资料简介
专题十二 近代物理初步
考点内容
要求
热点考向
1.
氢原子光谱
Ⅰ
1.
从近年高考试题来看,高考对
本章内容的考查涉及的考点较
多,具有不确定性
.
考题可能根据
某一考点命题,也可以同时涉及
多个考点,题型为选择题的概率
很高,很少出现计算题
.
2.
从整体命题趋势上看,高考对
本部分的命题基本会保持原有命
题思路,仍将以光电效应、能级
跃迁、核反应方程、核能的分析
与计算为命题重点,在高考复习
中应多加关注
.
2.
氢原子的能级结构、能级公式
Ⅰ
3.
原子核的组成、放射性、原子
核的衰变、半衰期
Ⅰ
4.
放射性同位素
Ⅰ
5.
核力、核反应方程
Ⅰ
6.
结合能、质量亏损
Ⅰ
7.
裂变反应和聚变反应、裂变反
应堆
Ⅰ
8.
射线的危害与防护
Ⅰ
9.
光电效应
Ⅰ
10.
爱因斯坦光电效应方程
Ⅰ
第
1
讲
光电效应 原子结构
考点
1
光电效应
1.
光电效应
图
12-1-1
如图
12-1-1
所示,在光的照射下物体发
射电子的现象叫光
光电子
电效应,发射出来的电子叫
________.
(1)任何一种金属都有一个极限频率
ν
0
,入射光的频率
ν
>____,才能产生光电效应.
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度______关,随入射
光频率的增大而________.
(3)入射光照到金属上时,光电子的发射几乎是________
的,一般不超过 10
-9
s.
(4)当入射光的频率大于极限频
率时,入射光越强光电流
________.
ν
0
无
增大
瞬时
越大
2.
光电效应的规律
3.
爱因斯坦的光子说:光的能量
________
连续的,而是一
份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量
E
跟光的频率
ν
成正比:
E
=
________(
h
是普朗克常量
).
4.
爱因斯坦光电效应方程
(1)
最大初动能和逸出功
不是
hν
逸出功
金属表面的电子吸收光子后,克服金属原子核的引力做功
.
直接从金属表面逸出的电子所具有的最大动能称为最大初动
能,克服金属原子核的引力逃逸出而成为光电子所做的功的最
小值叫
________.
(2)光电效应方程:________________,
hν
极限
=
W
0
.(
E
k
是光
电子的最大初动能;
W
0
是____________,即从金属表面直接飞
出的光电子
克服原子核的引力所做的功
).
考点
2
卢瑟福核式结构模型
1.
汤姆生的“枣糕”模型
(1)1897
年
__________
发现电子,提出原子的“枣糕”模
型,揭开了人类研究原子结构的序幕
.
汤姆生
均匀
(2)“
枣糕”模型:原子是一个球体,正电荷
__________
分
布在整个球内,电子像枣糕里的枣子那
样镶嵌在原子里
.
E
k
=
hν
-
W
0
逸出功
2.
卢瑟福的“核式结构”模型
(1)α
粒子散射实验装置:如图
12-1-2
所示
.
图
12-1-2
实验规律
卢瑟福的分析
__________α
粒子仍沿原来的
方向前进
原子中绝大部分是空隙
少数
α
粒子发生了较大的偏转,
极少数的偏转角超过了
90°
,有
的甚至被弹回,偏转角几乎达
到
180°
α
粒子碰到了质量比自己大得
多的带正电的物质,原子的全
部正电荷和几乎全部的质量都
集中在一个很小的范围内
(2)α
粒子散射实验规律及卢瑟福对实验现象的分析
绝大多数
(3)
原子核式结构模型
①
在原子的中心有一个很小的核,叫
__________.
②
原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子
核里
.
③
带负电的电子在核外空间里绕着核旋转
.
(4)原子核的大小:从α粒子散射实验的数据估算出原子核
的半径约为
10
-
15
~
10
-
14
m
;原子的半径约为
10
-
10
m.
原子核
核子
质量
质子
同位素
3.
质子和中子统称
______
,原子核的电荷数等
于其质子数,
原子核的
__________
数等于其质子数与中子数的和
.
具有相同
________
数的原子属于同一种元素;具有相同的质子数和不同
的中子数的原子互称
__________.
考点
3
玻尔原子模型
1.
定态:原子只能处于一系列
________
的能量状态中,在
这些能量
状态中原子是
________
的,电子虽然绕核运动,但并
不向外辐射能量
.
不连续
2.跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它_______
或________一定频率的光子,光子的
能量由这两个定态的能量
差决定
.即
hν
=________.(
h
是普朗克常量,
h
=6.626×10
-34
J·s)
3.轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕
核运动相对应.原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也
是__________的.
不连续
稳定
辐射
吸收
E
m
-
E
n
4.
氢原子的能级、能级公式
(1)
氢原子的能级图
(
如图
12-1-3
所示
)
图
12-1-3
(2)
氢原子的能级和轨道半径
-
13.6 eV
n
2
r
1
0.53×10
-10
m
①
氢原子的能级公式:
E
n
=
________(
n
=
1,2,3
,
…
)
,其中
E
1
为基态能量,其数值为
E
1
=
___________.
②
氢原子的半径公式:
r
n
=
________(
n
=
1,2,3
,
…
)
,其中
r
1
为基态半径,又称玻尔半径,其数值为
r
1
=
______________.
【
基础自测
】
)
1.
根据玻尔理论,在氢原子中,量子数
n
越大,则
(
A.
电子轨道半径越小
B.
核外电子运动速度越大
C.
原子能级的能量越小
D.
电子的电势能越大
根据
解析:
在氢原子中,量子数
n
越大,电子的轨道半径越大,
知,
r
越大,
v
越小,则电子的
动能减小,因为量
子数增大,原子能级的能量增大,动能减小,则电势能增大,
D
正确,
A
、
B
、
C
错误
.
答案:
D
2.
如图
12-1-4
所示为氢原子的能级图,
A
、
B
、
C
分别表示
)
电子在三种不同能级跃迁时放出的光子,其中
(
图
12-1-4
A.
频率最高的是
A
C.
频率最低的是
A
B.
波长最长的是
C
D.
波长最长的是
B
B
正确
.
答案:
B
3.(
多选
)
光电效应实验的装置如图
12-1-5
所示,则下列说法
中正确的是
(
)
图
12-1-5
A.
用紫外线照射锌板,验电器指针会发生偏转
B.
用红色光照射锌板,验电器指针会发生偏转
C.
锌板带的是负电荷
D.
使验电器指针发生偏转
的是正电荷
解析:
紫外线的频率大于锌板的极限频率,用紫外线照射,
发生光电效应,有电子从锌板逸出,锌板失去电子带正电,所
以使验电器指针发生偏转的是正电荷,红色光的频率小于锌板
的极限频率,不能发生光电效应,
A
、
D
正确
.
答案:
AD
4.(
多选
)
在做光电效应的实验时,某金属被光照射发生了光
电效应,实验测得光电子的最大动能
E
k
与入射光的频率
ν
的关
系如图
12-1-6
所示,由实验图线可求出
(
A.
该金属的极限频率和极限波长
B.
普朗克常量
C.
该金属的逸出功
D.
单位时间内逸出的光电子
数
)
图
12-1-6
解析:
依据光电效应方程
E
k
=
hν
-
W
可知,当
E
k
=
0
时,
ν
=
ν
0
,即图线横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率,
A
常量,
B
正确
.
E
k
=
hν
-
W
,
E
k
=
0
时有
hν
0
-
W
=
0
,所以逸出功
W
=
hν
0
,C 正确;由于不知道光电流,无法求
阴极在单位时间
内放出的电子数,
D 错误.
答案:
ABC
热点
1
光电效应
[
热点归纳
]
1.
用光电管研究光电效应
(1)
常见电路图
图
12-1-7
(2)
光电流与饱和电流
①
入射光强度:指单位时间内入射到金属表面单位面积上
的能量,可以理解为频率一定时,光强越大,单位时间内照射
金属表面的光子数越多
.
②
光电流:指光电子在电路中形成的电流
.
光电流有最大
值,未达到最大值以
前,其大小和光强、电压都有关,达到最
大值以后,光电流和光强度成正比
.
③
饱和电流:指在一定频率与强度的光照射下的最大光电
流,饱和电流不随电路中电压的增大而增大
.
(3)
两条分析线索
①
②
考向
1
光电效应现象
【
典题
1
】
(
多选
)
如图
12-1-8
所示,用导线把验电器与锌板
)
相连接,当用紫外线照射锌板时,发生的现象是
(
图
12-1-8
A.
有光子从锌板逸出
C.
验电器指针张开一个角度
B.
有光电子从锌板逸出
D.
锌板带负电
解析:
用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的,锌板上
的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出,称之为光电子,
A
错误,
B
正确;锌板与验
电器相连,带有相同电性的电荷,锌
板失去电子应该带正电,且失去电子越多,带正电的电荷量越
多,验电器指针张角越大,
C
正确,
D
错误
.
答案:
BC
考向
2
光电效应的规律
【
典题
2
】
入射光照到某金属表面发生光电效应
,若入射
光的强度减弱,而频率保持不变,则下列说法正确的是
(
)
A.
从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间
间隔将明显增加
B.
逸出的光电子的最大初动能减小
C.
单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D.
有可能不发生光电效应
解析:
光电效应瞬时
(
一般不超过
10
-
9
s)
发生,与光强无关,
A
错误
.
光电子的
最大初动能只与入射光的频率有关,入射光的
频率越大,最大初动能越大,
B
错误
.
光电子数目多少与入射光
的强度有关,光强减弱,单位时间内从金属表面逸出的光电子
数目减少,
C
正确
.
能否发生光电效应,只取决于入射光的频率
是否大于极限频率,与光强无关,
D
错误
.
答案:
C
考向
3
光子说
【
典题
3
】
(2017
年北京卷
)2017
年初,我国研制的“大连
光源”
——
极紫外自由电子激光装置,发出了波长在
100 nm
(1 nm
=
10
-
9
m)
附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲
.
大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技
术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用
.
一个处于极紫外波
段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打
碎
.
据此判断,能够电离一个分子的能量约为
(
取普朗克常量
h
=
6.6
×
10
-
34
J·s
,真空光速
c
=
3
×
10
8
m/s)(
)
A.10
-
21
J B.10
-
18
J C.10
-
15
J D.10
-
12
J
2
×
10
-
18
J
,由题意可知,光子的能量应比电离一个分子的能量
稍大,因此数量级应相同,故选
B.
答案:
B
图象名称
图线形状
由图线直接
(
间接
)
得到的物理量
最大初动能
E
k
与入射光频率
ν
的关系图线
①
极限频率:图线与
ν
轴交点的横坐标
ν
0
②
逸出功:图线与
E
k
轴交点的纵坐标的绝对值
W
0
=
|
-
E
|
=
E
③
普朗克常量:图线的斜率
k
=
h
颜色相同、强弱不同的光,光电流与电压的关系
①
遏止电压
U
c
:图线与横轴的交点
②
饱和光电流
I
m
:电流的最大值
③
最大初动能:
E
km
=
eU
c
热点
2
光电效应方程及图象分析
图象名称
图线形状
由图线直接
(
间接
)
得到的物理量
颜色不同时,光电流与电压的关系
①
遏止电压
U
c1
、
U
c2
②
饱和光电流
③
最大初动能
E
k1
=
eU
c1
、
E
k2
=
eU
c2
遏止电压
U
c
与入射光频率
ν
的关系图线
①
截止频率
ν
0
:图线与横轴的交点
②
遏止电压
U
c
:随入射光频率的增大而增大
③
普朗克常量
h
:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即
h
=
ke
(
注:此时两极之间接反向电压
)
(
续表
)
考向
1
光电效应方程
【典题
4
】
(2018
年新课标
Ⅱ
卷
)
用波长为 300 nm 的光照射
锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.28×10
-19
J.已知普
朗克常量为
6.63
×
10
-
34
J·s
,真空中的光速为
3.00
×
10
8
m·s
-
1
,
能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为
(
)
A.1×10
14
Hz
C.2×10
15
Hz
B.8×10
14
Hz
D.8×10
15
Hz
解析:
知道光电效应方程
E
k
=
hν
-
W
0
;知道逸出功
W
0
=
hν
0
hν
0
并结合两个公式求解.
由光电效应方程式得
E
k
=
hν
-
W
0
刚好发生光电效应的临界频率为
ν
0
则
W
0
=
hν
0
,代入数据可得:
ν
0
=
8
×
10
14
Hz
,
B
正确
.
答案:
B
【迁移拓展】
(
多选,
2017
年新课标
Ⅲ
卷
)
在光电效应实验
中,分别用频率为
ν
a
、
ν
b
的单色光
a
、
b
照射到同种金属上,测
得相应的遏止电压分别为
U
a
和
U
b
、光电子的最大初动能分别
为
E
k
a
和
E
k
b
.
h
为普朗克常量
.
下列说法正确的是
(
)
A.
若
ν
a
>
ν
b
,则一定有
U
a
<
U
b
B.
若
ν
a
>
ν
b
,则一定有
E
k
a
>
E
k
b
C.
若
U
a
<
U
b
,则一定有
E
k
a
<
E
k
b
D.
若
ν
a
>
ν
b
,则一定有
hν
a
-
E
k
a
>
hν
b
-
E
k
b
解析:
由爱因斯坦光电效应方程
E
km
=
hν
-
W
,又由动能定
答案:
BC
理有
E
km
=
eU
,当
ν
a
>
ν
b
时,则
E
k
a
>
E
k
b
,
U
a
>
U
b
,
A
错误,
B
正确;若
U
a
<
U
b
,则有
E
k
a
<
E
k
b
,
C
正确;同种金属的逸出功不变,则
W
=
hν
-
E
km
不变,
D
错误
.
考向
2
光电效应图象
【
典题
5
】
爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释了光
电效应的规律而获得
1921
年诺贝尔物理学奖
.
某种金属逸出光
电子的最大初动能
E
km
与入射光频率
ν
的关系如图
12-1-9
所示,
)
其中
ν
0
为截止频率
.
从图中可以确定的是
(
A.
逸出功与
ν
有关
B.
E
km
与入射光强度成正比
C.
当
ν
<
ν
0
时,会逸出光电子
D.
图中直线的斜率与普朗克常
量有关
图
12-1-9
解析:
逸出功由金属材料本身决定,
A
错误;由
E
km
=
hν
-
W
0
可知
B
错误,
D
正确;由图象可知,当
ν
>
ν
0
时会逸出
光电子,
C
错误
.
答案:
D
热点
3
氢原子能级及能级跃迁
[
热点归纳
]
1.
两类能级跃迁:
(1)
自发跃迁:高能级
→
低能级,释放能量,发出光子
.
(2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量.
①光照(吸收光子):光子的能量必须恰等于能级差
hν
=Δ
E
.
②碰撞、加热等:只要入射粒子能量大于或等于能级差即
可,
E
外
≥
Δ
E
.
③大于电离能的光子被吸收,将原子电离.
2.
谱线条数的确定方法:
(1)
一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为
(
n
-
1).
(2)
一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解
方法:
②
利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各
种可能情况一一画出,然后相加
.
考向
1
氢原子跃迁过程中的特点
【
典题
6
】
(2018
届广西桂林、贺州、崇左三市调研
)
氢原
子能级如图
12-1-10
所示,当氢原子从
n
=
3
跃迁到
n
=
2
的能
)
级时,辐射光子的波长为
656 nm.
以下判断正确的是
(
图
12-1-10
A.
氢原子从
n
=
3
跃迁到
n
=
1
的能级时,辐射光子的波长
大于
656 nm
B.
氢原子从
n
=
3
跃迁到
n
=
1
的能级时辐射光子照射某金
属表面有光电子逸出,若换用光子
Z
照射该金属表面时不一定
有光子逸出
C.
一个处于
n
=
3
能级上的氢原子向低
能级跃迁时最多产
生的
3
种谱线
D.
用波长
633 nm
的光照射,能使氢原子从
n
=
2
跃迁到
n
=
3
的能
级
解析:
氢原子从
n
=
3
跃迁到
n
=
2
的能级时辐射的能量为
656 nm
,那么从
n
=
3
跃迁到
n
=
1
的能级时,辐射光的波长应
该小于
656 nm
,
A
错误;氢原子从
n
=
3
跃迁到
n
=
1
的能级时
辐射光子的能量大于从
n
=
3
跃迁到
n
=
2
辐射光的能量,但不
一定发生光电效应,
B
正确;一个处于
n
=
3
能级上的氢原子向
低能级跃迁时最多产生的
2
种谱线,
C
错误;若要使氢原子从
n
=
2
跃迁到
n
=
3
的能级所吸收的能量一定是波长为
656 nm
对
应的能量才可以,
D
错误
.
答案:
B
考向
2
氢原子跃迁过程中光谱线的能量关系
【
典题
7
】
(2018
届辽宁朝阳模拟
)
如图
12-1-11
所示,氢原
子在不同能级间发生
a
、
b
、
c
三种跃迁时,释放光子的波长分
别是
λ
a
、
λ
b
、
λ
c
,下列关系式正确的是
(
)
图
12-1-11
答案:
C
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