高考原子物理专题复习用教案

年级：高复授课时间：2016.5授课教师：科目：物理课题光电效应、波粒二象性教学目标知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念教学重点与难点光电效应及光电效应方程光的波粒二象性教学过程教学过程一、光电效应1.光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．2.光电效应规律用光电管研究光电效应的规律如图所示．(1)每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产生光电效应．(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大，注意不是成正比．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9s．(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．3.爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34J·s.(2)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.其中hν：光子的能量；W0：逸出功，电子从金属中逸出所需做功的最小值，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功；Ek：光电子的最大初动能．4.用图像表示光电效应方程(1)最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线，如图所示．(2)由图线可以得到的物理量①极限频率（截止频率）：图线与ν轴交点的横坐标ν0；②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝E．③普朗克常量：图线的斜率k＝h．5.对光电效应规律的解释对应规律对规律的产生的解释存在极限频率ν0电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功W0，要使入射光子能量不小于W0，对应的频率ν0＝，即极限频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程光较强时饱和电流大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大二、光的波粒二象性与物质波1．光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．(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)光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：①个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．②频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．③光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性．2．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．(2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝eq\f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.课后反思年级：高复授课时间：2015.05授课教师：科目：物理课题原子结构教学目标了解原子的核式结构模型2.了解氢原子光谱的规律，会用玻尔理论解释氢原子光谱3.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题教学重点与难点玻尔的能级理论2.原子的能级跃迁问题教学过程教学过程教学过程一、原子的核式结构1.汤姆生的“枣糕”模型：1897年，英国物理学家汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子；1898年，汤姆生提出了原子的“枣糕”模型，他认为，原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中．2.卢瑟福的核式结构模型(1)α粒子散射实验的结果绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示．(2)卢瑟福的原子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．原子核的尺度：原子核直径的数量级为10－15m，原子直径的数量级约为10－10m.氢原子光谱氢原子光谱是最早发现、研究的光谱线，这些光谱线可以用一个统一的公式表示：，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．注意：氢原子光谱是线状的、不连续的，波长只能是分立的值．玻尔理论1.玻尔原子模型(1)轨道假设：原子中的电子在库伦引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是不连续的．(2)定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量，电子轨道的不连续导致了原子能量的量子化，这些量子化的能量值叫做能级．原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些具有确定能量的稳定状态称为定态，其中能量最低的状态叫基态，其他能量较高（相对于基态）的状态叫激发态.在各个定态中，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(3)跃迁假设：原子从一个能量状态跃迁到另一个能量状态时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，即hν＝|E末－E初|.(h是普朗克常量，ν是光子的频率)2.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，叫做量子数，一般用n表示.3.氢原子的能级结构(1)氢原子的能级图(如图所示)(2)氢原子的轨道半径和能级公式①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.②氢原子的能级公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV.4.对氢原子能级跃迁的理解(1)氢原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子．只有当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个氢原子吸收，使氢原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被氢原子吸收．(2)氢原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．量子数为n的氢原子辐射光子的可能频率的判定方法：如果是一个氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为n－1；如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)．(3)当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子还具有一定的初动能．（光电效应）(4)原子还可以吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的差值，均可使原子发生能级跃迁．(5)跃迁时电子动能、原子势能、与原子能量的变化当电子的轨道半径减小时，电子受到原子核的库伦引力在变大，电子绕核做圆周运动的向心力也变大，电子速度变大，动能变大；同时，在电子的轨道半径减小的过程中，库伦引力做正功，原子的电势能减小；原子能量较小．反之，轨道半径增大时，电子动能减小，原子的电势能增大，原子能量增大．（类似于卫星变轨）例1：如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是(D)A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应练习：某光电管的阴极为金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV，如图所示是氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光照射到该光电管的阴极上，这束光中能使金属钾发生光电效应的光谱线条数是(B)A．2条 B．4条C．5条 D．6条课后反思年级：高复授课时间：2015.05授课教师：科目：物理课题原子核反应、核能教学目标掌握原子核的衰变、半衰期等知识2.知道裂变反应和聚变反应，并能根据质能方程求解核能问题教学重点与难点α衰变和β衰变重核裂变和轻核聚变教学过程教学过程教学过程教学过程一、天然放射现象、三种射线、原子核1.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，首先由贝克勒尔发现．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物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．2.三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电量2e－e0质量4mp(mp＝1.67×10－27kg)eq\f(mp,1840)静止质量为零符号eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(0,－1)eγ速度0.1c0.99cc在电磁场中偏转偏转不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，穿透几毫米的铝板最强，穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱3.原子核(1)原子核的组成①原子核由中子和质子组成，质子和中子统称为核子．②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝中子数＋质子数．③X元素原子核的符号为eq\o\al(A,Z)X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，因为在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．二、核反应核反应虽然有成千上万，但根据其特点可分为四种基本类型：衰变、人工转变、重核裂变和轻核聚变．1.原子核的衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(1)α衰变和β衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)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2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒确定衰变次数的方法：①设放射性元素eq\o\al(A,Z)X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，则表示该核反应的方程为：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m②确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的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：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，反映放射性元素衰变的快慢．①公式：N余＝N原(eq\f(1,2))t/τ，m余＝m原(eq\f(1,2))t/τ．式中N原、m原表示衰变前的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，τ表示半衰期．②半衰期描述的大量放射性元素原子核所满足的统计规律，对单个或少量的原子核没有意义．③半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关．2.原子核的人工转变：用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．(1)卢瑟福发现质子：N＋eq\o\al(4,2)He→O＋eq\o\al(1,1)H(2)查德威克发现中子：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→C＋eq\o\al(1,0)n(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e3.重核裂变：重核分裂成中等质量的核的反应过程叫做裂变反应．如：U＋eq\o\al(1,0)n→Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链式反应进行下去．通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积．所以发生链式反应的条件是：裂变物质的体积大于临界体积．裂变的应用：原子弹、核电站．轻核聚变：轻核结合成质量较大的核的反应过程叫做聚变反应．如：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n热核反应：因为核聚变需要在超高温的条件下才能发生，所以聚变反应又叫热核反应．聚变的应用：氢弹；太阳内部发生的反应也是聚变反应．5.核反应类型及核反应方程的书写类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发U→Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变自发Th→Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工转变人工控制N＋eq\o\al(4,2)He→O＋eq\o\al(1,1)H(卢瑟福发现质子)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克发现中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e重核裂变比较容易进行人工控制U＋eq\o\al(1,0)n→Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nU＋eq\o\al(1,0)n→Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n轻核聚变除氢弹外无法控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n核能1.核力：构成原子核的核子之间的作用力．其特点为短程强引力，作用范围为1.5×10-15m，只在相邻的核子间发生作用．2.核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫做比结合能，也叫平均结合能．特点：①不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．②中等大小的核，比结合能大，不论是核裂变还是核聚变，都是把大核或小核变为中等大小的核，释放出能量．2.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2，说明物体的质量和能量之间存在着一定的关系，一个量的变化必然伴随着另一个量的变化．核子在结合成原子核时放出核能，因此，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2；反之，由核能也可以求出核反