专题07 近代物理（考点清单）-2024-2025学年高二物理下学期期末考点大串讲（上海沪科版）

专题07 近代物理 考点清单（解析版） 【思维导图】 1 【知识点讲解】 2 知识点1：黑体辐射与能量子 2 知识点2：光电效应 4 知识点3：原子结构 8 知识点4：原子核 12 知识点5：近代物理相关实验小结 17 知识点1：黑体辐射与能量子 1. 热辐射 1）定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． 2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同． 2. 黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体． 3. 黑体辐射规律: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 4. 能量子：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值叫做能量子． 5. 能量子大小：，其中是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，称为普朗克常量． (一般取)． 【典例分析】 【例1】．（23-24高二下·上海长宁·期末）每种原子都有特定的原子光谱，当高压电通过氦气时，其电子会跃迁到高能级后再跃迁回原来的能级并发出独特的橙红色光芒。利用此原理制作的氦灯广泛应用于广告灯箱、舞台背景灯、激光光源等，其发光波长为706.5nm和587.6nm。现有一氦灯发光功率为3W，两种波长的光能量各占总发光能量的一半，则距离该灯20m距离处每平方米每秒通过的光子数为多少? 【答案】 【详解】波长为706.5nm的光的频率为 光子的能量为 设每秒光子个数为，则 解得 波长为587.6nm的光的频率为 光子的能量为 设每秒光子个数为，则 解得 则氦灯发光每秒内发出的光子总数n为 光子在距离该灯20m的球面均匀分布，则距离该灯20m距离处每平方米每秒通过的光子数为，其中 解得 6. 发光功率与单个光子能量的关系：发光功率，其中n为单位时间发出的光子数目，为单个光子的能量． 【典例分析】 【例2】．（23-24高二下·上海浦东新·期末）“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星的半径为r，离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，则下列说法不正确的是（    ） A．每个光子的动量 B．每个光子的能量 C．太阳辐射硬X射线的总功率 D．卫星每秒接收到个该种光子 【答案】D 【详解】A．每个光子的动量，故A正确，与题意不符； B．每个光子的能量，故B正确，与题意不符； C．太阳辐射硬X射线的总功率，太阳t时间辐射硬X射线的总能量为，联立，解得，故C正确，与题意不符； D．卫星每秒接收到该种光子的个数为故D错误，与题意相符。 故选D。 知识点2：光电效应 1.光电效应现象：在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。） 2.光电效应的产生条件：入射光的频率大于或等于金属的截止频率． 3.光电效应的规律。 1）每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应． 2）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． 3）光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过. 4）当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比． 4. 爱因斯坦光电效应方程 1）爱因斯坦的光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率成正比： 2）光电效应方程 ①表达式：或. ②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能． 3）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值． 4）最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值． 【提分点拨】光电效应的研究思路 1）通过频率分析：光子频率越高，光子得能量越大，产生光电子得最大出动能越大 2）通过光的强度分析：入射光强度越大，单位时间照到金属表面的光子数目越多，单位时间产生的光电子越多，光电流越大 5. 光电效应图象 1）最大初动能与入射光频率的关系图线 ①截止频率(极限频率) ：图线与ν轴交点的横坐标 ②逸出功：图线与轴交点的纵坐标的绝对值 ③普朗克常量：图线的斜率 2）遏止电压与入射光频率的关系图线 ①截止频率：图线与横轴的交点的横坐标 ②遏止电压：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即 (注：此时两极之间接反向电压) 3）颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①遏止电压：图线与横轴的交点的横坐标的绝对值 ②饱和电流：电流的最大值 ③最大初动能： 【典例分析】 【例3】（23-24高二下·上海长宁·期末）图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极K金属的逸出功为2.7eV。用氢原子发出的四种频率的可见光照射K，有 种光能产生光电效应。当图甲中电压表示数为0.2V时，到达A极的光电子的最大动能为 eV。多次实验后得到电流表示数I与电压表示数U之间的关系如图乙所示，则三条线中光子频率最大的是 号线。 【答案】2 0.52 ② [1]氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁释放光子能量分别为 其中的光子有2种； [2]频率最大的光子能量是，根据爱因斯坦光电效应方程，从阴极K逸出的光电子的最大动能为，由甲图可知，所加电压为正向电压，则根据动能定理，解得，[3]当所加电压为反向电压时，根据，由图乙可知，②曲线表示的光遏止电压最大，所以能量最大，即频率最大。 6. 光的波粒二象性 1）干涉、衍射和偏振表明光是一种波； 2）光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子； 3）现代物理学认为：光具有波粒二象性。 7. 物质波 1）概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． 2）物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长，p为运动物体的动量，h为普朗克常量． 知识点3：原子结构 1. 原子的核式结构 1）电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子． 2）α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来． 3）原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m。 2. 光谱【典例分析】 【例4】．（23-24高二下·上海·期末）卢瑟福与汤姆孙的原子模型的主要区别是（　　） ①原子的组成成分不同 ②原子的质量分布不同 ③原子的电荷成分不同 ④原子内电子的运动状况不同 A．①② B．①③ C．②③ D．②④ 【答案】D 【详解】汤姆孙原子模型认为原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像蛋糕里的葡萄干那样镶嵌在原子里面。而卢瑟福的原子模型认为在原子的中心有一个很小的核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在这个核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。即原子的质量分布和原子内电子的运动状况不同。 故选D。 1）光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． 2）光谱分类： ①线状谱是一条条的亮线． ②连续谱是连在一起的光带． 3. 氢原子光谱的实验规律： 1）巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R∞(n＝3,4,5，…)，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式． 2）氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式． 4. 玻尔理论 1）定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射． 2）跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m>n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即.(h是普朗克常量，) 3）轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的． 5. 氢原子的能量和能级跃迁 1）能级和半径公式： ①能级公式： (n＝1,2,3，…)，其中为基态能量，其数值为. ②半径公式： (n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为. 2）氢原子的能级图，如图所示 【提分点拨】 1）两类能级跃迁 ①自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子．光子的频率. ②受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．吸收光子的能量必须恰好等于能级差. 2）一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为n-1，而一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数可用N==求解。 3）电离 ①电离态：n＝∞，E＝0. ②电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量． ③吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能． 【典例分析】 【例5】（23-24高二下·上海长宁·期末）情境：氢原子光谱的巴尔末谱线 1885年，瑞士科学家巴尔末对当时已知的氢原子在可见光区的4条谱线（记作、、和）作了分析，发现这些谱线的波长满足一个简单的公式，称为巴尔末公式。这4条特征谱线是玻尔理论的实验基础。如图所示，这4条特征谱线分别对应氢原子从、4、5、6能级向n=2能级的跃迁。 8．下面4幅光谱图对应于氢原子在可见光区域的4条谱线，其中合理的是（选项图中标尺的刻度均匀分布，刻度尺从左至右增大）（　　） A． B． C． D． 9．巴尔末公式可以表述为，其中R叫做里德伯常量，请根据玻尔原子模型求出里德伯常量R。（普朗克常量，答案保留两位有效数字） 【答案】8．D 9． 10． 2 0.52 ② 【解析】8．光谱图中谱线位置表示相应光子的波长。氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁时，发射的光子能量增大，所以光子频率增大，光子波长减小，在标尺上、、和谱线应从右向左排列。由于氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁释放光子能量的差值越来越小，所以，从右向左4条谱线排列越来越紧密。 故选D。 9．设氢原子由n能级向2能级跃迁，，则释放光子的能量，又，则，由，得，解得里德伯常量，其中，代入数据，解得 知识点4：原子核 1. 原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数． 2. 天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． 3. 各种放射线的性质比较 种类 α射线 β射线 γ射线 本质 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波) 电荷（e） 2e -e 0 质量（u） 4mp,mp≈1.67×10-27 kg 静止质量为零 速度（c） 0.1c 0.99c c(光速) 电磁场中 偏转 与α射线偏转方向相反 不偏转 贯穿性 最弱,用纸能挡住 较强,能穿透几毫米厚的铝板 最强,能穿透几厘米厚的铅板 电离性 很强 较弱 很弱 4. 原子核的衰变 1）衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． 2）α衰变与β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变过程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 匀强磁场中轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 3）γ射线:γ射线经常伴随着α衰变或β衰变产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子． 【提分点拨】确定衰变次数的方法：因为β衰变对质量数无影响,所以先由质量数的改变确定α衰变的次数,然后再根据衰变规律确定β衰变的次数. 5. 核反应 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 自发 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 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n 【提分点拨】核反应方程式的书写 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(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等． 2）掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒． 3）由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向． 6.半衰期： 1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。 2）公式：，，.式中m表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数。以上各式左边的量都表示时间t后的剩余量。 3）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，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关． 7. 放射性同位素的应用及防护 1）利用其射线：α射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。γ射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。 2）作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。 3）进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。 一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）。 4）防护：防止放射性对人体组织的伤害 8.质量亏损及核能 1）核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力． 2）核能：核反应中放出的能叫核能。 3）质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。 4）质能方程：爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：，这就是爱因斯坦的质能方程。 质能方程的另一个表达形式是：。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。 在有关核能的计算中，一定要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制。 【提分点拨】核能的计算方法 1）根据计算时, 的单位是“kg”,c的单位是“m/s”, 的单位是“J”. 2）根据计算时, 的单位是“u”, 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=核子的比结合能×核子数. 核反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该核反应所释放(或吸收)的核能. 【典例分析】 【例6】．（23-24高二下·上海·期末）几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，内部高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为，该反应放出的能量为E，真空中的光速为c。则下列说法中正确的是（　　） A．该反应属于α衰变 B．该反应的质量亏损为 C．X核的平均结合能为 D．X核中有12个中子 【答案】B 【详解】AD．根据质量数和核电荷数守恒，可知核反应方程为，属于轻原子核结合成较重原子核反应，所以该反应属于核聚变，又中子数等于质量数减去质子数，因此X核中有6个中子，故AD错误； B．根据爱因斯坦质能方程，该反应的质量亏损为，故B正确； C．比结合能又称平均结合能，等于结合能除以核子数，结合能是自由分散的核子结合成原子核所释放的能量，并不是该反应放出的能量为E，所以X核的比结合能不为，故C错误。 故选B。 5）释放核能的途径 凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定。凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。 【典例分析】 4．（23-24高二下·上海长宁·期末）研究表明原子核核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。一般认为大于铁原子核质量数（56）的为重核，小于则是轻核。则（　　） A．Fe原子核核子平均结合能最大，轻核D和E聚变成F时，释放能量 B．Fe原子核核子平均结合能最大，轻核D和E聚变成F时，吸收能量 C．Fe原子核核子平均结合能最小，轻核D和E聚变成F时，释放能量 D．Fe原子核核子平均结合能最小，轻核D和E聚变成F时，吸收能量 【答案】A 【详解】从图中可以看出，Fe原子核核子平均质量最小，平均结合能最大，轻核D和E发生聚变生成原子核F时，由图可知，核子平均质量减小，聚变过程存在质量亏损，需要释放能量。 故选A。 知识点5：近代物理相关实验小结 1. 最早发现的光电效应：1887年，赫兹研究电磁波实验中偶尔发现，接受电路间隙如果受到光照，更容易产生火花. 2. 光电效应：证明光具有粒子性,表明光具有能量. 3. 康普顿效应：证明光具有粒子性,表明光具有动量. 4. 光栅衍射(劳厄)：证实伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波. 5. 电子束衍射实验(戴维孙、G.P.汤姆孙)：证实电子的波动性. 6. 汤姆孙的气体放电管：发现电子，测量电荷量但不很准确，汤姆孙之前有两个人已经测量出阴极射线微粒的比荷. 7. 密立根油滴实验：精确测量电子电荷量，发现电荷时量子化的. 8. α散射实验：占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围. 9. 线状光谱：说明原子只发出集中特定频率的光P54 ，发现电磁波发射或吸收的分力特性. 10. 弗兰克-赫兹实验：证实原子中分立的能级的存在，证明汞原子的能量是量子化. 11. 阴极射线：原子内部有结构. 12. 天然放射现象：原子核内部结构信息. 13. 居里夫妇：对铀和含铀的各种矿物进行深入研究. 14. 质子：卢瑟福用α粒子轰击氮核，打出新粒子. 15. 中子：卢瑟福预言中子的存在，查德威克证实. 16. X射线：伦琴. 17. 第一次人工核反应： 3 / 17 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题07 近代物理 考点清单（原卷版） 【思维导图】 1 【知识点讲解】 2 知识点1：黑体辐射与能量子 2 知识点2：光电效应 3 知识点3：原子结构 6 知识点4：原子核 10 知识点5：近代物理相关实验小结 14 知识点1：黑体辐射与能量子 1. 热辐射 1）定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． 2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同． 2. 黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体． 3. 黑体辐射规律: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 4. 能量子：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值叫做能量子． 5. 能量子大小：，其中是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，称为普朗克常量． (一般取)． 【典例分析】 【例1】．（23-24高二下·上海长宁·期末）每种原子都有特定的原子光谱，当高压电通过氦气时，其电子会跃迁到高能级后再跃迁回原来的能级并发出独特的橙红色光芒。利用此原理制作的氦灯广泛应用于广告灯箱、舞台背景灯、激光光源等，其发光波长为706.5nm和587.6nm。现有一氦灯发光功率为3W，两种波长的光能量各占总发光能量的一半，则距离该灯20m距离处每平方米每秒通过的光子数为多少? 6. 发光功率与单个光子能量的关系：发光功率，其中n为单位时间发出的光子数目，为单个光子的能量． 【典例分析】 【例2】．（23-24高二下·上海浦东新·期末）“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星的半径为r，离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，则下列说法不正确的是（    ） A．每个光子的动量 B．每个光子的能量 C．太阳辐射硬X射线的总功率 D．卫星每秒接收到个该种光子 知识点2：光电效应 1.光电效应现象：在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。） 2.光电效应的产生条件：入射光的频率大于或等于金属的截止频率． 3.光电效应的规律。 1）每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应． 2）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． 3）光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过. 4）当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比． 4. 爱因斯坦光电效应方程 1）爱因斯坦的光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率成正比： 2）光电效应方程 ①表达式：或. ②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能． 3）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值． 4）最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值． 【提分点拨】光电效应的研究思路 1）通过频率分析：光子频率越高，光子得能量越大，产生光电子得最大出动能越大 2）通过光的强度分析：入射光强度越大，单位时间照到金属表面的光子数目越多，单位时间产生的光电子越多，光电流越大 5. 光电效应图象 1）最大初动能与入射光频率的关系图线 ①截止频率(极限频率) ：图线与ν轴交点的横坐标 ②逸出功：图线与轴交点的纵坐标的绝对值 ③普朗克常量：图线的斜率 2）遏止电压与入射光频率的关系图线 ①截止频率：图线与横轴的交点的横坐标 ②遏止电压：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即 (注：此时两极之间接反向电压) 3）颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①遏止电压：图线与横轴的交点的横坐标的绝对值 ②饱和电流：电流的最大值 ③最大初动能： 【典例分析】 【例3】（23-24高二下·上海长宁·期末）图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极K金属的逸出功为2.7eV。用氢原子发出的四种频率的可见光照射K，有 种光能产生光电效应。当图甲中电压表示数为0.2V时，到达A极的光电子的最大动能为 eV。多次实验后得到电流表示数I与电压表示数U之间的关系如图乙所示，则三条线中光子频率最大的是 号线。 6. 光的波粒二象性 1）干涉、衍射和偏振表明光是一种波； 2）光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子； 3）现代物理学认为：光具有波粒二象性。 7. 物质波 1）概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． 2）物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长，p为运动物体的动量，h为普朗克常量． 知识点3：原子结构 1. 原子的核式结构 1）电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子． 2）α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来． 3）原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m。 2. 光谱【典例分析】 【例4】．（23-24高二下·上海·期末）卢瑟福与汤姆孙的原子模型的主要区别是（　　） ①原子的组成成分不同 ②原子的质量分布不同 ③原子的电荷成分不同 ④原子内电子的运动状况不同 A．①② B．①③ C．②③ D．②④ 1）光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． 2）光谱分类： ①线状谱是一条条的亮线． ②连续谱是连在一起的光带． 3. 氢原子光谱的实验规律： 1）巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R∞(n＝3,4,5，…)，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式． 2）氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式． 4. 玻尔理论 1）定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射． 2）跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m>n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即.(h是普朗克常量，) 3）轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的． 5. 氢原子的能量和能级跃迁 1）能级和半径公式： ①能级公式： (n＝1,2,3，…)，其中为基态能量，其数值为. ②半径公式： (n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为. 2）氢原子的能级图，如图所示 【提分点拨】 1）两类能级跃迁 ①自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子．光子的频率. ②受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．吸收光子的能量必须恰好等于能级差. 2）一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为n-1，而一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数可用N==求解。 3）电离 ①电离态：n＝∞，E＝0. ②电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量． ③吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能． 【典例分析】 【例5】（23-24高二下·上海长宁·期末）情境：氢原子光谱的巴尔末谱线 1885年，瑞士科学家巴尔末对当时已知的氢原子在可见光区的4条谱线（记作、、和）作了分析，发现这些谱线的波长满足一个简单的公式，称为巴尔末公式。这4条特征谱线是玻尔理论的实验基础。如图所示，这4条特征谱线分别对应氢原子从、4、5、6能级向n=2能级的跃迁。 8．下面4幅光谱图对应于氢原子在可见光区域的4条谱线，其中合理的是（选项图中标尺的刻度均匀分布，刻度尺从左至右增大）（　　） A． B． C． D． 9．巴尔末公式可以表述为，其中R叫做里德伯常量，请根据玻尔原子模型求出里德伯常量R。（普朗克常量，答案保留两位有效数字） 知识点4：原子核 1. 原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数． 2. 天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． 3. 各种放射线的性质比较 种类 α射线 β射线 γ射线 本质 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波) 电荷（e） 2e -e 0 质量（u） 4mp,mp≈1.67×10-27 kg 静止质量为零 速度（c） 0.1c 0.99c c(光速) 电磁场中 偏转 与α射线偏转方向相反 不偏转 贯穿性 最弱,用纸能挡住 较强,能穿透几毫米厚的铝板 最强,能穿透几厘米厚的铅板 电离性 很强 较弱 很弱 4. 原子核的衰变 1）衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． 2）α衰变与β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变过程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 匀强磁场中轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 3）γ射线:γ射线经常伴随着α衰变或β衰变产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子． 【提分点拨】确定衰变次数的方法：因为β衰变对质量数无影响,所以先由质量数的改变确定α衰变的次数,然后再根据衰变规律确定β衰变的次数. 5. 核反应 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 自发 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 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n 【提分点拨】核反应方程式的书写 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(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等． 2）掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒． 3）由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向． 6.半衰期： 1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。 2）公式：，，.式中m表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数。以上各式左边的量都表示时间t后的剩余量。 3）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，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关． 7. 放射性同位素的应用及防护 1）利用其射线：α射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。γ射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。 2）作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。 3）进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。 一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）。 4）防护：防止放射性对人体组织的伤害 8.质量亏损及核能 1）核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力． 2）核能：核反应中放出的能叫核能。 3）质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。 4）质能方程：爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：，这就是爱因斯坦的质能方程。 质能方程的另一个表达形式是：。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。 在有关核能的计算中，一定要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制。 【提分点拨】核能的计算方法 1）根据计算时, 的单位是“kg”,c的单位是“m/s”, 的单位是“J”. 2）根据计算时, 的单位是“u”, 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=核子的比结合能×核子数. 核反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该核反应所释放(或吸收)的核能. 【典例分析】 【例6】．（23-24高二下·上海·期末）几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，内部高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为，该反应放出的能量为E，真空中的光速为c。则下列说法中正确的是（　　） A．该反应属于α衰变 B．该反应的质量亏损为 C．X核的平均结合能为 D．X核中有12个中子 5）释放核能的途径 凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定。凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。 【典例分析】 4．（23-24高二下·上海长宁·期末）研究表明原子核核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。一般认为大于铁原子核质量数（56）的为重核，小于则是轻核。则（　　） A．Fe原子核核子平均结合能最大，轻核D和E聚变成F时，释放能量 B．Fe原子核核子平均结合能最大，轻核D和E聚变成F时，吸收能量 C．Fe原子核核子平均结合能最小，轻核D和E聚变成F时，释放能量 D．Fe原子核核子平均结合能最小，轻核D和E聚变成F时，吸收能量 知识点5：近代物理相关实验小结 1. 最早发现的光电效应：1887年，赫兹研究电磁波实验中偶尔发现，接受电路间隙如果受到光照，更容易产生火花. 2. 光电效应：证明光具有粒子性,表明光具有能量. 3. 康普顿效应：证明光具有粒子性,表明光具有动量. 4. 光栅衍射(劳厄)：证实伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波. 5. 电子束衍射实验(戴维孙、G.P.汤姆孙)：证实电子的波动性. 6. 汤姆孙的气体放电管：发现电子，测量电荷量但不很准确，汤姆孙之前有两个人已经测量出阴极射线微粒的比荷. 7. 密立根油滴实验：精确测量电子电荷量，发现电荷时量子化的. 8. α散射实验：占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围. 9. 线状光谱：说明原子只发出集中特定频率的光P54 ，发现电磁波发射或吸收的分力特性. 10. 弗兰克-赫兹实验：证实原子中分立的能级的存在，证明汞原子的能量是量子化. 11. 阴极射线：原子内部有结构. 12. 天然放射现象：原子核内部结构信息. 13. 居里夫妇：对铀和含铀的各种矿物进行深入研究. 14. 质子：卢瑟福用α粒子轰击氮核，打出新粒子. 15. 中子：卢瑟福预言中子的存在，查德威克证实. 16. X射线：伦琴. 17. 第一次人工核反应： 1 / 15 学科网（北京）股份有限公司 $$