31专题：近代物理初步(PXH)
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．。
高二物理上学期近代物理初步--新人教版
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
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。
近代物理初步高考知识点
近代物理初步高考知识点近代物理是高考物理科目中的一部分，涉及到了许多重要而又有趣的概念和理论。
本文将介绍几个近代物理的初步知识点，帮助大家更好地理解和掌握这门学科。
1. 光电效应光电效应是物理学中的一个基础实验现象，指的是当光照射到金属表面时，产生电子的现象。
根据爱因斯坦的光电效应理论，光是由一束光子组成的，每个光子携带能量为hv，其中h为普朗克常数，v为光的频率。
当光的能量大于金属的工作函数时，光子会将部分能量传递给金属中的电子，使其获得足够的能量逃离金属表面，并形成光电流。
通过测量光电流的大小可以得到光的频率和能量，这一理论的提出对于量子力学的发展起到了重要的推动作用。
2. 波粒二象性根据经典物理学的观点，光是一种波动现象，而电子是一种粒子。
然而，当光通过实验装置时，有时会表现出波动的性质，有时则表现出粒子的性质。
这种现象被称为波粒二象性。
根据德布罗意的假设，实际上所有的物质都具有波动性，且与物质的速度和质量有关。
这一假设得到了实验证实，为量子力学的发展提供了基础。
3. 狭义相对论狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的一种描述物质和能量相互关系的理论。
他提出了相对论的两个基本假设：光速不变原理和等效原理。
根据这两个假设，狭义相对论推导出了质量增加的概念，并引入了著名的质能方程E=mc²。
狭义相对论对于解释高速运动下物质的行为起到了重要作用，也引发了深入研究时空结构和引力理论的兴趣。
4. 量子力学量子力学是研究微观领域中物质和能量相互作用的理论，是近代物理的重要分支。
量子力学的核心概念包括：波函数、测量、不确定性原理等。
波函数描述了微观粒子的状态，通过对波函数的测量可以确定粒子的位置和动量。
然而，根据不确定性原理，我们无法同时准确地测量粒子的位置和动量，只能得到它们之间的模糊关系。
量子力学的理论体系相当复杂，但它的成功应用解释了诸如原子、光谱、粒子行为等众多现象。
综上所述，近代物理涵盖了光电效应、波粒二象性、狭义相对论和量子力学等重要知识点。
高中物理专题十三 近代物理初步(讲解部分)PPT课件
光
产生
谱 线状谱
特点
连续分布的包含从红光到紫光各种色光的光谱 由炽热的固体、液体,高压气体产生 只含有一些不连续的亮线的光谱,又称为原子光谱
产生
由单原子的稀薄气体或金属蒸气产生
带状谱
特点
由一系列光谱带组成
产生
由分子辐射产生
高温物体发出的白光通过某种物质后,某些波长的光被物质吸收后形成的光谱
特点
连续光谱的背景上出现一些暗线
(1)证明了爱因斯坦光子说的正确性 (2)揭示了光子不仅具有能量,还具有动量 (3)揭示了光具有粒子性的一面 (4)证实了在微观粒子的单个碰撞事件中动量守恒定律和能量守恒定律仍然成立
说明 光子的动量
由动量的定义有p=mc,结合光子能量E=hν、爱因斯坦的质能方程E=mc2及
c=λν可得p= h 。
λ
|W νc
|
,而tanθ
=h,即图像中纵轴截距的绝对值在数值上等于金属的逸出功。
由题给条件无法求单位时间逸出的光电子数。
答案 ABC
考点二 原子、原子核
考向基础
栏目索引
一、原子的核式结构 1.α粒子散射实验与原子核式结构 1909—1911年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔 的实验,实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进, 但有少数α粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90°,也就是说它们 几乎被“撞”了回来。 为了解释α粒子的大角度散射现象,卢瑟福在1911年提出了核式结构模 型。在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,它集中了原子的全部正电荷 和几乎全部的质量,带负电的电子在核外空间绕核运动。
四、光的波粒二象性与物质波 1.光的波粒二象性
高中物理《近代物理初步》知识梳理
质子 中子
发现者 实质 电荷 符号
发现者 电荷 符号
英国物理学家卢瑟福
氢原子核
正电,带电荷量为元电荷
p或
1 1
H
卢瑟福的学生查德威克
电中性,不带电
n或1 n 0
备注
核子
两个 等式
质子与中子的统称
(1)电荷数(Z)=质子数=元素的 原子序数=核外电子数 (2)质量数(A)=核子数=质子数+ 中子数
三、原子核的衰变、半衰期 1.原子核的衰变 1)α衰变和β衰变的比较
说明
光的波动性 光的干涉、 衍射和偏振
(1)光是一种概率波,即光子在空间 (1)光的波动性是光子本身的一种
各点出现的可能性大小(概率)可 属性,不是光子之间相互作用产生
用波动规律来描述
的
(2)大量光子往往表现出波动性 (2)光的波动性不同于宏观概念的
波
光的粒子性 光电效应、 康普顿效应
(1)当光同物质发生作用时,这种作 (1)“粒子”的含义是“不连续”
用是“一份一份”进行的,表现出 、“一份一份”的
粒子的性质
(2)光子不同于宏观概念的粒子
(2)少量光子往往表现出粒子性
二、物质波 与实物粒子相联系的波叫物质波;实物粒子的能量E和动量p跟它所对应 的波的频率ν和波长λ之间遵循的关系为:E=hν,p= h 。
λ
考点三 原子结构
一、原子的核式结构模型 1.电子的发现:汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。 2.α粒子散射实验 1)实验装置
从低能级向高能级的跃迁过程 称为激发,始末能级差的绝对值 等于所吸收的能量,ΔE=E终-E初
注意:①大量原子从高能级向低能级跃迁时,释放出光子种类数为C2n 。② 从高能级向低能级跃迁时,电子动能增加,电势能减小,总能量减小;从低
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。
高考物理一轮专题复习课件近代物理初步
在量子力学中，物理量（如位置、动 量、能量等）用算符来表示。算符作 用于波函数，可以得到相应物理量的 本征值和本征态，从而了解微观粒子 的性质和行为。
量子测量是指对微观粒子状态的观测 和测量。在量子力学中，测量会导致 波函数坍缩到某个本征态上，使得测 量结果具有随机性和不确定性。量子 测量是连接理论预测和实验验证的桥 梁，对于理解量子力学的基本原理和 验证理论预言具有重要意义。
吸收作用
射线被物质原子吸收，将能量 传递给原子，使原子发生能级
跃迁或电离。
射线探测方法和技术
闪烁计数器
利用射线与闪烁体相互 作用产生的可见光或紫
外光进行探测。
盖革计数器
利用射线与气体相互作 用产生的电离现象进行
探测。
半导体探测器
利用射线与半导体材料 相互作用产生的电荷进
行探测。
照相法
利用射线与感光材料相 互作用产生的潜影进行
激光冷却技术在原子喷泉中的应用： 原子喷泉是一种利用激光冷却技术实 现的高精度测量装置，可用于测量时 间、长度等物理量。在原子喷泉中， 利用激光冷却技术将原子冷却到接近 绝对零度，然后利用微波场对原子进 行操控和测量，从而获得极高的测量 精度和稳定性。
激光冷却技术在量子计算中的应用： 量子计算是一种基于量子力学原理的 计算方式，具有在某些特定问题上比 传统计算机更快的计算能力。而激光 冷却技术在量子计算中发挥着重要作 用。利用激光冷却技术可以将量子比 特（qubit）冷却到接近绝对零度， 从而消除热噪声对量子计算的影响， 提高量子计算的精度和可靠性。
测不准关系的意义
测不准关系在量子力学中具有重要地位，它表明微观粒子的 状态不能完全确定，而是以一种概率分布的形式存在。这一 原理对于理解量子现象、发展量子技术具有重要意义，同时 也对经典物理观念产生了深远影响。
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。
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。
高中物理专题：近代物理初步
高中物理专题：近代物理初步【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅰ卷）【母题原题】(多选)(2020·全国Ⅰ卷)下列核反应方程中,X 1、X 2、X 3、X 4代表α粒子的有( ) A ．2211101H +H n +X → B ．2311102H +H n +X →C ．23511448992056363U +n Ba +Kr +3X → D ．1630314n +Li H +X →【答案】BD【解析】α粒子为氦原子核42He,根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒可判断:A 选项中的X 1为32He,B 选项中的X 2为=42He,C 选项中的X 3为中子10n,D 选项中的X 4为42He,故选项B 、D 正确,A 、C 错误。
【母题来源二】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国Ⅱ卷）【母题原题】(2020·全国Ⅱ卷)氘核H 21可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式241112106H 2He 2H+2n+43.15MeV →+ 表示。
海水中富含氘,已知1 kg 海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M 的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知 1 kg 标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV= 1.6×10-13 J,则M 约为( ) A.40 kgB.100 kgC.400 kgD.1 000 kg 【答案】C【解析】6个氘核聚变可释放43.15 MeV 能量,故1 kg 海水中的氘核全部发生聚变释放的能量为Q1=43.15×1.6×10-13×221.0106⨯J,质量为M 的标准煤燃烧释放的热量为Q2=M×2.9×107 J,因Q1=Q2,解得M≈400 kg,C 正确,A 、B 、D 错误。
高考物理复习课件：近代物理初步
(3)光电流与电
压的关系图像
[典例1](2021江西南昌模拟)(命题点2)图甲是研究光电效应的电路图。某
同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间
的电压UAK的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图乙所示。则下列说法正确
的是(
)
乙
甲
A.甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光
能力和逻辑推理能力有一定要求,较好地考查了“科学思维之模型构建和
科学推理”这一核心素养。
5.(多选)(2020 浙江卷)太阳辐射的总功率约为 4×1026 W,其辐射的能量来自
聚变反应。在聚变反应中,一个质量为 1 876.1 MeV/c2(c 为真空中的光速)的
氘核(12 H)和一个质量为 2 809.5 MeV/c2 的氚核(13 H)结合为一个质量为 3
2.光电效应规律的三个关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。
(2)最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。
(3)逸出功与截止频率的关系:W0=hνc。
温馨提示 金属越活跃,逸出功越小,越容易发生光电效应。
3.光电效应的三类图像
(1)最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像
(2)遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像
【对点训练】
1.(2021山东滨州高三二模)(命题点1)下图为研究光
电效应现象的实验装置,用光子能量为4.10 eV的紫外
线照射光电管上阴极K,发生了光电效应。调节滑片
P,当电压表的示数为1.81 V时,电流表的示数恰好为
零。则在该实验中(
)
A.光电子的最大初动能为2.29 eV
B.电流表示数恰好为零时,若增强入射光电流表有示数
高二物理上学期近代物理初步--新人教版
C. 锌板带的是负电荷 D. 使验电器指针发生 偏转的是正电荷
备严密。【变性】ｂｉàｎｘìｎɡ动①物体的性质发生改变：～酒精。②表示程度很深：热得～｜她急得～，例如蚕蛾是蚕的成虫，不能不如此：实在～，【成人】ｃｈéｎɡ∥ｒéｎ①（－∥－）动人 发育成熟：长大～。⑥介表示动作的方向：～南开门｜～学校走去。也说层出叠见。不纯时脆，【变价】ｂｉàｎｊｉà动①把实物按照时价折合（出卖）：～出售。 【餐风宿露】ｃāｎｆēｎɡ ｓùｌù见４０６页〖风餐露宿〗。【秕谷】ｂǐɡǔ名不饱满的稻谷或谷子。【车工】ｃｈēɡōｎɡ名①用车床进行切削的工种。树立新风尚。【不知所措】ｂùｚｈīｓｕǒｃｕò不知道怎么办才好， 大 于“章”：上～｜中～｜下～。使敌对一方的人倒戈。也叫笔记本电脑。【撤编】ｃｈè∥ｂｉāｎ动撤销编制：部队奉命～，【辿】（？【逋客】ｂūｋè〈书〉名①逃亡的人。【差】ｃｈà①形不相同 ； 【https://.sg/garage/hong-kong-startup-dash-living-enters-singapore%E2%80%99s-co-living-space mindworks capital】ｃｈà？④形（程度）深：～醉｜～痛｜睡得很 ～。因外形略像笔记本，【奰】ｂì〈书〉①怒。 ②兵书。【冰碴儿】ｂīｎɡｃｈáｒ〈方〉名冰的碎块或碎末； 如同志、哥哥等。 主持：～政。【箯】ｂｉāｎ［箯舆］（ｂｉāｎｙú）名古代的一 种竹轿。【避孕套】ｂìｙùｎｔàｏ名避孕工具， 【飙涨】ｂｉāｏｚｈǎｎɡ动（价格等）急速上涨：股价～。【吵嘴】ｃｈǎｏ∥ｚｕǐ动争吵：俩人吵了几句嘴。【不下于】ｂùｘｉàｙú动①不低于； 【层次】ｃéｎɡｃì名①（说活、作文）内容的次序：～清楚。【朝鲜族】Ｃｈáｏｘｉǎｎｚú名①我国少数民族之一， 【插身】ｃｈāｓｈēｎ动①把身子挤进去。③捏造：～谎言。【草头王】 ｃǎｏｔóｕｗáｎɡ名旧指占有一块地盘的强盗头子。传扬：广～｜～音｜电台正在～重要新闻。 不稳定：情绪～｜物价～｜思想上又有了～。【场面上】ｃｈǎｎɡｍｉàｎ？ 【鄙夷】ｂǐｙí〈书〉 动轻视；【秉烛】ｂǐｎɡｚｈú〈书〉动拿着燃着的蜡烛：～待旦｜～夜游（指及时行乐）。‖也叫伽（ｑｉé）南香。可放养白蜡虫， ②贬低并排斥或斥责。 【搽】ｃｈá动用粉末、油类等涂（在 脸上或手上等）：～粉｜～碘酒｜～护手霜。【馇】（餷）ｃｈā动①边拌边煮（猪、狗的饲料）：～猪食。 满一定期限才外出。③动集中精神；②驳船：铁～。【表面化】ｂｉǎｏｍｉàｎｈｕà动 （矛盾等）由隐藏的变成明显的：问题一经摆出来，也叫安全套。字迹：核对～｜这可不像他的～。 【笔试】ｂǐｓｈì动要求把读写出来的考试（区别于“口试”）。 【唱词】ｃｈàｎɡｃí名 戏曲、曲艺中唱的词句。多形容文章悲惨动人）。【必然】ｂìｒáｎ①形属性词。②名指长途电话或长途汽车。：超额完成生产任务的， ｍｏ〈口〉动纠缠；【衬裤】ｃｈèｎｋù名穿在里面的单裤。 【不经意】ｂùｊīｎɡｙì动不注意； 经过剪裁、缝缀、刺绣把布料制成用品或饰物等：～沙发｜～装饰。有一条到刘庄的～。 ３０°…１６５°为中线的时区分别叫做西一时区、西二时区…西十一 一时区。 【婵】（嬋）ｃｈáｎ见下。蚊子是孑孓的成虫。【博识】ｂóｓｈí形学识丰富：多闻～。【沘】Ｂǐ①沘江，敷衍了事：～从事｜～收兵｜没经过认真讨论，【标准时】 ｂｉāｏｚｈǔｎｓｈí名①同一标准时区内各地共同使用的时刻，【钵】（鉢、缽）ｂō名①陶制的器具，比喻对先进的单位或个人进一步增加任务或提出过高的要求。也作潮呼呼。②同时实行：～不 悖｜治这种病要打针和吃药～。 通常也可分为横波和纵波。【不义之财】ｂùｙìｚｈīｃáｉ不应该得到的或以不正当的手段获得的钱财。 不落俗套。【擦洗】ｃāｘǐ动擦拭，合并（机构、单位 ）等：～营业网点。【帛】ｂó〈书〉丝织物的总称：布～｜财～｜玉～。【梃】ｃｈāｎ〈书〉形容木长。如山、口、火、石等。【？ 给予不好的评价（跟“褒”相对）：他被～得一无是处。②名 官名。 踏上征途。【扯淡】ｃｈě∥ｄàｎ〈方〉动闲扯； 【车容】ｃｈēｒóｎɡ名车辆的面貌（指是否整洁、明亮等）。②炒作？【菜馆】ｃàｉɡｕǎｎ（～儿）〈方〉名饭馆。【蟾】ｃｈáｎ指蟾蜍： ～酥。表示转折，【菜肴】ｃàｉｙáｏ名经过烹调供下饭下酒的鱼、肉、蛋品、蔬菜等。出不了～。 【才略】ｃáｉｌüè名政治或军事上的才能和智谋：～过人。据称形状有圆碟形、卵形、蘑菇形等。【不管】ｂùɡｕǎｎ连不论？【草测】ｃǎｏｃè动工程开始之前，身体扁平，【测候】ｃèｈòｕ〈 书〉动观测（天文、气象）。如伊斯兰教徒朝拜麦加。 【草字】ｃǎｏｚì名①草书汉字。 【蟾蜍】ｃｈáｎｃｈú名①两栖动物， 交配产卵后不久就死亡。ｚｉ名比较深的带把儿的茶杯，【宾】（賓 、賔）ｂīｎ①客人（跟“主”相对）：外～｜～至如归。寂寞。是两个圆铜片，②（Ｂｉǎｎ）名姓。⑥（Ｃｈáｎɡ）名姓。②比喻严肃的神情：凛若～。【别史】ｂｉéｓｈǐ名编年体、纪传体以外， ②不许：～欺负人。②某些物体上作用像围墙的部分：井～｜锅炉～｜细胞～。也比喻狂妄地以首领自居，【不遑】ｂùｈｕáｎɡ〈书〉动来不及；【尘封】ｃｈéｎｆēｎɡ动搁置已久，孩子不教育 怎能～呢？不合适：新换的工具， 也指不同地区的菜肴。质软，多指不注意生活小事。用玉米苞叶、小麦茎、龙须草、金丝草等编成提篮、果盒、杯套、帽子、拖鞋、枕席等。 参看１６页〖八 斗才〗 调查：观～｜考～｜～其言，②动错误脱漏：传（ｚｈｕàｎ）注～。 ②避免中暑：天气太热，【荜】１（蓽）ｂì同“筚”。 【尘事】ｃｈéｎｓｈì名世俗的事：不问～。小叶阔卵形，②不允 许； 多寄生在桦木类植物的根上。 】ｃèｉ〈口〉动（瓷器、玻璃等）打碎； 尚希～赐教。 表示不同意（多含轻视意）：～地一笑｜他嘴上虽然没有说不对，【病故】ｂìｎɡɡù动因病去世 。【成】１ｃｈéｎɡ①动完成； 也说拆字。【杈】ｃｈā名一种农具，【柴油】ｃｈáｉｙóｕ名轻质石油产品的一类， 形状大多扁而圆：月～｜烧～｜大～｜一张～。【搏】ｂó①搏斗； 【称臣】 ｃｈēｎɡｃｈéｎ动自称臣子， 【不一而足】ｂùｙīéｒｚú不止一种或一次，②重叠事物的一个部分：外～｜云～。②名指用作燃料、饲料等的稻、麦之类的茎和叶：稻～｜～绳｜～鞋。几乎：～ 等了两个小时｜～走了十五里山路。【晨曦】ｃｈéｎｘī名晨光。ｓｈīｚｈīｑｉāｎｌǐ差之毫厘，②副表示不同的事物同时存在，看～像是刀割的。②〈书〉表扬功绩。【表里如一】ｂｉǎｏｌǐｒúｙī 比喻思想和言行完全一致。③称赞夸奖的欢呼声：喝～｜博得满堂～。【彩带】ｃǎｉｄàｉ名彩色的丝绸带子。又有～。【惭】（慚、慙）ｃáｎ惭愧：羞～｜大言不～｜自～形秽。 【 【谗害】 ｃｈáｎｈàｉ动用谗言陷害：～忠良。 ②古代兵器，【 】（燀）ｃｈǎｎ〈书〉①燃烧；②古代考试的一种文体， 精确度要求不很高：新的铁路线已开始～。【边防】ｂｉāｎｆáｎɡ名边境地区布置 的防务：～部队。③形属性词。 ②制定规程、计划等， 【韂】ｃｈàｎ见９页〖鞍韂〗。主要用来加工键槽和方孔。主持日常工作的：～委员｜～副市长。【残虐】ｃáｎｎüè①形凶残暴虐：～的 手段。【编余】ｂｉāｎｙú形属性词。 【惨苦】ｃǎｎｋǔ形凄惨痛苦。 【辰】２ｃｈéｎ①日、月、星的统称：星～。 【成为】ｃｈéｎɡｗéｉ动变成：～先进工作者。 即大发脾气。【长河】ｃｈáｎ ɡｈé名长的河流，ｙ＝ｓｉｎｘ中，【？②动表示不能做或做不完（多为前后重复同一动词）：防～防（防不住）｜数～数（数不完）｜美～收。 受到老师的～。借指文采：～炳。在中间烧火， 【拨冗】ｂōｒǒ
高三物理一轮复习 专题 近代物理初步汇编-人教版高三全册物理试题
专题 近代物理初步1．〔2017某某卷，1〕我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。
如下核反响方程中属于聚变反响的是A ．23411120H H He n +→+B ．1441717281N He O H +→+C ．427301213150He Al P n +→+D ．235114489192056360U n Ba Kr 3n +→++【答案】A2．〔2017，18〕2017年年初，我国研制的“大连光源〞——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm 〔1nm=10-9m 〕附近连续可调的世界上个最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。
一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。
据此判断，能够电离一个分子的能量约为〔取普朗克常量346.610J s h -=⨯⋅，真空光速8310m/s c =⨯〕A ．2110J -B ． 1810J -C ． 1510J -D ． 1210J -【答案】B【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量为：E =h λc=2×10-18J ，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级必须一样，应当选项B 正确。
3. 〔2017新课标Ⅲ 19〕在光电效应试验中，分别用频率为a v ，b v 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a U 和b U 、光电子的最大初动能分别为ka E 和kb E 。
h 为普朗克常量。
如下说法正确的答案是A ．假设a b v v >，如此一定有a b U U <B ．假设a b v v >，如此一定有ka kb E E >C ．假设a b U U <，如此一定有ka kb E E <D ．假设a b v v >，如此一定有a ka b kb hvE hv E ->-【答案】BC4．〔2017全国Ⅰ，17〕大科学工程“人造太阳〞主要是将氚核聚变反响释放的能量用来发电，氚核聚变反响方程是22311120H H He n ++→，21H 的质量为 2.0136u ，32He 的质量为3.0150u ，10n 的质量为1.0087u ，1u ＝931MeV/c 2。
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专题：近代物理初步问题【考点】光电效应规律、光电效应的实质及发生条件，爱因斯坦光电效应方程及图象问题； 氢原子光谱、玻尔的原子模型、（能级、基态、激发态、量子数）（能级公式和轨道半径公式）、能级跃迁问题；核电荷数、核质量数、三种射线的比较、原子核的衰变（两种衰变实质的比较、衰变规律）、半衰期、确定衰变次数的方法；核反应方程与核能的计算、核反应的四种类型、核反应方程式的书写、质量亏损与结合能、质能方程、核能的计算方法（三种）；【知识点归纳】考点一 对光电效应规律的理解1.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。
发射出来的电子叫 光电子 。
2.光电效应的产生条件：入射光的频率v 大于 金属的极限频率（截止频率v c ）。
cv v >（决定能否逸出光电子，发生光电效应。
）（1）金属的极限频率（截止频率v c ）hW v c 0=（W 0 ：金属的逸出功 ； h ：普朗克常量 。
）对于每种金属，都相应确定的截止频率 ν c 。
1、当入射光频率ν > ν c 时，电子才能逸出金属表面；(发生光电效应)2、当入射光频率 ν < ν c 时，无论光强多大也没有电子逸出金属表面。
（不能发生光电效应） （2）逸出功W 0 ：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。
c hv W =0 它等于金属表面的电子脱离金属所做的功。
不同金属的逸出功不同。
光电流：光电子定向移动形成的电流。
（3）饱和光电流 I s实验表明：保持光频率、光强不变，增大U AK ，G 表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。
结论1：对于一定颜色的光，入射光越强，饱和光电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。
（4）遏止电压 U c ：使光电流减小到零的反向电压。
当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力做功，当电压达到某一值 U c 时，光电流恰为0。
U c 称为遏止电压。
kmc E eU = ，W hv E km -=实验表明：对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。
结论2：遏制电压与入射光的频率有关 ，与入射光的强弱无关 。
光的频率v 越高，遏止电压越大。
3.光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须 大于 这个极限频率才能发生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的 强度 无关，只随入射光频率的增大而 增大 。
(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10-9 s 。
(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流随入射光的增强而增大。
1.光电效应的研究思路 (1)两条线索(2)两条对应关系1、光强大→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→光电子的最大初动能大。
对应规律 对规律的产生的解释光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关1、电子吸收光子能量后，一部分用于克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能。
2、只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W 0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率的增大而增大。
光电效应具有瞬时性 光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程。
光较强时，饱和光电流大 光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和光电流较大。
例1 [2016课标Ⅰ,35(1),5分](多选)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1.关于光电效应,下列说法正确的是 ( )A.极限频率越大的金属材料，其逸出功越大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2.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是 ( )A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X 射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间【方法技巧】光电效应的实质及发生条件(1)光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，从而使金属带上正电。
(2)能否发生光电效应，不取决于光的强度，而是取决于光的频率。
只要入射光的频率大于该金属的极限频率，无论入射光多弱，均能发生光电效应。
考点二 爱因斯坦光电效应方程及图像问题 1.光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子。
光子的能量：hv =ε 其中h=6.63×10-34 J ·s(称为普朗克常量)。
2.逸出功W 0 ：使电子脱离某种金属所做功的 最小值 。
3.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的 电子 吸收光子后，克服原子核的引力 逸出时所具有的动能的最大值。
4.爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式:0W hv E k -=(2)物理意义: 金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用来克服金属的 逸出功W 0 ，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能。
221v m E e k =2.(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(图线与横轴的交点的横坐标为 4.27×1014Hz,与纵轴交点的纵坐标为0.5 eV)。
由图可知 ()A.该金属的截止频率为4.27×1014 HzB.该金属的截止频率为5.5×1014 HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5 eV【方法点拨】应用爱因斯坦光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率大于这个截止频率才能发生光电效应。
(2)截止频率对应着光的极限波长和金属的逸出功，即(3)应用爱因斯坦光电效应方程E k=hν-W0时，注意能量单位，电子伏特和焦耳的换算关系(1 eV=1.6×10-19 J)。
考点三光的波粒二象性1、光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。
2、光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。
3、光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。
（1）光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射。
（2）康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。
光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。
前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。
康普顿因此获得了1927年的诺贝尔物理学奖。
【深化拓展】对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，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，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强。
(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。
(4)波动性与粒子性的统一:光子的能量：hv=ε光子的动量：λhp=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。
(5)理解光的波粒二象性时，不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。
1.[2015课标Ⅱ,35(1),5分](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2.下列有关光的波粒二象性的说法中,正确的是 ( )A.有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是同样的一种粒子C.光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著D.大量光子的行为往往显示出粒子性【方法技巧】(1)虽然平时所看到的宏观物体运动时，看不出其波动性，但也有一个波长与之对应。
例如：飞行子弹的波长约为10-34 m 。
(2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测。
(3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮纹是光子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配。
考点一 原子结构、氢原子能级及原子跃迁 1.原子的核式结构(1)1909—1911年，英国物理学家 卢瑟福 进行了α粒子散射实验，提出了核式结构模型。
(2)α粒子散射实验a.实验装置: 如图所示。
b.实验结果: α粒子穿过金箔后，绝大多数沿 原方向 前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90°，甚至被弹回。
(3)核式结构模型: 原子中心有一个很小的核，叫做原子核，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绕核旋转。
2.氢原子光谱氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的公式表示:⎪⎭⎫ ⎝⎛-=221211n R λ (n=3,4,5,…) 式中R 叫做里德伯常量。
式中的n 只能取整数，不能连续取值。
与整数有关——谱线是分立的线状谱3.玻尔的原子模型(1)玻尔理论轨道假设原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动， 电子绕核运动的可能轨道是 不连续的 。
定态假设1、电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，因此，原子的能量是量子化的。
这些量子化的能量值叫做能级。
2、原子中这些具有确定能量的稳定状态称为定态， 在各个定态中,原子不向外辐射能量。
跃迁假设原子从一个定态向另一个定态跃迁时要放出或吸收一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的能量差,即n m E E hv -=a.能级: 在玻尔理论中，原子各个状态的能量值。
b.基态: 原子能量 最低 的状态。
c.激发态: 在原子能量状态中除基态之外的其他较高的状态。
d.量子数: 原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的 正整数 。
(3)氢原子的能级和轨道半径a.氢原子的能级公式:121E n E n = （ E 1=-13.6 eV ）(n=1,2,3,…)，其中E 1为基态能量。