江苏专用2019版高考物理大一轮复习第12单元原子物理学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 12单元 原子物理 高考热点统计 要求 2014年 2015年 2016年 2017年 高考基础要求及 冷点统计 光电效应 35 (1) 35 (1) 35 (1) 19 氢原子光谱( ) 氢原子的能级结构、能级公式 ( ) 放射性同位素 ( ) 射线的危害与防护 ( ) 氢原子光谱、放射性同位素、射线的危害与防护属于了解类知识 ,一般不会单独出题 ;氢原子的能级结构和能级公式属于难点、冷点 . 爱因斯坦光电效应方程 35 (1) 35 (1) 35 (1) 19 原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期 35 (1) 35 (1) 35 (1) 35 (1)

2、 15 核力、核反应方程 35 (1) 35 (1) 结合能、质量亏损 35 (1) 17 15 裂 变反应和聚变反应、裂变反应堆 35 (1) 35 (1) 17 考情分析 1.从近几年高考试题来看 ,高考对本章内容的考查涉及的考点较多 ,具有不确定性 .考题可能根据 某一考 点命题 ,也可以同时涉及多个考点 ,题型为选择题的几率很高 ,很少出现计算题 . 2.从整体命题趋势上看 ,高考对本部分的命题基本会保持原有命题思路 ,仍将以光电效应、能级跃迁、核反应方程、核能的分析与计算为命题重点 ,在 2019届高考复习中应多加关注 . 第 30讲 波粒二象性 氢原子能级结构 一、光电效应 1.光

3、电效应 在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象 ,叫作光电效应 ,发射出来的电子叫作 . 2.爱因斯坦光电效应方程 (1)光子说 :空间传播的光的能量是不连续的 ,是一份一份的 ,每一份叫作一个光子 .光子的能量为 = ,其中 h是普朗克常量 ,其值为 6.63 10-34 J s. (2)光电效应方程 : .其中 h 为入射光的能量 ,Ek为光电子的最大初动能 ,W0是金属的逸出功 . 二、光的波粒二象性 1.光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性 . 2.光电效应和康普顿效应说明光具有 性 . 3.光既具有波动性 ,又具有粒子性 ,称为光的 性 . 三、玻尔理论与氢原子的能级 1.玻

4、尔理论 (1)定态 :原子只能处于一系列 的能量状态中 ,在这些能量状态中原子是 的 ,电子 虽然绕核运动 ,但并不向外辐射能量 . (2)跃迁 :原子从一种定态跃迁到另一种定态时 ,它 辐射或吸收一定频率的光子 ,光子的能量由这两个定态的能量差决定 ,即 h= .(h 是普朗克常量 ,h=6.63 10-34 J s) 【 精品教育资源文库 】 (3)轨道 :原子的不同能量状态跟电子在不同的圆 轨道绕核运动相对应 .原子的定态是 的 ,因此电子的可能轨道也是 的 . 2.氢原子的能级和轨道半径 (1)氢原子的能级公式 :En= E1(n=1,2,3,? ),其中 E1为基态能量 ,其数值为

5、 E1= eV. (2)氢原子的半径 公式 :rn= (n=1,2,3,? ),其中 r1为基态半径 ,又称玻尔半径 ,其数值为 r1=0.53 10-10 m. (3)氢原子的能级图 :能级图如图 30-1所示 . 图 30-1 【思维辨析】 (1)电子枪发射电子的现象就是光电效应 . ( ) (2)不同的金属对应着相同的极限频率 . ( ) (3)核外电子虽然绕核运动 ,但并不向外辐射能量 . ( ) (4)核外电子可以吸收或放出任意频率的光子 . ( ) 【思维拓展】 玻尔的氢原子能级理论成功解释了氢原子光谱不连续的特点 ,解释了当时出现的“紫外灾 难” .该理论也可解释其他原子光谱现象

6、吗 ? 考点一 对光电效应的理解 1.光电效应的实质 光子照射到金属表面 ,某个电子吸收光子的能量后动能变大 ,当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时 ,便飞出金属表面成为光电子 .光电效应现象中 ,每个电子只能吸收一个光子的能量 . 2.对光电效应规律的解释 (1)光照射金属时 ,电子吸收一个光子 (形成光电子 )的能量后 ,动能立即增大 ,不需要积累能量的过程 . (2)电子从金属表面逸出 ,首先需克服 金属表面原子核的引力做功 (逸出功 W).要使入射光子的能量不小于 W,对应频率 c= 为极限频率 . (3)光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大 . (4)入射光越强 ,单位时

7、间内入射到金属表面的光子数越多 ,产生 的光电子数越多 ,射出的光电子做定向移动时形成的光电流越大 . 3.概念辨析 【 精品教育资源文库 】 4.用图像表示光电效应方程 (1)最大初动能 Ek与入射光频率 的关系图线如图 30-2所示 . 图 30-2 (2)由图线可以得到的物理量 : 极限频率 :图线与 轴交点的横坐标 c. 逸出功 :图线与 Ek轴交点的纵坐标的绝对 值 W0=|-E|=E. 普朗克常量 :图线的斜率 k=h. 1 (多选 )2017全国卷 在光电效应实验中 ,分别用频率为 a、 b的单色光 a、 b照射到同种金属上 ,测得相应的遏止电压分别为 Ua和 Ub、光电子的最

8、大初动能分别为 Eka和 Ekb.h为普朗克常量 .下列说法正确的是( ) A.若 a b,则一定有 Ua b,则一定有 EkaEkb C.若 Ua b,则一定有 h a-Ekah b-Ekb 式题 (多选 )2017湖北八校一联 如图 30-3甲所示 ,在“光电效应”实验中 ,某同学用相同频率的单色光 ,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管 ,结果都能发生光电效应 .图乙为其中一个光电管的遏止电压 Uc随照射光频率 变化的函数关系图像 .对于这两个光电管 ,下列判断正确的是 ( ) 图 30-3 A.因为不同材料的逸出功不同 ,所以遏止电压 Uc不同 B.光电子的最大初动能不同 C.因

9、为光强不确定 ,所以单位时间逸出的光电子数可能相同 ,饱和光电流也可能相同 D.两个光电管的 Uc- 图像的斜率可能不同 要点总结 分析光电效应问题抓住两条对应 关系和三个关系式 (1)两条对应关系 光强大光子数目多发射光电子多光电流大 . 光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大 . (2)三个关系式 爱因斯坦光电效应方程 :Ek=h -W0. 最大初动能与遏止电压的关系 :Ek=eUc. 逸出功与极限频率的关系 :W0=h 0. 考点二 光的波粒二象性 1.对光的波粒二象性的理解 光既有波动性 ,又有粒子性 ,两者不是孤立的 ,而是有机的统一体 ,其表现规律为 : (1)从数量上看 :个别

10、光子的作用效果往往表现为粒子性 ;大量光子的作用效果往往表现为波动性 . (2)从频率上看 :频率越低波动性越显著 ,越容易看到光的干涉和明显的衍射现象 ;频率越高粒子性越显著 ,越不容易看到光的干涉和明显的衍射现象 ,贯穿本领越强 . (3)从传播与作用上看 :光在传播过程中往往表现出波动性 ;在与物质发生作用时往往表现出粒子性 . 【 精品教育资源文库 】 (4)波动性与粒子性的统一 :由光子的能量 E=h ,光子的动量 p= 表达式也可以看出 ,光的波动性和粒子性并不矛盾 ,表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量 频率 和波长 . (5)理解光的波粒二象性时不可

11、把光当成宏观概念中的波 ,也不可把光当成微观概 念中的粒子 . 2.概率波与物质波 (1)概率波 :光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现 ,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 ,因此光波是一种概率波 . (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 . 2 能够证明光具有波粒二象性的现象是 ( ) A.光电效应和康普顿效应 B.光的衍射和光的色散 C.光的折射和透镜成像 D.光的干涉和康普顿效应 式题 (多选 )波粒二象性是微观世界的基本特征 ,以下说法正确的

12、有 ( ) A.光电效应现象揭示了光的粒子性 B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D.动能相等的质子和电子 ,它们的德布罗意波长也相等 考点三 能级的分析与计算 1.氢原子跃迁条件 氢原子跃迁条件 h=E m-En只适用于光子和氢原子作用而使氢原子在各定态之间跃迁的情况 .对于光子和氢原子作用而使氢原子电离时 ,只要入射光的能量 E 13.6 eV,氢原子就能吸收光子的能量 ,对于实物粒子与原子作用使氢原子激发时 ,实物粒子的能量大于或等于能 级差即可 . 2.氢原子跃迁时能量的变化 (1)氢原子能量 :En=Ekn+Epn= ,随

13、n增大而增大 ,其中 E1=-13.6 eV. (2)电子动能 :电子绕氢原子核运动时库仑力提供向心力 ,即 k ,所以 Ek= 随 r增大而减小 . (3)电势能 :通过库仑力做功判断电势能的增减 .当轨道半径减小时 ,库仑力做正功 ,电势能减小 ;反之 ,轨道半径增大时 ,电势能增加 . 3.光谱线条数 (1)一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数为 N= . (2)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为 (n-1). 3 如图 30-4所示为氢原子的能级 图 ,以下判断正确的是 ( ) 图 30-4 A.处于 n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子 【 精品教育资源文库 】 B.欲使处

14、于基态的氢原子被激发 ,可用能量为 12.09 eV的光子照射 C.当氢原子从 n=5能级跃迁到 n=3能级时 ,要吸收光子 D.用氢原子从 n=2能级跃迁到 n=1能级辐射出的光照射金属铂 (逸出功为 6.34 eV)时不能发生光电效应 式题 1 (多选 )2017山西太原模拟 氢原子的能级图如图 30-5所示 ,已知可见光的光子能量范围约为1.623.11 eV.下列说法正确的是 ( ) 图 30-5 A.处 于 n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线 ,并发生电离 B.大量氢原子从高能级向 n=3能级跃迁时 ,可能发出可见光 C.大量处于 n=4能级的氢原子向低能级跃迁时 ,可能发出 6种不同频率的光 D.一个处于 n=3能级的氢原子向低能级跃迁时 ,最多能发出 3种不同频率的光 式题 2 氢原子的能级图如图 30-6所示 .氢原子从 n=3能级直接向 n=1能级跃迁所放出的光子 ,恰能使某种金属产生光电效应 ,则该金属的截止频率为 Hz;用一群处于 n=4能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属 ,产生的光电子最大初动能为 eV.(普朗克常量 h=6.63 10-34 J s,结果均保留 2位有效数字 ) 图 30-6 第 31讲 核反应、核能 一、原子核与衰变 1.原子核的组成 :原子核是由