1、(三)原 子 物 理知识网络考点预测近代物理部分相对独立，主干知识是原子的量子化结构和核能，复习时要围绕玻尔理论、衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段，如粒子散射实验粒子与氮、铍、铝的碰撞分别发现了质子、中子和放射性同位素，加速器、对撞机等都是研究核物理的常用工具近年近代物理试题中出现不少中学教材中没有的新知识背景，如“超重元素”、“双电荷交换反应”、俄歇效应、原子内层空位产生的内转换机制、氢原子等在训练学生读题时，要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来，在学习心理学中，就是“
2、图式”的“同化”与“顺应”的过程，这类问题其实是“新瓶装旧酒”，还是考查课本上的知识点，只是对学生的能力要求提高了，要真正理解才能变通“联系实际，联系生活，联系高科技”已成为高考命题的趋势，考查内容体现时代气息，用新名词包装的试题增加试题越来越重视知识的联系，体现学科的综合性要点归纳一、原子的核式结构卢瑟福根据粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核式结构粒子散射实验的现象是：绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进；极少数粒子则发生了较大的偏转甚至返回注意，核式结构并没有指出原子核的组成二、波尔原子模型玻尔理论的主要内容：1“定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些
3、状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中的电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约2“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射(吸收)电磁波(光子)，其频率由两个定态的能量差值决定hEmEn3“能量量子化假设”和“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值三、原子核的衰变及三种射线的性质1衰变与衰变方程衰变：衰变：2和衰变次数的确定方法先由质量数确定衰变的次数，再由核电荷数守恒确定衰变的次数3半衰期(T)：放射性元素的
4、原子核有半数发生衰变所需的时间4特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关5规律：NN06三种射线射线射线射线射线物质微粒氦核 电子光子带电情况带正电(2e)带负电(e)不带电速度约为c接近cc贯穿本领小(空气中飞行几厘米)中(穿透几毫米厚的铝板)大(穿透几厘米厚的铅板)电离作用强次弱四、核能1爱因斯坦质能方程：Emc22核能的计算(1)若m以千克为单位，则：Emc2(2)若m以原子的质量单位u为单位，则：Em931.5 MeV3核能的获取途径(1)重核裂变：例如 10(2)轻核聚变：例如 聚变的条件：物质应达到超高温(几百万度以上)状态，故聚变反应亦称热核反应热点、重
5、点、难点一、玻尔模型能级概念例1氢原子的能级如图610 所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV3.11 eV，下列说法错误的是()图610A处于n3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n3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C大量处于n4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n4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】处于n3能级的氢原子吸收光子而发生电离的最小能量是1.51 eV，又因紫外线的频率大于可见光的频率，所以紫外线的光子能量E3.11 eV，故A正确由能级跃迁理论知，氢原子由高能级向n3能级
6、跃迁时，发出光子的能量E1.51 eV，所以发出光子能量小于可见光的光子能量由Eh知，发出光子频率小于可见光的光子频率，发出光子为红外线，具有较强的热效应，故B正确由能级跃迁理论知，n4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可发出6种频率的光子，故C正确由能级跃迁理论知，大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，发出光子的能量分别为：0.66 eV(43)，2.55 eV(42),12.75 eV(41),1.89 eV(32),12.09 eV(31)，10.2 eV(21)，所以只有32和42跃迁时发出的2种频率的光子属于可见光，故D错误答案D【点评】原子由定态n(n2)向低能级跃迁时可能辐射的光
7、子频率的种类为原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值计算时应注意：因一般取 远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位 1 eV1.61019 J二、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念例2现有三个核反应：_；_；_完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是()A是裂变，是衰变，是聚变B是聚变，是裂变，是衰变C是衰变，是裂变，是聚变D是衰变，是聚变，是裂变答案3C【点评】原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变；原子序数较大的重核分裂成原子序数较小的原子核，叫做重核裂变；原子序数很小的原子核聚合
8、成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变所有核反应都遵循质量数和电荷数守恒的规律，情况复杂时可列方程组求解三、核能和质量亏损例3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Q1XQ2方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核 质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001下列判断正确的是2009年高考重庆理综卷()AX是，Q2Q1BX是，Q2Q1CX是，Q2Q1DX是，Q2Q1【解析】核反应方程：中的质量亏损为：m11.0078 u12.0000 u13.0057 u0.0021 u根据电荷数守恒、质量数守恒可知：其质
9、量亏损为：m21.0078 u15.0001 u12.0000 u4.0026 u0.0053 u根据爱因斯坦质能方程得：Q1m1c2，Q2m2c2故Q1Q2答案B【点评】要注意u为质量单位，并不是能量单位，其中1 u1.66061027 kg,1 uc2931.5 MeV四、近代物理中的前沿科技问题近几年来，高考试题中STS(科学技术社会)问题(如反物质、中微子、介子、夸克、弗兰克赫兹实验等)占有较大的比例，出现了以科技前沿为背景的信息题解决这类试题的关键在于：认真阅读题目、理解题意，捕获有效信息、删除干扰信息；仔细分析问题所描述的物理状态或物理过程，并从中建立起相应的物理模型；最后运用相关
10、的物理规律求解例4K介子的衰变方程为K0，其中K介子和介子所带电荷量为元电荷e，0介子不带电如图611所示，两匀强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为B1、B2今有一个K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中，其轨迹为圆弧AP，P在MN上，K在P点时的速度为v，方向与MN垂直在P点该介子发生了上述衰变，衰变后产生的介子沿速度v的反方向射出，其运动轨迹如“心”形图线所示则以下说法正确的是()图611A介子的运行轨迹为PENCMDPB介子运行一周回到P用的时间TCB14B2D0介子做匀速直线运动【解析】由题意可知，K介子衰变为介子和0介子后，介子沿速度v的反方向射出，而介子带负电
11、，根据左手定则可以判断，介子的运行轨迹为PDMCNEP，则选项A错误；设介子在左右两侧磁场中做匀速圆周运动的半径分别为R1和R2，运动周期分别为T1和T2，由图可知：，又R1、R2，则B12B2，即选项C错误；而T1，T2，则介子运行一周回到P所用的时间T T1，即选项B正确；0介子由于不带电而不受洛伦兹力作用，它将做匀速直线运动，即选项D正确综上所述，选项B、D正确答案BD【点评】本题涉及匀速圆周运动、线速度、角速度、周期、向心力、洛伦兹力、左手定则、牛顿第二定律等知识点，考查学生对上述知识的理解和掌握程度，以及分析、推理的能力和信息处理的能力解决本题的关键在于：先利用左手定则判断介子的运行
12、轨迹，再运用洛伦兹力、牛顿第二定律等知识分析求解同类拓展2006年3月24日，由中国自行研究、设计的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克EAST核聚变实验装置(又称“人造太阳”)，如图612所示，已成功完成首次工作调试由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚变反应，所以被外界称为“人造太阳”“人造太阳”的原理就是在这台装置的真空室内加入少量氢的同位素氘和氚，使其在一定条件下发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量核聚变的主要原料是氘和氚，在海水中含量极其丰富则下列说法中错误的是()图612A“人造太阳”的核反应方程是B“人造太阳”的核反应方程是 3C“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是Emc
13、2D与这种热核聚变比较，核裂变反应堆产生的废物具有放射性【解析】“人造太阳”中的核反应为轻核的聚变，故A正确、B错误核反应释放的能量都遵循质能方程Emc2，C正确聚变方程产生的不具有放射性，而裂变反应产生的废物会衰变放出或射线，D正确答案B 经典考题本专题中的四部分内容在高考中一般都会以选择题出现，只是往往难度较低，题型相对单调，复习备考时应重基础，重在近年考题中总结命题的规律1类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效率在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是2009年高考北京理综卷()A机械波
14、的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用B机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波【解析】波长、波速、频率的关系对任何波都是成立的，对电磁波当然成立，故A正确干涉和衍射是波的特性，机械波、电磁波都是波，这些特性都具有，故B正确机械波是机械振动在介质中传播形成的，所以机械波的传播需要介质；电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远地传播形成的，所以电磁波的传播不需要介质，故C正确机械波既有横波又有纵波，但是电磁波只能是横波，其证据就是电磁波能够发生偏振现象，而偏振现象是横波才有的， D错误故正确答案应为D答
15、案D2科学家发现在月球上含有丰富的(氦3)它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为2关于聚变，下列表述正确的是2009年高考广东物理卷()A聚变反应不会释放能量B聚变反应产生了新的原子核C聚变反应没有质量亏损D目前核电站都采用聚变反应发电【解析】聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，会放出大量的能量但目前核电站都采用铀核的裂变反应因此B正确答案B【点评】同质量的核燃料聚变反应放出的能量远远超过裂变反应，而且聚变反应的产物往往无放射性但由于聚变反应需要几百万摄氏度以上的高温以及难以控制反应速度，故目前还没能用于发电3密闭有空气的薄塑料瓶
16、因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)2009年高考重庆理综卷()A内能增大，放出热量B内能减小，吸收热量C内能增大，对外界做功D内能减小，外界对其做功【解析】不计分子势能，空气的内能由温度决定，内能随温度降低而减小，A、C均错误；薄塑料瓶因降温而变扁，此时瓶内空气的体积减小，外界压缩空气做功，D正确；空气的内能减小、外界对空气做功，根据热力学第一定律可知空气向外界放热，B错误答案D【点评】本类题型在高考对热学的考查中最常见4氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n4的能级向n2 的能级跃迁时辐射出可见光a，从n3的能级向n2的能级跃迁时辐射出可见光b，则2009年高考四川理综卷()
17、A氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出射线B氢原子从n4的能级向n3的能级跃迁时会辐射出紫外线C在水中传播时，a光较b光的速度小D氢原子在n2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离【解析】射线的产生机理是原子核受激发，是原子核变化才产生的，A错误；根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差，从n4的能级向n3的能级跃迁时会辐射出的光子能量小于a光子的能量，不可能为紫外线，B错误；根据跃迁规律可知从n4的能级向n2的能级跃迁时辐射光子的能量大于从n3的能级向n2的能级跃迁时辐射光子的能量，则可见光a的光子能量大于b的，又根据光子能量Eh可得a光子的频率大于b的，则a的折
18、射率大于b的，又v可得在水中传播时，a光较b光的速度小，C正确；欲使在n2的能级处的氢原子发生电离，则吸收的能量一定不小于 3.4 eV，D错误答案C5一列简谐横波在某一时刻的波形图如图甲所示，图中P、Q两质点的横坐标分别为x1.5 m和x4.5 mP点的振动图象如图乙所示在下列四幅图中，Q点的振动图象可能是2009年高考全国理综卷()【解析】本题考查波的传播该波的波长为4 m，P、Q两质点间的距离为3 m若波沿x轴正方向传播，当P在平衡位置向上振动时，Q点此时应处于波峰，B正确；若波沿x轴负方向传播，P点处于向上振动时，Q点应处于波谷，C正确答案BC【点评】高考对波的图象考查时要求较高，难度大，需要准确作图以帮助分析各点的振动情况6在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴(图甲中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图甲所示有一半径为r的圆柱形的平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为2007年高考全国理综卷()甲ArB1.5rC2rD2.5r【解析】光从玻璃射向空气的临界角arcsin arcsin ，而入射角i，将发生全反射，光路图如图乙所示由几何关系得OBrtan 60cot 30r2r乙 答案C
