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《近代物理初步》專題突破 【考點定位】 作為選擇題和填空題，本考點的涉及面廣，選項可能涉及近代物理學史，波爾模型，光電效應和原子核結構，而填空題可能涉及衰變、核反應方程的書寫、光電效應的極限頻率和最大初動能等，既是備考的重點也是命題的熱門選項。 考點一、波粒二象性 1．量子論：①普朗克認為物質(zhì)的輻射能量并不是無限可分的，其最小的、不可分的能量單元即“能量子”或稱“量子”，也就是說組成能量的單元是量子。每一份電磁波的能量②物質(zhì)的輻射能量不是連續(xù)的，而是以量子的整數(shù)倍跳躍式變化的③1905年，愛因斯坦獎量子概念推廣到光的傳播中，提出了光量子論。。即：. 其中是電磁波的頻率，h為普朗克恒量：h=6.6310－34 2．黑體和黑體輻射：①任何物體在任何溫度下都要發(fā)射各種波長的電磁波，并且其輻射能量的大小及輻射能量按波長的分布都與溫度有關；②隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有增加；③隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短方向移動。 3．光電效應：在光的照射下，金屬中的電子從表面逸出，發(fā)射出來的電子就叫光電子，①任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能發(fā)生光電效應，低于極限頻率的光不能發(fā)生光電效應。②光電子的最大初動能與入射光的強度無關，光隨入射光頻率的增大而增大。③大于極限頻率的光照射金屬時，光電流強度（反映單位時間發(fā)射出的光電子數(shù)的多少），與入射光強度成正比。④金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過10－9秒。波動說認為：光的能量即光的強度是由光波的振幅決定的與光的頻率無關。所以波動說對解釋上述實驗規(guī)律中的①②④條都遇到困難 考點二、原子結構 1．湯姆生原子結構模型：1897年英國物理學家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，從而打破了原子不可再分的觀念，揭示出原子也有復雜的結構。湯姆生的原子模型：1903年湯姆生設想原子是一個帶電小球，它的正電荷均勻分布在整個球體內(nèi)，而帶負電的電子鑲嵌在正電荷中。 2．原子核式結構模型：實驗結構圖如下，實驗現(xiàn)象：a. 絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿原來方向運動，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。b. 有少數(shù)粒子發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)c. 有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90，有的幾乎達到180，即被反向彈回。結論否定了湯姆生原子結構模型，提出核式結構模型即在原子中心存在一個很小的核，稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，帶負電荷的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。 3．波爾的原子機構模型：原子核式結構模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾（兩方面）。a．電子繞核作圓周運動是加速運動，按照經(jīng)典理論，加速運動的電荷，要不斷地向周圍發(fā)射電磁波，電子的能量就要不斷減少，最后電子要落到原子核上，這與原子通常是穩(wěn)定的事實相矛盾。b．電子繞核旋轉(zhuǎn)時輻射電磁波的頻率應等于電子繞核旋轉(zhuǎn)的頻率，隨著旋轉(zhuǎn)軌道的連續(xù)變小，電子輻射的電磁波的頻率也應是連續(xù)變化，因此按照這種推理原子光譜應是連續(xù)光譜，這種原子光譜是線狀光譜事實相矛盾。上述兩個矛盾說明，經(jīng)典電磁理論已不適用原子系統(tǒng)，玻爾從光譜學成就得到啟發(fā)，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三個假設： ①定態(tài)假設：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運動，但并不向外在輻射能量，這些狀態(tài)叫定態(tài)。 ②躍遷假設：原子從一個定態(tài)（設能量為Em）躍遷到另一定態(tài)（設能量為En）時，它輻射成吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即 hv=Em－En ③軌道量子化假設，原子的不同能量狀態(tài)，跟電子不同的運行軌道相對應。原子的能量不連續(xù)因而電子可能軌道的分布也是不連續(xù)的。 總結：①能級：各個狀態(tài)的能量值。②基態(tài)即能量值最低的狀態(tài)，距離原子核最近的運行軌道。③氫原子能級公式 考點三、原子核結構 1．天然放射現(xiàn)象：1896年法國物理學，貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射現(xiàn)象。從而揭示出原子核也有復雜的結構。放射性射線的成分有三種 射線種類 射線組成 性質(zhì) 電離作用 貫穿能力 射線 氦核組成的粒子流 很強 很弱 射線 高速電子流 較強 較強 射線 高頻光子 很弱 很強 2．原子核衰變和半衰期：衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒。 衰變類型 衰變方程 衰變規(guī)律 衰變 新核 衰變 新核 衰變的實質(zhì)：，輻射伴隨著衰變和衰變產(chǎn)生 半衰期：放射性元素的原子核的半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間，稱該元素的半衰期。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系。 3．1934年，約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)經(jīng)過α粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷， 即： 4．核反應方程：⑴盧瑟福用α粒子轟擊氦核打出質(zhì)子： ⑵貝克勒耳和居里夫人發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象： α衰變： β衰變： ⑶查德威克用α粒子轟擊鈹核打出中子： ⑷居里夫人發(fā)現(xiàn)正電子： ⑸輕核聚變： ⑹重核裂變： 5．重核裂變 核聚變 Ⅰ 釋放核能的途徑——裂變和聚變 ⑴裂變反應： ①裂變：重核在一定條件下轉(zhuǎn)變成兩個中等質(zhì)量的核的反應，叫做原子核的裂變反應。 例如： ②鏈式反應：在裂變反應用產(chǎn)生的中子，再被其他鈾核浮獲使反應繼續(xù)下去。 鏈式反應的條件： 臨界體積，極高的溫度. ③裂變時平均每個核子放能約200Mev能量 1kg全部裂變放出的能量相當于2800噸煤完全燃燒放出能量！ ⑵聚變反應： ①聚變反應：輕的原子核聚合成較重的原子核的反應，稱為聚變反應。 例如： ②一個氘核與一個氚核結合成一個氦核時（同時放出一個中子），釋放出17.6MeV的能量，平均每個核子放出的能量3MeV以上。比列變反應中平均每個核子放出的能量大3~4倍。 ③聚變反應的條件；幾百萬攝氏度的高溫。 【例題演練】 1．下列幾種說法中有一種是錯誤的，它是（ ） A．大如太陽、地球等這些宏觀的運動物體也具有波動性，這種波是物質(zhì)波 B．光子與物質(zhì)微粒發(fā)生相互作用時，不僅遵循能量守恒，還遵循動量守恒 C．光子與光電子是同一種粒子，它們對應的波也都是概率波 D．核力是一種強相互作用力，熱核反應中庫侖力做功與核力做功相比能忽略 【答案】C 2．U的衰變有多種途徑，其中一種途徑是先衰變成Bi，然后可以經(jīng)一次衰變變成X（X代表某種元素），也可以經(jīng)一次衰變變成Ti，最后都衰變變成Pb，衰變路徑如右圖所示，下列說法中正確的是（ ） A．過程①是β衰變，過程③是α衰變；過程②是β衰變，過程④是α衰變 B．過程①是β衰變，過程③是α衰變；過程②是α衰變，過程④是β衰變 C．過程①是α衰變，過程③是β衰變；過程②是β衰變，過程④是α衰變 D．過程①是α衰變，過程③是β衰變；過程②是α衰變，過程④是β衰變 【答案】B 3．（多選）關于近代物理學的下列說法正確的是（ ） A．由玻爾理論可知，氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，同時電子的動能增大，電勢能減小 B．對于同一種金屬來說，其極限頻率恒定，與入射光的頻率及光的強度均無關 C．盧瑟福通過粒子散射實驗提出了原子核內(nèi)部由核子構成 D．核發(fā)生衰變時，新核與原來的原子核相比，中子數(shù)不變，質(zhì)量數(shù)不變 【答案】AB 4．【2017新課標Ⅰ卷】大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應方程是。已知的質(zhì)量為2.013 6 u，的質(zhì)量為3.015 0 u，的質(zhì)量為1.008 7 u，1 u=931 MeV/c2。氘核聚變反應中釋放的核能約為（ ） A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 【答案】B 5．【2017天津卷】我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應方程中屬于聚變反應的是（ ） A． B． C． D． 【答案】A 6．【2017江蘇卷】（多選）原子核的比結合能曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷中正確的有（ ） A．核的結合能約為14 MeV B．核比核更穩(wěn)定 C．兩個核結合成核時釋放能量 D．核中核子的平均結合能比核中的大 【答案】BC 7．【2017新課標Ⅲ卷】（多選）在光電效應實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是（ ） A．若νa>νb，則一定有Uaνb，則一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，則一定有hνa–Eka>hνb–Ekb 【答案】BC 8．【2017北京卷】2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100 nm（1 nm=10–9 m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術、霧霾治理等領域的研究中發(fā)揮重要作用。 一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個分子的能量約為（取普朗克常量h=6.610–34 Js，真空光速c=3108 m/s）（ ） A．10–21 J B．10–18 J C．10–15 J D．10–12 J 【答案】B