2012届高三物理二轮复习方案专题课件(新课标广东专版)专题16光电效应原子和原子核

专题十六光电效应、原子和原子核专题十六光电效应、原子和原子核主干知识整合专题十六│主干知识整合一、玻尔原子模型——氢原子能级1．氢原子能级：轨道半径rn＝n2r1(n＝1,2,3…)，能级公式En＝1n2E1(E1＝－13.6eV，n＝1,2,3……)．2．能级跃迁：原子从一种定态(E初)跃迁到另一种定态(E终)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即hν＝E初－E终(E终－E初)．专题十六│主干知识整合【特别提醒】(1)如果原子吸收光子从低能级向高能级跃迁，则光子的能量必须等于两个能级之差；(2)如果通过碰撞或加热等方式从低能级向高能级跃迁，则入射粒子的能量需大于两能级之差．二、原子核1．原子核的人工转变(1)卢瑟福发现质子的核反应方程：147N＋42He→178O＋11H；(2)查德威克发现中子的核反应方程：94Be＋42He→126C＋10n.2．天然衰变中核的变化规律(1)α衰变：MZX→M－4Z－2Y＋42He；专题十六│主干知识整合(2)β衰变：MZX→MZ＋1Y＋0－1e，β衰变不改变质量数；(3)γ射线总是伴随α衰变或β衰变放出的．【特别提醒】半衰期的大小只由原子核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关；半衰期是统计规律，对少数(几个)粒子不成立．3．裂变与聚变：重核裂变和轻核聚变过程都伴随着巨大的能量释放．(1)重核裂变：重核分裂成两个较轻质量核的反应过程．如23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋1010n.专题十六│主干知识整合(2)轻核聚变：轻核结合成质量较重核的反应过程(因在高温条件下发生，又称热核反应)．如21H＋31H→42He＋10n.4．爱因斯坦质能方程：E＝mc2(一定的质量m总是跟一定的能量mc2对应)，ΔE＝Δmc2.三、光电效应的实验规律1．入射光的频率ν必须大于金属的极限频率ν0；2．光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大；最大初动能Ek＝12mv2＝hν－W0；3．瞬间发生；4．光电流的强度与入射光的强度成正比．要点热点探究专题十六│要点热点探究►探究点一原子的核式结构与玻尔理论1．处于第n激发态的大量氢原子发射光子的种类数为N＝C2n.2．解氢原子能级问题要注意利用氢原子能级图，如果题目没有提供，可由氢原子能级公式En＝1n2E1(E1＝－13.6eV，n＝1,2,3…)推导．专题十六│要点热点探究例1[2011·四川卷]氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常数为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1专题十六│要点热点探究例1D【解析】氢原子从m能级跃迁到n能级辐射能量，即Em－En＝hν1，氢原子从n能级跃迁到k能级吸收能量，即Ek－En＝hν2，氢原子从k能级跃迁到m能级，Ek－Em＝hν2＋En－hν1－En＝hν2－hν1，因紫光的频率ν2大于红光的频率ν1，所以EkEm，即辐射光子的能量为hν2－hν1，D正确．【点评】光子的能量由两种定态的能量差决定，通过计算光子的能量可确定光的频率，从而确定光所属的范围及光速关系．专题十六│要点热点探究已知氢原子的基态能量为E，激发态能量En＝E1n2，其中n＝2、3、….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为多少？例1变式题1－4hcE1【解析】氢原子从第一激发态电离，即为原子从n＝2跃迁到＋∞，所以hcλ＝E＋∞－E2＝－E14，故：λ＝－4hcE1.专题十六│要点热点探究[2011·江苏卷]按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E1(E1＜0)，电子质量为m,基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为(普朗克常量为h)．例1变式题22hν＋E1m【解析】电子离原子核越远，能级越大，电势能越大，原子能量也就越大；根据能量守恒定律有hν＋E1＝12mv2，所以电离后电子速度大小为2hν＋E1m.专题十六│要点热点探究►探究点二核反应方程(衰变、人工核转变、裂变与聚变方程)1．核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒发生一次α衰变，原子核的质量数减少4，原子序数减少2；发生一次β衰变，原子核的质量数不变，原子序数增加1.确定衰变次数时，应先由质量数的变化确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．2．核反应中释放或吸收的能量，可根据ΔE＝Δmc2来计算．Δm是反应物和生成物的质量差，1u相当于931.5MeV.注意：重核裂变和轻核聚变(热核反应)均为释放能量的核反应．专题十六│要点热点探究例2碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天．(1)碘131核的衰变方程：13153I→(衰变后的元素用X表示)．(2)经过天有75%的碘131核发生了衰变．例2(1)13154X＋0－1e(2)16【解析】(1)在衰变的过程中，质量数守恒，核电荷数守恒，即13153I→13154X＋0－1e.(2)经过8天后，有一半发生衰变，即50%发生衰变，再经过8天，剩下一半的一半发生衰变，这时有75%的碘131核发生了衰变，所以共用时间16天．专题十六│要点热点探究【点评】核反应过程中，质量数与电荷数均守恒，这是书写核反应方程的关键．本题考查了核反应方程、半衰期等知识点．下面的变式题则综合考查了核反应及衰变的特点．专题十六│要点热点探究[2010·广东卷](双选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()A.23892U→23490Th＋42He是α衰变B.147N＋42He→178O＋11H是β衰变C.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变D.8234Se→8236Kr＋20－1e是重核裂变例2变式题1AC【解析】B为人工核转变，D为衰变，AC正确．专题十六│要点热点探究原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U，放射性衰变①、②和③依次为()A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变专题十六│要点热点探究例2变式题2A【解析】23492U――→①23490Th，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变.23490Th――→②23491Pa，质量数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子.23490Th――→③23492U，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子．专题十六│要点热点探究►探究点三光电效应1．光电效应方程：hν＝12mv2m＋W，W＝hν0，ν0为极限频率，W为逸出功．2．遏止电压与最大初动能的关系：eU＝12mv2m.专题十六│要点热点探究例3[2011·广东卷](双选)光电效应实验中，下列表述正确的是()A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子专题十六│要点热点探究例3CD【解析】光电流的大小与入射光的强度有关，与光照时间无关，A错；入射光的频率必须大于极限频率才可能产生光电效应，小于这个频率的光，无论照射强度多么大、照射时间多么长，都不可能产生光电效应，更不可能有光电流，B错；光电流的大小只与到达阳极的光电子个数有关，A错．由hν＝12mv2m＋W和eU＝12mv2m知，CD正确．专题十六│要点热点探究[2011·上海卷]用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是()A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间专题十六│要点热点探究例3变式题1B【解析】入射光的频率必须大于某一极限频率才可能产生光电效应，小于这个频率的光，无论照射时间多么、照射强度多么大，都不可能产生光电效应，由于X射线的频率大于紫外线的频率，因此用X射线可能产生光电效应，故ACD错而B对．专题十六│要点热点探究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初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图6－16－1所示，由实验图象不能求出()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专题十六│要点热点探究例3变式题2D【解析】由光电效应方程hν＝Ek＋W可知，Ek－ν的斜率为普朗克常量，在ν轴上的截距为极限频率ν0，从而可求得极限波长，在Ek轴上截距的绝对值即为逸出功，但不能求出单位时间内逸出的光子数．