2017-2018学年粤教版物理选修3-5课件：第2-2光子 精品

２.2光子 讲学案高二级 班 姓名 座号 周次 星期 一、学习目标:1.知道金属逸出功的概念和爱因斯坦光电效应方程，并能用解释光电效应现象。

2.知道光子的概念，会用光子能量和频率的关系进行计算。

二、复习检测:1．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使金属产生光电效应的是( )A ．延长光照时间B ．增大光的强度C ．换用波长较短的光照射D ．换用频率较低的光照射2．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使金属产生光电效应的是( )A ．延长光照时间B ．增大光的强度C ．换用波长较短的光照射D ．换用频率较低的光照射1．年，德国物理学家普朗克在研究电磁波的辐射问题时，首次提出 假说，认为物体热辐射所发出的电磁波的能量是 的，只能是hν的整数倍，hν称为一个 ，h 称为普朗克常量． 2．爱因斯坦提出的光子假说认为，光的能量不是 的，而是 的，每一份叫做一个 ，其能量为ε＝ 。

3．逸出功是指电子从金属表面逸出时克服引力所做的功，用W 表示．根据能量守恒定律，入射光子的能量hν等于出射光电子的 动能与 之和，即 . 典题：红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是( )A ．红光B ．橙光ε＝hν必须 或至少等于逸出功W ，即ν＝W h就是光电效应的 。

2．光电流的强度与入射光的强度成正比发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光的强度成正比，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多，因此饱和光电流大，所以饱和光电流与光的强度成正比．典题：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E km 与入射光频率ν的关系如图2－2－2所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是________．(填选项前的字母)图2－2－2A ．逸出功与ν有关B ．E km 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四、巩固练习在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e 、c 和h五、课堂小结1、光子假说的内容：①光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子．②每一个光子的能量为h ν，其中h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34J ·s ，ν是光的频率．2．对光电效应方程的理解(1)光电效应方程表达式：h ν＝12mvmax2＋W 或h ν＝Ekm ＋W 其中W 称为逸出功，是电子从金属表面逸出时克服表面引力所做的功．六、作业1．关于光子和光电子，以下说法正确的是( )A ．光子就是光电子B ．光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的C ．真空中光子和光电子速度都是cD ．光子和光电子都带负电2．已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c ，普朗克常量为h ，则电磁波辐射的能量子ε的值为( )A ．h c λ B.h λC.chλD．以上均不正确3．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km.改用频率2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)( )A．E km－hνB．2E kmC．E km＋hνD．E km＋2hν4．(多选)两种单色光a和b，a光照射某金属时有光电子逸出，b光照射该金属时没有光电子逸出，则( )A．在真空中，a光的传播速度较大B．在水中，a光光子的能量较大C．在真空中，b光光子的能量较大D．在水中，b光的折射率较小。

第一节光电效应第二节光子[先填空]1．光电效应：金属在光的照射下发射电子的现象称为光电效应，发射出来的电子称为光电子．2．光电管：光电管是由密封在玻璃壳内的阴极和阳极组成．阴极表面涂有碱金属，容易在光的照射下发射电子．3．光电流：阴极发出的光电子被阳极收集，在回路中会形成电流，称为光电流．4．发生光电效应时，入射光的强度增大，则光电流随之增大．[再判断]1．光电子是光照射下发射出来的电子，因此光电子仍然是电子．(√)2．入射光的频率较高时，会发生光电效应现象，光电流随着光照强度的增强而增大．(√)3．入射光的频率较低时，无论光照强度多大，都不会发生光电效应．(√) [后思考]你对光电效应中的“光”是怎样认识的？【提示】这里的光，可以是可见光，也可以是紫外线、X光等．1．在发生光电效应的条件下，光电流的大小或单位时间内逸出的光电子数目由光的强度决定．2．存在着饱和电流．入射光强度一定，单位时间内阴极K发射的光电子数一定．入射光越强，饱和电流越大．表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．1．如图2-1-1所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是()图2-1-1A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．锌板带的是正电荷E．使验电器指针发生偏转的是正电荷【解析】将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D、E正确．红光不能使锌板发生光电效应．【答案】ADE2．当某种单色光照射到金属表面时，金属表面有光电子逸出，如果光的强度减弱，频率不变，则单位时间内逸出的光电子数________．【答案】减少1．光电效应中的光包括不可见光(如：紫外线等)．2．光电效应的实质：光现象→电现象．[先填空]1．极限频率对于每一种金属，只有当入射光的频率大于某一频率ν0时，才会产生光电流，ν0称为极限频率(也叫截止频率)．2．遏止电压在强度和频率一定的光照射下，当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，我们把这时的电压称为遏止电压．用符号U0表示．3．遏止电压与光电子最大初动能的关系12m v 2max＝eU0.4．经典电磁理论解释的局限性按照光的电磁理论，只要光足够强，任何频率的光都应该能够产生光电子，出射电子的动能也应该由入射光的能量即光强决定．但是实验结果却表明，每种金属都对应有一个不同的极限频率，而且遏止电压与光的频率有关，与光的强度无关．[再判断]1．发生光电效应一定要用可见光．(×)2．遏止电压与入射光的强弱无关，与入射光的频率有关．(√)3．光电子的最大初动能只与入射光的频率有关．(√)[后思考]在光电效应实验中如果入射光的频率一定而强度增加，将会产生什么结果？如果入射光的频率增加，又将会产生什么结果？【提示】当入射光频率高于金属的极限频率时，光强增加，发射的光电子数增多；当入射光频率低于金属的极限频率时，无论光强怎么增加，都不会有光电子发射出来．入射光的频率增加，发射的光电子最大初动能增大．1．遏止电压随光的频率的增大而增大，与光的强度无关，说明光电子的最大初动能随光的频率的增大而增大，与光的强度无关．2．随反向电压的增大，光电流逐渐减小，说明金属中逸出的光电子的初动能是不同的，而遏止电压对应光电子的最大初动能．3．电磁理论认为：光的能量是由光的强度决定，而光的强度又是由光波的振幅所决定的，跟频率无关．4．电磁理论解释光电效应的三个困难3．光电效应实验中，下列表述正确的是()A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子E．发生光电效应时，如果光的频率不变，而减弱光的强度则逸出的光电子数减小，光电子的最大初动能不变【解析】在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，时间间隔很小．故A、B错误，D正确．遏止电压与入射光频率ν有关，即C正确．入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，光的强度减弱，单位时间内发出光电子数目减少，故E正确．【答案】CDE4．利用光电管研究光电效应实验如图2-1-2所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()图2-1-2A．用紫外线照射，电流表一定有电流通过B．用红光照射，电流表一定无电流通过C．用红外线照射，电流表可能有电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过E．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变【解析】因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A正确．因不知阴极K的截止频率，所以用红光照射时，也可能发生光电效应，所以选项B错误，C正确．即使U AK＝0，电流表中也可能有电流通过，所以选项D错误．当滑动触头向B端滑动时，U AK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK，光电流也不会增大，所以选项E正确．【答案】ACE关于光电效应的三点提醒1．发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率，即ν＞ν0.2．光电子的最大初动能与照射光的频率及金属有关，而与照射光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少．3．在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．[先填空]1．能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍，hν称为一个能量量子，其中ν是辐射频率，h称为普朗克常量．2．普朗克常量：h＝6.63×10－34 J·s.3．光子假说：光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子．一个光子的能量为ε＝hν.4．黑体：(1)能够全部吸收所有频率的电磁辐射的理想物体．绝对的黑体实际上是不存在的．(2)普朗克利用能量量子化的思想和热力学理论，才完美地解释了黑体辐射谱．[再判断]1．1900年，德国物理学家普朗克首次提出了能量量子假说．(√)2．1905年，在普朗克能量量子假说的启发下，爱因斯坦提出了光子假说．(√) 3．光子说中的光子就是光电子．(×)4．能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体．(√)[后思考]1．如何解释测量一杯水温的温度计的温度示数连续变化而不是一份一份的？【提示】 每一份能量量子很小(微观量)，温度计示数变化1 ℃对应变化的能量很大(宏观量)，由于温度计的精度不够，所以观察到的温度计温度不是一份一份地变化的．2．黑体是指黑颜色的物体吗？【提示】 黑体不是指黑颜色的物体，是指能完全吸收电磁波的物体．[先填空]1．逸出功：电子能脱离离子的束缚而逸出金属表面时所需做的最小功．用W 0表示．2．光电效应方程：hν＝12m v 2max ＋W 0.式中hν表示入射光子的能量，ν为入射光的频率．3．光电效应的条件：光子的能量ε＝hν必须大于或至少等于逸出功W 0.即ν≥W 0h .4．遏止电压对应着光电子的最大初动能，它们的关系为eU 0＝12m v 2max .[再判断]1．同一频率的光照射不同的金属表面，光电子的最大初动能可能相同．(×)2．对于某种金属，也就是逸出功W 0一定的情况下，出射光电子的最大初动能只与入射光频率有关，与光的强弱无关．(√)3．物体内部的一个电子一般只吸收一个光子的能量．(√)[后思考]按照光的经典电磁理论，如果入射光很弱，电子需要一段时间才能获得逸出金属表面所需的能量．而实验表明：无论入射光怎样微弱，光电效应几乎是瞬时的，这又如何解释？【提示】 光子的能量是一份份的．当光照射到金属表面时，表面的金属电子一次性吸收了一个光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电子几乎是瞬间产生的．1．光电效应方程的理解(1)光电效应方程：E k ＝hν－W 0中，E k 为光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是零到最大值范围内的任何数值．(2)光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系(注意不是正比关系)，与光强无关．(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件，即E k ＝hν－W 0>0，亦即hν>W 0，ν>W 0h ＝νc ，而νc ＝W 0h 就是金属的极限频率．(4)光电效应方程实质上是能量守恒方程．(5)逸出功W 0：电子从金属中逸出所需要克服原子核的束缚而消耗的能量的最小值，叫做金属的逸出功．光电效应中，从金属表面逸出的电子消耗能量最少．2．光子说对光电效应的解释(1)由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量，而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为．如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能发生光电效应．(2)当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在，这样光电子的最大初动能E k ＝12m v 2max ＝hν－W 0，其中W 0为金属的逸出功，可见光的频率越高，电子的最大初动能越大．而遏止电压U 0对应着光电子的最大初动能，即eU 0＝12m v 2max .所以当W 0一定时：U 0只与入射光的频率ν有关，与光照强弱无关．(3)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电效应的发生几乎是瞬时的．(4)发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光强度成正比，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多，光电流也就越大．5．已知能使某金属产生光电效应的截止频率为ν0，则()A．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0C．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D．金属的逸出功与照射光的频率无关E．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍【解析】根据截止频率跟逸出功的关系：W0＝hν0，光电效应方程12m v2m＝hν－W0，判断A、B、D正确．【答案】ABD6．紫光在真空中的波长为4.5×10－7m，问：(1)紫光光子的能量是多少？(2)用它照射极限频率为ν0＝4.62×1014 Hz的金属钾时能否产生光电效应？(3)若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h＝6.63×10－34 J·s)【解析】(1)紫光光子的能量E＝hν＝h cλ＝4.42×10－19 J.(2)紫光频率ν＝cλ＝6.67×1014 Hz，因为ν>ν0，所以能产生光电效应．(3)光电子的最大初动能为E km＝hν－W＝h(ν－ν0)＝1.36×10－19 J.【答案】(1)4.42×10－19 J(2)能(3)1.36×10－19 J1．极限频率为ν0的光照射金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W ＝hν0.2．某种金属的逸出功是一定值，随入射光频率的增大，光电子的最大初动能增大，但光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比．。

第二节 光 子能量量子假说→光子说→光电效应方程→对光电效应的解释1．1900年，德国物理学家普朗克在研究电磁波的辐射问题时，第一次提出能量量子假说，以为物体热辐射所发出的电磁波的能量是不持续的，只能是hν的整数倍，h ν称为一个能量量子，h 称为普朗克常量．2．微观世界里，物理量的取值很多时候是不持续的，只能取一些分立的值，这种现象称为量子化现象． 3．爱因斯坦提出的光子假说以为，光的能量不是持续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，其能量为ε＝hν．4．逸出功是指电子从金属表面逸出时克服引力所做的功，用W 0表示．按照能量守恒定律，入射光子的能量hν等于出射光电子的最大初始动能与逸出功之和，即：hν＝＋W 0.5．按照光子假说对光电效应的解释，光电效应的条件是光子的能量ε＝hν必需大于或至少等于逸出功W ，即ν＝Wh就是光电效应的极限频率．基础达标1．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是(A)A．红光 B．橙光C．黄光 D．绿光解析：由ε＝hν可知，红光的频率最小，其能量子值最小．选A.2．(多选)下列关于光子的说法中，正确的是(AC)A．在空间传播的光不是持续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子B．光子的能量由光强决定，光壮大，每份光子的能量必然大C．光子的能量由光频率决定，其能量与它的频率成正比D．光子能够被电场加速解析：依照爱因斯坦的光子说，在空间传播的光不是持续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε＝hν，与光的强度无关，故A、C正确，B错误，光子不带电，不能被电场加速，D错误．3．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．如有N个波长为λ0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)(B)A．h·cλ0B．Nh·cλ0C．N·nλ0 D．2Nhλ0解析：一个光电子的能量ε＝hν＝h cλ，则N个光子的总能量ε总＝Nhcλ.选项B正确．4．(多选)某金属的逸出功为 eV，这意味着(BC)A．这种金属内部的电子克服原子核引力做 eV的功即可离开表面B．这种金属表层的电子克服原子核引力做 eV的功即可离开表面C．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必需大于 eVD．这种金属受到光照时如有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于 eV 解析：逸出功指原子的最外层电子离开原子核克服引力做的功，选B、C.5. 当具有 eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为(B)A． eV B． eVC． eV D． eV解析：由光电效应方程E k＝hν－W0，得W＝hν－E k＝－＝ eV，则入射光的最低能量为hνmin＝W0＝ eV，故正确选项为B.6．用同一束单色光，在同一条件下，前后照射锌片和银片，都能产生光电效应．在这两个进程中，对下列四个量，必然相同的是A，可能相同的是C，必然不相同的是BD．A．光子的能量 B．金属的逸出功C．光电子动能 D．光电子最大初动能解析：光子的能量由光频率决定，同一束单色光频率相同，因此光子能量相同，逸出功等于电子离开原子核束缚需要做的最少的功，因此只由材料决定，锌片和银片的光电效应中，光电子的逸出功不同．由E km＝hν－W0，照射光子的能量hν相同，逸出功W0不同，则电子最大初动能不同．由于光电子吸收光子后逸前途径不同，途中损失动能不同，因此离开金属时的初动能散布在零到最大初动能之间．所以，在两个不同光电效应的光电子中，有时初动能是可能相等的．能力提升7．某光电管的阴极是用金属制成的，它的逸出功为 eV ，用波长为×m 的紫外线照射阴极，已知真空中光速为×m/s ，元电荷为× C ，普朗克常量为× J ·s ，求得该金属的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应别离是(B )解析：按照hν极＝W ，得ν极＝Wh . 代入数据得ν极＝Hz ＝×Hz.又由光电效应方程E km ＝hν－W 0得：E km ＝×J. 8．在做光电效应实验中，某金属被光照射发生了光电效应，实验测出了光电子的最大初动能E k 与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图象不能求出的是(C )A ．该金属的逸出功B ．该金属的极限频率C ．单位时刻内逸出的光电子数D ．普朗克常量解析：按照爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，任何一种金属的逸出功W 0必然，说明E k 随ν的转变而转变，且是线性关系(与y ＝ax －b 类似)，直线的斜率等于普朗克常量，D 项正确．直线与纵轴的截距OC 表示ν＝0时的光电子逸出克服金属引力所做的功，即为该金属的逸出功，A 项正确．直线与横轴的截距OA 表示E k ＝0时的频率ν0，即为金属的极限频率，B 项正确．9. 用绿光照射一光电管，产生了光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增加，下列做法可取的是(D )A．改用红光照射B．增大绿光的强度C．增大光电管上的加速电压D．改用紫光照射解析：由爱因斯坦光电效应方程hν＝W0＋，在逸出功一按时，只有增大光的频率，才能增加最大初动能，与光的强度无关，D对．10．已知金属铯的极限波长为μm，用μm的光照射铯金属表面发射光电子的最大初动能为多少焦耳？铯金属的逸出功为多少焦耳？解析：铯的逸出功为W0＝hν0＝hcλ0，将c＝3× m/s，h＝× J·s，λ0＝× m代入上式可得W0＝3×J.按照光电效应方程：E k＝hν－W0＝h cλ－W0＝××J－3× J＝×J.答案：×J 3× J。

第二节放射性元素的衰变[学习目标] 1.知道三种射线的特征，知道衰变的概念.2.知道α、β衰变的实质，知道γ射线是怎样产生的，会写α、β衰变方程.3.知道什么是半衰期，会利用半衰期解决相关问题．一、原子核的衰变[导学探究]1．怎样用电场或磁场判断α、β、γ射线粒子的带电性质？答案让三种射线通过匀强电场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电．α射线偏转方向和电场方向相同，带正电，β射线偏转方向和电场方向相反，带负电．或者让三种射线通过匀强磁场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电，α射线和β射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质．2．如图1为α衰变、β衰变示意图．图1(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？答案(1)α衰变时，质子数减少2，中子数减少2.(2)β衰变时，核电荷数增加1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位．[知识梳理]原子核的衰变1．对三种射线的认识2.定义：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的过程．3．衰变类型(1)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变过程．放出一个α粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，成为新核．(2)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变过程．放出一个β粒子后，核的质量数不变，电荷数增加1.4．衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．5．衰变的实质(1)α衰变的实质：2个中子和2个质子结合在一起形成α粒子．(2)β衰变的实质：核内的一个中子转化为了一个电子和一个质子．(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力．(×)(2)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．(√)(3)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强．(×)(4)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变．(×)(5)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外．(×)二、半衰期[导学探究](1)什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗？(2)某放射性元素的半衰期为4天，若有10个这样的原子核，经过4天后还剩5个，这种说法对吗？答案(1)半衰期是一个时间，是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律，故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间．(2)半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律，不能用于少量的原子核发生衰变的情况，因此，经过4天后，10个原子核有多少发生衰变是不能确定的，所以这种说法不对．[知识梳理]半衰期1．定义：放射性元素的原子核因衰变减少到原来的一半所经过的时间． 2．特点(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大．(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件无关．3．适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于单个原子核的衰变．4．半衰期公式：N ＝1/201()2t T N ，m ＝1/201()2tT m ，其中T 1/2为半衰期．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长．( × ) (2)把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变．( × )(3)放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用．( √ )(4)氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后只剩下一个氡原子核．( ×)一、三种射线 1．三种射线的实质α射线：高速氦核流，带2e 的正电荷； β射线：高速电子流，带e 的负电荷； γ射线：光子流(高频电磁波)，不带电． 2．三种射线在电场中和磁场中的偏转(1)在匀强电场中，γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移大，如图2所示．图2 图3(2)在匀强磁场中，γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，如图3所示．例1 如图4所示，R 是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL ′是厚纸板，MM ′是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O 、P 两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O 点的射线种类、到达P 点的射线种类应属于下表中的( )图4答案 C解析 R 放射出来的射线共有α、β、γ三种，其中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用而偏转，γ射线不偏转，故打在O 点的应为γ射线；由于α射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P 点的应是β射线；依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里．例2 (多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是( )答案 AD解析 已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向可知，A 、B 、C 、D 四幅图中α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r ＝m vBq ，将数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比r αr β＝m αm β·v αv β·q βq α＝411 836×0.1c 0.99c ×12≈371， A 对，B 错；带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v 0，垂直电场线方向位移为x ，沿电场线方向位移为y ，则有x ＝v 0t ，y ＝12qE m t 2，消去t 可得y ＝qEx 22m v 20.对某一确定的x 值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比 y αy β＝q αq β·m βm α·v 2βv 2α＝21×11 8364×(0.99c )2(0.1c )2≈137.5， C 错，D 对．三种射线的鉴别1．α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α射线、β射线是实物粒子，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种．2．α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不同，γ射线则不发生偏转． 3．α射线穿透能力弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离本领相反． 二、原子核的衰变规律和衰变方程 1．衰变种类、实质与方程(1)α衰变：A Z X ―→A －4Z －2Y ＋42He实质：原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中被释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．如：238 92U ―→234 90Th ＋42He. (2)β衰变：A Z X ―→ A Z ＋1Y ＋0－1e.实质：原子核中的一个中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使电荷数增加1，β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：10n ―→11H ＋0－1e. 如：234 90Th ―→234 91Pa ＋0－1e.2．确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：设放射性元素A Z X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则衰变方程为：A Z X ―→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m .以上两式联立解得：n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z .由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组．(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数． 例323892U核经一系列的衰变后变为206 82Pb 核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)20682Pb与23892U相比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．答案(1)86(2)1022(3)23892U―→20682Pb＋842He＋60－1e解析(1)设23892U衰变为20682Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x ①92＝82＋2x－y ②联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变．(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数少1，而质子数增加1，故20682Pb较23892U质子数少10，中子数少22.(3)衰变方程为23892U―→20682Pb＋842He＋60－1e.针对训练1原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核234Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③依次为()91A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变答案 A解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，23892U核与23490Th核比较可知，衰变①的另一产物为42He，所以衰变①为α衰变，选项B、C错误；23491Pa核与23492U核比较可知，衰变③的另一产物为0－1e，所以衰变③为β衰变，选项A正确，D错误．衰变方程的书写：衰变方程用“―→”，而不用“＝”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化．三、对半衰期的理解及有关计算例4放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的146C，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年，试写出14C的衰变方程．(2)若测得一古生物遗骸中的146C含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？答案(1)146C―→0－1e＋147N(2)11 460年解析(1)146C的β衰变方程为：146C―→0－1e＋147N.(2)146C的半衰期T1/2＝5 730年．生物死亡后，遗骸中的146C按其半衰期变化，设活体中146C的含量为N0，遗骸中的146C含量为N ，则N ＝1/21()2tTN 0，即0.25N 0＝57301()2t N 0，故t5 730＝2，t ＝11 460年．针对训练2 氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是222 86Rn ―→218 84Po ＋________.已知222 86Rn 的半衰期约为3.8天，则约经过________天，16 g 的22286Rn 衰变后还剩1 g.答案 42He 15.2解析 根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反应的另一种生成物为42He.根据m 余＝m 原1/21()2tT 得tT 1/2＝4，代入T 1/2＝3.8天，解得t ＝3.8×4天＝15.2天.1．下列说法正确的是( )A ．α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速B ．β射线能穿透几毫米厚的铅板C ．γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱D ．β射线的粒子和电子是两种不同的粒子 答案 C2．(多选)以下关于天然放射现象，叙述正确的是( ) A ．若使某放射性物质的温度升高，其半衰期将变短 B ．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的 C ．α射线是原子核衰变产生的，它有很强的电离作用 D ．γ射线是原子核产生的，它是能量很大的光子流 答案 CD解析 半衰期与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，半衰期不变，故A 错误；β衰变所释放的电子是从原子核内释放出的电子，故B 错误；α射线是原子核衰变产生的，是氦的原子核，它有很强的电离作用，穿透能力很弱，选项C 正确；γ射线是原子核发生α或β衰变时产生的，它是能量很大的光子流，选项D 正确． 3．下列有关半衰期的说法正确的是( )A ．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B ．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C ．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度答案 A解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其自身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，故A正确，B、C、D错误．4．某原子核A先进行一次β衰变变成原子核B，再进行一次α衰变变成原子核C，则() A．核C的质子数比核A的质子数少2B．核A的质量数减核C的质量数等于3C．核A的中子数减核C的中子数等于3D．核A的中子数减核C的中子数等于5答案 C解析原子核A进行一次β衰变后，一个中子转变为一个质子并释放一个电子，再进行一次α衰变，又释放两个中子和两个质子，所以核A比核C多3个中子、1个质子，选项C正确，A、B、D错误．5．(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年．已知植物存活期间，其体内14C 与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是()A．该古木的年代距今约5 700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变答案AC解析因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N 的过程中放出电子，即发出β射线，选项C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误．一、选择题(1～7题为单选题，8～12题为多选题)1．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是() A．γ射线的贯穿作用B．α射线的电离作用C．β射线的贯穿作用D．β射线的中和作用答案 B解析 由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失．2．放射性元素放出的射线，在电场中分成A 、B 、C 三束，如图1所示，其中()图1A ．C 为氦原子核组成的粒子流B ．B 为比X 射线波长更长的光子流C ．B 为比X 射线波长更短的光子流D ．A 为高速电子组成的电子流 答案 C解析 根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A 射线向电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B 射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C 射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线． 3．关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是( ) A ．半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间 B ．半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间C ．发生α衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动2位D ．发生β衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向前移动1位 答案 B4．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( ) A.m 4 B.m 8 C.m 16 D.m 32 答案 C解析 根据半衰期公式m ＝m 01/21()2tT，将题目中的数据代入可得C 正确，A 、B 、D 错误．5．人们在海水中发现了放射性元素钚(239 94Pu).239 94Pu 可由铀239(23992U)经过n 次β衰变而产生，则n 为( )A ．2B ．239C ．145D ．92 答案 A解析 β衰变规律是质量数不变，质子数增加1，239 94Pu 比23992U 质子数增加2，所以发生了2次β衰变，A 正确．6．放射性元素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为232 90Th ―→220 86Rn ＋x α＋y β，其中( ) A ．x ＝1，y ＝3 B ．x ＝2，y ＝3 C ．x ＝3，y ＝1 D ．x ＝3，y ＝2答案 D解析 根据衰变方程左右两边的质量数和电荷数守恒可列方程⎩⎪⎨⎪⎧232＝220＋4x ，90＝86＋2x －y ，解得x ＝3，y ＝2.故答案为D.7．钍234 90Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤23491Pa ，同时伴随有γ射线产生，其方程为234 90Th →234 91Pa ＋X ，钍的半衰期为24天．则下列说法中正确的是( )A ．X 为质子B ．X 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C ．γ射线是钍原子核放出的D ．1 g 钍234 90Th 经过120天后还剩0.2 g 钍 答案 B解析 根据电荷数和质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子，即X 为电子，故A 错误；β衰变的实质：β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时产生的，故B 正确；γ射线是镤原子核放出的，故C 错误；钍的半衰期为24天，1 g 钍234 90Th 经过120天后，还剩1 g ×(12)5＝0.031 25 g ，故D 错误．8．由原子核的衰变规律可知( )A ．放射性元素一次衰变就同时产生α射线和β射线B ．放射性元素发生β衰变，产生的新核的化学性质与原来的核的化学性质相同C ．放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理、化学状态无关D ．放射性元素发生正电子衰变时，产生的新核质量数不变，电荷数减少1 答案 CD解析 由放射性元素的衰变实质可知，不可能同时发生α衰变和β衰变，故A 错；衰变后变为新元素，化学性质不同，故B 错；衰变快慢与所处的物理、化学状态无关，C 对；正电子电荷数为1，质量数为0，故D 对．9．天然放射性元素232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pb(铅)．下列说法中正确的是( )A ．衰变的过程共有6次α衰变和4次β衰变B ．铅核比钍核少8个质子C ．β衰变所放出的电子来自原子核核外轨道D ．钍核比铅核多24个中子答案 AB解析 由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x ＝232－2084＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足：2x －y ＝90－82＝8，y ＝2x －8＝4.钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子．由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以β衰变所放出的电子来自原子核内，所以选项A 、B 正确．10．某原子核的衰变过程A ――→βB ――→αC ，下列说法正确的是( )A ．核C 比核A 的质子数少1B ．核C 比核A 的质量数少5C ．原子核为A 的中性原子的电子数比原子核为B 的中性原子的电子数多2D ．核C 比核B 的中子数少2答案 AD解析 由衰变方程可写出关系式x y A ――→β x y ＋1B ――→αx －4y －1C 可得A 、D 项正确． 11．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如图2所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向．不计放出的光子的能量，则下列说法正确的是( )图2A ．发生的是β衰变，b 为β粒子的径迹B ．发生的是α衰变，b 为α粒子的径迹C ．磁场方向垂直于纸面向外D ．磁场方向垂直于纸面向内答案 AD12．下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是( )A ．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B ．β射线是电子流，其速度接近光速C ．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板D ．以上三种说法均正确答案 BC解析 α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A 项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B 项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C 项正确．二、非选择题13．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图3所示)，今测得两个相切圆半径之比r 1∶r 2＝1∶44.求：图3(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？(2)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)答案 (1)90 (2)见解析解析 (1)设衰变后新生核的电荷量为q 1，α粒子的电荷量为q 2＝2e ，它们的质量分别为m 1和m 2，衰变后的速度分别为v 1和v 2，所以原来原子核的电荷量q ＝q 1＋q 2.根据轨道半径公式有r 1r 2＝m 1v 1Bq 1m 2v 2Bq 2＝m 1v 1q 2m 2v 2q 1， 又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m 1v 1＝m 2v 2，以上三式联立解得q ＝90e .即这个原子核原来所含的质子数为90.(2)因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹．14．天然放射性铀(238 92U)发生衰变后产生钍(234 90Th)和另一个原子核．(1)请写出衰变方程；(2)若衰变前铀(238 92U)核的速度为v ，衰变产生的钍(234 90Th)核的速度为v 2，且与铀核速度方向相同，试估算产生的另一种新核的速度．答案 (1)238 92U ―→234 90Th ＋42He (2)1214v ，方向与铀核速度方向相同 解析 (1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，有238 92U ―→234 90Th ＋42He.(2)由(1)知新核为氦核，设一个核子的质量为m ，则氦核的质量为4m 、铀核的质量为238m 、钍核的质量为234m ，氦核的速度为v ′，由动量守恒定律，得238m v ＝234m ·v 2＋4m v ′， 解得v ′＝1214v ，方向与铀核速度方向相同．。

第二章波粒二象性第2节《光子》学案【学习目标】1、了解量子假说及微观世界中的量子化现象，能比较宏观物体和微观粒子的能量变化的不同。

2、知道金属逸出功的概念，知道光电效应方程，并能用其解释光电效应现象3、知道光子的概念，会用光子能量和频率的关系进行计算。

【自主学习】（1）复习：验证性实验：现象一：a、（探究与入射光频率的关系）红光照射，电流表__________；黄光照射，电流表_____________；绿光照射，电流表_________。

说明：________________________。

极限频率（极限波长）：____________________________________________________，分别用字母_________和_________来表示。

由电磁波理论，二者的关系为：______________。

几种常见金属的极限波长和极限频率参见课本Pb、（验证与光强的关系）用红光照射，电流表______________，增大光强，电流表______________，即______________。

说明：____________________________。

（验证与光照时间的关系）用红光照射，延长照射时间，电流表______________；改用绿光，电流表瞬间有电流。

说明：____________________________。

结论1：__________________________________________________________________。

现象二：在绿光照射下，减小光强，电流表示数________；增大光强，电流表示数________ 。

结论2：__________________________________________________________________。

结论3：__________________________________________________________________。

课堂互动三点剖析一、能量量子说和光子说1.能量量子说1900年，法国的物理学家普朗克提出.其内容是物体的热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，是hν的整数倍，hν为一个能量子，其中ν是谐振子的振动频率，h 是一个常量，称为普朗克常量，h=6.63×10-34 J·s.2.光子说爱因斯坦提出.其内容是：在空间传播的光是不连续的，是一份一份地向外传播，每一份叫做一个光子.一个光子的能量为E=hν，其中h 是普朗克常量，ν是光的频率.二、用光子假说解释光电效应1.金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能大到足以克服金属离子的引力而逃逸出金属表面，成为光电子，对一定的金属来说，逸出功是一定的，照射光的频率越大，光子能量越大，从金属中逸出的电子的初动能就越大，如果入射光的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因。

2.光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值，（对应从阴极发出的电子，全部被拉向阳极的状态）因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比.3.光电效应方程表达式为E k =hν-W 0.其中，E k =21m e ν2为光电子的初动能，W 0为逸出功. 光电效应方程表明，光电子初动能与入射光的频率ν成线性关系，与光强无关.只有当hν>W 0时，才有光电子逸出,ν0=hW 0就是光电效应的截止频率. 各个击破【例1】 光子说是___________为解释光电效应而提出的，按照光子说，光子的能量是由光的___________决定的，光的强度是在垂直于光的传播方向上单位时间内通过单位面积的___________.解析：光子说是爱因斯坦提出来的，光子说认为光子的能量是由光的频率决定的，即E=hν.光强度是指垂直于光的传播方向上单位时间内通过单位面积的能量.答案：爱因斯坦 频率 能量类题演练1波长为0.50 μm 的光的能量是多少？解析：由E=hν知，光子的能量为E=hν=hcλ=6.63×10-34×681050.0103-⨯⨯J=6.8×10-20 J. 答案：6.8×10-20 J现用波长为400 nm 的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种（普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s ）( )A.2种B.3种C.4种D.5种解析：本题考查发生光电效应的条件，光子的能量及光波长、波速与频率的关系.当单色光的频率大于金属的极限频率时便能产生光电效应，即照射光子的能量大于金属的逸出功.由E=hν及c=λν得E=hcλ，E=6.6×10-34×78104103-⨯⨯J=4.97×10-19 J 照射光光子的能量大于铯、钙的逸出功，能产生光电效应的材料有2种，故A 项正确. 答案：A类题演练2已知金属铯的逸出功为 1.9 eV ,在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1.0 eV ,入射光的波长应为_____________m.解析：本题考查光电效应方程、光子的能量E=hν的关系.由爱因斯坦光电效应方程221m mv =hν-W 得hν=221m mv +W=1.9 eV+1.0 eV=2.9 eV 又E=hν,c=λν， ∴λ=19834106.19.21031063.6--⨯⨯⨯⨯⨯=E hc m=4.3×10-7m. 答案：4.3×10-7。