★光学及近代物理复习 ( 原创 )

光学、近代物理专题复习河北省景县中学 张书州命题趋势及复习建议光学、近代物理作为高中物理的两个重要的、而又相对独立的组成部分，在高考中年年必考。

随着新课程标准的实施和高考改革的深入，“联系实际、联系生活、联系高科技”已成为高考命题的新趋势，本专题所涉及的内容将成为应用题型、能力题型新的命题点。

因此，提高对这部分知识的综合理解能力、表达能力也是提高成绩、获取高分的关键。

知识结构聚焦高考高考是高中教学的指挥棒，更是我们复习备考的指挥棒。

研究高考命题的特点，探索命题规律，是增强备考针对性、提高复习效率的有效途径。

一、高考中的光学问题从近几年高考试题看，高考对光学部分的考查有以下几个热点问题：①是光路问题；②是光的本性问题；③以折射率为主线的综合问题。

1．有关光路的问题例题1（04全国高考甘肃卷）图1中M 是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节。

甲、乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲离镜的距离的2倍，如图1所示。

二人略错开，以便甲能看到乙的像。

以l 表示镜的长度，h 表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l 的最小值为 （ ）平面镜成象规律 全反射粒子说波动说微观粒子 核能方程2mc E ∆=∆ 量子化甲 乙 图1A ．h 31 B ．h 21 C ．h 43 D ．h 解析：本题考查的主要是应用平面镜成像规律作光路图的问题，解题的关键是利用平面镜成像规律画好光路图。

光路如图2所示，设乙到镜的距离为x ，由三角形相似得： 3122=+=x x h l 所以选项A 正确。

2．有关光的本性问题例题2（06全国高考理综卷）红光和紫光相比，A .红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大B .红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大C .红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小D .红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小 解析：本题涉及电磁波谱、折射率与频率的关系、折射率与光速的关系、爱因斯坦光子说等知识，求解时分清频率大小是解题的关键。

在电磁波谱中，紫光的频率比红光高，由爱因斯坦的光子说可知，紫光的能量较大；由于紫光的频率高，故紫光在同介质中的折射率较大，由fc n =可知，在同一介质中，紫光传播速度较小，而红光传播速度较大；由以上分析得，正确选项为B 。

3．以折射率为主线的综合问题例题3（06全国高考重庆卷）ΔOMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面。

a 、b 两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN ，在棱镜侧面OM 、ON 上反射和折射的情况如图3所示。

由此可知A ．棱镜内a 光的传播速度比b 光的小B ．棱镜内a 光的传播速度比b 光的大C . a 光的波长比b 光的长D ．a 光的频率比b 光的高解析：本题涉及了折射定律、全反射的条件、折射率与频率的关系、传播速度与折射率的关系等，考查了考生的综合应用物理知识分析、解决问题的能力。

根据对称性可知：a 、b 分别在界面处入射角相等，由于a 未发生全反射，说明a 光对应的临界角大。

根据n c 1sin =，知a b n n <。

由fc v =，知棱镜内a 光的传播速度比b 光的大。

甲 乙图2根据fc =λ可得，b a λλ>。

由以上分析知，正确选项为：BC 。

二、高考中的近代物理问题注重对近代物理的考查，是近几年高考命题的一大特点，考查的热点问题有：①光电效应问题；②原子能级的跃迁问题；③核反应问题；④与现代科技进展相联系的信息给予问题。

1．光电效应问题例题4（06全国高考理综卷） 已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0，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h ν0C ．当照射光的频率大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D ．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：本题涉及光电效应方程、逸出功等知识，要求考生在掌握知识的同时，要学会利用基础知识去解决实际问题。

由爱因斯坦光电效应方程E km =h ν－W 、逸出功W ＝h ν0知，当入射光频率为2ν0时，一定能产生光电子，其最大初动能E km =2h ν0－h ν0＝h ν0，故A 、B 正确，D 错误；逸出功与金属材料有关，与入射光频率无关，故C 错。

所以，正确选项为AB例题5（04全国高考北京卷）已知一束可见光a 是由m 、n 、p 三种单色光组成的。

检测发现三种单色光中，n 、p 两种色光的频率都大于m 色光；n 色光能使某金属发生光电效应，而p 色光不能使该金属发生光电效应。

那么，光束a 通过三棱镜的情况是解析：本题考查了光的折射、色散及光电效应规律的应用，解题关键是①要掌握三棱镜对光路的控制规律及色散规律；②正确掌握光电效应规律。

根据光电效应规律知，色光n 的频率大于色光p 的频率，由题意知色光m 的频率最小，再根据光的折射规律知图A 正确。

2．原子能级跃迁问题例题6（06全国高考江苏物理卷） 氢原子的能级如图所示，已知可见的光的光子能量范围约为1.62eV —3.11eV ，下列说法错误的是 A ．处于n = 3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B ．大量氢原子从高能级向n = 3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应E /e V 0 -0.85 -1.51-3.4 -13.6n 43 21 ∞图5图4C ．大量处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D ．大量处于n ＝4是能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光 解析：本题涉及能级跃迁规律、电离概念及光谱频率分布规律，解题的关键是正确理解和掌握原子跃迁及电离规律和光谱频率的分布规律。

要使处于n ＝3能级的氢原子电离，其光子的能量必须大于或等于1.51eV ，而紫外线光子的能量大于3.11eV ，故能使n =3能级的氢原子电离；大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出的光子在红外线区，故具有显著的热效应；大量氢原子由n =4能级向低能级跃迁时，可能放出6种不同频率的光，由以上分析可知D 选项错误。

3．核反应问题（1）几种核反应的区分例题7（06全国高考理综卷）现有三个核反应：①e Mg Na 0124122411-+→ ②1092361415610235923n Kr Ba n U ++→+ ③n He H H 10423121+→+ 下列说法正确的是A ．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B ．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C ．①β衰变，②裂变，③聚变D ．①是β衰变，②是聚变，③是裂变 解析：本题涉及到原子核的裂变、衰变、和聚变，考查考生对这些核反应的理解和区别。

原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变，衰变是指原子核自发放出α粒子和β粒子等变成新的原子核的变化，如本题中的核反应①；原子核的人工转变是指用高速粒子轰击原子核使之变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，如核反应②；聚变是轻核结合成质量较大的核，如③；综上所述，选项C 正确。

（2）核反应中的守恒问题例题8（06全国高考天津卷）一个U 23592原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为n Sr X n U 10943810235922++→+，则下列说法正确的是A ．X 是原子核中含有86个中子B ．X 是原子核中含有141个核子C ．因为裂变释放能量，根据E ＝mc 2，所以裂变后的总质量数增加D ．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少解析：本题考查考生用两个守恒解决核反应问题的能力及对质能方程的理解，解答时要注意质量与质量数的不同。

由质量数守恒和电荷数守恒知：235＋1＝a ＋94＋2×1，92＝b ＋38，解得：a =140, b =54，其中a 是X 的质量数，b 为X 的电荷数，X 核中的中子数为：a －b ＝140－54＝86，由此可知A 选项对，B 选项错；裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减小，但质量数守恒，故C 、D 均错。

例题9（00全国高考春季理综卷）云室处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一静止的质量为M 的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m ，电量为q ，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内。

现测得α粒子运动的轨道半径为R ，试求在衰变过程中质量亏损（注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计）解析：本题以核衰变为背景综合考查了带电粒子在磁场中的运动、动量守恒定律、能量守恒定律及质能方程，理解衰变过程中动量守恒及能量守恒是解题的关键。

设在核衰变中所产生的α粒子的速度为v ，则有Rv m Bqv 2= 用V 表示衰后剩余核的速度，则由动量守恒定律得：0)(=--V m M mv在衰变过程中，α粒子和剩余核的动能来自核反应过程中所释放的核能，由质能方程2mc E ∆=∆和能量守恒定律得：222)(2121V m M mv mc -+=∆ 解以上各式得：)(2)(22m M m c BqR M m -=∆ 4．与现代科技进展相联系的信息给予问题例题10（03全国高考新课程卷）原子从一个较高能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子。

例如在某种条件下，铬原子的n =2能级上的电子跃迁到n =1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n =4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应。

以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子。

已知铬原子的能级公式可简化表示为2nA E n -=，式中n =1，2，3……表示不同能级，A 是正的已知常数。

上述俄歇电子的动能是（ ）A ．A 163B ．A 167C ．A 1611D ．A 1613 解析：本题属信息给予型问题，所考查的是能级跃迁、电离、能量守恒定律等基本知识，解题的关键是在正确理解和掌握基本知识的基础上，恰当使用题目所提供的信息。

铬原子的n =2能级上的电子跃迁到n =1能级上时，所释放出来的能量12E E E -=∆……………………………①由题给信息得：A E -=1，42A E -=。

代入①式得：A E 43=∆ 根据能量守恒定律得：k E E E ∆+=∆4 所以，有k E A A ∆+=1643 解得：A E k 1611=∆，所以正确选项为C。