專題十三波粒二象性原子物理（講解部分）（完整版）4

專題十三波粒二象性、原子物理高考物理江蘇省專用考點(diǎn)清單考點(diǎn)一波粒二象性一、黑體和黑體輻射普朗克能量子假說(shuō)1.黑體與黑體輻射(1)黑體:是指能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物

體。(2)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(ⅰ)一般材料的物體,輻射的電磁波除與溫度有關(guān)外,還與材料的種類及表

面狀況有關(guān)。(ⅱ)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的①溫度

有關(guān)。a.隨著溫度的升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加。b.隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。2.能量子(1)定義:普朗克認(rèn)為,帶電微粒輻射或者吸收能量時(shí),只能輻射或吸收某個(gè)

最小能量值的整數(shù)倍。即能量的輻射或者吸收只能是一份一份的。這個(gè)

不可再分的最小能量值ε叫能量子。(2)能量子的大小:ε=hν,其中ν是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。h=6.63×

10-34J·s。二、光電效應(yīng)1.定義:照射到金屬表面的光,能使金屬中的②電子

從表面逸出的現(xiàn)象。2.光電子:光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的電子。3.研究光電效應(yīng)的電路圖:其中A是陽(yáng)極,K是陰極。4.光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率,入射光的頻率必須大于等于這個(gè)極限頻率

才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。低于這個(gè)頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),只隨入射光③頻率

的增

大而增大。(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的,一般不超過(guò)10-9s。(4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),飽和光電流的大小與入射光的④強(qiáng)度

成正比。三、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程1.光子說(shuō)在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份稱為一個(gè)光的能量

子,簡(jiǎn)稱光子,光子的能量ε=hν,其中h=6.63×10-34J·s。2.逸出功W0使電子脫離某種金屬所做功的最小值。3.最大初動(dòng)能發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)

所具有的動(dòng)能的最大值。4.遏止電壓與截止頻率(1)遏止電壓:使光電流減小到零的反向電壓Uc。(2)截止頻率:能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫該種金屬的截止頻

率(又叫極限頻率)。不同的金屬對(duì)應(yīng)有不同的極限頻率。5.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式:⑤

Ek=hν-W0

。(2)物理意義:金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν,這些能量的

一部分用來(lái)克服金屬的逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動(dòng)

能Ek=

mev2。四、光的波粒二象性與物質(zhì)波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有⑥波動(dòng)

性。(2)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有⑦粒子

性。(3)光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性。2.物質(zhì)波(1)概率波:光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋

是光子到達(dá)概率大的地方,暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方,因此光波又叫

概率波。(2)物質(zhì)波:任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種

波與它對(duì)應(yīng),其波長(zhǎng)λ=

,p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h為普朗克常量?？键c(diǎn)二

原子結(jié)構(gòu)模型一、原子的核式結(jié)構(gòu)1911年,英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn),并提出了原子核式結(jié)

構(gòu)模型。在原子的中心有一個(gè)很小的核,叫①原子核

,它集中了原子的

全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核運(yùn)動(dòng)。二、氫原子光譜、能級(jí)1.光譜用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)展開(kāi),獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)

度分布的記錄,即光譜。有些光譜是一條條的亮線,這樣的光譜叫線狀譜。有的光譜是連在一起的光帶,這樣的光譜叫連續(xù)譜。定義用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)展開(kāi),獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分

布的記錄,即光譜

分類發(fā)射光譜發(fā)光物體直接產(chǎn)生的光譜

連續(xù)譜特點(diǎn)連續(xù)分布的包含從紅光到紫光各種色光的光譜

產(chǎn)生由熾熱的固體、液體,高壓氣體產(chǎn)生

線狀譜特點(diǎn)只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜,又稱為原子光譜

產(chǎn)生由單原子的稀薄氣體或金屬蒸氣產(chǎn)生

帶狀譜特點(diǎn)由一系列光譜帶組成

產(chǎn)生由分子輻射產(chǎn)生分類吸收光譜高溫物體發(fā)出的白光通過(guò)某種物質(zhì)后,某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后形成的光譜

特點(diǎn)連續(xù)光譜的背景上出現(xiàn)一些暗線

產(chǎn)生由熾熱的物體(或高壓氣體)發(fā)出的白光通過(guò)溫度較低的氣體產(chǎn)生

與線狀譜的關(guān)系各種原子的吸收光譜的暗線和線狀譜的亮線相對(duì)應(yīng),即表明某種原子發(fā)出的光和吸收的光的頻率是特定的,通常吸收光譜中的暗線比線狀譜中的亮線要少一些。這些亮線或暗線稱為該原子的特征譜線

概念

各種元素都有自己的特征譜線。如果在某種物質(zhì)的線狀譜或吸收譜中出現(xiàn)了若干種元素的特征譜線,表明該物質(zhì)

中含有這種元素的成分,這種對(duì)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)組成的分析和鑒別的方法稱為光譜分析

優(yōu)點(diǎn)

其優(yōu)點(diǎn)是靈敏、快捷,某種元素在物質(zhì)中的含量只要有10-10g,就能夠從光譜中發(fā)現(xiàn)它的特征譜線

應(yīng)用

①檢測(cè)材料純度②幫助發(fā)現(xiàn)新元素③研究天體的物質(zhì)成分④鑒定文物、食品優(yōu)劣等

太陽(yáng)光譜不是連續(xù)光譜,而是吸收光譜,是陽(yáng)光透過(guò)太陽(yáng)高層大氣射向

地球時(shí),太陽(yáng)高層大氣中含有的元素會(huì)吸收它自己特征譜線的光,然后再發(fā)

射出去,不過(guò)這次發(fā)射是向四面八方發(fā)射。所以到達(dá)地球的這些譜線看起

來(lái)就弱了。這樣就形成了明亮背景下的暗線——夫瑯和費(fèi)暗線。與已知

元素的光譜相比較,可以知道太陽(yáng)中含有鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素。2.玻爾理論(1)定態(tài):原子只能處于一系列不連續(xù)的②能量

狀態(tài)中,在這些能量狀

態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電子雖然繞核運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量。(2)躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),它輻射或吸收一定頻率的

光子,光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的③能量差

決定,即hν=Em-En。(h是普

朗克常量,h=6.63×10-34J·s)(3)軌道:原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。

原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。3.氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式(1)氫原子的能級(jí)能級(jí)圖如圖所示(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑a.氫原子的能級(jí)公式:En=

E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E1=-13.6eV。b.氫原子的半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)半徑,其數(shù)值為r1=0.5

3×10-10m。c.能級(jí)概念在玻爾模型中,原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的,因此各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能量也是不連續(xù)的。這些能量值叫能級(jí)

基態(tài)與激發(fā)態(tài)各狀態(tài)的標(biāo)號(hào)1,2,3…叫量子數(shù),通常用n表示。能量最低的狀態(tài)叫基態(tài),其他狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。基態(tài)和各激發(fā)態(tài)的能量分別用E1,E2,E3,…表示基態(tài)與離核最近的軌道相對(duì)應(yīng),量子數(shù)n=1激發(fā)態(tài)對(duì)應(yīng)的量子數(shù)依次為n=2,3,4,…,分別稱之為第二能級(jí)、第三能級(jí)、第四能級(jí)、…,或第一激發(fā)態(tài)、第二激發(fā)態(tài)、第三激發(fā)態(tài)、…,相應(yīng)狀態(tài)下離核距離增大

能級(jí)圖用水平線表示能級(jí),水平線間距離表示能級(jí)差大小的圖示稱為能級(jí)圖

氫原子能級(jí)圖

備注①每一條水平線代表一個(gè)定態(tài)②左端“n”對(duì)應(yīng)的數(shù)字表示量子數(shù),右端“E”對(duì)應(yīng)的數(shù)字表示能級(jí)③n越大時(shí)相鄰能級(jí)間差值越?、茇Q直帶箭頭的線段表示一種躍遷方式躍遷概念原子由一個(gè)能量狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)能量狀態(tài)的過(guò)程稱為躍遷

輻射與激發(fā)從高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷過(guò)程,若以釋放光子的形式釋放能量,稱為輻射。hν=E初-E終

從低能級(jí)向高能級(jí)的躍遷過(guò)程稱為激發(fā),始、末能級(jí)差的絕對(duì)值等于所吸收的能量,ΔE=E終-E初d.激發(fā)的方式光致激發(fā)入射光子的能量hν=E終-E初(引起電離時(shí)入射光子的能量hν=Ek+|E初|,Ek是電

離后電子的動(dòng)能,E初是光子入射前原子所處的能級(jí),則hν>|E初|即可)碰撞激發(fā)入射粒子若是電子時(shí),Eke≥E終-E初(因電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量,其動(dòng)能不小于相應(yīng)能級(jí)差即可引起激發(fā),多余的能量仍以入射電子的動(dòng)能形式存在)

入射粒子若是與質(zhì)子質(zhì)量等大的粒子時(shí),Ekp>E終-E初(因碰撞中動(dòng)量守恒,入射粒子的動(dòng)能不能全部被吸收轉(zhuǎn)化為原子能量)考點(diǎn)三放射性元素的衰變、核反應(yīng)一、天然放射現(xiàn)象概念元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象

發(fā)現(xiàn)1896年,法國(guó)物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)

意義使人們認(rèn)識(shí)到原子核也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

放射性概念物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性

放射性元素具有放射性的元素稱為放射性元素,原子序數(shù)大于或等于83的元素,都能自發(fā)地發(fā)出射線,原子序數(shù)小于83的元素,有的也能放出射線,它們放射出來(lái)的射線共有三種

種類α射線β射線γ射線

組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)

帶電荷量2e①-e

0

質(zhì)量4mp,mp=1.67×10-27kg

靜止質(zhì)量為零

速度0.1c0.99cc(光速)

在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)與α射線偏轉(zhuǎn)方向相反不偏轉(zhuǎn)

貫穿本領(lǐng)最弱,用紙能擋住較強(qiáng),能穿透幾毫米的鋁板最強(qiáng),能穿透幾厘米的鉛板

對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱半衰期的公式:N余=N原

,m余=m原

,式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元

素的原子數(shù)和質(zhì)量,t表示衰變時(shí)間,τ表示半衰期。二、放射性同位素的應(yīng)用1.利用它的射線如利用鈷60放出的很強(qiáng)的γ射線來(lái)檢查金屬內(nèi)部有沒(méi)有砂眼和裂紋,這叫γ

射線探傷。利用放射線的貫穿本領(lǐng)了解物體的厚度和密度的關(guān)系,可以用

放射性同位素來(lái)檢查各種產(chǎn)品的厚度、密封容器中的液面高度,從而自動(dòng)

控制生產(chǎn)過(guò)程。再如利用α射線的電離作用,可以消除機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中因摩

擦而產(chǎn)生的有害靜電,利用射線殺死人體內(nèi)的癌細(xì)胞等。2.作為示蹤原子在生物科學(xué)研究方面,示蹤原子起著十分重要的作用。在對(duì)輸油管線漏油

情況的檢查和對(duì)植物生長(zhǎng)的檢測(cè)方面,示蹤原子同樣起著重要作用。三、核力與結(jié)合能、質(zhì)量虧損1.核力(1)定義:原子核內(nèi)部,核子間所特有的相互作用力。(2)特點(diǎn):(ⅰ)核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn);(ⅱ)核力是短程力,作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi);(ⅲ)每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。2.結(jié)合能核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)②吸收

的能量,稱為原子核的結(jié)合能。3.比結(jié)合能(1)定義:原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,稱為比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能。(2)特點(diǎn):不同原子核的比結(jié)合能不同,原子核的比結(jié)合能越③大

,表示原子核中

核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。4.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=④

mc2

,原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)

量和要小Δm,這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=Δmc2。四、裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1.重核裂變(1)定義:質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較

小的原子核的過(guò)程。(2)典型的裂變反應(yīng)方程:

U

n

Ba

K+

n。(3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng):由重核裂變產(chǎn)生的⑤中子

使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下

去的過(guò)程。(4)臨界體積和臨界質(zhì)量:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生⑥鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

的最小體積及

其相應(yīng)的質(zhì)量。(5)裂變的應(yīng)用:原子彈、核反應(yīng)堆。(6)反應(yīng)堆構(gòu)造:核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)層。2.輕核聚變(1)定義:兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核反應(yīng)過(guò)程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行,因此又叫熱核反應(yīng)。(2)典型的聚變反應(yīng)方程:

H

H

He

n+17.6MeV五、核反應(yīng)方程

可控性核反應(yīng)方程典例

α衰變自發(fā)

U

Th

He

β衰變自發(fā)

Th

Pa

e

人工轉(zhuǎn)變

人工控制

N

He

O

H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)

He

Be

C

n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)

Al

He

P

n約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素,同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子

P

Si

e

重核裂變

比較容易進(jìn)行人工控制

U

n

Ba

Kr+

n

U

n

Xe

Sr+1

n

輕核聚變

除氫彈外無(wú)法控制

H

H

He

n

知能拓展拓展一對(duì)光的波粒二象性的理解

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)表現(xiàn)說(shuō)明光的波動(dòng)性干涉和衍射①光是一種概率波,即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述②足夠能量的光在傳播時(shí),表現(xiàn)出波的性質(zhì)①光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性,不是光子之間相互作用產(chǎn)生的②光的波動(dòng)性不同于宏觀概念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)①當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí),這種作用是“一份一份”進(jìn)行的,表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)②少量或個(gè)別光子清楚地顯示出光的粒子性①粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的②光子不同于宏觀概念的粒子波動(dòng)性和粒子性的對(duì)立、統(tǒng)一①大量光子易顯示出波動(dòng)性,而少量光子易顯示

出粒子性②波長(zhǎng)長(zhǎng)(頻率低)的光波動(dòng)性強(qiáng),而波長(zhǎng)短(頻率

高)的光粒子性強(qiáng)

①光子說(shuō)并未否定波動(dòng)性,E=hν=hc/λ中,ν和λ就是波中講述的概念②波和粒子在宏觀世界是不能統(tǒng)一的,而在微觀世界卻是統(tǒng)一的例1關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性,下列說(shuō)法中正確的是()A.不僅光子具有波粒二象性,一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性B.運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣,當(dāng)它們通過(guò)一個(gè)小孔時(shí),都沒(méi)有特定的運(yùn)動(dòng)

軌道C.波動(dòng)性和粒子性在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的,但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的

現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D.實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道,所以實(shí)物不具有波粒二象性解析由德布羅意的理論可知A、C正確;運(yùn)動(dòng)的微觀粒子到達(dá)的位置具

有隨機(jī)性,而沒(méi)有特定的運(yùn)動(dòng)軌道,B正確;宏觀物體的德布羅意波的波長(zhǎng)太

小,實(shí)際很難觀察到波動(dòng)性,不是不具有波粒二象性,D錯(cuò)誤。答案

ABC例2如果一個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的相等,則它們相等的物

理量是

()A.速度

B.動(dòng)能

C.動(dòng)量

D.總能量解析根據(jù)λ=

,知電子和中子的動(dòng)量相等,選項(xiàng)C正確。答案

C拓展二原子結(jié)構(gòu)模型一、原子的核式結(jié)構(gòu)1.α粒子散射實(shí)驗(yàn)與原子核式結(jié)構(gòu)1909—1911年,英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔

的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),

但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°,也就是說(shuō)它們

幾乎被“撞”了回來(lái)。為了解釋?duì)亮Ｗ拥拇蠼嵌壬⑸?盧瑟福在1911年提出了核式結(jié)構(gòu)模型。在

原子的中心有一個(gè)很小的核,叫原子核,它集中了原子的全部正電荷和幾乎

全部的質(zhì)量,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核運(yùn)動(dòng)。2.核式結(jié)構(gòu)的局限性核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)成功地解釋了α粒子的散射實(shí)驗(yàn),但在解釋原子的發(fā)光和原子的穩(wěn)定性時(shí)卻遇到了無(wú)法解決的困難。例3下列有關(guān)盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)論正確的是

()A.證明了質(zhì)子的存在B.證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C.說(shuō)明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核上D.說(shuō)明原子中的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng)解析盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)徹底否定了湯姆孫的原子模型,為核式結(jié)

構(gòu)學(xué)說(shuō)奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),這個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)說(shuō)明原子中心有個(gè)很小的核,它集中

了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量,除此之外不能說(shuō)明其他問(wèn)題,據(jù)此判

斷,A、B、D均錯(cuò),只有C正確。答案

C二、玻爾的原子模型1.軌道假設(shè)即軌道是量子化的,只能是某些分立的值。rn=n2r1,r1=0.53×10-10m。2.定態(tài)假設(shè)即不同的軌道對(duì)應(yīng)著不同的能量狀態(tài),這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,不向外輻

射能量。即:穩(wěn)定狀態(tài)的能量En=

,E1=-13.6eV。3.躍遷假設(shè)原子在不同的狀態(tài)具有不同的能量,從一個(gè)定態(tài)向另一個(gè)定態(tài)躍遷時(shí)要輻

射或吸收一定頻率的光子,該光子的能量等于這兩個(gè)狀態(tài)的能級(jí)差hν=Em-En。4.氫原子的能級(jí)圖(1)由能級(jí)圖可知,由于電子的軌道半徑不同,氫原子的能級(jí)不連續(xù),這種現(xiàn)

象叫能量量子化。(2)原子的能量包括:原子的原子核與電子所具有的電勢(shì)能和電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)

能。(3)從低能量狀態(tài)向高能量狀態(tài)躍遷——吸收能量原子的躍遷條件hν=Em-En只適用于光子和原子作用,而對(duì)于原子在各定態(tài)

之間躍遷,下述兩種情況則不受此條件限制。①當(dāng)光子與原子作用而使氫原子電離,產(chǎn)生離子和自由電子時(shí),原子結(jié)構(gòu)被

破壞,因而不遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論。如基態(tài)氫原子的電離能為13.6

eV,只要大于或等于13.6eV的光子都能被處于基態(tài)的氫原子吸收而使其

發(fā)生電離。氫原子電離所產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能等于入射光子的能量減

去電離能。②實(shí)物粒子和原子作用而使原子激發(fā)或電離,是通過(guò)實(shí)物粒子和原子碰撞

來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在碰撞過(guò)程中,實(shí)物粒子的動(dòng)能可以全部或部分地被原子吸收,

所以只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩個(gè)能級(jí)差值,就可以使原子

受激發(fā)而躍遷到較高的能級(jí);當(dāng)入射粒子的動(dòng)能大于原子在某能級(jí)的電離

能時(shí),也可以使原子電離。(4)從高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)躍遷——放出能量原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)是不穩(wěn)定的,會(huì)自發(fā)地向基態(tài)或其他較低能級(jí)躍遷,由于

這種自發(fā)躍遷的隨機(jī)性,一個(gè)原子會(huì)有多種可能的躍遷。若是一群原子處

于激發(fā)態(tài),則各種可能躍遷都會(huì)發(fā)生,所以我們會(huì)同時(shí)得到該原子的全部光

譜線,輻射出的光譜線條數(shù)為N=

=

。5.氫原子光譜氫原子光譜線是最早發(fā)現(xiàn)、研究的光譜線,這些光譜線可用一個(gè)統(tǒng)一的公

式表示:

=R

式中R為常數(shù)m=1,2,3,…對(duì)每一個(gè)m,有n=m+1,m+2,m+3…構(gòu)成一個(gè)譜線系。例4氫原子能級(jí)如圖,當(dāng)氫原子從n=3躍遷到n=2的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)

為656nm。以下判斷正確的是

()

A.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)大于656nmB.用波長(zhǎng)為325nm的光照射,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級(jí)C.一群處于n=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線D.用波長(zhǎng)為633nm的光照射,不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí)解析由E初-E終=hν=h

可知,氫原子躍遷時(shí)始末能級(jí)差值越大,輻射的光子能量越高、波長(zhǎng)越短,由能級(jí)圖知E3-E2<E2-E1,故A錯(cuò)誤。由

=

得λ=121.6nm<325nm,故B錯(cuò)誤。由

=3可知C正確。因躍遷中所吸收光子的能量必須等于始末能級(jí)的差值,即從n=2躍遷到n=3的能級(jí)時(shí)必須吸收

λ=656nm的光子,故D正確。答案

CD拓展三原子核的衰變1.衰變:放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為

衰變。2.衰變規(guī)律:電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。(1)α衰變

X

Y

He,α衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核放出由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的粒子(即氦核)。(2)β衰變

X

Y

e,β衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子時(shí)放射出一個(gè)電子。(3)γ輻射:γ輻射是伴隨α衰變或β衰變同時(shí)發(fā)生的。γ輻射不改變?cè)雍说?/p>

電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時(shí),產(chǎn)生的

某些新核由于具有過(guò)多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。3.確定衰變次數(shù)的方法:設(shè)放射性元素

X經(jīng)過(guò)m次α衰變、n次β衰變后,變成穩(wěn)定的新元素

Y,則表示核反應(yīng)的方程為

X

Y+

He+

e。根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A=A'+4m,Z=Z'+2m-n兩式聯(lián)立得m=

,n=

+Z'-Z由此可見(jiàn)確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程組。例5

U經(jīng)過(guò)m次α衰變和n次β衰變,變成

Pb,則

()A.m=7,n=3

B.m=7,n=4C.m=14,n=9

D.m=14,n=18解析衰變方程為

U

Pb+

He+

e,由質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得:m=7,n=4,因而B(niǎo)項(xiàng)正確。答案

B4.半衰期的計(jì)算不同元素的半衰期是不一樣的,用τ表示某元素的半衰期,m0與N0表示衰變

前該元素的質(zhì)量和原子核數(shù),m和N表示衰變后該元素的質(zhì)量和原子核數(shù),n

表示半衰期數(shù),則m=

=m0·

,N=

=N0·

。例6氡222是一種天然放射性氣體,被吸入后,會(huì)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成輻射

損傷。它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一。其衰變方程是

Rn→

Po+

。已知

Rn的半衰期約為3.8天,則約經(jīng)過(guò)

天,16g的

Rn衰變后還剩1g。解析由質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒有:

Rn

Po

He由m=

可得,n=4,t=nT=4×3.8(天)=15.2(天)答案

He(或α)15.2應(yīng)用一光電效應(yīng)方程的應(yīng)用實(shí)踐探究1.關(guān)于光電效應(yīng)的四點(diǎn)說(shuō)明(1)能否發(fā)生光電效應(yīng),不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率。(2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見(jiàn)光,也包括不可見(jiàn)光。(3)逸出功的大小由金屬本身決定,與入射光無(wú)關(guān)。(4)光電子不是光子,而是電子。2.兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系(1)光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大;(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大。例1在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用頻率為ν的光照射光電管陰極,發(fā)生了光電效

應(yīng),下列說(shuō)法正確的是

()A.增大入射光的強(qiáng)度,光電流增大B.減小入射光的強(qiáng)度,光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C.改用頻率小于ν的光照射,一定不發(fā)生光電效應(yīng)D.改用頻率大于ν的光照射,光電子的最大初動(dòng)能變大解析增大入射光強(qiáng)度,使單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加,因此光電流增

大,選項(xiàng)A正確;光電效應(yīng)與入射光的頻率有關(guān),與強(qiáng)度無(wú)關(guān),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)

入射光的頻率小于ν,大于極限頻率時(shí)發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由Ekm=hν-

W0知,增大入射光的頻率,光電子的最大初動(dòng)能變大,選項(xiàng)D正確。答案

AD3.三個(gè)定量關(guān)系式(1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系:Ek=eUc。(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系:W0=hν0。例2當(dāng)具有5.0eV的光子射到一金屬表面時(shí),從金屬表面逸出的電子具有

的最大初動(dòng)能為1.5eV,為了使這種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),入射光子的能量必

須不小于

()A.1.5eVB.2.5eVC.3.5eVD.5.0eV解析根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W,得逸出功W=hν-Ek=5.0eV-1.5

eV=3.5eV,由光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件可知,入射光子的能量必須不小于逸出

功,故C正確。答案

C4.光電效應(yīng)的四類圖像分析

圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線

(1)極限頻率:圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc(2)逸出功:W0=|-E|=E(3)普朗克常量:圖線的斜率k=h顏色相同、強(qiáng)度不同的光,光電流與電壓的關(guān)系

(1)遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點(diǎn)(2)飽和光電流Im:電流的最大值(3)最大初動(dòng)能:Ek=eUc顏色不同時(shí),光電流與電壓的關(guān)

系

(1)遏止電壓Uc1、Uc2(2)飽和光電流(3)最大初動(dòng)能Ekl=eUc1、Ek2=eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)

系圖線

(1)極限頻率νc:圖線與橫軸的交點(diǎn)(2)遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大(3)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(shí)接反向電壓)例3圖甲是光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖,圖乙是光電流與加在陰極K和陽(yáng)極A

上的電壓的關(guān)系圖像,下列說(shuō)法正確的是

()A.由圖線①、③可知在光的顏色不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽和電流越大B.由圖線①、②、③可知對(duì)某種確定的金屬來(lái)說(shuō),其遏止電壓只由入射光

的頻率決定C.只要增大電壓,光電流就會(huì)一直增大D.不論哪種顏色的入射光,只要光強(qiáng)足夠,就能發(fā)生光電效應(yīng)解析由圖線①、③可知在光的顏色不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽和電流

越大,故選項(xiàng)A正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0=eUc,可知入射光頻率越

大,最大初動(dòng)能越大,遏止電壓也越大,可知對(duì)于確定的金屬,遏止電壓只與

入射光的頻率有關(guān),故選項(xiàng)B正確;增大電壓,當(dāng)電壓增大到一定值,光電流

達(dá)到飽和電流,便不再增大,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的

頻率大于截止頻率,與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。