專題十六近代物理初步體系透視考點(diǎn)透析目錄考點(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)中應(yīng)區(qū)分的幾個(gè)概念(1)光子與光電子光本身是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的,這些能量子稱為光子。光電子是金屬表

面在受到光照射時(shí)吸收光子的能量從金屬表面逸出的電子。(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),電子吸收光子的能量,可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),除了脫離金屬需要的

最小能量(逸出功)外,還要克服原子的其他束縛力做功,剩余的能量為光電子的動(dòng)能;處

于金屬表面的電子直接向外逸出時(shí),具有最大初動(dòng)能。(3)光電流與飽和電流從金屬表面逸出的光電子到達(dá)陽極,回路中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光

電流會(huì)趨于一個(gè)飽和值,這個(gè)飽和值就是飽和電流,在一定的光照條件下,飽和電流與所

加電壓的大小無關(guān),與入射光的強(qiáng)度有關(guān)。在相同頻率的光照下,入射光的強(qiáng)度越大,飽

和電流越大。(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光子的總能量,光子能量即每個(gè)

光子的能量,光子總能量等于光子能量與入射光子數(shù)的乘積。4.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例1從1907年起,密立根就開始測(cè)量金屬的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν,由此算出普

朗克常量h。按照密立根的方法,利用圖甲所示裝置進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的某金屬

的遏止電壓Uc和入射光的頻率ν的幾組數(shù)據(jù)如表。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878ν/(×1014

Hz)5.6445.8886.0986.3036.501由表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線,可得直線方程Uc=0.397×

-1.702(V),對(duì)應(yīng)圖像如圖乙所示。下列說法正確的是

(

)

A.遏止電壓Uc與入射光的頻率ν成正比B.此種金屬的截止頻率約為3.4×1014Hz

D

C.換種金屬做實(shí)驗(yàn),得到的圖線斜率會(huì)明顯變化D.用此實(shí)驗(yàn)可測(cè)出普朗克常量h解析根據(jù)光電效應(yīng)方程結(jié)合動(dòng)能定理可知eUc=Ek=hν-W0=hν-hνc,解得Uc=

-

,對(duì)照?qǐng)D像可知,遏止電壓Uc隨入射光的頻率ν的增大而增大,但兩者不成正比,A錯(cuò)誤。由直

線方程Uc=0.397×

-1.702(V)與Uc=

-

比較可知,νc≈4.3×1014Hz,即此種金屬的截止頻率約為4.3×1014Hz,B錯(cuò)誤。分析可知,圖線的斜率表示普朗克常量與元電荷的比

值,不隨金屬的變化而變化,由圖線斜率及元電荷可以求出普朗克常量,C錯(cuò)誤,D正確?？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?？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。例2科學(xué)家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律,通過對(duì)目前發(fā)現(xiàn)的古老巖石中鈾含量來

推算地球的年齡,鈾238的相對(duì)含量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。下列說法正確的是

()

A.鈾238發(fā)生α衰變的方程為

U

Th

He

C

B.2000個(gè)鈾核經(jīng)過90億年,一定還有500個(gè)鈾核未發(fā)生衰變C.鈾238

U)最終衰變形成鉛206

Pb),需經(jīng)8次α衰變,

6次β衰變D.測(cè)得某巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時(shí)的一半,可推算出地球的年齡約為90億年解析鈾238發(fā)生α衰變的方程為

U→

Th

He,A錯(cuò)誤。半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)少數(shù)(點(diǎn)撥:2000對(duì)于統(tǒng)計(jì)規(guī)律來說只能算少數(shù))的原子核衰變不適用,B

錯(cuò)誤。鈾238

U)衰變形成鉛206

Pb),α衰變的次數(shù)=

=8,β衰變的次數(shù)=82+2×8-92=6(點(diǎn)撥:計(jì)算衰變次數(shù)時(shí),可以根據(jù)質(zhì)量數(shù)的變化直接得出α衰變的次數(shù),再計(jì)算β

衰變的次數(shù)),C正確。現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時(shí)的一半,即經(jīng)過了一個(gè)半衰期,可推

算出地球的年齡約為45億年,D錯(cuò)誤。

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。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=Δmc2。(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