第十二章原子物理
一、考纲要求
内容要求说明
1．氢原子光谱Ⅰ
2．氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ
3．氢原子核的组成、放射性、原子核
的衰变、半衰期Ⅰ
4．放射性同位素Ⅰ
5．核力、核反应方程Ⅰ
6．结合能、质量亏损Ⅰ
7．裂变反应和聚变反应、裂变反应堆Ⅰ
8．放射性的防护Ⅰ
二、知识网络
第1讲原子的结构能级
★一、考情直播
1．考纲解读
考纲内容能力要求考向定位
1.氢原子光谱
2.氢原子的能级结构、能级公式
1.知道汤姆生发现电子同时提
出枣糕模型
2.知道α粒子散射实验及卢瑟
考纲对氢原子光谱、能级
结构和能级公式均是Ⅰ级要
求．本部分高考的热点是α粒
原子物理
实
验
基
础
实
验
基
础原子结构
原子核
基本粒子电子的发现
α粒子散射实验
光谱
核
式
结
构
波
尔
理
论
天然放射现象
原子核的人工转变
核能
衰变半衰期
质子中子发现
发射性同位素
核
组
成质
能
方
程
裂变
聚变
福的核式结构模型 3.知道波尔的三条假设及对氢原子计算的两个公式和氢原子能级
子散射实验和波尔理论，高考
中以选择题的形式出现． 2．考点整合
考点一 卢瑟福的核式结构模型
1.汤姆生在研究阴极射线时发现了 ，提出了原子的枣糕模型． 2．α粒子散射实验
α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，结果是 穿过金箔后仍沿原来方向前进， 发生了较大的偏转，极个别α粒子甚至 .
3.核式结构
卢瑟福从行星模型得到启发，提出了原子的核式结构，这是一种联想思维.
核式结构：在原子的中心有一个很小的 ，叫原子核，原子的 都集中在原子核里，带 在核外空间运动.
4.由α粒子散射实验数据还可以估算原子核的大小，卢瑟福估算的结果是：原子核的大小的数量级在 以下.
[例题1] 如图2所示，为α粒子散射实验的示意图，A 点为某α粒子运动中离原子核最近的位置，则该α粒子在A 点具有 A ．最大的速度 B ．最大的加速度
C ．最大的动能
D ．最大的电势能 【解析】α粒子在接近原子核的过程中受到原子核库
仑排斥力的作用，这个力对α粒子做负功，使α粒子的速度减小，动能减小，电势能增大，显然，正确选项应该为BD
图2 α粒子 原子核
A 特别提醒：
α粒子穿过金箔时，受到金原子核的库仑力作用，这个力是斥力，必然使α粒子向远离金原子核方向偏转，如图1所示的问题中：α粒子穿过金箔中的两个原子时，会受到这两个原子的原子核的合力的作用，由于α粒子距离原子核A 较近，受到的A 的斥力较大，故其合外力指向B 原子核方向，其偏转轨迹应该是N.
图1
M
N
A
B
答案：BD
【规律总结】本题考查的知识点有两条，一是α粒子与原子核之间的库仑力，二是这个库仑力做负功，距离原子核越近，库仑力越大. 【例题2】．（2008年上海）1991年卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了＿＿＿＿（选填“大”或“小”）角度散射现象，提出了原子的核式结构模型.若用动能为1MeV 的α粒子
轰击金箔，则其速度约为＿＿＿＿＿m/s.（质子和中子的质量均为 1.67×10－27
kg ，1MeV=1
×106
eV ）
【解析】根据α粒子散射实验现象，α粒子发生了大角度散射. 同时根据：α
αm E v v m E k
k 22
1
2==
得到 代入数据s m s m v /109.6/10
67.14106.110126
27
196?=??????=-- 答案：大，6.9×106
【规律总结】一是电子伏特与焦耳之间的换算，J ev 19
10
9.11-?=；二是α粒子的质量应
该是两个中子和两个质子的质量和，即：kg m 271067.14-??=α．
考点二 波尔模型
1.波尔的三条假设：
1）、能量量子化：原子只能处于一系列 状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做 .
对氢原子满足：12
1
E n E n =
，其中eV E 6.131-= 2）、轨道量子化：原子的 跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动 相对应.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的.
对氢原子满足：12r n r n =，其中m r 10
110
53.0-?=.
3）、能级跃迁：原子从一种定态（设能量为E 2）跃迁到另一种定态（设能量为E 1）时，它 一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即12E E h -=ν.
2.氢原子能级图：如图3所示
3.波尔理论的局限性
波尔理论成功解释了氢原子光谱，但对其它原子光谱的解释则不成功，主要原因是波尔理论过多的保留了经典物理理论.
图3
【例题3】氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中：
Ａ.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大 Ｂ.原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小 Ｃ.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小 Ｄ.原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大
【解析】根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动能量越大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，选项Ｂ可先排除.氢原
子核外电子的绕核运动，由原子核对电子的库仑力作向心力，即r v m r e k 2
22=，电子的动能
r
ke mv E k 2212
2==，离核越远，即r 越大时，电子的动能越小.由此又可排除选项Ａ、Ｃ.
电子在不同轨道之间跃迁时，整个原子系统电势能的变化可从两方面加以判断：
①根据库仑力做功的正负，库仑力做正功（电子从离核较远的轨道被“吸”到离核较近的轨道），电势能减小；库仑力做负功（电子从离核较近的轨道克服库仑力运动到离核较远的轨道），电势能增加.
②根据各能级能量的关系：电子在离核不同距离的轨道上运动时，整个原子系统的总能量等于电子绕核运动的动能和系统的电势能之和，即：Ｅn=Ｅkn+Ｅpn , 离核越远时（即量子数n 越大），原子系统的总能量Ｅn 越大，而电子的动能Ｅkn 越小，可见，系统的电势能Ｅpn 一定越大.所以，本题正确答案是Ｄ. 答案：D
【规律总结】
1. 量子化的氢原子能量的不连续的
量子化的氢原子，量子数越大，电子离核越远，原子的总能量越大；量子数越小，电子离核越近，总能量越小；在规定离核无穷远处的电势能为零时，氢原子的总能量是负值．
2.库仑力做的功等于电势能变化量的相反数． 【例题4】．（2008年海南）质子和中于是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的．两个强作用电荷相反（类似于正负电荷）的夸克在距离很近时几乎没有相互作用（称为“渐近自由”）；
特别提醒：
1.原子从低能级向高能级的跃迁：
当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子的能量满足12E E h -=ν的跃迁条件时，原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁.（电离除外，比如光子能量为14eV 的光子照射基态氢原子，会使基态的氢原子电离，电离后电子还具有14eV-13.6eV=0.6eV 的初动能.）
当电子等实物粒子作用在原子上，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，即可使原子受激发而向较高能级跃迁.
2.原子从高能级向低能级的跃迁：
当一群氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，可能产生的谱线条数为n(n-1)/2； 当一个氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，最多可产生的谱线条数为（n-1），若氢原子的从高能级向某一确定的低能级跃迁，只能产生一条谱线
在距离较远时，它们之间就会出现很强的引力（导致所谓“夸克禁闭”）．作为一个简单的模型，设这样的两夸克之间的相互作用力F 与它们之间的距离r 的关系为：
1012
2
0, 0, 0, r r F F r r r r r ??
=-???＜＜≤≤＞
式中F 0为大于零的常量，负号表示引力．用U 表示夸克间的势能，令U 0＝F 0(r 2—r 1)，取无穷远为势能零点．下列U －r 图4示中正确的是
图4 答案：B
【解析】当两夸克之间的距离r r 1时，两夸克之间不存在相互作用力，引力的功为零，必有势能保持不变，由于取无穷远为零势能点，此时的势能应为负值.当21r r r ≤≤时，两夸克之间存在吸引力，此时夸克间的距离变大，引力做负功，势能增加，即其绝对值应该减小.考虑到引力为恒力，引力的功随距离均匀增大，必有势能均匀增加.当r r 2时，两夸克间的相互作用力为零，引力的功必为零，势能不变，一直到两夸克相距无穷远，势能应该为零.答案应为B.
【规律总结】库仑力做正功，电势能减小；库仑力做负功，电势能增加；库仑力做多少功，电势能就变化多少．库仑力不做功，电势能不变．
【例题5】 按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra 的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb 的圆轨道上（ra ＞rb ），在此过程中 Ａ.原子发出一系列频率的光子 Ｂ.原子要吸收一系列频率的光子
Ｃ.原子要吸收某一频率的光子 Ｄ.原子要发出某一频率的光子 答案：D
【解析】氢原子的轨道与其量子数是一一对应关系，电子自一半径为ra 的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb 的圆轨道上（ra ＞rb ），对应着电子从一种定态跃迁到另一种定态，其量子数变小，显然为惟一一组量子数，应该放出一定频率的光子.
【规律总结】一个氢原子最多可以产生的谱线数是n-1条，但当原子的初、末状态确定时，只能产生一条谱线．
★二、高考热点探究
1. 关于α粒子散射实验及卢瑟福核式结构
【真题1】（2001年上海高考) 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有 A ．原子的中心有个核，叫做原子核
D
U O
－U 0
r r 1 r 2 A U O －U 0 r r 1 r 2 B
U
O －U 0 r r 1
r 2
C
U O
U 0
r r 1
r 2
B ．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C ．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D ．带负电的电子在核外绕着核旋转 答案：A 、C 、D
【名师指引】本题考查了卢瑟福核式结构的主要内容：原子的中心有个核，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，原子核的直径在10-15m 以下，原子内大部分是空的，电子在核外绕着核高速旋转．
[新题导练1]（2008广州一模）卢瑟福通过 实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型.如果用带箭头的四条线a 、b 、c 、d 来表示α粒子在图5所示的平面示意图中运动的可能轨迹.请在图5中补充完成b 和c 两条α粒子运动的大致轨迹.
2.关于氢原子跃迁时产生谱线的数目、光子能量、光子波长的计算
【真题2】（2007年全国Ⅰ）用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线.调高电子的能量再次进行规测，发现光谱线的数目原来增加了5条.用△n 表示两次观测中最高激发态的量子数n 之差，E 表示调高后电子的能量.根据氢原子的能级图5可以判断，△n 和E 的可能值为 A. △n ＝1，13.22cV ＜E ＜13.32cV B. △n ＝2，13.22eV ＜E ＜13.32eV C. △n ＝1，12.75cV ＜E ＜13.06cV D. △n ＝2，12.75cV ＜E ＜13.06cV 答案：A 、D
【名师指引】当量子数为n 时，产生的光子频率的个数为n(n-1)/2，可以列出下面的表格：
N 1 2 3 4 5 6 7 N(n-1)/2
0 1 3 6 10 15 21
由表格中可以发现光谱线的数目比原来增加了5条所对应的量子数为n=2和n=4；n=6和n=5，经检验，其他的量子数不存在光谱线的数目比原来增加了5条这一情况.
显然，对于量子数为n=6和n=5，△n ＝1，调高后电子的能量E 大于E 5-E 1=13.22eV ，而小于E 7-E 1=13.32eV ，故A 正确.
同理，对于量子数为n=4和n=2，△n ＝2，调高后电子的能量E 大于E 4-E 1=12.75eV ，而小于E 5-E 1=13.06eV ，故D 正确
【新题导练2】 氢原子从能级Ａ跃迁到能级Ｂ时，辐射出波长为1 的光，从能级Ａ跃迁到
图5 图5
能级Ｃ时，辐射出波长为2λ的光子，若21λλ ，则氢原子从能级Ｂ跃迁到Ｃ能级时，将 （填辐射或吸收）光子，光子的波长为 .
【真题3】处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时， 只发射波长为1λ、2λ、3λ的三种单色光，且 1λ>2λ>3λ，则照射光的波长为
A ．1λ
B ．1λ+2λ+3λ
C ．
3
23
2λλλλ+
D ．
2
12
1λλλλ+
答案： D
【名师指引】处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时， 只发射三种波长的光子，说明是从量子数n=3向低能级跃迁的．根据氢原子能级图，两能级差越大，发射的光子能量越大，其波长越短．所以3λ是由量子数n=3到量子数n=1跃迁产生的．这样就要求处于基态的氢原子吸收了入射光的能量跃迁到量子数n=3能级，所以，照射光的光子能量应该等于2
1
λλλ
c
h
c
h
c
h
+=，选项D 正确．
【新题导练3】图6示为氢原子的能级图，用光子能量为13.07eV 的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长有多少种？ A ．15 B ．10 C ．4 D ．1
★三、抢分频道
要求：每一讲配一个限时基础训练卷（活页装订），全部为基础题，题量一般为10个题，排成一页；如果是各地的模拟题，也要注明题的出处，可以是广东各地的，也可以是全国其他地方的．“基础提升训练”一般4～6道题，“能力提高训练”一般3～4道题．总体难度在2009年版的基础上要有所降低，突出基础． 1．限时基础训练卷（活页装订） 2．基础提升训练 3．能力提高训练
◇限时基础训练（20分钟）
班级 姓名 成绩
1 -13.61
2 -3.40
3 -1.51
4 -0.8
5 5 -0.54 -0.38 6
∞ 0 n E/eV
图6
1.在氢原子中，量子数n越大，则
A.电子轨道半径越小
B.核外电子速度越小
C.原子的能量越小
D.原子的电势能越小
2.卢瑟福于1911年提出原子核式结构学说，下述观点不正确的是
Ａ.原子中绝大部分是空的，原子核很小
Ｂ.电子在核外绕原子核旋转，库仑引力提供向心力
Ｃ.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
Ｄ.原子核的半径大约是10-10米
3.卢瑟福α粒子散射实验的结果
Ａ.证明了质子的存在
Ｂ.证明了原子核是由质子和中子组成的
Ｃ.说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上
Ｄ.说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动
4. 设氢原子的基态能量为E1。某激发态的能量为E，则当氢原子从这一激发态跃迁到基态时，所______________（填“辐射”或“吸收”）的光子在真空中的波长为________。
5.玻尔在他的原子模型中所做的假设有
Ａ.原子处于定态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量
Ｂ.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道运动相对应，所以电子的可能轨道分布是不连续的
Ｃ.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子
Ｄ.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核运动的频率
6.原子中的电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时
Ａ.核外电子受力减小
Ｂ.原子的能量增大
Ｃ.核外电子的动能减小
Ｄ.核外电子的势能减小
7.一群处于n=4的激发态的氢原子，向低能级跃迁，可能发射的谱线为
A.3条
B.4条
C.5条
D.6条
8．对于基态氢原子，下列说法正确的是（）
A、它能吸收10.2eV的光子
B、它能吸收11eV的光子
C、它能吸收14eV的光子
D、它能吸收具有11eV动能的电子的部分动能
9．北京奥运会场馆建设中，大量采用环保新技术，如场馆周围的路灯用太阳能电池供电、洗浴热水能过太阳能集热器产生等.太阳能产生于太阳内部的核聚变，其反应方程是A．411H→42He+201e B．147N+42He→178O+11H
C．23592U+10n →13654Xe+ 9038Sr+1010n D．23892U→23490Th+42He
10．下列叙述中，符合历史事实的是
A ．汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子
B ．法拉第发现了电磁感应现象
C ．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究发现了原子的核式结构
D ．牛顿总结出了万有引力定律并测出了万有引力常量
◇基础提升训练
1.如图所示，为氢原子的能级图，若用能量为10.5ev 的光子
去照射一群处于基态的氢原子，则氢原子：
A 、能跃迁到n=2的激发态上去
B 、能跃迁到n=3的激发态上去
C 、能跃迁到n=4的激发态上去
D 、以上三种说法均不对
2．右图是氢原子第1、2、3能级的示意图.处于基态的氢原子吸收了一个光子a 后，从基态跃迁到第3能级.然后该氢原子自发地放出一个光子b 后，由第3能级跃迁到第2能级；接着又自发地放出一个光子c 后，由第2能级跃迁到第1能级.设a 、b 、c 三个光子的频率依次为ν1、ν2、ν3，波长依次为λ1、λ2、λ3，下列说法中正确的是
A.a 、b 、c 三个光子都是可见光光子
B.ν1=ν2+ν3
C.λ1=λ2+λ3
D.ν1>ν2>ν3
3．已知氢原子的能级规律为E 1=－13.6eV E 2＝－3.4eV 、E 3＝－ 1.51eV 、 E 4＝－0.85eV ．现用光子能量介于 11eV ～12.5eV 范围内的光去照射一大群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是
A ．照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有 1 种
B ．照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有无数种
C ．激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有 3 种
D ．激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有 2 种
4．下列观点正确的是
A ．用电磁波照射某原子，使它从能量为E 1的基态跃迁到能量为E 2的激发态，电子动能减小，原子电势能增大，原子能量不变
B ．用电磁波照射某原子，使它从能量为E 1的基态跃迁到能量为E 2的激发态，则该电磁波的频率等于(E 2-E 1)/h
C ．原子处于称为定态的能量状态时,虽然电子做加速运动,但并不向外辐射能量.
D ．氢原子的核外电子从n=4能级轨道向低能级轨道跃迁所辐射的光子的频率最多有8种 5. 在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n=2能级发出的谱线属于巴耳末线系．若一群氢原于自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多可发出____________条不同频率的谱线．
◇能力提升训练
1. 在卢瑟福的a 粒子散射实验中，有极少数a 粒子发生大角度偏转，其原因是（ ） A 、原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B 、正电荷在原子中是均匀分布的 C 、原子中存在着带负电的电子
D 、原子只能处于一系列不连续的能量状态中
2.对于基态氢原子，下列说法正确的是（ ）
1
2 3
a b c 题2
n E /eV 4 -0.85 3 -1.51
2 -3.40 1
5 -0.54 ∞ 0 题1
A、它能吸收10.2eV的光子
B、它能吸收11eV的光子
C、它能吸收14eV的光子
D、它能吸收具有11eV动能的电子的部分动能
3. 设氢原子的基态能量为E1．某激发态的能量为E，则当氢原子从这一激发态跃迁到基态时，所________________-（填“辐射”或“吸收”）的光子在真空中的波长为________．
4、原子的核式结构学说是卢瑟福根据以下哪个实验现象提出的？（）
A、光电效应现象
B、氢光谱实验
C、a粒子散射实验
D、阴极射线的有关现象
5、根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后（）
A、原子的能量增加，电子的动能减少
B、原子的能量增加，电子的动能增加
C、原子的能量减少，电子的动能减少
D、原子的能量减少，电子的动能增加
6、图为氢原子n=1，2，3，4的各个能级示意图．处于n=4能量状态的氢原子，当它向较低能级发生跃迁时，发出的光子能量可能为（）
n E/eV
4 ________________________ -0.85
3 ________________________ -1.51
2 ________________________ -3.4
1 ________________________ -13.6
题6
A、2.55eV
B、13.6eV
C、12.75eV
D、0.85eV
7. 一群处于基态的氢原子吸收了某种单色光光子后，能够向外辐射三种频率的光，这三种频率的光的光子能量人别为E1、E2、E3，其间关系为E1 A、E=E1 B、E=E2 C、E=E3 D、E=E1+E2 8. 欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是： A、用10.2ev的光子照射 B、用11ev的光子照射 C、用14ev的光子照射 D、用11ev的电子碰撞 9. 氢原子核外电子在第2条轨道和第3条轨道运动时，电子的动能之比E k2：E k3=______, 动量之比为p2:p3=_________，运动周期之比T2：T3=_________． 10. 氢原子的核外电子质量为m，电量为e，在离核最近的轨道上运动，轨道半径为r1．（1）电子运动的动能E k是多少？ （2）电子绕核转动的频率f是多少？ （3）氢原子核在电子轨道处产生的电场强度E为多大 第一章习题参考答案 速度为v的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏离角-4 约为10rad. 要点分析：碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变，并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动)，注意这里电子要动. 证明：设α粒子的质量为M α，碰撞前速度为V，沿X方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散射.电子质量用m e表示，碰撞前静止在坐标原点O处，碰撞后以速度v沿φ方向反冲.α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有： （1） （3） （2） 作运算：（2）×sinθ±(3)×cosθ，得 （4） （5） 再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与V， 化简上式，得 （６） 若记，可将（６）式改写为 （７） 视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有 令，则sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即2cos(θ+2φ)sinθ=0 （1）若sinθ=0则θ=0（极小）（8） （2）若cos(θ+2φ)=0则θ=90o-2φ（9） 将（9）式代入（7）式，有 由此可得 θ≈10弧度（极大）此题得证. （1）动能为的α粒子被金核以90°散射时，它的瞄准距离（碰撞参数）为多大（2）如果金箔厚μm，则入射α粒子束以大于90°散射（称为背散射）的粒子数是全部入射粒子的百分之几 解：（1）依和金的原子序数Z 2=79 -4 答：散射角为90o所对所对应的瞄准距离为. (2)要点分析：第二问解的要点是注意将大于90°的散射全部积分出来.90°～180°范围的积分，关键要知道n，问题不知道nA，但可从密度与原子量关系找出注意推导出n值.，其他值从书中参考列表中找. 从书后物质密度表和原子量表中查出Z Au=79，A Au=197，ρ Au=×10kg/m 原子物理复习 1. 关于α粒了散射实验，下列说法中正确的是 ［ ］ Ａ．绝大多数α粒子经过重金属箔后，发生了角度不太大的偏转 Ｂ．α粒子在接近原子核的过程中，动能减小，电势能减小 Ｃ．α粒子在离开原子核的过程中，加速度逐渐减小 Ｄ．对α粒了散射实验的数据分析，可以估算出原子核的大小 2. 下列关于光电效应的说法正确的是( ) A ．若某材料的逸出功是W 0，则它的极限频率ν0＝W 0 h B ．光电子的初速度和照射光的频率成正比 C ．光电子的最大初动能和照射光的频率成正比 D ．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 3. 如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，可能是( ) A ．入射光太弱 B ．入射光波长太长 C ．光照时间短 D ．电源正负极接反 4. 用光子能量为E 的单色光照射容器中处于基态的氢原子。停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为：①h ν1；②h ν3；③h (ν1+ν2)；④h (ν1+ν2+ν3) 以上表示式中 A.只有①③正确 B.只有②正确 C.只有②③正确 D.只有④正确 5. 如图所示，铅盒A 中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有 A.打在图中a 、b 、c 三点的依次是α射线、γ射线和β射线 B.α射线和β射线的轨迹是抛物线 C.α射线和β射线的轨迹是圆弧 A a b c D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b 6. 如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm 厚的铝板，那么是三种射线中的____射线对控制厚度起主要作用。当 探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M 、N 两个轧辊间的距离调___一些。 7. 一块含铀的矿石质量为M ，其中铀元素的质量为m 。铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T ，那么下列说法中正确的有 A.经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了 B.经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m /4发生了衰变 C.经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m /8 D.经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M /2 8. 关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有 A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的 B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视 C.用放射线照射作物种子能使其DNA 发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种 D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害 9. K -介子衰变的方程为0 ππK +→--，其中K -介子和π- 介子带负的基元电荷， π0介子不带电。一个K - 介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的π-介子的轨迹为圆弧PB ，两轨迹在P 点相切，它们的半径R K - 与R π-之比为2∶1。π0 介子的轨迹未画出。由此可知π-介子的动量大小与π0 介子的动量大 小之比为 ∶1 ∶2 ∶3 ∶6 10.静止的氡核 222 86 Rn 放出α粒子后变成钋核 218 84Po ，α粒子动能为 E α。若衰变放出的能量全部变为反冲核和α 粒子的动能，真空中的光速为c ，则该反应中的质量亏损为 K - π- A B P 高考物理学史汇总修订 版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】 2018年高考物理学史汇总1、伽利略 （1）通过理想实验推翻了亚里士多德“力是维持运动的原因”的观点 （2）推翻了亚里士多德“重的物体比轻物体下落得快”的观点 2、开普勒：提出开普勒行星运动三定律； 3、牛顿 （1）提出了三条运动定律。 （2）发现表万有引力定律； 4、卡文迪许：利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量 5、爱因斯坦 （1）提出的狭义相对论（经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。） （2）提出光子说，成功地解释了光电效应规律。 （3）提出质能方程E=mC2，为核能利用提出理论基础 6、库仑：利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律。 7、焦耳和楞次 先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，称为焦耳——楞次定律。 8、奥斯特 电流可以使周围的磁针偏转的效应，称为电流的磁效应。 9、安培：研究了电流在磁场中受力的规律 10、洛仑兹：提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛仑兹力）的观点。 11、法拉第 （1）发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应现象； （2）提出电荷周围有电场，提出可用电场描述电场 12、楞次：确定感应电流方向的定律。 13、亨利：发现自感现象。 14、麦克斯韦：预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。 15、赫兹： （1）用实验证实了电磁波的存在并测定了电磁波的传播速度等于光速。 （2）证实了电磁理的存在。 16、普朗克 提出“能量量子假说”——解释物体热辐射（黑体辐射）规律电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的 17玻尔：提出了原子结构假说，成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱。 18、德布罗意：预言了实物粒子的波动性； 19、汤姆生 利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型（葡萄干布丁模型）。 20、卢瑟福 进行了α粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10-15 m。 21、卢瑟福：用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子。 22、查德威克：在α粒子轰击铍核时发现中子，由此人们认识到原子核的组成。 第二份 1.胡克:发现胡克定律(F弹=kx) 高考考点：原子物理考 点分析一、历史人物及相关成就 1、汤姆生：发现电子，并提出原子枣糕模型——说明原子可再分 2、卢瑟福： 粒子散射实验— —说明原子的核式结构模型 发现质子 3、查德威克：发现中子 4、约里奥.居里夫妇：发现正电子 5、贝克勒尔：发现天然放射 现象——说明原子核可再分6、爱因斯坦：质能方程2mc E=， 2 mc E? = ? 7、玻尔：提出玻尔原子模型，解释氢原子线状光谱8、密立根：油滴实验——测 量出电子的电 荷量 二、核反应的 四种类型 类型可 控 性 核反应 例 衰 变 α衰 变 自 发 β衰 变 自 发 人工转变人 工 控 制 H o He N1 1 17 8 4 2 14 7 + → +卢 瑟福 发现质子 n C He Be1 12 6 4 2 9 4 + → +查 德威 克发现中子 n P He l1 30 15 4 2 27 13 A+ → +约里 奥.居里夫妇 e Si P0 1 30 14 30 15 + →发 重核裂变比较容易进行人工控制 轻核聚除 变氢 弹 外 无 法 控 制 提醒： 1、核反应过程一般都是不可逆的，所以核反 应方程只能用单箭头表示反应方向，不能用等号连接。2、核反应的生成物一定要以实验事实为基础，不能凭空只依据两个守恒定律杜撰出生成物来写出核 反应方程 3、核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，遵循电荷数守恒 三、三种射线比较 种 类 速 度 0.1c 0.99c C 在电磁场中偏转与a射 线反向 偏转 不偏转 贯穿本领最弱， 用纸能 挡住 较强， 穿透几 毫米的 铝板 最强， 穿透几 厘米的 铅板 对 空 气 的 电 离 作 用 很强较弱 第一章习题参考答案 1.1速度为v 的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏 离角约为10-4 rad. 要点分析：碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变，并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动)，注意这里电子要动. 证明：设α粒子的质量为M α，碰撞前速度为V ，沿X 方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散射.电子质量用m e 表示，碰撞前静止在坐标原点O 处，碰撞后以速度v 沿φ方向反冲.α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有： 222212121v m V M V M e +'=αα （1） ?θααcos cos v m V M V M e +'= （2） ?θαsin sin 0v m V M e -'= （3） 作运算：（2）×sinθ±(3)×cosθ，得 )sin(sin ?θθ α+=V M v m e （4） )sin(sin ?θ?αα+='V M V M （5） 再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与V ， )(sin sin )(sin sin 222 2 222 2 ?θθ?θ?ααα+++=V m M V M V M e 化简上式，得 θ??θα 222sin sin )(sin e m M + =+ （６） 若记 αμM m e = ，可将（６）式改写为 θ?μ?θμ222sin sin )(sin +=+ （７） 视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有 )](2sin 2sin [)]sin(2[sin ?θ?μ?θμθ? θ ++-=+-d d 令0=?θd d ，则sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即2cos(θ+2φ)sinθ=0 （1）若sinθ=0则θ=0（极小）（8） （2）若cos(θ+2φ)=0则θ=90o-2φ（9） 将（9）式代入（7）式，有 θ?μ?μ2202)(90si n si n si n +=- 原子物理选择题 1. 如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z 的关 系图像，下列说法正确的是（B ） ⑴如D 和E 结合成F ，结合过程一定会吸收核能 ⑵如D 和E 结合成F ，结合过程一定会释放核能 ⑶如A 分裂成B 和C ，分裂过程一定会吸收核能 ⑷如A 分裂成B 和C ，分裂过程一定会释放核能 A ．⑴⑷ B ．⑵⑷ C ．⑵⑶ D ．⑴⑶ 2. 处于激发状态的原子，如果在入射光的电磁场的影响下，引起高能态向低能态跃迁，同 时在两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射，原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理，那么发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量E n 、电子的电势能E p 、电子动能E k 的变化关系是（B ） A ．E p 增大、E k 减小、E n 减小 B ．E p 减小、E k 增大、E n 减小 C ．E p 增大、E k 增大、E n 增大 D ． E p 减小、E k 增大、E n 不变 3. 太阳的能量来自下面的反应：四个质子（氢核）聚变成一个α粒子，同时发射两个正 电子和两个没有静止质量的中微子。已知α粒子的质量为m a ，质子的质量为m p ，电子的质量为m e ，用N 表示阿伏伽德罗常数，用c 表示光速。则太阳上2kg 的氢核聚变成α粒子所放出能量为 （C ） A ．125(4m p —m a —2m e )Nc 2 B ．250(4m p —m a —2m e )Nc 2 C ．500(4m p —m a —2m e )Nc 2 D ．1000(4m p —m a —2m e )Nc 2 4. 一个氘核（H 21）与一个氚核（H 31）发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质 量亏损.聚变过程中（B ） A.吸收能量，生成的新核是e H 42 B.放出能量，生成的新核是e H 42 C.吸收能量，生成的新核是He 32 D.放出能量，生成的新核是He 32 5. 一个原来静止的原子核放出某种粒子后，在磁场中形成如图所示 的轨迹，原子核放出的粒子可能是（A ） A.α粒子 B.β粒子 C.γ粒子 D.中子 6. 原来静止的原子核X A Z ，质量为1m ，处在区域足够大的匀强磁场中，经α衰变变成质 量为2m 的原子核Y ，α粒子的质量为3m ，已测得α粒子的速度垂直磁场B ，且动能为0E .假设原子核X 衰变时释放的核能全部转化为动能，则下列四个结论中，正确的是（D ） ①核Y 与α粒子在磁场中运动的周期之比为2 2-Z 2018年高考物理学史总结 物理学史这部分内容在高考卷上通常以选择题形式出现（实验题中也会小概率出现），分值在6分以下，一般情况下不会出偏难怪的，毕竟这不是考纲里的重点。复习建议：以现有的生活经验常识为主，稍加了解就可以。现总结如下：1、伽利略 （1）通过理想实验推翻了亚里士多德“力是维持运动的原因”的观点 （2）推翻了亚里士多德“重的物体比轻物体下落得快”的观点 2、开普勒：提出开普勒行星运动三定律； 3、牛顿 （1）提出了三条运动定律。 （2）发现表万有引力定律； 4、卡文迪许：利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量G 5、爱因斯坦 （1）提出的狭义相对论（经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体） （2）提出光子说，成功地解释了光电效应规律，并因此获得诺贝尔物理学奖（3）提出质能方程2 E ，为核能利用提出理论基础 MC 6、库仑：利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律。 7、焦耳和楞次 先后独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，称为焦耳——楞次定律（这个很冷门！以教材为主！） 8、奥斯特 发现南北放置的通电直导线可以使周围的磁针偏转，称为电流的磁效应。 9、安培：研究电流在磁场中受力的规律(安培定则)，分子电流假说，磁场能对电流产生作用 10、洛仑兹：提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛仑兹力）的观点。 11、法拉第 （1）发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应现象（教材上是这样的，实际不是有一定历史原因，以教材为主！） （2）提出电荷周围有电场，提出可用电场描述电场，提出电磁场、磁感线、电场线的概念 12、楞次：确定感应电流方向的定律，愣次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 13、亨利：发现自感现象（这个也比较冷门）。 14、麦克斯韦：预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。 15、赫兹： （1）用实验证实了电磁波的存在并测定了电磁波的传播速度等于光速。 （2）证实了电磁理的存在。 16、普朗克 提出“能量量子假说”——解释物体热辐射（黑体辐射）规律电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，即量子理论 高中物理光学原子物理知识要点精编W O R D 版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】 光学 一、光的折射 2．光在介质中的光速：n=n/n 1．折射定律：n=nnn大角 nnn小角 3．光射向界面时，并不是全部光都发生折射，一定会有一部分光发生反射。 4．真空/空气的n等于1，其它介质的n都大于1。 5．真空/空气中光速恒定，为n=3×108m/s，不受光的颜色、参考系影响。光从真空/空气中进入介质中时速度一定变小。 6．光线比较时，偏折程度大（折射前后的两条光线方向偏差大）的光折射率n大。 二、光的全反射 1．全反射条件：光由光密（n大的）介质射向光疏（n小的）介质；入射角大于或等于临界角C，其求法为nnn n=n 。 n 2．全反射产生原因：由光密（n大的）介质，以临界角C射向空气时，根据折射定律，空气中的sin角将等于1，即折射角为90°；若再增大入射角，“sin空气角”将大于1，即产生全反射。 3．全反射反映的是折射性质，折射倾向越强越容易全反射。即n越大，临界角C越小，越容易发生全反射。 4．全反射有关的现象与应用：水、玻璃中明亮的气泡；水中光源照亮水面某一范围；光导纤维（n大的内芯，n小的外套，光在内外层界面上全反射） 三、光的本质与色散 1．光的本质是电磁波，其真空中的波长、频率、光速满足n=nn（频率也可能用n表示），来源于机械波中的公式n=n/n。 2．光从一种介质进入另一种介质时，其频率不变，光速与波长同时变大或变小。 3．将混色光分为单色光的现象成为光的色散。不同颜色的光，其本质是频率不同，或真空中的波长不同。同时，不同颜色的光，其在同一介质中的折射率也不同。 4．色散的现象有：棱镜色散、彩虹。 5．红光和紫光的不同属性汇总如下： 第一章习题参考答案 速度为v 的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏离角约为10-4 rad. 要点分析：碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变，并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动)，注意这里电子要动. 证明：设α粒子的质量为M α，碰撞前速度为V ，沿X 方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散射.电子质量用m e 表示，碰撞前静止在坐标原点O 处，碰撞后以速度v 沿φ方向反冲.α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有： 222212121v m V M V M e +'=αα （1） ?θααcos cos v m V M V M e +'= （2） ?θαsin sin 0v m V M e -'= （3） 作运算：（2）×sinθ±(3)×cosθ，得 )sin(sin ?θθ α+=V M v m e （4） )sin(sin ?θ?αα+='V M V M （5） 再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与V ， )(sin sin )(sin sin 222 2 2 22 2 ?θθ?θ?ααα+++=V m M V M V M e 化简上式，得 θ??θα 222sin sin )(sin e m M + =+ （６） 若记 αμM m e = ，可将（６）式改写为 θ?μ?θμ222sin sin )(sin +=+ （７） 视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有 )](2sin 2sin [)]sin(2[sin ?θ?μ?θμθ?θ ++-=+-d d 令0=?θd d ，则sin2(θ+φ)-sin2φ=0 即2cos(θ+2φ)sinθ=0 （1）若sinθ=0则θ=0（极小）（8） （2）若cos(θ+2φ)=0则θ=90o-2φ（9） 将（9）式代入（7）式，有 θ?μ?μ2202)(90si n si n si n +=- 由此可得 183641 ?= = =αμθM m e sin θ≈10-4 弧度（极大）此题得证. （1）动能为的α粒子被金核以90°散射时，它的瞄准距离（碰撞参数）为多大（2）如果金箔厚μm，则入射α粒子束以大于90°散射（称为背散射）的粒子数是全部入射粒子的百分之几 解：（1）依 2cot 2θa b =和E e Z Z a 02 214πε≡金的原子序数Z 2=79 ) (10752.2245cot 00.544 .1792cot 42211502m E e Z b o -?=?=?=θπε 答：散射角为90o所对所对应的瞄准距离为. (2) 要点分析：第二问解的要点是注意将大于90°的散射全部积分出来.90°～180°范围的积分，关键要知道n ，问题不知道nA ，但可从密度与原子量关系找出注意推导出n 值. A N A N A V V V N V N n ρ ρ==?== )(1mol A A 总分子数，其他值从书中参考列表中找. 从书后物质密度表和原子量表中查出Z Au =79，A Au =197，ρAu =×104 kg/m 3 高二物理《原子物理》练习题 一、单项选择题 1．β衰变中放出的电子来自() A．组成原子核的电子B．核内质子转化为中子 C．核内中子转化为质子D．原子核外轨道中的电子 2．下列说法正确的是() A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律 B．α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流 C．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 D．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关 3．如图所示，天然放射性元素，放出α、β、γ三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现β射线和γ射线都沿 直线前进，则α射线() A．向右偏B．向左偏 C．直线前进D．无法判断 4．下面说法正确的是() ①β射线的粒子和电子是两种不同的粒子②红外线的波长比X射线的波长长③α射线的粒子不同于氦原子核④γ射线的穿透本领比α射线的强 A．①②B．①③ C．②④D．①④ 5．人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一，氦的这种同位素应表示为() A.43He B.32He C.42He D.33He 6．科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能。下面有关该电池的说法正确的是() A．镍63的衰变方程是6328Ni→0－1e＋6327Cu B．镍63的衰变方程是6328Ni→0－1e＋6429Cu C．外接负载时镍63的电势比铜片高 D．该电池内电流方向是从镍63到铜片 7. 将半衰期为5天的质量为64 g的铋分成四份分别投入：(1)开口容器中；(2)100 atm的密封容器中；(3)100 ℃的沸水中；(4)与别的元素形成化合物。经10天后，四种情况下剩下的铋的质量分别为m1、m2、m3、m4。则() 高中物理所有物理学史资料的汇总 1、胡克:英国物理学家;发现了胡克定律(F弹=kx 2、伽利略:意大利的著名物理学家;伽利略时代的仪器、设备十分简陋,技术也比较落后,但伽利略巧妙地运用科学的推理,给出了匀变速运动的定义,导出S正比于t2并给以实验检验;推断并检验得出,无论物体轻重如何,其自由下落的快慢是相同的;通过斜面实验,推断出物体如不受外力作用将维持匀速直线运动的结论。后由牛顿归纳成惯性定律。伽利略的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一。 3、牛顿:英国物理学家;动力学的奠基人,他总结和发展了前人的发现,得出牛顿定律及万有引力定律,奠定了以牛顿定律为基础的经典力学。 4、开普勒:丹麦天文学家;发现了行星运动规律的开普勒三定律,奠定了万有引力定律的基础。 5、卡文迪许:英国物理学家;巧妙的利用扭秤装置测出了万有引力常量。 6、布朗:英国植物学家;在用显微镜观察悬浮在水中的花粉时,发现了“布朗运动”。 7、焦耳:英国物理学家;测定了热功当量J=4.2焦/卡,为能的转化守恒定律的建立提供了坚实的基础。研究电流通过导体时的发热,得到了焦耳定律。 8、开尔文:英国科学家;创立了把-273℃作为零度的热力学温标。 9、库仑:法国科学家;巧妙的利用“库仑扭秤”研究电荷之间的作用,发现了“库仑定律”。 10、密立根:美国科学家;利用带电油滴在竖直电场中的平衡,得到了基本电荷e。 11、欧姆:德国物理学家;在实验研究的基础上,欧姆把电流与水流等比较,从而引入了电流强度、电动势、电阻等概念,并确定了它们的关系。 12、奥斯特:丹麦科学家;通过试验发现了电流能产生磁场。 13、安培:法国科学家;提出了著名的分子电流假说。 14、汤姆生:英国科学家;研究阴极射线,发现电子,测得了电子的比荷e/m;汤姆生还提出了“枣糕模型”,在当时能解释一些实验现象。 15、劳伦斯:美国科学家;发明了“回旋加速器”,使人类在获得高能粒子方面迈进了一步。 力学知识结构图 匀变速直线运动 基本公式：V t =V 0+at S=V 0t+21 at 2 as V V t 22 02 += 2 0t V V V += 运动的合成与分解 已知分运动求合运动叫运动的合成，已知合运动求分运动叫运动的分解。运动的合成与分解遵守平行四边形定则 平抛物体的运动 特点：初速度水平，只受重力。 分析：水平匀速直线运动与竖直方向自由落体的合运动。 规律：水平方向 Vx = V 0，X=V 0t 竖直方向 Vy = gt ，y = 22 1gt 合 速 度 V t = ,2 2y x V V +与x 正向夹角tg θ= x y V v 匀速率圆周运动 特点：合外力总指向圆心（又称向心力）。 描述量：线速度V ，角速度ω，向心加速度α，圆轨道半径r ，圆运动周期T 。 规律：F= m r V 2=m ω2r = m r T 2 2 4π 物 体 的 运 动 A 0 t/s X/cm T λx/cm y/cm A 0 V 天体运动问题分析 1、行星与卫星的运动近似看作匀速圆周运动 遵循万有引力提供向心力,即 =m =m ω2R=m( )R 2、在不考虑天体自转的情况下,在天体表面附近的物体所受万有引力近似等于物体的重力,F 引=mg,即?=mg,整理得GM=gR 2。 3、考虑天体自传时：（1）两极 （2）赤道 平均位移：02 t v v s vt t +== 模 型题 2．非弹性碰撞：碰撞过程中所产生的形变不能够完全恢复的碰撞；碰撞过程中有机械能损失． 非弹性碰撞遵守动量守恒，能量关系为： 12m 1v 21＋12m 2v 22＞12m 1v 1′2＋1 2 m 2v 2′2 3．完全非弹性碰撞：碰撞过程中所产生的形变完全不能够恢复的碰撞；碰撞过程中机械能损失最多．此种情况m 1与m 2碰后速 度相同，设为v ，则：m 1v 1＋m 2v 2＝(m 1＋m 2)v 系统损失的动能最多，损失动能为 ΔE km ＝12m 1v 21＋12m 2v 22－12 (m 1＋m 2)v 2 1 ．弹性碰撞：碰撞过程中所产生的形变能够完全恢复的碰撞；碰撞过程中没有机械能损失．弹性碰撞除了遵从动量守恒定律外，还具备：碰前、碰后系统的总动能相等，即 12m 1v 21＋12m 2v 22＝12m 1v 1′2＋1 2 m 2v 2′2 特殊情况：质量m 1的小球以速度v 1与质量m 2的静止小球发生弹性正碰，根据动量守恒和动能守恒有m 1v 1＝m 1v 1′＋m 2v 2′，1 2m 1v 21＝ 12m 1v 1′2＋1 2m 2v 2′2.碰后两个小球的速度分别为： v 1′＝m 1－m 2m 1＋m 2v 1，v 2′＝2m 1 m 1＋m 2v 1 动 量碰撞 如图所示，在水平光滑直导轨上，静止着三个质量为m ＝1 kg 的相同的小球A 、B 、C 。现让A 球以v 0＝2 m/s 的速 度向B 球运动， A 、 B 两球碰撞后粘在一起继续向右运动并与 C 球碰撞，C 球的最终速度v C ＝1 m/s 。问： om (1)A 、B 两球与C 球相碰前的共同速度多大？ (2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能？ 【答案】(1)1 m/s (2)1.25 J .线球模型与杆球模型：前面是没有支撑的小球，后两幅图是 有支撑的小球 过最高点的临界条件 由mg=mv 2/r 得v 临=? 由小球恰能做圆周运动即可 得 v 临=0 .车过拱桥问题分析 对甲分析,因为汽车对桥面的压力F N'=mg-?,所以(1)当v=?时,汽车对桥面的压力F N'=0; (2)当0≤v?时,汽车将脱离桥面危险。 对乙分析则:F N-mg=m , 甲 1.做平抛(或类平抛)运动的物体 任意时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点 2. 自由落体 填空题 1、在正电子与负电子形成的电子偶素中，正电子与负电子绕它们共同的质心的运动，在n = 2的状态， 电子绕质心的轨道半径等于 nm 。 2、氢原子的质量约为____________________ MeV/c 2。 3、一原子质量单位定义为 原子质量的 。 4、电子与室温下氢原子相碰撞，欲使氢原子激发，电子的动能至少为 eV 。 5、电子电荷的精确测定首先是由________________完成的。特别重要的是他还发现了_______ 是量子化的。 6、氢原子 n=2,n φ =1与H + e 离子n=?3,?n φ?=?2?的轨道的半长轴之比a H /a He ?=____,半短 轴之比b H /b He =__ ___。 7、玻尔第一轨道半径是0.5291010-?m,则氢原子n=3时电子轨道的半长轴a=_____,半短轴 b?有____个值，?分别是_____?， ??, . 8、 由估算得原子核大小的数量级是_____m,将此结果与原子大小数量级? m 相比, 可以说明__________________ . 9、提出电子自旋概念的主要实验事实是-----------------------------------------------------------------------------和_________________________________-。 10、钾原子的电离电势是4.34V ，其主线系最短波长为 nm 。 11、锂原子（Z =3）基线系（柏格曼系）的第一条谱线的光子能量约为 eV （仅需两位有效数字）。 12、考虑精细结构，形成锂原子第二辅线系谱线的跃迁过程用原子态符号表示应为——————————————————————————————————————————————。 13、如果考虑自旋, 但不考虑轨道-自旋耦合, 碱金属原子状态应该用量子数———————————— 表示，轨道角动量确定后, 能级的简并度为 。 14、32P 3/2→22S 1/2 与32P 1/2→22S 1/2跃迁, 产生了锂原子的____线系的第___条谱线的双线。 15、三次电离铍(Z =4)的第一玻尔轨道半径为 ，在该轨道上电子的线速度为 。 16、对于氢原子的32D 3/2能级，考虑相对论效应及自旋-轨道相互作用后造成的能量移动与电子动能及电子与核静电相互作用能之和的比约为 。 17、钾原子基态是4s,它的四个谱线系的线系限的光谱项符号,按波数由大到小的次序分别 是______,______,_____,______. (不考虑精细结构，用符号表示). 18、钾原子基态是4S ，它的主线系和柏格曼线系线系限的符号分别是 _________和 __ 。 19、按测不准关系,位置和动量的不确定量 ?x,x p ? 之间的关系为_____ 。 20、按测不准关系,位置和动量的不确定量 ?E,t ? 之间的关系为_____ 。 21、已知He 原子1P 1→1S 0跃迁的光谱线在磁场中分裂为三条光谱线。若其波数间距为?~v ， 高考高中物理学史 必修部分： 一、力学： 1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）； 2、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。 3、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 4、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。 5、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。 6、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。 7、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律； 、 8、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量； 9、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。 10、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同； 俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。 11、1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星； 1961年4月，世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着尤里加加林第一次踏入太空。 二、相对论： 12、物理学晴朗天空上的两朵乌云：①迈克逊－莫雷实验——相对论（高速运动世界）， ②热辐射实验——量子论（微观世界）； 13、19世纪和20世纪之交，物理学的三大发现：X射线的发现，电子的发现，放射性的发现。 < 14、1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，有两条基本原理： ①相对性原理——不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的； ②光速不变原理——不同的惯性参考系中，光在真空中的速度一定是c不变。 15、1900年，德国物理学家普朗克解释物体热辐射规律提出能量子假说：物质发射或吸收能量时，能量不是连续的，而是一份一份的，每一份就是一个最小的能量单位，即能量子； 16、激光——被誉为20世纪的“世纪之光”； 第一章习题1、2解 1.1 速度为v的非相对论的α粒子与一静止的自由电子相碰撞，试证明：α粒子的最大偏离角约为10-4rad. 要点分析: 碰撞应考虑入射粒子和电子方向改变.并不是像教材中的入射粒子与靶核的碰撞(靶核不动).注意这里电子要动. 证明：设α粒子的质量为Mα，碰撞前速度为V，沿X方向入射；碰撞后，速度为V'，沿θ方向散射。电子质量用m e表示，碰撞前静止在坐标原点O处，碰撞后以速度v沿φ方向反冲。α粒子-电子系统在此过程中能量与动量均应守恒，有： 2 2 2 2 1 2 1 2 1 v m V M V M e + ' = α α（1） ? θ α α cos cos v m V M V M e + ' =（2） ? θ α sin sin 0v m V M e - ' =（3） 作运算：（2）×sinθ±(3)×cosθ,得 ) sin( sin ? θ θ α+ =V M v m e（4） ) sin( sin ? θ ? α α+ ='V M V M（5） 再将（4）、（5）二式与（1）式联立，消去Ｖ’与v ， 化简上式，得 （６） θ?μ?θμ222sin sin )(sin +=+ （７） 视θ为φ的函数θ（φ），对（7）式求θ的极值，有 令 θ+φ)-sin2φ=0 即 2cos(θ+2φ)sin θ=0 （1） 若 sin θ=0, 则 θ=0（极小） （8） （2）若cos(θ+2φ)=0 则 θ=90o-2φ （9） 将（9）式代入（7）式，有 θ ?μ?μ2202)(90si n si n si n +=- 由此可得 θ≈10-4弧度（极大） 此题得证。 1.2（1）动能为5.00MeV的α粒子被金核以90°散射时，它的瞄准距离（碰撞参数）为多大？ （2）如果金箔厚1.0 μm，则入射α粒子束以大于90°散射（称为背散射）的粒子数是全部入射粒子的百分之几？ 要点分析:第二问是90°～180°范围的积分.关键要知道n, 注意推导出n值. 其他值 解：（1）依 金的原子序数 Z2=79 答：散射角为90o所对所对应的瞄准距离为22.8fm. (2)解: 第二问解的要点是注意将大于90°的散射全部积分出来. (问题不知道nA,但可从密度与原子量关系找出) 从书后物质密度表和原子量表中查出 Z Au=79,A Au=197, ρAu=1.888×104kg/m3 高中物理竞赛单元测试原子物理 考试时间：240分钟满分200分 一、选择题．（本题共8小题，每小题7分．在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项是正确的，有的小题有多项是正确的．把正确选项前面的英文字母写在每小题后面的方括号内．全部选对的得7分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分． 1．在狭义相对论中，下列说法中正确的有（）个 （1）一切运动物体相对于观测者的速度都不能大于真空中的光速。 （2）长度、质量、时间的测量结果都是随物体与观测者的相对运动状态而改变的 （3）在一个惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生的 （4）惯性系中的观测者观测一只与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这只钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些。 A．1 B．2 C． 3 D．4 2．氢原子能够辐射波长 （在与辐射原子相关连的参考系里）的典型无线电波。如果氢原子以速度v=0.6c 垂直地球方向运动，那么在地球上接收辐射的波长为（） A．16.8cm B． 21cm C．26.25cm D．35cm 3．卫星的运动可有地面的观测来决定，而知道了卫星的运动，又可以用空间的飞行体或地面上物体的运动，这都涉及到时间和空间坐标的测定，为简化分析和计算，不考虑地球的自转和公转，把它作惯性系。考虑根据参照卫星的运动来测定一个物体的运动。设不考虑相对论效应。假设从卫星持续发出的电波信号包含卫星运动状态的信息，即每个信号发出的时刻及该时刻卫星的位置，再假设被观测的物体上有一台卫星信号接收器（设其上没有时钟），从而可获知这些信息。为了利用这些信息来确定物体的运动状态，即物体接收到卫星信号时物体当时所处的位置，以及当时的时刻，一般来说物体至少需要同时接收到（）个卫星同时发来的信号电波。 A．3 B．4 C． 5 D．6 4．处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时会发出一系列不同频率的光，称为氢光谱．氢光谱线的波长可以用下面的巴耳末—里德伯公式来表示 n，k分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数． ，对于每一个k，有 ，R称为里德伯常量，是一个已知量．对于 的一系列谱线其波长处在紫外线区，称为赖曼系； 的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系． 物理学史 一、力学： 伽利略（意大利物理学家） ①1638年，伽利略用观察——假设——数学推理的方法研究了抛体运动，论证重物体和轻物体下落一样快，并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即质量大的小球下落快是错误的）。 ②伽利略的理想斜面实验：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去。得出结论（力是改变物体运动的原因），推翻了亚里士多德的观点（力是维持物体运动的原因）。 评价：将实验与逻辑推理相结合，标志着物理学的开端。 （在伽利略研究力与运动的关系时，是在斜面实验的基础上，成功地设计了理想斜面实验，理想实验是实际实验的延伸，而不是实际的实验，是建立在实际事实基础上的合乎逻辑的科学推断。） 奥托··格里克（德国马德堡市长） ①马德堡半球实验：证明大气压的存在。 胡克（英国物理学家） ①提出胡克定律：只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比。 笛卡儿（法国物理学家）①根据伽利略的理想斜面实验，提出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 牛顿（英国物理学家） ①将伽利略的理想斜面实验的结论归纳为牛顿第一定律（即惯性定律）。 卡文迪许（英国物理学家） ①利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量。（微小形变放大思想） 万有引力定律的应用 ①1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈（勒维耶）应用万有引力定律，计算并观测到海王星。1930年，美国天文学家汤博用同样的计算方法发现冥王星。 经典力学的局限性 ①20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。 二、电磁学： 一、光电效应现象 1、光电效应： 光电效应：物体在光（包括不可见光）的照射下发射电子的现象称为光电效应。 2、光电效应的研究结论： ①任何一种金属，都有一个极限频率,入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大。注意：从金属出来的电子速度会有差异，这里说的是从金属表面直接飞出来的光电子。③入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s;④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。 3、光电效应的应用： 光电管：光电管的阴极表面敷有碱金属，对电子的束缚能力比较弱，在光的照射下容易发射电子，阴极发出的电子被阳极收集，在回路中形成电流，称为光电流。 注意：①光电管两极加上正向电压，可以增强光电流。②光电流的大小跟入射光的强度和正向电压有关，与入射光的频率无关。入射光的强度越大，光电流越大。③遏止电压U0。回路中的光电流随着反向电压的增加而减小，当反向电压 1 U0满足：-mv max =eU o，光电流将会减小到零，所以遏止电压与入射光的频率有2 关。 4、波动理论无法解释的现象： ①不论入射光的频率多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够多的能量，从而产生光电效应，实际上如果光的频率小于金属的极限频率, 无论光强多大，都不能产生光电效应。 ②光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初始动能应该由入射光的强度来决定，实际上光电子的最大初始动能与光强无关，与频率有关。 ③光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长， 实际上无论光入射的强度怎样微弱，几乎在开始照射的一瞬间就产生了光电子? 二、光子说 1、普朗克常量 普郎克在研究电磁波辐射时，提出能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hv的整数倍，hv称为一个能量量子。即能量是一份一份的。其中v辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量。 2、光子说 在空间中传播的光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量&跟光的频率v成正比。；=hv，其中：h是普朗克常量，v是光的频率。 三、光电效应方程 1、逸出功VW.电子脱离金属离子束缚，逸出金属表面克服离子引力做的功。原子物理学第一章习题参考答案
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