專題12 近代物理

目錄
第一節光電效應、波粒二象性   1
【基本概念規律】   1
【重要考點歸納】   2
考點一　光電效應規律的理解   2
考點二　光電效應方程及圖象問題   2
【思想方法與技巧】   3
用統計規律理解光的波粒二象性   3
第二節　原子與原子核   3
【基本概念、規律】   3
【重要考點歸納】   6
考點一　氫原子能級及能級躍遷   6
考點二　氫原子的能量及其變化   6
考點三　原子核的衰變　半衰期   6
考點四　核反應類型與核反應方程   7
考點五　有關核能的計算　   7
【思想方法與技巧】   8
守恒思想在核反應中的應用   8

第一節光電效應、波粒二象性
【基本概念規律】
一、光電效應
1．定義：在光的照射下從物體發射出電子的現象(發射出的電子稱為光電子)．
2．產生條件：入射光的頻率大于極限頻率．
3．光電效應規律
(1)存在著飽和電流
對于一定顏色的光，入射光越強，單位時間內發射的光電子數越多．
(2)存在著遏止電壓和截止頻率
光電子的能量只與入射光的頻率有關，而與入射光的強弱無關．當入射光的頻率低于截止頻率時不發生光電效應．
(3)光電效應具有瞬時性
當頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時立即產生光電流，時間不超過10－9s.
二、光電效應方程
1．基本物理量
(1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34J•s(稱為普朗克常量)．
(2)逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值．
(3)最大初動能
發生光電效應時，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有動能的最大值．
2．光電效應方程：Ek＝hν－W0.
三、光的波粒二象性與物質波
1．光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振現象證明光具有波動性．
(2)光電效應說明光具有粒子性．
(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性．
2．物質波
(1)概率波：光的干涉現象是大量光子的運動遵守波動規律的表現，亮條紋是光子到達概率大的地方，暗條紋是光子到達概率小的地方，因此光波又叫概率波．
(2)物質波：任何一個運動著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應，其波長λ＝hp，p為運動物體的動量，h為普朗克常量．
【重要考點歸納】
考點一　光電效應規律的理解　　　
1．放不放光電子，看入射光的最低頻率．
2．單位時間內放多少光電子，看光的強度．
3．光電子的最大初動能大小，看入射光的頻率．
4．要放光電子，瞬時放．
考點二　光電效應方程及圖象問題　
1．愛因斯坦光電效應方程
Ek＝hν－W0
hν：光電子的能量．
W0：逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功．
Ek：光電子的最大初動能．
2．圖象分析
圖象名稱   圖線形狀   由圖線直接(間接)
得到的物理量
最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線      ①極限頻率：ν0
②逸出功：W0＝|－E|＝E
③普朗克常量：圖線的斜率k＝h
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線      ①截止(極限)頻率：ν0
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＝ke(k為斜率，e為電子電量)
頻率相同、光強不同時，光電流與電壓的關系      ①遏止電壓：Uc
②飽和光電流：Im(電流的最大值)
③最大初動能：Ekm＝eUc
頻率不同、光強相同時，光電流與電壓的關系      ①遏止電壓：Uc1、Uc2
②飽和光電流：電流最大值
③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2

【思想方法與技巧】
用統計規律理解光的波粒二象性
微觀粒子中的粒子性與宏觀概念中的粒子性不同，通俗地講，宏觀粒子運動有確定的軌道，能預測，遵守經典物理學理論，而微觀粒子運動軌道具有隨機性，不能預測，也不遵守經典物理學理論；微觀粒子的波動性與機械波也不相同，微觀粒子波動性是指粒子到達不同位置的機會不同，遵守統計規律，所以這種波叫概率波．

第二節　原子與原子核
【基本概念、規律】
一、原子的核式結構
1．α粒子散射實驗的結果
絕大多數α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但少數α粒子發生了大角度偏轉，極少數α粒子的偏轉超過了90°，有的甚至被撞了回來，如圖所示．

2．原子的核式結構
在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質量都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉．
二、玻爾理論
1．定態：原子只能處于一系列不連續的能量狀態中，在這些能量狀態中原子是穩定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量．
2．躍遷：原子從一種定態躍遷到另一種定態時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態的能量差決定．即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.626×10－34J•s)
3．軌道：原子的不同能量狀態跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應．原子的定態是不連續的，因此電子的可能軌道也是不連續的．
4．氫原子的能級、能級公式
(1)氫原子的能級圖(如圖所示)

(2)氫原子的能級和軌道半徑
①氫原子的能級公式：En＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態能量，其數值為E1＝－13.6 eV.
②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態半徑，又稱玻爾半徑，其數值為r1＝0.53×10－10m.
三、天然放射現象、原子核的組成
1．天然放射現象
(1)天然放射現象
元素自發地放出射線的現象，首先由貝克勒爾發現．天然放射現象的發現，說明原子核具有復雜的結構．
(2)放射性和放射性元素：物質發射某種看不見的射線的性質叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．
(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線．
2．原子核
(1)原子核的組成
①原子核由質子和中子組成，質子和中子統稱為核子．
②原子核的核電荷數＝質子數，原子核的質量數＝質子數＋中子數．
(2)同位素：具有相同質子數、不同中子數的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化學性質．
四、原子核的衰變和半衰期
1．原子核的衰變
(1)原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變．
(2)分類
α衰變：AZX→A－4Z－2Y＋42He
β衰變：AZX→　AZ＋1Y＋　0－1e
2．半衰期
(1)定義：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間．
(2)衰變規律：N＝N012t/τ、m＝m012t/τ
(3)影響因素：由原子核內部因素決定，跟原子所處的物理化學狀態無關．
五、核力、結合能、質量虧損、核反應
1．核力
(1)定義：原子核內部，核子間所特有的相互作用力．
(2)特點：①核力是強相互作用的一種表現；
②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內；
③每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用．
2．核能
(1)結合能
核子結合為原子核時放出的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結合能，亦稱核能．
(2)比結合能
①定義：原子核的結合能與核子數之比，稱做比結合能，也叫平均結合能．
②特點：不同原子核的比結合能不同，原子核的比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定．
3．質能方程、質量虧損
愛因斯坦質能方程E＝mc2，原子核的質量必然比組成它的核子的質量和要小Δm，這就是質量虧損．由質量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2.
4．獲得核能的途徑：(1)重核裂變；(2)輕核聚變．
5．核反應
(1)遵守的規律：電荷數守恒、質量數守恒．
(2)反應類型：衰變、人工轉變、重核裂變、輕核聚變．
【重要考點歸納】
考點一　氫原子能級及能級躍遷　
1．原子躍遷的條件
(1)原子躍遷條件hν＝Em－En只適用于光子和原子作用而使原子在各定態之間躍遷的情況．
(2)當光子能量大于或等于13.6 eV時，也可以被處于基態的氫原子吸收，使氫原子電離；當處于基態的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV時，氫原子電離后，電子具有一定的初動能．
(3)原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發．由于實物粒子的動能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子發生能級躍遷．
2．躍遷中兩個易混問題
(1)一群原子和一個原子：氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時間內，由某一軌道躍遷到另一個軌道時，可能的情況只有一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現了．
(2)直接躍遷與間接躍遷：原子從一種能量狀態躍遷到另一種能量狀態時．有時可能是直接躍遷，有時可能是間接躍遷．兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的．直接躍遷時輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時輻射(或吸收)的所有光子的能量和．
3.(1)能級之間躍遷時放出的光子頻率是不連續的．
(2)能級之間發生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En求得．若求波長可由公式c＝λν求得．
(3)一個氫原子躍遷發出可能的光譜線條數最多為(n－1)．
(4)一群氫原子躍遷發出可能的光譜線條數的兩種求解方法：
①用數學中的組合知識求解：N＝C2n＝n?n－1?2.
②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加．
考點二　氫原子的能量及其變化　
1．原子能量：En＝Ekn＋Epn＝E1n2，隨n(r)增大而增大，其中E1＝－13.6 eV.
2．電子動能：電子繞氫原子核運動時靜電力提供向心力，即ke2r2n＝mv2rn，所以Ekn＝12ke2rn，隨n(r)增大而減小．
3．電勢能：通過庫侖力做功判斷電勢能的增減．當n減小，即軌道半徑減小時，庫侖力做正功，電勢能減小；反之，n增大，即軌道半徑增大時，電勢能增加．
考點三　原子核的衰變　半衰期　
1．衰變規律及實質
(1)兩種衰變的比較
衰變類型   α衰變   β衰變
衰變方程   AZX→A－4Z－2Y＋42He
AZX→　AZ＋1Y＋　0－1e

衰變實質   2個質子和2個中子
結合成一個整體射出   中子轉化為
質子和電子
   211H＋210n→42He
10n→11H＋　0－1e

衰變規律   質量數守恒、電荷數守恒
(2)γ射線：γ射線經常是伴隨著α衰變或β衰變同時產生的．其實質是放射性原子核在發生α衰變或β衰變的過程中，產生的新核由于具有過多的能量(核處于激發態)而輻射出光子．
2．確定衰變次數的方法
因為β衰變對質量數無影響，先由質量數的改變確定α衰變的次數，然后再根據衰變規律確定β衰變的次數．
3．半衰期
(1)公式：N余＝N原12t/τ，m余＝m原12t/τ
(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(如溫度、壓強)或化學狀態(如單質、化合物)無關．
考點四　核反應類型與核反應方程
1．核反應的四種類型：衰變、人工轉變、裂變和聚變．
2．核反應過程一般都是不可逆的，所以核反應方程只能用單向箭頭連接并表示反應方向，不能用等號連接．
3．核反應的生成物一定要以實驗為基礎，不能憑空只依據兩個守恒規律杜撰出生成物來寫核反應方程．
4．核反應遵循質量數守恒而不是質量守恒，核反應過程中反應前后的總質量一般會發生變化．
5．核反應遵循電荷數守恒．
考點五　有關核能的計算　　　　
1．應用質能方程解題的流程圖
書寫核反應方程→計算質量虧損Δm→利用ΔE＝Δmc2計算釋放的核能
(1)根據ΔE＝Δmc2計算，計算時Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”．
(2)根據ΔE＝Δm×931.5 MeV計算．因1原子質量單位(u)相當于931.5 MeV的能量，所以計算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”．
2．利用質能方程計算核能時，不能用質量數代替質量進行計算．
【思想方法與技巧】
守恒思想在核反應中的應用
(1)在動量守恒方程中，各質量都可用質量數表示．
(2)只有利用ΔE＝Δmc2時，才考慮質量虧損，在動量和能量守恒方程中，不考慮質量虧損．
(3)注意比例運算求解．

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高考物理一輪復習專題12近代物理考點歸納

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