江苏省2020版高考物理二轮复习 专题六 选修3-5课件

专题六选修3-5一、能级跃迁1.解决氢原子能级跃迁问题的技巧(1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。(2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值。(3)一群原子和一个原子不同。一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1);一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N= = (还可以利用能级图求解)。2Cn(-1)2nn2.受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量(1)光照(吸收光子):光子的能量必恰等于两能级之间的能量差,hν=ΔE。(2)碰撞、加热等:只要入射粒子能量大于或等于两能级之间的能量差即可,E外≥ΔE。(3)大于电离能的光子可被吸收将原子电离。例1(2019江苏苏、锡、常、镇四市二调)(1)在氢原子光谱中,赖曼线系是氢原子从较高能级(n=2、3、4…)跃迁到基态时辐射的光谱线系。类似的,有巴耳末系、帕邢系、布喇开系等线系,如图所示。下列说法正确的是。 A.该图说明氢原子光谱是分立的B.赖曼线系中从n=2跃迁到基态放出的光子频率最大C.巴耳末系中从n=∞跃迁到n=2放出的光子波长最大D.若巴耳末系的某种光能使一金属发生光电效应,则赖曼系的都能使该金属发生光电效应(2)原子物理中,质子数和中子数互换的原子核称为镜像核 Li的镜像核是(镜像核的元素符号可以用X表示) Li的比结合能是。(设 Li质量为mLi,中子质量为mn,质子质量为mp,真空中光速为c)73。73,73 (3)如图所示,光滑水平桌面上,质量为m的小球甲以速度v与质量为2m的静止小球乙发生对心正碰,碰后甲以速率 反弹,碰撞时间为t,不计空气阻力。 ①求碰撞过程中甲、乙的平均作用力大小。②通过计算判断该碰撞是否为弹性碰撞。3v答案(1)AD(2 X(或 Be) (4mn+3mp-mLi)c2(3)① ②是弹性碰撞74)74 1743mvt解析(1)从题中氢原子光谱图可知,氢原子光谱是分立的,故A正确;赖曼线系中从n=∞跃迁到基态放出的光子频率最大,故B错误;巴耳末线系中从n=∞跃迁到n=2放出的光子频率最大,波长最短,故C错误;从题中氢原子光谱图可知,赖曼系放出的任一光子频率均大于巴耳末系放出的光子频率,因此若巴耳末系的某种光能使一金属发生光电效应,则赖曼系的都能使该金属发生光电效应,故D正确。(2)核 Li中有3个质子,4个中子,根据镜像核的特点,质子数和中子数互换,但质量数不变,故镜像核是 X(或 Be)。根据E=Δmc2,可知 Li的比结合能为 (4mn+3mp-mLi)c2。73 74 74 73 17(3)①以向右为正方向,对甲由动量定理有 t=m· -mv可得 =- 故两球间平均作用力大小为 ②设碰后乙球速度为v1,碰撞过程动量守恒mv=m· +2mv1解得v1= vF-3vF43mvt43mvt-3v23碰前系统动能E1= mv2,碰后系统动能E2= ·m· + ×2m· = mv2=E1说明该碰撞为弹性碰撞121223v12223v12二、核反应方程、光电效应1.原子核 2.书写核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。3.半衰期公式:N余=N原 ,m余=m原 。半衰期是一个统计规律,半衰期由原子核内部的因素决定,只与元素的种类有关,跟元素所处的物理或化学状态无关。4.黑体辐射规律:辐射强度与温度有关,与波长有关。12tτ12tτ (1)随温度升高,辐射强度的峰值向波长较短的方向移动。(2)温度一定时,辐射强度随波长增大而先增大后减小。(3)对应同一波长,温度越高辐射强度越大。5.光电效应(1)分析光电效应的两条线索     极限频率νc→横轴截距;逸出功W0→纵轴截距的绝对值;普朗克常量h→图线的斜率遏止电压Uc→图线与横轴的交点;饱和光电流Im→电流的最大值;最大初动能→Ek=eUc遏止电压Uc1、Uc2→图线与横轴的交点;饱和光电流;最大初动能→Ek1=eUc1,Ek2=eUc2截止频率νc→图线与横轴的交点;遏止电压Uc→随入射光频率的增大而增大;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(2)光电效应四类图像例2(2019江苏盐城三模)(1)下列说法正确的是。A.氘和氚聚变反应中产生的氦核具有放射性B.核反应堆中的石墨是将快中子减速为慢中子C.核反应堆中的镉是调节中子数目控制反应速度D.裂变反应后的平均结合能比反应前的平均结合能小(2)在光电效应实验中,某金属的截止频率相应的波长为λ0,该金属的逸出功为。若用波长为λ(λλ0)的单色光做实验,则其截止电压为(已知电子的电荷量e,真空中的光速c和普朗克常量h)。(3)如图所示,质量为m的木块位于动摩擦因数为μ的水平面上,木块与墙之间用轻弹簧连接,开始时木块静止在A位置。开始木块以大小为v1的速度水平向左运动,经过时间t1木块第一次到达最左端,再经过时间t2第一次回到A时的速度大小为v2,整个过程弹簧在弹性限度内。取水平向左为正方向,重力加速度为g。求: ①木块在时间t1过程中动量的变化量;②木块在整个过程中所受弹力的冲量。答案(1)BC(2)h hc (3)①-mv1②μmg(t1-t2)-m(v2+v1)0cλ00-λλeλλ解析(1)氘和氚聚变反应中产生的氦核不具有放射性,故A错误;核反应堆中的石墨是将快中子减速为慢中子,故B正确;核反应堆可通过控制镉棒插入核反应堆的深度来调节中子数目从而控制链式反应的速度,故C正确;平均结合能越大的核子越稳定,故裂变反应后的平均结合能比反应前的平均结合能大,故D错误。(2)金属的逸出功W0=hν=h ;根据光电效应方程Ek=hν-W0,eUc=Ek,解得Uc=hc 。(3)①动量的变化量Δp=0-mv1=-mv10cλ00-λλeλλ②根据动量定理I=Δp,有I弹-μmgt1+μmgt2=-mv2-mv1解得I弹=μmg(t1-t2)-m(v2+v1)三、波粒二象性、核能1.物质波(德布罗意波):任何一个运动着的物体都有一种波与它对应,该波的波长λ= 。2.光的干涉、衍射、偏振现象表现出光的波动性。黑体辐射、光电效应、康普顿效应表现出光的粒子性。光的波长越长,频率越小,波动性越显著;光的波长越短,频率越大,粒子性越显著。少量光子产生的效果往往显示粒子性,大量光子产生的效果往往显示波动性。hp3.核能的计算(1)ΔE=Δmc2,其中Δm为核反应方程中的质量亏损;(2)ΔE=Δm×931.5MeV,其中质量亏损Δm以原子质量单位u为单位。例3(2017江苏单科,12C,12分)(1)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线,下列判断正确的有。 A He核的结合能约为14MeVB He核比 Li核更稳定42.42.63 C.两个 H核结合成 He核时释放能量D U核中核子的平均结合能比 Kr核中的大(2)质子 H)和α粒子 He)被加速到相同动能时,质子的动量(选填“大于”“小于”或“等于”)α粒子的动量,质子和α粒子的德布罗意波波长之比为。(3)甲、乙两运动员在做花样滑冰表演,沿同一直线相向运动,速度大小都是1m/s。甲、乙相遇时用力推对方,此后都沿各自原方向的反方向运动,速度大小分别为1m/s和2m/s。求甲、乙两运动员的质量之比。21 42 23592.8936 11(42(答案(1)BC(2)小于2∶1(3)见解析解析(1)由题中图像可知 He的比结合能约为7MeV,其结合能约为28MeV,故A错误。比结合能较大的核较稳定,故B正确。比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量,故C正确。比结合能就是平均结合能,故由题图可知D错误。(2)由动量与动能的关系p= 可知,Ek相同时,质量小的动量也较小,故质子的动量小于α粒子的动量。德布罗意波长λ= ,而p∝ ,故λ∝ ,则λH∶λα= ∶ =2∶1。(3)由动量守恒定律有m1v1-m2v2=m2v2'-m1v1'42,k2mEhpm1mαmHm解得 = 12mm32四、动量定理动量守恒定律及应用1.动量定理 2.动量守恒定律及应用(1)动量守恒定律①条件:系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零。②表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。(2)碰撞弹性碰撞的规律:两物体发生弹性碰撞时应满足动量守恒定律和能量守恒定律。非弹性碰撞的规律:两物体发生非弹性碰撞时动量守恒,但是动能不守恒。(3)可熟记一些公式,例如“一动一静”模型中,两物体发生弹性正碰后的速度满足:v1= v0、v2= v0。能熟记弹性正碰的一些结论更好,例如,当1212-mmmm1122mmm两球质量相等时,两球碰撞后交换速度。当m1≫m2,且v20=0时,碰后质量大的速率不变,质量小的速率为2v;当m1≪m2,且v20=0时,碰后质量小的球原速率反弹。例4(2018江苏单科,12C,12分)(1)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T,则相同质量的A和B经过2T后,剩有的A和B质量之比为。A.1∶4B.1∶2C.2∶1D.4∶1(2)光电效应实验中,用波长为λ0的单色光A照射某金属板时,刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为 的单色光B照射该金属板时,光电子的最大初动能为,A、B两种光子的动量之比为。(已知普朗克常量为h、光速为c)02λ(3)如图所示,悬挂于竖直弹簧下端的小球质量为m,运动速度的大小为v,方向向下。经过时间t,小球的速度大小为v,方向变为向上。忽略空气阻力,重力加速度为g,求该运动过程中,小球所受弹簧弹力冲量的大小。 答案(1)B(2) 1∶2(3)2mv+mgt0hcλ解析(1)根据半衰期公式m=m0 ,经过2T,A剩有的质量为mA=m0 ,B剩有的质量为mB=m0 ,故mA∶mB=1∶2,选项B正确。(2)由爱因斯坦光电效应方程可知EkA=h -W0=0得W0=h EkB=h -h = 12tτ2121120cλ0cλ02cλ0cλ0hcλA种光子的动量pA= B种光子的动量pB= = 得pA∶pB=1∶2(3)取向上为正方向,根据动量定理有mv-(-mv)=I,且I=( -mg)t,解得IF= t=2mv+mgt。0hλ02hλ02hλFF