2022屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題五近代物理初步講義

專題五近代物理初步講義

基本知能:

原a粒子散射實(shí)驗(yàn)卜原子核式結(jié)構(gòu)

子

光子能量結(jié)

￡=hv構(gòu)能級(jí)

玻爾理論

截止頻率-

波

近

原

粒

子

代

二

物

一天然放射現(xiàn)象、三種射線、原子核的組成:中子、質(zhì)子

遏止電壓豁黑能光電效應(yīng)物

I—I象

理

理

性

------------------------一

飽和光電流I~~I光的強(qiáng)度

電子的干涉和衍用]電荷數(shù)守恒、

質(zhì)量數(shù)守恒

(比)結(jié)合能質(zhì)量虧損，核能

考點(diǎn)一I光電效應(yīng)及其規(guī)律

1.光電效應(yīng)的四類圖象

由圖象直接(或間接)得到的物理

圖象名稱圖象形狀

量

(1)極限頻率：圖象與V軸交點(diǎn)的

橫坐標(biāo)Vc；

最大初動(dòng)能Ek與入射光頻

(2)逸出功：圖象與反軸交點(diǎn)的縱

率V的關(guān)系圖象-%卜’

坐標(biāo)的絕對(duì)值Wb=|-￡]=E；

Ek=hv—Wo(3)普朗克常量：圖象的斜率％=〃

(1)遏止電壓“：圖象與橫軸交點(diǎn)

的橫坐標(biāo)；

顏色相同、強(qiáng)度不同的光，~?強(qiáng)光(黃)(2)飽和光電流品：電流的最大

夕弱光(黃)

光電流與電壓的關(guān)系圖象值；

>----------U

⑶最大初動(dòng)能：

Ek=cUc

(1)遏止電壓Ucl、Uc2；

顏色不同時(shí)，光電流與電黃光

________筮光(2)飽和光電流;

壓的關(guān)系圖象(3)最大初動(dòng)能Eki=eUci,Ek2=

eUc2

(1)極限頻率火：圖象與橫軸的交

點(diǎn)的橫坐標(biāo)值；

(2)遏止電壓Uc：隨入射光頻率的

遏止電壓Uc與入射光頻

增大而增大；

率V的關(guān)系圖象%V

(3)普朗克常量小等于圖象的斜

.hWo

1率與電子電荷量的乘積，即力=

ke

2.應(yīng)用規(guī)律

解決光電效應(yīng)問題牢牢抓住—“兩對(duì)應(yīng)”、“三關(guān)系”、“四提醒”

(1)四點(diǎn)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”不是特指可見光，也包括不可見光。

③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。

(2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系：

①光強(qiáng)大一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一光電流大；

②光子頻率高一光子能量大一光電子的最大初動(dòng)能大。

(3)三個(gè)關(guān)系式：

①愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=//v-W)o

②最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek=eUc.

③逸出功與極限頻率的關(guān)系：Wo=Avoo

[典例1](2021.江蘇如皋市高三期末)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用同一種單色光，先

后照射鋅和銀金屬的表面，都能發(fā)生光電效應(yīng).對(duì)于這兩個(gè)過程，可能相同的物

理量是()

A.遏止電壓

B.飽和光電流

C.光電子的最大初動(dòng)能

D.逸出功

答案B解析同一束光照射不同的金屬，一定相同的是入射光的光子能量，不

同的金屬，逸出功不同，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=〃v-Wo知，光電子的最大初動(dòng)

能不同，則遏止電壓不同；同一束光照射，光中的光子數(shù)目相等，所以飽和光

電流是相同的，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤.

[典例2](多選)(廣東2021.深圳調(diào)研)如圖甲所示是研究光電效應(yīng)的電路圖。

某同學(xué)利用該裝置在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流/與A、K兩極之間的電

壓UAK的關(guān)系曲線（甲光、乙光、丙光），如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是（）

甲光

乙光

丙光

I工IUaU.-51U*K

甲乙

A.甲光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能一定小于丙光照射光電管發(fā)出

光電子的最大初動(dòng)能

B.單位時(shí)間內(nèi)甲光照射光電管發(fā)出的光電子比乙光照射時(shí)發(fā)出的少

C.用強(qiáng)度相同的甲、丙光照射該光電管，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)相

等

D.對(duì)于不同種金屬，若照射光頻率不變，則逸出光電子的最大初動(dòng)能與金

屬的逸出功為線性關(guān)系

AD［當(dāng)光照射到K極時(shí)，如果照射光的頻率足夠大（大于K極金屬的極限

頻率），就會(huì)從K極發(fā)出光電子。當(dāng)反向電壓增加到某一值時(shí)，電流表A中電流

就會(huì)變?yōu)榱?，此時(shí);/ne/=eUc,式中0表示光電子的最大初速度，e為電子的電

荷量，“為遏止電壓，丙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓較大，可知丙光產(chǎn)生光電子的最大

初動(dòng)能較大，選項(xiàng)A正確；對(duì)于甲、乙兩束須率相同的光來(lái)說(shuō)，甲光強(qiáng)度比乙

光強(qiáng)度大，所以單位時(shí)間內(nèi)甲光照射光電管發(fā)出的光電子比乙光照射時(shí)發(fā)出的

多，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光強(qiáng)相同是單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子的總

能量相等，由于丙光的光子須率枝高，每個(gè)光子的能量較大，所以單位時(shí)間內(nèi)

照射到光電管單位面積上的光子數(shù)就較少，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)就較少,

選項(xiàng)C錯(cuò)誤；對(duì)于不同金屬，若照射光頻率不變，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程

Ek=hv-W0,可知逸出光電子的最大初動(dòng)能Ek與金屬的逸出功為線性關(guān)系，選

項(xiàng)D正確。］

考點(diǎn)二|原子結(jié)構(gòu)及能級(jí)躍遷

1.定態(tài)間的躍遷——滿足能級(jí)差

（1）從低能級(jí)（〃?。└吣芗?jí)（〃大）一*吸收能量，〃丫=最大一￡"小。

（2）從高能級(jí)（〃大）低能級(jí)?。┮?放出能量，6=￡'"大一比小。

2.氫原子電離

電離態(tài)：〃=8,E=0o

基態(tài)f電離態(tài):E13.6eV）=13.6eVo

〃=2f電離態(tài)：E?j=0—E2=3.4eVo

如吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還具有動(dòng)能。

3.解決氫原子能級(jí)躍遷問題的四點(diǎn)技巧

(1)原子躍遷時(shí)，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級(jí)之間的能量差。

(2)原子電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于某一能級(jí)能量的絕對(duì)值，剩

余能量為自由電子的動(dòng)能。

(3)一群原子和一個(gè)原子不同，一群原子從n能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)輻射光子的

種類N=&=Ep,一個(gè)氫原子從〃能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)，可能產(chǎn)生的光譜線條

數(shù)最多為(〃一1)。

(4)計(jì)算氫原子能級(jí)躍遷放出或吸收光子的頻率和波長(zhǎng)時(shí)，要注意各能級(jí)的

能量值均為負(fù)值，且單位為電子伏，計(jì)算時(shí)需換算單位，leV=1.6X10Rj。

［典例3］(2021.湖南長(zhǎng)郡中學(xué)月考)氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅

光的頻率為必，從能級(jí)〃躍遷到能級(jí)火時(shí)吸收紫光的頻率為V2,已知普朗克常量

為〃，若氫原子從能級(jí)攵躍遷到能級(jí)加，則()

A.吸收光子的能量為%1+//V2

B.輻射光子的能量為//ni+%V2

C.吸收光子的能量為62—6I*\h(v_v<)

D.輻射光子的能量為hV2~hv\hv、hv2

D［氫原子從能級(jí)機(jī)躍遷到能級(jí)〃時(shí)輻射紅光，說(shuō)明?

能級(jí)機(jī)高于能級(jí)〃，而從能級(jí)〃躍遷到能級(jí)女時(shí)吸收紫光，說(shuō)明能級(jí)A也比能

級(jí)〃高，而紫光的頻率也大于紅光的頻率也，所以切2>/*1,因此能級(jí)無(wú)比能級(jí)

機(jī)高，能級(jí)示意圖如圖所示，所以若氫原子從能級(jí)A躍遷到能級(jí)機(jī)，應(yīng)輻射光

子，且光子能量應(yīng)為加2一/配1,選項(xiàng)D正確。］

［典例4］(2021.山東濱州市高三期末)如圖所示，大量處于激發(fā)態(tài)(〃=4)的氫原子，

向較低能級(jí)躍遷時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()?E/eV

A.最多只能放出3種不同頻率的光子:...........

仆------------().85

B.從〃=4能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)氫原子的能量變大3-----------------------------1.51

C.從〃=4能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)放出的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)2------------------------------3.40

D.從?=4能級(jí)躍遷到〃=2能級(jí)放出的光子能使某種金屬發(fā)生

光電效應(yīng)，則從〃=2能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)放出的光子，也一?------------13.6

定能使該種金屬發(fā)生光電效應(yīng)

答案D解析最多只能放出Cl=6種不同頻率的光子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；從〃=4

能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)氫原子的能級(jí)變低，能量變小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；從〃=4能

級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)，能級(jí)差最大，放出的光子頻率最高，波長(zhǎng)最短，選項(xiàng)C錯(cuò)

誤；從4-2的能級(jí)差小于從2-1的能級(jí)差，則從4-2輻射出的光子的能量小

于從2-1輻射出的光子的能量，則從〃=4能級(jí)躍遷到〃=2能級(jí)放出的光子能

使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則從〃=2能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)放出的光子，也一

定能使該種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D正確.

感悟：

(1)求解本題的關(guān)鍵是根據(jù)氫原子能級(jí)圖的特點(diǎn)分析求解，即依題意作出能

級(jí)躍遷草圖，要注意紫光的頻率大于紅光的頻率。

(2)要區(qū)分是一個(gè)氫原子還是一群氫原子，一個(gè)氫原子從〃能級(jí)躍遷到低能

級(jí)可能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為(〃-1)種，一群氫原子從〃能級(jí)躍遷到低能級(jí)可

能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為地尹種。

考點(diǎn)三|核反應(yīng)方程及核能的計(jì)算

1.核反應(yīng)的四種類型

方程類型核反應(yīng)方程示例

1

a衰變：燮U-掰Th+aHe(核內(nèi)ZlH+Zt1n-yHe)

P衰變：鐳1Thf卻Pa+-9e(核內(nèi)Gnf|H+?e)

衰變

四P-酉Si+?e(核內(nèi)lH-4n+?e)

Y輻射：原子核處于較高能級(jí)，輻射光子后躍遷到低能級(jí)

早N+3He-YO+IH(發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng))

人工核轉(zhuǎn)變?Be+,HefWC+Sn(發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng))

召Al+3HeTgP+dn四PT9Si+?e(人工制造放射性同位素)

重核的裂變WBa+瑞Kr+3in

輕核的聚變汨+《Hf3He+An(需要幾百萬(wàn)度高溫，所以又叫熱核反應(yīng))

2.核反應(yīng)方程的書寫

(1)核反應(yīng)過程一般不可逆，所以核反應(yīng)方程中用“一”表示方向而不能用

等號(hào)代替。

(2)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，但核反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般

會(huì)發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)且釋放出核能。

(3)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律憑空杜

撰出生成物來(lái)寫核反應(yīng)方程。

3.核衰變問題

(1)核衰變規(guī)律：N=[^No0

(2)a衰變和p衰變次數(shù)的確定方法

①方法一：由于0衰變不改變質(zhì)量數(shù)，故可以先由質(zhì)量數(shù)改變確定a衰變的

次數(shù)，再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定B衰變的次數(shù)。

②方法二：設(shè)a衰變次數(shù)為x,p衰變次數(shù)為y,根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒

列方程組求解。

4.核能的計(jì)算方法

（D根據(jù)△E=A/wc2計(jì)算時(shí)，△加的單位是"kg”,c的單位是"m/s",AE的

單位是“J”。

（2）根據(jù)&E=X931.5MeV計(jì)算時(shí),△〃?的單位是“u”,AE的單位是“MeV

（3）根據(jù)核子比結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能=核子比結(jié)合能X核子

數(shù)。

[典例5]（2021.全國(guó)甲卷）如圖，一個(gè)原子核X經(jīng)圖中所示的一系列a、p

衰變后，生成穩(wěn)定的原子核Y,在此過程中放射出電子的總個(gè)數(shù)為（）

A.6B.8C.10D.14

A[X的中子數(shù)為146,質(zhì)子數(shù)為92,質(zhì)量數(shù)為146+92=238,Y的中子

數(shù)為124,質(zhì)子數(shù)為82,質(zhì)量數(shù)為124+82=206,質(zhì)量數(shù)減少238—206=32,

發(fā)生a衰變的次數(shù)