届高考物理二轮复习专题五近代物理初步必背要点学案

2019届高考物理二轮复习专题五近代物理初步必背要点学案本文简介：近代物理初步必背要点物理学简史概要1、普朗克通过对黑体辐射的研究提出了能量量子化的观点，从而成为量子力学的奠基人。2、光电效应和康普顿效应证明了光具有粒子性，康普顿效应证明了光不仅具有能量还具有动量。3、德布罗意提出了物质波的猜想，电子衍射实验证明了其猜想。4、波恩提出了概率波的观点。5、汤姆孙发现

2019届高考物理二轮复习专题五近代物理初步必背要点学案本文内容：

近代物理初步必背要点

物理学简史概要

1、

普朗克通过对黑体辐射的研究提出了能量量子化的观点，从而成为量子力学的奠基人。

2、

光电效应和康普顿效应证明了光具有粒子性，康普顿效应证明了光不仅具有能量还具有动量。

3、

德布罗意提出了物质波的猜想，电子衍射实验证明了其猜想。

4、

波恩提出了概率波的观点。

5、

汤姆孙发现电子并提出了原子的枣糕模型。

6、

密立根通过油滴实验测出了电子的电荷量并证明了电荷是量子化的。

7、

卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型。

8、

贝克勒尔发现了天然放射现象说明原子核具有复杂结构。

9、

伦琴发现了x射线。

10、卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了质子：N＋He―→O＋H并预言了中子的存在。

11、约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子

Al＋He―→P＋n

P―→Si＋e。

12、

查德威克发现中子：He＋Be―→C＋n

1、

光电效应

1、

赫兹最早发现光电效应现象。

2、

定义：照射到金属表面的光能使金属中的电子从表面逸出的现象。逸出的电子叫光电子。

3、

五个概念：

①逸出功（）：由金属板决定（对于同一金属板逸出功是定值）

②最大初动能：（由频率决定）

③截止频率：由金属板决定截止的是电流。也称为极限频率。

④遏制电压：得：由频率决定

⑤光强（I）：光强越强光电子数量越多。

4、

四条规律：

①光电子的能量由入射光的频率决定与入射光的强度无关。

②每种金属都有一个极限频率当入射光的频率大于等于截止频率才会发生光电效应。

③当入射光的频率大于极限频率时，入射光的强度决定光电子的数目决定饱和光电流的大小。

④光电效应是瞬时的。

5、四类图象

图象名称

图线形状

由图线直接(间接)得到的物理量

最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线

①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc

②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E

③普朗克常量：图线的斜率k＝h

颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系

①遏止电压Uc：图线与横轴的交点

②饱和光电流Im：电流的最大值

③最大初动能：Ekm＝eUc

颜色不同时，光电流与电压的关系

①遏止电压Uc1、Uc2

②饱和光电流

③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2

遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线

①截止频率νc：图线与横轴的交点

②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大

③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke。(注：此时两极之间接反向电压)

【例题】1、在光电效应试验中，分别用频率为νa、νb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光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确是

A．若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub

B．若νa＞νb，则一定有Eka＞Kkb

C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb

D．若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb

答案：

BC

2、现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是

A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B．入射光的频率变高，饱和光电流变大

C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关

答案：ACE

3、如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5)。由图可知（AC）

A．该金属的截止频率为4.27×1014

Hz

B．该金属的截止频率为5.5×1014

Hz

C．该图线的斜率表示普朗克常量

D．该金属的逸出功为0.5

eV

4、在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________。

解析

根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W0，又因为Ekm＝eUc，得到Uc＝ν－，所以＝k，h＝ek；－＝b，W0＝－eb。

答案

ek

－eb

5、在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示。则可判断出

A．甲光的频率大于乙光的频率

B．乙光的波长大于丙光的波长

C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率

D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能

解析

由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，对于甲、乙两种光，反向遏止电压相同，因而频率相同，A错误；丙光对应的反向遏止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C、D均错，B正确。

答案

B

三、原子模型

1、1897年，汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子，由此认识到原子也应该具有内部结构，而不是不可分的，并且他提出了原子的枣糕模型。

2、1909年，卢瑟福和他的同事以粒子轰击重金属箔，即粒子的散射实验来检验汤姆孙的原子模型时提出了新的原子模型-------核式结构模型。

（1）

粒子的散射实验的现象

绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数发生偏转，并且有极少数偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°。

（2）核式结构模型的学说内容

在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间里软核旋转。

（3）核式结论模型的局限性

通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的，但它与经典论发生了严重的分歧。电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射，运动不停，辐射不止，原子能量单调减少，轨道半径缩短，旋转频率加快。由此可得两点结论

①电子最终将落入核内，这表明原子是一个不稳定的系统；

②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。原子是一个不稳定的系统显然与事实不符，实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。如此尖锐的矛盾，揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。

3、为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性，玻尔于1913年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论，虽然这是一个过渡性的理论，但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步。

（1）玻尔理论的内容：

①原子只能处于一条列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。

②原子从一种定态（设能量为Em）跃迁到另一种定态（设能量为En）时,它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这种定态的能量差决定，即

③氢原子中电子轨道是量子化的每一可取的轨道对应一个能级。

（2）巴耳末公式

研究原子的结构及其规律的一条重要途径就是对光谱的研究。19世纪末，许多科学家对原子光谱已经做了大量的实验工作。第一个发现氢原子线光谱可组成线系的是瑞士的中学教师巴耳末，他于1885年发现氢原子的线光谱在可见光部分的谱线，可归纳为如下的经验公式

，n=3，4，5，…

式中的为波长，R是一个常数，叫做里德伯恒量，实验测得R的值为1.096776107。上面的公式叫做巴耳末公式。当n=3，4，5，6时，用该式计算出来的四条光谱线的波长跟从实验测得的四条谱线的波长符合得很好。氢光谱的这一系列谱线叫做巴耳末系。

（3）能及图

①称为量子数，代表基态，代表激发态，值为：。

②原子向外辐射（吸收）光子的能量与发生跃迁的

两个轨道有关。，。

③一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n－1。一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：N＝C＝。

④电子由高能级向低能级跃迁时，动能增加，势能减小，总能量减小。电子由低能级向高能级跃迁时，动能减小，势能增大，总能量增大。

⑤

对于光子和原子作用而使原子发生跃迁时，入射光的能量要刚好等于两能级差，原子才能能吸收，对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差都行。

⑥电离：由某一定态跃迁到无穷远处。

【例题1】如图所示，为氢原子的能级图，现有大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁。已知当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656

nm下列说法正确的是

A．大量氢原子总共可辐射出三种不同频率的光有2种属于巴耳末系

B．氢原子由n＝3跃迁到n＝2产生的光频率最大

C．这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2

eV

D．氢原子由n＝3跃迁到n＝1产生的光照射逸出功为6.34

eV的金属铂能发生光电效应

E．氢原子由n＝3跃迁到n＝1产生的光波长最短

F.使n＝3能级的氢原子电离至少要1.51

eV的能量

G.若从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应

H.在3种光子中，从n＝3能级跃迁到n＝1能级释放的光子康普顿效应最明显

I.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子，原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1＞λ2，那么原子从a能级跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子.

J.氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656

nm

K.用波长为325

nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级

答案解析：A

巴尔末系属于可见光系也指从大于二能级跃迁至二能级的光从三能级跃迁只有一条属于巴尔末系A错

B由n＝3跃迁到n＝2能级差最小频率最小根据可知频率越小波长越长B错E错

C从n=3跃迁到n=1的光子能量最大

C错根据光电效应发生的条件可知D对

G错

F

n＝3能级的氢原子电离至少要

F对

H

频率越大粒子性越强康普顿效应越明显H对

I

由E＝hν及ν＝，可知原子从a能级状态跃迁到b能级状态发射光子的能量E1＝，原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收光子的能量E2＝，则原子从a能级状态跃迁到c能级状态时要吸收光子的能量E3＝E2－E1＝，波长为，I项正确。

J

从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656

nm

根据可知n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长小于656

nmJ

K

均错

答案：DFHI

（4）玻尔理论的局限性：

玻尔原子理论满意地解释了氢原子和类氢原子的光谱；从理论上算出了里德伯恒量；但是也有一些缺陷。对于解释具有两个以上电子的比较复杂的原子光谱时却遇到了困难，理论推导出来的结论与实验事实出入很大。此外，对谱线的强度、宽度也无能为力；也不能说明原子是如何组成分子、构成液体个固体的。玻尔理论还存在逻辑上的缺点，他把微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又给予它们量子化的观念，失败之处在于偶保留了过多的经典物理理论。到本世纪20年代，薛定谔等物理学家在量子观念的基础上建立了量子力学。彻底摒弃了轨道概念，而代之以几率和电子云概念。

四、原子核理论

1、天然放射现象：

（1）概念：元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。

(2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。

(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线。三种射线均来自原子核。

种类

高速氦核流

高速电子流

（光子流）高频电磁波

速度

0.1c

0.99c

C

在电磁场中

偏转

与a射线反向偏转

不偏转

贯穿本领

最弱，用纸能挡住

较强，穿透几毫米的铝板

最强，穿透几厘米的铅板

对空气的电离作用

很强

较弱

很弱

在空气中的径迹

粗、短、直

细、较长、曲折

最长

通过胶片

感光

感光

感光

产生机制

核内两个中子和两个质子结合的比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核抛射出来

核内的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核内发射出来

放射性原子核在发生两种衰变后产生得新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射r光子

2、

放射性元素的衰变

（1）定义：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。

（2）两种衰变的比较

衰变类型

α衰变

β衰变

衰变方程

X―→Y＋He

X―→Y＋e

衰变实质

2个质子和2个中子结合成一个整体射出

中子转化为质子和电子

2H＋2n―→He

n―→H＋e

衰变规律

电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒

（3）γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子。

3、半衰期

（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

（2）影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。

（3）半衰期公式：

N余＝N原()，m余＝m原()。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。

（4）半衰期的物理意义：

半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差别很大。

（5）半衰期的适用条件：

半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变。

【例题】1、Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成Pb(铅)，下列说法中正确的是

A．铅核比钍核少8个质子

B．铅核比钍核少16个中子

C．共经过4次α衰变和6次β衰变

D．共经过6次α衰变和4次β衰变

答案：D

2、14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5

700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是

A．该古木的年代距今约5

700年

B．12C、13C、14C具有相同的中子数

C．14C衰变为14N的过程中放出β射线

D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变

答案：AC

5、

核反应

1、原子核

(1)原子核的组成

①原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。

②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝质子数＋中子数。

(2)

同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质。

2、核力

(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。

(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；

②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15

m之内；

③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。这种性质成为核力的饱和性。

④弱相互作用是引起原子核衰变的原因。

3、核能

(1)结合能

核子结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。并不是核子结合成原子核而具有的能量。

(2)比结合能（平均结合能）

①定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。

②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

(3)

质量亏损：原子核的质量小于组成原子核的核子质量之和的现象。质量亏损并不是质量消失而是伴随有场态物质辐射，每个核子变“瘦”，静质量向动质量转化。

(4)

核能的计算

①由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2。

②能ΔE=

4、核反应的四种类型

类型

可控性

核反应方程典例

衰变

衰变

自发

衰变

自发

人工转变

人工控制

卢瑟福发现质子

查德威克发现中子

约里奥.居里夫妇

发现放射性同位素，同时发现正电子

重核裂变

比较容易进行人工控制

轻核聚变

除氢弹外无法控制

链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变一代接一代继续下去的过程。裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做临界体积。

专题训练

1．下列核反应方程中，属于α衰变的是

A.N＋He→O＋H

B.U→Th＋He

C.H＋H→He＋n

D.Th→Pa＋e

2．(半衰期的理解与计算)静止的镭原子核Ra经一次α衰变后变成一个新核Rn，则下列相关说法正确的是

A．该衰变方程为Ra→Rn＋He

B．若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2

kg的Ra中有1.5

kg已经发生了衰变

C．随着该元素样品的不断衰变，剩下未衰变的原子核Ra越来越少，其半衰期也变短

D．若把该元素放到密闭的容器中，则可以减慢它的衰变速度

E．该元素的半衰期不会随它所处的物理环境、化学状态的变化而变化

3、在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________。(填正确答案标号)

A.C→N＋e

B.P→S＋e

C.U→Th＋He

D.N＋He→O＋H

E.U＋n→Xe＋Sr＋2n

F.H＋H→He＋n

4、如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象，下列说法中正确的是

A．若原子核D和E结合成F，结合过程一定会吸收核能

B．若原子核D和E结合成F，结合过程一定会释放核能

C．若原子核A分裂成B和C，分裂过程一定会吸收核能

D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度

5、核电站的核能来源于

U核的裂变，下列说法中正确的是

A．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理

B.

U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如

Xe和

Sr，反应方程为

U＋

n―→

Xe＋

Sr＋2

n

C.

U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短

D．一个

U核裂变的质量亏损为Δm＝0.215

5

u，则释放的核能约201

MeV

6、以下说法正确的是

A．放射性元素的半衰期跟原子所处的化学状态无关，但与外部条件有关

B．某种频率的紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，若增大该种紫外线照射的强度，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能并不改变

C．根据玻尔的原子理论，氢原子的核外电子由能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会辐射一定频率的光子，同时核外电子的动能变大

D．用一光电管进行光电效应实验时，当用某一频率的光入射，有光电流产生，若保持入射光的总能量不变而不断减小入射光的频率，则始终有光电流产生

7．(多选)金属钙的逸出功为4.3×10－19

J，普朗克常量h＝6.6×10－34

J·s，光速c＝3.0×108

m/s，以下说法正确的是

A．用波长为400

nm的单色光照射金属钙，其表面有光电子逸出

B．用波长为400

nm的单色光照射金属钙，不能产生光电效应现象

C．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大

D．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则减小光的强度将会使单位时间内发射的光电子数减少

8．下列说法正确的是

A．天然放射现象的发现，证明了原子具有能级结构

B．氘核的质量严格等于一个独立质子的质量和一个独立中子质量的和

C．频率为ν的光可以使某金属发生光电效应，那么频率大于ν的光也一定能使该金属发生光电效应

D．氢原子只能吸收某些频率的光子，证明了氢原子的能级是不连续的

9．静止在匀强磁场中的

U核发生α衰变，产生一个未知粒子x，它们在磁场中的运动径迹如图所示，下列说法正确的是

A．该核反应方程为

U→

x＋

He

B．α粒子和粒子x在磁场中做圆周运动时转动方向相同

C．轨迹1、2分别是α粒子、x粒子的运动径迹

D．α粒子、x粒子运动径迹半径之比为45∶1

10、(多选)如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则

A．6种光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到基态时产生的

B．6种光子中有2种属于巴耳末系

C．使n＝4能级的氢原子电离至少要0.85

eV的能量

D．若从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应

E．在6种光子中，从n＝4能级跃迁到n＝1能级释放的光子康普顿效应最明显

1、

【答案】B

2、ABE

3、C

AB

E

F

4

、BD

5、BD

6

、B

7

、AD

8

、CD

9、ABD

10、BCE