資源簡介

近代物理初步必背要點
物理學簡史概要
普朗克通過對黑體輻射的研究提出了能量量子化的觀點，從而成為量子力學的奠基人。
光電效應和康普頓效應證明了光具有粒子性，康普頓效應證明了光不僅具有能量還具有動量。
德布羅意提出了物質波的猜想，電子衍射實驗證明了其猜想。
波恩提出了概率波的觀點。
湯姆孫發現電子并提出了原子的棗糕模型。
密立根通過油滴實驗測出了電子的電荷量并證明了電荷是量子化的。
盧瑟福通過粒子散射實驗，提出了原子的核式結構模型。
貝克勒爾發現了天然放射現象說明原子核具有復雜結構。
倫琴發現了x射線。
10、盧瑟福用粒子轟擊氮原子核發現了質子：N＋He―→O＋H并預言了中子的存在。
11、約里奧居里夫婦發現放射性同位素，同時發現正電子
Al＋He―→P＋n
P―→Si＋e。
查德威克發現中子：He＋Be―→C＋n
光電效應
赫茲最早發現光電效應現象。
定義：照射到金屬表面的光能使金屬中的電子從表面逸出的現象。逸出的電子叫光電子。
五個概念：
①逸出功（）：由金屬板決定（對于同一金屬板逸出功是定值）
②最大初動能：（由頻率決定）
③截止頻率：由金屬板決定截止的是電流。也稱為極限頻率。
④遏制電壓：得：由頻率決定
⑤光強（I）：光強越強光電子數量越多。
四條規律：
①光電子的能量由入射光的頻率決定與入射光的強度無關。
②每種金屬都有一個極限頻率當入射光的頻率大于等于截止頻率才會發生光電效應。
③當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光的強度決定光電子的數目決定飽和光電流的大小。
④光電效應是瞬時的。
5、四類圖象
圖象名稱
圖線形狀
由圖線直接(間接)得到的物理量
最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線
/
①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc
②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0＝|－E|＝E
③普朗克常量：圖線的斜率k＝h
顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系
/
①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點
②飽和光電流Im：電流的最大值
③最大初動能：Ekm＝eUc
顏色不同時，光電流與電壓的關系
/
①遏止電壓Uc1、Uc2
②飽和光電流
③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線
/
①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點
②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大
③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電量的乘積，即h＝ke。(注：此時兩極之間接反向電壓)
【例題】1、在光電效應試驗中，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。下列說法正確是
A．若νa＞νb，則一定有Ua＜Ub
B．若νa＞νb，則一定有Eka＞Kkb
C．若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb
D．若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb
答案：　BC
2、現用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產生。下列說法正確的是
A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大
B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大
C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大
D．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產生
E．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關，與入射光的光強無關
答案：ACE
3、如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸交點坐標為0.5)。由圖可知（AC）
/
A．該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz
B．該金屬的截止頻率為5.5×1014 Hz
C．該圖線的斜率表示普朗克常量
D．該金屬的逸出功為0.5 eV
4、在某次光電效應實驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關系如圖所示。若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，則普朗克常量可表示為________，所用材料的逸出功可表示為________。
解析　根據愛因斯坦光電效應方程有Ekm＝hν－W0，又因為Ekm＝eUc，得到Uc＝ν－，所以＝k，h＝ek；－＝b，W0＝－eb。
答案　ek?。璭b
5、在光電效應實驗中，飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可判斷出
/
A．甲光的頻率大于乙光的頻率
B．乙光的波長大于丙光的波長
C．乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率
D．甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能
解析　由于是同一光電管，因而不論對哪種光，極限頻率和金屬的逸出功相同，對于甲、乙兩種光，反向遏止電壓相同，因而頻率相同，A錯誤；丙光對應的反向遏止電壓較大，因而丙光的頻率較高，波長較短，對應的光電子的最大初動能較大，故C、D均錯，B正確。
答案　B
三、原子模型
1、1897年，湯姆生通過對陰極射線的分析研究發現了電子，由此認識到原子也應該具有內部結構，而不是不可分的，并且他提出了原子的棗糕模型。
2、1909年，盧瑟福和他的同事以粒子轟擊重金屬箔，即粒子的散射實驗來檢驗湯姆孫的原子模型時提出了新的原子模型-------核式結構模型。
粒子的散射實驗的現象
絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，但有少數發生偏轉，并且有極少數偏轉角超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉幾乎達到180°。
（2）核式結構模型的學說內容
在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外的空間里軟核旋轉。
（3）核式結論模型的局限性
通過實驗建立起來的盧瑟福原子模型無疑是正確的，但它與經典論發生了嚴重的分歧。電子與核運動會產生與軌道旋轉頻率相同的電磁輻射，運動不停，輻射不止，原子能量單調減少，軌道半徑縮短，旋轉頻率加快。由此可得兩點結論
①電子最終將落入核內，這表明原子是一個不穩定的系統；
②電子落入核內輻射頻率連續變化的電磁波。原子是一個不穩定的系統顯然與事實不符，實驗所得原子光譜又為波長不連續分布的離散光譜。如此尖銳的矛盾，揭示著原子的運動不服從經典理論所表述的規律。
3、為解釋原子的穩定性和原子光譜的離經叛道的離散性，玻爾于1913年以氫原子為研究對象提出了他的原子理論，雖然這是一個過渡性的理論，但為建立近代量子理論邁出了意義重大的一步。
（1）玻爾理論的內容：
①原子只能處于一條列不連續的能量狀態中，在這些狀態中原子是穩定的，電子雖做加速運動，但并不向外輻射能量，這些狀態叫定態。
②原子從一種定態（設能量為Em）躍遷到另一種定態（設能量為En）時,它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這種定態的能量差決定，即
③氫原子中電子軌道是量子化的每一可取的軌道對應一個能級。
（2）巴耳末公式
研究原子的結構及其規律的一條重要途徑就是對光譜的研究。19世紀末，許多科學家對原子光譜已經做了大量的實驗工作。第一個發現氫原子線光譜可組成線系的是瑞士的中學教師巴耳末，他于1885年發現氫原子的線光譜在可見光部分的譜線，可歸納為如下的經驗公式
/，n=3，4，5，…
式中的為波長，R是一個常數，叫做里德伯恒量，實驗測得R的值為1.096776/107/。上面的公式叫做巴耳末公式。當n=3，4，5，6時，用該式計算出來的四條光譜線的波長跟從實驗測得的四條譜線的波長符合得很好。氫光譜的這一系列譜線叫做巴耳末系。
（3）能及圖
①稱為量子數，代表基態，代表激發態，值為：。
②原子向外輻射（吸收）光子的能量與發生躍遷的
兩個軌道有關。，。
③一個氫原子躍遷發出可能的光譜線條數最多為n－1。一群氫原子躍遷發出可能的光譜線條數的兩種求解方法：N＝C＝。
④電子由高能級向低能級躍遷時，動能增加，勢能減小，總能量減小。電子由低能級向高能級躍遷時，動能減小，勢能增大，總能量增大。
⑤ 對于光子和原子作用而使原子發生躍遷時，入射光的能量要剛好等于兩能級差，原子才能能吸收，對于實物粒子與原子作用使原子激發時，粒子能量大于或等于能級差都行。
⑥電離：由某一定態躍遷到無窮遠處。
【例題1】如圖所示，為氫原子的能級圖，現有大量處于n＝3激發態的氫原子向低能級躍遷。已知當氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級時，輻射光的波長為656 nm下列說法正確的是
A．大量氫原子總共可輻射出三種不同頻率的光有2種屬于巴耳末系
B．氫原子由n＝3躍遷到n＝2產生的光頻率最大
C．這些氫原子躍遷時輻射出光子能量的最大值為10.2 eV
D．氫原子由n＝3躍遷到n＝1產生的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發生光電效應
E．氫原子由n＝3躍遷到n＝1產生的光波長最短
F.使n＝3能級的氫原子電離至少要1.51 eV的能量
G.若從n＝2能級躍遷到基態釋放的光子能使某金屬板發生光電效應，則從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子也一定能使該板發生光電效應
H.在3種光子中，從n＝3能級躍遷到n＝1能級釋放的光子康普頓效應最明顯
I.原子從a能級狀態躍遷到b能級狀態時發射波長為λ1的光子，原子從b能級狀態躍遷到c能級狀態時吸收波長為λ2的光子，已知λ1＞λ2，那么原子從a能級躍遷到c能級狀態時將要吸收波長為的光子.
J.氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長大于656 nm
K.用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級
答案解析：A 巴爾末系屬于可見光系也指從大于二能級躍遷至二能級的光從三能級躍遷只有一條屬于巴爾末系A錯
B由n＝3躍遷到n＝2能級差最小頻率最小根據可知頻率越小波長越長B錯E錯
C從n=3躍遷到n=1的光子能量最大 C錯根據光電效應發生的條件可知D對 G錯
F n＝3能級的氫原子電離至少要 F對
H 頻率越大粒子性越強康普頓效應越明顯H對
I 由E＝hν及ν＝，可知原子從a能級狀態躍遷到b能級狀態發射光子的能量E1＝，原子從b能級狀態躍遷到c能級狀態時吸收光子的能量E2＝，則原子從a能級狀態躍遷到c能級狀態時要吸收光子的能量E3＝E2－E1＝，波長為，I項正確。
J 從n＝3躍遷到n＝2的能級時，輻射光的波長為656 nm 根據可知n＝2躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長小于656 nmJ K 均錯
答案：DFHI
（4）玻爾理論的局限性：
玻爾原子理論滿意地解釋了氫原子和類氫原子的光譜；從理論上算出了里德伯恒量；但是也有一些缺陷。對于解釋具有兩個以上電子的比較復雜的原子光譜時卻遇到了困難，理論推導出來的結論與實驗事實出入很大。此外，對譜線的強度、寬度也無能為力；也不能說明原子是如何組成分子、構成液體個固體的。玻爾理論還存在邏輯上的缺點，他把微觀粒子看成是遵守經典力學的質點，同時，又給予它們量子化的觀念，失敗之處在于偶保留了過多的經典物理理論。到本世紀20年代，薛定諤等物理學家在量子觀念的基礎上建立了量子力學。徹底摒棄了軌道概念，而代之以幾率和電子云概念。
四、原子核理論
1、天然放射現象：
（1）概念：元素自發地放出射線的現象，首先由貝克勒爾發現。天然放射現象的發現，說明原子核具有復雜的結構。
(2)放射性和放射性元素：物質發射某種看不見的射線的性質叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。
(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線。三種射線均來自原子核。
種類
高速氦核流
高速電子流
（光子流）高頻電磁波
速度
0.1c
0.99c
C
在電磁場中
偏轉
與a射線反向偏轉
不偏轉
貫穿本領
最弱，用紙能擋住
較強，穿透幾毫米的鋁板
最強，穿透幾厘米的鉛板
對空氣的電離作用
很強
較弱
很弱
在空氣中的徑跡
粗、短、直
細、較長、曲折
最長
通過膠片
感光
感光
感光
產生機制
核內兩個中子和兩個質子結合的比較緊密，有時會作為一個整體從較大的原子核拋射出來
核內的中子可以轉化為一個質子和一個電子，產生的電子從核內發射出來
放射性原子核在發生兩種衰變后產生得新核往往處于高能級，當它向低能級躍遷時，輻射r光子
放射性元素的衰變
（1）定義：原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。
（2）兩種衰變的比較
衰變類型
α衰變
β衰變
衰變方程
X―→Y＋He
X―→Y＋e
衰變實質
2個質子和2個中子結合成一個整體射出
中子轉化為質子和電子
2H＋2n―→He
n―→H＋e
衰變規律
電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒
（3）γ射線：γ射線經常是伴隨著α衰變或β衰變同時產生的。其實質是放射性原子核在發生α衰變或β衰變的過程中，產生的新核由于具有過多的能量(核處于激發態)而輻射出光子。
3、半衰期
（1）定義：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間。
（2）影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(如溫度、壓強)或化學狀態(如單質、化合物)無關。
（3）半衰期公式：
N余＝N原()，m余＝m原()。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數和質量，N余、m余表示衰變后尚未發生衰變的放射性元素的原子數和質量，t表示衰變時間，τ表示半衰期。
（4）半衰期的物理意義：
半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰變速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差別很大。
（5）半衰期的適用條件：
半衰期是一個統計規律，是對大量的原子核衰變規律的總結，對于一個特定的原子核，無法確定何時發生衰變。
【例題】1、Th(釷)經過一系列α衰變和β衰變，變成Pb(鉛)，下列說法中正確的是
A．鉛核比釷核少8個質子
B．鉛核比釷核少16個中子
C．共經過4次α衰變和6次β衰變
D．共經過6次α衰變和4次β衰變
答案：D
2、14C發生放射性衰變成為14N，半衰期約5 700年。已知植物存活期間，其體內14C與12C的比例不變；生命活動結束后，14C的比例持續減小?，F通過測量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現代植物所制樣品的二分之一。下列說法正確的是
A．該古木的年代距今約5 700年
B．12C、13C、14C具有相同的中子數
C．14C衰變為14N的過程中放出β射線
D．增加樣品測量環境的壓強將加速14C的衰變
答案：AC
核反應
1、原子核
(1)原子核的組成
①原子核由質子和中子組成，質子和中子統稱為核子。
②原子核的核電荷數＝質子數，原子核的質量數＝質子數＋中子數。
同位素：具有相同質子數、不同中子數的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化學性質。
2、核力
(1)定義：原子核內部，核子間所特有的相互作用力。
(2)特點：①核力是強相互作用的一種表現；
②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15 m之內；
③每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。這種性質成為核力的飽和性。
④弱相互作用是引起原子核衰變的原因。
3、核能
(1)結合能
核子結合為原子核時放出的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結合能，亦稱核能。并不是核子結合成原子核而具有的能量。
(2)比結合能（平均結合能）
①定義：原子核的結合能與核子數之比，稱做比結合能，也叫平均結合能。
②特點：不同原子核的比結合能不同，原子核的比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定。
質量虧損：原子核的質量小于組成原子核的核子質量之和的現象。質量虧損并不是質量消失而是伴隨有場態物質輻射，每個核子變“瘦”，靜質量向動質量轉化。
核能的計算
①由質量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2。
②能ΔE=
4、核反應的四種類型
類型
可控性
核反應方程典例
衰變
衰變
自發
衰變
自發
人工轉變
人工控制
盧瑟福發現質子
查德威克發現中子
約里奧.居里夫婦
發現放射性同位素，同時發現正電子
重核裂變
比較容易進行人工控制
輕核聚變
除氫彈外無法控制
鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變一代接一代繼續下去的過程。裂變物質能夠發生鏈式反應的最小體積叫做臨界體積。
專題訓練
1．下列核反應方程中，屬于α衰變的是
A.N＋He→O＋H　　　　 B.U→Th＋He
C.H＋H→He＋n D.Th→Pa＋e
2．(半衰期的理解與計算)靜止的鐳原子核Ra經一次α衰變后變成一個新核Rn，則下列相關說法正確的是
A．該衰變方程為Ra→Rn＋He
B．若該元素的半衰期為τ，則經過2τ的時間，2 kg的Ra中有1.5 kg已經發生了衰變
C．隨著該元素樣品的不斷衰變，剩下未衰變的原子核Ra越來越少，其半衰期也變短
D．若把該元素放到密閉的容器中，則可以減慢它的衰變速度
E．該元素的半衰期不會隨它所處的物理環境、化學狀態的變化而變化
3、在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________。(填正確答案標號)
A.C→N＋e
B.P→S＋e
C.U→Th＋He
D.N＋He→O＋H
E.U＋n→Xe＋Sr＋2n
F.H＋H→He＋n
4、如圖所示是原子核的核子平均質量與原子序數Z的關系圖象，下列說法中正確的是
A．若原子核D和E結合成F，結合過程一定會吸收核能
B．若原子核D和E結合成F，結合過程一定會釋放核能
C．若原子核A分裂成B和C，分裂過程一定會吸收核能
D．在核反應堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應速度
5、核電站的核能來源于 U核的裂變，下列說法中正確的是
A．反應后的核廢料已不具有放射性，不需要進一步處理
B. U的一種可能的裂變是變成兩個中等質量的原子核，如 Xe和 Sr，反應方程為 U＋ n―→ Xe＋ Sr＋2 n
C. U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短
D．一個 U核裂變的質量虧損為Δm＝0.215 5 u，則釋放的核能約201 MeV
6、以下說法正確的是
A．放射性元素的半衰期跟原子所處的化學狀態無關，但與外部條件有關
B．某種頻率的紫外線照射到金屬鋅板表面時能夠發生光電效應，若增大該種紫外線照射的強度，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能并不改變
C．根據玻爾的原子理論，氫原子的核外電子由能量較高的定態軌道躍遷到能量較低的定態軌道時，會輻射一定頻率的光子，同時核外電子的動能變大
D．用一光電管進行光電效應實驗時，當用某一頻率的光入射，有光電流產生，若保持入射光的總能量不變而不斷減小入射光的頻率，則始終有光電流產生
7．(多選)金屬鈣的逸出功為4.3×10－19 J，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，以下說法正確的是
A．用波長為400 nm的單色光照射金屬鈣，其表面有光電子逸出
B．用波長為400 nm的單色光照射金屬鈣，不能產生光電效應現象
C．若某波長的單色光能使金屬鈣產生光電效應現象，則增大光的強度將會使光電子的最大初動能增大
D．若某波長的單色光能使金屬鈣產生光電效應現象，則減小光的強度將會使單位時間內發射的光電子數減少
8．下列說法正確的是
A．天然放射現象的發現，證明了原子具有能級結構
B．氘核的質量嚴格等于一個獨立質子的質量和一個獨立中子質量的和
C．頻率為ν的光可以使某金屬發生光電效應，那么頻率大于ν的光也一定能使該金屬發生光電效應
D．氫原子只能吸收某些頻率的光子，證明了氫原子的能級是不連續的
9．靜止在勻強磁場中的 U核發生α衰變，產生一個未知粒子x，它們在磁場中的運動徑跡如圖所示，下列說法正確的是
/
A．該核反應方程為 U→ x＋ He
B．α粒子和粒子x在磁場中做圓周運動時轉動方向相同
C．軌跡1、2分別是α粒子、x粒子的運動徑跡
D．α粒子、x粒子運動徑跡半徑之比為45∶1
10、(多選)如圖所示是氫原子的能級圖，大量處于n＝4激發態的氫原子向低能級躍遷時，一共可以輻射出6種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級向n＝2能級躍遷時釋放的光子，則
/
A．6種光子中波長最長的是n＝4激發態躍遷到基態時產生的
B．6種光子中有2種屬于巴耳末系
C．使n＝4能級的氫原子電離至少要0.85 eV的能量
D．若從n＝2能級躍遷到基態釋放的光子能使某金屬板發生光電效應，則從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子也一定能使該板發生光電效應
E．在6種光子中，從n＝4能級躍遷到n＝1能級釋放的光子康普頓效應最明顯
【答案】B 2、ABE 3、C　AB　E　F 4 、BD 5、BD 6 、B 7 、AD
8 、CD 9、ABD 10、BCE

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