（通用版）2020高考物理二轮复习 专题五 近代物理 第11课时 波粒二象性 原子与原子核课件

第11课时波粒二象性原子与原子核专题五近代物理复习备考建议分析近2年的高考试题，光电效应、氢原子能级跃迁、核反应方程与核能的计算等是高考重点.一般以选择题为主，难度不大，考查对基础知识的掌握为主.栏目索引考点1光电效应波粒二象性考点2氢原子模型与原子结构考点3核反应与核能1.光电效应方程(1)光子：频率为ν的光的能量子为___.(2)方程表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝_______.2.光的波粒二象性(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出_____性.(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长___(频率___)的光粒子性强.3.三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0(2)最大初动能与遏止电压：Ek＝eUc(3)逸出功与极限频率：W0＝hνc考点1光电效应波粒二象性hνhν－W0粒子短高4.两个图象(1)光电流与电压的关系，如图1所示图1①Im为饱和电流，由光照强度决定.②Uc为遏止电压，对应光电子的最大初动能，由光的频率决定.(2)用图象表示光电效应方程，如图2所示图2①极限频率：图线与ν轴的交点的横坐标νc②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0③普朗克常量：图线的斜率k＝h.5.两条线索(1)光强大→光子数目多→发射光电子数多→光电流大(2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大例1(多选)(2019·浙江嘉丽3月联考)某同学用某一金属为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图3甲所示.测得该金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.则图3A.图甲中电极A为光电管的阳极B.探究遏止电压Uc与入射光频率ν关系时，电源的左侧是正极C.该金属的截止频率νc为5.15×1014HzD.该金属的逸出功为3.41×10－19eV√√解析电子从金属板上射出后被电场加速，知A板为阳极，故选项A正确；探究遏止电压Uc与入射光频率ν关系时，应让电子减速，直至光电流为零，故电源左侧是负极，选项B错误；由Ek＝hν－W0和eUc＝Ek知，当Uc＝0时，hνc＝W0.据题图乙知截止频率νc＝5.15×1014Hz，故选项C正确；W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J，故D错误.变式训练1.(2019·福建福州市期末质量检测)研究光电效应现象的实验装置示意图如图4(a)所示，用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K时，测得相应的遏止电压分别为U1和U2，产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图(b)所示.已知电子的质量为m，电荷量为－e，黄光和蓝光的频率分别为ν1和ν2，且ν1ν2.则下列判断正确的是图4A.U1U2B.图(b)中的乙线是对应黄光照射C.根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率D.用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eU2√2.(2019·浙江宁波市“十校联考”)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实.光电效应实验装置示意图如图5.用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应.换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W0为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)图5A.U＝hνe－W0eB.U＝2hνe－W0eC.U＝2hν－W0D.U＝5hν2e－W0e√解析发生光电效应时有Ek＝nhν－W0(n＝2,3,4…)，在K、A间逐渐增大U，当光电流为零时，由－eU＝0－Ek得U＝nhνe－W0e(n＝2,3,4…)，故B项正确.例2(2019·河南九师联盟质检)关于光电效应，下列说法正确的是A.在光电效应实验中，用不同频率的光照射相同的金属表面，这种金属的逸出功不同B.若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时一定能发生光电效应C.用同一种频率的单色光照射不同的金属(都有光电效应发生)，光电子的最大初动能与金属的逸出功成线性关系D.只要增加光照时间和光照强度照射金属表面，该金属一定能发生光电效应√解析在光电效应实验中，金属的逸出功是由金属本身决定的物理量，与入射光的频率无关，选项A错误；黄光的频率小于紫光，则若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时不一定能发生光电效应，选项B错误；根据Ek＝hν－W0可知，用同一种频率的单色光照射不同的金属(都有光电效应发生)，光电子的最大初动能与金属的逸出功成线性关系，选项C正确；能否发生光电效应，由入射光的频率决定，与光照时间和光照强度无关，选项D错误.3.(2019·四川综合能力提升卷)用一种红光照射某种金属，发生了光电效应.现改用紫光照射该金属，下列说法正确的是A.若紫光强度较小，可能不会产生光电子B.用红光照射时，该金属的逸出功小，用紫光照射时该金属的逸出功大C.用紫光照射时，光电子的最大初动能更大D.两种光比较，用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小变式训练√解析因为紫光的频率大于红光的频率，红光照射某种金属，发生了光电效应，则紫光一定发生光电效应，选项A错误；某种金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B错误；照射在都能产生光电效应的同一种金属上，紫光的光子能量较大，则用紫光照射时，光电子的最大初动能更大，选项C正确；两种光比较，用红光照射产生的光电子的最大初动能比用紫光照射产生的光电子的最大初动能小，但用红光照射产生的光电子的动能不一定都比用紫光照射产生的光电子的动能小，选项D错误.1.玻尔理论的基本内容(1)能级假设：氢原子En＝____(n为量子数).(2)跃迁假设：吸收或释放的能量hν＝_______(mn).(3)轨道假设：氢原子rn＝n2r1(n为量子数).考点2氢原子模型与原子结构E1n2Em－En2.两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子.光子的频率.(2)受激跃迁：低能级→高能级，_____能量.①光照(吸收光子)：光子的能量必须_________能级差ΔE.②碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.③大于电离能的光子被吸收，原子被电离.ν＝ΔEh＝E高－E低h吸收恰好等于3.四点技巧(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的绝对值.(3)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射光子的种类.(4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级的能量值均为负值.N＝C2n＝nn－12例3(2019·河南濮阳市5月模拟)He－Ne激光器产生的波长为6.33×10－7m的谱线是Ne原子从激发态能级(用E1表示)向能量较低的激发态能级(用E2表示)跃迁时发生的；波长为3.39×10－6m的谱线是Ne原子从能级E1向能量较低的激发态能级(用E3表示)跃迁时发生的.已知普朗克常量h与光速c的乘积hc＝1.24×10－6m·eV.由此可知Ne的激发态能级E3与E2的能量差为(结果保留两位有效数字)A.1.6eVB.2.6eVC.3.6eVD.4.0eV√变式训练4.(2019·四川宜宾市第二次诊断)玻尔首先提出能级跃迁.如图6所示为氢原子的能级图，现有大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁.下列说法正确的是A.这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光B.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级产生的光频率最大C.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级产生的光波长最长D.这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2eV√图65.(2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图7所示.光子能量在1.63eV～3.10eV的光为可见光.要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.51eV图7解析因为可见光光子的能量范围是1.63eV～3.10eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，故选项A正确.√1.核反应的四种类型考点3核反应与核能类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发β衰变人工转变人工控制(_______发现质子)(查德威克发现中子)约里奥—居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子23892U→23490Th＋____23490Th→23491Pa＋____42He＋94Be→126C＋10n2713Al＋42He→3015P＋10n3015P→3014Si＋0+1e42He0－1e卢瑟福147N＋42He→178O＋11H重核裂变比较容易进行人工控制轻核聚变很难控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋__10n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n321H＋31H→42He＋10n2.原子核的衰变(1)衰变的实质：α衰变为，即放出α射线；β衰变为，即放出β射线，在α衰变或β衰变过程中放出γ射线.(2)衰变的快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是_____规律，对个别、少数原子无意义.3.核反应方程解答技巧211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e(1)熟记常见基本粒子的符号——是正确书写核反应方程的基础.如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子(0+1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等.(2)掌握核反应方程遵守的规律——是正确书写核反应方程或判断核反应方程是否正确的依据，所以要理解并会应用质量数守恒和电荷数守恒.(3)明白核反应过程是不可逆的——核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接.统计4.核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算时，Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”.(2)根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算时，Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”.(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数.解析该反应放出α粒子，属于α衰变，选项A错误；例4(2019·安徽A10联盟开年考)关于核反应方程23892U→X90Th＋42He，其中X为Th原子核的质量数，则下列说法正确的是A.该反应属于β衰变B.X90Th中含有148个中子C.23892U的平均结合能比X90Th大D.该反应新生成的粒子X90Th具有放射性√根据电荷数守恒可知X＝238－4＝234，则中含有234－90＝144个中子，选项B错误；X90Th核电荷数越小的平均结合能越大，则23892U的平均结合能比X90Th小，选项C错误；该反应新生成的粒子X90Th原子序数大于83，具有放射性，选项D正确.变式训练7.(2019·天津市和平区上学期期末)天然放射现象的发现，证明了原子核具有复杂的结构.关于原子核，下列说法正确的是A.β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流B.某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少4个C.增大压强不能改变原子核衰变的半衰期D.α射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤√解析β射线是原子核内的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子形成的，故A错误；α衰变是原子核自发放射α粒子的核衰变过程.α粒子是核电荷数为2、质量数为4的氦核.质子数等于核电荷数2，所以“核内质子数减少4个”是错误的，则B错误；原子核的半衰期有其自身决定，与原子所处的物理、化学状态和外部条件无关，故改变压强不能改变半衰期，C正确；γ射线的贯穿作用很强，可用来进行金