2017届物理一轮教学案十五考点二近代物理初步含解析

胎考点二近代物理初步

哽柜基础点重难点

基础点

知识点1光电效应、波粒二象性

1.光电效应

⑴定义

照射到金属表面的光，能使金属中的电壬从表面逸出的现象。

Q)光电子

光电效应中发射出来的电子。

(3)光电效应规律

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。低于这个频率的光不能产生光电效应。

②光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光频率的

增大而增大。

③光电效应的发生几乎瞬时的,一般不超过10一9§。

④当入射光的频率大于极限频率时,饱和光电流的强度与入射光

的强度成正比。

2.爱因斯坦光电效应方程

(1)光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每

一份叫作一个光的能量子，简称光子，光子的能量£=也。其中/，=

6.63X10-34J-So(称为普朗克常量)

(2)逸出功％：使电子脱离某种金属所做功的最小值。

(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的曳壬吸收光子

后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。

(4)遏止电压与截止频率

①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压口。

②截止频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作该种金

属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。

(5)爱因斯坦光电效应方程

①表达式：Ek=Ay—必。

②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hv,

这些能量的一部分用来克服金属的逸出功%,剩下的表现为逸出后

光电子的最大初动能=

3.光的波粒二象性与物质波

(1)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光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。

(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2=*夕为运动物体的动量，△为普朗克常量。

知识点2氢原子光谱、能级

1.氢原子光谱

(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得

光的维(频率)和强度分布的记录，即光谱。

(2)光谱分类

(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱

线，其波长公式;=£出一步(〃=3,4,5,•••£是里德伯常量，R=

1.10X107m-1)o

(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别

物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素

上有着重大的意义。

2.玻尔理论及能级结构

(1)玻尔理论

①定态：原子只能处于一系列丕连续的能量状态中，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：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道

时，会放出能量为妙的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能

量差决定，即kv=E典一Eg。他是普朗克常量，A=6.63X10-34J、)

③轨道: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,因此电子的可能轨道也是不连续的。

(2)几个概念

①能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的

能量值，叫作能级。

②基态：原子能量最低的状态。

③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态。

④量子数:原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。

(3)氢原子的能级公式：1,2,3,…)，其中均为基态

能量，其数值为£=-13.6eV。

(4)氢原子的半径公式：=1,2.3,…)，其中片为基态半

径，又称玻尔半径，其数值为n=0.53Xl()T°m。

(5)氢原子的能级图

能级图如图所示。

屋

E/eV

8

0

5

-0.54

i=fc=

4

-0.85

-----

3

-1.51

——

2

t

-3.4

-13.6

子核

构、原

原子结

点3

知识

成

的组

子核

1.原

现了

线时发

阴极射

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理学

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现：英

子的发

(1)电

。

模型”

“枣糕

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电子

结构

核式

子的

(2)原

实验，

子散射

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进行

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理学

籍物

年,英

1911

09〜

①19

。

构模型

核式结

提出了

上

基本

箔后，

穿过金

a粒子

多数

绝大

结果：

实验的

子散射

②a粒

的

偏转

偏转，

大角度

发生了

a粒子

少数

，但有

向前进

来的方

仍沿原

。

所示

，如图

来”

了出

被“撞

几乎

它们

是说

也就

90。，

大于

甚至

角度

③原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小,但几乎

占有全部质量,电子在正电体的外面运动。

(3)原子核的组成

①原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正

电，中子不带电。

②基本关系。

a.核电荷数=质子数亿)=元素的原子序数=核外电子数。

b.质量数(A)=核子数=质子数+中子数。

c.X元素的原子核的符号为2X,其中A表示质量数,Z表示核

电荷数。

2.天然放射现象

(1)天然放射现象

元素自为地放出射线的现象，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。

(3)三种射线的比较

名称项目a射线0射线Y射线

组成高速氢核流高速电子流光子流(高频电磁波)

带电量2e—e0

吗静止质量

质量4/«p

1836为零

符号fHe-?e7

速度可达0.1c可达0.99cC

垂直进入电场或

偏转偏转不偏转

磁场的偏转情况

贯穿本领最弱较强最强

对空气的很强较弱很弱

电离作用

(4)放射性同位素的应用与防护

①放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,

放射性同位素的化学性质相同。

②应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。

③防护：防止放射性对人体组织的伤害。

(5)原子核的衰变

①衰变：原子核放出a粒子或P粒子，变成另一种原子核的变

化称为原子核的衰变。

②分类

a衰变：

夕衰变：%—北*+与£

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。半

衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。

3.核力、结合能、质量巧■损

⑴核力

①定义

原子核内部，核子间所特有的相互作用力。

②特点

a.核力是强相互作用的一种表现；

b.核力是短程力，作用范围在1.5X10T5m之内；

c.每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。

(2)结合能

核子结合为原子核时窿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。

(3)比结合能

①定义

原子核的结合能与核壬数之比,称做比结合能，也叫平均结合能。

②特点

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。

(4)质能方程、质量亏损

爱因斯坦质能方程E=这，原子核的质量必然比组成它的核子

的质量和要小AM,这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能

2

A£'=A/MCO

4.核反应

(1)重核裂变

①定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个

质量数较小的原子核的过程。

②特点。

a.裂变过程中能够放出巨大的能量；

b.裂变的同时能够放出2〜3(或更多)个中子；

c.裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和

四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小。

③典型的裂变反应方程

%U+；nf罂Kr+1黑Ba+3；n。

④链式反应：由重核裂变产生的蚯使裂变反应一代接一代继续

下去的过程。

⑤临界体积和临界质量:裂变物质能够发生链式反应的最小体积

及其相应的质量。

⑥裂变的应用：原子弹、核反应堆。

⑦反应堆构造：核燃料、减速剂、镉捶、防护层。

(2)轻核聚变

①定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应

必须在高温下进行，因此又叫热核反应。

②特点。

a.聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂

变反应中每个核子放出的能量大3至4倍。

b.聚变反应比裂变反应更剧烈。

c.对环境污染较少。

d.自然界中聚变反应原料丰富。

③典型的聚变反应方程：

：H+；Hf；He+；n+17.60MeV

(3)人工转变

①卢瑟福发现质子：号N+；He-1O+坦。

②查德威克发现中子：1Be+：He-1C+加。

重难点

一、光电效应及其规律的认识

1.对光电效应规律的解释

对应规律对规律的产生的解释

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航，要

存在极限频率%使入射光子的能量不小于版，对

应的频率打一々，即极限频率

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

光电子的最大初动能随着入射光频

面飞出的光电子才具有最大初动

率的增大而增大，与入射光强度无关

能，对于确定的金属，格)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

光照射金属时，电子吸收一个光子

效应具有瞬时性的能量后，动能立即增大，不需要

积累能量的过程

光较强时，包含的光子数较多，照

光较强时饱和电流大

射金属时产生的光电子较多，因而

饱和电流较大

2.区分光电效应中的五组概念

(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，其本质是

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，

电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其

他原子的阻碍而损失一部分能量，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。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。

(3)光电流和饱和光电流：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，

这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加

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。

(5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的

规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的,对于不同频率

的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有

简单的正比关系。

3.光电效应的图象分析

由图线直接(间接)

图象名称图线形状

得到的物理量

①极限频率：图线与V

轴交点的横坐标Vc

最大初动能及与入射②逸出功：图线与Ek

光频率y的关系图线V轴交点的纵坐标的值

%=|一七|=£

5③普朗克常量：图线

的斜率k=h

①遏止电压a：图线

与横轴的交点

颜色相同、强度不同L------强光(黄)

斤-------弱光(黄)②饱和光电流Z：电

的光，光电流与电压m

流的最大值

的关系2

u..()17③最大初动能：Ekm=

eUc

①遏止电压、

----黄光UiUc2

颜色不同时，光电流A------蓝光②饱和光电流/i、A

与电压的关系

③最大初动能EM=

aU..2()UeUd，Eki=eUc2

①截止频率小:图线

与横轴的交点

②遏止电压a：随入

\uc

射光频率的增大而增

遏止电压a与入射光大

频率y的关系图线③普朗克常量加：等于

图线的斜率与电子电

%量的乘积，即h=keo

(注：此时两极之间接

反向电压)

M特别提醒

(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。

(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。

⑶逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。

(4)光电子不是光子，而是电子。

二、氢原子能级图及原子跃迁

1.能级图中相关量意义的说明

相关量意义

能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态

横线左端的数字

表示量子数

“1,2,3…”

横线右端的数字

表示氢原子的能量

“一13.6,-3.4-w

表不相邻的能量差，量子数越大相邻的能量

相邻横线间的距离

差越小，距离越小

表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子

带箭头的竖线

跃迁的条件为hv=En—En

氢原子的能级图如图所示。

2.对原子跃迁条件=£”一£1”的说明

(1)原子跃迁条件m=£„一&只适用于光子和原子作用而使原子

在各定态之间跃迁的情况。

(2)当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被处于基态的氢原

子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于

13.6eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。

(3)原子还可吸收外来实物粒子(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能量差值(七=&,一七“)，均可使原子发生能

级跃迁。

3.跃迁中两个易混问题

(1)一群原子和一个原子

氢原子核外只有一个电子,这个电子在某个时刻只能处在某一个

可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可

能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的

核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。

一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线

.〃（〃一1）

条数为N=3

(2)直接跃迁与间接跃迁

原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接

跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射(或吸收)光子的能量是

不同的。直接跃迁时辐射(或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或

吸收)的所有光子的能量和。

4.与能级有关的能量问题

(1)原子从低能级向高能级跃迁的能量情况

吸收一定能量的光子,当一个光子的能量满足hv=E末一E初时，

才能被某一个原子吸收，使原子从低能级上初向高能级E末跃迁，而

当光子能量hv大于或小于E末一七初时都不能被原子吸收。

(2)原子从高能级向低能级跃迁的能量情况

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。

(3)电离时的能量

当光子能量大于或等于原子所处的能级绝对值时,可以被氢原子

吸收，使氢原子电离，多余的能量作为电子的初动能。

(4)氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律

①电子动能变化规律

a.从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即

所以七3=等，随尸增大而减小。

b.从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，

故电子动能减小。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电