，在电场中轨迹，如图（1）：成份组成性质电离作用贯穿能力a 射线氦核组成的粒子流很 强很 弱P 射线高速电子流较 强较 强y 射线高频光子很 弱很 强2、原子核的衰变：（1）衰

10、变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变在原子核的衰变过程中，电荷数和质量数 守恒类型衰变方程规律a 衰变mm-4i 4ljaJ电荷数减少2 新核i质量数减少43 衰 变m甚m y _i_OeJ电荷数增加1 新核i质量数不变y射线是伴随a、P衰变放射出来的高频光子流在P衰变中新核质子数多一个，而质量数不变是由于反映中有一个中子变为一个质子和一个电子，即：（2）半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间，称该元素的半衰期。一放射性元素，测得质量为m,半衰期为T，经时间t后，剩余未衰变的放射性元素的质量为mm =42 t / T3、原子核的人工转变：原子核的人工转变是指用人工

11、的方法（例如用高速粒子轰击原子核）使原子核发生转 变。（1）质子的发现：1919年，卢瑟福用a粒子轰击氦原子核发现了质子。14 N+4 Her 17 O+1H7281（2）中子的发现：1932年，查德威克用a粒子轰击铍核，发现中子。涓巳+拍巳渤+如4、原子核的组成和放射性同位素（1）原子核的组成：原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子在原子核中：质子数等于电荷数核子数等于质量数中子数等于质量数减电荷数（2）放射性同位素：具有相同的质子和不同中子数的原子互称同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素 叫放射性同位素。正电子的发现：用a粒子轰击铝时，发生核反应。笞A1 +担巳一+i炉发生+。

12、衰变，放出正电子伞制+脾三、核能：1、核能：核子结合成的子核或将原子核分解为核子时，都要放出或吸收能量，称为核能。例如：汜寸担+/“应，若反应后的总质量大于反应前的总质量，这样的反应是吸能反应。吸收或放出的能量，与质量变化的关系为：区= Amc2例：计算Am = Ip = 16606 x 10一27炫的质量相当的能量AE = ?AE = Am - c 2=16606 x 10-27 x(2.9979 x 108)=1.4924 x 10-10 J=0.9315 x 109 (ev)=9315 (mev )为了计算方便以后在计算核能时我们用以下两种方法方法一：若已知条件中Am以千克作单位给出，用

13、以下公式计算AE = Am - c 2公式中单位：Amkg; Cm / s; AE = J方法二：若已知条件中Am以p作单位给出，用以下公式计算AE = Dm x 9315 (Mev / m)公式中单位：Dmkg ； AE = Mev4、释放核能的途径一一裂变和聚变(1)裂变反应：裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。例如：粉券萼:Xu加链式反应：在裂变反应用产生的中子，再被其他铀核浮获使反应继续下去。ja)裂变物质的体积，超过临界体积链式反应的条件：)有中子进入裂变物质安u裂变时平均每个核子放能约1Mev能量1kg登U全部裂变放出的能量相当于2500吨优质

14、煤完全燃烧放出能量(2)聚变反应：聚变反应：轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。例如：2H + 3Hr 4He + 1n + 17.6Mev 1120平均每个核子放出3Mev的能量聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温原子物理和原子核物理的知识框架汤姆生发现电子汤姆生枣糕模型卢瑟福原子 核式结构模型原子可分卢瑟福a粒子散射实 验经典电 磁场理论玻尔原子理论半衰期衰变（a、B衰变）天然）象的发放射现S现1原子核可分氢原 子能级原子核人工转变裂变能量聚变爱因斯坦质能方程E=mC2延伸阅读:【高考物理常遇问题汇总】在高考的各个科目当中，物理是高考中同学们遇到困惑比较多的学科之一。具有代表性

15、的问题 及解答如下：问题一：学生：高三一年的复习时间，那么长，怎样合理地安排复习才更有效呢？老师：高三复习时间看似很多，其实有效的复习时间并不是很多，因此要系统地安排复习 时间。一般分为三个阶段，每一个阶段的复习都有其相应的特点和要求。通常从当年9月到次年3月上旬为第一个阶段，习惯上称为第一轮复习。这个阶段的复习 基本上是按照教材章节顺序进行复习。在第一轮的复习中知识点的复习非常细致、系统，但是 与高一、高二新授课不同，这个阶段主要是帮助同学们回忆学习过的知识点，在回忆的基础上 再进行巩固和提高。上课的时候一定要主动听课，不能被动听课。从当年3月中旬到4月底，大约45天的时间，习惯上称为第二轮

16、复习。在这段时间里通 常是进行专题复习，将打破章节之间的限制，主要从学科知识、方法的角度设置专题进行复习。从当4月底到5月底，我们通常称为第三轮复习，主要是以练习卷为主实战练习，进入六 月份，就是考前的调整阶段。在这个阶段主要是看看教材和卷子上做错的题目。问题二：学生：您刚才说的主动听课是什么意思?您能具体的解释一下吗？老师：高一、高二上课的时候，课堂上，你的大部分时间是在仔细听老师讲解，你的思路 是跟随老师的思路进行深入的思考，课堂上边听课边记笔记然后在课下再消化、理解、巩固。 在高三的课堂，这样做就是低效率了，当老师提出一个问题以后，你必须主动积极思考，如果 不能立刻回忆出这个知识点，你再

17、听老师的讲解，这样就能知道哪些知识点是自己不会的，哪 些知识点是自己会的。课下把不会的知识点一定要弄懂弄通，不能留下知识点的死角。举个例 子吧，例如当老师问如果把力按照性质来分类有哪些力呢?”，这个时候你就应该回忆有哪些 力，如果能回忆起来就说明你这个知识点没有遗忘。再比如老师问“这个力做功是正功还是负 功呢?”，如果你回忆不起来怎样判断力做功正负的方法，这就说明这部分知识点有遗漏，这就 是我说的主动听课。问题三：学生：听说第一轮复习将做大量的习题，市场上的教辅资料可谓汗牛充栋，选用什么样的 资料比较好呢?在资料的使用上有什么秘诀吗？老师：我本人不主张高三的学生做大量的习题，整天泡在题海中，但

18、是不做题是不行的， 必须经过实战演练才能知道哪些知识在理解上或者应用上还有不足。对于教辅资料我认为不要 太多，有两本就够了。在自己选择教辅资料时，我建议应该选择难易适度的。标准是这样的， 假设一章有10道试题，如果你发现几乎没有不会的，那么这本教辅资料对你来说就是过于简单 了，如果有7到8道题经过长时间思考都没有解题思路，那就是过于难了。过于简单和过于难 都会浪费你宝贵的复习时间，这样的教辅资料对一轮复习是不合适的。对于教辅资料的使用也 要注意一下几点：哪些题是一看就会的，哪些题是经过深度思考才能做对的，哪些题是经过深度思考后一 点思路都没有的，这些题必须做好不同的标识。对那些一点思路没有的习

19、题，必须通过同学或老师的帮助使之变成有思路的习题，这些 知识点就是你们备考路上的拦路虎”，一定要把他们都消灭”了。要定期回头复习那些经过深度思考才做出的习题，保证思路上的畅通。要把自己不会的习题、做错的习题进行归类，看看哪些题是方法上的错误，哪些题是计 算上的失误，哪些题是概念理解不透造成的错误，设计一个表格记录下来。掌握自己犯错的类型，就为防范错误做好了准备，整理一个错题本是复习的一个好办法， 便于集中查阅自己犯过的错误。当看到曾经出现过的问题，应该随时翻看课本里面相应的内容， 这样边记边看效果会更显著，不会的知识点就会越来越少了。学生：都说要跳出题海，少做题还能得高分吗?老师：物理学科不做

20、题是不行的，但是没有必要做大量的习题，在做题的过程中要抓住物 理模型的本质、习题条件变换、多过程多对象的拆分。注意物理题的模型。我们所学到的规律都是经过简化以后物理模型所对应的规律。只有 找到题目所述的是什么样的模型，才能用这个模型所对应的物理规律来解决问题。注意题目条件的变化。高中所学的模型不多，但是题目千变万化，原因是每一道题都有 区别于其他题目的条件。审题的关键是将这种条件找出来，也就是我们平时所要找的初始条件、 边界条件、临界条件等。能把多过程和多对象进行拆分。对于多过程、多对象的问题，审题清楚以后的第一个任 务就是把整个过程分解为多个子过程，把多个研究对象分别隔离作为单个物体来研究，

21、或者将 几个对象作为整体来研究。问题五：学生：有一个问题使我特闹心，就是有些题老师一讲我就明白，等自己做的时候就不会了， 这可怎么办啊？老师：我经常遇到与你存在同样疑问的学生。对于知识的学习分为不同的层次，通常分为 知道、理解、应用、评价这四个层次。你说的明白”那是停留在知道的层面，可能没有理解 或者没有达到应用和评价的层次。而高考题对知识点的要求是达到理解和灵活应用的层次。例 如仅记住力做功的公式是不行的，你还必须理解这个公式中的力必须是作用在物体上的恒力， 当是变力的时候就不能应用这个公式求解变力做功了，对于公式中的位移应该是物体相对地面 的位移，公式中的夹角应该是力的正方向和位移正方向间

22、的夹角。你不会独立做题的原因也可 能是没有掌握一些解决试题方面的程序性知识，或者对于处理这些问题所需要的知识不能以模 块化的方式呈现出来。例如应用动能定理解题或者是应用楞次定律判断感应电流方向的步骤等。问题六：学生：我们马上要进行力学的复习了，高考对要求考查的力学知识点有哪些?针对不同的知 识点要掌握到何种程度？老师：考试大纲是高考命题的指挥棒，也是高三复习的纲领性文件，考试大纲中 有明确的知识点的要求及要求掌握的程度，对本辑设计的力学内容，H类要求的知识点主要有: 速度和加速度;匀变速直线运动及其公式、图像;力的合成和分解;共点力的平衡;牛顿运动定律、 牛顿定律的应用;运动的合成和分解;抛体

23、运动;向心加速度。匀速圆周运动的向心力;万有弓I力定 律及其应用等.H类要求是指对所列知识要理解其确切含义及与其他知识的联系，能够进行叙述 和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用，与课程标准中”理解”和”应 用”相当。除H类要求的知识点之外都属于I类要求的知识，1类要求是指对所列知识要知道其 内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用，与课程标准中的”了解”和”认识”相当。预计 2011年考试大纲对力学的要求变化不大，复习时可以以2010年的考试大纲为指导。问题七：学生：本辑所涉及的力学内容在高考中的命题特点有哪些，如何针对这些特点有效复习？ 老师：本辑所涉及的力学内容可归

24、纳为以下几个方面，要根据2011年高考命题特点进行 有效复习：直线运动的命题特点：直线运动更多的是与牛顿定律、带电粒子在电磁场中的运动等结 合起来，作为综合试题中的一个知识点而加以体现。力与物体的平衡命题特点：侧重力的合成与分解、摩擦力的概念及变化规律等知识，另 外也要注重电场力，磁场力及复合场的平衡问题。牛顿运动定律命题特点：命题形式倾向于应用型、综合型和能力型，易与生产、生活、 军事科技、工农业生产等紧密联系，还可以以力、电综合题形式出现。曲线运动与万有引力定律命题特点：抛体运动及圆周运动与生产、生活的联系，万有引 力定律与现代航天科技的综合是高考的热点。同学们在复习时应多注意这些知识的综

25、合训练和应用。问SA：学生：2010年高考题中出现联系社会的热点问题，复习力学时怎样密切联系实际？老师：随着科学的发展、社会的进步、地区性突出事件的增加，也给高考物理的内容增添 了不少新的素材。如：上海世博会”绿色公交问题，场馆中的节能问题;广州亚运会”径 赛中的运动学问题，田赛中的动力学问题;即将发射的“神八”卫星的发射速度与环绕速度问 题，卫星在转换轨道过程中机械能守恒问题等。总之，社会的热点、政府的重点、老百姓关注 的焦点，都将成为高考考查能力的一大亮点。问题九：学生：实验题在物理高考中一直占有相当重要的地位，力学实验主要有哪些？老师：高中必修课物理学生分组实验由长度的测量、研究匀变速直

26、线运动、探究弹力和弹 簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则、研究平抛物体的运动、验证机械能守恒定律六个实 验组成的一个大的力学实验板块。占考试大纲上所列出的学生分组实验的32%。物理实验 是每年高考必考的重要内容，也是决定考试成败的关键之一。在复习物理实验的时候要注意以下几个方面，因为任何一个中学物理实验都有如下的知识 结构：实验目的、实验原理、实验器材、实验装置、实验操作步骤、实验现象的观察、实验数 据记录、实验数据的处理、实验结论。把每个实验的大框架弄清楚以后，才能具体到某一个实验的特殊要求：控制哪些变量条件、 实验仪器的使用、数据如何记录、结论得出以及误差分析等。只有上述实验的知识结构清

27、楚了，才有可能去借鉴学过、做过的实验设计简单的新实验方 案。同学们认为比较难的设计实验试题的命题基本原则是理在书内题在书外。问题十：学生：高考题中出现很多模型问题，力学模型主要有哪些？老师：忽略次要因素、突出主要因素，将实物或过程等抽象为模型的方法是物理学中重要 的研究方法之一。纵观近几年的高考试题，无不体现对物理模型应用的考查。力学常见物理概 念模型有：质点、单摆、轻绳、轻杆、轻弹簧、弹簧振子等;过程模型有：匀速直线运动、匀变 速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动等;物理实验模型有:伽利略的理想实验模型等。预计2011 年高考中模型问题将继续出现，同学们要重视对模型的复习。问题十一:学生：复习力学部分，需要掌握哪些解题方法和思维方法？老师：复习力学，要熟练掌握解答物理问题的基本解题方法，如隔离法、整体法、归纳法、 演绎法、实验法、分析法、图像法、综合法和基本思维方法，如实验证明的思想、化归的思想 等。比如解连接体问题常用的隔离法、整体法处理复杂曲线运动常用