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A版2019版高考物理一轮复习考点考法第13章近代物理课件新人教版

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      第13章     近代物理

l 考点35 量子论初步 光电效应 波粒二象性

l 考点36 原子结构 能级

l 考点37 核反应 质能方程
考点35 量子论初步 光电效应 波
             粒二象性
Ø必备知识    全面把握
Ø核心方法    重点突破
    考法1 光电效应的理解
    考法2 光电效应方程的应用
    考法3 光的波粒二象性
Ø考法例析   成就能力
    题型1 光电效应的理解
    题型2 光电效应方程的应用
    题型3 波粒二象性
         必备知识 全面把握
u1.光电效应
ü (1)光电效应
在光的照射下物体发射电子的现象.它是光的粒子性的
  表现,是光量子说的实验基础.
ü (2)光电效应中的四条规律
①存在遏止电压和截止频率

使光电流减小到0的反向电压Uc为遏止电压,能使某种
  金属发生光电效应的最小频率称为截止频率.
②光电子的最大初动能只随入射频率的增大而增大,与
  入射光的强度无关.
③光电效应的产生几乎是瞬时的,一般不超过10-9 s.
④能发生光电效应时,饱和光电流与入射光的强度成正
  比.
ü (3)爱因斯坦光子说
在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份
  叫作一个光量子,光子的能量E跟光的频率ν成正比
  .即E=hν,用光量子说能成功地解释光电效应现象
  .
ü(4)爱因斯坦的光电效应方程

Ek=hν-W,其中Ek为光电子的最大初动能;hν
 为入射光子的能量;W为逸出功.
ü(5)逸出功
某种金属中不同电子脱离这种金属所需的功不一样
 ,使电子脱离某种金属所做功的最小值,叫作这
 种金属的逸出功.
u2.光的波粒二象性与物质波
ü(1)光是一种波,同时也是一种粒子,即光具有
 波粒二象性.
ü(2)光的波动性不是由光子之间的相互作用引起
 的.波动性是光子本身的一种属性.
ü(3)在微观世界中,光的波动性和粒子性是矛盾
 的统一体.既不可把光看成宏观概念中的波,也
 不可把光当成微观概念中的粒子;大量光子的行
 为显示波动性,少数光子的行为表现粒子性;光
 在传播过程中往往显示波动性,在与物质作用时
 往往显示粒子性;频率低的光波动性显著,频率
 高的光粒子性显著.

ü(4)物质波                             考点35
物理学把物质分为两大类,一类是质子、电子等,
 称为实物;另一类是电场、磁场等,统称场.光
 是传播着的电磁场,具有粒子性.德布罗意认为
 任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到
 行星、太阳都有一种波和它对应,波长λ= h/q 
 ,其中p是运动物体的动量,h是普朗克常量,数
 值为6.63×10-34 J·s.人们把这种波叫作物质
 波,也叫德布罗意波.
与光波一样,物质波也是概率波,电子束的衍射图
 样中的亮、暗条纹是由电子落点的概率大小所决
 定的.
         核心方法 重点突破
u考法1 光电效应的理解
 例1

[广东理综2014·18,6分](多选)在光电效应实验中
 ,用频率为ν的光照射光电管阴极,发生了光电
 效应,下列说法正确的是(  )
A.增大入射光的强度,光电流增大
B.减小入射光的强度,光电效应现象消失
C.改用频率小于ν的光照射,一定不发生光电效应
D.改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能
 变大
例1
【解析】
用频率为ν的光照射光电管阴极,发生光电效应,
改用频率较小的光照射时,有可能发生光电效应,

选项C错误;根据Ek=hν-W0可知,增大入射光频
率,光电子的最大初动能也增大,选项D正确;增
大入射光强度,单位时间内从金属中逸出的光电子
数增加,则光电流将增大,选项A正确;是否发生
光电效应取决于入射光频率,而与入射光强度无关
,选项B错误.


【答案】A、D
u考法2 光电效应方程的应用
 例2

[课标全国Ⅲ2017·19,6分](多选)在光电效应实

 验中,分别用频率为νa、νb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Ua和
 Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗
 克常量.下列说法正确的是(  )


A.若νa>νb,则一定有Uaνb,则一定有Eka>Ekb

C.若Uaνb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
例2
【解析】

由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,若

νa>νb,则Eka>Ekb,遏止电压用于反映最大初动能

的大小,Ue=Ek,则Ua>Ub,故选项A错误,选项B正

确;若Ua6.34 eV ,故选项D正确.


【答案】D
2.一群氢原子跃迁问题的计算
 例3

                                     -
已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.53×10
10
  m,基态的能量为E1=-13.6 eV.
(1)求电子在n=2的轨道上运动时所形成的等效电
流强度;

(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画出
一能级图并在图上用箭头表示这些氢原子能发出哪
几条光谱线;

(3)计算出这几条光谱线中最长的波长.
例3
【解析】


                                    第13章


【答案】(1)1.3×10-4 A (2)如图所示 
(3)6.58×10-7 m
    考点37 核反应 质能方程
Ø必备知识    全面把握
Ø核心方法    重点突破
    考法6   衰变规律和三种射线
    考法7   半衰期
    考法8   衰变次数的计算
    考法9   核反应方程及核能
Ø考法例析    成就能力
    题型6   基本概念的考查
    题型7   衰变及三种射线
    题型8   核反应方程
    题型9   核能与质能方程
    题型10 原子物理与学科内的综合
         必备知识 全面把握
u1.天然放射现象
ü(1)基本规律
较重的原子核(原子序数大于或等于84)普遍有放射
 性,原子序数小于84的元素,有的也具有放射性
 .元素这种自发地放出射线的现象叫作天然放射
 现象.天然放射现象说明原子核具有复杂结构.
ü(2)三种射线
u2.原子核的衰变
ü (1)原子核衰变
指原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的过程.包
  括α衰变和β衰变两种形式.


在发生α、β衰变的过程中,由于新核处于不稳定状态
  ,它要通过辐射光子而达到稳定的状态,因此γ射线
  总是伴随α、β衰变而产生.
ü (2)半衰期
指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,
  它是由原子核内部的特性决定的,与原子核所处的物
  理、化学状态无关.

用N0、m0分别表示衰变前的原子核数目和质量,N、m分
  别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量,τ为半衰
  期,t表示衰变过程所经历的时间,则:
ü(3)其他核反应
在核物理学中,原子核在其他粒子的轰击下产生新
 原子核的过程称为核反应.原子核的人工转变就
 是一种核反应,可以用核反应方程来表示.
①人工转变
a.概念:原子核在其他粒子的轰击下产生新原子
 核的过程.
b.三个重要核反应
  ②重核的裂变
  a.定义:使重核分裂成中等质量的原子核的核反
应,称为裂变.
  b.典型裂变
    235  1    141   92     1
   92 U+0 n→ 56 Ba+36 Kr+30 n
    235  1    139   95     1
   92 U+0 n→ 54 Xe+38 Sr+20 n
  c.链式反应:用中子轰击重核时,重核发生裂变
,释放出几个中子,引起其他的重核裂变,从而使
裂变不断地进行下去,这就是链式反应,原子弹就
是利用链式反应原理.
  d.链式反应的条件:铀块的体积大于临界体积.
  ③轻核的聚变
  a.定义:轻核结合成质量较大的核的过程叫轻核
的聚变.
  b.条件:使轻核之间的距离达到10-15 m的近距
离.聚变反应需要超高温,因此把聚变反应叫作热
核反应.
              2   3   4    1
  c.典型聚变:1     H+1 H→2 He+0 n.
u3.核力、结合能
ü(1)核力
核子间作用力为短程力.作用范围在1.5×10-15 m
 之内,只在相邻的核子间发生作用,与核子的电
 性无关.
ü(2)结合能
核子结合成原子核时放出的能量,或原子核分解成
 核子时吸收的能量,都叫原子核的结合能.原子
 核的结合能与其核子数之比,称为比结合能.比
 结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,
 原子核越稳定.
ü(3)质量亏损
凡是释放核能的核反应,反应后各原子核(新生核)
 及微观粒子的质量(即静止质量)之和变小,两者
 的差值就叫作质量亏损(凡吸收能量的核反应,
 其生成物质量之和大于反应物质量之和).
注意:质量数与质量是两个不同的概念.核反应中
 质量数、电荷数都守恒,但核反应中依然有质量
 亏损.
ü(4)质能方程的含义
物体的能量和质量之间存在着简单的正比关系E=
 mc2,物体的能量增大,质量也增大,能量减小
 ,质量也减小.
核子结合成原子核时出现质量亏损(Δm),其能量
 也要相应地减小,即ΔE=Δmc2.
根据1 u相当于931.5兆电子伏(MeV)能量,用核子
 结合成原子核时质量亏损的原子质量单位(u)乘
 931.5 MeV,即ΔE=Δm×931.5 MeV,可计算释
 放的核能.
                                    考点37
         核心方法 重点突破
u考法6 衰变规律和三种射线
 例1

[课标全国Ⅰ2014·35(1),6分](多选)关于天然放
 射性,下列说法正确的是(  )
A.所有元素都可能发生衰变
B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放
 射性
D. α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最
 强
E.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和
 γ三种射线
例1

【解析】
并不是所有元素都能发生衰变,A错误;放射性元
素的半衰期取决于原子核内部的结构,与外界温度
等无关,B正确;放射性元素的放射性来自于原子
核内部,与其他元素形成化合物并没有改变其原子
核内部结构,所以仍具有放射性,C正确;α、β
和γ三种射线中,γ射线能量最高,穿透能力最强
,D正确; 一个原子核在一次衰变中,要么是α衰
变,要么是β衰变,同时伴随着能量的释放,即γ
射线,E错误.
【答案】B、C、D
u考法7 半衰期
 例2

[山东理综2015·39(1),6分](多选)14C发生放射
 性衰变成为14N,半衰期约5 700年.已知植物存
 活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动
 结束后,14C的比例持续减少.现通过测量得知,
 某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品
 的二分之一.下列说法正确的是(  )
A.该古木的年代距今约5 700年
B.12C、13C、14C具有相同的中子数
C.14C衰变为14N的过程中放出β射线
D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
例2
【解析】


【答案】AC
u考法8 衰变次数的计算
 例3

                              239
[福建四校2016联考]天然放射性元素 94          Pu经过
 __________次α衰变和__________次β衰变,最
 后变成铅的同位素_________(填入铅的三种同位

     206    207    208
 素 82  Pb、 82 Pb、 82 Pb中的一种).
例3
【解析】
设发生α衰变和β衰变的次数分别为x、y,最后变
成铅的同位素的质量数为m,则239=4x+m,当x=
8时,m=207;由94-2x+y=82可得y=4.


                  207
【答案】8    4      82  Pb
u考法9 核反应方程及核能
 例4

[课标全国Ⅰ2017·17,6分]大科学工程“人造太
 阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电

                    2   2  3    1
 .氘核聚变反应方程是1        H+1 H→2 He+0 n.已知
  2                  3
 1 H的质量为2.013 6 u,2   He的质量为3.015 0 u
    1                              2
 ,0 n的质量为1.008 7 u,1 u=931 MeV/c   .氘
 核聚变反应中释放的核能约为(  )

A.3.7 MeV       B.3.3 MeV

C.2.7 MeV              D.0.93 MeV
例4
【解析】
反应过程中质量亏损了Δm=2×2.013 6 u-1.008 
7 u-3.015 0 u=0.003 5 u,反应过程中释放的
核能ΔE=0.003 5×931 MeV≈3.3 MeV,选项B正
确,A、C、D错误.


                                    考点37


【答案】B
         考法例析 成就能力
u题型6 基本概念的考查
  例1

[广东佛山2016联考](多选)在居室装修中经常用到
  的花岗岩、大理石等装饰材料,都不同程度地含
  有放射性元素,有些含有铀、钍的花岗岩会释放
  出α、β、γ射线,根据有关放射性知识可知,
  下列说法正确的是(  )
A.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,
  核内质量数减少2
B.放射性元素与别的元素形成化合物后仍具有放
  射性
C.β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
D.在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,电
  离能力最弱
E.升高放射性材料的温度,不能缩短其半衰期
例1
【解析】
发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,核内
质量数减少4,选项A错误;放射性元素的放射性与
所处的化学状态无关,故与别的元素形成化合物后
仍具有放射性,选项B正确;β射线是原子核内的
中子转化为质子时放出的电子形成的电子流,选项
C错误;在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强
,电离能力最弱,选项D正确;外部因素不影响放
射性材料的半衰期,故升高放射性材料的温度,不
能缩短其半衰期,选项E正确.


【答案】BDE
u题型7 衰变及三种射线
 例2

[福建理综2014·30(1),6分]如图,放射性元素镭
 衰变过程中释放出α、β、γ三种射线,分别进
 入匀强电场和匀强磁场中,下列说法正确的是
 ______.(填选项前的字母)


A.①表示γ射线,③表示α射线
B.②表示β射线,③表示α射线
C.④表示α射线,⑤表示γ射线
D.⑤表示β射线,⑥表示α射线
例2
【解析】
因为γ射线不带电,所以电场和磁场对其都没有力
的作用,②⑤表示γ射线;β射线为电子流,带负
电,受到电场力向左,受到洛伦兹力向右,①⑥代
表β射线;α射线是高速氦核流,带正电,受到的
电场力向右,受到的洛伦兹力向左,③④代表α射
线,C项正确.


【答案】C
u题型8 核反应方程
 例3

[课标全国Ⅱ2016·35(1),5分]在下列描述核过程
 的方程中,属于α衰变的是________,属于β衰
 变的是________,属于裂变的是________,属于
 聚变的是________.(填正确答案标号)
   14   14     0
A. 6 C→ 7 N+-1  e       
    32    32     0
B.15 P→16  S+-1   e
   238    234   4
C. 92 U→ 90 Th+2 He  
   14   4    17   1
D. 7 N+2 He→ 8 O+1 H
   235   1    140    94     1
E. 92 U+0 n→ 54 Xe+38 Sr+20 n  
   3    2   4     1
F.1 H+1 H→2  He+0 n
例3
【解析】
(1)A、B是β衰变; C是α衰变;D是人工转变; E
是裂变;F是聚变.


【答案】C AB E F
u题型9 核能与质能方程
 例4

[江苏物理2015·12C(2)(3)](2)核电站利用原子核
                                235
 链式反应放出的巨大能量进行发电, 92              U是常
              235
 用的核燃料. 92      U受一个中子轰击后裂变成 
   144   89
 56 Ba和36 Kr两部分,并产生________个中子.
 要使链式反应发生,裂变物质的体积要
 ________(填“大于”或“小于”)它的临界体积
 .
                          -27
(3)取质子的质量mp=1.672 6×10        kg,中子的
                  -27
 质量mn=1.674 9×10     kg,α粒子的质量mα
 =6.646 7×10-27 kg,光速c=3×108 m/s,请
 计算α粒子的结合能.(计算结果保留两位有效
 数字)
例4
【解析】

       235  1      144    89    1
(2)由 92 U+0 n―→ 56   Ba+36 Kr+30 n可知会
产生3个中子,要使裂变持续进行(链式反应),裂
变物质的体积需大于它的临界体积.

(3)组成α粒子的核子与α粒子的质量差为Δm=

(2mp+2mn)-mα.
结合能ΔE=Δmc2,代入数据得ΔE=4.3×10-12 
J.


【答案】(2)3 大于 (3)4.3×10-12 J
u题型10 原子物理与学科内的综合
 例5


静止的放射性原子核A,在匀强磁场中发生衰变,
 放射出的粒子方向与磁场方向垂直,拍得了如图
 所示的两个相切的圆形径迹的照片.问:
(1)A核发生了哪种衰变?
(2)Ⅰ、Ⅱ圆所代表的分别是何种核或粒子的径迹
 ?
例5
【解析】
(1)若为α衰变,因α粒子带正电,与反冲核具有同种
电性,据左手定则可判断出,α粒子与新核的径迹为一
对外切圆.若为β衰变,因β粒子带负电,与反冲核具
有不同的电性,据左手定则可判断出,β粒子与新核的
径迹应为一对内切圆,如图所示,因此,A核发生了α
衰变.
(2)因为新核和α粒子在磁场中只受洛伦兹力,它们分
别做半径不同的匀速圆周运动.由洛伦兹力公式、牛顿
第二定律可得R=    .衰变过程中系统动量守恒,新核
和α粒子的动量大小相等.所以α粒子和新核在同一匀
强磁场中做圆周运动的半径与带电荷量成反比,即R∝  

.因为qα<q反,所以Rα>R反,即α粒子的半径较大,所
以图中Ⅰ为α粒子的径迹,Ⅱ为新核的径迹.


【答案】(1)α衰变 (2)Ⅰ为α粒子的径迹,Ⅱ为
新核的径迹
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