專題十六近代物理初步目錄體系透視考點(diǎn)透析考點(diǎn)1光電效應(yīng)波粒二象性考點(diǎn)2原子結(jié)構(gòu)考點(diǎn)3原子核核反應(yīng)體系透視

考點(diǎn)1光電效應(yīng)波粒二象性一、光電效應(yīng)考點(diǎn)透析1.光電效應(yīng)的三個(gè)基本關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系:Ek=eUc。(3)逸出功與截止頻率的關(guān)系:W0=hνc=h

。2.光電效應(yīng)的兩種決定關(guān)系

3.光電效應(yīng)的四種圖像分析圖像類型由圖像得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像

(1)截止頻率νc:圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)(2)逸出功:W0=|-E|=E(3)普朗克常量:h=k(圖線的斜率)顏色(頻率)相同、強(qiáng)弱不同的光,光電流與電壓的關(guān)系圖像

(1)遏止電壓Uc:圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)(2)飽和電流:光電流的最大值Im、Im'(3)最大初動(dòng)能:Ek=eUc顏色(頻率)不同時(shí),光電流與電壓的關(guān)系圖像

(1)遏止電壓:Uc1、Uc2(2)飽和電流:I1、I2(3)最大初動(dòng)能:Ek1=eUc1、Ek2=eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像

(1)截止頻率νc:圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)(2)遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大,Uc=

-

(3)普朗克常量h:等于圖線的斜率與電子電荷量大小的

乘積,即h=ke情境粵覽美國物理學(xué)家密立根利用圖甲所示的電路研究金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)

系,并且描繪出了如圖乙所示關(guān)系的圖像,由此算出了普朗克常量h,并與普朗克根據(jù)黑

體輻射得出的h相比較,以驗(yàn)證愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,兩種

方法得出的普朗克常量h在誤差允許的范圍內(nèi)是一致的。普朗克常量h的計(jì)算思路:由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ekm=hν-W0,又eUc=Ekm,解得Uc=

-

,Uc-ν圖線的斜率k=

=

,則h=

。典例1

(2024深圳二模)某防盜報(bào)警器工作原理如圖所示。用紫外線照射光敏材料制

成的陰極時(shí),逸出的光電子在電路中產(chǎn)生電流,電流經(jīng)放大后使電磁鐵吸住鐵條。當(dāng)光

源與陰極間有障礙物時(shí),警報(bào)器響起。下列說法正確的是

()

C

A.若用紅外光源代替紫外光源,該報(bào)警器一定能正常工作B.逸出光電子的最大初動(dòng)能與照射光頻率成正比C.若用更強(qiáng)的同一頻率紫外線照射陰極,光電流變大D.若用更強(qiáng)的同一頻率紫外線照射陰極,所有光電子的最大初動(dòng)能均增大

解析根據(jù)題意知,用紫外線照射光敏材料制成的陰極時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng),說明紫外線

的頻率大于陰極材料的截止頻率,但紅外線頻率低于紫外線頻率,如果低于陰極材料的

截止頻率,則不能發(fā)生光電效應(yīng),A錯(cuò)誤。根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0知,逸出光電子的

最大初動(dòng)能與照射光頻率不成正比,B錯(cuò)誤。當(dāng)滿足發(fā)生光電效應(yīng)的條件時(shí),達(dá)到飽和

電流前入射光越強(qiáng),光電流越大,C正確。光電子的最大初動(dòng)能與照射光的頻率有關(guān),而

與照射光的強(qiáng)弱無關(guān),D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)2原子結(jié)構(gòu)一、兩類能級(jí)躍遷1.自發(fā)躍遷:高能級(jí)→低能級(jí),釋放能量,放出光子。光子的頻率ν=

=

。2.受激躍遷:低能級(jí)→高能級(jí),吸收能量。(1)吸收光子的能量必須恰好等于能級(jí)差,即hν=ΔE。(2)碰撞、加熱等。只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可,即E外≥ΔE。

知識(shí)拓展電離(1)電離態(tài):n=∞,E=0。(2)電離能:指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量。例如:基

態(tài)→電離態(tài),E吸=0-(-13.6eV)=13.6eV。(3)吸收的能量足夠大,電離后,獲得自由的電子還具有動(dòng)能。二、氫原子躍遷時(shí)電子動(dòng)能、電勢(shì)能與原子能量的變化1.電子動(dòng)能:電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力提供向心力,即

=m

,所以Ekn=

,隨n的增大而減小。2.電子電勢(shì)能:當(dāng)軌道半徑減小時(shí),靜電力做正功,電勢(shì)能減少;反之,當(dāng)軌道半徑增大時(shí),

電勢(shì)能增加。3.原子能量:En=Ekn+Epn=

,隨n的增大而增大,其中E1=-13.6eV。典例2

(多選)處于n=3的大量氫原子向低能級(jí)躍遷輻射多種頻率的光子,已知普朗克

常量為h,氫原子能級(jí)公式為E=

,不同軌道半徑為rn=n2r1,E1為基態(tài)能量,r1為第1軌道半徑,n=1,2,3,…,光速為c。則下列說法中正確的是

()A.共產(chǎn)生3種頻率的光子B.產(chǎn)生光子最大波長(zhǎng)為λm=

C.分別處于n=3能級(jí)和基態(tài)的電子做圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小之比為1∶2D.氫原子由n=3能級(jí)躍遷到基態(tài)時(shí),電勢(shì)能減小,動(dòng)能增加,總能量減小

AD

解析大量處于n=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷能產(chǎn)生

=3種不同頻率的光子,A正確;產(chǎn)生的光子的最小頻率為ν=

,則最大波長(zhǎng)為λm=

,B錯(cuò)誤;依據(jù)庫侖力提供向心力,即

=m

,及rn=n2r1,則分別處于n=3能級(jí)和基態(tài)的電子做圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小之比為1∶3,C錯(cuò)誤;當(dāng)氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1時(shí),速率增大,動(dòng)能增加,電勢(shì)能減小,

而總能量因向外輻射光子而減小,D正確?？键c(diǎn)3原子核核反應(yīng)一、三種射線的比較

本質(zhì)射出速度電離本領(lǐng)穿透本領(lǐng)α射線高速氦核流0.1c很強(qiáng)弱(小紙片即可擋住)β射線高速電子流0.99c較弱較強(qiáng)(能穿透幾毫米厚的鋁板)γ射線光子流c(光速)很弱強(qiáng)(能穿透幾厘米厚的鉛板)二、原子核的衰變1.α衰變和β衰變的比較

α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠?/p>

X

Y

He

X

Y

e衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子

H+

n

He

n

H

e勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡形狀

衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒2.γ射線:經(jīng)常是伴隨著α射線或β射線同時(shí)產(chǎn)生的。3.依據(jù)“兩個(gè)守恒”確定衰變次數(shù)設(shè)放射性元素

X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后,變成穩(wěn)定的新元素

Y,則表示核反應(yīng)的方程為

X

Y+

He+

e。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列方程A=A'+4n,Z=Z'+2n-m,兩式聯(lián)立得n=

,m=

+Z'-Z。三、核反應(yīng)核反應(yīng)的四種類型:除了上面提到的衰變之外,還有三種核反應(yīng)類型如表所示。

核反應(yīng)方程實(shí)際意義或作用原子核的人工轉(zhuǎn)變

He

N

O

H盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子

He

Be

C

n查德威克發(fā)現(xiàn)中子

Al

He

P

n

P

Si

e約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性同位素重核裂變

U

n

Ba

Kr+

n

U

n

Xe

Sr+1

n原子彈、核電站原理輕核聚變

H

H

He

n太陽、氫彈原理四、對(duì)結(jié)合能與比結(jié)合能的理解1.對(duì)結(jié)合能的理解(1)結(jié)合能是針對(duì)由核子組成的原子核來說的,孤立核子如質(zhì)子或中子無結(jié)合能。(2)質(zhì)量數(shù)越大的原子核結(jié)合能越大。2.對(duì)比結(jié)合能的理解(1)比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度,比結(jié)合能越大,原子核就越難被拆分

開,表示該核就越穩(wěn)定。(2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核,其比結(jié)合能都比較小,中等大小的核的比結(jié)

合能較大,表示這些原子核較穩(wěn)定。(3)當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核變成比結(jié)合能較大的原子核時(shí),就可釋放核能。五、核能的計(jì)算1.對(duì)質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質(zhì)量成正比,即E=mc2。(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其能量也要相應(yīng)減少,釋放的能量ΔE=Δmc

2。(3)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm,吸收的能量ΔE=Δmc

2。2.與核反應(yīng)相關(guān)的能量計(jì)算方法(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算。計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是

“J”。(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5(MeV)計(jì)算。因1u相當(dāng)于931.5MeV的能量,所以計(jì)算時(shí)Δm的單

位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。(3)原子核的結(jié)合能=原子核的比結(jié)合能×核子數(shù)。情境粵覽火星探測(cè)車用放射性材料

Pu作為燃料,其原理為

Pu具有天然放射性,半衰期為87.7年,將發(fā)生α衰變時(shí)釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能為火星探測(cè)車提供能量。典例3

(2024廣東六校聯(lián)考)核污染水中含有的氚、鍶90、銫137、碘129等放射性元

素,都有可能對(duì)人類和自然界造成損害。其中鍶

Sr)半衰期為30年,它經(jīng)β衰變轉(zhuǎn)變?yōu)獒惡?。下列說法正確的是

()A.鍶經(jīng)過β衰變產(chǎn)生的電子來自鍶原子的核外電子B.釔原子核內(nèi)有52個(gè)中子C.釔核的比結(jié)合能比鍶核的大D.100個(gè)鍶原子核經(jīng)過30年,還剩50個(gè)

C