高考物理总复习专题讲座 第七讲 光的本性 原子物理 苏教版

第七讲 光的本性 原子物理
[考纲内容和要求]
光电效应（A ）光子（A ）爱因斯坦光电效应方程（B ）光的波粒二象性（A ）物质波（A ）激光的特性及其应用（A ）光的本性学说的发展简史（A ）
α粒子散射实验（A ）原子的核式结构（A ）氢原子的能级结构（B ）氢原子的电子云（A ）光子的发射和吸收（A ）原子核的组成（A ）天然放射性（A ）α、β、γ射线（A ）衰变（A ）半衰期（A ）原子核的人式转变（A ）核反应（A ）放射性同位素（A ）放射性污染和防护（A ）质量亏损（A ）爱因斯坦质能方程（B ）重核的裂变（A ）链式反应（A ）核反应堆（A ）轻核的聚变（A ）可控热核反应（A ）人类对物质结构的认识（A ）
一、基本概念的应用（高考几乎只在选择题中出现）
1.光的反射、折射、干涉、衍射、偏振；光谱；电磁波谱
例１.下列现象中说明光具有波粒二象性的是：（ D ）
A.光的色散和光的干涉
B.光的干涉和偏振
C.光的反射和光的折射
D.泊松亮斑和光电效应
例2.在应用电磁波的特性时，下列符合实际的是：（ BD ）
A.医院里常用X 射线对病房和手术室进行消毒
B.医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒
C.人造卫星对地面拍摄是利用紫外线照相有较好的分辩率
D.人造卫星对地面拍摄是利用红外线照相有较好的分辩率
例3.不同的电磁波产生机理不一定相同，在下列四组电磁波中产生机理相同的是：（ A ）
A.红外线、紫外线、可见光
B.微波、X 射线、 射线
C.无线电波、微波、红外线
D.红外线、紫外线、伦琴射线
2.原子核式结构、玻尔原子理论、天然放射现象、人工核转变、核能、重核裂变、轻核聚变 例4.根据玻尔理论，氢原子辐射一个光子后，则：（ B ）
A.电子绕核旋转半径变大
B.电子的动能变大
C.氢原子电势能变大
D.氢原子的能级值变大
例5.下列现象中，与原子内部变化有关的是：（ C ）
A.α粒子散射
B.光电效应
C.天然放射现象
D.原子发光现象
例6.构成等离子显示屏的等离子管发光，是通过高电压使低压氖氙气体原子的：（ B ）
A.自由电子周期性的运动而发光
B.外层电子受到激发而发光
C.内层电子受到激发而发光
D.原子核受到激发而发光
例7.一九九九年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家，下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是：（ BD ）
A.147
N + 42 He → 178 O + 11 H B. 23592 U + 10 n → 9038 Sr + 13654
Xe + 1010 n C. 23892 U → 23490
Th + 42 He D. 21
H + 31 H → 42 He + 10 n
二、基本实验（高考几乎只在选择题中出现）
1.光电效应、干涉法检查平面
例8.如图所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz ，则
以下判断正确的是：（ BC ）
A.发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率
B.
C.用λ=0.5μm 的光照射光电管时，电路中有电流产生
D.光照时间越长，电路中的光电流越大
例9. 这时光电流为I ，光电子的最大初动能为E K ，那么：（
BD A.
若用滤光片对复色光只滤去红光，则光电流I 一定变小 B.若用滤光片对复色光只滤去红光，则光电流I 有可能不变
C.若用滤光片对复色光只滤去黄光，则E K 一定不变
D.若用滤光片对复色光只滤去紫光，则E K 一定变小
2.α粒子散射、卢瑟福发现质子、查德威克发现中子
例10.对α粒子散射实验装置的描述，下列说法正确的是：（ AD ）
A.主要实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜
B.金箔的厚度对实验无影响
C.如果改用铝箔就不能发生散射现象
D.实验装置必须放在真空中 M 例11.如图所示，是卢瑟福发现质子的实验装置， M 是显微镜，S 是闪光屏，窗口F 处装铝箔， 氮气由阀门T 充入，A 是放射源。

在观察由
质子引起的闪烁之前需进行必要的调整是：（ B ）
A.充入氮气前，调整铝箔厚度，使S 上能见到引起的闪烁
B.充入氮气前，调整铝箔厚度，使S 上能见不到α粒子引起的闪烁
C.充入氮气后，调整铝箔厚度，使S 上有α粒子所引起的闪烁
D.充入氮气后，调整铝箔厚度，使S 三、综合计算 1.光电效应与电场、磁场知识的综合题 例12.如图所示，是测定光电效应产生
电子荷质的简要实验图，两极板相 距为d ，其中N 为金属板，当紫外
线照射后，将发射沿不同方向运动 的光电子而形成电流，从而引起电 流计指针偏转。

若调节R ，逐渐增大电压至读数为u 时，电流恰好为零。

切断开关，在NM 间加一垂直纸面的磁场，逐渐增大磁感应强度至B 时，电流也恰好为零。

求光电子的荷质比。

解：电流为零，加反向电压，动能定理：22
1m mV qu = 加磁场电流也恰为零，洛仑兹力提供向心力，电子作匀速圆周运动：
2
d qB mV R m == 则：228d B u m q =
2.核能、核反应与电流、磁场、动量、能量知识的综合题
例13.一个静止的147
N 俘获一个速度为2.3×107m/s 的中子后，生成一个复核A ，A 又衰变成B 和C 两个新核，且B 、C 两核速度方向相同，B 的质量是中子的11倍，速度为106m/s 。

让B 、C 在同一磁场中作匀速圆周运动，其半径之比R B ：R C =11：30，求：⑴C 核速度大小。

⑵根据计算判断C 核是什么？⑶写出核反应方程。

解：⑴ 动量守恒：m n v n = m B v B +m C v C v C = 3×106m/s
⑵ m C = 4 2,7,
52,==+==C B C B C q q q q q qB mv R 氦核42 He ⑶ 147
N + 10 n → 157 N → 115 B + 42 He
例14.一九九六年清华大学和香港大学的学生合作研制出太阳能汽车，该车是利用太阳能电
池将所接受的太阳能转化为电能而提供给电动机驱动汽车。

已知车上太阳能电池正对太阳时，电池加在电动机上的电压为U ，通过的电流为I ，电动机的直流电阻为R ，太阳辐射能量的总功率为P ，太阳光垂直照射到该太阳能电池的面板（接受太阳光能的装置）时，单位面积的辐射功率为P 0。

求：
⑴此时电动机的效率是多少？
⑵假若太阳光在穿过太空及地球表面大气层到达地面时，沿途的能量损耗忽略不计，则太阳到地球的距离r 是多大？
⑶太阳辐射的能量实际上是由质子参与一系列反应产生，而这一系列反应的总效果相当
于下述核反应：411 H → 42 He + 201 e 。

若质子11 H 、氦核42 He 、正电子01
e 的质量分别为P m 、αm 、e m 。

则在1s 内参与上述热核反应的质子数目是多少？
解：⑴ IU R I IU 2-=η ⑵ 根据能量关系：0024,4P P r P P r ππ==
⑶ 22)24(c m m m mc E e P --=∆=∆α
设1s 内参与热核反应的质子数为N ，有：4E N
Pt ∆= 2)24(4c
m m m P N e P --=
α
第七讲 光的本性 原子物理 练习题
1.关于光在传播过程中所表现的现象下述说法正确的是：（ BD ）
A.雨后天空出现的彩虹是光的衍射现象
B.白光通过分光镜在光屏上形成的彩色光带是光的色散现象
C.涂有增透膜的照相机镜头呈淡紫色，说明增透膜增强了对淡紫色光的透射程度
D.夜间观看到天边星座的位置比实际位置高，这是光的折射现象
2.利用光谱分析某固体物质组成，应该：（ B ）
A.将固体物质加热，使之炽热发光，形成光谱
B.将固体物质加热，使之汽化，再让白光通过它的蒸气，形成光谱
C.用白光照射物质，让光从其表面反射形成光谱
D.使该物质产生连续光谱
3.市场上有一种灯具“冷光灯”，用它照射物品时产生的热效应大大降低，从而被广泛地应 用于博物馆、商店等处。

这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表 面上镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显 著的红外线。

以λ表示红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为：（ B ）
A. 8λ
B. 4λ
C. 2
λ D. λ 4.微波在传播过程中若遇到金属，则会被金属表面全部反射，但微波在传播过程中能很好穿 过电介质，并引起电介质所装食品中的水分子发生振动，从而使食品被加热。

家庭用微波 炉正是利用这一特性工作的。

某一微波炉在工作时发出的微波频率为2450MHz ，下列说 法正确的是：（ A ）
A.这一微波的波长约为0.12m
B.这一微波的波长约为245m
C.微波炉的加热原理是利用了电流的热效应
D.微波炉内加热食品所用的器皿最好是金属器皿
5.正负电子对撞后湮灭成两个频率相同的光子。

已知普朗克恒量是h ,电子质量是m ，电量为 e ，电磁波在真空中传播速度为c ，则生成的光子在折射率为n 的介质中传播时，其波长 为：（ B ）
A. mc nhe
B. nmc h
C. m e
h n 2 D. mc nh 2 6.关于质能方程E=mc 2，下列说法正确的是：（ CD ）
A.质量和能量可以相互转化
B.当物体向外释放能量时，其质量必然减少，且减小的质量△m 与释放的能量△E 满足 △E=△mc 2
C.物体的核能可以用mc 2表示
D. mc 2是物体所蕴藏能量的总和
7.同学们根据中学物理知识讨论“随着岁月流逝，地球绕太阳公转的周期、日地间平均距离、 地球接受太阳的辐射能”的问题中，有下列结论，正确的是：（ ABD ）
A.太阳内部进行激烈的热核反应，向外辐射大量光子，太阳质量应不断减小
B.日地间距应不断增大，地球公转速度应不断减小，公转周期将不断增大
C.日地间距应不断减小，地球公转速度应不断增大
D.地球表面积平均接受的太阳辐射能将不断减小
8.如图所示，是查德威克发现中子 铍 石蜡
A 、
B 分别是：（ B ）
A. 42 He 、 11
H B. 10 n 、 11 H
C. 11 H 、 10 n
D. 10 n 、 01
e 9.在对宇宙的分析研究中，一个最有趣的宇宙物体就是所谓“黑洞”。

它是某些类星体（设 为质量为M 的均匀球体）的最后演变期。

研究表明：黑洞确实存在，当某种星体的半径 减小到从表面发出的光线没有足够的能量去脱离它，无限地远离它时，估计这种星体可能 成为黑洞。

因此，我们可以用能量守恒原理近似地求解黑洞的临界半径R 的数量级。

设 星体表面发出频率为ν的光子，其能量为h ν，由爱因斯坦质能方程，光子的质量可以描 述为m = h ν/c 2，已知质量为m 的粒子，离星体中心为r 处的引力势能为E P = —GMm/r ， 其中h 为普朗克恒量，c 为真空中的光速，G 为万有引力恒量。

⑴试求黑洞临界半径R 。

⑵如已知太阳的质量为6×1030Kg ，求当太阳变成黑洞时，其黑洞半径的数量级。

解：⑴光子以光速绕星球表面附近作匀速圆周运动：222,c
GM R R c m R Mm G == ⑵太阳为黑洞时：R = 4.4×103 m
10.科学家发现太空中的γ射线一般都是从很远的星体放射出来的。

当γ射线爆发时，在数 秒钟所产生的能量，相当于太阳在过去一百亿年所发出的能量总和的一千倍左右，大致相 当于将太阳全部质量转化为能量的总和，科学家利用超级计算机对γ射线爆发的状态进行 了模拟。

经过模拟，发现γ射线爆发是起源于一个垂死的星球的“坍塌”过程，只有星球 “坍塌”时，才可以发出这么巨大的能量。

已知太阳光照射到地球上大约需要8分钟时间，
由此估算：宇宙中，一次γ射线爆发所放出的能量。

（G=6.67×10—11Nm 2/Kg 2）
解：地球公转周期：T= 365天 = 31536000 s
日地间距：R= c t = 3×108×8×60 = 144×109 m
万有引力提供向心力：Kg GT
R M R T m R Mm G 3023
2221096.14,)2(⨯===ππ 爱因斯坦质能方程，得一次γ射线爆发所放出的能量：E = Mc 2 = 1.764×1047 J。