專題五第14講近代物理

第14講近代物理目標(biāo)要求1.理解光電效應(yīng)的規(guī)律并能應(yīng)用其計算逸出功、截止頻率、最大初動能等物理量。2.理解玻爾理論及能級躍遷規(guī)律。3.理解原子核的衰變、人工轉(zhuǎn)變以及核能計算的知識。考點一光子的能量粒子的波動性1．光子的能量ε＝hν2．粒子的波動性：實物粒子也具有波動性，每一個運動著的粒子都有一種波與它對應(yīng)，其波長λ＝eq\f(h,p)，p為運動粒子的動量，h為普朗克常量，這種波被稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。例1(2023·江蘇卷·14)“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設(shè)波長為λ。若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：(1)每個光子的動量p和能量E；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)太陽輻射硬X射線的總功率P。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例2(2023·浙江6月選考·15改編)有一種新型光電效應(yīng)量子材料，其逸出功為W0。當(dāng)紫外光照射該材料時，只產(chǎn)生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得條紋間距為Δx。已知電子質(zhì)量為m，普朗克常量為h，光速為c，則()A．電子的動量pe＝eq\f(hL,dΔx)B．電子的動能Ek＝eq\f(hL2,2md2Δx2)C．光子的能量E＝W0＋eq\f(chL,dΔx)D．光子的動量p＝eq\f(h2L2,2cmd2Δx2)學(xué)習(xí)筆記：______________________________________________________________________________________________________________________________________考點二光電效應(yīng)1．光電效應(yīng)兩條對應(yīng)關(guān)系(1)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大；(2)光照強度大(同種頻率的光)→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。2．定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0最大初動能與遏止電壓的關(guān)系Ek＝eUc逸出功與截止頻率的關(guān)系W0＝hνc3.光電效應(yīng)的四類圖像分析圖像名稱圖線形狀由圖線直接(或間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系Ek＝hν－h(huán)νc(1)截止頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標(biāo)νc(2)逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的絕對值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc：圖線與橫軸交點的橫坐標(biāo)(2)飽和光電流Im1、Im2：光電流的最大值(3)最大初動能：Ek＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc1>Uc2，則ν1>ν2(2)最大初動能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)(1)截止頻率νc：圖線與橫軸的交點的橫坐標(biāo)(2)普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時兩極之間接反向電壓)例3(2023·江蘇省百校聯(lián)考)光伏發(fā)電是提供清潔能源的方式之一，光伏發(fā)電的原理是光電效應(yīng)，設(shè)頻率為2ν的入射光照射某金屬A時剛好發(fā)生光電效應(yīng)，照射某金屬B時光電子的最大初動能為hν。已知普朗克常量為h，電子電荷量大小為e，下列說法正確的是()A．讓金屬A發(fā)生光電效應(yīng)的入射光的截止頻率是金屬B的2倍B．持續(xù)增大照射金屬A的入射光的強度，可以不斷增大光電子的最大初動能C．以頻率為ν的入射光照射金屬A，當(dāng)光強增加一倍，光電流的大小也增加一倍D．若用頻率為3ν的光分別照射A、B兩種金屬，光電子的最大初動能之比為2∶1學(xué)習(xí)筆記：______________________________________________________________________________________________________________________________________例4(2023·江蘇南京漢開書院模擬)如圖所示為某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時，通過實驗數(shù)據(jù)描繪的光電流與光電管兩端電壓的關(guān)系圖像，已知圖線甲、乙所對應(yīng)的光的頻率分別為ν1、ν2，逸出的光電子的最大速度之比為2∶1，則下列說法正確的是()A．ν1∶ν2＝4∶1B．甲光與乙光的波長之比為1∶4C．|U1|∶|U2|＝2∶1D．用乙光實驗時，單位時間內(nèi)從陰極表面逸出的光電子數(shù)較多學(xué)習(xí)筆記：______________________________________________________________________________________________________________________________________考點三能級躍遷解決氫原子能級躍遷問題的三點技巧(1)原子躍遷時，所吸收或輻射的光子能量只能等于兩能級的能量差。(2)原子從某一能級電離時，所吸收的能量可以大于或等于這一能級能量的絕對值，剩余能量為自由電子的動能。(3)一個氫原子躍遷發(fā)出的可能光譜線條數(shù)最多為n－1，而一群氫原子躍遷發(fā)出的可能光譜線條數(shù)可用N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)求解。例5(2023·湖北卷·1)2022年10月，我國自主研發(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡可用于探測波長為121.6nm的氫原子譜線(對應(yīng)的光子能量為10.2eV)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子()A．n＝2和n＝1能級之間的躍遷B．n＝3和n＝1能級之間的躍遷C．n＝3和n＝2能級之間的躍遷D．n＝4和n＝2能級之間的躍遷學(xué)習(xí)筆記：______________________________________________________________________________________________________________________________________例6(2023·浙江1月選考·15改編)氫原子從高能級向低能級躍遷時，會產(chǎn)生四種頻率的可見光，其光譜如圖甲所示。氫原子從能級6躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅰ，從能級3躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究兩種光的干涉現(xiàn)象，得到如圖乙和圖丙所示的干涉條紋。用兩種光分別照射如圖丁所示的實驗裝置，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。下列說法正確的是()A．圖甲中的Hα對應(yīng)的是ⅠB．圖乙中的干涉條紋對應(yīng)的是ⅡC．Ⅰ的光子動量小于Ⅱ的光子動量D．P向a移動，電流表示數(shù)為零時Ⅰ對應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大學(xué)習(xí)筆記：______________________________________________________________________________________________________________________________________考點四核反應(yīng)核能1．核衰變問題(1)半衰期：m＝，N＝。(2)α衰變和β衰變次數(shù)的確定方法①方法一：由于β衰變不改變質(zhì)量數(shù)，故可以先由質(zhì)量數(shù)改變確定α衰變的次數(shù)，再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù)。②方法二：設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒列方程組求解。2．核能的計算方法(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)虧損的質(zhì)量乘真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2。(2)根據(jù)1u(原子質(zhì)量單位)相當(dāng)于931.5MeV的能量，用核反應(yīng)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)。3．核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，有質(zhì)量虧損。例7(2023·江蘇連云港市模擬)如圖為鈾238衰變?yōu)殁Q234過程中鈾核質(zhì)量隨時間變化的圖像(圖中m0為某一固定數(shù)值)，下列說法正確的是()A．原子核衰變過程中不釋放核能B．鈾238的半衰期為4.5×109年C．鈾238衰變?yōu)殁Q234同時放出電子D．環(huán)境溫度降低，衰變速度將變慢學(xué)習(xí)筆記：______________________________________________________________________________________________________________________________________例8(2023·江蘇南通市期末)如圖所示，一靜止的原子核eq\o\al(234,90)Th(釷)在P點發(fā)生衰變，放出一個粒子并產(chǎn)生新核X，它們在勻強磁場中的運動軌跡如圖中a、b所示。已知釷核質(zhì)量為m1，新核X質(zhì)量為m2，粒子質(zhì)量為m3，真空中的光速為c。則()A．b是新核X的軌跡B．衰變方程為eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(230,88)X＋eq\o\al(4,2)HeC．衰變釋放的核能為(m2＋m3－m1)c2D．該原子核eq\o\al(234,90)Th衰變的時間等于釷234的半衰期學(xué)習(xí)筆記：______________________________________________________________________________________________________________________________________1.(2023·江蘇蘇錫常鎮(zhèn)四市一模)用如圖電路研究光電管的特性，入射光頻率為ν，U為光電管K、A兩極的電勢差，取A端電勢高時為正值。若光電管K極材料的極限頻率為νc，普朗克常量為h，電子電荷量為e，則在U－ν坐標(biāo)系中，陰影部分表示能產(chǎn)生光電流的U和ν取值范圍，下列陰影標(biāo)識完全正確的是