《新高考物理二轮复习知识梳理+重点突破：第31讲 原子物理 (含解析)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理二轮复习知识梳理+重点突破：第31讲 原子物理 (含解析)（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第31讲 原子物理知识图谱原子物理知识精讲一波粒二象性1光电效应（1）光电效应实验在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。光通过小窗照到阴极K上，在光的作用下，电子从电极K逸出，并受电场加速而形成电流，这种电流称为光电流。（2）光电效应规律任何一种金属都对应一个极限（截止）频率，入射光频率必须大于极限频率才会产生光电效应。（3）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大。（4）当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光的强度成正比。（5）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过109 s。（6）爱因斯坦
2、光电效应方程：EkhW0，W0表示金属的逸出功，若c表示金属的极限频率，则W0hc。为了解释光电效应的所有实验结果，1905年爱因斯坦推广了普朗克关于能量子的概念，提出了光子说，光子说能够很好地解释光电效应。把光子的概念应用于光电效应时，爱因斯坦认为一个光子的能量是传递给金属中的单个电子的。电子吸收一个光子后，把能量的一部分用来挣脱金属对它的束缚，余下的一部分就变成电子离开金属表面后的动能。（7）康普顿效应光子与石墨中的电子发生碰撞后，成分中出现波长变长的光子的现象。康普顿因此获得1927年的诺贝尔物理学奖。康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量，入射光和电子的作用可以看成弹性碰撞，则当
3、光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞过程中动量守恒，能量守恒，碰后光子可能沿1方向运动，并且波长变长。康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。光电效应应用于电子吸收光子的问题，而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题。3用图象表示光电效应的规律（1）图象根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，光电子的最大初动能Ek是入射光频率的一次函数，图象如图所示，其横轴截距为金属的极限频率c，纵轴截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量h。（2）IU图象
4、光电流强度I随光电管两极间电压U的变化图象，如图所示，图中Im为饱和光电流，Uc为遏止电压。在一定的光照条件下，单位时间内阴极发射的光电子的数目是一定的，光电流随着电压的增加而增加，但是当电流增加到一定值之后，即使电压再增大，因此存在饱和电流。当电压减小为零时，电流并不为零，说明，只有施加反向电压，在光电管的两极形成减速的电场，电流才有可能为零。遏止电压Uc的存在说明，光电子具有一定的初速度。利用可得光电子的最大初动能。（3）存在截止频率任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率低于 “极限频率”时，无论入射光多强，都不能发生光电效应，这个极限频率称为截止频率。实验表明，不同的金属的截止频率不
5、同。4实物粒子的波粒二象性实物粒子的波动性（1）德布罗意波（物质波）：任何运动的实物粒子都有一种波长与之对应：；任何粒子都有一种频率与之对应：。科学家在实验室里，用晶体做了电子束衍射（波的特性）实验，得到了电子束的衍射图样，从而证明了实物粒子也具有波动性，如图所示。二原子的结构1电子的发现（1）电子的发现汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的方法做实验，所得比荷的数值是相等的。这说明，这种粒子是构成各种物质的共有成分。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。2原子的核式结构模型（1）粒子散射实验的原理（2）原子的核式结构模型的提出：绝大多数粒子不偏移，说明原子内部绝大部分是“空”的。少数粒子发生较大
6、偏转，说明原子内部有“核”存在。极少数粒子被弹回表明，作用力很大；质量很大；电量集中。实验中发现极少数粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些粒子在原子中某个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用，可见原子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。（3）原子核的电荷和大小原子半径的数量级是m，而原子核半径的数量级是m，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。原子核的半径只相当于原子半径的万分之一。3氢原子光谱（1）氢原子光谱的实验规律实验装置：玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光。当玻璃管中充入氢气时，就可以获得氢原
7、子光谱图。（2）氢原子光谱的理解特征：只有几种特定频率的光；光谱是一些分立的亮线；1885年，瑞士物理学家巴尔末提出氢原子光谱线的波长公式： 4玻尔理论（1）轨道量子化与玻尔定态假设以氢原子为例，下图为氢原子的能级图，基态：E1=-13.6eV代表电子在最靠近原子核的轨道上运动时整个原子的能量，此时原子是最稳定的。（2）频率条件跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态，称为跃迁。从高能级到低能解的跃迁，放出光子（自发的）；从低能级到高能解的跃迁，吸收光子。跃迁的频率条件：（mn）原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程。吸收
8、或辐射光子的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。跃迁的频率条件，解释了原子光谱的分立特征。（3）玻尔理论对氢光谱的解释玻尔理论很好解释甚至预言氢原子的其他谱线。能级公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6 eV；半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r10.531010 m。氢原子的能级图：（4）玻尔模型的局限性保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。对稍微复杂一点的原子，例如氦原子，无法解释其光谱现象。三原子核1天然放射现象放射性现象的实验：把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小
9、孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场（左图为磁场，右图为电场），发现射线如图所示。三种射线：名称构成符号电离能力贯穿本领射线氦核He最强最弱射线电子e较强较强射线光子最弱最强2原子核的组成 （1）质子：卢瑟福用粒子轰击氮核，发现质子。（2）中子：查德威克发现中子。原因是，如果原子核中只有质子，那么原子核的质量与电荷量之比应等于质子的质量与电荷量之比，但实际却是，绝大多数情况是前者的比值大些，卢瑟福猜想核内还有另一种粒子。（3）原子核的组成：质子带正电荷，电荷量与一个电子所带电荷量相等；中子不带电，质子和中子的质量十分接近，统称为核子，组成原子核。（4）原子核的电荷数和质量数：原子核
10、所带的电荷量总是质子电荷的整数倍，这个倍数就叫做原子核的电荷数。原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数。原子核的电荷数=质子数=核外电子数=原子序数；原子核的质量数=核子数=质子数+中子数。（5）原子核的符号表示符号表示原子核，X：元素符号；A：核的质量数；Z：核电荷数。例如，一种铀原子核的质量数是235，其核子数是235，质子数是92，中子数是143。（6）同位素定义：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。性质：原子核的质子数决定了核外电子数目，也决定了电子在核外的分布情况，进而决定了这种元素的化学性质，因而同种元素的同位
11、素具有相同的化学性质。氢有三种同位素：氕（通常所说的氢），氘（也叫重氢），氚（也叫超重氢），符号分别是：，和。碳有两种同位素，符号分别是和。3放射性元素的衰变（1）原子核的衰变定义：原子核放出或粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。举例说明：衰变：铀238核放出一个粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核，钍234核。这种放出粒子的衰变叫做衰变。这个过程用衰变方程式表示为：23892U23490Th+42He。衰变规律：AZXA-4Z-2Y+42He。衰变：钍234核也具有放射性，它能放出一个粒子而变成23491Pa（镤）
12、，这种放出粒子的衰变叫做衰变。钍234核的衰变方程式：23490Th23491Pa+0-1e。衰变规律：AZXAZ+1Y+0-1e。射线是由于原子核在发生衰变和衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随射线和射线而产生。射线的本质是能量。（2）衰变方程式遵守的规律：书写衰变方程时，质量数守恒和核电荷数守恒。例如：卢瑟福发现质子：NHeOH；查德威克发现中子：BeHeCn。4半衰期（1）半衰期的定义：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。半衰期表示放射性元素的衰变的快慢。半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律。一种元素的半衰期与这
13、种元素是以单质形式还是以化合物形式存在，或者增加压力不会改变。（2）公式：用T表示半衰期，与表示衰变前的质量和原子核数，与表示衰变前的质量和原子核数，n表示半衰期数，则，（）。（3）氡的衰变氡222（衰变）钋218的半衰期是3.8天，即大约每隔3.8天，就有一半的氡发生了衰变，再经过第二个半衰期，就剩有1/4的氡。三点剖析课程目标：1 光电效应的理解及图像；2 原子结构的理解，氢原子能谱的理解；3 原子核理解：核衰变、核反应方程、核能、重核裂变、轻核聚变。光电效应例题1、多选题 用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转。而用另一频率的
14、单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么()A.a光的频率一定大于b光的频率B.增大b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转C.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到cD.只增大a光的强度可使通过电流计G的电流增大例题2、多选题 图（甲）是研究光电效应的实验原理图，在研究光电效应的实验中，光电流与电压的关系可用图（乙）所示的曲线表示，图中横轴U表示光电管阳极和阴极间的所加电压，纵轴I表示光电流的强度，下面关于曲线a、b、c对应色光的相关说法中正确的是（ ）A.b的遏止电压低，a和c的遏止电压高B.遏止电压与入射光的强度无关C.a和c是同种色光，且a比c光的强度要强D
15、.b和c是同种色光，且b比c光的强度要强例题3、 如图所示是做光电效应实验的装置简图。在抽成真空的玻璃管内，K为阴极（用金属铯制成，发生光电效应的逸出功为1.9eV），A为阳极。在a、b间不接任何电源，用频率为（高于铯的极限频率）的单色光照射阴极K，会发现电流表指针有偏转。这时，若在a、b间接入直流电源，a接正极，b接负极，并使a、b间电压从零开始逐渐增大，发现当电压表的示数增大到2.1V时，电流表的示数刚好减小到零。（普朗克恒量h6.631034Js）求：（1）a、b间未接直流电源时，通过电流表的电流方向_（2）从阴极K发出的光电子的最大初动能EK_焦。（3）入射单色光的频率是_。例题4、多选题 某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能E
