大学物理II-2习题课5 近代物理 有答案版ppt课件

(2)比结合能:原子核的结合能与核子数之比,也叫平均结合能。比结合能越 大,表示原子核、核子结合得越牢固,原子核越稳定。 3.质量亏损 (1)爱因斯坦质能方程:E=mc2。 (2)质量亏损:原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。
4.裂变与聚变 (1)重核裂变:重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程。 为了使铀235裂变时发生链式反应,铀块的体积应大于它的临界体积。 裂变的应用:原子弹、原子反应堆。 (2)轻核聚变:两个轻核结合成质量较大的核的反应过程,反应时释放出大量 的核能。要想使氘核和氚核合成氦核,必须达到几百万开尔文以上的高温,因 此聚变反应又叫热核反应。 聚变的应用:氢弹。
专题五 动量 近代物理
一、动量 动量公式:p=mv。动量是矢量,方向与速度方向相同。 二、冲量 1.表达式:I=Ft。单位:N·s。 2.标矢性:冲量是矢量,它的方向由力的方向决定。 三、动量定理 1.表达式:p'-p=F合t或mv'-mv=F合t(矢量式,注意正方向的选取) 2.意义:合外力的冲量是引起物体动量变化的原因。
五、波粒二象性 1.光电效应 (1)任何一种金属都有一个截止频率,若入射光频率低于这个截止频率,则金 属不能发生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,随入射光频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的。 (4)大于截止频率的光照射金属时,光电流大小与入射光强度成正比。
2.光子说:在空间传播的光是不连续的。光子的能量为E=hν,h为普朗克常量, h=6.63×10-34 J·s。每个光子的能量只取决于光的频率。 3.光电效应方程:(1)最大初动能与入射光子频率的关系:Ek=hν-W0。 (2)若入射光子的能量恰等于金属的逸出功W0,则光电子的最大初动能为零,

1、爱因斯坦光子假说 光是由一个个的、以光速 c运动的粒子组成的粒 光是由一个个的、以光速c 子流，这种粒子称为光子。 ε=hν，它不 频率为的 ν光的每一光子的能量为 光的每一光子的能量为ε 能再分割，而只能整个地被吸收或产生出来。 2、爱因斯坦光电效应方程
2、爱因斯坦光电效应方程 金属中的自由电子吸收一个光子后，就获得能量 hν。 若hν大于该金属的电子逸出功（电子脱离金属表面时 克服表面阻力所做的功），电子就可从金属中逸出。 这些能量一部分用于克服逸出功，一部分转化为光电 子的动能。
ε
O O
m
A
O O O O O O
K
G
V
实验装置
实验规律 （1）饱和光电流 实验指出：饱和光电流和入射光光强成正比。 单位时间内电极上逸出的光电子数和入射 结论： 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和入射 光强成正比。
（2）遏止电压 遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且：
1 2 mυ m = eU a 2
4
M (T ) = ∫ M (λ , T )dλ
0
∞
-玻耳兹曼常数： 斯特藩 斯特藩σ = 5.67 × 10−8 W/(m 2 ⋅ K 4 ) λ nm
M (λ , T )
T
λ
热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。
绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
根据实验得出黑体辐射的两条定律：
（2） 维恩位移定律 对于给定温度 T，黑体 的单色辐出度 M (λ , T ) 有 一最大值,对应波长 λm 。
当ν→0（长波范围），普朗克公式变为瑞利—金斯公式。 当ν→∞（短波范围），普朗克公式与维恩公式一致。
பைடு நூலகம்
-金斯线 瑞利 瑞利---金斯线 维恩线

03
计算机模拟和仿真
利用计算机进行数值模拟和仿真 实验，验证理论预测和实验结果 。
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5
物理学的发展历史
01
02
03
古代物理学
以自然哲学为主要形式， 探讨自然现象的本质和规 律，如古希腊的自然哲学 。
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经典物理学
以牛顿力学、电磁学等为 代表，建立了完整的经典 物理理论体系。
固体的电子论
介绍了能带理论、金属电子论、半导体电子 论等。
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核物理和粒子物理基础
原子核的基本性质
包括核力、核子、同位素等基本概念。
放射性衰变
阐述了α衰变、β衰变、γ衰变等放射性衰变过程及 其规律。
粒子物理简介
介绍了基本粒子、相互作用、粒子加速器等基本 概念。
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THANKS
感谢观看
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恒定电流的电场和磁场
恒定电流：电流大小和方 向均不随时间变化的电流 。
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毕奥-萨伐尔定律：计算 电流元在空间任一点产生 的磁场。
奥斯特-马可尼定律：描 述电流产生磁场的规律。
磁场的高斯定理和安培环 路定理：揭示磁场的基本 性质。
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电磁感应
法拉第电磁感应定律
描述变化的磁场产生感应电动势的规律。
01
又称惯性定律，表明物体在不受外力作用时，将保持静止状态
或匀速直线运动状态。
牛顿第二定律
02
又称动量定律，表明物体加速度与作用力成正比，与物体质量
成反比。
牛顿第三定律
03
又称作用与反作用定律，表明两个物体间的作用力和反作用力
总是大小相等、方向相反、作用在同一直线上。

A．λ1>λ2，WC>WD B．λ1>λ2，WC<WD C．λ1<λ2，WC>WD D．λ1<λ2，WC<WD
解析 由题意知，A 光光子的能量大于 B 光光子，根据 E＝hν＝hcλ，得 λ1 ＜λ2；又因为单色光 B 只能使金属 C 产生光电效应现象，不能使金属 D 产生光 电效应现象，所以 WC＜WD，故 D 项正确。
题|组|冲|关 1．(多选)在研究某金属的光电效应现象时，发现当入射光的频率为 ν 时，其遏止电压为 U，已知普朗克常数为 h，电子电量大小为 e，下列说法 正确的是( ) A．该金属的截止频率为 ν－ehU B．该金属的逸出功为 eU－hν C．增大入射光的频率，该金属的截止频率增大 D．增大入射光的频率，该金属的遏止电压增大
答案 D
3．用波长为 λ1 和 λ2 的单色光 A 和 B 分别照射两种金属 C 和 D 的表面。 单色光 A 照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光 B 照射时，只能 使金属 C 产生光电效应现象，不能使金属 D 产生光电效应现象。设两种金 属的逸出功分别为 WC 和 WD，则下列选项正确的是( )
解析 由爱因斯坦的光电效应方程得 Ekm＝hν－W0，由动能定理得 eU＝ Ekm，W0＝hν0，各式联立得 ν0＝ν－ehU，A 正确，B 错误；增大入射光的频率， 光电子的最大初动能增大，金属遏止电压增大，截止频率不变，C 错误，D 正 确。
答案 AD
2．爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得 1921 年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能 Ekm 与入射光 频率 ν 的关系如图所示，其中 ν0 为极限频率。从图中可以确定的是( )
A．23940Th 衰变为28262Rn，经过 3 次 α 衰变，2 次 β 衰变 B．21H＋31H→42He＋10n 是 α 衰变方程，23940Th→23941Pa＋－01e 是 β 衰变方程 C．23952U＋10n→15346Xe＋9308Sr＋1010n 是重核裂变方程，也是氢弹的核反应 方程 D．高速 α 粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为42He ＋147N→168O＋10n

u x v ux v 1 2 u c x
例 7：
实验室中有一个以速度0.5c飞行的原子核，此核沿着它的运动 方向以相对于核为0.8c的速度射出一电子，同时还向反方向发射一
光子，实验室中的观察者测得电子和光子的速率分别是多少？
x v u1 0.8c 0.5c u1 x 0.93c 0.5c v x 1 2 0.8c 1 2 u1 c c u2 x x v u2 v x 1 2 u2 c c 0.5c 0.5c 1 2 c c
幕移到新的焦平面上；
练习13：
在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为 的单色光的第三级 明纹与波长为630nm的单色光的第二级明纹恰好重合，试计算 波长 。
干涉与衍射的区别：
干涉是有限束光的相干叠加，而衍射是无数个子波的相 干叠加 干涉中不同级次条纹光强是一样的，而衍射中不同级次 条纹的光强是不同的 干涉条纹是等间距的，而衍射中中央明纹的宽度是其他 条纹宽度的两倍
S2P垂直穿过一块厚度为t2，折射率为n2的介质板，其余部
分可看做真空，这两条路径的光程差等于 （
B
）
（A）(r2 n2 t 2 ) (r1 n1t1 )
（B） [r2 (n2 1)t 2 ] [r1 (n1 1)t1 ] （C）(r2 n2 t 2 ) (r1 n1t1 ) （D） n2 t 2 n1t1
a sin 0
2 a sin ( 2k 1) 干涉加强（明纹） 2 a sin k （介于明暗之间） 2
( k 1,2,3,)
a sin 2k

中央明纹中心
k 干涉相消（暗纹）
光强分布：
I

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4．结合能、质量亏损 (1)结合能：由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一 定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量，这就是 原子核的结合能． (2)质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差 叫核的质量亏损． (3)质能方程：E＝mc2；ΔE＝Δmc2.
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5．裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 6．射线的危害和防护 (1)重核的裂变：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而 分裂成质量数较小的原子核的过程．如铀 235 的裂变反应29325U＋10 n→9326Kr＋15461Ba＋310n. (2)轻核的聚变：某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的 原子核的核反应．如一个氘核和氚核结合成一个氦核(同时放出一 个中子)的聚变反应：21H＋31H→42He＋10n.由于轻核的聚变需在几百 万摄氏度的高温下进行，因此聚变反应又叫热核反应．
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(3)半衰期是表征放射性元素大量原子核衰变快慢的物理量， 是一种统计规律．半衰期对于少量原子核是无意义的．用 T 表示 半衰期，m 表示某时刻放射性元素的质量，则经过时间 t，剩下 的放射性元素的质量 m 余＝m12Tt .
(4)α 衰变：AZX→ZA－－24Y＋42He β 衰变：AZX→Z＋A1Y＋－01e 2．放射性同位素，识记其用途
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(3)光电效应方程 ①光电子的最大初动能跟入射光子的能量 hν 和逸出功 W 的 关系为12mv2＝hν－W. ②极限频率 ν0＝Wh . 其 h 为普朗克常量：h＝6.63×10－34 J·s.
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1．(2017·西安市长安区第一中学大学区高三第三次联考)如图 所示，当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极 K 上 时，此时滑片 P 处于 A、B 中点，电流表中有电流通过，则( A )

答案 B
9．一个氘核(21H)与一个氚核(31H)反应生成一个新核，同时放出一个中 子，并释放能量。下列说法正确的是( )
A．该核反应为裂变反应 B．该新核的中子数为 2 C．氘核(21H)与氚核(31H)是两种不同元素的原子核 D．若该核反应释放的核能为 ΔE，真空中的光速为 c，则反应过程中
的质量亏损为2Δc2E
答案 D
考点 1．理清知识脉络
原子结构与玻尔理论 解|题|必|备
2．把握两个热点问题 (1)原子能量包括两部分：电子绕核运动的动能和电势能。以氢原子为 例，由kre22＝mrv2得12mv2＝k2er2，可知原子由高能级向低能级跃迁时，原子总 能量减少，电子的轨道半径减小，电子动能增大；在此过程中库仑力做正 功，电势能减少。 (2)一群处于较高能级 n 的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数 为 C2n，而一个处于较高能级 n 的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线 条数最多为 n－1。氢原子在能级之间发生跃迁时，吸收或放出的光子频率 是某些特定值，但使处于某能级的氢原子发生电离，吸收的能量或光子的 频率可以是高于某一特定值的任意值。
题|组|冲|关 4．(多选)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较 近的轨道上，下列说法正确的是( ) A．核外电子受力变小 B．原子的能量减少 C．氢原子要吸收一定频率的光子 D．氢原子要放出一定频率的光子
解析 根据 F＝ker22得，轨道半径减小，则核外电子受力变大，故 A 项错误； 核外电子由离原子核较远轨道跃迁到离原子核较近轨道，原子能量减少，故 B 项正确；因为原子能量减少，可知氢原子放出一定频率的光子，故 C 项错误， D 项正确。
A．逸出功与 ν 有关 B．Ekm 与入射光强度成正比 C．当 ν＜ν0 时，会逸出光电子 D．图中直线的斜率与普朗克常量有关

把握 四种光电效应图像的特点及应用
图像名称
图像形状
由图像直接(或间接)得 到的物理量
(1)极限频率：图像与 ν
最大初动能 Ek 与 入射光频率 ν 的
轴交点的横坐标 νc； (2)逸出功：图像与 Ek 轴交点的纵坐标的绝对
关系图像
Ek＝hν－W0
值 W0＝|－E|＝E； (3)普朗克常量：图像的 斜率 k＝h
全国卷 Ⅲ·T35(1)
课堂
重点攻坚
——超分有重点，超越不畏艰
释疑 4 大考点
考点一 光电效应及其规律 本考点主要涉及对光电效应规律的理解、对光电效应现象 的解释、光电效应方程及其图像的应用等知识。对于光电效应 现象的解释问题，要注意饱和电流、遏止电压和截止频率产生 的原因；对于光电效应方程及其图像的应用问题，要注意如何 根据光电效应方程求解金属的逸出功 W0、截止频率 νc 以及普 朗克常量 h 等。
－W0＝eUc，解得 Uc＝hνe －hνe c，图像的斜率 k＝he＝ν1U－1 νc， 则 h＝νU1－1eνc，当遏止电压为零时，ν＝νc，C、D 正确。
[答案] CD
[题点全练]
1．如图所示，在用光电管研究光电效 应的实验中，用某种频率的单色光 a 照射光电管阴极 K，电流计 G 的 指针发生偏转；而用另一频率的单 色光 b 照射光电管阴极 K 时，电流 计 G 的指针不发生偏转，那么
2．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效
应，可得到光电子最大初动能 Ek 随入射光频率 ν 变化的
Ek­ ν图像。已知钨的逸出功是 3.28 eV，锌的逸出功是 3.24 eV，若将二者的图线画在同一个 Ek­ ν坐标图中，用
实线表示钨，虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是下

3．(2017·全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个 α 粒子衰 变成钍核，衰变方程为29328 U→29304 Th＋42 He，下列说法 正确的是
A．衰变后钍核的动能等于 α 粒子的动能 B．衰变后钍核的动量大小等于 α 粒子的动量大小 C．铀核的半衰期等于其放出一个 α 粒子所经历的 时间
答案 B
4．(2017·全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是
将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方
程是
2 1
H＋21
H→32
He＋10
n，已知21
H 的质量为 2.0136 u，
3 2
He 的质量为 3.015 0 u，10
n 的质量为 1.008 7 u,1 u＝931
MeV/c2。氚核聚变反应中释放的核能约为
1．(多选)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
图5－4
A．用一带负电(带电荷量较少)的金属小球与锌板接 触，则验电器指针偏角将减小 B．使验电器指针回到零后，改用强度更大的紫外线 照射锌板，验电器指针偏角将比原来大 C．使验电器指针回到零后，改用红外线照射锌板， 只要强度足够大，验电器指针也会偏转 D．若用频率为ν的紫外线照射锌板，产生的光电子最 大初动能为Ek，则改以频率为2ν的紫外线照射，光电子 的最大初动能为2Ek
解析 由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，由动 能定理可得：Ekm＝eU，所以当νa＞νb时，Ua＞Ub，Eka ＞Ekb。故A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜ Ekb，故C正确；由光电效应方程可得：金属的逸出功W ＝hνa－Ekb，故D错误。 答案 BC

答案：BC
命题特点与趋势 1．本专题 2017 年新调为高考必考内容，从近几年高 考试题可以看出无论 2017 年前的选考．还是 2017 年和 2018 年的必考，题型都以选择题为主，命题点多集中在 光电效应、核反应方程、核能的计算，难度不大，多以 识记型为主．
2．从 2017 年高考题可以看出，选择题选考时的五个 选项，变成四个选项，由选考时的涉及面广、全的命题 思想向选项中考查某一知识点转变，如 2017 全国卷Ⅰ的 17 题只集中考查核能的计算，2018 全国卷Ⅱ的 17 题集中 考查光电效应方程．
[题眼点拨] ①“从 n＝3 的激发态向低能级跃迁” 产生的光子数 C23＝3；②“核外电子从半径较小的轨道跃 迁到半径较大的轨道”说明从低能级向高能级跃迁，需 吸收光子，能量增加．
解析：根据 C23＝3 可知，一群处于 n＝3 能级的氢原 子向低能级跃迁，辐射的光子频率最多为 3 种，选项 A 正确；
(多选)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光 电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示．已知普 朗克常量为 h，被照射金属的逸出功为 W0，遏止电压为 Uc，电子的电荷量为 e，则下列说法正确的是( )
A．甲光的强度大于乙光的强度 B．甲光的频率大于乙光的频率 C．甲光照射时产生的光电子初动能为 eUc D．乙光的频率为W0＋h Uce
解析：设该金属的逸出功为 W，根据爱因斯坦光电 效应方程有 Ek＝hν－W，同种金属的 W 不变，则逸出光 电子的最大初动能随 ν 的增大而增大，B 项正确；又 Ek ＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C 项正确；根 据上述有 eU＝hν－W，遏止电压 U 随 ν 增大而增大，A 项错误；又有 hν－Ek＝W，W 相同，则 D 项错误．
C 项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质 能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此 Dபைடு நூலகம்项错误．