高考物理（山东专用）一轮复习专题十六近代物理初步教学课件

考点一光电效应波粒二象性一、黑体辐射能量量子化1.黑体与黑体辐射能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体。黑体虽然不

反射电磁波,却可以向外辐射电磁波,这样的辐射叫作黑体辐射。2.黑体辐射的实验规律(1)对于一般材料的物体,辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料的种类及表面

状况有关。(2)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移

动。(如图所示)。

3.能量子(1)定义:普朗克认为,组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)表达式:ε=hν,h为普朗克常量,一般取h=6.63×10-34J·s。例1一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7m的光,在

离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量h=6.63

×10-34J·s。R约为

(

)A.1×102m

B.3×102mC.6×102m

D.9×102m

解析

Pt=4πR2·n·hν=4πR2·n·h

,则R2=

,t=1s,解得R≈3×102m,B正确。

答案

B知识拓展发光功率与单个光子能量的关系发光功率P=N·ε,其中N为单位时间发出的光子数目,ε为单个光子的能量。二、光电效应1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象。逸出的电子

叫作光电子。2.光电效应的产生条件:入射光的频率≥金属的截止频率,与入射光的强弱无关,截止

频率只和金属自身的性质有关。3.光电效应的实验规律(1)存在截止频率νc(又称极限频率)当入射光的频率减小到某一数值νc时,光电流消失,νc称为截止频率,即入射光的频率低

于截止频率时不发生光电效应。(2)存在饱和电流在光照条件不变的情况下,光电流随电压的增大而增大,但最终会趋于一个饱和值,此

后即使电压再增大,电流也不会增大。对一定频率的光,入射光越强,饱和电流越大。(3)存在遏止电压UcUc指的是使光电流减小到0的反向电压。遏止电压的大小取决于入射光的频率。(4)具有瞬时性当频率超过截止频率νc时,无论入射光怎样微弱,照到金属时会立即产生光电流。4.爱因斯坦光电效应方程(1)表达式:Ek=hν-W0。(2)解释说明:金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν,在这些能量中,一部分大

小为W0的能量被电子用来脱离金属(电子从金属中逸出所需外界对它做功的最小值,

W0=hνc=h

),剩下的是逸出后电子的初动能,Ek为光电子的最大初动能。5.光电效应的两种决定关系

6.光电效应的四种图像分析图像类型由图像得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像

(1)截止频率νc:图线与ν轴交点的横坐标(2)逸出功:W0=|-E|=E(3)普朗克常量:h=k(图线的斜率)颜色(频率)相同、强弱不同的光,光电流与电压的

关系图像

(1)遏止电压Uc:图线与横轴交点的横坐标(2)饱和电流:光电流的最大值Im、I'm(3)最大初动能:Ek=eUc颜色(频率)不同时,光电流与电压的关系图像

(1)遏止电压:Uc1、Uc2(2)饱和电流:I1、I2(3)最大初动能:Ek1=eUc1、Ek2=eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像

(1)截止频率νc:图线与横轴交点的横坐标(2)遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大(3)普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的

乘积,即h=ke例2

(多选)1905年,爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广,成功地解释了光电

效应现象,提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图中,下列说法正确的是

(

)

A.图1中,当紫外线照射锌板时,发现验电器指针发生了偏转,锌板带正电,验电器带负

电B.图2中,从光电流与电压的关系图像中可以看出,电压相同时,光照越强,光电流越大,说明遏止电压和光强有关C.图3中,若电子电荷量用e表示,ν1、νc、U1已知,由Uc-ν图像可求得普朗克常量的表达

式为h=

D.图4中,由光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像可知该金属的逸出功为E

或hνc光电效应中锌板失去电子带正电,与其接触的验电器指针相应地带正电A错误光电流大小与光强相关,遏止电压则取决于入射光频率。选项中混淆了关联B错误由Uce=Ek=hν-W0可知Uc=

ν-

,图线斜率表示

,

=

即h=

C正确由Ek=hν-W0可知图像纵截距绝对值表示逸出功,而Ek为0时,入射光频率为金属截止频率,则金属逸出功为hνcD正确

解析

答案

CD三、康普顿效应1.概念:当X射线入射到物质上被散射后,在散射的X射线中,除了有与入射波长相同的

成分外,还有波长大于入射波长的成分,这种现象叫作康普顿效应。2.光子的动量:p=

推导:由动量的定义有p=mc,光子能量E=hν,爱因斯坦质能方程E=mc2,光速c=λν,联立可

得光子的动量p=

。3.意义(1)证明了爱因斯坦光子说的正确性;(2)揭示了光子不仅具有能量,还具有动量;(3)揭示了光具有粒子性;(4)证实了在微观粒子的单个碰撞事件中,动量守恒定律和能量守恒定律仍然成立。四、光的波粒二象性

现象表现说明光的波动性干涉和衍射光是一种概率波,即光子

在空间各点出现的可能

性大小(概率)可用波动

规律来描述①光的波动性是光子本

身的一种属性,不是光子

之间相互作用产生的②光的波动性不同于宏

观概念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应当光同物质发生作用时,

这种作用是“一份一

份”进行的,表现出粒子

的性质①粒子的含义是“不连

续”“一份一份”②光子不同于宏观概念

的粒子波动性和粒子性的对立

统一①大量光子易显示出波动性,而少量光子易显示出

粒子性②波长长(频率低)的光波动性强,而波长短(频率

高)的光粒子性强③光的波动性和粒子性是同时存在的①光子说并未否定光的

波动性,E=hν=

中,ν和λ就是波动的体现②波和粒子在宏观世界

是不能统一的,而在微观

世界却是统一的考点二原子结构一、原子的核式结构1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。电子的发现说明

原子不是组成物质的最小单元。2.α粒子散射实验:英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验,提出了原子的核式结构

模型。(1)实验装置(2)实验现象:绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子

发生了大角度偏转,极少数偏转的角度甚至大于90°,也就是说,它们几乎被“撞了回来”。3.核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫作原子核,原子的全部正电荷和几

乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。二、玻尔的原子模型1.玻尔理论(1)轨道量子化与定态①电子绕核运动的可能轨道不是任意的,各可能轨道的半径rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1

为基态轨道半径。②原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态(定态),其总能量En与基态总能量E

1的关系为En=

(n=1,2,3,…)。(2)频率条件原子在两个定态之间跃迁时,将辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量为hν=|E初-E末|。2.氢原子的能级图(1)自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,放出光子。光子的频率ν=

=

。(2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量。①吸收光子的能量必须恰好等于能级差:hν=ΔE。(注意:当入射光子能量大于该能级

的电离能时,原子对光子吸收不再具有选择性,而是吸收以后发生电离)②碰撞、加热等:只要入射粒子能量大于或等于能级差即可,E外≥ΔE。(3)光谱线条数的确定方法①大量的氢原子处于n能级上,当这些氢原子向低能级跃迁时,辐射光的频率有N=

=

种。②一个氢原子处于n能级上,可辐射的光的频率最多有n-1种。3.两类能级跃迁知识拓展电离(1)电离态:n=∞,E=0。(2)电离能:指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。例如:基态→电离态,E吸=0-(-13.6eV)=13.6eV。(3)吸收的能量足够大,电离后,获得自由的电子还具有动能。考点三原子核核反应一、天然放射现象1.天然放射现象:放射性元素自发地发出射线的现象。(1)发现:1896年,由法国物理学家贝克勒尔发现铀的放射性。(2)意义:使人们认识到原子核也有复杂的结构。

α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流电荷量2e-e0速度0.1c0.99cc在电场、磁场中偏转偏转不偏转贯穿本领最弱(小纸片即可挡住)较强(能穿透几毫米厚的铝板)最强(能穿透几厘米厚的铅板)电离本领很强较弱很弱2.三种射线的比较3.原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的。(1)电荷数(Z)=质子数=元素的原子序数=核外电子数(2)质量数(A)=核子数=质子数+中子数二、原子核的衰变与半衰期1.α衰变、β衰变的比较

α衰变β衰变衰变方程

X

Y

He

X

Y

e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个

整体1个中子转化为1个质子和1个电

子

H+

n

He

n

H

e匀强磁场中轨迹形状

衰变规律电荷数守恒、质量数守恒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。3.半衰期(1)定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,叫作这种元素的半衰期,

用T表示。(2)公式:N余=N原

,m余=m原

(t表示经历的时间)。(3)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外

部条件无关。温馨提示半衰期适用于对大量原子核的分析判断,凡是用“个”来描述的,都不是

大量原子核,质量达到“克”级的才可以运用。三、核反应1.核反应规律:在核反应中,质量数守恒、电荷数守恒。2.核反应的四种类型:除了上面提到的衰变(发生在原子核内的自发的核反应)之外,还

有三种(原子核之间的)核反应类型如表。

核反应方程实际意义或作用人工转变

He

N

O

H卢瑟福发现质子

He

Be

C

n查德威克发现中子

Al

He

P

n

P

Si

e约里奥-居里夫妇发现人工放射性同位素重核裂变

U

n

Ba

Kr+

n

U

n

Xe

Sr+1

n原子弹、核电站原理轻核聚变

H

H

He

n太阳、氢弹原理例3科学家利用天然放射性元素的衰变规律,通过对目前发现的古老岩石中铀含量

来推算地球的年龄,铀238的相对含量随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的

是

(

)A.铀238发生α衰变的方程为

U

Th

HeB.2000个铀核经过90亿年,一定还有500个铀核未发生衰变C.铀238

U)最终衰变形成铅206

Pb),需经8次α衰变,6次β衰变D.测得某岩石中现含有的铀是岩石形成初期时的一半,可推算出地球的年龄约为90亿

年

解析

铀238发生α衰变的方程为

He,A错误。半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少数(2000个对于统计规律来说只能算少数)的原子核衰变不适用,B

错误。铀238

U)衰变形成铅206

Pb),α衰变的次数=

=8,β衰变的次数=82+2×8-92=6,C正确(点拨:计算衰变次数时,可以先根据质量数的变化得出α衰变的次数,再

计算β衰变的次数)。现含有的铀是形成初期时的一半,即经过了一个半衰期,可推算出地球的年龄约为45亿年,D错误。

答案

C归纳总结依据“两个守恒”确定衰变次数设放射性元素

X经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素

Y,则表示核反应的方程为

X

Y+

He+

e。根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A=A'+4n,Z=Z'+2n-m,两式联立得n=

,m=

+Z'-Z。四、核力与结合能1.核力:在原子核内部核子间所特有的相互作用力。核力是短程力,作用范围只有约10-15m。2.结合能与比结合能(1)结合能:核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解成核子时吸收的能量。(2)比结合能:原子核的结合能与其核子数之比。原子核的比结合能越大,原子核中核

子结合得越牢固,原子核越稳定。(3)质量数越大的原子核结合能越大;核子数较小的轻核与核子数较大的重核,其比结

合能都比较小,中等大小的核的比结合能较大。五、质量亏损1.定义:原子核的质量小