高考原子物理專題復習用教案

1、年級：高復 授課時間：2016.5 授課教師： 科目：物理課 題光電效應、波粒二象性教學目標1. 知道什么是光電效應，理解光電效應的實驗規(guī)律2. 會利用光電效應方程計算逸出功、極限頻率、最大初動能等物理量3.知道光的波粒二象性，知道物質波的概念教學重點與難點1. 光電效應及光電效應方程2. 光的波粒二象性教學過程教學過程一、光電效應1.光電效應現(xiàn)象光電效應：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫做光電子2.光電效應規(guī)律用光電管研究光電效應的規(guī)律如圖所示(1)每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產生光電效應(2)光子的最大初動能與入

2、射光的強度無關，只隨入射光的頻率增大而增大，注意不是成正比(3)光照射到金屬表面時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過109 s(4)當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的大小與入射光的強度成正比3.愛因斯坦光電效應方程(1)光子說：空間傳播的光的能量是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫做一個光子光子的能量為h，其中h是普朗克常量，其值為6.63×1034 J·s.(2)愛因斯坦光電效應方程：EkhW0.其中h：光子的能量；W0：逸出功，電子從金屬中逸出所需做功的最小值，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4.用圖像表示光電效應方

3、程(1)最大初動能Ek與入射光頻率的關系圖線，如圖所示(2)由圖線可以得到的物理量極限頻率（截止頻率）：圖線與軸交點的橫坐標0；逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0E普朗克常量：圖線的斜率kh5.對光電效應規(guī)律的解釋對應規(guī)律對規(guī)律的產生的解釋存在極限頻率0電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做功W0，要使入射光子能量不小于W0，對應的頻率0，即極限頻率光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強度無關電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部分轉化為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能，對于確定的金屬，W0是一定的，故光電子的最大初

4、動能只隨入射光的頻率增大而增大效應具有瞬時性光照射金屬時，電子吸收一個光子的能量后，動能立即增大，不需要能量積累的過程光較強時飽和電流大光較強時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產生的光電子較多，因而飽和電流較大二、光的波粒二象性與物質波1光的波粒二象性：光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性(2)光電效應說明光具有粒子性(3)光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，

5、越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領越強光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質發(fā)生作用時，往往表現(xiàn)為粒子性2物質波(1)概率波光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，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，p為運動物體的動量，h為普朗克常量.課后反思年級：高復 授課時間：2015.05 授課教師： 科目：物理課 題原子結構教學目標1. 了解原子的核式結構模型2.了解氫原子光譜的規(guī)律，會用玻爾理論解釋氫原子光譜3.掌握氫原子的能級公式并能結合能級圖求解原子的躍

6、遷問題教學重點與難點3. 玻爾的能級理論2.原子的能級躍遷問題教學過程教學過程教學過程一、原子的核式結構1.湯姆生的“棗糕”模型：1897年，英國物理學家湯姆生通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子；1898年，湯姆生提出了原子的“棗糕”模型，他認為，原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內，電子鑲嵌其中2.盧瑟福的核式結構模型(1)粒子散射實驗的結果絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉，極少數(shù)粒子的偏轉超過了90°，有的甚至被撞了回來，如圖所示(2)盧瑟福的原子核式結構模型在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質量

7、都集中在原子核里，帶負電的電子在核外繞核旋轉(3) 原子核的尺度：原子核直徑的數(shù)量級為1015 m，原子直徑的數(shù)量級約為1010 m.2、 氫原子光譜氫原子光譜是最早發(fā)現(xiàn)、研究的光譜線，這些光譜線可以用一個統(tǒng)一的公式表示：，式中m1,2,3,.,對每一個m，有nm+1，m+2，m+3.構成一個譜線系注意：氫原子光譜是線狀的、不連續(xù)的，波長只能是分立的值3、 玻爾理論1.玻爾原子模型(1)軌道假設：原子中的電子在庫倫引力的作用下，繞原子核做圓周運動，電子繞核運動的可能軌道是不連續(xù)的(2)定態(tài)假設：電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量，電子軌道的不連續(xù)導致了原子能量的量子化

8、，這些量子化的能量值叫做能級原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，其中能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其他能量較高（相對于基態(tài)）的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài).在各個定態(tài)中，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量(3)躍遷假設：原子從一個能量狀態(tài)躍遷到另一個能量狀態(tài)時要輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即h|E末E初|.(h是普朗克常量，是光子的頻率)2.量子數(shù)：現(xiàn)代物理學認為原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的，各狀態(tài)可用正整數(shù)1,2,3，.表示，叫做量子數(shù)，一般用n表示.3.氫原子的能級結構(1)氫原子的能級圖(如圖所示)(2)氫原子的軌道半徑和能級公式氫原子的半徑

9、公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r10.53×1010 m.氫原子的能級公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E113.6 eV.4.對氫原子能級躍遷的理解(1)氫原子從低能級向高能級躍遷，吸收一定能量的光子只有當一個光子的能量滿足hE末E初時，才能被某一個氫原子吸收，使氫原子從低能級E初向高能級E末躍遷，而當光子能量h大于或小于E末E初時都不能被氫原子吸收(2)氫原子從高能級向低能級躍遷，以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差量子數(shù)為n的氫原子輻射光子的可能頻率的判定方法：

10、如果是一個氫原子，向低能級躍遷時最多發(fā)出的光子數(shù)為n1；如果是一群氫原子，向低能級躍遷時最多發(fā)出的光子數(shù)為C(3)當光子能量大于或等于13.6 eV時，也可以被氫原子吸收，使氫原子電離；當氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV時，氫原子電離后，電子還具有一定的初動能（光電效應）(4)原子還可以吸收外來實物粒子（例如自由電子）的能量而被激發(fā)，由于實物粒子的動能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的差值，均可使原子發(fā)生能級躍遷(5)躍遷時電子動能、原子勢能、與原子能量的變化當電子的軌道半徑減小時，電子受到原子核的庫倫引力在變大，電子繞核做圓周運動的向心力也變大，電子速度

11、變大，動能變大；同時，在電子的軌道半徑減小的過程中，庫倫引力做正功，原子的電勢能減?。辉幽芰枯^小反之，軌道半徑增大時，電子動能減小，原子的電勢能增大，原子能量增大（類似于衛(wèi)星變軌）例1：如圖所示為氫原子能級示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n4的激發(fā)態(tài)，當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光，下列說法正確的是(D)A這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光B由n2能級躍遷到n1能級產生的光頻率最小C由n4能級躍遷到n1能級產生的光最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象D用n2能級躍遷到n1能級輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應練習：某光電管的陰極為金屬鉀制成的，它的逸出功為2.21 eV，如圖

12、所示是氫原子的能級圖，一群處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時，輻射的光照射到該光電管的陰極上，這束光中能使金屬鉀發(fā)生光電效應的光譜線條數(shù)是(B)A2條 B4條C5條 D6條課后反思年級：高復 授課時間：2015.05 授課教師： 科目：物理課 題原子核反應、核能教學目標1. 掌握原子核的衰變、半衰期等知識2.知道裂變反應和聚變反應，并能根據(jù)質能方程求解核能問題教學重點與難點4. 衰變和衰變5. 重核裂變和輕核聚變教學過程教學過程教學過程教學過程一、天然放射現(xiàn)象、三種射線、原子核1.天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核還具有復雜

13、的結構(2)放射性和放射性元素物質發(fā)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2.三種射線的比較種類射線射線射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電量2ee0質量4mp(mp1.67×1027 kg)靜止質量為零符號Hee速度0.1c0.99cc在電磁場中偏轉偏轉不偏轉貫穿本領最弱，用紙能擋住較強，穿透幾毫米的鋁板最強，穿透幾厘米的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱3.原子核(1)原子核的組成原子核由中子和質子組成，質子和中子統(tǒng)稱為核子原子核的核電荷數(shù)質子數(shù)，原子核的質量數(shù)中子數(shù)質子數(shù)X元素原子核的符號為X，其中A表示質量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)(2)同位素：具

14、有相同質子數(shù)、不同中子數(shù)的原子，因為在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化學性質二、核反應核反應雖然有成千上萬，但根據(jù)其特點可分為四種基本類型：衰變、人工轉變、重核裂變和輕核聚變1.原子核的衰變：原子核放出粒子或粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變(1)衰變和衰變衰變類型衰變衰變衰變方程XYHeX AZ1Ye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2H2nHenHe衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒確定衰變次數(shù)的方法：設放射性元素X經過n次衰變和m次衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則表示該核反應的方程為：XYnHeme根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可列方程AA4n，Z

15、Z2nm確定衰變次數(shù)，因為衰變對質量數(shù)無影響，先由質量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)(2)射線：射線經常是伴隨著衰變或衰變同時產生的其實質是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變的過程中，產生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，反映放射性元素衰變的快慢公式：N余N原()t/，m余m原()t/式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質量，t表示衰變時間，表示半衰期半衰期描述的大量放射性元素原子核所滿足的統(tǒng)計規(guī)律，對單個或少量的原子核沒有意義半

16、衰期由核內部本身的因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)（如壓強、溫度等）或化學狀態(tài)（如單質或化合物）無關2.原子核的人工轉變：用高能粒子轟擊靶核，產生另一種新核的反應過程(1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子：NHeOH(2)查德威克發(fā)現(xiàn)中子：BeHeCn(3)居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子：AlHePn PSie3.重核裂變：重核分裂成中等質量的核的反應過程叫做裂變反應如：UnBaKr3n(1) 鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的鏈式反應只有當鈾塊足夠大時，裂變產生的中子才有足夠的概率打中某個鈾核，使鏈式反應進行下去通常把裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積叫做它的臨界體

17、積所以發(fā)生鏈式反應的條件是：裂變物質的體積大于臨界體積(2) 裂變的應用：原子彈、核電站4. 輕核聚變：輕核結合成質量較大的核的反應過程叫做聚變反應如：HHHen(1) 熱核反應：因為核聚變需要在超高溫的條件下才能發(fā)生，所以聚變反應又叫熱核反應(2) 聚變的應用：氫彈；太陽內部發(fā)生的反應也是聚變反應5.核反應類型及核反應方程的書寫類型可控性核反應方程典例衰變衰變自發(fā)UThHe衰變自發(fā)ThPae人工轉變人工控制NHeOH(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子)BeHeCn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)AlHePn約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子PSie重核裂變比較容易進行人工控制UnBaKr3nUnX

18、eSr10n輕核聚變除氫彈外無法控制HHHen3、 核能1.核力：構成原子核的核子之間的作用力其特點為短程強引力，作用范圍為1.5×10-15m，只在相鄰的核子間發(fā)生作用2.核能：核子結合為原子核時釋放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3. 比結合能：原子核的結合能與核子數(shù)之比，叫做比結合能，也叫平均結合能特點：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(wěn)定中等大小的核，比結合能大，不論是核裂變還是核聚變，都是把大核或小核變?yōu)橹械却笮〉暮?，釋放出能?.質能方程、質量虧損愛因斯坦質能方程Emc2，說明物體的質量和能量之間存在著一定的關系，一個量的變化必然伴隨著另一個量的變化核子在結合成原子核時放出核能，因此，原子核的質量必然比組成它的核子的質量和要小m，這就是質量虧損由質量虧損可求出釋放的核能Emc2；反之，由核能也可以求出核反應過程的質量虧損注意：愛因斯坦質能方程只是反映了質量和能量之間存在著一定的關系，在核反應中不可以說虧損的質量變成