2027届高三物理一轮复习课件：第十六章　近代物理初步_含解析

这是一份2027届高三物理一轮复习课件：第十六章　近代物理初步_含解析，共55页。PPT课件主要包含了第1节光电效应，第2节原子结构，氢原子的能级图，第3节原子核等内容，欢迎下载使用。
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考点1　黑体辐射与能量子1.热辐射:一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫作热辐射。2.黑体与黑体辐射(1)黑体:能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是绝对黑体,简称黑体。黑体是一个理想化的模型。如图,如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收,最终不能从空腔射出。这个带小孔的空腔就成了一个绝对黑体。(2)黑体辐射:黑体虽然不反射电磁波,却可以向外辐射电磁波,这样的辐射叫作黑体辐射。
(3)黑体辐射的实验规律①对于一般材料的物体,辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关。②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动(如图所示)。
3.能量子(1)定义:普朗克认为,组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)表达式:ε=hν。ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率;h为普朗克常量,一般取h=6.63×10-34 J·s。
考点2　光电效应规律的理解及应用1.光电效应: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。逸出的电子叫作光电子。2.光电效应的实验规律 
(1)存在截止频率νc(又称极限频率)当入射光的频率减小到某一数值νc时,光电流消失。νc称为截止频率或极限频率。
点拨提醒截止频率只和金属自身的性质有关。(2)存在饱和电流光照条件不变的情况下,光电流随电压的增大而增大,但最终会趋于一个饱和值,此后即使电压再增大,电流也不会增大。对一定频率的光,入射光越强,饱和电流越大。(3)存在遏止电压UcUc是指使光电流减小到0的反向电压。遏止电压的大小取决于入射光的频率。(4)具有瞬时性当频率超过截止频率νc时,无论入射光怎样微弱,照到金属时都会立即产生光电流。
3.爱因斯坦光电效应方程(1)表达式:Ek=hν-W0。(2)逸出功W0:电子从金属中逸出所需外界对它做功的最小值。W0=hνc=h 。(3)物理意义:金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek。4.光电效应的两种决定关系
5.光电效应中应区分的几个概念(1)光子与光电子光本身是由一个个不可分割的能量子组成的,这些能量子被称为光子。光电子是金属表面在受到光照射时吸收光子的能量从金属表面逸出的电子。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时,电子吸收光子的能量,可能向各个方向运动,除了脱离金属需要的最小能量(逸出功)外,还要克服原子的其他束缚力做功,剩余的能量为光电子的动能;处于金属表面的电子直接向外逸出时,具有最大初动能。(3)入射光强度与光子能量入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上光子的总能量;光子能量即每个光子的能量,光子总能量等于光子能量与入射光子数的乘积。
6.光电效应的四种图像分析
典例1    (2025山东,1,3分)在光电效应实验中,用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属,所得遏止电压如图所示,关于光电子最大初动能Ek的大小关系正确的是 (         )A.Ek1>Ek2>Ek3　　　    B.Ek2>Ek3>Ek1C.Ek3>Ek2>Ek1　　　    D.Ek3>Ek1>Ek2
解析　　光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系为Ek=eUc,若使用频率相同的单色光照射不同种类的金属,遏止电压越大,说明逸出的光电子最大初动能Ek也越大,根据图示可知Uc2>Uc3>Uc1,则Ek2>Ek3>Ek1,B正确,A、C、D错误。
方法技巧光电效应的三个重要关系式(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系:Ek=eUc。(3)逸出功W0与截止频率νc的关系:W0=hνc。
高考变式(图像定性变为图像定量)某种金属材料逸出光电子的最大初动能与入射光频率关系如图所示,已知电子所带电荷量为e,则下列说法正确的是 (         )A.该金属的逸出功为零B.当入射光的频率为5ν0时,遏止电压为 
C.当入射光的频率为4ν0时,逸出光电子的最大初动能为2Ek0D.普朗克常量为 ,单位为J/s
解析　　根据光电效应方程Ek=hν-W0,可知Ek-ν图线纵轴截距的绝对值表示金属逸出功W0,由题图知,纵轴截距为-Ek0,则逸出功W0=Ek0≠0,A错误;由光电效应方程Ek=hν-W0结合题图可知,当入射光频率为ν0时,Ek=0,代入数据得普朗克常量h= ,但普朗克常量的单位是J·s,不是J/s,D错误;当入射光频率为5ν0时,最大初动能E'k=h·5ν0-W0,代入数据得E'k=4Ek0,遏止电压Uc满足E'k=eUc,化简得Uc= ,B正确;当入射光的频率为4ν0时,最大初动能E″k=h·4ν0-W0,代入数据得E″k=3Ek0≠2Ek0,C错误。
考点3　对波粒二象性和物质波的理解1.康普顿效应(1)概念:当X射线入射到物质上被散射后,在散射的X射线中,除了与入射波长相同的成分外,还有波长比入射波长更长的成分。人们把这种现象叫作康普顿效应。(2)光子的动量:p= 。推导:由动量的定义有p=mc,结合光子能量E=hν、爱因斯坦的质能方程E=mc2及c=λν可得p= 。(3)意义①证明了爱因斯坦光子说的正确性;
②揭示了光子不仅具有能量,还具有动量;③揭示了光具有粒子性;④证实了光子和微观粒子的相互作用过程也严格遵循动量守恒定律和能量守恒定律。2.光的波粒二象性
3.物质波(1)定义:任何运动着的物体都有一种波与之对应,这种波叫作物质波(也叫德布罗意波)。(2)物质波的波长:λ= = ,h是普朗克常量。
典例2    (多选)(2023海南,10,4分)已知一个激光发射器功率为P,发射波长为λ的光,光速为c,普朗克常量为h,则 (         )A.光的频率为 B.光子的能量为 C.光子的动量为 D.在时间t内激光器发射的光子数为 
解析　　由波的知识可知λ=cT= ,则光的频率为ν= ,A正确。由光子说可知,光子能量E=hν=h ,光子动量p= ,B错误,C正确。时间t内发射的光子的总能量为Pt,即n·h =Pt,可得n= ,D错误。
考点1　原子结构和氢原子光谱1.电子的发现:英国物理学家J.J.汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。电子的发现说明原子不是组成物质的最小微粒。2.α粒子散射实验:英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型。(1)实验装置 
(2)实验现象:绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°,也就是说,它们几乎被“撞”了回来。3.原子的核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,叫作原子核,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空间绕核旋转。4.氢原子光谱(1)光谱:用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长(频率)展开,获得波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。(2)光谱分类
①线状谱是一条条的亮线。②连续谱是连在一起的光带。(3)氢原子光谱的实验规律①巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的一组谱线,其波长公式为 =R∞ (n=3,4,5,…),R∞是里德伯常量,R∞=1.10×107 m-1,此公式称为巴耳末公式。②氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
考点2　玻尔原子理论　能级跃迁1.玻尔理论(1)轨道量子化与定态①电子绕核运动的可能轨道不是任意的,各可能轨道的半径rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态轨道半径。②原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态(定态),其能量En与基态能量E1的关系为En= (n=1,2,3,…)。(2)频率条件原子在两个定态之间跃迁时,将辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量为hν=|E初-E末|。
3.两类能级跃迁(1)自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,放出光子。光子的频率ν= = 。(2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量。①吸收光子的能量必须恰好等于能级差,即hν=ΔE。②碰撞、加热等。只要入射粒子能量大于或等于能级差即可,即E外≥ΔE。
知识拓展　电离(1)电离态:n=∞,E=0。(2)电离能:指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。例如:氢原子由基态跃迁到电离态,E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV。(3)吸收的能量足够大,电离后,获得自由的电子还具有动能。4.谱线条数的确定方法(1)大量的氢原子处于n能级的激发态,当这些氢原子向低能级跃迁时,辐射出的光的频率有N= = 种。(2)一个氢原子处于n能级的激发态时,可辐射出的光的频率最多有n-1种。
5.光子与电子使原子发生能级跃迁的主要区别原子若是吸收光子的能量而被激发,光子的能量必须等于能级差,否则不被吸收。原子吸收外来电子的能量而被激发时,只要入射电子的能量大于或等于能级差,均可使原子发生能级跃迁。
典例　(频率与波长)(2025甘肃,1,4分)利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。He+离子相对基态的能级图(设基态能量为0)如图所示。用电子碰撞He+离子使其从基态激发到可能的激发态,若所用电子的能量为50 eV,则He+离子辐射的光谱中,波长最长的谱线对应的跃迁为 (         ) 
·········· 能力进阶 ··········
A.n=4→n=3能级　　　    B.n=4→n=2能级C.n=3→n=2能级　　　    D.n=3→n=1能级
解析　　因为ΔE31=E3-E1=48.37 eV50 eV,所以He+离子吸收电子能量后最高可跃迁至n=3能级,He+离子从n=3能级向低能级跃迁可辐射出3种谱线,根据ΔE=hν和c=λν可知从n=3能级向n=2能级跃迁时释放的能量最小,辐射的电磁波频率最小,波长最大,C正确。
易错警示离子或原子吸收能量从低能级向高能级跃迁时,需看清吸收的是光子的能量还是电子的能量。若吸收光子的能量则光子能量必须恰好等于能级差,hν=En-Em(m