2026届高三物理一轮复习课件 专题十六：近代物理学

授课人： 高三物理复习课件 高考专题十六： 近代物理学 O1 一、原子的核式结构 O2 二、光电效应 O3 三、氢原子的跃迁 O4 五、原子核的组成 目 录 CONTENTS 六、核力与核能 四、波粒二象性 七、衰变 八、裂变与聚变 电子的发现 1.实验装置：气体放电管 由阴极C发出的带电粒子通过小孔AB形成一束细细的阴极射线，它穿过两片平行的金属板D1D2之间的空间，到达右端带有标尺的荧光屏上P1点。 汤姆孙的实验： 新课讲授 一、原子的核式结构 知识回归 3.阴极射线粒子比荷测量 新课讲授 (4)去掉D1、D2间的电场E，只保留向外磁场B，阴极射线在有磁场的区域将会形成一个半径为r的圆弧（r可以通过P3的位置算出）。 . . . . . . . . . . . . . . . . r 一、原子的核式结构 知识回归 3.阴极射线粒子比荷测量 （3）阴极射线速度大小计算 新课讲授 电场力： 磁场力： 一、原子的核式结构 知识回归 α粒子散射实验 卢瑟福的原子核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。 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（约占 1/8 000 ）发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被撞了回来. 一、原子的核式结构 知识回归 二、光电效应 （1）当入射光频率减小到某一数值c 时，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。此时的光的频率c即为截止频率！ 1.存在截止频率 （2）金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。 （3）入射光频率低于截止频率时，不光光照多强，金属都不会发生光电效应！ （4）不同金属的截止频率不同，截止频率与金属自身的性质有关。 知识回归 2.存在饱和电流 （2）在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。 （1）光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值 二、光电效应 知识回归 （1）当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称截止电压。 3.存在遏止电压 （2）对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的;光的频率 改变，遏止电压也会改变。 （3）光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。 新课讲授 二、光电效应 知识回归 1.光子： 光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。 爱因斯坦的光电效应理论 2.爱因斯坦的光电效应方程： 一个电子吸收一个光子的能量hv后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即： ——光电子最大初动能 新课讲授 二、光电效应 思考与讨论： 新课讲授 爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能 Ek 与入射光的频率v的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压 Uc。 那么，怎样得到截止电压Uc与光的频率v和逸出功W0的关系呢? 某金属的Uc-v图像 EK=hv-W0 二、光电效应 知识回归 四、玻尔原子理论的基本假设 能级：量子化的能量值。 定态：原子中这些具有确定能量的稳定状态。 基态：能量最低的状态（离核最近）。 激发态：其他的状态。 1 2 3 假说2：定态（能级）假说 针对原子的稳定性提出 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 基态 激发态 新课讲授 三、氢原子的跃迁 知识回归 四、玻尔原子理论的基本假设 假说3：频率条件（跃迁假说） 针对原子光谱是线状谱提出 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 基态 激发态 当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为En）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为Em，m < n）时，会放出能量为hv的光子（h是普朗克常量），这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即 新课讲授 三、氢原子的跃迁 知识回归 D 课堂练习 三、氢原子的跃迁 典例分析 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v和波长 λ 之间，遵从如下关系： 这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波（de Broglie wave），也叫作物质波（matter wave）。 新课讲授 四、波粒二象性 知识回归 例1：一质量为m =1×10-2kg，速度υ = 3.0102m/s飞行的子弹，对应的德布罗意波长为： 例2：电子m=9.110-31kg，由静止经100V电压加速， 对应的德布罗意波长为： 太小，无法观测到波动性 可能观察到电子的波动性 新课讲授 四、波粒二象性 五、原子核的组成 新课讲授 知识回归 3.原子核的表示: （1）核子：质子和中子都是原子核的组成成分，所以统称为核子。 （2）电荷数：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数，用 Z 表示。 （3）质量数：原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数，用 A 表示。 新课讲授 五、原子核的组成 知识回归 3.原子核的表示: X表示 元素符号 Z表示质子数 A表示 质量数 新课讲授 五、原子核的组成 知识回归 α射线 β射线 γ射线 氦原子核 高速 电子流 高能量 电磁波 成分 速度 贯穿能力 电离能力 带电量 1/10光速 接近光速 光速 弱纸能档住 较强，几毫米铝板 很强几厘米铅板几十厘米混凝土 很容易 较弱 更小 2e -e 0 五、原子核的组成 知识回归 α射线 β射线 γ射线 氦原子核 高速 电子流 高能量 电磁波 成分 速度 贯穿能力 电离能力 带电量 1/10光速 接近光速 光速 弱纸能档住 较强，几毫米铝板 很强几厘米铅板几十厘米混凝土 很容易 较弱 更小 2e -e 0 五、原子核的组成 一、核力与四种基本相互作用 1.核力（强相互作用）：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。 特点： 与万有引力和电磁力不同，距离增大时，强相互作用急剧减小，它的作用范围只有约10-15m，即原子核的大小，超过这个界限，这种相互作用实际上已经不存在了，它是短程力。这样，万有引力、电磁力和强相互作用分别在不同的尺度上发挥了作用。 新课讲授 六、核力与核能 知识回归 （1）万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。 （3）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。 （2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子和原子核结合成分子，使分子结合成液体与固体。电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小 （4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。 一、核力与四种基本相互作用 2.四种基本相互作用 新课讲授 六、核力与核能 知识回归 1.结合能：当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。 组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。 2.结合能大小的因素： 二、结合能 新课讲授 六、核力与核能 知识回归 1.比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。 2.注意：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界提供给每个核子的平均能量。 比结合能 结合能 核子数 = 3.意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。 二、结合能 新课讲授 六、核力与核能 二、结合能 不同原子核的比结合能是不一样的，右图是按照实际测量结果画的图线。可以看出，中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。 4.不同原子核的比结合能图像： 新课讲授 六、核力与核能 知识回归 1.质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损。 三、质量亏损 2.爱因斯坦已经给我们指出了物体的能量与它的质量的关系，即： E＝mc2 新课讲授 六、核力与核能 知识回归 【例题2】已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量是mD=3.3436×10-27kg，求氘核的比结合能. 解析： 新课讲授 单个质子和单个中子的质量和为： mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg 这个数值与氘核质量之差： Δm ＝（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg 与这个质量差相对应的能量为： ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J 核物理中，能量单位常使用电子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以结合能是： 氘核的比结合能为： 六、核力与核能 α衰变 质量数与电荷数守恒 α衰变一般表达式 七、衰变 一、原子核的衰变 2.衰变原则： 质量数守恒，电荷数守恒。 1.原子核的衰变： （1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变． （2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变． （3）γ射线:伴随射线或射线产生. 二、半衰期 1、半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。 2、不同的放射性元素，半衰期不同 放射性元素衰变的快慢是核内部自身因素决定。 放射性元素半衰变是一个统计规律。 知识回归 七、衰变 [典例3].碳14是宇宙射线撞击空气中的氮14原子所产生，具有放射性，碳14原子发生衰变转变为氮14。生物存活期间需要呼吸，其体内的碳14含量大致不变；生物停止呼吸后，体内的碳14开始减少。可以根据死亡生物体内残余碳14含量来推断它的死亡时间。碳14各个半衰期所剩原子比例如图所示，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的三分之一。下列说法正确的是（ 　　） A．碳14的衰变方程为 B．该古木的年代距今大于11460年 C．14C和14N中含有的中子个数相等 D．如果古木处于高温、高压下测量结果可能有较大误差 A 七、衰变 典例分析 1.核裂变：物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变。 + → + + 新课讲授 八、裂变与聚变 知识回归 α衰变 核反应方程 八、裂变与聚变 1.核聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 新课讲授 八、裂变与聚变 知识回归 B 八、裂变与聚变 典例分析 BC 八、裂变与聚变 典例分析 高考专题十六： 近代物理学 [典例1].如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是（　　） A．用光子能量为11eV的光照射处于基态的氢原子，可使其发生跃迁 B．一个氢原子从n=4能级跃迁，最多能够发出6种不同频率的光 C．大量氢原子从n=4能级跃迁发出的光，都可以使逸出功为10.2ev的金属发生光电效应。 D．大量氢原子从n=4能级跃迁发出的光，其中n=4能级跃迁到n=1能级发出的光波长最短 [典例4].轻核聚变的一个核反应方程为： ，若已知 的质量为m1， 的质量为m2， 的质量为m3，X的质量为m4，则下列说法中正确的是（　 　） A． 和 在常温下就能够发生聚变 B．X是中子 C．这个反应释放的核能为 D．我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的 [典例5].中国物理学家钱三强与何泽慧等合作，在利用中子打击铀的实验中，观察到三分裂变和四分裂变现象，其中一种裂变反应式是 。用mU、mBa、mKr，分别表示 、 、 核的质量，mn表示n粒子的质量，c为真空中的光速，下列说法正确的是（　 　） A．该核反应过程中质量有所增加 B．链式反应能否发生跟铀原料的体积有关 C．裂变产物 的比结合能大于 的比结合能 D．该核反应中放出的核能为（mU-mBa-mKr-3mn）c2 $