【學(xué)海導(dǎo)航】高中物理第2輪復(fù)習(xí) 專題5 第4講 量子論初步和原子核課件

第講4量子論初步和原子核專題五波與粒子

一、光的波粒二象性

1．光電效應(yīng)

a．現(xiàn)象：金屬在光照射下發(fā)射光電子．

b．規(guī)律(1)每種金屬都具有發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率．(2)光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎是瞬間的．(3)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入射光的頻率增大而增大．(4)飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比．

2．光具有波粒二象性個(gè)體光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性．頻率越高的光，粒子性越強(qiáng)；頻率越低的光，波動(dòng)性越強(qiáng)．光的能量是不連續(xù)的，每一份即為一個(gè)光子，能量E=h.光是一種概率波．

二、原子的核式結(jié)構(gòu)

1．盧瑟福的a粒子散射實(shí)驗(yàn)是原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)．2．原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說原子的中心有一個(gè)很小的核叫原子核，它集中了原子內(nèi)所有的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運(yùn)動(dòng)．

三、玻爾原子模型和能級(jí)

注意：如果是原子吸收光子發(fā)生躍遷，則所吸收光子的能量必須對(duì)應(yīng)兩能級(jí)差，也就是說只能吸收特定頻率的光．但如果入射的是電子，電子的能量可以大于或等于兩能級(jí)差．

四、原子核的衰變與三種射線的性質(zhì)

1．原子核的衰變注意a．衰變中靜質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化，但仍然遵循質(zhì)量數(shù)守恒．b．

和

衰變次數(shù)的確定：先由質(zhì)量數(shù)的變化確定

衰變的次數(shù)，再由電荷數(shù)守恒確定

衰變次數(shù)．c．半衰期是指有半數(shù)核發(fā)生衰變的時(shí)間，由放射性元素的原子核內(nèi)部本身因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)(如壓強(qiáng)、溫度等)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)或化合物)無關(guān)．2．三種射線b．放射性同位位素：有些元元素的同位素素具有放射性性叫放射性同同位素．應(yīng)用用：示蹤原子子、金屬探傷傷等．五、核能與質(zhì)質(zhì)能方程1．質(zhì)能方程：：E=mc2，即一定的能能量和一定的的質(zhì)量相聯(lián)系系，物體的總總能量和它的的質(zhì)量成正比比．2．核能的計(jì)算算方法3．釋放核能的的行徑重核的裂變和和輕核的聚變變．4．在核反應(yīng)中能能量同樣是守守恒的，當(dāng)核核反應(yīng)的結(jié)果果是產(chǎn)生質(zhì)量量虧損時(shí)，釋釋放出核能．．當(dāng)核反應(yīng)的的結(jié)果是產(chǎn)生生質(zhì)量增益時(shí)時(shí)，要吸收能能量．類型一：光電電效應(yīng)的規(guī)律律及其應(yīng)用對(duì)光電效應(yīng)的的規(guī)律考查，，往往以愛因因斯坦光電方方程的理解為為中心展開，，還可以結(jié)合合幾何光學(xué)中中的知識(shí)進(jìn)行行，如由同一一介質(zhì)對(duì)不同同頻率的光折折射率不同來來判斷哪些光光能使某金屬屬產(chǎn)生光電效效應(yīng)等．【例1】如圖5-4-1所示，當(dāng)電鍵鍵S斷開時(shí)，用光光子能量為2.5eV的一束光照射射光電管的陰陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表表讀數(shù)不為0.合上電鍵S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變變阻器，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)當(dāng)電壓表示示數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表示示數(shù)仍然不為為0；當(dāng)電壓表示示數(shù)大于等于于0.60V時(shí)，電流表示示數(shù)為0，由此可知陰陰極材料的逸逸出功為()A．1.9eVB．0.6eVC．2.5eVD．3.1eV圖5-4-1【解析】圖中加在光電電管兩極間的的電壓是使光光電子減速的的，設(shè)陰極發(fā)發(fā)射出的光電電子的最大初初動(dòng)能為Ek，當(dāng)電壓表示示數(shù)大于等于于0.60V時(shí)，電流表示示數(shù)為0，說明具有最最大初動(dòng)能且且正對(duì)陽極運(yùn)運(yùn)動(dòng)的光電子子經(jīng)過電勢(shì)差差為0.6V的反向電場(chǎng)后后，速度恰好好為0，則Ek=eU=0.6eV，再由愛因斯斯坦光電方程程，有Ek=hν-W，其中hν=2.5eV，解得W=1.9eV，選A.【答案】A【規(guī)律方法總結(jié)結(jié)】分析光電管電電路時(shí)，一定定要弄清加在在光電管兩極極間的電壓對(duì)對(duì)電子是起加加速作用還是是減速作用，，再結(jié)合愛因因斯坦光電效效應(yīng)方程的應(yīng)應(yīng)用，這是解解決此類問題題的關(guān)鍵所在在．【變式題】研究光電效應(yīng)應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)裝置如圖5-4-2所示，以頻率率為ν的光照射光電電管陰極K時(shí)，有光電子子產(chǎn)生．由于于光電管K、A間加的是反向向電壓，光電電子從陰極K發(fā)射后將向陽陽極A做減速運(yùn)動(dòng)．．光電流i由圖中電流計(jì)計(jì)G測(cè)出，反向電電壓U由電壓表V測(cè)出．當(dāng)電流流計(jì)示數(shù)恰好好為零時(shí)，電電壓表的示數(shù)數(shù)稱為反向截截止電壓U0.在下列表示光光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)規(guī)律的圖象象中，錯(cuò)誤的的是()圖5-4-2A.反向電壓和頻頻率ν一定時(shí)，光電電流i與光強(qiáng)I的關(guān)系B.截止電壓U0與頻率ν的關(guān)系C.光強(qiáng)I和頻率ν一定時(shí)，光電電流i與反向電壓U的關(guān)系D.光強(qiáng)I和頻率ν一定時(shí)，光電電流i與產(chǎn)生光電子子的時(shí)間t的關(guān)系答案：B【解析】由光電效應(yīng)規(guī)規(guī)律可知．光光電流的強(qiáng)度度與光強(qiáng)成正正比，光射到到金屬上時(shí)，，光電子的發(fā)發(fā)射是瞬時(shí)的的，幾乎不需需要時(shí)間積累累，故A、D圖象正確；從從金屬中打出出的光電子，，在反向電壓壓作用下做減減速運(yùn)動(dòng)，隨隨著反向電壓壓的增大，到到達(dá)陽極的光光電子數(shù)減少少，故C圖象正確；由由光電效應(yīng)方方程可知：類型二：玻爾爾的原子模型型及能級(jí)躍遷遷問題在玻爾的原子子模型中，還還是保留了一一些經(jīng)典理論論，在用玻爾爾理論解釋氫氫原子光譜時(shí)時(shí)，還是認(rèn)為為核外電子繞繞核旋轉(zhuǎn)，電電子運(yùn)動(dòng)所需需的向心力由由它所受原子子核的引力提提供，因此，，往往對(duì)電子子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能能、電勢(shì)能的的變化、周期期等提出問題題；另外，還還可能對(duì)躍遷遷，輻射多少少種不同頻率率的光子等提提出問題．【例2】氫原子放出一一個(gè)光子后，，根據(jù)玻爾理理論，氫原子子的()A．核外電子的的電勢(shì)能增大大B．核外電子的的動(dòng)能增大C．核外電子的的轉(zhuǎn)動(dòng)周期增增大D．氫原子的能能量增大【答案】B【規(guī)律方法總結(jié)結(jié)】(1)常把氫原子的的核外電子的的運(yùn)動(dòng)視為繞繞核的圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)，庫侖引引力來提供向向心力．(2)氫原子的能量量指電子動(dòng)能能和電勢(shì)能的的總和，往往往根據(jù)電子運(yùn)運(yùn)動(dòng)情況和電電場(chǎng)力做功來來考慮它們的的變化．(3)躍遷時(shí)時(shí)，原原子所所吸收收或輻輻射的的光子子能量量只能能等于于兩能能級(jí)之之差，，即hν=Em-En.原子電電離時(shí)時(shí)，所所吸收收的能能量可可以大大于等等于它它所處處能級(jí)級(jí)能量量的絕絕對(duì)值值，即即E=E∞-Em.(4)當(dāng)一群群氫原原子由由n能級(jí)向向低能能級(jí)躍躍遷時(shí)時(shí)，可可能產(chǎn)產(chǎn)生的的譜線線條數(shù)數(shù)為C條．【變式題題】(2011··大綱卷卷)已知?dú)錃湓幼拥幕鶓B(tài)能能量為為E1，激發(fā)發(fā)態(tài)能能量En=E1/n2，其中中n=2,3，…，用h表示普普朗克克常量量，c表示真真空中中的光光速．．能使使氫原原子從從第一一激發(fā)發(fā)態(tài)電電離的的光子子的最最大波波長為為()C類型三三：原原子核核的衰衰變及及人工工轉(zhuǎn)變變本類型型習(xí)題題往往往要求求能依依據(jù)兩種衰衰變的的特點(diǎn)點(diǎn)分析析生成成物是是何種種元素素，或或者已已知反反應(yīng)物物與生生成物物，要要推斷斷衰變變次數(shù)數(shù)，還還可能能要求求依據(jù)據(jù)兩個(gè)個(gè)守恒恒寫方方程或或判斷斷生成成的粒粒子．．【答案】ABDB類型四四：核核能的的計(jì)算算有關(guān)核核能的的計(jì)算算，關(guān)關(guān)鍵是是算出出質(zhì)量量虧損損(或增益益)，再利利用計(jì)計(jì)算核核能的的兩種種方法法求出出核能能(或反應(yīng)應(yīng)中要要吸收收的能能量)．【變式題題】(2011··江蘇)(1)按照玻玻爾原原子理理論，，氫原原子中中的電電子離離原子子核越越遠(yuǎn)，，氫原原子的的能量量越越大(選填““越大大”或或“越越小””)．已知知?dú)湓拥牡幕鶓B(tài)態(tài)能量量為E1(E1<0)，電子子質(zhì)量量為m，基態(tài)態(tài)氫原原子中中的電電子吸吸收一一頻率率為ν的光子子被電電離后后，電電子速速度大大小為為(普朗克克常量量為h)．類型五五：與與核反反應(yīng)相相關(guān)的的力電電綜合合問題題核反應(yīng)應(yīng)中，，生成成的新新核或或帶電電粒子子在電電場(chǎng)或或磁場(chǎng)場(chǎng)中運(yùn)運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)，可可能受受到對(duì)對(duì)應(yīng)的的場(chǎng)力力作用用而產(chǎn)產(chǎn)生某某種運(yùn)運(yùn)動(dòng)，，這樣樣，就就可以以把核核反應(yīng)應(yīng)和帶帶電粒粒子在在電場(chǎng)場(chǎng)、磁磁場(chǎng)中中的運(yùn)運(yùn)動(dòng)聯(lián)聯(lián)系起起來．．并且且，在在核發(fā)發(fā)生衰衰變或或碰撞撞時(shí)，，還可可以用用到動(dòng)動(dòng)量守守恒和和能量量守恒恒，這這樣，，也可可以把把核反反應(yīng)和和動(dòng)量量守恒恒、能能量守守恒聯(lián)聯(lián)系起起來．．【規(guī)律方方法總總結(jié)】解決此此類題題型的的一般般思路路是：：先依依據(jù)事事實(shí)和和質(zhì)量量數(shù)守守恒、、電荷荷數(shù)守守恒寫寫出核核反應(yīng)應(yīng)方程程式，，再在在確認(rèn)認(rèn)動(dòng)量量守恒恒的條條件下下列出出動(dòng)量量守恒