考前必备 18、近代物理初步-【步步高】2024年新高考物理考前三个月（苏京）

十八、近代物理初步 1．波粒二象性 (1)黑体辐射的实验规律　能量子 ①黑体辐射的实验规律 随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 ②能量子 不可再分的最小能量ε＝hν h＝6.63×10－34 J·s称为普朗克常量。 (2)光电效应 ①光电效应的规律 a．每种金属都有一个截止频率，入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。 b．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 c．只要入射光的频率大于等于金属的截止频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的，与光的强度无关。 d．当入射光的频率大于等于金属的截止频率时，饱和电流与入射光的强度成正比。 ②分析光电效应的两条线索 a．光的频率——光子能量——光电子最大初动能——遏止电压； b．光照强度——光子数量——光电子数量——饱和电流。 ③光电效应的三个公式 a．爱因斯坦光电效应的方程：Ek＝hν－W0； b．最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc； c．逸出功W0与截止频率νc的关系：W0＝hνc＝。 ④光电效应的四类图像 图像名称 图线形状 由图线得到的物理量 光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像 ①截止频率：图线与ν轴交点的横坐标νc。 ②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值E。 ③普朗克常量h：图线的斜率k。 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图像 ①遏止电压Uc。 ②饱和电流Im1、Im2：光电流的最大值。 ③最大初动能：Ek＝eUc。 强度相同、颜色不同的光，光电流与电压的关系图像 ①遏止电压Uc1、Uc2。 ②饱和电流Im1、Im2：光电流的最大值。 ③最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2。 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像 ①截止频率νc。 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大。 ③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。 (3)光具有波粒二象性 ①光的干涉和衍射说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。 ②光子能量和动量：光子能量ε＝hν，光子动量：p＝。 (4)粒子的波动性 ①物质波 1924年德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间遵从ε＝hν，p＝，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波。 ②德布罗意提出物质波的观念被实验证实，表明电子、质子、原子等粒子不但具有粒子的性质，而且具有波动的性质。 2．原子结构 物理学史 (1)光谱 ①光谱分类 ②氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线系，其波长公式＝R∞(－)(n＝3,4,5，…，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1)。 (2)玻尔理论 ①能级和半径公式： a．氢原子的能级公式：En＝(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6 eV。 b．氢原子核外电子的轨道半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，r1＝0.53×10－10 m。 ②能级跃迁 a．从低能级(n)高能级(m)→吸收能量，hν＝Em－En。 b．从高能级(m)低能级(n)→放出能量，hν＝Em－En。 ③电离 a．电离态：n＝∞，E＝0。 b．基态→电离态：E吸>0－(－13.6 eV)＝13.6 eV。 c．激发态→电离态：E吸>0－En＝|En| 若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。 ④谱线条数的确定方法 a．一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)。 b．一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N＝C＝。 3．原子核 (1)三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 穿透能力 α射线 氦核 He 2e 4 u 最强 较差 β射线 电子 e －e u 较弱 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强 (2)放射性元素的衰变、半衰期 ①原子核的衰变 α衰变：X→Y＋He，例：U→Th＋He β衰变：X→Y＋e，例：Th→Pa＋e ②半衰期 a．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 b．影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 c．公式：N＝，m余＝。 ③确定衰变次数的方法 X经过n次α衰变和m次β衰变，变成新元素Y，X→Y＋nHe＋me。 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 (3)核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋n (查德威克发现中子) Al＋He→P＋n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 除氢弹外无法控制 H＋H→He＋n (4)核能 ①结合能和比结合能 a．结合能：将原子核完全分裂成单个核子所需要吸收的能量。组成原子的核子数越多，结合能越大。 b．比结合能(平均结合能)：比结合能越大，原子核越稳定。(如图，铁核附近最稳定) ②核能的计算方法： →→ a．根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。 b．根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算。因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。 ③重核裂变 a．典型的裂变反应方程：U＋n→Ba＋Kr＋3n。 b．链式反应：由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程。 c．临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。 ④轻核聚变 典型的聚变反应方程：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 学科网（北京）股份有限公司 $$