2019高考物理二輪復習 第15講 近代物理初步課件.ppt
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第15講近代物理初步,總綱目錄,考點1光電效應、波粒二象性,1.兩條對應關系(1)光強大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大;(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。2.定量分析時應抓住三個關系式(1)愛因斯坦光電效應方程:Ek=hν-W0。(2)最大初動能與遏止電壓的關系:Ek=eUc。(3)逸出功與極限頻率的關系:W0=hν0。,3.光電效應的四類圖像分析,4.光的波粒二象性(1)大量光子易顯示出波動性,而少量光子易顯示出粒子性;(2)波長長(頻率低)的光波動性強,而波長短(頻率高)的光粒子性強;(3)光子說并未否定波動說,E=hν=中,ν和λ就是波的概念;(4)波和粒子在宏觀世界是不能統(tǒng)一的,而在微觀世界卻是統(tǒng)一的。,5.物質波:任何一個運動著的物體,都有一種波與之對應,這種波稱為物質波。物質波的波長λ=,p為運動物體的動量,h為普朗克常量。,1.(2018河南調研聯(lián)考)甲、乙光子的能量之比為2∶1,它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應,且所產生的光電子最大初動能分別為E1、E2。該金屬的逸出功為()A.E1+E2B.E1-E2C.E1+2E2D.E1-2E2,答案D根據(jù)光電效應方程Ek=hν-W0,對應甲光子有hν甲=E1+W0,對應乙光子有hν乙=E2+W0,又知hν甲=2hν乙,解得W0=E1-2E2,故選項D正確,選項A、B、C錯誤。,,2.(多選)如圖所示,用某單色光照射光電管的陰板K,會發(fā)生光電效應。在陽極A和陰極K之間加上反向電壓,通過調節(jié)滑動變阻器的滑片逐漸增大加在光電管上的電壓,直至電流表中電流恰為零,此時電壓表的電壓值U稱為遏止電壓。現(xiàn)分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極,測得遏止電壓分別為U1和U2,設電子的質量為m、電荷量為e,下列說法正確的是(),A.用頻率為ν1的光照射時,光電子的最大初速度為B.用頻率為ν2的光照射時,光電子的最大初速度為C.陰極K金屬的逸出功為W=D.陰極K金屬的極限頻率是ν0=,答案ACD在陽極A和陰極K之間加上反向電壓,逸出的光電子在反向電場中做減速運動,根據(jù)動能定理可得-eU=0-m,解得光電子的最大初速度為vm=,所以用頻率為ν1的光照射時,光電子的最大初速度為,用頻率為ν2的光照射時,光電子的最大初速度為,故A正確,B錯誤;根據(jù)光電效應方程可得hν1=eU1+W,hν2=eU2+W,聯(lián)立可得W=,h=,陰極K金屬的極限頻率ν0==,C、D正確。,3.(多選)如圖甲是光電效應的實驗裝置圖,圖乙是光電流與加在陰極K和陽極A上的電壓的關系圖像,下列說法正確的是()A.由圖線①、③可知在光的顏色不變的情況下,入射光越強,飽和電流越大B.由圖線①、②、③可知對某種確定的金屬來說,其遏止電壓只由入射光的頻率決定C.只要增大電壓,光電流就會一直增大D.遏止電壓越大,說明從該金屬中逸出的光電子的最大初動能越大,答案ABD由圖線①、③可知在光的顏色不變的情況下,入射光越強,飽和電流越大,故A正確;根據(jù)光電效應方程知,Ek=hν-W0=eUc,可知入射光頻率越大,光電子的最大初動能越大,遏止電壓越大,可知對于確定的金屬,遏止電壓只由入射光的頻率決定,故B正確;增大電壓,當電壓增大到一定值時,電流達到飽和電流,將不再增大,故C錯誤;根據(jù)Ek=eUc,遏止電壓越大,說明從該金屬中逸出的光電子的最大初動能越大,故D正確。,4.(多選)關于物質的波粒二象性,下列說法中正確的是()A.不僅光子具有波粒二象性,一切運動的微粒都具有波粒二象性B.運動的微觀粒子與光子一樣,當它們通過一個小孔時,都沒有特定的運動軌道C.波動性和粒子性,在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的,但在微觀現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D.實物的運動有特定的軌道,所以實物不具有波粒二象性,答案ABC由德布羅意波可知A、C正確;運動的微觀粒子,達到的位置具有隨機性,而沒有特定的運動軌道,故B正確;由德布羅意理論知,宏觀物體的德布羅意波的波長太小,實際很難觀察到波動性,不是不具有波粒二象性,D錯誤。,,方法技巧對光電效應的四點提醒(1)能否發(fā)生光電效應,不取決于光的強度而取決于光的頻率。(2)光電效應中的“光”不是特指可見光,也包括不可見光。(3)逸出功的大小由金屬本身決定,與入射光無關。(4)光電子不是光子,而是電子。,考點2原子躍遷氫原子光譜,1.玻爾理論的基本內容能級假設:氫原子能級En=(n=1,2,3,…),n為量子數(shù)。躍遷假設:hν=Em-En(m>n)。軌道量子化假設:氫原子的電子軌道半徑rn=n2r1(n=1,2,3,…),n為量子數(shù)。,2.定態(tài)間的躍遷——滿足能級差(1)從低能級(n小)高能級(n大)吸收能量,hν=-。(2)從高能級(n大)低能級(n小)放出能量,hν=-。,3.氫原子電離電離態(tài):n=∞,E=0?；鶓B(tài)→電離態(tài):E吸=0-(-13.6eV)=13.6eV。n=2→電離態(tài):E吸=0-E2=3.4eV。如吸收能量足夠大,克服電離能后,獲得自由的電子還具有動能。,1.(2018安徽A10聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示為氫原子的能級圖,已知金屬鉑的逸出功為6.34eV,則下列說法正確的是(),A.處于基態(tài)的氫原子可以吸收能量為10.5eV的光子而被激發(fā)B.用n=4能級躍遷到n=1能級輻射的光照射金屬鉑能發(fā)生光電效應C.用能量為12.5eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子,一定不能使氫原子發(fā)生能級躍遷D.要使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離,入射光子的能量只能等于13.6eV,答案B氫原子發(fā)生能級躍遷時,其只能吸收(或輻射)光子能量等于兩能級間的能級差的光子,n=1→n=2吸收的光子能量為-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,n=1→n=3吸收的光子能量為-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV,能量為10.5eV的光子不能被吸收,A錯誤;從n=4能級躍遷到n=1能級輻射光子的能量為-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV,大于金屬鉑的逸出功,能使金屬鉑發(fā)生光電效應,B正確;用能量為12.5eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子,可能使氫原子發(fā)生能級躍遷,C錯誤;入射光子的能量大于13.6eV時,可使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離,D錯誤。,2.根據(jù)玻爾理論,氫原子的能級公式為En=(n為能級,A為基態(tài)能量),一個氫原子中的電子從n=4的能級直接躍遷到基態(tài),在此過程中()A.氫原子輻射一個能量為的光子B.氫原子輻射一個能量為-的光子C.氫原子輻射一系列頻率的光子,其中頻率最大的光子能量為D.氫原子輻射一系列頻率的光子,其中頻率最大的光子能量為-,答案B根據(jù)玻爾理論,一個氫原子中的電子從n=4的能級直接躍遷到基態(tài),輻射一個光子的能量為ΔE=E4-E1=-=-,選項B正確,A、C、D錯誤。,,答案C氫原子光譜由氫原子躍遷形成。由躍遷條件知hν=En-Em(n>m),因為En=,c=λν,所以=E1(-)(n>m),當m=2時,=-(-)(n=3,4,5,…),則R=-,C項正確,A、B、D項錯誤。,4.(2018河南豫南九校聯(lián)考)(多選)如圖為氫原子的能級圖,已知可見光的光子的能量范圍為1.62~3.11eV,鋅板的電子逸出功為3.34eV,那么對氫原子在能級躍遷的過程中輻射或吸收光子的特征認識正確的是()A.用氫原子從高能級向基態(tài)躍遷時發(fā)射的光照射鋅板,一定不能產生光電效應現(xiàn)象B.用能量為11.0eV的自由電子轟擊,可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)C.處于n=2能級的氫原子能吸收任意頻率的紫外線D.處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線,并且使氫原子電離,答案BD氫原子從高能級向基態(tài)躍遷時發(fā)出的光子的最小能量為10.2eV,照射鋅板時一定能產生光電效應現(xiàn)象,故A錯誤;用能量為11.0eV的電子轟擊,基態(tài)的氫原子吸收的能量可以等于10.2eV,可以使處于基態(tài)的氫原子躍遷到n=2能級,故B正確;紫外線光子的最小能量為3.11eV,處于n=2能級的氫原子的電離能為3.4eV,故處于n=2能級的氫原子不能吸收任意頻率的紫外線,故C錯誤;紫外線光子的最小能量為3.11eV,處于n=3能級的氫原子的電離能為1.51eV,故處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線,并且使氫原子電離,故D正確。,方法技巧解決氫原子能級躍遷問題的四點技巧(1)原子躍遷時,所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差。(2)原子電離時,所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值,剩余能量為自由電子的動能。(3)一群原子和一個原子不同,它們的核外電子向基態(tài)躍遷時發(fā)射光子的種類N==。(4)計算能級能量時應注意:因一般取無窮遠處為零電勢參考面,故各能級的能量值均為負值;能量單位1eV=1.610-19J。,考點3原子核的衰變規(guī)律,1.衰變規(guī)律及實質(1)α衰變和β衰變的比較,1.(2018福建寧德質檢)核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少,我國在完善核電安全基礎上將加大核電站建設。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素,它可破壞細胞基因,提高患癌的風險。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年,其衰變方程為Pu→XHe+γ,下列有關說法正確的是()A.衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子,穿透能力很強B.X原子核中含有92個中子C.8個Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余4個D.由于衰變時釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過程總質量不變,答案A衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子,具有很強的穿透能力,故A正確。根據(jù)電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒知,X的電荷數(shù)為92,質量數(shù)為235,則中子數(shù)為143,故B錯誤。半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律,對大量的原子核適用,故C錯誤。由于衰變時釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過程總質量減小,故D錯誤。,2.14C是碳的一種半衰期為5730年的放射性同位素,2010年2月科學家發(fā)現(xiàn)了曹操墓,若考古工作者探測到其棺木中14C的含量約為原來的,則該古木死亡的時間距今大約為(),A.22900年B.11400年C.5700年D.1900年,答案D假設古木死亡時14C的質量為m0,現(xiàn)在的質量為m,從古木死亡到現(xiàn)在所含14C經(jīng)過了n個半衰期,由題意可知:==,所以n=,即古木死亡的時間距今約為5730年=1910年,故D正確。,,3.在一個U原子核衰變?yōu)橐粋€Pb原子核的過程中,發(fā)生β衰變的次數(shù)為()A.6次B.10次C.22次C.32次,答案A設原子核衰變過程中發(fā)生了n次α衰變、m次β衰變,由核衰變規(guī)律及衰變前后質量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒得4n=238-206,2n-m=92-82,解得n=8,m=6,故A正確。,,4.(2018黑龍江哈爾濱三校聯(lián)考)(多選U是一種放射性元素,能夠自發(fā)地進行一系列放射性衰變,如圖所示,判斷下列說法正確的是()A.圖中a是84,b是206BPb比U的比結合能大C.Y是β衰變,放出電子,電子是由中子轉變成質子時產生的D.Y和Z是同一種衰變E.從X衰變中放出的射線電離性最強,答案ABD由Bi衰變成Po,質量數(shù)沒變,則X是β衰變,所以a=84,由Bi衰變成Tl,電荷數(shù)減少2,則Y是α衰變,所以b=206,A正確,C錯誤;由衰變的過程知Pb比U穩(wěn)定,則Pb比U的比結合能大,B正確;由Po衰變成Pb及a=84知,Z為α衰變,D正確;從β衰變中放出的是β射線,其電離性較弱,E錯誤。,考點4核反應方程與核能計算,1.核反應方程的書寫(1)核反應過程一般不可逆,所以核反應方程中用“→”表示方向而不能用等號代替。(2)核反應方程遵循質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,但核反應前后的總質量一般會發(fā)生變化(質量虧損)且釋放出核能。(3)核反應的生成物一定要以實驗為基礎,不能只依據(jù)兩個守恒規(guī)律憑空杜撰出生成物來寫核反應方程。,2.核能的計算方法(1)根據(jù)愛因斯坦質能方程,用核反應的質量虧損的千克數(shù)乘以真空中光速c的平方,即ΔE=Δmc2(J)。(2)根據(jù)1原子質量單位(u)相當于931.5兆電子伏(MeV)能量,用核反應的質量虧損的原子質量單位數(shù)乘以931.5MeV,即ΔE=Δm931.5(MeV)。(3)如果核反應時釋放的核能是以動能形式呈現(xiàn),則核反應過程中系統(tǒng)動能的增量即釋放的核能。,1.(2018山西五市聯(lián)考)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量,該反應方程為HHHe+X,式中X是某種粒子。已知HHHe和粒子X的質量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u;1u=931.5MeV/c2,c是真空中的光速。由上述核反應方程和數(shù)據(jù)可知()A.粒子X是HB.該核反應中的質量虧損為0.0289uC.該核反應釋放出的能量約為17.6MeVD.該核反應中釋放的全部能量轉化為粒子X的動能,答案C根據(jù)核反應中,質量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒,可判斷X為中子,A錯誤;該核反應中的質量虧損為Δm=2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u=0.0189u,B錯誤;由愛因斯坦質能方程可知釋放出的能量為ΔE=0.0189931.5MeV≈17.6MeV,C正確;該核反應中釋放的能量只有一部分轉化為X粒子的動能,D錯誤。,答案AD根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒知X是中子,故A正確,B錯誤;根據(jù)比結合能與核子數(shù)的關系曲線可知,在鐵56附近原子核的比結合能最大,然后隨核子數(shù)的增大,比結合能減小,所以UBa和Kr相比Kr核的比結合能最大,它最穩(wěn)定,故C錯誤;由于在核反應UnBaKr+n的過程中釋放核能,可知UBa和Kr相比U核的核子數(shù)最多,它的結合能最大,故D正確。,3.(多選)核電站中采用反應堆使重核裂變,將釋放出的巨大能量轉換成電能。反應堆中一種可能的核反應的方程式是UnNdZr+x+y,設U核質量為m1,中子質量為m2,Nd核質量為m3,Zr核質量為m4,x質量為m5,y質量為m6,那么,在所給的核反應中()A.x可能是H,y可能是1eB.x可能是n,y可能是eC.釋放的核能為(m1+m2-m3-m4-m5-m6)c2D.釋放的核能為(m3+m4+m5+m6-m1-m2)c2,答案BC如果x是H,y是1e,則核反應過程質量數(shù)不守恒,故A錯誤;如果x是n,y是e,則核反應過程質量數(shù)守恒、核電荷數(shù)守恒,故B正確;質量虧損:Δm=m1+m2-m3-m4-m5-m6,由質能方程可知,釋放的能量為:ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4-m5-m6)c2,故C正確,D錯誤。,4.“超導托卡馬克”(英名稱:EAST,俗稱“人造太陽”)是我國自行研制的可控熱核反應實驗裝置。設該實驗反應前氘核H)的質量為m1,氚核H)的質量為m2,反應后氦核He)的質量為m3,中子n)的質量為m4,光速為c。下列說法中不正確的是()A.這種裝置中發(fā)生的核反應方程式是HHHenB.由核反應過程質量守恒可知m1+m2=m3+m4C.核反應放出的能量等于(m1+m2-m3-m4)c2D.這種裝置與我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應原理不相同,答案B可控熱核反應裝置中發(fā)生的核反應方程式是HHen,故A正確;核反應過程中質量數(shù)守恒,但質量不守恒,核反應過程中存在質量虧損,因此m1+m2≠m3+m4,故B錯誤;核反應過程中的質量虧損Δm=m1+m2-m3-m4,放出的能量為ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故C正確;這種裝置的核反應是核聚變,我國大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變,它們的核反應原理不相同,故D正確。,1.(2018課標Ⅱ,17,6分)用波長為300nm的光照射鋅板,電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.2810-19J。已知普朗克常量為6.6310-34Js,真空中的光速為3.00108ms-1。能使鋅產生光電效應的單色光的最低頻率約為()A.11014HzB.81014HzC.21015HzD.81015Hz,答案B本題考查光電效應規(guī)律。由光電效應方程得Ek=-W0,而能使鋅產生光電效應的單色光的最低頻率ν0應滿足hν0=W0,聯(lián)立得ν0=-=81014Hz,故選項B正確。,2.(2018課標Ⅲ,14,6分)1934年,約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁核Al,產生了第一個人工放射性核素X:αAl→n+X。X的原子序數(shù)和質量數(shù)分別為()A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31,答案B本題考查核反應方程。在核反應過程中,質量數(shù)和電荷數(shù)分別守恒,則X的原子序數(shù)為2+13=15,X的質量數(shù)為4+27-1=30,選項B正確。,,3.(2017課標Ⅱ,15,6分)一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核,衰變方程為UThHe。下列說法正確的是()A.衰變后釷核的動能等于α粒子的動能B.衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小C.鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間D.衰變后α粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量,答案B本題考查天然放射現(xiàn)象、半衰期、核反應中的動量守恒、質量虧損,考查學生的理解能力。靜止的原子核在衰變前后動量守恒,由動量守恒定律得0=m1v1+m2v2,可知m1v1=-m2v2,故衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小,選項B正確;動能Ek=,由于釷核的質量(m1)大于α粒子的質量(m2),故動能不等,選項A錯誤;鈾核的半衰期是指大量的鈾核半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間,而不是放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間,選項C錯誤;原子核衰變前后質量數(shù)守恒,衰變時放出核能,質量虧損,選項D錯誤。,4.(2017課標Ⅲ,19,6分)(多選)在光電效應實驗中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A.若νa>νb,則一定有Uaνb,則一定有Eka>EkbC.若Uaνb,則一定有hνa-Eka>hνb-Ekb,答案BC本題考查光電效應方程、對遏止電壓的理解。光照射到同種金屬上,同種金屬的逸出功相同。若νa>νb,據(jù)Ek=hν-W0可知,Eka>Ekb,則B項正確。由Ek=eU,可知Ua>Ub,則A項錯誤。若Ua
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