高三物理一轮复习人教版选修35近代原子物理

《高三物理一轮复习人教版选修35近代原子物理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三物理一轮复习人教版选修35近代原子物理（57页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、会计学1高三物理一轮复习人教版选修高三物理一轮复习人教版选修35近代原近代原子物理子物理第1页/共57页第第1节节 波粒二象性波粒二象性一、光电效应 定义：物体在光照下释放出电子的现象.爱因斯坦光电效应方程Ek=1/2mv20=h-W0任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应.光电效应规律光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大.入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的.当入射光的频率大于极限频率时，（饱和）光电流强度与入射光的强度成正比.解释光子：光在空间传播中不是连续的，而是一份一份的，每一份是一个光子，能量为h.第2页/

2、共57页二、康普顿效应 康普顿在研究电子对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大. 康普顿认为这是因为光子不仅有能量，也有动量. 实验结果证明这个设想是正确的， 因此康普顿效应证明了光具有粒子性. 特别提醒:（1）入射光的频率决定光子的能量，决定电子的初动能，决定能否发生光电效应. 入射光的强度决定单位时间内接受到的光子数，决定单位时间内发射的光子数. （2）金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h：这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩余的表现为逸出后电子的最大动能Ek=1/2mv2.第3页/共57页三、光的波粒二象性 第4页/共57页四、对物质波的理解1. 德布罗意波：

3、任何运动的物体，小到电子、质子，大到天体都有一种波与之对应，其波长为h/p. 我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太短，难以观测. 2. 德布罗意波是概率波. 光子和粒子在空间各处出现的频率受波动规律支配，概率大的地方，光子或粒子出现的次数多，反之就少. 不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波. 3. 德布罗意波假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包含了物质粒子，即光子和实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是德布罗意波. 第5页/共57页光电效应规律的理解光电效应规律的理解 (2009高考宁夏卷)关于光电效应，下列说法正确的是_

4、(填入选项前的字母)A. 极限频率越大的金属材料逸出功越大B. 只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C. 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D. 入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 第6页/共57页【点拨】弄清光电效应发生的条件、光电子的最大初动能和光电子的的决定因素是解答本题的关键 解析：金属材料逸出功W0与极限频率0的关系为W0h0，A正确. 只有照射光的频率大于金属的逸出功，才能产出光电效应，与光照射的时间无关，B错误. 由光电效应方程可知光电子的最大初动能1/2mv02hW0，由入射光的频率决定，C错误. 产生光电效应时

5、单位时间内逸出的光电子数由入射光的光子数决定，与入射光的频率无关，D错误. 正确选项为A.答案：A 第7页/共57页爱因斯坦光电效应方程的应用爱因斯坦光电效应方程的应用 (2010常州模拟)如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零. 合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零. (1)求此时光电子的最大初动能的大小. (2)求该阴极材料的逸出功 第8页/共57页解析：设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为W0.

6、当反向电压达到U0.60 V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此eUEk. 由光电效应方程EkhW0由以上二式Ek0.6 eV，W01.9 eV，所以此时最大初动能为0.6 eV，该阴极材料的逸出功为1.9 eV. 答案：(1)0.6 eV(2)1.9 eV 第9页/共57页点睛笔记光电效应现象中射出的光电子具有一定动能,因此易与电场、磁场相结合命制综合性较强的试题. 射出的光电子的动能是解决这类问题的重要条件,可由爱因斯坦光电效应方程求得. 第10页/共57页第第2节节 原子结构原子结构 氢原子光谱氢原子光谱一、三种原子模型的对比 第11页/共57页特别提醒:认识原子结构的线索:气

7、体放电的研究阴极射线发现电子汤姆孙的“枣糕”模型粒子散射实验卢瑟福核式结构模型氢原子光谱的研究玻尔模型二、原子结构1. 电子的发现1897年汤姆孙确定阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测定出它的比荷，确定它是组成各种物质的基本成分， 称之为电子之后密立根用油滴实验更精确的测定了它的电荷量. 2. 粒子散射实验 第12页/共57页三、氢原子光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱. (2)光谱的分类第13页/共57页光谱第14页/共57页第15页/共57页四、玻尓理论能级1. 玻尔理论第16页/共57页2. 氢原子的能级图和轨道半径第17页

8、/共57页3. 氢原子的跃迁和电离(1)氢原子受激发由低能级向高能级跃迁当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子的能量满足hEmEn时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级En向高能级Em跃迁，而当光子能量h大于或小于EmEn时都不能被原子吸收. 当用电子等实物粒子作用在原子上时，原子可以根据“需要”吸收其中的一部分能量，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两“定态”能量之差EmEn，即可以使原子受激发而向较高的能级跃迁. 如果光子或实物粒子与原子作用而使原子电离(绕核电子脱离原子的束缚而成为“自由电子”，即n的状态)时，原子吸收能量的原则是吸收的能量等于或大于原子的电离能，不再受跃迁条件限制，只不

9、过入射光子或实物粒子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能就越大. 第18页/共57页第19页/共57页 图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述错误的是() 第20页/共57页A. 在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B. 在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时少得多C. 在C、D位置时，屏上观察不到闪光D. 在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少【点拨】解答此题要掌握好粒子散射实验中的大多数、少数、极少数粒子通过金箔后运动情况. 第21页/共57页解析：因为绝大多数粒子

10、穿过金箔后仍然沿原来方向前进，在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，A正确；因为少数粒子穿过金箔后发生了较大偏转，在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时要少得多，B正确；粒子散射实验中有极少数粒子偏转角超过90，甚至接近180，在C、D位置仍能观察到闪光，但次数极少. 所以C错误，D正确. 答案：C第22页/共57页 (2010重庆理综)氢原子的能级示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示. 能量分析和计算第23页/共57页处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为()A. 红、蓝靛B. 黄、绿C. 红、紫D. 蓝靛、紫第24页/共5

11、7页【点拨】分别计算不同能级间光子跃迁发出的光子的能量与表中数据比较即可判断 解析：根据玻尔理论，如果激发态的氢原子处于第二能级，只能够发出10.2 eV的光子，不属于可见光范围；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV属于可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子，1.89 eV和2.55 eV属于可见光，1.89 eV的光子为红光，2.55 eV光子为蓝靛，所以选项A正确答案：A 第25页/共57页能

12、级和库仑定律的综合问能级和库仑定律的综合问题题 (2010银川模拟)氢原子在基态时轨道半径r10.531010 m，能量E113.6 eV. 求氢原子处于基态时：(1)电子的动能. (2)原子的电势能. (3)用波长是多少的光照射可使其电离？【点拨】解答本题的关键是：(1)电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力；(2)氢原子的能量是电子动能和原子电势能之和；(3)要使原子电离，电子的能量要大于或等于其电离能第26页/共57页答案：(1)13.6 eV (2)27.2 eV (3)大于等于0.914 1107 m 第27页/共57页 如图所示为氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态(

13、量子数n1) 的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为 ()A. 13.6 eVB. 12.75 eV C. 10.2 eV D. 12.09 eV 【错解】错选B. 对原子跃迁的规律不清楚，认为只有从4能级向1、2、3跃迁才能产生三种光子. 错选C. 认为跃迁时必须从1到2，不知道各能级间都可直接跃迁 第28页/共57页【正解】多个氢原子处于n3能级对应的激发态，才能够正好产生三种不同频率的光子，分别为h1E3 E2，h2E2E1，h3E3E1. 故吸收光子能量必满足hE3E112.09 eV. D正确. 原子的跃迁条件hEmEn对于吸收光子和放

14、出光子都适用. 注意若吸收光子的能量大于基态电离能时，原子对光子的吸收不再受能级差限制. 【答案】D 第29页/共57页第第3节节 放射性元素的衰变核能放射性元素的衰变核能一、原子核1. 原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子. (2)原子核的核电荷数质子数，原子核的质量数质子数中子数，质子和中子的质量都为一个原子质量单位. 第30页/共57页2. 三种射线的比较第31页/共57页特别提醒：(1)自然界中原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线；原子序数小于83的元素，有的也具有放射性. (2)天然放射现象说明原子核是有内部结构的. 元素的放射性与元素是以单

15、质形式存在还是化合物形式存在无关. 第32页/共57页二、原子核的衰变1. 衰变(1)定义：放射性元素的原子核放出射线，变成另一种新核的现象. (2)原子核的衰变规律 第33页/共57页特别提醒：（1）射线是伴随衰变和衰变产生的. （2）根据衰变的实质可知衰变来自原子核，射线并不是来自核外电子，而是由中子转化而来.（3）原子核衰变时质量数守恒，但并非质量守恒，核反应过程前、后质量发生变化(质量亏损)而释放出核能. 第34页/共57页2. 衰变次数的确定方法一：设放射性元素X经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素Y则表示该核反应的方程为：XYnHeme.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A

16、A4n，ZZ2nm. 解方程可得m、n. 方法二：因为衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数. 第35页/共57页特别提醒：半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，对个别或极少数原子核，无半衰期可言第36页/共57页四、核反应1. 四类核反应的比较 第37页/共57页2. 核反应方程的书写原则(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接. (2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空仅依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程. (3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒

17、，遵循电荷数守恒. 五、放射性同位素及应用1. 同位素具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，互称同位素. 有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素. 天然放射性同位素不过四十多种，而人工制造的放射性同位素已达1 000多种. 2. 放射性同位素的应用(1)放射性同位素放出的射线应用于工业探伤、农业、医疗等. (2)放射性同位素用作示踪原子. 第38页/共57页六、核力和核能1. 核力：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起，这种力称为核力. 其特点为：(1)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多. (2)核力是短程

18、力，作用范围在1.51015 m之内. (3)核力具有饱和性，每个核子只跟相邻核子发生核力作用. 2. 核能(1)结合能：把构成原子核的结合在一起的核子分开所需要的能量. (2)比结合能：定义：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能. 性质：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定. 3. 质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损. 4. 质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即Emc2第39页/共57页方程含义：物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系，物体

19、的质量增大能量也增大，质量减小能量也减小(1)核子在结合成原子核时，出现质量亏损m，其能量也相应减小E，其关系式为Emc2.(2)原子核分解成核子时，要吸收一定的能量，相应的质量增加为m，吸收的能量为Emc2.5. 核能的获得方法：重核的裂变和轻核的聚变. 6. 核能的计算方法(1)根据Emc2计算核能时，质量亏损m是质量不是质量数，其单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”. (2)根据Em931.5 MeV计算核能时，因一原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时m的单位是“u”，E的单位是“MeV”. 第40页/共57页半衰期的理解和计算半衰期的理解和计算

20、 (2010福建理综)14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法. 若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t0时14C的质量. 下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是_. (填选项前的字母) 第41页/共57页核反应方程及其类型核反应方程及其类型 第42页/共57页答案：AC 第43页/共57页核能的计算核能的计算 太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看做是4个氢核结合成1个氦核同时放出2个正电子. 试写出核反应方程，并由表中数据计算出该聚变反应过程中释放的能量(取1 u1/61026 kg). 第44页/共57页 关于

21、半衰期，以下说法正确的是 ()A. 同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中的长B. 升高温度可以使半衰期缩短C. 氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个D. 氡的半衰期为3.8天，4克氡原子核，经过7.6天就只剩下1克【错解】每经过3.8天就有半数的氡核发生衰变，经过两个半衰期即7.6天后，只剩下四分之一的氡，故选C、D. 第45页/共57页【正解】放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间是一种统计规律，半衰期对几个原子核来说是无意义的. 上述解法忽视了这一事实，故错选了C. 放射性元素衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状

22、态(如单质、化合物)无关，故A、B错误；考虑到半衰期是一种统计规律，对少数几个原子核衰变不适用. 因此，正确选项只有D. 【答案】D 第46页/共57页第47页/共57页十三、类比法十三、类比法一、方法简介类比是由一种物理现象联想到另一种物理现象，并对两种物理现象进行比较，由已知物理现象的规律去推出另一种物理现象的规律，或解决另一种物理现象中的问题的思维方法，在研究物理问题时，经常出现某些不同问题在一定范围内具有形式上的相似性，其中包括数学表达式上的相似性和物理图象上的相似性类比法的关键在于发现和探索这一相似性，从而利用已知系统的物理规律去寻找未知系统的物理规律第48页/共57页二、典例分析1

23、. 过程相似类比两个物理问题描述的情境具有动态过程相似的特点，那么，研究一个问题的动态过程，可以认识另一物体的动态变化规律。 (2011唐山模拟)如图(a)所示，竖直绝缘杆处于方向彼此垂直、大小分别为E、B的混合场中，其中电场与磁场都是均匀分布的一个质量为m、带电量为q的小球穿在杆上，球与杆之间的动摩擦因数为.现在让小球从静止开始沿杆下滑，求它下滑的最大速度 (a)(b)第49页/共57页第50页/共57页2. 模型类比法研究对象与原有模型之间具有相同或相似的关系而进行的一种类比运用这种类比方法解题的实质是将研究的问题转化为一种熟悉的或简单的物理问题 如图所示，半径R10 cm的光滑凹球面容器

24、固定在地面上，有一小物块在与容器最低点P相距5 mm的C点由静止无摩擦滑下，则物块自静止下滑到第二次通过P点时所经历的时间是多少？若此装置放在以加速度a竖直向上运动的实验舱中，上述所求的时间又是多少？第51页/共57页【答案】见解析第52页/共57页3. 因果类比法 以已知问题中条件与目标之间的因果关系为中介，从而探索与之相似的新问题的原因或结果 (2011内蒙古师大附中测试)根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后() A. 原子的能量增加，电子的动能减少 B. 原子的能量增加，电子的动能增加 C. 原子的能量减少，电子的动能减少 D. 原子的能量减少，电子的动能增加第53页/共

25、57页【解析】氢原子核外电子绕核运动情况与卫星绕地球运转的情况相似，所以可以把原子的总能量与卫星的机械能类比，电子的动能与卫星的动能类比，根据万有引力提供向心力可以得出的结论是：卫星运动的轨道半径r减小时，卫星的机械能减少，引力做正功，卫星的动能增加，可以判断出原子总能量减少，电子的动能增加，D正确 【答案】D 第54页/共57页4目标相似类比新问题与旧问题所求物理量相似或相同的特点，从解决旧问题的思路中得到启发，进而找到解决新问题的方法 一个质量为m，带电量为q(q0)的小物体，可在水平轨道Ox上运动O端有一与轨道垂直的固定墙壁，轨道处于匀强电场中，场强大小为E，方向沿Ox正方向，如图 (a)所示小物体以初速度v0，从坐标为x0的点开始向x轴正方向沿轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力f作用，且fqE.设小物体与墙碰撞时不损失机械能，且电量保持不变求它在停止运动前所通过的总路程s. (a)(b)第55页/共57页第56页/共57页