第七講 光的本性 原子物理

1、第七講光的本性原子物理考綱內(nèi)容和要求光電效應(yīng)（A）光子（A）愛因斯坦光電效應(yīng)方程（B）光的波粒二象性（A）物質(zhì)波（A）激光的特性及其應(yīng)用（A）光的本性學(xué)說的發(fā)展簡史（A） 粒子散射實(shí)驗(yàn)（A）原子的核式結(jié)構(gòu)（A）氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)（B）氫原子的電子云（A）光子的發(fā)射和吸收（A）原子核的組成（A）天然放射性（A）、射線（A）衰變（A）半衰期（A）原子核的人式轉(zhuǎn)變（A）核反應(yīng)（A）放射性同位素（A）放射性污染和防護(hù)（A）質(zhì)量虧損（A）愛因斯坦質(zhì)能方程（B）重核的裂變（A）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（A）核反應(yīng)堆（A）輕核的聚變（A）可控?zé)岷朔磻?yīng)（A）人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)（A）一、基本概念的應(yīng)用（高考幾乎只在選擇題中出現(xiàn)

2、）1.光的反射、折射、干涉、衍射、偏振；光譜；電磁波譜例.下列現(xiàn)象中說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.泊松亮斑和光電效應(yīng)例2.在應(yīng)用電磁波的特性時(shí)，下列符合實(shí)際的是：（ BD ）A.醫(yī)院里常用X射線對(duì)病房和手術(shù)室進(jìn)行消毒 B.醫(yī)院里常用紫外線對(duì)病房和手術(shù)室進(jìn)行消毒 C.人造衛(wèi)星對(duì)地面拍攝是利用紫外線照相有較好的分辯率 D.人造衛(wèi)星對(duì)地面拍攝是利用紅外線照相有較好的分辯率例3.不同的電磁波產(chǎn)生機(jī)理不一定相同，在下列四組電磁波中產(chǎn)生機(jī)理相同的是：（ A ） A.紅外線、紫外線、可見光 B.微波、X射線、射線 C.無線電波、微波、

3、紅外線 D.紅外線、紫外線、倫琴射線2.原子核式結(jié)構(gòu)、玻爾原子理論、天然放射現(xiàn)象、人工核轉(zhuǎn)變、核能、重核裂變、輕核聚變例4.根據(jù)玻爾理論，氫原子輻射一個(gè)光子后，則：（ B ） A.電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑變大 B.電子的動(dòng)能變大 C.氫原子電勢能變大 D.氫原子的能級(jí)值變大例5.下列現(xiàn)象中，與原子內(nèi)部變化有關(guān)的是：（ C ） A.粒子散射 B.光電效應(yīng) C.天然放射現(xiàn)象 D.原子發(fā)光現(xiàn)象例6.構(gòu)成等離子顯示屏的等離子管發(fā)光，是通過高電壓使低壓氖氙氣體原子的：（ B ） A.自由電子周期性的運(yùn)動(dòng)而發(fā)光 B.外層電子受到激發(fā)而發(fā)光C.內(nèi)層電子受到激發(fā)而發(fā)光 D.原子核受到激發(fā)而發(fā)光例7.一九九九年9月18

4、日，中共中央、國務(wù)院、中央軍委在人民大會(huì)堂隆重表彰研制“兩彈一星”作出突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家，下列核反應(yīng)方程中屬研究兩彈的基本核反應(yīng)方程式的是：（ BD ） A.14N + 4 He 17 O + 1 H B. 235 U + 1 n 90 Sr + 136 Xe + 101 n C. 238 U 234 Th + 4 He D. 2 H + 3 H 4 He + 1 n二、基本實(shí)驗(yàn)（高考幾乎只在選擇題中出現(xiàn)）1.光電效應(yīng)、干涉法檢查平面例8.如圖所示為一真空光電管的應(yīng)用電路，其陰極金屬材料的極限頻率為4.5×1014Hz，則以下判斷正確的是：（ BC ） A.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流

5、的飽和值取決于入射光的頻率GAKI B.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度 C.用=0.5m的光照射光電管時(shí)，電路中有電流產(chǎn)生 D.光照時(shí)間越長，電路中的光電流越大 光例9.如果用從紅光到紫光的復(fù)色光照射某光電管，有光電效應(yīng)發(fā)生 這時(shí)光電流為I，光電子的最大初動(dòng)能為EK，那么：（ BD ） A.若用濾光片對(duì)復(fù)色光只濾去紅光，則光電流I一定變小 B.若用濾光片對(duì)復(fù)色光只濾去紅光，則光電流I有可能不變 C.若用濾光片對(duì)復(fù)色光只濾去黃光，則EK一定不變 D.若用濾光片對(duì)復(fù)色光只濾去紫光，則EK一定變小2.粒子散射、盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、查德威克發(fā)現(xiàn)中子例10.對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述，

6、下列說法正確的是：（ AD ） A.主要實(shí)驗(yàn)器材有：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡 B.金箔的厚度對(duì)實(shí)驗(yàn)無影響 C.如果改用鋁箔就不能發(fā)生散射現(xiàn)象 D.實(shí)驗(yàn)裝置必須放在真空中 T T M例11.如圖所示，是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置， SM是顯微鏡，S是閃光屏，窗口F處裝鋁箔， A F氮?dú)庥砷y門T充入，A是放射源。在觀察由質(zhì)子引起的閃爍之前需進(jìn)行必要的調(diào)整是：（ B ） A.充入氮?dú)馇埃{(diào)整鋁箔厚度，使S上能見到引起的閃爍 B.充入氮?dú)馇?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上能見不到粒子引起的閃爍 C.充入氮?dú)夂螅{(diào)整鋁箔厚度，使S上有粒子所引起的閃爍 D.充入氮?dú)夂?，調(diào)整鋁箔厚度，使S上見不到質(zhì)子所引起的閃爍G

7、V三、綜合計(jì)算1.光電效應(yīng)與電場、磁場知識(shí)的綜合題 M例12.如圖所示，是測定光電效應(yīng)產(chǎn)生電子荷質(zhì)的簡要實(shí)驗(yàn)圖，兩極板相 紫外線 R距為d，其中N為金屬板，當(dāng)紫外線照射后，將發(fā)射沿不同方向運(yùn)動(dòng) N S的光電子而形成電流，從而引起電 流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)。若調(diào)節(jié)R，逐漸增大電壓至讀數(shù)為u時(shí)，電流恰好為零。切斷開關(guān)，在NM間加一垂直紙面的磁場，逐漸增大磁感應(yīng)強(qiáng)度至B時(shí)，電流也恰好為零。求光電子的荷質(zhì)比。解：電流為零，加反向電壓，動(dòng)能定理： 加磁場電流也恰為零，洛侖茲力提供向心力，電子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)： 則：2.核能、核反應(yīng)與電流、磁場、動(dòng)量、能量知識(shí)的綜合題例13.一個(gè)靜止的14 N俘獲一個(gè)速度為2.3&#

8、215;107m/s的中子后，生成一個(gè)復(fù)核A，A又衰變成B和C兩個(gè)新核，且B、C兩核速度方向相同，B的質(zhì)量是中子的11倍，速度為106m/s。讓B、C在同一磁場中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑之比RB：RC=11：30，求：C核速度大小。根據(jù)計(jì)算判斷C核是什么？寫出核反應(yīng)方程。解： 動(dòng)量守恒：mnvn = mBvB +mCvC vC = 3×106m/s mC = 4 氦核4 He 14 N + 1 n 15 N 11 B + 4 He例14.一九九六年清華大學(xué)和香港大學(xué)的學(xué)生合作研制出太陽能汽車，該車是利用太陽能電池將所接受的太陽能轉(zhuǎn)化為電能而提供給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車。已知車上太陽能電池正對(duì)太

9、陽時(shí)，電池加在電動(dòng)機(jī)上的電壓為U，通過的電流為I，電動(dòng)機(jī)的直流電阻為R，太陽輻射能量的總功率為P，太陽光垂直照射到該太陽能電池的面板（接受太陽光能的裝置）時(shí)，單位面積的輻射功率為P0。求：此時(shí)電動(dòng)機(jī)的效率是多少？假若太陽光在穿過太空及地球表面大氣層到達(dá)地面時(shí)，沿途的能量損耗忽略不計(jì)，則太陽到地球的距離r是多大？太陽輻射的能量實(shí)際上是由質(zhì)子參與一系列反應(yīng)產(chǎn)生，而這一系列反應(yīng)的總效果相當(dāng)于下述核反應(yīng)：41 H 4 He + 20 e 。若質(zhì)子1 H、氦核4 He、正電子0 e的質(zhì)量分別為、。則在1s內(nèi)參與上述熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)目是多少？解： 根據(jù)能量關(guān)系： 設(shè)1s內(nèi)參與熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)為N，有： 第

10、七講光的本性原子物理 練習(xí)題1.關(guān)于光在傳播過程中所表現(xiàn)的現(xiàn)象下述說法正確的是：（ BD ） A.雨后天空出現(xiàn)的彩虹是光的衍射現(xiàn)象 B.白光通過分光鏡在光屏上形成的彩色光帶是光的色散現(xiàn)象 C.涂有增透膜的照相機(jī)鏡頭呈淡紫色，說明增透膜增強(qiáng)了對(duì)淡紫色光的透射程度 D.夜間觀看到天邊星座的位置比實(shí)際位置高，這是光的折射現(xiàn)象2.利用光譜分析某固體物質(zhì)組成，應(yīng)該：（ B ） A.將固體物質(zhì)加熱，使之熾熱發(fā)光，形成光譜 B.將固體物質(zhì)加熱，使之汽化，再讓白光通過它的蒸氣，形成光譜 C.用白光照射物質(zhì)，讓光從其表面反射形成光譜 D.使該物質(zhì)產(chǎn)生連續(xù)光譜3.市場上有一種燈具“冷光燈”，用它照射物品時(shí)產(chǎn)生的熱

11、效應(yīng)大大降低，從而被廣泛地應(yīng)用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應(yīng)的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜（例如氟化鎂），這種膜能消除不鍍膜時(shí)玻璃表面反射回來的熱效應(yīng)最顯著的紅外線。以表示紅外線的波長，則所鍍薄膜的厚度最小應(yīng)為：（ B ） A. B. C. D. 4.微波在傳播過程中若遇到金屬，則會(huì)被金屬表面全部反射，但微波在傳播過程中能很好穿過電介質(zhì)，并引起電介質(zhì)所裝食品中的水分子發(fā)生振動(dòng)，從而使食品被加熱。家庭用微波爐正是利用這一特性工作的。某一微波爐在工作時(shí)發(fā)出的微波頻率為2450MHz，下列說法正確的是：（ A ） B.這一微波的波長約為245m C.微波爐的加熱原理是利

12、用了電流的熱效應(yīng) D.微波爐內(nèi)加熱食品所用的器皿最好是金屬器皿5.正負(fù)電子對(duì)撞后湮滅成兩個(gè)頻率相同的光子。已知普朗克恒量是,電子質(zhì)量是m，電量為e，電磁波在真空中傳播速度為c，則生成的光子在折射率為n的介質(zhì)中傳播時(shí)，其波長為：（ B ） A. B. C. D. 6.關(guān)于質(zhì)能方程E=mc2，下列說法正確的是：（ CD ） A.質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化 B.當(dāng)物體向外釋放能量時(shí)，其質(zhì)量必然減少，且減小的質(zhì)量m與釋放的能量E滿足E=mc2 C.物體的核能可以用mc2表示 D. mc2是物體所蘊(yùn)藏能量的總和7.同學(xué)們根據(jù)中學(xué)物理知識(shí)討論“隨著歲月流逝，地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期、日地間平均距離、地球接受太陽的

13、輻射能”的問題中，有下列結(jié)論，正確的是：（ ABD ） A.太陽內(nèi)部進(jìn)行激烈的熱核反應(yīng)，向外輻射大量光子，太陽質(zhì)量應(yīng)不斷減小 B.日地間距應(yīng)不斷增大，地球公轉(zhuǎn)速度應(yīng)不斷減小，公轉(zhuǎn)周期將不斷增大 C.日地間距應(yīng)不斷減小，地球公轉(zhuǎn)速度應(yīng)不斷增大 D.地球表面積平均接受的太陽輻射能將不斷減小8.如圖所示，是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)示意圖，其中不可見粒子 Po 鈹 石蠟A、B分別是：（ B ） A. 4 He 、 1 H B. 1 n 、 1 H C. 1 H 、 1 n D. 1 n 、 0 e A B9.在對(duì)宇宙的分析研究中，一個(gè)最有趣的宇宙物體就是所謂“黑洞”。它是某些類星體（設(shè)為質(zhì)量為M的均勻球

14、體）的最后演變期。研究表明：黑洞確實(shí)存在，當(dāng)某種星體的半徑減小到從表面發(fā)出的光線沒有足夠的能量去脫離它，無限地遠(yuǎn)離它時(shí)，估計(jì)這種星體可能成為黑洞。因此，我們可以用能量守恒原理近似地求解黑洞的臨界半徑R的數(shù)量級(jí)。設(shè)星體表面發(fā)出頻率為的光子，其能量為h，由愛因斯坦質(zhì)能方程，光子的質(zhì)量可以描述為m = h/c2，已知質(zhì)量為m的粒子，離星體中心為r處的引力勢能為EP = GMm/r，其中h為普朗克恒量，c為真空中的光速，G為萬有引力恒量。試求黑洞臨界半徑R 。如已知太陽的質(zhì)量為6×1030Kg，求當(dāng)太陽變成黑洞時(shí)，其黑洞半徑的數(shù)量級(jí)。解：光子以光速繞星球表面附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)：太陽為黑洞時(shí)：R = 4.4×103 m10.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太空中的射線一般都是從很遠(yuǎn)的星體放射出來的。當(dāng)射線爆發(fā)時(shí)，在數(shù)秒鐘所產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于太陽在過去一百億年所發(fā)出的能量總和的一千倍左右，大致相當(dāng)于將太陽全部質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量的總和，科學(xué)家利用超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)射線爆發(fā)的狀態(tài)進(jìn)行了模擬。經(jīng)過模擬，發(fā)現(xiàn)射線爆發(fā)是起源于一個(gè)垂死的星球的“坍塌”過程，只有星球“坍塌