高中物理3-5必备知识
书香物理 2021-02-17
高中物理3-5（近代物理）必备知识
一、波粒二象性·光电效应
复习课本第17章，重点复习第2节“光的粒子性”，完成下列基础知识填空和题目。
1、概念：在光（电磁波）的照射下，从物体表面逸出 的现象称为光电效应，这种电子被称之为 。使电子脱离某种金属表面所需做功的 ，叫做这种金属的逸出功，符号为W0。
2、规律： 提出的“光子说”解释了光电效应的基本规律，光子的能量与频率的关系为 。
①截止频率：当入射光子的能量 逸出功时，才能发生光电效应，即：hν W0 ，也就是入射光子的频率必须满足v≥ ，取等号时的ν0= 即为该金属的截止频率（极限频率）；
②光电子的最大初动能：Ekm= ,由此可知，对同一种金属，光电子的最大初动能随着入射光的频率增加而 ，随着入射光的强度的增加而 ；光电子从金属表面逸出时的初动能应分布在 范围内。
3、实验：装置如右图，其中 为阴极，光照条件下会发出光电子；
为阳极，吸收光电子，进而在电路中形成 ，即电流表的示数。
①当A、K未加电压时，电流表 示数；
②当加上如图所示 向电压时，随着电压的增大，光电流趋于一个饱和值，即 ；当电压进一步增大时，光电流 。
③当加上相反方向的电压（ 向电压）时，光电流 ；当反向电压达到某一个值时，光电流减小为0，这个反向电压Uc叫做 ，即：使最有可能到达阳极的光电子刚好不能到达阳极的反向电压，则关于Uc的动能定理方程为 。
【练习】某同学用同一装置在甲、乙、丙光三种光的照射下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如下图所示。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
【要点总结】
2、光电效应实验的图象
①纵截距——不加电压时，也有光电子能够自由运动到阳极形成光电流；
②饱和光电流——将所有光电子收集起来形成的电流，与光强成正比；
③横截距——遏止电压：光电流消失时的反向电压。
二、原子结构
复习课本第18章，重点复习第4节“玻尔的原子模型”，完成下列基础知识填空和题目。
1、物理学史： 通过对 的研究，发现了电子，从而认识到原子是有内部结构的； 基于 实验中出现的少数α粒子发生 散射，提出了原子的核式结构模型； 在1913年把物理量取值分立（即量子化）的观念应用到原子系统，提出了自己的原子模型，很好的解释了氢原子的 。
2、玻尔理论：①原子的能量是量子化（取值分立）的，这些量子化的能量值叫做 ；原子能量最低的状态叫做 ，其他较高的能量状态叫做 ；
②原子在不同能量状态之间可以发生 ，当原子从高能级Em向低能级En跃迁时 光子，原子从低能级En向高能级Em跃迁时 光子，辐射或吸收的光子频率必须满足 。
③原子对电子能量的吸收：动能 两个能级之差的电子能量能被吸收，吸收的数值是 ，剩余的能量电子带走。
④原子电离：电离态——电子脱离原子时速度也为零的状态，此时“原子—电子”系统能量值为E∞= ；要使处于量子数为n的原子电离，需要的能量至少是△E=E∞-En=
【练习1】用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。用△n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图可以判断，△n和E的可能值为( )
A．△n=1，13.22eV <E<13.32 eV
B．△n=2，13.22eV <E<13.32 eV
C．△n=1，12.75eV <E<13.06 eV
D．△n=2，12.75eV <E<13.06 ev
【练习2】如图所示为氢原子的能级图．让一束单色光照射到大量处于基态（量子数n=1）的氢原子上，被激发的氢原子能自发地发出3种不同频率的单色光，照射氢原子的单色光的光子能量为E1，用这种光照射逸出功为4.54eV的金属表面时，逸出的光电子的初动能是E2则关于E1，E2的可能值正确的是
A. E1=12.09eV，E2=8.55eV
B. E1=13.09eV，E2=7.55eV
C. E1=12.09eV，E2=7.55eV
D. E1=12.09eV，E2=3.55eV
【要点总结】
其一，要准确理解频率条件：
（1）原子对光子的吸收：“只有能量等于两个能级之差的光子才能被吸收”！稍大也不行，除非能把原子电离，电离后电子能级是连续的。
（2）原子对电子能量的吸收：动能大于或等于两个能级之差的电子能量能被吸收，吸收的数值是两个能级之差；剩余的能量电子带走。
（3）原子的电离：电离态——电子脱离原子时速度也为零的状态，此时“原子—电子”系统能量值为E∞=0；要使处于量子数为n的原子电离，需要的能量至少是。
其二，要会画能级跃迁图，并会用“排列组合”进行分析——大量处于量子数为n的能级的氢原子向低能级跃迁时，其可能辐射出的光子有种，因为大量处于量子数为n的能级的氢原子向低能级跃迁时，会产生量子数低于n各种氢原子，而每两个能级之间都可能发生跃迁。
三、原子核
复习课本第19章，完成下列基础知识填空和题目。
4、核反应：四大类型： 、 、重核裂变、 ；核反应遵循的基本规律是： 守恒， 守恒。
衰变规律：
两者均发生时，只有 衰变才引起质量数的变化，但两者均会引起电荷数的变化。
衰变的快慢用 T来描述，它是一个微观概率概念、宏观统计概念；某种放射性元素的质量为m0，经过时间t后，该元素剩下的质量为m= ，已反应的质量为 ；元素的半衰期只与 有关，而与核外甚至整个原子分子状态 关，因此元素的化合状态、温度、压强的变化 引起半衰期变化。
5、核能：
（1）结合能：核子结合成原子核的过程中 的能量，也就是原子核分解成核子时 的能量，叫做原子核的 。原子核的结合能除以原子核内的 ，得到该原子核的 ；原子核的比结合能越大，核子的平均质量 ，原子核越稳定，核子平均质量最小。
（2）核能：爱因斯坦质能方程 指出，物质具有的能量和质量具有简单的正比关系；核反应过程中辐射出（或吸收）能量时，就一定同时辐射出（或增加）了质量，即核反应中有 .△m，辐射出（吸收）的能量由公式 算出；当较轻的原子核 为中等质量的原子核时，或者较重的原子核 为几个中等质量的原子核时，存在明显的 ，可以释放出大量的能量，因此， 、 是核能开发的有效途径。
核能计算中的一些单位之间的关系：1eV= J，1MeV= eV，1GeV= eV，1u对应 MeV。具体计算核能时，若△m以kg为单位，如△m= x kg，则△E=△m· ，若△m以u为单位，如△m= x u，则△E= 。
下列论断中正确的是（ ）
A．铅核比钍核少23个中子
B．铅核比钍核少24个质子
C．衰变过程中共有4次衰变和8次β衰变
D．衰变过程中共有6次衰变和4次β衰变
【练习2】两个氘核聚变产生一个中子和氦核（氦的同位素）.已知氘核的质量mD=2.013 60 u，氦核的质量mHe=3.015 0 u，中子的质量mn=1.008 7 u. 该聚变方程为 ，该过程释放的核能为 MeV= J。
【要点总结】
1、衰变
（2）计算衰变次数的技巧——先由质量数变化计算衰变次数，再由电荷数变化、衰变次数列方程计算β衰变次数。
2、四大类核反应对比
类型
可控性
核反应方程典例
衰
变
α衰变
自发
92238U→90234Th＋24He
β衰变
自发
90234Th→91234Pa＋－10e
人工转变
人工控制
714N＋24He→817O＋11H(卢瑟福发现质子)
24He＋49Be→612C＋01n(查德威克发现中子)
1337Al＋24He→
1530P＋01n
(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)
1530P→1430Si＋10e
重核裂变
比较容易进行人工控制
92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋301n
92235U＋01n→54136Xe＋3890Sr＋1001n
轻核聚变
除氢弹外无法控制
12H＋13H→24He＋01n
3、核能的计算
（1）质量亏损是指反应前后体系静止质量的差值；
（2）记住一个结论：1u=931.5MeV。
4、物理学常识
①光电效应、阴极射线、天然放射现象的发现者、解释者及其意义
②α粒子散射实验的操作者及其意义
③原子光谱的谱线分离特点及其解释者
④三种天然放射线的本质、产生机制和特性
⑤两种衰变的本质及其规律
⑥四种核反应类型及其遵循的三大规律（质量数守恒、电荷数守恒、能量守恒）
（感谢湖北陈恩谱老师精彩分享。）