2017屆物理一輪教學(xué)案十五考點(diǎn)二近代物理初步含解析

胎考點(diǎn)二近代物理初步

哽柜基礎(chǔ)點(diǎn)重難點(diǎn)

基礎(chǔ)點(diǎn)

知識(shí)點(diǎn)1光電效應(yīng)、波粒二象性

1.光電效應(yīng)

⑴定義

照射到金屬表面的光，能使金屬中的電壬從表面逸出的現(xiàn)象。

Q)光電子

光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的電子。

(3)光電效應(yīng)規(guī)律

①每種金屬都有一個(gè)極限頻率,入射光的頻率必須大于這個(gè)極限

頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。低于這個(gè)頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。

②光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),只隨入射光頻率的

增大而增大。

③光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎瞬時(shí)的,一般不超過(guò)10一9§。

④當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),飽和光電流的強(qiáng)度與入射光

的強(qiáng)度成正比。

2.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程

(1)光子說(shuō)：在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每

一份叫作一個(gè)光的能量子，簡(jiǎn)稱(chēng)光子，光子的能量￡=也。其中/，=

6.63X10-34J-So(稱(chēng)為普朗克常量)

(2)逸出功％：使電子脫離某種金屬所做功的最小值。

(3)最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的曳壬吸收光子

后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值。

(4)遏止電壓與截止頻率

①遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓口。

②截止頻率:能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫作該種金

屬的截止頻率(又叫極限頻率)。不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率。

(5)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程

①表達(dá)式：Ek=Ay—必。

②物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hv,

這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的逸出功%,剩下的表現(xiàn)為逸出后

光電子的最大初動(dòng)能=

3.光的波粒二象性與物質(zhì)波

(1)光的波粒二象性

①光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性。

②光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性。

③光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱(chēng)為光的波粒二象性。

(2)物質(zhì)波

①概率波

光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是

光子到達(dá)概率大的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方，因此光波

又叫概率波。

②物質(zhì)波

任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波

與它對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng)2=*夕為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，△為普朗克常量。

知識(shí)點(diǎn)2氫原子光譜、能級(jí)

1.氫原子光譜

(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)展開(kāi)，獲得

光的維(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。

(2)光譜分類(lèi)

(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜

線(xiàn)，其波長(zhǎng)公式;=￡出一步(〃=3,4,5,???￡是里德伯常量，R=

1.10X107m-1)o

(4)光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線(xiàn)可以用來(lái)鑒別

物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素

上有著重大的意義。

2.玻爾理論及能級(jí)結(jié)構(gòu)

(1)玻爾理論

①定態(tài)：原子只能處于一系列丕連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量

狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。

②躍遷：電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道

時(shí)，會(huì)放出能量為妙的光子，這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)的能

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

③軌道:原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)

相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。

(2)幾個(gè)概念

①能級(jí)：在玻爾理論中，原子的能量是量子化的，這些量子化的

能量值，叫作能級(jí)。

②基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)。

③激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他的狀態(tài)。

④量子數(shù):原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)。

(3)氫原子的能級(jí)公式：1,2,3,…)，其中均為基態(tài)

能量，其數(shù)值為￡=-13.6eV。

(4)氫原子的半徑公式：=1,2.3,…)，其中片為基態(tài)半

徑，又稱(chēng)玻爾半徑，其數(shù)值為n=0.53Xl()T°m。

(5)氫原子的能級(jí)圖

能級(jí)圖如圖所示。

屋

E/eV

8

0

5

-0.54

i=fc=

4

-0.85

-----

3

-1.51

——

2

t

-3.4

-13.6

子核

構(gòu)、原

原子結(jié)

點(diǎn)3

知識(shí)

成

的組

子核

1.原

現(xiàn)了

線(xiàn)時(shí)發(fā)

陰極射

在研究

姆孫

家湯

理學(xué)

國(guó)物

現(xiàn)：英

子的發(fā)

(1)電

。

模型”

“棗糕

子的

了原

,提出

電子

結(jié)構(gòu)

核式

子的

(2)原

實(shí)驗(yàn)，

子散射

了a粒

進(jìn)行

瑟福

家克

理學(xué)

籍物

年,英

1911

09?

①19

。

構(gòu)模型

核式結(jié)

提出了

上

基本

箔后，

穿過(guò)金

a粒子

多數(shù)

絕大

結(jié)果：

實(shí)驗(yàn)的

子散射

②a粒

的

偏轉(zhuǎn)

偏轉(zhuǎn)，

大角度

發(fā)生了

a粒子

少數(shù)

，但有

向前進(jìn)

來(lái)的方

仍沿原

。

所示

，如圖

來(lái)”

了出

被“撞

幾乎

它們

是說(shuō)

也就

90。，

大于

甚至

角度

③原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積很小,但幾乎

占有全部質(zhì)量,電子在正電體的外面運(yùn)動(dòng)。

(3)原子核的組成

①原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)為核子。質(zhì)子帶正

電，中子不帶電。

②基本關(guān)系。

a.核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)億)=元素的原子序數(shù)=核外電子數(shù)。

b.質(zhì)量數(shù)(A)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)。

c.X元素的原子核的符號(hào)為2X,其中A表示質(zhì)量數(shù),Z表示核

電荷數(shù)。

2.天然放射現(xiàn)象

(1)天然放射現(xiàn)象

元素自為地放出射線(xiàn)的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)

象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

(2)放射性和放射性元素

物質(zhì)發(fā)射某種看不見(jiàn)的射線(xiàn)的性質(zhì)叫放射性。具有放射性的元素

叫放射性元素。

(3)三種射線(xiàn)的比較

名稱(chēng)項(xiàng)目a射線(xiàn)0射線(xiàn)Y射線(xiàn)

組成高速氫核流高速電子流光子流(高頻電磁波)

帶電量2e—e0

嗎靜止質(zhì)量

質(zhì)量4/?p

1836為零

符號(hào)fHe-?e7

速度可達(dá)0.1c可達(dá)0.99cC

垂直進(jìn)入電場(chǎng)或

偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)

磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)情況

貫穿本領(lǐng)最弱較強(qiáng)最強(qiáng)

對(duì)空氣的很強(qiáng)較弱很弱

電離作用

(4)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)

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兩類(lèi),

放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。

②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。

③防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的傷害。

(5)原子核的衰變

①衰變：原子核放出a粒子或P粒子，變成另一種原子核的變

化稱(chēng)為原子核的衰變。

②分類(lèi)

a衰變：

夕衰變：%—北*+與￡

③半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。半

衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

3.核力、結(jié)合能、質(zhì)量巧■損

⑴核力

①定義

原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。

②特點(diǎn)

a.核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；

b.核力是短程力，作用范圍在1.5X10T5m之內(nèi)；

c.每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。

(2)結(jié)合能

核子結(jié)合為原子核時(shí)窿放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的

能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱(chēng)核能。

(3)比結(jié)合能

①定義

原子核的結(jié)合能與核壬數(shù)之比,稱(chēng)做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。

②特點(diǎn)

不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子

核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。

(4)質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損

愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=這，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子

的質(zhì)量和要小AM,這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能

2

A￡'=A/MCO

4.核反應(yīng)

(1)重核裂變

①定義:質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)

質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過(guò)程。

②特點(diǎn)。

a.裂變過(guò)程中能夠放出巨大的能量；

b.裂變的同時(shí)能夠放出2?3(或更多)個(gè)中子；

c.裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對(duì)于鈾核裂變有二分裂、三分裂和

四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小。

③典型的裂變反應(yīng)方程

%U+；nf罌Kr+1黑Ba+3；n。

④鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的蚯使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)

下去的過(guò)程。

⑤臨界體積和臨界質(zhì)量:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積

及其相應(yīng)的質(zhì)量。

⑥裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。

⑦反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘捶、防護(hù)層。

(2)輕核聚變

①定義：兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過(guò)程。輕核聚變反應(yīng)

必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。

②特點(diǎn)。

a.聚變過(guò)程放出大量的能量，平均每個(gè)核子放出的能量，比裂

變反應(yīng)中每個(gè)核子放出的能量大3至4倍。

b.聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更劇烈。

c.對(duì)環(huán)境污染較少。

d.自然界中聚變反應(yīng)原料豐富。

③典型的聚變反應(yīng)方程：

：H+；Hf；He+；n+17.60MeV

(3)人工轉(zhuǎn)變

①盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：號(hào)N+；He-1O+坦。

②查德威克發(fā)現(xiàn)中子：1Be+：He-1C+加。

重難點(diǎn)

一、光電效應(yīng)及其規(guī)律的認(rèn)識(shí)

1.對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋

對(duì)應(yīng)規(guī)律對(duì)規(guī)律的產(chǎn)生的解釋

電子從金屬表面逸出，首先必須克

服金屬原子核的引力做功航，要

存在極限頻率%使入射光子的能量不小于版，對(duì)

應(yīng)的頻率打一々，即極限頻率

電子吸收光子能量后,一部分克服

阻礙作用做功,剩余部分轉(zhuǎn)化為光

電子的初動(dòng)能,只有直接從金屬表

光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻

面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)

率的增大而增大，與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)

能，對(duì)于確定的金屬，格)是一定

的，故光電子的最大初動(dòng)能只隨入

射光的頻率增大而增大

光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子

效應(yīng)具有瞬時(shí)性的能量后，動(dòng)能立即增大，不需要

積累能量的過(guò)程

光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照

光較強(qiáng)時(shí)飽和電流大

射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而

飽和電流較大

2.區(qū)分光電效應(yīng)中的五組概念

(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子

不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子，其本質(zhì)是

電子。光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。

(2)光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：光照射到金屬表面時(shí)，

電子吸收光子的全部能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其

他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能；只有

金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功的情況,

才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于等于光電子的最大初動(dòng)能。

(3)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)極，回路

中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個(gè)飽和值，

這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加

電壓大小無(wú)關(guān)。

(4)入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金

屬表面單位面積上的總能量。

(5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的

規(guī)律是對(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的,對(duì)于不同頻率

的光，由于每個(gè)光子的能量不同，飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒(méi)有

簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。

3.光電效應(yīng)的圖象分析

由圖線(xiàn)直接(間接)

圖象名稱(chēng)圖線(xiàn)形狀

得到的物理量

①極限頻率：圖線(xiàn)與V

軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)Vc

最大初動(dòng)能及與入射②逸出功：圖線(xiàn)與Ek

光頻率y的關(guān)系圖線(xiàn)V軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值

%=|一七|=￡

5③普朗克常量：圖線(xiàn)

的斜率k=h

①遏止電壓a：圖線(xiàn)

與橫軸的交點(diǎn)

顏色相同、強(qiáng)度不同L------強(qiáng)光(黃)

斤-------弱光(黃)②飽和光電流Z：電

的光，光電流與電壓m

流的最大值

的關(guān)系2

u..()17③最大初動(dòng)能：Ekm=

eUc

①遏止電壓、

----黃光UiUc2

顏色不同時(shí)，光電流A------藍(lán)光②飽和光電流/i、A

與電壓的關(guān)系

③最大初動(dòng)能EM=

aU..2()UeUd，Eki=eUc2

①截止頻率小:圖線(xiàn)

與橫軸的交點(diǎn)

②遏止電壓a：隨入

\uc

射光頻率的增大而增

遏止電壓a與入射光大

頻率y的關(guān)系圖線(xiàn)③普朗克常量加：等于

圖線(xiàn)的斜率與電子電

%量的乘積，即h=keo

(注：此時(shí)兩極之間接

反向電壓)

M特別提醒

(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率。

(2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見(jiàn)光，也包括不可見(jiàn)光。

⑶逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無(wú)關(guān)。

(4)光電子不是光子，而是電子。

二、氫原子能級(jí)圖及原子躍遷

1.能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說(shuō)明

相關(guān)量意義

能級(jí)圖中的橫線(xiàn)表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)

橫線(xiàn)左端的數(shù)字

表示量子數(shù)

“1,2,3…”

橫線(xiàn)右端的數(shù)字

表示氫原子的能量

“一13.6,-3.4-w

表不相鄰的能量差，量子數(shù)越大相鄰的能量

相鄰橫線(xiàn)間的距離

差越小，距離越小

表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子

帶箭頭的豎線(xiàn)

躍遷的條件為hv=En—En

氫原子的能級(jí)圖如圖所示。

2.對(duì)原子躍遷條件=￡”一￡1”的說(shuō)明

(1)原子躍遷條件m=￡?一&只適用于光子和原子作用而使原子

在各定態(tài)之間躍遷的情況。

(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原

子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于

13.6eV時(shí)，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能。

(3)原子還可吸收外來(lái)實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。

由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的

能量大于或等于兩能級(jí)的能量差值(七=&,一七“)，均可使原子發(fā)生能

級(jí)躍遷。

3.躍遷中兩個(gè)易混問(wèn)題

(1)一群原子和一個(gè)原子

氫原子核外只有一個(gè)電子,這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)

可能的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可

能的情況只有一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的

核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)了。

一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射出的光譜線(xiàn)

.〃（〃一1）

條數(shù)為N=3

(2)直接躍遷與間接躍遷

原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí)，有時(shí)可能是直接

躍遷，有時(shí)可能是間接躍遷。兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是

不同的。直接躍遷時(shí)輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時(shí)輻射(或

吸收)的所有光子的能量和。

4.與能級(jí)有關(guān)的能量問(wèn)題

(1)原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷的能量情況

吸收一定能量的光子,當(dāng)一個(gè)光子的能量滿(mǎn)足hv=E末一E初時(shí)，

才能被某一個(gè)原子吸收，使原子從低能級(jí)上初向高能級(jí)E末躍遷，而

當(dāng)光子能量hv大于或小于E末一七初時(shí)都不能被原子吸收。

(2)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷的能量情況

以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷

時(shí)的兩能級(jí)間的能量差。

(3)電離時(shí)的能量

當(dāng)光子能量大于或等于原子所處的能級(jí)絕對(duì)值時(shí),可以被氫原子

吸收，使氫原子電離，多余的能量作為電子的初動(dòng)能。

(4)氫原子躍遷時(shí)電子動(dòng)能、電勢(shì)能與原子能量的變化規(guī)律

①電子動(dòng)能變化規(guī)律

a.從公式上判斷電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力提供向心力，即

所以七3=等，隨尸增大而減小。

b.從庫(kù)侖力做功上判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫(kù)侖引力做負(fù)功，

故電子動(dòng)能減小。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，故電