专题五 代物理初步 讲义
基知：
考点| 光电效应规律
1．光电效应四类图象
图象名称
图象形状
图象直接(间接)物理量
初动Ek入射光频率ν关系图象
Ek＝hν－W0
(1)极限频率：图象ν轴交点横坐标νc
(2)逸出功：图象Ek轴交点坐标绝值W0＝|－E|＝E
(3)普朗克常量：图象斜率k＝h
颜色相强度光光电流电压关系图象
(1)遏止电压Uc：图象横轴交点横坐标
(2)饱光电流Im：电流值
(3)初动：
Ek＝eUc
颜色时光电流电压关系图象
(1)遏止电压Uc1Uc2
(2)饱光电流
(3)初动Ek1＝eUc1Ek2＝eUc2
遏止电压Uc入射光频率ν关系图象
Uc＝ν－
(1)极限频率νc：图象横轴交点横坐标值
(2)遏止电压Uc：入射光频率增增
(3)普朗克常量h：等图象斜率电子电荷量积h＝ke
2．应规律
解决光电效应问题牢牢抓住——两应三关系四提醒
(1)四点提醒：
①否发生光电效应取决光强度取决光频率
②光电效应中光特指见光包括见光
③逸出功金属身决定入射光关
④光电子光子电子
(2)两条应关系：
①光强→光子数目→发射光电子→光电流
②光子频率高→光子量→光电子初动
(3)三关系式：
①爱斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0
②初动遏止电压关系：Ek＝eUc
③逸出功极限频率关系：W0＝hν0
[典例1] (2021·江苏皋市高三期末)光电效应实验中种单色光先射锌银金属表面发生光电效应．两程相物理量( )
A．遏止电压
B．饱光电流
C．光电子初动
D．逸出功
答案 B解析 束光射金属定相入射光光子量金属逸出功根光电效应方程 Ek＝hν－W0知光电子初动遏止电压束光射光中光子数目相等饱光电流相B正确ACD错误．
[典例2] (选)(广东2021·深圳调研)图甲示研究光电效应电路图某学利该装置实验条件三条光电流IAK两极间电压UAK关系曲线(甲光乙光丙光)图乙示列说法正确( )
甲 乙
A．甲光射光电发出光电子初动定丙光射光电发出光电子初动
B．单位时间甲光射光电发出光电子乙光射时发出少
C．强度相甲丙光射该光电单位时间逸出光电子数相等
D．种金属射光频率变逸出光电子初动金属逸出功线性关系
AD [光射K极时果射光频率足够(K极金属极限频率)会K极发出光电子反电压增加某值时电流表A中电流会变零时mev2＝eUc式中v表示光电子初速度e电子电荷量Uc遏止电压丙光应遏止电压较知丙光产生光电子初动较选项A正确甲乙两束频率相光说甲光强度乙光强度单位时间甲光射光电发出光电子乙光射时发出选项B错误光强相单位时间射光电单位面积光子总量相等丙光光子频率较高光子量较单位时间射光电单位面积光子数较少单位时间发出光电子数较少选项C错误金属射光频率变根爱斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知逸出光电子初动Ek金属逸出功线性关系选项D正确]
考点二| 原子结构级跃迁
1．定态间跃迁——满足级差
(1)低级(n)高级(n)―→吸收量hν＝En－En
(2)高级(n) 低级(n)―→放出量hν＝En－En
2．氢原子电离
电离态：n＝∞E＝0
基态→电离态：E吸＝0－(－136 eV)＝136 eV
n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝34 eV
吸收量足够克服电离获电子具动
3．解决氢原子级跃迁问题四点技巧
(1)原子跃迁时吸收释放光子量等两级间量差
(2)原子电离时吸收量等某级量绝值剩余量电子动
(3)群原子原子群原子n级基态跃迁时辐射光子种类N＝C＝氢原子n级基态跃迁时产生光谱线条数(n－1)
(4)计算氢原子级跃迁放出吸收光子频率波长时注意级量值均负值单位电子伏计算时需换算单位1 eV＝16×10－19 J
[典例3] (2021·湖南长郡中学月考)氢原子级m跃迁级n时辐射红光频率ν1级n跃迁级k时吸收紫光频率ν2已知普朗克常量h氢原子级k跃迁级m( )
A．吸收光子量hν1＋hν2
B．辐射光子量hν1＋hν2
C．吸收光子量hν2－hν1
D．辐射光子量hν2－hν1
D [氢原子级m跃迁级n时辐射红光说明级m高级n级n跃迁级k时吸收紫光说明级k级n高紫光频率ν2红光频率ν1hν2>hν1级k级m高级示意图图示氢原子级k跃迁级m应辐射光子光子量应hν2－hν1选项D正确]
[典例4] (2021·山东滨州市高三期末)图示量处激发态(n＝4)氢原子较低级跃迁时列说法正确( )
A．放出3种频率光子
B．n＝4级跃迁n＝1级氢原子量变
C．n＝4级跃迁n＝1级放出光子波长长
D．n＝4级跃迁n＝2级放出光子某种金属发生光电效应n＝2级跃迁n＝1级放出光子定该种金属发生光电效应
答案 D解析 放出C＝6种频率光子选项A错误n＝4级跃迁n＝1级氢原子级变低量变选项B错误n＝4级跃迁n＝1级级差放出光子频率高波长短选项C错误4→2级差2→1级差4→2辐射出光子量2→1辐射出光子量n＝4级跃迁n＝2级放出光子某种金属发生光电效应n＝2级跃迁n＝1级放出光子定该种金属发生光电效应选项D正确．
感悟：
(1)求解题关键根氢原子级图特点分析求解题意作出级跃迁草图注意紫光频率红光频率
(2)区分氢原子群氢原子氢原子n级跃迁低级发出光谱线条数(n－1)种群氢原子n级跃迁低级发出光谱线条数种
考点三| 核反应方程核计算
1．核反应四种类型
方程类型
核反应方程示例
衰变
α衰变：U→Th＋He(核2H＋2n→He)
β衰变：Th→Pa＋e(核n→H＋e)
P→Si＋e(核H→n＋e)
γ辐射：原子核处较高级辐射光子跃迁低级
工核转变
N＋He→O＋H(发现质子核反应)
Be＋He→C＋n(发现中子核反应)
Al＋He→P＋n P→Si＋e(工制造放射性位素)
重核裂变
U＋n→Ba＋Kr＋3n
轻核聚变
H＋H→He＋n(需百万度高温热核反应)
2．核反应方程书写
(1)核反应程般逆核反应方程中→表示方等号代
(2)核反应方程遵循质量数守恒电荷数守恒核反应前总质量般会发生变化(质量亏损)释放出核
(3)核反应生成物定实验基础两守恒规律空杜撰出生成物写核反应方程
3．核衰变问题
(1)核衰变规律：m＝m0N＝N0
(2)α衰变β衰变次数确定方法
①方法：β衰变改变质量数先质量数改变确定α衰变次数根电荷数守恒确定β衰变次数
②方法二：设α衰变次数xβ衰变次数y根质量数电荷数守恒列方程组求解
4．核计算方法
(1)根ΔE＝Δmc2计算时Δm单位kgc单位msΔE单位J
(2)根ΔE＝Δm×9315 MeV计算时Δm单位uΔE单位MeV
(3)根核子结合计算核：原子核结合＝核子结合×核子数
[典例5] (2021·全国甲卷)图原子核X图中示系列αβ衰变生成稳定原子核Y程中放射出电子总数( )
A．6 B．8 C．10 D．14
A [X中子数146质子数92质量数146＋92＝238Y中子数124质子数82质量数124＋82＝206质量数减少238－206＝32发生α衰变次数32÷4＝8发生β衰变次数82＋2×8－92＝6程中放射出电子总数6A正确]
[典例6] (2021·山东菏泽市期末)国控核聚变技术已走世界前列东方超环全超导托卡马克核聚变实验装置称造太阳(图)．原理海水中量存氘氚原子高温高密度条件太阳样发生核聚变类提供源源断源．氘核(H)氚核(H)结合成氦核(He)时放出某种质量m＝1008 7 u粒子时释放出量．已知氘核质量m氘＝2014 1 u氚核质量m氚＝3016 0 u氦核质量m氦＝4002 6 u根爱斯坦质方程知1 u相9315 MeV＝149×10－10 J阿伏加德罗常数NA＝60×1023 mol－1氘核摩尔质量M氘＝2 g·mol－1
(1)写出该核聚变反应核反应方程式计算次核聚变反应中释放核(保留2位效数字)
(2)未建设座应反应热核发电站该发电站功率P＝50万千瓦计算理该发电站年(315×107 s)约需少千克氘？
答案 (1)H＋H→He＋n 28×10－12 J
(2)1875 kg
解析 (1)该核反应方程式H＋H→He＋n
反应中质量亏损Δm＝m氘＋m氚－(m氦＋m)＝0018 8 u
1 u相149×10－10 J
释放核ΔE≈28×10－12 J
(2)该发电站年产生电E＝Pt 代入数求E＝1575×1016 J
理该发电站年需氘质量mH＝×10－3
代入数解mH＝1875 kg
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基知：
考点| 光电效应规律
1．光电效应四类图象
图象名称
图象形状
图象直接(间接)物理量
初动Ek入射光频率ν关系图象
Ek＝hν－W0
(1)极限频率：图象ν轴交点横坐标νc
(2)逸出功：图象Ek轴交点坐标绝值W0＝|－E|＝E
(3)普朗克常量：图象斜率k＝h
颜色相强度光光电流电压关系图象
(1)遏止电压Uc：图象横轴交点横坐标
(2)饱光电流Im：电流值
(3)初动：
Ek＝eUc
颜色时光电流电压关系图象
(1)遏止电压Uc1Uc2
(2)饱光电流
(3)初动Ek1＝eUc1Ek2＝eUc2
遏止电压Uc入射光频率ν关系图象
Uc＝ν－
(1)极限频率νc：图象横轴交点横坐标值
(2)遏止电压Uc：入射光频率增增
(3)普朗克常量h：等图象斜率电子电荷量积h＝ke
2．应规律
解决光电效应问题牢牢抓住——两应三关系四提醒
(1)四点提醒：
①否发生光电效应取决光强度取决光频率
②光电效应中光特指见光包括见光
③逸出功金属身决定入射光关
④光电子光子电子
(2)两条应关系：
①光强→光子数目→发射光电子→光电流
②光子频率高→光子量→光电子初动
(3)三关系式：
①爱斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0
②初动遏止电压关系：Ek＝eUc
③逸出功极限频率关系：W0＝hν0
[典例1] (2021·江苏皋市高三期末)光电效应实验中种单色光先射锌银金属表面发生光电效应．两程相物理量( )
A．遏止电压
B．饱光电流
C．光电子初动
D．逸出功
答案 B解析 束光射金属定相入射光光子量金属逸出功根光电效应方程 Ek＝hν－W0知光电子初动遏止电压束光射光中光子数目相等饱光电流相B正确ACD错误．
[典例2] (选)(广东2021·深圳调研)图甲示研究光电效应电路图某学利该装置实验条件三条光电流IAK两极间电压UAK关系曲线(甲光乙光丙光)图乙示列说法正确( )
甲 乙
A．甲光射光电发出光电子初动定丙光射光电发出光电子初动
B．单位时间甲光射光电发出光电子乙光射时发出少
C．强度相甲丙光射该光电单位时间逸出光电子数相等
D．种金属射光频率变逸出光电子初动金属逸出功线性关系
AD [光射K极时果射光频率足够(K极金属极限频率)会K极发出光电子反电压增加某值时电流表A中电流会变零时mev2＝eUc式中v表示光电子初速度e电子电荷量Uc遏止电压丙光应遏止电压较知丙光产生光电子初动较选项A正确甲乙两束频率相光说甲光强度乙光强度单位时间甲光射光电发出光电子乙光射时发出选项B错误光强相单位时间射光电单位面积光子总量相等丙光光子频率较高光子量较单位时间射光电单位面积光子数较少单位时间发出光电子数较少选项C错误金属射光频率变根爱斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知逸出光电子初动Ek金属逸出功线性关系选项D正确]
考点二| 原子结构级跃迁
1．定态间跃迁——满足级差
(1)低级(n)高级(n)―→吸收量hν＝En－En
(2)高级(n) 低级(n)―→放出量hν＝En－En
2．氢原子电离
电离态：n＝∞E＝0
基态→电离态：E吸＝0－(－136 eV)＝136 eV
n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝34 eV
吸收量足够克服电离获电子具动
3．解决氢原子级跃迁问题四点技巧
(1)原子跃迁时吸收释放光子量等两级间量差
(2)原子电离时吸收量等某级量绝值剩余量电子动
(3)群原子原子群原子n级基态跃迁时辐射光子种类N＝C＝氢原子n级基态跃迁时产生光谱线条数(n－1)
(4)计算氢原子级跃迁放出吸收光子频率波长时注意级量值均负值单位电子伏计算时需换算单位1 eV＝16×10－19 J
[典例3] (2021·湖南长郡中学月考)氢原子级m跃迁级n时辐射红光频率ν1级n跃迁级k时吸收紫光频率ν2已知普朗克常量h氢原子级k跃迁级m( )
A．吸收光子量hν1＋hν2
B．辐射光子量hν1＋hν2
C．吸收光子量hν2－hν1
D．辐射光子量hν2－hν1
D [氢原子级m跃迁级n时辐射红光说明级m高级n级n跃迁级k时吸收紫光说明级k级n高紫光频率ν2红光频率ν1hν2>hν1级k级m高级示意图图示氢原子级k跃迁级m应辐射光子光子量应hν2－hν1选项D正确]
[典例4] (2021·山东滨州市高三期末)图示量处激发态(n＝4)氢原子较低级跃迁时列说法正确( )
A．放出3种频率光子
B．n＝4级跃迁n＝1级氢原子量变
C．n＝4级跃迁n＝1级放出光子波长长
D．n＝4级跃迁n＝2级放出光子某种金属发生光电效应n＝2级跃迁n＝1级放出光子定该种金属发生光电效应
答案 D解析 放出C＝6种频率光子选项A错误n＝4级跃迁n＝1级氢原子级变低量变选项B错误n＝4级跃迁n＝1级级差放出光子频率高波长短选项C错误4→2级差2→1级差4→2辐射出光子量2→1辐射出光子量n＝4级跃迁n＝2级放出光子某种金属发生光电效应n＝2级跃迁n＝1级放出光子定该种金属发生光电效应选项D正确．
感悟：
(1)求解题关键根氢原子级图特点分析求解题意作出级跃迁草图注意紫光频率红光频率
(2)区分氢原子群氢原子氢原子n级跃迁低级发出光谱线条数(n－1)种群氢原子n级跃迁低级发出光谱线条数种
考点三| 核反应方程核计算
1．核反应四种类型
方程类型
核反应方程示例
衰变
α衰变：U→Th＋He(核2H＋2n→He)
β衰变：Th→Pa＋e(核n→H＋e)
P→Si＋e(核H→n＋e)
γ辐射：原子核处较高级辐射光子跃迁低级
工核转变
N＋He→O＋H(发现质子核反应)
Be＋He→C＋n(发现中子核反应)
Al＋He→P＋n P→Si＋e(工制造放射性位素)
重核裂变
U＋n→Ba＋Kr＋3n
轻核聚变
H＋H→He＋n(需百万度高温热核反应)
2．核反应方程书写
(1)核反应程般逆核反应方程中→表示方等号代
(2)核反应方程遵循质量数守恒电荷数守恒核反应前总质量般会发生变化(质量亏损)释放出核
(3)核反应生成物定实验基础两守恒规律空杜撰出生成物写核反应方程
3．核衰变问题
(1)核衰变规律：m＝m0N＝N0
(2)α衰变β衰变次数确定方法
①方法：β衰变改变质量数先质量数改变确定α衰变次数根电荷数守恒确定β衰变次数
②方法二：设α衰变次数xβ衰变次数y根质量数电荷数守恒列方程组求解
4．核计算方法
(1)根ΔE＝Δmc2计算时Δm单位kgc单位msΔE单位J
(2)根ΔE＝Δm×9315 MeV计算时Δm单位uΔE单位MeV
(3)根核子结合计算核：原子核结合＝核子结合×核子数
[典例5] (2021·全国甲卷)图原子核X图中示系列αβ衰变生成稳定原子核Y程中放射出电子总数( )
A．6 B．8 C．10 D．14
A [X中子数146质子数92质量数146＋92＝238Y中子数124质子数82质量数124＋82＝206质量数减少238－206＝32发生α衰变次数32÷4＝8发生β衰变次数82＋2×8－92＝6程中放射出电子总数6A正确]
[典例6] (2021·山东菏泽市期末)国控核聚变技术已走世界前列东方超环全超导托卡马克核聚变实验装置称造太阳(图)．原理海水中量存氘氚原子高温高密度条件太阳样发生核聚变类提供源源断源．氘核(H)氚核(H)结合成氦核(He)时放出某种质量m＝1008 7 u粒子时释放出量．已知氘核质量m氘＝2014 1 u氚核质量m氚＝3016 0 u氦核质量m氦＝4002 6 u根爱斯坦质方程知1 u相9315 MeV＝149×10－10 J阿伏加德罗常数NA＝60×1023 mol－1氘核摩尔质量M氘＝2 g·mol－1
(1)写出该核聚变反应核反应方程式计算次核聚变反应中释放核(保留2位效数字)
(2)未建设座应反应热核发电站该发电站功率P＝50万千瓦计算理该发电站年(315×107 s)约需少千克氘？
答案 (1)H＋H→He＋n 28×10－12 J
(2)1875 kg
解析 (1)该核反应方程式H＋H→He＋n
反应中质量亏损Δm＝m氘＋m氚－(m氦＋m)＝0018 8 u
1 u相149×10－10 J
释放核ΔE≈28×10－12 J
(2)该发电站年产生电E＝Pt 代入数求E＝1575×1016 J
理该发电站年需氘质量mH＝×10－3
代入数解mH＝1875 kg
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