近代物理初步.参考学生版
电子课文.近代物理初步
电子课文·近代物理初步19世纪后期，经典物理在理论上建立了完整的体系，在应用上也取得了巨大的成就．尽管当时还有几个问题难以用经典的理论解释清楚，但是人们却普遍认为物理学的整体已经相当完善，只是需要小修小补的问题了．然而，正是这几个在当时难以回答的问题，引发了物理学急风暴雨式的变革，产生了崭新的物理学理论．这就是在20世纪初建立起来的相对论、量子力学两大基本理论，以及以这些理论为基础的核物理、粒子物理、半导体、天体物理等近代物理内容．近代物理的内容很广，这里我们只学习原子和原子核的结构．前面“光的本性”一章中的许多内容，也属于近代物理学．电子课文·原子和原子核100多年前，化学家从实验中知道，物质是由分子组成的，分子是由原子组成的．直到19世纪下半叶，人们还一直认为原子是不可再分的．随着物理学研究的深入，19世纪末，人们发现了一些新的事实，表明原子是由更基本的微粒组成的．从此以后，原子内部结构的研究成为物理学的一个重要分支．到目前为止，人们对原子和原子核的认识已经相当深入，并在这些认识的基础上开发出新的能源——核能．这一章我们就来学习关于原子和原子核的初步知识．电子课文·原子的核式结构原子核原子的核式结构模型 1897年，汤姆孙(1856－1940)发现了电子．不久，人们又发现，在气体电离和光电效应等现象中，都可以从物质中击出电子．电子的质量比最轻的氢原子的质量小得多，因而认为电子是原子的组成部分．电子带负电，而原子是电中性的，可见，原子内还有带正电的物质．这些带正电的物质和带负电的电子如何构成原子呢？1909年到1911年，英国物理学家卢瑟福(1871—1937)和他的助手们进行了α粒子散射的实验．图20－1是实验装置的示意图．用α射线照射金箔，由于金原子中的带电微粒对α粒子有库仑力的作用，一些α粒子穿过金箔后会改变原来的运动方向，这个现象叫做α粒子的散射．卢瑟福希望通过对散射的分析来了解原子内部电荷与质量的分布情形．在初中物理中已经学过．α粒子由2个质子和2个中子组成，带正电．实验的结果是，绝大多数α粒子穿过金属箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转．对于看不见摸不着的研究对象，人们常常根据一定的事实．提出一种“模型”来代表它．然后根据新的实验事实和理论分析，对模型加以修正，从而逐步加深对研究对象的认识．电子的质量很小，它不会影响α粒子的运动，就像一粒尘埃不能影响子弹的飞行一样．因此，α粒子的散射一定是由于原子内的正电荷对它的斥力产生的．实验中观察到的大角度散射使卢瑟福感到惊奇，因为只有当α粒子受到很强的斥力时它的运动方向才能发生这样大的改变．原子中的正电荷与原子的质量一定集中在一个很小的核上，否则大角度的散射是不可能的．卢瑟福精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目，在此基础上提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷与几乎全部质量都集中在原子核里；带负电的电子在核外的空间运动．按照这个模型，由于原子核很小，大部分α粒子穿过金属箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；只有极少数α粒子从原子核附近飞过，明显地受到原子核的库仑斥力而发生大角度的偏转(图20－2)．按照卢瑟福的核式结构模型，原子内部是十分“空旷”的．近年来的研究表明，原子直径的数量级(实际就是电子运动范围的数量级)为10-10m，而原子核直径的数量级为10-15m，两者相差十万倍！原子核的组成科学家经过研究，认识到小小的原子核也具有复杂的结构．1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，从中产生了一种粒子并测定了它的电荷与质量，把它叫做质子．以后人们又用类似的方法从氟、钠、铝等核中打出了质子，因此认为质子是原子核的组成部分．一开始，人们以为原子核只是由质子组成的．但是，这不能正确地解释原子核的质量和原子核所带的电荷量．研究微观粒子时经常用到粒子的电荷与其质量的比值，如果原子核只是由质子组成的，那么所有原子核的电荷一质量比值都会是相同的，都会跟质子的电荷—质量比值相等．但是实际上，多数核的电荷—质量之比都小于质子的电荷—质量之比．卢瑟福猜想原子核内可能还存在着另一种粒子，质量跟质子相等，但是不带电．他把这种粒子称为中子．卢瑟福的这一猜想被他的学生查德威克用实验证实．精确的测量表明，中子的质量非常接近于质子的质量，只比后者大千分之一．中子的质量为1.674 929×10-27kg，质子的质量为1.672 623×10-27kg．发现中子以后，人们看到，如果认为原子核是由质子和中子组成的，以前在核结构理论中遇到的问题都可以解决，于是这一看法很快得到了公认．质子和中子统称核子．中子不带电，原子核所带的电荷等于核内质子所带电荷的总和．由于原子核所带的电荷都是质子电荷的整数倍，所以通常用这个整数代表原子核的电荷量，用Z表示，叫做原子核的电荷数．原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和．而中子和质子的质量几乎相等，所以原子核的质量近似等于核子质量的整数倍．通常用这个整数代表原子核的质量，用A表示，叫做原子核的质量数．原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．原子核的质量数就是核内的核子数．例如氦核的电荷数是2，表示氦核内有2个质子；氦核的质量数是4，表示氦核内有4个核子，其中2个是中子．在谈到某种元素时，如果需要强调它的电荷数和质量数，可以在元原子核的质子数决定了核外电子的数目，也决定了电子在核外的分布情况，进而决定了这种元素的化学性质．同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质；但是它们的中子数可以不同．这些具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素．Z为原子核的电荷数．练习一(1)在卢瑟福的α粒子散射实验中观察到的主要现象是什么？原子中的电荷与质量怎样分布才会产生这样的散射？(2)为什么说原子核不可能只是由质子组成的？查看元素周期表，举例说明．(3)碳14核内有多少个质子？多少个中子？电子课文·原子的能级电子云原子的能级卢瑟福的核式原子结构学说很好地解释了α粒子的散射实验，初步建立了原子结构的正确图景，但是和经典的电磁理论发生了矛盾：既然核外的电子没有被库仑力吸引到核上，它一定以很大的速度绕核运动，这样电子会不停地辐射能量，自身的能量不断减少，最后“跌落”在原子核上．但是这样的事情并没有发生．19世纪末以前建立的物理学通常称为经典物理学．按照经典物理学的理论，如果带电粒子做变速运动，包括圆周运动，粒子一定向外辐射能量．学过更多的物理知识和高等数学以后，同学们就会明白这一点．上述矛盾表明，从宏观现象总结出来的经典电磁学理论不适用于微观粒子．1913年，丹麦物理学家玻尔(1885—1962)突破了经典物理学的局限，提出了他的原子理论，其主要内容为：1．原子只能处于一系列不连续的能量状态，在每个状态中，原子的能量值都是确定的，这些能量值叫做能级．2．原子可以从一个能级跃迁到另一个能级．原子在由高能级向低能级跃迁时，放出一个光子；在吸收一个光子或通过其他途径获得能量时，则由低能级向高能级跃迁．在通常状态下，原子处于最低的能级，这时原子的状态叫做基态．给物体加热或者有光照射物体时，物体中的某些原子能够从相互碰撞或从入射光子中吸收能量，从基态跃迁到较高的能级，这时原子的状态叫做激发态．由于原子的能级是不连续的，所以原子在跃迁时吸收或辐射的能量都不会是任意的(图20－3)，这个能量等于原子跃迁时始、末两个能级间的能量差．我们已经知道，频率为ν的光子的能量为hν，所以如果分别以E2和E1代表原子跃迁前后的能量，就可以写出以下的关系式：hν=E2－E1以氢原子为例，如果它的基态能量E1算是零，那么它的激发态的能量E2、E3、E4……分别为10.2eV、12.1eV、12.8eV……当它从第一激发态跃迁到基态时，辐射的能量为10.2eV－0，由此可以求出光子的频率和波长．原子能级可以用图20－3那样的能级图来形象地表示．玻尔理论成功地解释了氢原子的光谱(见下面的阅读材料)，但在解释复杂原子的光谱时却遇到了很大困难．到20世纪20年代，大约在玻尔理论建立10年之后，建立了量子力学，它是一种彻底的量子理论，不但成功地解释了玻尔理论所能解释的现象，而且能解释玻尔理论不能解释的现象，成为物理学中的重要理论．尽管如此，玻尔理论中的能级概念仍然是微观世界中十分重要的概念．1eV=1.60×10-19J，参见53页习题(8)．我们说氢原子的状态是不连续的，就是说，它的能量只能是0、10.2eV、12.1eV、12.8eV……不可能是其他值，例如不可能是11.0eV．电子云前面已经谈到，对于原子中的电子，不能用确定的坐标描述它们的位置，因此也无法用轨迹描述它们的运动，但是它们在空间各处出现的概率是有一定规律的．如果在图中用圆点表示原子中的电子在某个位置附近出现的概率，概率大的地方点子密一些，概率小的地方点子稀一些，那么氢原子处于基态时电子在各处的概率分布图就如图20－4所示．可以看出，原子中电子在各处出现的概率可以用云雾状的图示来形象地描述，因此我们常把图20－4这样的概率分布图称做电子云．练习二(1)什么是能级？如何用玻尔理论解释原子的发光现象？(2)氢原子从第一激发态跃迁到基态时，辐射的光子的频率是多大？(3)如图20－3，大量氢原子处于n=1、2、3、4的四个状态，处于较高能级的原子可以向任意一个较低能级跃迁．这时我们可以观测到几种波长的光(包括不可见光)？最短的波长是多少？(4)宣传画中常把原子的模型画成图20－5的样子．学过本课以后再看这幅图画．它的主要错误是什么？氢原子的光谱稀薄的气体通电后能够发光．利用146页那样的分光镜可以得到气体发光的光谱，它只有分立的几条亮线(彩图10)．也就是说，稀薄气体通电时只发出几种确定频率的光．不同气体光谱的亮线位置不同，这表明不同气体发光的频率是不一样的．图20－6给出了氢的几条谱线．人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气体光谱只有分立的几条特定谱线．玻尔理论很好地解释了氢原子的光谱．当原子从能量较高的状态跃迁到能量较低的状态时，它以光子的形式把能量辐射出去，光子的能量等于前后两个状态的能量差．原子的能级是不连续的，只能取某些分立的值，光子的能量也是不连续的．一种原子的能级结构是一定的，因此它辐射的光谱也是一定的．根据这个道理，可以对光谱进行分析，从而判断样品中所含的元素．光谱分析的技术在科学研究中有广泛的应用．一种元素在样品中的含量即使很少，也能观察到它的光谱．利用光谱分析还能确定遥远星球上的物质成分．电子课文·天然放射现象衰变原子核不仅具有复杂的结构，而且能够发生变化．天然放射现象就是原子核的一种自发变化．天然放射现象 1896年，法国物理学家贝可勒尔(1852—1908)发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光．物质发射射线的性质称为放射性．具有放射性的元素称为放射性元素．放射性并不是少数几种元素才有的．研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发地放出射线．原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．我们在初中已经学过，放射性物质放出的射线有三种：α射线、β射线和γ射线．α射线是高速α粒子流．α粒子的电荷数是2，质量数是4，实际上就是氦原子核．β射线是高速电子流．γ射线不带电，它是能量很高的电磁波，波长很短，在10-10m以下．如果将三种射线射入磁场，它们的运动发生不同的改变，如图20－7．根据前面学过的洛伦兹力的知识，你应该能够判断哪束是α射线，哪束是β射线，哪束是γ射线．研究表明，如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响．也就是说，放射性与元素的化学状态无关．我们已经知道，元素的化学性质决定于原子核外的电子，因此可以断定，射线来源于原子核，也就是说，原子核是有内部结构的．实际上，人们认识原子核的结构就是从天然放射性开始的．铅玻璃含有较多的铅元素，可以较多地吸收射线，但仍是透明的．放射性有许多重要的应用．γ射线的贯穿本领很强，可以用来检查金属内部，看看有没有砂眼或裂纹．γ射线对生物体有很强的作用，通过γ射线的照射可以使种子发生变异，培育出新的优良品种，也可以杀死食物中的细菌，使其长期保鲜．在医疗卫生上，可以应用放射性钻60的γ射线杀灭癌细胞，治疗肿瘤．过量的射线照射对人体有伤害．在使用放射性物质时要用铅板、铅玻璃板等把放射性物质与人体隔开．还要防止放射性物质泄漏．以避免对水源、空气的污染．衰变原子核放出α粒子或β粒子后，就变成新的原子核．我们把这种变化称为原子核的衰变．铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，成为新核．这个新核就是针234核．这种衰变叫做α衰变．这个过程可以用下面的方程表示：在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和．大量观察表明，原子核衰变时电荷数和质量数守恒．后，质量数不变．因此，我们可以认为电子的质量数为零，电荷数为－1．电这个方程两边的质量数和电荷数也是守恒的．这种放出β粒子的衰变叫做β衰变．在放射性元素的原子核中，两个质子和两个中子结合在一起从核里发射出来，这就是α衰变．原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变．原子核的能量也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，而且能级越低越稳定．放射性的原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，辐射γ光子．因此，γ射线是伴随α射线和β射线产生的．当放射性物质连续发生衰变时，各原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．这时射线中就会同时具有α、β和γ三种射线．练习三(1)α、β、γ三种射线的本质各是什么？(2)为什么说放射性表明原子核是有内部结构的？(3)钍230是放射性的，查一查元素周期表，它放出一个α粒子后变成了什么元素？写出衰变方程．半衰期放射性元素衰变的快慢有一定的规律．例如，氡222经过α衰变变为钋218，如果隔一段时间测量一次剩余氡的数量就会发现，大约每过3.8天就有一半的氡发生了衰变．也就是说，经过第一个3.8天，剩有一(图20－8)．因此，我们可以用半衰期来表示放射性元素衰变的快慢．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期．不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大．例如，氡222衰变为钋218的半衰期是3.8天，镭226衰变为氡222的半衰期是1620年，铀238衰变为钍234的半衰期竟长达4.5×109年．放射性元素衰变的快慢是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关．例如，一种放射性元素，不管它是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者增高它的温度，都不能改变它的半衰期．这是因为衰变发生在原子核的内部，压力、温度以及与其他元素的化合等，都不会影响原子核的结构．如何确定古木的年代考古学家确定古木年代的一种方法是用放射性同位素作为“时钟”，来测量漫长的时间，这叫作放射性同位素鉴年法．自然界中的碳主要是12C，也有少量14C，它是高层大气中的原子核在太阳射来的高能粒子流的作用下产生的．14C是具有放射性的碳同位素，能够自发地进行β衰变，变成氮，半衰期为5730年．14C原子不断产生又不断衰变，达到动态平衡，它在大气中的含量是稳定的，大约在1012个碳原子中有一个14C．活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内14C的比例与大气中的相同．植物死后，遗体内的14C仍在进行衰变，不断减少，但是不再得到补充．因此，根据放射性强度减小的情况就可以算出植物死亡的时间．例如，要推断一块古木的年代，可以先把古木加温，制取1g碳的样品，再用粒子计数器进行测量．如果测得样品每分钟衰变的次数正好是现代植物所制样品的一半，表明这块古木经过了14C的一个半衰期，即5730年．如果测得每分钟衰变的次数是其他值，也可以根据半衰期计算出古木的年代．我国考古工作者用放射性同位素鉴年法对马王堆一号汉墓外椁盖板杉木进行测量，结果表明该墓距今(2130±95)年．通过历史文献考证，该古墓的年代为西汉早期，约在2100年前，两者符合得很好．电子课文·核反应核能核反应衰变是原子核的自发变化，能不能用人工方法使原子核发生变化呢？1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素——氧17和一个质子，第一次实现了原子核的人工转变：质子最初就是这样发现的．用α粒子轰击原子核，不一定发射质子，也可能发射中子．实验发现，用α粒子轰击被原子核，实现了下面的原子核的人工转变，并且发现了中子：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．原子核的人工转变就是一种核反应．和衰变过程一样，在核反应中，质量数和电荷数守恒．从上文已经看出，核反应可以用核反应方程来表示．核能我们知道，化学反应往往要吸热或放热，类似地，核反应也伴随着能量的变化．例如，一个中子和一个质子结合成氘核时，要放出2.2MeV的能量，这个能量以γ光子的形式辐射出去．核反应中放出的能量称为核能．核能是从哪里来的？物理学家研究过质子、中子和氘核之间的关系，发现氘核虽然是由一个中子和一个质子组成的，它的质量却不等于一个中子和一个质子的质量之和．精确的计算表明，氘核的质量比中子和质子的质量和要小一些．这种现象叫做质量亏损．爱因斯坦的相对论指出，物体的能量E和质量m之间存在着密切的联系，它们的关系是E= mc2这就是著名的爱因斯坦质能方程．这个方程告诉我们，物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系．物体的能量增大了，质量也增大；能量减小了，质量也减小．核子在结合成原子核时出现质量亏损，所以要放出能量，大小为△E=△mc2中子和质子结合成氘核时，质量亏损△m=0.0039×10-27kg，根据爱因斯坦的质能方程，放出的能量为通过这个例子可以看到，核反应涉及的能量十分巨大．我们知道，1mol的碳完全燃烧放出的能量为393.5kJ．每个碳原子在燃烧过程中释放出的能量不过为4eV，跟这个例子中每个核子释放的能量相比，两者相差数十万倍．中子的质量：m n=1.6749×10-27kg质子的质量：m p=1.6726×10-27kg中子和质子的质量和：m n＋m p=3.3475×10-27kg氘核的质量：m D=3.3436×10-27kg质量亏损：△m=0.0039×10-27kg练习四(1)用α粒子轰击氩40核，产生一个中子和一个新核．这个新核是什么？写出核反应方程．(2)用α粒子轰击硼10核，产生一个中子和一个具有放射性的核．它是什么核？写出核反应方程．(3)原子物理中常用一个特殊的质量单位，即“原子质量单位”，符号为u，1u=1.6606×10-27kg．试证明，1u相当于931.5MeV的能量．已知光速c=2.9979×108m/s，元电荷e=1.6022×10-19C．(4)碳12原子的质量是12.000 000u，可以看做是由6个氢原子(每个氢原子的质量是1.007 825 u)和6个中子(每个中子的质量是1.008 665u)组成的．求核子结合成碳原子核时释放的能量．计算中可以用原子的质量代替原子核的质量，因为电子的质量可以在相减的过程中消去．放射性同位素的应用有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素．用质子、中子、α粒子轰击原子核，可以用人工方法得到放射性同位素．例如用α粒子轰击铝原子核，可发生下面的核反应同位素已经在工农业、医疗卫生和科学研究等许多方面得到了广泛的应用．放射性同位素的应用是沿着以下两个方向展开的．1．利用它的射线放射性同位素也能放出α射线、β射线和γ射线．γ射线由于贯穿本领强，可以用来检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪．α射线的电离作用很强，可以用来消除机器在运转中因摩擦而产生的有害静电．生物体内的DNA(脱氧核糖核酸)承载着物种的遗传密码，DNA在射线作用下可能发生突变，所以通过射线照射可以使种子发生变异，培养出新的优良品种．射线辐射还能抑制农作物害虫的生长，甚至直接消灭害虫．人体内的癌细胞比正常细胞对射线更敏感，因此用射线照射可以治疗恶性肿瘤，这就是医生们说的“放疗”(彩图12)．和天然放射性物质相比，人造放射性同位素的放射强度容易控制，还可以制成各种所需的形状，特别是，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此放射性废料容易处理．由于这些优点，在生产和科研中凡是用到射线时，用的都是人造放射性同位素，不用天然放射性物质．为什么说，半衰期短，放射性废料就容易处理？2．作为示踪原子一种放射性同位素的原子核跟这种元素其他同位素的原子核具有相同数量的质子(只是中子的数量不同)，因此核外电子的数量也相同，由此可知，一种元素的各种同位素都有相同的化学性质．这样，我们就可以用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物，这种化合物的原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应，却带有“放射性标记”，用仪器可以探测出来．这种原子叫做示踪原子．棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上也能吸收．但是，什么时候的吸收率最高、磷能在作物体内存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究．如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很容易解决．人体甲状腺的工作需要碘．碘被吸收后会聚集在甲状腺内．给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的器质性和功能性疾病．近年来，有关生物大分子的结构及其功能的研究，几乎都要借助于放射性同位素．发挥你的想像力，还有什么场合能够用到示踪原子？电子课文·重核的裂变重核的裂变物理学家早已了解到原子核中蕴藏的巨大能量，但是在相当长的时间里一直没有找到释放核能的实际方法．1938年12月，两位德国化学家在用中子轰击铀核的产物中发现了钡的同位素．一个月以后证实，铀核在俘获一个中子后发生了裂变，变为两个中等质量的原子核．这一发现为核能的利用开辟了道路．。
高中物理《近代物理初步》专题训练
高中物理《近代物理初步》专题训练1.(2022全国乙,17,6分)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7 m的光,在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。
普朗克常量为h=6.63×10-34J·s。
R约为( ) A.1×102 m B.3×102 mC.6×102 mD.9×102 m答案 B 一个光子的能量ε=hν=h cλ,每秒放出光子总数N=Pε=Pλℎc,离点光源R处每秒垂直通过每平方米的光子数n=N4πR2=Pλ4πR2ℎc,则R=√Pλ4πnℎc≈3×102 m,B正确。
温馨提示本题的难点是数据运算,应先进行字母运算,得到R的表达式以后再代值运算,可提高准确率。
2.(2022湖南,1,4分)关于原子结构和微观粒子波粒二象性,下列说法正确的是( )A.卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B.玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C.光电效应揭示了光的粒子性D.电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性答案 C 玻尔的原子理论解释了原子光谱的分立特征,但没有完全揭示微观粒子运动的规律,故A、B错误。
爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应,光电效应说明光具有粒子性,故C正确。
电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的波动性,故D错误。
3.(2022广东,5,4分)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。
氢原子第n能级的能量为E n=E1n2,其中E1=-13.6 eV。
如图是按能量排列的电磁波谱,要使n=20的氢原子吸收一个光子后,恰好失去一个电子变成氢离子,被吸收的光子是( )A.红外线波段的光子B.可见光波段的光子第1页共29页C.紫外线波段的光子D.X射线波段的光子答案 A 由氢原子能级公式E n=E1n2知,E20=−13.6(20)2eV=-3.4×10-2 eV,要使该能级的氢原子电离,要吸收的光子能量为3.4×10-2 eV,属红外线波段的光子,故选项A正确。
2023年高考备考近代物理初步(含答案)
专题16 近代物理初步（讲）目录一讲核心素养 (1)二讲必备知识 (2)（知识点一）光电效应现象和方程的应用 (2)（知识点二）光的波粒二象性和物质波 (4)（知识点三）玻尔理论和能级跃迁 (6)（知识点四）原子核的衰变及半衰期 (8)（知识点五）核反响及核反响类型 (10)三．讲关键能力 (12)能力点一会分析光电效应的图像问题 (12)能力点二质量亏损及核能的计算 (14)一讲核心素养核心素养及关键能力课程标准内容及要求核心素养关键能力1.了解人类探究原子及其结构的历史。
了解原子的核式结构模型构建物理建模能力模型。
通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。
2.了解原子核的组成和核力的性质。
了解四种根本相互作物理规律理解能力用。
能依据质量数守恒和电荷守恒写出核反响方程。
3.了解放射性和原子核衰变。
了解半衰期及其统计意义。
了物理规律理解能力解放射性同位素的应用，了解射线的危害与防护。
4.认识原子核的结合能，了解核裂变反响和核聚变反响。
关科学推理分析计算能力注核技术应用对人类生活和社会开展的影响。
5.通过实验，了解光电效应现象。
了解爱因斯坦光电效应方物理规律分析计算能力程及其意义。
能依据实验结论说明光的波粒二象性。
6.了解实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。
体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。
二讲必备知识（知识点一）光电效应现象和方程的应用1.对光电效应的四点提示(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。
(2)光电效应中的“光〞不是特指可见光，也包含不可见光。
(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。
(4)光电子不是光子，而是电子。
2.两条对应关系(1)光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
(2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大→遏止电压大。
3.定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k ＝hν－W 0。
(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k ＝eU c 。
2020物理高考备考专题《近代物理初步》(附答案解析版)
专题十一 近代物理初步高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方向：①原子的能级跃迁；②原子核的衰变规律；③核反应方程的书写；④质量亏损和核能的计算；⑤原子物理部分的物理学史和α、β、γ三种射线的特点及应用等．选修命题会涉及有关原子、原子核或量子理论、动量问题，且动量问题一般以计算题的形式，其它问题则以填空或选择性填空形式出现．知识点一、原子结构模型特别提醒:(1)原子的跃过条件:h ν＝E 初－E 终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况．(2)至于实物粒子和原子碰撞情况,由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差,也可以使原子受激发而向较高能级跃迁.知识点二、原子核的变化1．几种变化方式的比较2.各种放射线性质的比较3.三种射线在电磁场中的偏转情况比较图13－1如图13－1所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线．如图13－1丙图中γ肯定打在O点；如果α也打在O点，则β必打在O点下方；如果β也打在O点，则α必打在O点下方．知识点三、核力与质能方程的理解1．核力的特点(1)核力是强相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力远大于库仑力．(2)核力是短程力,作用范围在1.5×10－15 m之内.(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性.2．质能方程E＝mc2的理解(1)质量数与质量是两个不同的概念.核反应中质量数、电荷数都守恒,但核反应中依然有质量亏损.(2)核反应中的质量亏损,并不是这部分质量消失或质量转化为能量,质量亏损也不是核子个数的减少,核反应中核子的个数是不变的.(3)质量亏损不是否定了质量守恒定律，生成的γ射线虽然静质量为零，但动质量不为零，且亏损的质量以能量的形式辐射出去．特别提醒：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，质量不守恒，核反应中核能的大小取决于质量亏损的多少，即ΔE＝Δmc2.高频考点一原子结构氢原子光谱例1．图示为氢原子能级图以及从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线，已知从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的波长为656 nm，下列叙述正确的有()A．四条谱线中频率最大的是HδB．用633 nm的光照射能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线D．如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，Hβ也可以使该金属发生光电效应【答案】AC【解析】频率最大的光子对应的能量最大，即跃迁时能量差最大，故从n＝6跃迁到n＝2的频率最大，选项A正确；原子跃迁过程中，吸收光子的能量应刚好等于两能级的能量差，选项B错误；从n＝3向低能级跃迁时，可以是从3→2、2→1或者是3→1，即有三种频率不同的光子，选项C正确；光电效应与光照的时间无关，Hδ光子的能量最大，故其他光子不一定可以使该金属产生光电效应，选项D错误．【变式探究】下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A．γ射线是高速运动的电子流B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.21083Bi的半衰期是5天，100克21083Bi经过10天后还剩下50克【解析】γ射线是光子流，故A错误；氢原子辐射光子后，由高能级向低能级跃迁，半径减小，绕核运动的动能增大，故B正确；太阳辐射能量主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故C错误；100克21083Bi经过10天即2个半衰期还剩下122×100克＝25克，故D错误．【答案】B【变式探究】(多选)下列说法正确的是()A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立B．可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转D．观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同【解析】玻尔对氢原子光谱的研究完善了核式结构模型，选项A错误；紫外线有荧光效应，故B 选项正确；天然放射现象中的γ射线不带电，在电场或磁场中不发生偏转，选项C错误；观察者与波源互相远离，由多普勒效应可知接收到的频率变小，故选项D正确．【答案】BD高频考点二天然放射现象核反应核能例2．（2019·天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。
课标Ⅱ专用2020年高考物理总复习必考部分专题十三近代物理初步习题课件
项C错误;原子核衰变前后质量数守恒,衰变时放出核能,质量亏损,选项D错误。
关联知识 原子核衰变前后动量守恒、质量数和电荷数守恒;动能和动量与质量的关系;半衰期 的定义及其含义。
7.(2017课标Ⅰ,17,6分)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
Pb)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
答案 ABC 由原子核的结合能定义可知,原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核 的结合能,选项A正确;重原子核衰变过程中有质量亏损,即有能量放出,因此原子核衰变产物的 结合能之和一定大于衰变前的结合能,选项B正确;铯原子核比铅原子核的核子数少,因此其结合 能小,选项C正确;比结合能越大的原子核越稳定,选项D错误;自由核子组成原子核时,其质量亏 损所对应的能量等于该原子核的结合能,选项E错误。
v0 28
=
1.0m10/s7≈3.6×105 m/s,方向与质子的初速度方向相同,故E项正确。
28
考查点 核反应 规律总结 核反应过程遵守动量守恒定律,核反应中质量数守恒,电荷数守恒,但会发生质量亏损。
9.[2014课标Ⅰ,35(1),6分,0.537](多选)关于天然放射性,下列说法正确的是 ( ) A.所有元素都可能发生衰变 B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D.α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强 E.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
答案 BC 本题考查对光电效应方程hν-W0=Ek的理解。光照射到同种金属上,同种金属的逸出 功相同。若νa>νb,据hν-W0=Ek,得Eka>Ekb,则B项正确。由hν-W0=Ek=eU,可知当νa>νb时Ua>Ub,则A项 错误。若Ua<Ub说明Eka<Ekb,则C项正确。由hν-Ek=W0,而同一种金属W0相同,则D项错误。
专题十三 近代物理初步(试题部分).docx
专题十三近代物理初步探考情悟真题【考情探究】考点考向5年考情预测热度考题示例学业水平关联考点素养要素解法波粒二象性光电效应2018课标Ⅱ,17,6分3能量观念排除法★★☆2017课标Ⅲ,19,6分3能量观念2016课标Ⅰ,35(1),5分2能量观念2015课标Ⅱ,35(1),5分3干涉、衍射科学推理2019北京理综,19,6分3科学推理2019江苏单科,12(3)2能量观念2018天津理综,5,6分4折射率能量观念原子、原子核原子2019课标Ⅰ,14,6分3模型建构★★★2019课标Ⅱ,15,6分2能量观念2017课标Ⅱ,15,6分4动量能量观念2015安徽理综,14,6分3牛顿第二定律模型建构2015天津理综,1,6分2物质观念原子核2018课标Ⅲ,14,6分2科学推理2016课标Ⅲ,35(1),5分2动量守恒定律能量观念2019天津理综,6,6分2社会责任2018天津理综,1,6分2能量观念2015重庆理综,1,6分2科学推理2015广东理综,18,6分2能量观念分析解读本专题内容是选修3-5模块的两个重要内容之一,由原来的选考内容改为必考内容,命题难度不大,但考点较多,主要包括光电效应、氢原子能级、氢原子光谱、原子结构和原子核。
复习时应注重四个问题:一是精读教材,熟练掌握教材内容,重视课后习题;二是重视与现代科技相联系的题目;三是把重点放在光电效应、氢原子能级跃迁规律、核反应方程的书写及结合能和质量亏损的计算上;四是动量守恒定律在核反应过程中的应用。
【真题探秘】破考点练考向【考点集训】考点一波粒二象性1.关于光电效应,下列说法正确的是()A.截止频率越大的金属材料逸出功越大B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多答案 A2.(2020届甘肃兰州摸底,7)(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,由图可知()A.该金属的极限频率为4.27×1014HzB.该金属的极限频率为5.5×1014HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5eV答案AC3.利用光电管可以把光信号转变为电信号,现把光电管接入如图所示的电路中,闭合开关S,用波长为λ的单色光照射光电管时发生了光电效应,下列说法正确的是()A.照射光电管的单色光越强,光电管中金属的逸出功越大B.照射光电管的单色光波长越长,光电管中金属的逸出功越大C.若把滑片c向左滑动,电流表G的示数一定增大D.若把电源正负极反接,电流表G的示数可能为零答案 D考点二原子、原子核1.(2018安徽A10联盟联考)如图所示为氢原子的能级图,已知金属铂的逸出功为6.34eV,则下列说法正确的是()A.处于基态的氢原子可以吸收能量为10.5eV的光子而被激发B.用n=4能级跃迁到n=1能级辐射的光照射金属铂能发生光电效应C.用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子,一定不能使氢原子发生能级跃迁D.要使处于基态的氢原子发生电离,入射光子的能量只能等于13.6eV答案 B2.(2020届山西运城摸底,14)一个静止的氮核14N俘获一个速度为1.1×107m/s的氦核变成B、C两7个新核,设B的速度方向与氦核速度方向相同、大小为4×106m/s,B的质量数是C的17倍,B、C两原子核的电荷数之比为8∶1。
(高中段)第23讲近代物理初步
C．2×1015 Hz
D．8×1015 Hz
解析：设单色光的最低频率为 ν0，由爱因斯坦光电效应方程得 Ek＝hν1－ W,0＝hν0－W，又 ν1＝cλ，整理得 ν0＝cλ－Ehk，代入数据解得 ν0≈8×1014 Hz。 答案：B
4．[多选](2020·温州模拟)用如图所示的装置研究光电效应现
D．改用能量为 2.5 eV 的光子照射，移动变阻器的触头 c，电流表 G 中也可
能有电流
解析：由爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0 可知，同种金属的逸出功相同， 所以光电子逸出后的初动能取决于获得的能量，A 错误。当电压表示数大于或 等于 1.7 V 时，电流表无示数，说明遏止电压为 1.7 V，由 eU＝12mv2，12mv2＝ hν－W0，可求得光电管的逸出功为 1.05 eV，B 正确。若光的频率不变，反向 电压大于遏止电压后电路中就不再有电流，C 错误。当入射光频率超过截止频 率，且反向电压小于遏止电压，电路中就会有电流，D 正确。 答案：BD
光是波动性与粒子性的统一：由光子的能量 E＝hν，光子的动量 p＝hλ表 达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和 动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率 ν 和波长 λ。由以上两 式和波速公式 v＝λν 还可以得出 E＝pv。
2．不确定性关系 (1)定义：在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的， 在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关 系叫不确定性关系。 (2)表达式：ΔxΔp≥4hπ。其中以 Δx 表示粒子位置的不确定量，以 Δp 表 示粒子在 x 方向上的动量的不确定量，h 是普朗克常量。
定量却增大了，D 正确。 答案：BD
7．[多选](2016·浙江 4 月选考)在光电效应实验中，采用极限频率为 νc＝ 5.5×1014Hz 钠阴极，已知普朗克常量 h＝6.6×10－34 J·s，电子质量 m＝ 9.1×10－31kg。用频率 ν＝7.5×1014 Hz 的紫光照射钠阴极产生光电子的( ) A．动能的数量级为 10－19 J B．速率的数量级为 108 m/s C．动量的数量级为 10－27 kg·m/s D．德布罗意波长的数量级为 10－9 m 解析：根据爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－hνc＝1.32×10－19 J，A 正确； 由 Ek＝12mv2 知，v≈5.4×105 m/s，B 错误；p＝mv≈4.9×10－25 kg·m/s，C
近代物理初步(解析版)
近代物理初步专题训练1.对以下几位物理学家所做的科学贡献，叙述正确的是（ ）A ．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波B ．爱因斯坦通过对黑体辐射现象的研究，提出了量子说C ．卢瑟福通过a 粒子散射实验，发现了质子和中子，提出了原子的核式结构模型D ．贝克勒尔通过对氢原子光谱的分析，发现了天然放射现象【答案】A【解析】德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波，故A 正确；普朗克通过对黑体辐射现象的研究，提出了量子说，故B 错误；卢瑟福通过a 粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，该实验没有发现质子和中子，故C 错误； 贝克勒尔发现了天然放射现象，但并不是通过对氢原子光谱的分析发现的，故D 错误。
故选A 。
2.下列关于天然放射现象的叙述中正确的是（ ）A ．人类揭开原子核的秘密，是从发现质子开始的B ．β衰变的实质是原子核内一个质子转化成一个中子和一个电子C ．一种放射性元素，当对它施加压力、提高温度时，其半衰期不变D ．α、β、γ三种射线中，α射线穿透能力最强，γ射线电离作用最强【答案】C【解析】天然放射现象是原子核内部变化产生的，人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从贝克勒尔发现天然放射现象开始的，故A 错误；β衰变的实质方程为110011n H e -→+，是原子核内一个中子转化成一个质子和一个电子，故B错误；原子核的半衰期是由自身的结构决定的，与物理条件(温度、压强)和化学状态(单质、化合物)均无关，则对原子核施加压力、提高温度时，其半衰期不变，故C 正确；α、β、γ三种射线中，γ射线穿透能力最强(主要看射线具有的能量)，α射线电离作用最强(从射线自身的带电情况衡量)，故D 错误。
故选C 。
3.下列说法正确的是（ ）A ．核子结合为原子核时，可能吸收能量B ．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的C ．γ射线是原子核能级跃迁时产生的D ．利用γ射线可以使空气电离，消除静电【答案】C【解析】由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量。
高考物理备考 专题13 近代物理初步(含解析)[1](2021年最新整理)
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2017年高考物理备考艺体生百日突围系列专题13 近代物理初步（含解析）编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2017年高考物理备考艺体生百日突围系列专题13 近代物理初步（含解析））的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
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专题13 近代物理初步第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现,试题在考查主干知识的同时，注重考查必修中的基本概念和基本规律。
考纲要求1、知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律；会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量；知道光的波粒二象性,知道物质波的概念．2、知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱；掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题。
3、掌握原子核的衰变、半衰期等知识;会书写核反应方程,并能根据质能方程求解核能问题．命题规律1、光电效应现象、实验规律和光电效应方程，光的波粒二象性和德布罗意波是理解的难点，也是考查的热点，一般以选择题形式出现，光电效应方程可能会以填空题或计算题形式出现.2、核式结构、玻尔理论、能级公式、原子跃迁条件在选做题部分出现的几率将会增加,可能单独命题，也可能与其它知识联合出题．3、半衰期、质能方程的应用、计算和核反应方程的书写是高考的热点问题，试题一般以基础知识为主,较简单。
第二部分知识背一背（1）光电效应①光电效应规律(a）每种金属都有一个极限频率．(b）光子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的频率增大而增大．（c)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．(d）光电流的强度与入射光的强度成正比．(2) 爱因斯坦光电效应方程①光电效应方程：E k＝hν－W0。
第十三章近代物理初步
第十三章近代物理初步考纲要点解读考试内容要求解读1.光电效应，爱因斯坦光电效应方程Ⅰ认识光电效应现象，理解光电效应规律，并能用理解爱因斯坦的光子说解释光电效应规律。
掌握光电效应方程，会计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量2.氢原子光谱，氢原子的能级结构，能级公式Ⅰ理解玻尔理论对氢原子光谱的解释。
掌握氢原子的能级公式并能灵活应用。
用氢原子能级图求解原子的能级跃迁问题是高考热点。
3.原子核的组成，放射性，原子核的衰变、半衰期Ⅰ原子核式结构的发现，原子核的组成，放射性、半衰期是高考的热点。
4.放射性同位素Ⅰ了解放射性同位素的应用。
5.核力，核反应方程。
结合能，质量亏损Ⅰ了解核力的特点。
书写核反应方程，能区分核反应的种类和根据质能方程求解核能问题。
6.裂变反应和聚变反应，裂变反应堆Ⅰ裂变反应、聚变反应的应用7.射线的危害和防护Ⅰ射线的危害和应用等知识与现代科技的联系。
高考题型综述本章属选考内容，作为选修3-5一个模块中的内容，在高考中出题的可能性较大。
高考对本章内容的能力要求较低，命题难度不大，大多直接考查理解和记忆。
但考点较多，细节较多。
重点考查光电效应、氢原子能级、氢光谱、放射性元素、原子核式结构、衰变、核能及核反应方程，强调了核力和结合能两个知识点，其中以氢原子能级、原子核反应方程和质能方程等知识命题频率较高。
出题的形式以选择题为主，结合经典物理理论和最新科技成果进行考查，体现时代气息，用新名词包装试题。
少数试题以非选择题形式出现，与力学、电磁学相结合，出中等难度的计算题，体现学科内综合。
本章内容需要记忆的信息量大，因此在复习中要精读教材，熟练掌握教材内容，加强理解记忆，狠抓基本概念和基础知识.“原子、原子核”的整个知识体系，可归结为：两模型（原子的核式结构模型、玻尔原子模型）；六子（质子、中子、电子、正电子、α粒子、γ光子11H 21H 31H 10n 0-1e 01e 42He γ）；四变（衰变、人工转变、裂变、聚变）；两方程（核反应方程、质能方程）.四条守恒定律（电荷守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒）贯串全章.13.1光电效应波粒二象性一. 知识点自测填空1.能量子⑴热辐射：[1] 物体，在[2] 温度下都在辐射各种波长的[3] ，这种辐射与物体的[4] 有关，称为热辐射。
专题14近代物理初步(精练)(原卷版)
2023年高考物理二轮复习讲练测专题14 近代物理初步（精练）一、单项选择题1．某同学用如图所示的装置研究光电效应现象，开始时，滑动变阻器滑片c移在最右端b点．用光子能量为4.2eV 的光照射到光电管上，此时电流表G有读数．向左移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于1.5V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是（）A．光电子最大初动能为2.7eVB．光电管阴极的逸出功为1.5eVC．当电流表示数为零时，断开电键，电流表示数不再为零D．将电源的正负极调换，变阻器滑片从b移到a，电流表的示数一直增大2．利用如图甲所示电路研究光电效应现象，光电子的最大初动能随入射光频率变化的关系如图乙所示。
下列说法正确的是（）A．为测量电子的最大初动能，电源左侧应是正极B．若增大入射光的强度或增大电源电压，则光电子的最大初动能增大C ．当入射光的频率为03ν时，逸出光电子的最大初动能为kl 3E D ．当入射光的频率为03ν时，逸出光电子的最大初动能为k17E3．某探究小组的同学在研究光电效应现象时，用a 、b 、c 三束光照射到图甲电路阴极K 上，电路中电流随电压变化的图像如图乙所示，已知a 、b 两条图线与横轴的交点重合，下列说法正确的是（ ）A ．c 光的频率最小B ．a 光的频率和b 光的频率相等C ．若三种光均能使某金属发生光电效应，则用c 光照射时逸出光电子的最大初动能最小D ．照射同一种金属时，若c 光能发生光电效应，则a 光也一定能发生光电效应4．如图所示为某学习小组的同学在研究光电效应现象时，通过实验数据描绘的光电流与光电管两端电压关系图像，已知图线甲、乙所对应的光的频率分别为1ν、2ν，逸出的光电子的最大速度之比为2:1，下列说法正确的是（ ）A ．12:4:1νν=B ．甲光与乙光的波长之比为1:2C ．12:4:1U U =D ．用甲光实验，达到饱和光电流时，单位时间内到达阳极的光电子数较多5．1899年，苏联物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，我们将光对物体单位面积的压力叫压强或光压。
第十五章 近代物理初步15-1(新课标复习资料)
选修3-5
第十五章
近代物理初步
金版教程
高三物理
基 础 知 识 梳 理
(2)光电子的最大初动能与人射光的强度无关，随入射光
增大 频率的增大而增大.
(3)金属受到光照，光电子的发射一般不超过 10
－9
随 堂 针 对 训 练
s.
限 时 规 范 特 训
(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度
考 技 案 例 导 析
选修3-5
第十五章
近代物理初步
金版教程
高三物理
2.半衰期、质能方程的应用、计算以及核反应方程的书 写是高考的热点问题，这部分内容较为简单，在学习中要注 意抓好基本知识． 3.裂变、聚变及三种射线，这部分内容在高考命题中可 能结合动量守恒．在2012年的高考中，核反应、核能与动量 守恒的综合仍是热点.
随 堂 针 对 训 练
考 技 案 例 导 析
横坐标 ν0. ②逸出功：图线与 Ek 轴交点的纵坐标的值 W0＝E. ③普朗克常量：图线的斜率 k＝h.
限 时 规 范 特 训
选修3-5
第十五章
近代物理初步
金版教程
高三物理
基 础 知 识 梳 理
4．对光电效应规律的解释 对应规律 对规律的产生的解释 电子从金属表面逸出， 首先必须克服金属 存在极限 原子核的引力做功 W0，要使入射光子能 W0 量不小于 W0，对应的频率 ν0＝ h ，即极 限频率
随 堂 针 对 训 练
考 技 案 例 导 析
2. 两条线索 (1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电 子的最大初动能大．
限 时 规 范 特 训
选修3-5
第十五章
近代物理初步
第十二单元近代物理初步
第十二单元近代物理初步12．1光电效应与波粒二象性知识清单考点整合集中记忆一、光电效应及规律光电效应现象：在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，逸出的电子叫光电子．光电效应规律：(1)每种金属都有一个极限频率(截止频率)，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应．(2)光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，与入射光的强度无关．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．(4)饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．二、饱和光电流和遏止电压饱和光电流：光电流随着所加正向电压增大，趋于一个饱和值．在入射光的频率不变时，光越强，饱和光电流越大，与所加电压大小无关．遏止电压U c：使光电流减小到零的反向电压，即U c e＝E k(E k光电子的最大初动能)．遏止电压与光强无关，只随入射光的频率增大而增大．三、光电效应方程光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε＝hν.逸出功W0：电子克服原子核的引力脱离金属所需做功的最小值．最大初动能E k：从金属表面逸出的光电子所具有的动能的最大值．光电效应方程：E k＝hν－W0.四、光的波粒二象性与物质波波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性．波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．物质波：实物粒子也具有波动性，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．考 点 讲 练 考点突破 针对训练 考点一 对光电效应的理解12.分析光电效应的两条线索光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大 光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大(2017·海南)(多选)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)．分别用这三束光照射同一种金属．已知用光束2照射时，恰能产生光电子．下列说法正确的是()A．用光束1照射时，不能产生光电子B．用光束3照射时，不能产生光电子C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大【答案】AC【解析】A、B两项，依据波长与频率的关系：λ＝cν，因λ1>λ2>λ3，那么ν1<ν2<ν3；由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而光束3照射时，一定能产生光电子，故A项正确，B项错误；C、D两项，用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程：E km＝hν－W0，可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C项正确，D项错误；故选A、C两项．(2016·课标全国Ⅰ)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是()A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大．B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关【答案】ACE【解析】根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大；入射光的频率高，饱和光电流不一定变大，故A项正确，B项错误；根据爱因斯坦光电效应方程得：入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C项正确；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，若低于截止频率，则没有光电流产生，故D项错误，E项正确．考点二光电效应方程与图线1．三个重要关系(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0.图线形状(2018·课标全国Ⅰ)用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J ，已知普朗克常量为 6.63×10－34J·s ，真空中的光速为3.00×108 m·s －1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )A ．1×1014 HzB ．8×1014 HzC ．2×1015 HzD ．8×1015 Hz 【答案】 B【解析】 根据光电效应方程：E Km ＝hν－W 0光速、波长、频率之间关系为：ν＝cλ将数据，代入上式，则有：W 0＝hν－E Km ＝6.63×10－34J·s×3×108300×10－9s－1－1.28×10－19 J ＝5.35×10－19 J 根据据逸出功W 0＝hγ0，得：ν0＝W 0h ＝5.35×10－196.63×10－34≈8×1014 Hz.(2017·课标全国Ⅰ)(多选)在光电效应实验中，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U a 和U b 、光电子的最大初动能分别为E ka 和E kb ，h 为普朗克常量．下列说法正确的是( )A ．若νa >νb ，则一定有U a <U bB ．若νa >νb ，则一定有E ka >E kbC ．若U a <U b ，则一定有E ka <E kbD ．若νa >νb ，则一定有hνa －E ka >hνb －E kb 【答案】 BC【解析】 A 、B 两项，根据光电效应方程E km ＝hν－W 0知，νa >νb ，逸出功相同，则E ka >E kb ，又E km ＝eU c ，则U a >U b ，故A 项错误，B 项正确．C 项，根据E km ＝eU c 知，若U a <U b ，则一定有E ka <E kb ，故C 项正确．D 项，逸出功W 0＝hν－E km ，由于金属的逸出功相同，则有：hνa －E ka ＝hνb －E kb ，故D 项错误．故选B 、C 两项．(2018·长春三模)在研究光电效应的实验中，从甲、乙两种金属中飞出光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系如图所示，则下列说法正确的是( )A ．两条图线与横轴的夹角α和β一定不相等B ．若增大入射光频率ν，则遏止电压U e 随之增大C ．某一频率的光可以使甲金属发生光电效应，则一定能使乙金属发生光电效应D ．若不改变入射光频率ν，增加入射光的强度，则光电子的最大初动能将增大【答案】 B【解析】 A 项，由光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，图像斜率都为普朗克常量h ，故A 项错误；B 项，遏止电压UC ＝E ke，ν增大导致E k 增大，则U c 增大，故B 项正确；C 项，由图像可知乙的逸出功W 0大，能使乙发生光电效应的光一定能使甲发生，反之未必，故C 项错误；D项，根据光电效应方程可知，最大初动能与光的强度无关，故D项错误．如图所示是根据密立根研究某金属的遏止电压Uc与光的频率ν之间关系的实验数据得到的图像，则下列说法正确的是()A．由图像可知，该金属的截止频率约为5.5×1014 Hz B．由图像可知，当用频率为5.5×1014 Hz的光照射该金属时，不能产生光电效应C．由图像可知，当用频率为5.5×1014 Hz的光照射该金属时，产生的光电子的最大初动能约为0.5 eV D．若普朗克常量h＝6.6×10－34Js，由图像可知，该金属的逸出功约为3.6×10－19 J【答案】C【解析】A项，此时读图可知，ν≈4.3×1014 Hz，即金属的截止频率约为4.3×1014 Hz，故A项错误；BC项，由图可知，当用频率为5.5×1014 Hz的光照射该金属时，能产生光电效应，而且产生的光电子的最大初动能约为0.5 eV.故B项错误，C项正确；D项，设金属的逸出功为W0，截止频率为νc，则有W0＝hνc＝6.6×10－34×4.3×1014J＝2.84×10－19 J．故D项错误．(2018·河南模拟)某同学在研究光电效应时测得不同光照射到同一光电管时得到的光电流与电压的关系图像如图所示．则下列有关说法中正确的是()A．光线1、3为同一色光，光线3的光强更强B．光线1、2为同一色光，光线1的光强更强C．光线1、2为不同色光，光线2的频率较大D．保持光线1的强度不变，光电流强度将随加速电压的增大一直增大【答案】C【解析】A项，由图像可知，光线1和光线3的遏止电压相同，所以它们是同一色光，相同电压时，光线1对应的光电流更大，说明单位时间内照射的光电子数更多，即光线1更强，故A项错误；B项，光线1和光线2的遏止电压不同，所以它们是不同色光，故B项错误；C项，由于光线2的遏止电压较大，由eU c＝12mv m2、12mv m2＝hν－W可知，光线2的频率较大，故C项正确；D项，由图可知，在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值(饱和电流)，故D项错误．考点三研究光电效应的实验区分两种实验电路：1．光电管加正向电压时，研究光强与光电流的关系(1)光强一定时：电压大→到达阳极的电子数多→光电流大→达到饱和电流不变(2)电压一定时：入射光强大→光子数多→产生的光电子多→饱和光电流大．2．光电管加反向电压时，研究遏止电压和光电子最大初动能的关系(1)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大→反向截止电压大．(2)反向遏止电压与光强无关．如图是利用光电管研究光电效应的实验原理示意图，用可见光照射光电管的阴极K，电流表中有电流通过，则()A．滑动变阻器的滑动触头由a端向b端滑动的过程中，电流表中一定无电流通过B．滑动变阻器的滑动触头由a端向b端滑动的过程中，电流表的示数一定会持续增大C．将滑动变阻器的滑动触头置于b端，改用紫外线照射阴极K，电流表中一定有电流通过D．将滑动变阻器的滑动触头置于b端，改用红外线照射阴极K，电流表中一定无电流通过【答案】C【解析】根据极限频率的含义知D项错误，C项正确；当滑动触头自a端向b端移动时，开始一段有光电流而且应增大，若移动到某一位置时达到饱和，则此后的移动过程中光电流不变，故A、B两项错误．(2018·四川模拟)如图所示，用波长为λ0的单色光照射某金属，调节变阻器，当电压表的示数为某值时，电流表的示数恰好减小为零；再用波长为4λ05的单色光重复上述实验，当电压表的示数增加到原来的3倍时，电流表的示数又恰好减小为零．已知普朗克常数为h，真空中光速为c.该金属的逸出功为() A.5hc4λ0 B.hcλ0 C.7hc8λ0 D.7hc4λ0【答案】C【解析】根据光电效应方程E km＝hcλ－W0，及E km ＝eU c；当用波长为λ0的单色光照射，则有：hcλ0－W0＝eU c，当用波长为4λ05的单色光照射时，则有：hc45λ0－W0＝3eU c，联立上式，解得：W0＝7hc8λ0，故A、B、D三项错误，C项正确．如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表计数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为()A．1.5 eV0.6 eV B．1.7 eV 1.9 eV C．1.9 eV 2.6 eV D．3.1 eV 4.5 eV【答案】C【解析】光子能量hν＝2.5 eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝12mv m2知，最大初动能E km＝eU＝0.6 eV，由光电效应方程hν＝E km ＋W0知W0＝1.9 eV；对图乙，当电压表读数为2 V 时，电子到达阳极的最大动能E km′＝E km＋eU′＝0.6 eV＋2 eV＝2.6 eV.故C项正确．考点四光的波粒二象性光既有波动性，又有粒子性，两者是有机的统一体，其表现规律为：1．从数量上看个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．2．从频率上看频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象．3．从传播与作用上看光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性．(2015·课标全国Ⅰ)(多选)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() A．电子束通过双缝实验装置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．人们利用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【答案】ACD【解析】电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，A项正确；β射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现出粒子性，B项错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，表现出波动性，C项正确；电子显微镜是利用电子束工作的，体现了波动性，D项正确；光电效应实验，体现的是光的粒子性，E项错误．有关光的本性，下列说法正确的是()A．光既有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既有波动性，又具有粒子性，无法用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性【答案】D【解析】光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子，波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性．注意事项波粒二象性的“三个易错”：(1)光子表现为波动性，并不否认光子具有粒子性．(2)宏观物体也具有波动性．(3)微观粒子的波动性与机械波不同，微观粒子的波是概率波．。
高二物理上学期近代物理初步--新人教版
看到这个小伙子在学生们的鄙夷中灰溜溜的样子，小孩爸又好气又好笑，本来仔细的他更加绷紧了神经，对待手机扫描付款采取“宁可错问一千，绝不放走一个”的方针，这个方针还真让他差点又 逮住一个学生，不过让我把那学生开脱了。免费挂机赚钱软件
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2022届高考物理一轮练题：近代物理初步含答案
2022届高考物理练题：近代物理初步（一轮）含答案专题：近代物理初步U＋X 1、(多选)一种典型的铀核裂变是生成钡核和氪核，同时放出3个中子，核反应方程是23592 Ba＋8936Kr＋310n，已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，则下列说法正确→14456的是()A．在核反应方程中，X粒子是中子B．在核反应方程中，X粒子是质子C.235 92U、144 56Ba和8936Kr相比，144 56Ba的比结合能最大，它最稳定D.235 92U、144 56Ba和8936Kr相比，235 92U的核子数最多，它的结合能最大2、光电效应现象证明了光具有（）A．粒子性B．波动性C．衍射的特性D．干涉的特性3、实验得到金属钙的光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图所示。
下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是（）金属钨钙钠截止频率10.95 7.73 5.53逸出功 4.54 3.20 2.29A．用金属钨做实验得到的图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大B．用金属钠做实验得到的图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大C．用金属钠做实验得到的图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为，则D ．用金属钨做实验，当入射光的频率时，可能会有光电子逸出4、23592U 经过 m 次 α衰变和 n 次 β衰变，变成20782Pb ，则（ ）A.74m n ==，B.73m n ==，C.1410m n ==，D.1418m n ==，5、对α粒子散射实验,下列描述正确的是 ( )A.绝大多数α粒子穿过金箔时都会明显改变运动方向B.少数α粒子穿过金箔时会被反向弹回C.散射角度大的α粒子受原子核的作用力也大D.无论散射角度大小,α粒子的机械能总是守恒的6、（双选）某金属在光的照射下产生光电效应,其遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图象如图所示。
则由图象可知( )A.该金属的逸出功等于hν0B.遏止电压是确定的,与入射光的频率无关C.入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为hν0D.入射光的频率为3ν0时,产生的光电子的最大初动能为hν07、下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的是( )8、世界上第一台粒子加速器将质子(11H)加速到具有0.5 MeV 的能量去撞击静止的原子核X ，得到两个动能均为8.9 MeV 的氦核42He.下列说法正确的是( )A ．X 是63LiB ．X 由42He 组成C．上述核反应中出现了质量亏损D．上述核反应的类型是裂变9、爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说。
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主讲教师 扈炳芳 2006/4/19
1． 对光电效应做出合理解释的物 理学家是( ) A.爱因斯坦 B.玻尔 C.查德威克 D.德布罗意
2．红、橙、黄、绿4种单 色光中，光子能量最小的
是( ) A.红光 B.橙光 C.黄光 D.绿光
3．光电效应实验的装置如图所示,则 下列说法中正确的是( ) A. 用紫外光照射锌板, 验电器指针会 发生偏转
像纯白色的绿胃城堡鸡般的一挥，闪动的秀丽光滑的下巴顿时伸长了七十倍，韵律欢跳的妙腰也猛然膨胀了八十倍。最后旋起美丽的缀满一串闪光星星的桃红色云丝
腰带一叫，猛然从里面射出一道粼光，她抓住粼光完美地一转，一件亮光光、黑森森的咒符⊙月影河湖曲＠便显露出来，只见这个这件怪物儿，一边狂舞，一边发出
“吱吱”的异声…………猛然间壮扭公主疯鬼般地使了一套盘坐膨胀揍锁链的怪异把戏，，只见她俏皮活泼的小嘴唇中，萧洒地涌出三十缕耍舞着⊙绿烟水晶笛＠的
庄园铜筋马状的板栗，随着月光妹妹的晃动，庄园铜筋马状的板栗像馅饼一样在双脚上悠闲地糊弄出团团光树……紧接着壮扭公主又使自己轻灵俏丽宛若冰雪仙子般
的玉骨晃动出紫葡萄色的锁链味，只见她灿烂闪耀的披肩金发中，酷酷地飞出三十串旋舞着⊙绿烟水晶笛＠的银剑状的仙翅枕头叉，随着月光妹妹的扭动，银剑状的
仙翅枕头叉像航标一样念动咒语：“雪峰
鸭蛋似的羽毛飘帘雨萍袍中，猛然抖出三十缕核桃状的仙翅枕头锯，随着女参谋Ｈ．琦叶娆仙女的抖动，核桃状的仙翅枕头锯像假山一样念动咒语：“银拳咕唉嗟，
小鬼咕唉嗟，银拳小鬼咕唉嗟……『黑霞驴精图纸大法』！！！！”只见女参谋Ｈ．琦叶娆仙女的身影射出一片淡白色流光，这时西北方向萧洒地出现了八道厉声尖
叫的暗紫色光蝎，似灵光一样直奔紫玫瑰色妖影而来！，朝着壮扭公主浓密微弯、活像蝌蚪般的粗眉毛狂旋过来！紧跟着女参谋Ｈ．琦叶娆仙女也怪耍着咒符像烟盒
2022届高三物理一轮复习：近代物理初步含答案
2022届高考物理一轮复习：近代物理初步含答案 专题：近代物理初步1、下列说法正确的是( )A.汤姆孙发现电子,表明原子具有核式结构B.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应C.一束光照射到某金属上不能发生光电效应,是因为该束光的波长太短D.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增大2、用光电管进行光电效应实验中，分别用频率不同的单色光照射到同种金属上。
下列说法正确的是（ ）A ．频率较小的入射光，需要经过足够长的时间照射才能发生光电效应B ．入射光的频率越大，极限频率就越大C ．入射光的频率越大，遏止电压就越大D ．入射光的强度越大，光电子的最大初动能就越大3、近代物理取得了非常辉煌的成就，下列关于近代物理的说法正确的是（ ）A ．用同频率的光照射不同的的金属表面时均有光电子逸出，从金属表面逸出的光电子的最大初动能k E 越大，则这种金属的逸出功 W 就越大B ．137C 是核泄漏时对人体产生有害辐射的的重要污染物，其核反应方程式1371375556Cs Ba X →+其中X 为电子C ．一个氢原子处在4n =的能级，当它跃迁到较低能级时，最多可发出6种频率的光子D ．每个核子只与邻近核子产生核力作用，比结合能越大的原子核越不稳定 4、下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的是( )Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法5、由于放射性元素23793Np经过一系列α衰变和β衰变后变成209 83Bi，下列说法正确的是() 制造后才被发现．已知23793A．衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒B.209 83Bi的原子核比237 93Np的原子核少28个中子C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变D．经过两个半衰期后含有237 93Np的矿石的质量将变为原来的四分之一U核发生α衰变，产生一个α粒子和一个未知的粒子X，它6、(多选)静止在匀强磁场中的23892们在磁场中的运动轨迹如图51－7所示，下列说法正确的是()U→234 90X＋42HeA．该核反应方程为 23892B．α粒子和X粒子在磁场中做圆周运动时转动方向相同C．轨迹1、2分别是α粒子、X粒子的运动轨迹D．α粒子、X粒子运动轨迹半径之比为45∶17、如图，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。
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一、光电效应 1．光电效应实验光的电磁说，使光的理论发展到相当完美的地步，取得了巨大成就，但是并不能解释所有的光现象，光电效应现象的出现，光的电磁说遇到了不可克服的困难． 演示光电效应实验：锌板被光照后，验电器带正电，说明从锌板表面上发射出电子．在光（包括不可见光）照射下从物体发射出电子（光子）的现象叫做光电效应． 2．光电效应结论（1）任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应．（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大． （3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过910s -． （4）当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比． 3．光电效应与光的电磁说的冲突光的电磁说不能解释前三条实验结论．（1）按照光的电磁说，光是电磁波，是变化的电场与变化的磁场的传播．入射光照射到金属上时，金属中的自由电子受变化电场的驱动力作用而做受迫振动，增大入射光的强度，光波的振幅增大，当电子做受迫振动的振幅足够大时，总可挣脱金属束缚而逸出，成为光电子，不应存在极限频率．（2）按照光的电磁说，光的强度应由光波的振幅决定，因此光电子的最大初动能应与入射光的强度有关． （3）按照光的电磁说，光电子的产生需要较长的时间而不是瞬间．光电磁说与光电效应现象产生了尖锐的矛盾．是谁最终成功地解释了光电效应现象？ 4．光子说1900年德国物理学家普朗克在研究“电磁场辐射的能量分布”时发现，只有认为电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份的能量等于h γ ，理论计算的结果才能跟实验事实完全符合．普朗克恒量346.6310J s h -=⨯⋅．爱因斯坦在上述学说的启发下,于1905年提出光的光子说,在空间传播的光也不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量与频率成正比.光子说对光电效应的解释:光子的能量只与光的频率有关，金属中的电子吸收的光子的频率越大，电子获得的能量也就越多，当能量足以使电子摆脱金属束缚时就能从金属表面逸出，成为光电子．因而存在一个能使电子获得足够能量的频率，即极限频率．上述解释同样能解释光电效应第二条结论．电子吸收了光子后，动能立刻就增加了，不需要能量的积累过程，因此光电子的发射几乎是瞬时的．知识点睛考试要求近代物理初步根据能量守恒定律: k E W =-(光电方程) 5．光电效应的应用（1）将光能量转化成其它能量，将太阳能转化为化学能——太阳能电池． （2）用来检查光信号 （3）光电管光电管：如图所示．光电管是利用光电效应把光信号转化为电信号的器件．S 为抽成真空的光电管，C 是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K 上，金属板A 和K 组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口C 之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节．制成光电管，可将光信号转化为声音信号．如电影，以前需一边放一边配音，现在则不用了，直接得声音信号．（4）自动化装置、无线电传真和光纤通信技术中． 二、光的波粒二象性 1．波粒二象性光的干涉、衍射、偏振现象和光的电磁说，证明光具有波动性；光电效应现象和光子说证明光具有粒子性.无法用其中的一种性质解释所有光现象，所以认定光既有粒子性，又有波动性，即具有波粒二象性. 2．波粒二象性的统一不能把光当成宏观概念中的波或粒子，因为宏观世界的波动性与粒子性是对立的，而光的波动性与粒子性是统一在同一客体——光子上了.个别光子表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性;频率大的光子粒子性明显，而频率小的光子波动性明显;当光子和其他物质发生相互作用时往往显示粒子性，光在传播过程中往往显示波动性. 3．光波是一种概率波光的干涉、衍射现象等是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因而光波又叫概率波. 三、原子模型1．汤姆生模型（枣糕模型）汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂结构． 2．卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转．这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上．卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动．由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m ．3．玻尔模型（引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n 叫量子数．） （1）玻尔的三条假设（量子化）①轨道量子化21n r n r = 1010.5310m r -=⨯②能量量子化：12n E E n= 113.6e VE =- ③原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量m n h E E γ=- （2）从高能级向低能级跃迁时放出光子，从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）．原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子．（如在基态，可以吸收E ≥13.6eV 的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）． （3）玻尔理论的局限性由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律．但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难．4．光谱和光谱分析（1）炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱． （2）稀薄气体发光形成线状谱（又叫明线光谱、原子光谱）．根据玻尔理论，不同原子的结构不同，能级不同，可能辐射的光子就有不同的波长．所以每种原子都有自己特定的线状谱，因此这些谱线也叫元素的特征谱线．根据光谱鉴别物质和确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．只要某种元素在物质中的含量达到1010g -，就可以从光谱中发现它的特征谱线． 四、天然放射现象 1．天然放射现象天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构． 2如（1）、（2）图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线．（3）图中γ肯定打在O 点；如果α也打在O 点，则β必打在O 点下方；如果β也打在O 点，则α必打在O 点下方． 五、核反应 1．核反应类型（1）衰变：α衰变：238234492902e U Th H →+（核内1141022H 2n He +→）β衰变：234234090911Th Pa e -→+（核内110011n H e -→+）+β衰变：3030015141P Si e →+（核内110101H n e →+）γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级．（2）人工转变：1441717281N He O H +→+（发现质子的核反应） 941214260Be He C n +→+（发现中子的核反应）274301132150Al He P n +→+ 3030015141P S ie →+（人工制造放射性同位素）（3）重核的裂变： 235114192192056360U n Ba Kr 3n +→++ 在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应．（4）轻核的聚变：23411120H H He n +→+（需要几百万度高温，所以又叫热核反应） 所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒．（注意：质量并不守恒．） 2．半衰期放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期．（对大量原子核的统计规律）计算式为：012t T t N N ⎛⎫= ⎪⎝⎭，N 表示核的个数 ，此式也可以演变成 012t T t m m ⎛⎫= ⎪⎝⎭或012tTt n n ⎛⎫= ⎪⎝⎭，式中m 表示放射性物质的质量，n 表示单位时间内放出的射线粒子数．以上各式左边的量都表示时间t 后的剩余量． 半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关． 3．放射性同位素的应用（1）利用其射线：α射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电．γ射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤．各种射线均可使DNA 发生突变，可用于生物工程，基因工程．（2）作为示踪原子．用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能．（3）进行考古研究．利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代． 六、核能 1．核能核反应中放出的能叫核能． 2．质量亏损核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损． 3．质能方程爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：E = mc 2，这就是爱因斯坦的质能方程．质能方程的另一个表达形式是：ΔE=Δmc 2．以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位．在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV ．它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV 的能量相对应．在有关核能的计算中，一定要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制． 4．释放核能的途径凡是释放核能的核反应都有质量亏损．核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同．核子平均质量小的，每个核子平均放的能多．铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定．凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的． 5．核反应堆目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的． 核反应堆的主要组成是：（1）核燃料．用浓缩铀（能吸收慢中子的铀235占3%~4%）．（2）减速剂．用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收）． （3）控制棒．用镉做成（镉吸收中子的能力很强）．（4）冷却剂．用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）． （5）水泥防护层．用来屏蔽裂变产物放出的各种射线． 6．氢原子中的电子云对于宏观质点，只要知道它在某一时刻的位置和速度以及受力情况，就可以应用牛顿定律确定该质点运动的轨道，算出它在以后任意时刻的位置和速度．对电子等微观粒子，牛顿定律已不再适用，因此不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置．玻尔理论中说的“电子轨道”实际上也是没有意义的．更加彻底的量子理论认为，我们只能知道电子在原子核附近各点出现的概率的大小．在不同的能量状态下，电子在各个位置出现的概率是不同的．如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像一片云雾一样，可以形象地称之为电子云． 7．粒子物理学到19世纪末，人们认识到物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核和电子组成，原子核由质子和中子组成．20世纪30年代以来，人们认识了正电子、μ子、K 介子、π介子等粒子．后来又发现了各种粒子的反粒子（质量相同而电荷及其它一些物理量相反）．现在已经发现的粒子达400多种，形成了粒子物理学．按照粒子物理理论，可以将粒子分成三大类：媒介子、轻子和强子，其中强子是由更基本的粒子——夸克组成．从目前的观点看，媒介子、轻子和夸克是没有内部结构的“点状”粒子． 七、相对论1. 狭义相对论的基本假设（1）狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系.2. 质速关系（1）物体以速度v 运动时质量m 与静止时的质量0m 之间有如下关系：m =.（2）v c <，故0m m >，微观粒子的运动速度很高时，其质量会明显大于静止质量. 3. 质能方程：2E mc =（m 是物体的质量，E 是它具有的能量）【例1】 在光电效应实验中，下述结论中正确的是（ ）A ．发生光电效应时，使入射光的强度增大，单位时间内产生的光电子数也随之增加B ．发生光电效应时，使入射光的波长减小，有可能不产生光电子C ．紫光照射能产生光电子，则X 射线照射一定能产生光电子D ．发生光电效应时，使入射光的频率增大，产生的光电子最大初动能也一定增大【例2】 用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，应（ ）A ．改用红光照射B ．增大绿光强度C ．增大光电管上的加速电压D ．改用紫光照射【例3】 利用光电管产生光电流的电路如图所示．电源的正极应接在 端（填a 或b ）；若电流表读数为8μA ，则每秒从光电管阴极发射的光电子至少是 个．（已知电子电荷量为191.610C -⨯）【例4】 如图所示，当开关S 断开时，用光子能量为2.5eV 的一束光照射阴极P ，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V例题精讲时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为（）A．1.9eV B．0.6eV C．2.5eV D．3.1eV【例5】用某种频率的紫外线分别照射铯、锌、铂几种金属，从铯中发射出的光电子的最大初动能是2.9eV，从锌中发射出的光电子的最大初动能是1.4eV，铂没有光电子射出，则对这三种金属逸出功大小的判断．下列结论正确的是（）A．铯的逸出功最大，铂的逸出功最小B．锌的逸出功最大，铂的逸出功最小C．铂的逸出功最大，铯的逸出功最小D．铂的逸出功最大，锌的逸出功最小【例6】分别用波长为2λ和λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1:3．以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（）A．34hcλB．23hcλC．14hcλD．4hcλ【例7】卢瑟福的α粒子散射实验结果表明了（）A．原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电B．某些原子核容易发生衰变，自身变成另一种元素的原子核C．原子的正电部分和几乎全部质量都集中在体积很小的核上，整个原子很空旷D．电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破【例8】下列说法正确的是（）A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应B．汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大【例9】氢原子的能级图如图所示．欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是（）A．13.60eV B．10.20eVC．0.54eV D．27.20eV【例10】如图所示为氢原子能级图，可见光的光子能量范围约为1.62eV~3.11eV. 下列说法正确的是（）A. 大量处在3n＞的高能级的氢原子向3n=能级跃迁时，发出的光有一部分是可见光B. 大量处在3n=的氢原子向2n=能级跃迁时，发出的光是紫外线C. 大量处在3n=能级的氢原子向1n=能级跃迁时，发出的光都应具有显著的热效应D. 处在3n=能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子都能发生电离【例11】现有l200个氢原子被激发到一量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是（假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的11n-）（）A．2 200 B．2 000 C．1 200 D．2 400【例12】如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于3n=的激发态，原子在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子．若用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠，则下列说法正确的是（）A．这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从3n=跃迁到2n=发出的光波长最短B．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从3n=跃迁到1n=所发出的光频率最高C．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11eVD．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60eV【例13】图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是（）A ．a 为α射线，b 为β射线B ．a 为β射线，b 为α射线C ．b 为γ射线，a 为α射线D ．b 为α射线，c 为γ射线【例14】 一置于铅盒中的放射源发射的αβ、和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔后，铝箔后的空间有一匀强电场．进入电场后，射线变为a b 、两束，射线a 沿原来方向行进，射线b 发生了偏转，如图所示，则图中的射线a 为______射线，射线b 为______射线．【例15】 人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程.请按要求回答下列问题.（1）卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方向做出了卓越的贡献. 请选择其中的两位，指出他们的主要成绩. ① . ② .在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，如图所示为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途 .（2）在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂.中子在重水中可与21H 核碰撞减速，在石墨中与126C 核碰撞减速.上述碰撞可简化为弹性碰撞模型.某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？【例16】 在下列核反应方程中，X 代表质子的方程是 （ ）A ．2743013215Al+He P+X →B ．14417728N +He O +X → C ．2110H+n+X γ→D ．341120H X He n +→+【例17】 下列说法不正确的是 （ ）A ．23411120H H He n +→+是聚变B ．235114094192054380U n Xe Sr 2n +→++是裂变C ．226222488862Ra Rn He →+是α衰变D ．2424011121Na Mg e -→+是裂变【例18】14C 是一种半衰期为5730年的放射性同位素．若考古工作者探测到某古木中14C 的含量为原来的14，则该古树死亡时间距今大约为 （ ） A ．22920年 B ．11460年 C ．5730年 D ．2865年【例19】 地球的年龄到底有多大?科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定，推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时的一半．铀238的相对含量随时间变化关系如图所示．由此推断，地球的年龄大致为______．【例20】 一个23592U 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2351941920380U n X+Sr+2n +→，则下列说法正确的是（ ） A ．X 的原子核中含有86个中子 B ．X 的原子核中含有141个核子C ．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D ．23592U 是天然性元素，它的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短也可能变长【例21】 如果原子X 是原子P 的同位素，而且它们分别发生了如下的衰变：则下列说法正确的是（ ）A ．X 的质量数和P 的相同B ．Y 的质子数比Q 的质子数多C ．X 的中子数和P 的相同D ．Z 是R 的同位素【例22】 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为：112131671H C N Q +→+，115121762H N C+X+Q +→方程式中1Q 、2Q 表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：（ ）A ．X 是32He ，21Q Q > B ．X 是2He ，21Q Q > C ．X 是32He ，21Q Q <D ．X 是42He ，21Q Q <【例23】 中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为n m 、p m 、D m ．现用光子能量为E 的γ射线照射静止氘核使之分解，反应方程为D γ+=p n.+若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是 （ ） A ．2D p n 1[()]2m m m c E --- B ．2p n D 1[()]2m m m c E +-+C ．2D p n 1[()]2m m m cE --+ D ．2p n D 1[()]2m m m c E +--【例24】 如图所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着A 、B 、C 三个时钟，下列说法正确的是（ ）．A ．A 时钟走时最慢，B 时钟走时最快 B ．A 时钟走时最慢，C 时钟走时最快 C ．C 时钟走时最慢，A 时钟走时最快D ．B 时钟走时最慢．A 时钟走时最快【例25】 设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k 倍．则粒子运动时的质量等于其静止质量的 倍，粒子运动速度是光速的 倍．【例26】。