高中物理近代物理讲义

2016届呼和浩特市段考物理圈题题组13近代物理（一）考法解法命题特点分析本考点由于点多面广，考题难度不是很大，属必得部分，因而要求复习过程要扫清盲点，不留死角，同时由于各部分内容体现的能力与思想不同，考点出现的几率也不同，复习时应有所侧重，侧重点要与历年考试频率联系，应与体现能力相联系，还应与科技动向联系（探月卫星、氦3，射线、红外摄象、太阳风等），更应与近代物理发展趋势联系。对于光电效应、原子结构的认知过程以及原子核结构、核反应方程的书写等是本考点的重要知识点也是命题的重点。考察形式多以选择题和填空题出现，多要求定性分析，少见定量计算。因此理解知识的基础上就要求见多识广，所以在复习中要特别注意课本的重要性。课本是知识之源，对这部分内容一定要做到熟读、精读，并且要间隔一段时间就要简要复习一遍，绝不能留任何的死角，包括课后的阅读材料、小实验、小资料、相对论简介等，因为很多的信息题都是从这里取材的。“回归课本”“不回避陈题”是本部分的复习特点。不仅如此，搞清某一现象产生的本质，构建知识结构体系，根据已知的知识和物理事实、条件，对物理进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来，以求触类傍通。波粒二象性的重点在于光电效应，原子结构的重点在于波尔模型，原子核的重点则在于核反应方程的书写，备考过程中要加强训练，同时本考点还涉及很多的近代物理学史，需要我们加以总结归纳。解题方法荟萃I.氢原子能级及能级跃迁对原子跃迁条件的理解(1)原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子．只有当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收．(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．关于能级跃迁的说明(1)当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．(2)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．II.原子核和原子核的衰变1．衰变规律及实质(1)两种衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程AZX→A－4Z－2Y＋42HeAZX→AZ＋1Y＋0－1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变规律质量数守恒、电荷数守恒(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．2．原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：147N＋42He→178O＋11H.(2)查德威克发现中子的核反应方程为：94Be＋42He→126C＋10n.(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：2713Al＋42He→3015P＋10n.3015P→3014Si＋0＋1e.3．确定衰变次数的方法因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．4．半衰期(1)公式：N余＝N原(12)t/τ，m余＝m原(12)t/τ(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．III.核反应类型及核反应方程的书写类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发23892U→23490Th＋42Heβ衰变自发23490Th→23491Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→123C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子3015P→3014Si＋0＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变除氢弹外无法控制21H＋31H→42He＋10n（二）真题剖析1（呼市2013届段考第21题）.波尔认为，围绕氢原子核做圆周运动的电子，轨道半径只能取某些特殊的值，这种现象称为轨道量子化．若离核最近的第一条可能的轨道半径为r1，则第n条可能的轨道半径为rn=n2r1（n=1，2，3…），其中n叫量子数．设氢原子的核外电子绕核做圆周运动，库仑力提供向心力，在n=2时电子运动形成的等效电流为I，则在n=4时电子运动形成的等效电流为（）A．IB．2IC．D．【命题意图】考查玻尔模型和氢原子的能级结构；电流、电压概念．菁【解题点拨】分析：电流等于单位时间内通过某个横截面的电量，通过轨道半径求出电子绕核旋转的周期关系，从而得出n=3状态时和n=2状态时的电流关系．解答：解：根据k=mr，解得T=2π，轨道半径为rn=n2r1（n=1，2，3…），得n=2和n=4轨道半径之比为4：16，则n=2和n=4三个轨道上的周期比为8：64，根据I=知，电流比为64：8，因在n=2状态时其强度为I，则n=4状态时等效电流强度为I．故D正确，A、B、C错误．故选：D．[答案]D2（呼市2014届段考第21题）、氢原子部分能级示意图如图，不同色光的光子能量如表，处于某激发态的氢原子，发射的光谱线，下列判断正确的是（）A、从n=3到n=2,发出的光谱线在红色光范围内B、从n=2到n=3，发出的光线在蓝靛光范围内C、从n=4到n=2,发出的光线在蓝靛光范围内D、从n=4到n=3，发出的光线在蓝靛光范围内E、从n=4到n=3,发出的光谱线不在色光范围内【命题意图】考查波粒二象性【解题点拨】解析：从n为3、4的能级直接向n=2能级跃迁时，从n=3跃迁到n=2辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱；故A正确．蓝色光子频率大于红光光子频率，小于紫光光子频率，可知是从n=4跃迁到n=2能级辐射的光子；故B错误．C正确。由于从n=4能级跃迁到n=3能级时辐射的光子能量-0.85+1.51eV=0.66eV，不在可见光光子能量范围之内，所以D错误，E正确。故选ADE．[答案]ADE3（呼市2015届段考第19题）、下列关于光的本性说法正确的是A.牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，综合他们的说法就可以圆满的说明光的本性：“波粒二象性”。B.光的干涉，光的衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性C.频率低、波长长的光，波动性特征显著；频率高、波长短的光，粒子性特征显著D.光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以把光看成微观概念上的粒子E.双缝干涉实验中单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子通过双缝后的落点出现一定的规律性【命题意图】考查波粒二象性【解题点拨】分析：牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，而爱因斯坦的“光子说”认为光是一种量子化的物质．光既具有波动性又具有粒子性，光是一种电磁波，干涉是波特有的现象．解：A、爱因斯坦的“光子说”与惠更斯的波动说能揭示了光具有波粒二象性．故A错误．B、光的干涉，光的衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故B正确。C、频率低、波长长的光，波动性特征显著；频率高、波长短的光，粒子性特征显著，故C正确。D、光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以把光看成微观概念上的粒子，光子不带电，没有静止质量，宏观意义上的粒子是实物粒子，有质量，光子与宏观意义上的粒子不同，故D错误。E、大量光子的行为表现为波动性，个别光子的行为表现为粒子性，双缝干涉实验中单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子通过双缝后的落点出现一定的规律性，故E正确。故选：BCE[答案]BCE4.【题干】（2015·新课标II卷·35）（1）（5分）实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是。（填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分0分）A.电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E.光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关【命题意图】考查波粒二象性【解题点拨】干涉和衍射是波的基本特性，和衍射现象证明了光是一种波，α粒子带电量多，电离作用强，穿过云室时，在一定的路程上能产生较多的离子对，而过饱和的酒精蒸汽凝结在这些离子上，形成很粗的径迹；由于α粒子质量较大，其运动状态不易改变，故其径迹比较直。β粒子带电量少，电离作用较弱，在一定路程上能产生的离子对较少，酒精蒸汽的凝结现象不太明显；由于β粒子质量较小，其运动状态容易改变，故径迹比较弯，光电效应主要体现粒子性故选ＡＣＤ[答案]ACD5【题干】（2014·新课标II卷·35）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是________．A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子E．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷【命题意图】考查物理学史【解题点拨】(1)密立根通过油滴实验测出了基本电荷的电量，A项正确；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，发现了原子中心有一个核，B、D两项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺贝尔奖，C项正确；汤姆逊通过研究阴极射线，发现了电子，并测出了电子的比荷，E项正确．【点评】物理学史的复习不能重必考，轻选考，要全面复习[答案](1)ACE3.【题干】（2013·新课标II卷·35）关于原子核的结合能，下列说法正确的是________(填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分)．A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(13355Cs)的结合能小于铅原子核(20882Pb)的结合能D．比结合能越大，原子核越不稳定E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能【命题意图】综合考查结合能、衰变、比结合能、质量亏损【解题点拨】根据结合能的概念，将原子核分解成自由核子所需要的最小能量等于结合能，A正确；结合能越大，原子核越稳定，重核衰变放出能量，转化为结合能更大的衰变产物，B正确；组成原子核的核子越多，它的结合能越高，故铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，C正确；比结合能是指原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量，所以比结合能越大，原子核越牢固，D错误；自由核子组成原子核时，放出的能量与组成的原子核的结合能相等，E错误．【点评】3-5知识琐碎，复习要全面备考【答案】(1)ABC6【题干】（2012·新课标II卷·35）氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：12H＋13H→24He＋x，式中x是某种粒子．已知：12H、13H、24He和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x是______，该反应释放出的能量为________MeV(保留3