高中物理知识精讲11_专题十三-近代物理初步

４０５年高考３年模拟Ｂ版高考物理专题十三近代物理初步?二、光电效应规律及其解释?考点1光电效应波粒二象性?１．光电效应规律?（１）任何一种金属，都有一个与之对应的极限频率，低于这一、光电效应现象及其实验研究?个频率的光不能发生光电效应。所以判断光电效应是否发生应?该比较题目中给出的入射光频率和对应金属的极限频率的?大小。?（２）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射?光频率的增大而增大。?（３）入射光频率相同的情况下，入射光越强，单位时间内发?射的光电子数越多。１．光电效应的实质：在光（包括不可见光，如紫外线）的照?（４）入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，射下，金属中电子被电离的现象。－９?一般不超过１０ｓ。２．实验图像?２．爱因斯坦光电效应方程及其对光电效应规律的解释颜色相?（１）光电子的最大初动能Ｅｋ随入射光频率ν的增大而增①遏止电压Ｕ：图线与横ｃ大；由爱因斯坦光电效应方程知：同、强度?轴的交点Ｅ＝ｈν－Ｗ不同的?ｋ②饱和光电流Ｉ：电流的ｍ对于某一金属而言，逸出功Ｗ是一定值，普朗克常量ｈ是一光，光电?最大值流与电压?常数，故从上式可以看出，最大初动能Ｅｋ与入射光频率ν成一③最大初动能：Ｅ＝ｅＵｋｃ的关系次函数关系，但不是成正比的，函数图像如图：??强度相同、颜色①遏止电压Ｕｃ１、Ｕｃ２?不同时，②饱和光电流：Ｉ１、Ｉ２?光电流与③最大初动能Ｅｋｌ＝ｅＵｃ１、?电压的Ｅｋ２＝ｅＵｃ２?关系?当光照射到金属表面上时，能量为Ｅ的光子被电子吸收，电?子把这个能量的一部分用来克服金属表面的逸出功，剩余部分①截止频率ν：图线与横０?就是电子离开金属表面时的动能。轴的交点?遏止电压①由爱因斯坦的光电效应方程可知，只有当光子的能量②遏止电压Ｕ：随入射光ｃ?Ｕ与入射ｃＷ频率的增大而增大?ｈν≥Ｗ时才会有光电效应发生，由Ｗ＝ｈν可得极限频率ν０＝。光频率νｈ③普朗克常量ｈ：等于图的关系?因不同金属的逸出功不同，故不同金属对应的极限频率也不同。线的斜率与电子电荷量图线?②电子吸收光子后能量立即增大ｈν，不需要能量的积累过的乘积，即ｈ＝ｋｅ（注：此时两极之间接反向电压）?程。因此光电效应的发生几乎是瞬时的。?③电子每次只吸收一个光子，从能量守恒可知，光电子的最３．两条关系?大初动能Ｅｋ＝ｈν－Ｗ，且Ｅｋ随频率的增大而增大，与光的强度（１）光的强度与饱和电流的关系?无关。对相同频率的入射光：饱和电流与入射光强度成正比。?（２）光电流的大小跟入射光强度成正比对不同频率的入射光：由于每个光子的能量不同，饱和电流?①如何区分“光子的能量”和“光的强弱”？与入射光强度之间没有简单的正比关系。?首先从研究对象上区分，光是大量光子的集合；其次从概念（２）遏止电压与最大初动能的关系?上区分，“一个光子的能量”仅取决于光的频率，而“光的强弱”Ｅ＝ｅＵ。ｋｃ?可理解为单位时间内照射到单位面积上光子的总能量。显然，?“光的强弱”取决于两个因素，一是每个光子的能量，二是单位时?间照射到单位面积上光子的个数，其中起主要作用的是光子的?个数。②光电流的大小是由从金属表面逸出的光电子数目决定 专题十三近代物理初步４１?的，而从金属表面逸出的光电子数目由入射光子的数目决定。?三、康普顿效应?考点2原子结构原子核当Ｘ射线入射到物质上被散射后，在散射波中，除有与入射波的?概波长相同的射线外，还有波长比入射波的波长更长的射线。人?考向一原子结构念们把这种波长变化的现象叫作康普顿效应??一、原子核式结构的提出在康普顿效应中，入射光的光子与物质中的自由电子发生弹性解?１．α粒子散射实验碰撞，碰撞中满足动量守恒与能量守恒，光子的一部分能量传递释给电子，从而引起被散射光子的能量减小，频率减小，波长变长?实验装置实验现象实验结论（１）证明了爱因斯坦光子说的正确性?绝大多数α粒子在原子的中心有（２）揭示了光子不仅具有能量，还具有动量?穿过金箔后仍沿意一个很小的核，义（３）揭示了光具有粒子性的一面?原来的方向前进，叫作原子核，原（４）证实了在微观粒子的单个碰撞事件中动量守恒定律和能量?但少数α粒子发子的全部正电荷守恒定律仍然成立生了较大角度的?和几乎全部质量说明光子的动量?偏转，并且有极少都集中在原子核数α粒子的偏转由动量的定义有ｐ＝ｍｃ，结合光子能量Ｅ＝ｈν、爱因斯坦的质?里，带负电的电超过了９０°，有的能方程Ｅ＝ｍｃ２及ｃ＝λν可得ｐ＝ｈ。?子在核外空间里甚至几乎达λ?绕着核旋转到１８０°四、光的波粒二象性?２．卢瑟福原子核式结构学说实验?原子由原子核和核外电子组成，原子核对核外电子的库仑表现说明基础?引力提供电子绕核做圆周运动的向心力。①光是一种概率波，即①光的波动性是光子?在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动看作轨光子在空间各点出现本身的一种属性，不?道半径为ｒ的圆周运动，则原子核与电子之间的库仑力提供电子光的干涉和的可能性大小（概率）是光子之间相互作用?做匀速圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二定波动性衍射可用波动规律来描述产生的?２２ｋｅｖ②足够能量的光在传播②光的波动性不同于?律，有２＝ｍｅ，则ｒｒ时，表现出波的性质宏观概念的波?２ｅ①当光同物质发生作?①电子运动速率ｖ＝ｋ；ｍｅｒ光电效用时，这种作用是“一①粒子的含义是“不?２１ｋｅ２光的应、康份一份”进行的，表现连续”、“一份一份”的?②电子的动能Ｅｋ＝ｍｅｖ＝；２２ｒ粒子性普顿出粒子的性质②光子不同于宏观概?３效应②少量或个别光子清楚念的粒子２πｒｍｅｒ?③电子运动周期Ｔ＝＝２π；ｖ２地显示出光的粒子性ｋｅ?２－ｋｅ①光子说并未否定波?④电子在半径为ｒ的轨道上所具有的电势能Ｅｐ＝；ｒ①大量光子易显示出波动性，而动性，Ｅ＝ｈν＝ｈｃ／λ波动性?ｅ和粒子少量光子易显示出粒子性中，ν和λ就是波中讲?⑤等效电流Ｉ＝；Ｔ②波长长（频率低）的光波动性述的概念性的对?２强，而波长短（频率高）的光粒②波和粒子在宏观世＋Ｅ＝－ｋｅ＝－Ｅ＝１立、统一⑥氢原子总能量Ｅ＝ＥｋｐｋＥｐ。子性强界是不能统一的，而在?２ｒ２微观世界却是统一的?由以上各式可见，电子绕核运动的轨道半径越大，电子的运?行速率越小，动能越小，电子运动的周期越大，在各轨道上具有?的电势能越大。?二、玻尔原子结构模型?１．基本内容?（１）电子绕核运动的可能轨道是不连续的，各可能轨道的半?２径ｒｎ＝ｎｒ１（ｎ＝１，２，３，…），基态轨道半径为ｒ１。?（２）原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态（定?态），其总能量Ｅｎ（包括动能和势能）与基态总能量的关系为Ｅｎ＝?Ｅ１（ｎ＝１，２，３，…）。?２ｎ?（３）原子在两个定态之间跃迁时，将辐射（或吸收）一定频?率的光子，光子的能量为ｈν＝｜Ｅ初－Ｅ末｜。 ４２５年高考３年模拟Ｂ版高考物理?２．氢原子的能级和跃迁续表?名称本质射出速度电离作用穿透本领??高速１弱（小纸片即α射线ｃ很强?氦核流１０可挡住）三?种射高速较强（能穿透几?线β射线９９％ｃ较弱电子流毫米厚的铝板）?高能强（能穿透几厘米?γ射线ｃ很弱光子流厚的铅板）??衰变类型α衰变β衰变?ＭＭ－４４ＭＭ０衰变方程ＺＸ→Ｚ－２Ｙ＋２ＨｅＺＸ→Ｚ＋１Ｙ＋－１ｅ（１）从低能态向高能态跃迁———吸收能量?两种２个质子和２个中子结合１个中子转化为１个质吸收能量后，氢原子从低能态跃迁到高能态或者电离，这种?衰衰变实质成一个整体子和１个电子变情况称为受激发。受激发有两种方式：光照射和粒子碰撞。?１１４１１０２１Ｈ＋２０ｎ→２Ｈｅ０ｎ→１Ｈ＋－１ｅ①光照激发时，入射光子与原子跃迁、电离的关系?ａ．入射光子的能量大于氢原子的电离能时，氢原子直接?衰变规律电荷数守恒、质量数守恒电离。?２．原子核的人工转变、裂变和聚变ｂ．入射光子的能量小于氢原子的电离能，且恰好等于氢原?核反应名称核反应方程实际意义或作用子的能级差的数值时，氢原子能够吸收光子，发生跃迁。此时存?４１４１７１Ｈｅ＋Ｎ→Ｏ＋Ｈ卢瑟福发现质子２７８１在关系ｈν＝Ｅｍ－Ｅｎ（ｍ＞ｎ）。?４９１２１Ｈｅ＋Ｂｅ→Ｃ＋ｎ查德威克发现中子ｃ．入射光子的能量小于氢原子的电离能，且不等于氢原子的?２４６０人工转变能级差的数值时，氢原子不吸收光子，不发生跃迁。?２７Ａｌ＋４Ｈｅ→３０Ｐ＋１ｎ约里奥－居里夫妇发现１３２１５０②粒子碰撞激发时，入射实物粒子与原子跃迁、电离的关系?３０３００放射性同位素，同时Ｐ→Ｓｉ＋ｅ１５１４１ａ．入射实物粒子的动能大于氢原子电离能时，氢原子发生?发现正电子２３５１１４４８９１电离。?９２Ｕ＋０ｎ→５６Ｂａ＋３６Ｋｒ＋３０ｎ重核裂变原子弹、核电站原理２３５１１３６９０１ｂ．入射实物粒子的动能小于氢原子电离能时，只要大于氢?９２Ｕ＋０ｎ→５４Ｘｅ＋３８Ｓｒ＋１００ｎ原子最小的能级差的数值，则氢原子会吸收部分能量发生跃迁，?２Ｈ＋３Ｈ→４Ｈｅ＋１ｎ氢弹原理轻核聚变１１２０吸收的能量为ΔＥ＝Ｅｍ－Ｅｎ（ｍ＞ｎ）。?（２）从高能态向低能态跃迁———放出能量?二、核反应中的质量亏损与核能释放①辐射出的光谱线条数的计算?１．质量亏损原子处于激发态时是不稳定的，会自发地向基态或其他较?在有核能释放的核反应中，反应后的总质量小于反应前的低能级跃迁，由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有多种可?总质量，其差值称为“质量亏损”。能的跃迁。若是一群原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发?２．核能的计算生，所以我们会同时得到该原子的全部光谱线，辐射出的光谱线?（１）质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的质量和能量ｎ（ｎ－１）２条数为Ｎ＝Ｃ２＝。?存在着密切联系，即Ｅ＝ｍｃ，这就是爱因斯坦质能方程。ｎ２?（２）核能的计算②跃迁后的能量变化?根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时的质量亏从高能态跃迁到低能态时，电子的动能增大，电势能减小，?损（Δｍ）乘真空中光速的平方。即原子总能量减小；反之，电子的动能减小，电势能增大，原子总能２?ΔＥ＝Δｍｃ。量增大。?根据１原子质量单位（１ｕ）相当于９３１．５ＭｅＶ，用核子结合?成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘９３１．５ＭｅＶ。即考向二原子核?ΔＥ＝Δｍ×９３１．５ＭｅＶ。一、原子核的转变?（３）比结合能１．天然放射现象?①结合能：把原子核分解成核子时吸收的能量，叫作原子核概念放射性元素自发地放出射线的现象?的结合能。天然放射发现者及时间１８９６年，由法国物理学家贝可勒尔发现?②比结合能：原子核的结合能与其核子数之比，称作比结现象?合能。意义使人们认识到原子核也有复杂的结构?（４）核子的平均质量?比结合能大的原子核，平均每个核子的质量亏损大，核子的?平均质量就小，故核子的平均质量大小也能够反映原子的稳定?性，即核子的平均质量越小，原子核越稳定，核子平均质量随原子序数变化的定性关系图像如图所示。 专题十三近代物理初步４３?由于原子核内部核子间存在很强的核力作用，所以核反应??遵守动量守恒定律和能量守恒定律。例如，原子核的衰变过程?中，伴随着γ光子放出，衰变前后系统的动量守恒，质量亏损放?出的能量变为γ光子的能量或变为原子核和粒子的动能。有时?需结合力学知识、电磁学知识进行有关计算。３．核反应中的能量、动量综合问题