11高考光学原子物理专题
一、原子的核式结构
卢瑟福根据α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．α粒子散射实验的现象是：①绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进；②极少数α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hν＝E m －E n ．
3．“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．α衰变与β衰变方程
α衰变：X A Z →42Y A Z --＋42He
β衰变：X A Z →1Y A Z +＋01e -
2．α和β衰变次数的确定方法
先由质量数确定α衰变的次数，再由核电荷数守恒确定β衰变的次数．
3．半衰期(T )：放射性元素的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：N ＝N 01()2
t T ． 6．三种射线
射线 α射线 β射线 γ射线
物质微粒 氦核 42He 电子01e -
光子γ 带电情况 带正电(2e ) 带负电(－e ) 不带电
速度 约为110
c 接近c c 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：E ＝mc 2．
2．核能的计算
(1)若Δm 以千克为单位，则：
ΔE ＝Δmc 2．
(2)若Δm 以原子的质量单位u 为单位，则：
ΔE ＝Δm ×931.5 MeV ．
3．核能的获取途径
(1)重核裂变：例如 235
92U ＋10n →13654Xe ＋9038Sr ＋1010n
(2)轻核聚变：例如 2
1H ＋31H →42He ＋10n
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．
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：
①24
11Na →2412Mg ＋____； ②23592U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋____；③21H ＋31H →42He ＋____．
完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是( )
A ．①是裂变，②是β衰变，③是聚变
B ．①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C ．①是β衰变，②是裂变，③是聚变
D ．①是β衰变，②是聚变，③是裂变
[答案] ①01e - ②310n ③10n C
【点评】①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成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变．
②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 11H ＋126C →137N ＋Q 1 11H ＋157N →12
6C ＋X ＋Q 2 方程中Q 1、Q 2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
原子核 11H 32He 42He
126C 137N 157N 质量/u
1.0078 3.0160 4.0026 1
2.0000 1
3.0057 15.0001
下列判断正确的是[2009年高考·重庆理综卷]( )
A ．X 是32He ，Q 2>Q 1
B ．X 是4
2He ，Q 2>Q 1
C ．X 是32He ，Q 2 D ．X 是4 2He ，Q 2 【解析】核反应方程：1 1H ＋126C →137N 中的质量亏损为： Δm 1＝1.0078 u ＋12.0000 u －13.0057 u ＝0.0021 u 根据电荷数守恒、质量数守恒可知： 11H ＋137N →126C ＋4 2He 其质量亏损为：Δm 2＝1.0078 u ＋15.0001 u －12.0000 u －4.0026 u ＝0.0053 u 根据爱因斯坦质能方程得：Q 1＝Δm 1c 2，Q 2＝Δm 2c 2 故Q 1＜Q 2． [答案] B 【点评】要注意u 为质量单位，并不是能量单位，其中1 u ＝1.6606×10－27 kg,1 u c 2＝931.5 MeV ． 自测一： 一、选择题(10×4分) 1．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素．下列有关放射性知识的说法中，正确的是( ) A ．235 92U 衰变成 20682Pb 要经过6次β衰变和8次α衰变 B ．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，则经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核 C ．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的 D ．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱 【解析】由质量数守恒和电荷数守恒可知A 正确；放射性同位素存在半衰期是一个统计规律，对于大量的原子核才成立，4个氡原子核经过3.8天后可能剩4个，也可能剩3个， 还可能剩2个或1个都不剩，B 错误；β衰变的方程为：A y x →1A y x -＋01e -，C 正确；β射线 是高速电子，不是电磁波，D 错误． [答案] AC 2．一列简谐横波沿x 轴所在直线传播，图示为某时刻的波形图，其中A 处到O 的距离为0.5 m ，此时A 处的质点沿y 轴负方向运动，再经0.02 s 第一次到达波谷，则( ) A ．这列波的波长为1 m B ．这列波的频率为100 Hz C ．这列波的波速为25 m/s D ．这列波的传播方向沿x 轴负方向 【解析】由A 点正沿y 轴负方向振动可知波向x 轴的负方向传播，D 正确．又由题意及 图象可知λ＝1 m ，T ＝0.08 s ，故f ＝1T ＝12.5 Hz ，v ＝λT ＝12.5 m/s ． [答案] AD 3．地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计．已知大气压强随高度增加而降低，则该气团在此上升过程中(不计气团内分子间的势能)[2008年高考·重庆理综卷]( ) A ．体积减小，温度降低 B ．体积减小，温度不变 C ．体积增大，温度降低 D ．体积增大，温度不变 【解析】本题考查气体的有关知识，属于中等难度题目．随着空气团的上升，大气压强也随着减小，那么空气团的体积会增大，空气团对外做功，其内能会减小，因为不计分子势能，所以内能由其温度决定，则其温度会降低．所以空气团的体积增大、温度降低、压强减小． [答案] C 4．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变成中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程．中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变成子核并放出中微子，则下列说法正确的是( ) A ．母核的质量数等于子核的质量数 B ．母核的电荷数大于子核的电荷数 C ．子核的动量与中微子的动量相同 D ．子核的动能大于中微子的动能 【解析】这一核反应中粒子的质量数不变，电荷数减少一个，选项A 、B 正确；子核与 中微子的动量大小相等、方向相反，选项C 错误；又由E k ＝p 2 2m ，故子核的动能远小于中微子的动能，选项D 错误． [答案] AB 5．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是[2008年高考·上海物理卷]( ) A ．当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30° B ．当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90° C ．当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30° D ．干涉条纹保持不变 【解析】金属线圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知，干涉条纹与金属线圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，故D 正确． [答案] D 6．在应用电磁波的特性时，下列符合实际的是() A．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒 B．医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒 C．人造卫星对地球拍摄时利用紫外线照相有较好的分辨率 D．人造气象卫星对地球拍摄时利用红外线照相是利用红外线透射率高和热效应强 【解析】紫外线的化学效应明显，还具有生理作用，故常用来对病房和手术室进行消毒；而X射线的穿透力强，生理作用、化学效应并不明显，不能用于手术室消毒，常用以透视，故B正确，A错误． 因为任何物质都会发出红外线，且发射的波长与温度有关，红外线的波长长，透过云雾和微尘能力强，故常用于拍摄气象云图．而地球周围传播的紫外线极少，无法用紫外线感光来拍摄地球的状况． [答案] BD 7．如图所示，已知用光子能量为2.82 eV 的紫色光照射光电管中的金属涂层时，电流表的指针发生了偏转．若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，电流表的示数恰好减小到0，电压表的示数为1 V，则该金属涂层的逸出功约为() A．2.9×10－19 J B．4.5×10－19 J C．2.9×10－26 J D．4.5×10－26 J 【解析】由电场力做功的公式可知，当光电子的最大初动能E k≤eU0时，光电流为零，故知E k＝1.6×10－19 J，所以W＝hν－E k＝2.9×10－19 J． [答案] A 8．下列关于分子运动和热现象的说法中，正确的是() A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子存在斥力的缘故 B．100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加 C．对于一定量的气体(分子间的作用力不计)，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热 D．如果气体分子总数不变，气体温度升高，则压强必然增大 【解析】气体分子之间的引力大于斥力，但都小到可忽略不计，气体失去了容器的约束时会散开是因为气体分子热运动的缘故，故A错误；100°的水变成100℃的水蒸气的过程吸收热量，内能增加，但分子平均动能并没有增加，说明分子势能增加了，故B正确；气体的体积增大，分子密度变小，而压强保持不变，说明分子的平均动能增大，内能增大了，由ΔU＝W＋Q，W＜0，得Q＝ΔU＋|W|，故C正确；气体的温度升高，分子的平均动能增大，若体积膨胀较大，分子密度变小，气体压强也可能减小或不变，D错误． [答案] BC 9．一列简谐横波沿x轴正方向传播，其振幅为2 cm．已知在t＝0时刻相距30 m的a、b两质点的位移都是1 cm，但运动方向相反，其中a质点沿y轴负方向运动，如图所示．则() A．a、b两质点的平衡位置间的距离为半波长的奇数倍 B．t＝0时刻a、b两质点的加速度相同 C．a质点的速度最大时，b质点的速度为零 D．当b质点的位移为＋2 cm时，a质点的位移为负 【解析】a 、b 两质点的间距可能小于半个波长，或为nλ＋Δx ，A 错误；t ＝0时刻a 、b 两质点的位移相同，故加速度相同，B 正确；在a 由此刻到达平衡位置的时间内，a 的平均速率大于b 的平均速率，故这一时间内b 还没有到达波峰，当b 到达波峰时a 已处于x 轴的下方，故C 错误、D 正确． [答案] BD 10．图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P 以此时刻为计时起点的振动图象．则从该时刻起( ) A ．经过0.35 s 后，质点Q 距平衡位置的距离小于质点P 距平衡位置的距离 B ．经过0.25 s 后，质点Q 的加速度大于质点P 的加速度 C ．经过0.15 s 后，波沿x 轴的正方向传播了3 m D ．经过0.1 s 后，质点Q 的运动方向沿y 轴的正方向 【解析】图乙描述的是图甲中P 点的振动图象．由图乙不难看出P 点的振动周期为0.2 s ，零时刻质点P 处于平衡位置且将沿y 轴负方向振动．因此，图甲的波动图象将沿x 轴的正方向传播，Q 点在该时刻将沿y 轴正方向振动，由于在同一列波中各个质点的振动周期相 同，经过0.35 s(即 74 T )后，Q 点将处于x 轴下方某处但不是位于波谷位置，而P 点将处于波峰位置，则选项A 正确；经过0.25 s(即 54 T )后，Q 点将处于x 轴上方某处但不是位于波峰位置，而P 点将处于波谷位置，则该时刻Q 点的加速度小于P 点的加速度，故选项B 错误； 由v ＝λT 可知波速为 20 m/s ，经过0.15 s(即 34 T )后，波沿x 轴的正方向传播了3 m ，则选项C 正确；经过0.1 s (即 12 T )后，Q 点的运动方向沿y 轴的负方向，故选项D 错误． [答案] AC 二、非选择题(共60分) 11．(6分)有两位同学利用假期分别去参观北大和南大的物理实验室，各自在那里利用先进的DIS 系统较准确地探究了“单摆的周期T 与摆长L 的关系”，他们通过校园网交换实验数据，并由计算机绘制了T 2－L 图象，如图甲所示．去北大的同学所测实验结果对应的图线是________(填“A ”或“B ”)．另外，在南大做探究的同学还利用计算机绘制了两种单 摆的振动图象(如图乙所示)，由图可知，两单摆的摆长之比L a L b ＝________． 【解析】由T ＝2πL g ，可得g ＝4π2L T 2 因为g 北＞g 南，故北大实验结果对应图线B ． 又由图乙可知L a L b ＝(T a T b )2＝49 ． [答案] B (3分) 49(3分) 12．(9分)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，已经准备的器材有：油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔和坐标纸．要完成本实验，还欠缺的器材有__________________． 已知油酸酒精溶液中油酸的体积比浓度为0.05%,1 mL这样的溶液合80滴．现将1滴该溶液滴在水面上，这滴溶液中纯油酸的体积是________m3． 用彩笔描绘出油膜轮廓线后，印在坐标纸上，如图所示．已知坐标纸每一小格的边长为1 cm，则油膜的面积为______m2． 根据上面的数据，估算油酸分子的直径是______m．(结果保留一位有效数字) [答案] 量筒、痱子粉(2分) 6.25×10－12(2分) 1.25×10－2(2分)5×10－10(3分) 13．(10分)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，准备了下列仪器： A．白炽灯B．双窄缝片C．单窄缝片D．滤光片 E．毛玻璃光屏 (1)把以上仪器安装在光具座上，自光源起合理的顺序是________________(填字母)． (2)在某次实验中，用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹，其中亮纹a、c的位置利用测量头上的分划板确定，如图所示．其中表示a纹位置(如图甲所示)的手轮读数为________mm，表示c纹位置(如图乙所示)的手轮读数为________mm． (3)已知双缝间的距离为0.18 mm，双缝与屏的距离为500 mm，则单色光的波长为________μm． [答案] (1)ADCBE(4分) (2)1.790(2分) 4.940(2分)(3)0.567(2分) 14．(11分)利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率．实验方法如下：在白纸上作一直线MN，并作出它的一条垂线AB，将半圆柱形玻璃砖(底面的圆心为O)放在白纸上，它的直径与直线MN重合，在垂线AB上插两个大头针P1和P2，如图甲所示，然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针，可以确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，从而求出玻璃的折射率．实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外，还有量角器等． 甲 (1)某学生用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线AB上竖直插上了P1、P2两枚大头针，但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内，无论从何处观察，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，原因是________________________________________________，他应采取的措施是______________________________________________． (2)为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，在玻璃砖的右侧，最少应插________枚大 头针． (3)请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置(用“×”表示)，并作出光路图．为了计算折射率，应该测量的量有：________(在光路图上标出)，计算折射率的公式是________________． [答案] (1)光线P 1P 2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖后到达圆弧面上的入射角大于临界角，发生全反射现象，光不能从圆弧面折射出来 (2分) 向上移动半圆柱形玻璃砖，使到达圆弧面上的光线的入射角小于临界角 (2分) (2) 1 (2分) (3)光路图如图乙所示 (2分) 乙 入射角i 和折射角r (2分) n ＝sin r sin i (1分) 15．(12分)与其他能源相比，核能具有能量密度大、地区适应性强的优势．在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能． (1)核反应方程式 235 92U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋a X 是反应堆中发生的许多核反应中的一 种，X 为待求粒子，a 为X 的个数．则X 为________，a ＝________．以m U 、m Ba 、m Kr 分 别表示235 92U 、14156Ba 、9236Kr 的质量，m n 、m p 分别表示中子、质子的质量，c 为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE ＝_____________________________________． (2)有一座发电功率P ＝1.00×106 kW 的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%．假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE ＝ 2.78×10－11 J ，23592U 的质量M U ＝390×10－27 kg ．求每年(1年＝ 3.15×107 s)消耗的235 92U 的质 量． 【解析】(1)依据核电荷数守恒和质量数守恒定律可判断：X 为中子(10n )，且a ＝3 (2 分) 据爱因斯坦的质能方程ΔE ＝Δmc 2 可得：ΔE ＝[m U －(m Ba ＋m Kr ＋2m n )]·c 2． (4分) (2)由题意知：P ＝1.00×106 kW t ＝3.15×107 s 因为W ＝Pt (1分) W 总＝W η＝Pt η (1分) 故核反应次数n ＝Pt η·ΔE (1分) 每年消耗 235 92U 的质量为： M 总＝nM U ＝Pt η·ΔE ·M U ＝1104.77 kg ． (3分) [答案] (1)中子(10n ) 3 [m U －(m Ba ＋m Kr ＋2m n )]·c 2 (2)1104.77 kg 16．(12分)太阳帆飞船是利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器，由于太阳光具有连续不断、方向固定等特点，借助太阳帆为动力的航天器无须携带任何燃料．在太阳光光子的 撞击下，航天器的飞行速度会不断增加，并最终飞抵距地球非常遥远的天体．现有一艘质量为663 kg的太阳帆飞船在太空中运行，其帆面与太阳光垂直．设帆能100%地反射太阳光，帆的面积为66300 m2，且单位面积上每秒接受到的太阳辐射能量E0＝1.35×103 J，已知太阳辐射的光子的波长绝大多数集中在波长为2×10－7m～1×10－5m波段，计算时可取其平均波长1.0×10－7 m，且不计太阳光反射时频率的变化．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s． (1)每秒钟射到帆面的光子数为多少？ (2)由于光子作用，飞船得到的加速度为多少？ 自测二： 一、在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确. 1.α粒子散射实验说明了［AD］ Ａ.原子有一个很小的核Ｂ.电子有一系列不连续的轨道 Ｃ.原子核由质子和中子组成Ｄ.原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量2.高速α粒子在金原子核电场作用下的散射现象如图所示，虚线表示α粒 子的运动轨迹，实线表示金核各等势面.设α粒子经过ａ、ｂ、ｃ三点时的 速度分别为ｖａ、ｖｂ、ｖｃ，电势能分别为Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ，则［BD］ Ａ.ｖｃ＜ｖｂ＜ｖａＢ.ｖｂ＜ｖａ＜ｖｃ Ｃ.Ｅａ＞Ｅｂ＞ＥｃＤ.Ｅｂ＞Ｅａ＞Ｅｃ 3.下列说法中正确的是［BC］ Ａ.天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的 Ｂ.玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子理论 Ｃ.γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很强 Ｄ.卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构 4.关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是［C］ Ａ.α射线是原子核自发放射出氦核，它的穿透能力最强 Ｂ.β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力 Ｃ.γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的穿透能力最强 Ｄ.γ射线是电磁波，它的穿透能力最弱 5.一群氢原子处于ｎ=4的激发态，当它们自发地跃迁到较低的能级时，则［BC］Ａ.可能辐射出3种不同频率的光子Ｂ.可能辐射出6种不同频率的光子 Ｃ.频率最高的光子是由ｎ=4能级向ｎ=1能级跃迁时辐射出的 Ｄ.波长最短的光子是由ｎ=4能级向ｎ=3能级跃迁时辐射出的 6.氢原子核外电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，下列说法中错误 ．．的是［ACD］Ａ.电子动能增大，电势能减少，且减少量等于增大量 Ｂ.电子动能增大，电势能减少，且减少量大于增大量 Ｃ.电子动能增大，电势能减少，且减少量小于增大量 Ｄ.电子动能减小，电势能增大，且减少量等于增大量 7．a 、b 两种放射性元素，质量分别为ma 以和mb ，已知a 的半衰期为15天，b 的半衰期为30天，若经过60天，两元素的质量相同，则ma 与mb 之比为 (B ) (A)1：4 (B)4：1 (C)2：1 (D)1：2 8.以下哪些现象和原子核的变化有关 ［B ］ Ａ.α粒子散射 Ｂ.天然放射性 Ｃ.光电效应 Ｄ.热核反应 9．天然放射现象中，β衰变放出的电子的来源是 (C ) (A)原子的外层电子 (B)原子的内层电子 (C)原子核内中子衰变为质子时放出的电子 (D)原子核内质子衰变为中子时放出的电子 10.经过一系列α衰变和β衰变，成为稳定的原子核，那么下列说法中正确的是 ［BCD ］ Ａ.共经过4次α衰变和6次β衰变 Ｂ.共经过6次α衰变和4次β衰变 Ｃ.铅核比钍核少8个质子 Ｄ.铅核比钍核少16个中子 11.如图所示，是原子核人工转变实验装置示意图.Ａ是α粒子源，Ｆ是铝箔，Ｓ为荧光屏，在容器中充入氮气后屏Ｓ上出现闪光，该闪光是由于 ［B ］ Ａ.α粒子射到屏上产生的 Ｂ.α粒子从氮核里打出的粒子射到屏上产生的 Ｃ.α粒子从Ｆ上打出的某种粒子射到屏上产生的 Ｄ.粒子源中放出的γ射线射到屏上产生的 12.下列核反应的方程中正确的是 ［ABC ］ 13．在α粒子散射实验中，当粒子最接近金原子核时，则α粒子（ACD ） (A)动能最小 (B)势能最小 (C)势能最大 (D)所受原子核的斥力最大 14．当a 粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可 能存在的? (BC ) 15．在α粒子散射实验中，使原子核对少数a 粒子产生大角度 偏转的作用力，其性质是属于 (B ) A ．万有引力 B ．库仑力 C ．磁场力 D ．核力 16．在下列四个核反应方程中，x 表示中子的是 ( CD ) (A) X O He N +→+1784214 7 (B) X Mg n Al +→+2712102713 (C) X He H H +→+423121 (D) n Xe Sr X U 101365490382359210++→+ 17.据最新报道，放射性同位素钬可有效治疗肝癌，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是 ［A ］ Ａ.32 Ｂ.67 Ｃ.99 Ｄ.166 二、把答案填在题中横线上. 18．把下列原子物理领域中科学家所做的重要贡献填在空格中 (1)卢瑟福 ____b ______ (a)解释氢光谱规律 (2)玻尔 ____a ______ (b)原子核式结构理论 (3)玛丽·居里 ____f ______ (c)第一次制成人工放射性同位素 (4)汤姆生 ____d ______ (d)发现电子 (5)爱因斯坦 ____g ______ (e)发现中子 (6)约里奥·居里 ____c ______ (f)发现天然放射性元素镭 (7)查德威克 ____e ______ (g)解释光电效应现象 19. 如图所示，由天然放射性元素钋（Ｐｏ） 放出的射线Ｘ１轰击铍（94Ｂｅ）时会产生粒 子流Ｘ２，用Ｘ２轰击石蜡时会打出粒子流Ｘ ３.则 Ｘ１为：__α粒子_______； Ｘ２为：__中子_______； Ｘ３为：__质子________. 20.最初发现质子的核反应方程是 ________________________________________________ 最初发现中子的核反应方程是 ________________________________________________ 21．放射性同位素a 的半衰期为2T ，b 的半衰期为T ，某时刻a 和b 的质量分别为a m =m ，和b m =16m 。则经过时间t=__8_______T 后，a 和b 的质量相等，这时a m =b m =__m/16_____。 22.1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用下宇称不守恒，并由吴健雄用 放射源进行了实验验证.次年，李、杨二人为此获得诺贝尔物理奖.的衰变过程是→++.其中，是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零.在上述衰变方程中，衰变产物 的质量数Ａ是____60_____________，核电荷数Ｚ是______28__________. 23.在研究钅波的挥发性时，通过对的α衰变分析发现，它先衰变成钅杜（）.再衰变成铹（），接着又衰变成钅门 .请用一个方程写出（）衰变成（ 的核反应方程_____________ _______. 24.衰变为，需要经过___4______次α衰变和____2______次β衰变. 三、解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.有数值计算的题，应明确写出数值和单位. 25. 铀238的半衰期是4.5×109年。 （1）假设有一块纯铀238矿石1千克，经过45亿年以后，还剩多少千克铀238？ （2）假设发生衰变的铀238都变成了铅206，则这一衰变经过了几次α衰变和几次β衰变？ (3)矿石中会有多少千克铅？ (1) 0.5kg (2) 8次α衰变 6次β衰变 (3) 0.433kg 26. 将1cm 3含有人工放射性同位素钠24的溶液注入人体静脉中，经过30h 后再从人体中抽取1cm 3血液，测得每分钟有5个钠24原子发生衰变.已知输入人体前钠24溶液每秒钟有2000个钠24原子发生衰变，钠24的半衰期为15h ，由此可知道该人的血液大约有多少em 3？. 高考回顾： 09年高考各区一模 原子物理部分 13．(丰台09)在核反应方程式 kX Xe Sr n U ++→+1365490381 023592中（ ） A ．X 是质子，k=9 B ．X 是质子，k=10 C ．X 是中子，k=9 D ．X 是中子，k=10 1．（朝阳期末09）为了解决人类能源之需，实现用核能代替煤、石油等不可再生能源，很多国家都在研制全超导核聚变“人造太阳”，它是从海水中提取原料，在上亿度的高温下发生的可控核聚变反应，科学家依据的核反应方程是 A ．23411120H+H He+n ??→ B ．235 1141 92192056360U+n Ba+Kr+3n ??→ C ．234 234090911Th Pa+e -??→ D ．238234 492902U Th+He ??→ 13．（朝阳09）在核反应方程“ 235 1141 929205636U+n Ba+Kr+3X ??→”中，以下说法正确的是 A ．X 是质子，反应过程中质量有亏损 B ．X 是中子，反应过程中质量有亏损 C ．X 是电子，反应过程中没有质量亏损 D ．X 是氦核，反应过程中没有质量亏损 15.我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克” (英文名称：EAST ，俗称“人造太 阳”)。设可控热核实验反应前氘核（H 2 1）的质量为m 1，氚核（H 31）的质量为m 2，反应后 氦核（H 4 2e ）的质量为m 3，中子（n 10）的质量为m 4。已知光速为c 。下列说法中不正确．．．的是 （ ） A ．这种装置中发生的核反应方程式是n He H H 1042312 1+→+ B ．由核反应过程质量守恒可知m 1+m 2= m 3+m 4 C ．核反应放出的能量等于 (m 1+m 2 – m 3 – m 4 )c 2 D ．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同 13.（宣武09）卢瑟福的α粒子散射实验结果表明了 A 原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电 B 某些原子核容易发生衰变，自身变成另一种元素的原子核 C 原子的正电部分和几乎全部质量都集中在体积很小的核上，整个原子很空旷 D 电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破 6．（朝阳期末）英国物理学家卢瑟福进行了α粒子的散射实验，他用α粒子轰击金箔，发现了α粒子的散射现象，观察到飞过金原子核附近的α粒子由于受到金原子核的库仑力作用而发生偏转，以下四张图是α粒子运动轨迹的示意图，其中正确的是 13．（石景山09）天然放射现象的发现揭示了 A ．原子具有复杂的结构 B ．原子的核式结构 C ．原子核具有复杂的结构 D ．原子核由质子和中子组成 14．（崇文09）目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素。如有些含有铀、钍的花岗岩会释放出放射性气体氡，氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线。已知氡的半衰期为3.8天，则下列说法正确的是 A. 发生α衰变时，生成的核与原来的核相比，中子数少2 O A O B O C D O B. 发生β衰变时，释放出电子，说明原子核内有电子存在 C. γ射线一般伴随着α或β射线产生，其中γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强 D. 若只有4个氡核，经7. 6天一定只剩下1个氡核 13．（西城09）下列说法正确的是 A ．用加温或加压的方法不能改变原子核衰变的半衰期 B ．某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少4个 C ．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流 D ．α射线的贯穿作用很强，可用来进行工业探伤 2．（朝阳期末09）氢原子从n =2的激发态跃迁到基态时辐射的光子为a ，从n =3的激发态跃迁到基态时辐射的光子为b ，下列说法正确的是 A ．b 光子的波长大于a 光子的波长 B ．b 光子的频率小于a 光子的频率 C ．若b 光子不能使某金属发生光电效应，则a 光子一定不能使该金属发生光电效应 D ．在同种介质中b 光的速度大于a 光的速度 15．（海淀09）图5所示为氢原子能级图，可见光的光子能量范围约为1.62eV~3.11eV 。下列说法正确的是 A ．大量处在n >3的高能级的氢原子向n =3能级跃迁时，发出的光有一部分是可见光 B ．大量处在n =3的氢原子向n =2能级跃迁时，发出的光是紫外线 C ．大量处在n =3能级的氢原子向n =1能级跃迁时，发出的光都应 具有显著的热效应 D ．处在n =3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子都能发生电离 自测三 高考总复习专题试卷——光学、原子物理 1（黄冈市重点中学2008届模拟）下列叙述中符合物理学史实的有 A ．托马斯?杨通过对光的干涉的研究，证实了光具有波粒二象性 B ．麦克斯韦不仅在理论上预言了电磁波的存在，而且他还通过实验得到了证实 C ．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型 D ．汤姆生通过对X 射线的研究，发现了电子，从而认识到原子是可分的 2下列说法正确的是 （ ） A.光波是一种概率波 B. 光波是一种电磁波 C.单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变 D.单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变 3下列说法中正确的是 （ ） n E /eV ∞ 4 3 2 1 0 -0.85 -1.53 -3.4 -13.6 图5 A.玛丽·居里首先提出原子的核式结构学说。 B.卢瑟福在粒子散射实验中发现了电子。 C.查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子。 D.爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说。 4天然放射现象的发现揭示了( ) A.原子不可再分 B.原子的核式结构 C.原子核还可再分 D.原子核由质子和中子组成 5下列关于波粒二象性的叙述中正确的是 （ ） A. 任何频率的光都具有波动性和粒子性，二者是互相统一的 B. 大量光子产生的效果往往显示出波动性 C. 个别光子不具有波动性 D. 从光电效应现象看，光的频率越高，它的粒子性越强。 6（09年福建)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是 A. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象( ) B. 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C. 在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象 D. 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 7(09年广东）硅光电池是利用光电效应原理制成的器件。下列表述正确的是( ) A ．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置 B ．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出 C ．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关 D ．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应 8以下几个原子核反应中，X 代表α粒子的反应式是：( ) A.42He+94Be →126C+X B.23490Th →23491Pa+X C.21H+3 1H →10n+X D.3015P →3014Si+X 9（05江苏卷）下列四个方程中，表示重核裂变的是( ) A ．2424011121Na Mg e -→+ B ．14 417172181N He O H +→+ C ．235192141192036560 3U n Kr Ba n +→++ D ． 23411120H H He n +→+ 10.下列说法正确的是( ) A.22688Ra 衰变为22286Rn 要经过1次α衰变和1次β衰变。 B.23892U 衰变为23491Pa 要经过1次α衰变和1次β衰变。 C.23290Th 衰变为208 82Pb 要经过6次α衰变和4次β衰变。 D.23892U 衰变为22286Rn 要经过4次α衰变和4次β衰变。 11上图为查德威克实验示意图，由于天然放射性元素钋(Po)放出的α射线轰击铍时会产生粒子流A ，用粒子流A 轰击石石昔 时会打出粒子流B ，经研究知道( ) A. A 为中子，B 为质子。 B. A 为质子，B 为中子。 C. A 为γ射线，B 为中子。 D. A 为中子，B 为γ射线。 12（湖北省部分重点2008年4月联考）据新化社报道，由我国自行设计，研制的世界第一 Ⅰ Ⅱ Ⅲ E F G H 套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次一程调试。下列关于“人造太阳”的说法中正确的是（ ） A.“人造太阳”的核反应方程是n He H H 1042112 1+→+ B. “人造太阳”的核反应方程是n Kr Ba n U 1092351415510235 92 3++→+ C.根据公式△E=△mc 2可知，核燃料的质量相同，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多 D.根据公式E=mc 2可知核燃料的质量相同时,聚变反应释放的能量与裂变反应释放的能量相 同 13、（2008年湖北八校联考）关于核能和核反应下列说法正确的是 A ．根据E=mC 2可知物体所具有的能量和它的质量之间存在着简单的正比关系 B ．根据ΔE=Δm C 2，在核裂变过程中减少的质量转化成了能量 C ．太阳内部进行的热核反应属于重核的裂变 D ．当铀块的体积小于临界体积时就会发生链式反应，瞬时放出巨大能量 14、（2008年湖北省名师预测卷）下列说法正确的是（ ） A ．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 B ．当放射性元素的原子外层电子具有较高能量时，将发生β衰变 C ．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期 D ．核反应方程U 235 92+10n →X Kr Ba 3925614156++中的X 是中子 15（09年重庆卷）用a 、b 、c 、d 表示四种单色光，若 ①a 、b 从同种玻璃射向空气，a 的临界角小于b 的临界角； ②用b 、c 和d 在相同条件下分别做双缝干涉实验，c 的条纹间距最大 ③用b 、d 照射某金属表面，只有b 能使其发射电子。 则可推断a 、b 、c 、d 可能分别是 A ．紫光、蓝光、红光、橙光 B ．蓝光、紫光、红光、橙光 C ．紫光、蓝光、橙光、红光 D ．紫光、橙光、红光、蓝光 16（北京东城区2008年）如图所示，有三块截面为等腰直角三角形的透明材料（图中I 、II 、III ）恰好拼成一个正方形棱镜. 从E 点垂直于边射入的单色光在F 处发生全反射，在G 、H 连续发生两次折射后射出. 若该单色光在三块材料中的传播速率依次为v 1、v 2、v 3，下列关系式中正确的是（ ） A ．v 3>v 1>v 2 B ．v 2>v 3>v 1 C ．v 3>v 2>v 1 D ．v 1>v 2>v 3 17 (09年浙江）如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC 的单色光从空气射向E 点，并偏折到F 点，已知入射方向与边AB 的夹角为 ，E 、F 分别为边AB 、BC 的中点，则 ( ) A ．该棱镜的折射率为 B ．光在F 点发生全反射 C ．光从空气进入棱镜，波长变小 D ．从F 点出射的光束与入射到 E 点的光束平行 18现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把 车灯射出的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目。这种“回归反光膜”是用 球体反射元件制成的，如图所示，反光膜内均匀分布着直径为10μm 的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为3 ，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射→反射 →再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角应是（ ） A ．15° B ．30° C ．45° D ．60° 19（09年上海卷）英国科学家瑞利于1871年证明：一束光穿过大气距离后，其强度从下降为的公式为，其中叫做吸收系数，式中为光的频率，为光速，标准状况下，个/厘米，。定义 ，叫做衰减长度，它表示光经过距离后其强度降低到原来的。根据以 上信息，结合所学知识可以判断（ ） A ．可见光中衰减最厉害的是红光 B ．可见光中衰减最厉害的是紫光 C ．可见光中衰减最厉害的是黄绿光 D ．不同颜色的光衰减程序基本相同 20氢原子能级的示意图如图所示，大量处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁，其中从n ＝3能级向n ＝2的能级跃迁时辐射出的光子恰好能使某种金属打出光电 子，则（ ） A. 从n ＝4向n ＝2的能级跃迁辐射出的光子打出的光电子速度最大。 B ．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线 C.在水中最容易发生全反射的是从n ＝4能级向n ＝1的能级跃迁辐射 出的光 C.在水中传播时，a 光较b 光的速度小 D.氢原子在n ＝2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离 21原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子，例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为 式中n=1，2，3……表示不同能级，A 是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是（ ） A ．3A/16 B ．7A/16 C ．11A/16 D ．13A/16 22.如图所示，长直螺线管通入电流I 后，在管内产生匀强磁场，有一原来静止的重原子核在环内发生了哀变，a 、b 两个相切圆分别是表示衰变后带电粒子的运动轨迹，下列判断：①该原子核发生的是a 衰变；②圆a 是衰变后产生的新原子核的轨迹；③该原子核发生的是β衰变；④螺线管中电流方向可能与图示箭头方向相反。正确为( ) A.①② B.②④ C.①④ D.②③ 23.下面说法正确为( ) A.氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经7.6天后就只剩下一个 B.一束绿光照射到某金属能产生光电效应，若把这束绿光遮住一半，就可能不产生光电效应 C.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子衰变为质子时产生的 D.氢核、中子和氘核质量分别为1m 、2m 、3m ，当氢核与中子结合成氘核时，吸收能量为( 1m +2m -3m )C 2 24(04广西)中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为.n p D m m m 、、现用光子能 量为E 的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为D p n γ+=+若分解 后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( ) A 21[()]2D p n m m m c E --- B ．21[()]2D n p m m m c E +-+ C ．21 [()]2D p n m m m c E --+ D ．21[()]2D n p m m m c E +-- 25（06江苏卷）质子（p ）和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中作匀速圆周运动，轨道半径分别为 R P 和αR ，周期分别为 T P 和αT ，则下列选项正确的是( ) A ． 2:1R :R p =α 2:1T :T p =α B ． 1:1R :R p =α 1:1T :T p =α C ． 1:1R :R p =α 2:1T :T p =α D ． 2:1R :R p =α 1:1T :T p =α 26（湖北省四校联考）某元素的原子核可以俘获自身核外的一个K 电子而转变成新元素，这种现象称为K 俘获，在K 俘获的过程中，原子核将会放出K 电子的结合能。关于K 俘获的过程，下列说法中正确的是( ) A ．原子序数不变 B ．原子序数减小 C ．原子总质量不变 D ．原子总质量减小 27（天门市2008年模拟）一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了衰变而形成如下图所示的两个圆形径迹，两个圆的关径之比为1:16，则（ ） A ．该原子核发生了α衰变 B ．反冲核沿小圆做逆时针方向运动 C ．原来静止的原子核的原子序数为15 D ．沿大圆和沿小圆运动的粒子的周期相等 28一个电子（质量为m 、电荷量为－e)和一个正电子（质量为m 、电荷量为e ），以相等的初动能E k 相向运动，并撞到一起发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，设产生光子的频率为ν．若这两个光子的能量都为h ν，动量分别为p 和p'，下面关系正确的是（ ） A. h ν=mc 2 ，p= p' B. h ν=2 1mc 2，p= p' C. h ν= mc 2＋E k ，p=－p' D. h ν=21 (mc 2＋E k )，p=－p' 29正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质—反物质．1997年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步．你推测反氢原子的结构是（ ） A ．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成 B ．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成 C ．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成 D ．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成 光学原子物理 一、基本概念 （一）光的干涉 条件：频率相同, 振动方向相同，相位差恒定。 现象：两个相干光源发出的光在相遇的空间相互叠加时，形成明暗相间的条纹。1．双缝干涉相干光源的获取：采用“分光”的透射法。 当这两列光源到达某点的路程差： Δγ＝kλ(k=0,1,2……)出现亮条纹 Δγ＝（2k＋１）λ／2 (k=0,1,2……)暗条纹 条纹间距Δx=(L/d) λ（明纹和暗纹间距） ·用单色光作光源，产生的干涉条纹是等间距； ·用白光作光源，产生彩色干涉条纹，中央为白色条纹； 2．薄膜干涉：相干光源的获取，采用“分光”的反射法 由薄膜的前后两个表面反射后产生的两列相干光波叠加形成的干涉现象： ·入射光为单色光，可形成明暗相间的干涉条纹 ·入射光是白光，可形成彩色干涉条纹。 3．光的干涉在技术上的应用 （1）用干涉法检查平面（等间距的平行线） （2）透镜和棱镜表面的增透膜，增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4 （二）光的衍射 光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象为称光的衍射现象。 *产生明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸小于光波波长或和光波波长差不多。 *现象：（１）泊松亮斑（２）单缝衍射 ·单色光通过单缝时，形成中间宽且亮的条纹，两侧是明暗相间的条纹，且条纹宽度比中间窄； ·白光通过单缝时，形成中间宽的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹。 （三）光的电磁说 １．电磁波谱 a．将无线电波，红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线按频率由小到大（或波长从长到短）的顺序排列起来，组成电磁波谱； b．·无线电波是LC振荡电路中自由电子周期性运动产生 ·红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受激发后产生； ·伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生； ·γ射线是原子核受到激发后产生。 ２．光谱与光谱分析 光 谱 *由于每种元素都有自己的特征谱线，明线光谱或吸收光谱都含有这些特征谱线，故可根据明线光谱或吸收光谱分析，鉴别物质或确定它的化学组成。 《光学、原子物理》测试题 一、选择题 1、某介质的折射率为2，一束光从介质射向空气，入射角为60°，如图1所示的哪个光路图是正确的? 图1 2.如图2所示是光电管使用的原理图.当频率为ｖ ０的可见光照射到阴极Ｋ上时，电流表中有电流通过，则（） 图2 （Ａ）若将滑动触头Ｐ移到Ａ端时，电流表中一定没有电流通过 （Ｂ）若将滑动触头Ｐ逐渐由图示位置移向Ｂ端时，电流表示数一定增大 （Ｃ）若用紫外线照射阴极Ｋ时，电流表中一定有电流通过 （Ｄ）若用红外线照射阴极Ｋ时，电流表中一定有电流通过 3、物体从位于凸透镜前3f处逐渐沿主轴向透镜靠近到1.5f处的过程中，像和物体的距离将( ) (A)逐渐变小； (B)逐渐变大； (C)先逐渐增大后逐渐变小； (D)先逐渐变小后逐渐变大. 4.由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图3所示，它曾由 航天飞机携带升空，将来安装在阿尔法国际空间站中，主要使 命之一是探索宇宙中的反物质.所谓的反物质即质量与正粒子 相等，带电量与正粒子相等但相反，例如反质子即为，假 若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，通过 ＯＯ'进入匀强磁场Ｂ２而形成的4条径迹，则( ) 图3 (Ａ)1、2是反粒子径迹 (Ｂ)3、4为反粒子径迹 (Ｃ)2为反α粒子径迹 (Ｄ)4为反α粒子径迹 5、某原子核A 先进行一次β衰变变成原子核B ，再进行一次α衰变变成原子核C ，则： (A)核C 的质子数比核A 的质子数少2 (B)核A 的质量数减核C 的质量数等于3 (C)核A 的中子数减核C 的中子数等于3 (D)核A 的中子数减核C 的中子数等于5 6、在玻尔的原子模型中,比较氢原子所处的量子数n =1及n =2的两个状态,若用E 表示氢原子的能量,r 表示氢原子核外电子的轨道半径,则: (A) E 2>E 1,r 2>r 1 (B) E 2>E 1,r 2 光学 一、光的折射 1．折射定律：2．光在介质中的光速： 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，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。 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（频率也可能用表示），来源于机械波中的公式。 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： 频率f(或ν) 真空中里的 波长λ 折射率n 同一介质中 的光速 偏折程度临界角C 红光大大大紫光大大大 原因 n越大偏折 越厉害 发生全反射光子能量发生光电效应 双缝干涉时的 条纹间距Δx 发生明显衍 射 红光大容易紫光容易大容易 原因临界角越小 越容易发生 全反射 波长越大越 有可能发生 明显衍射 四、光的干涉 1．只有频率相同的两个光源才能发生干涉。 2．光的干涉原理（同波的干涉原理）： 真空中某点到两相干光源的距离差即光程差Δs。 当时，即光程差等于半波长的奇数倍时，由于两光源对此点的作用总是步调相反，叠加后使此点振动减弱； 当时，即光程差等于波长的整数倍，半波长的偶数倍时，由于两光源对此点的作用总是步调一致，叠加后使此点振动加强。 3．杨氏双缝干涉：单色光源经过双缝形成相干光，在屏上形成明暗相间的等间距条纹。双缝间距离d、双缝到屏的距离L、光的波长λ、条纹间距Δx的关系为。 4．双缝干涉的条纹间距指的是两条相邻的明条纹中心的距离。其它条件相同时，光的波长越大，条纹间距越大，明、暗条纹本身也越粗。 5．若使用白光做双缝干涉实验，会得到彩色的条纹，中央明纹为白色。 6．薄膜干涉：光射向薄膜时，在膜的外、内表面各反射一次，两束反射光在外表面相遇发生干涉。若叠加后振动加强，则会使反射光增强，透射光减弱；若叠加后振动减弱，则会使反射光减弱，透射光增强。 7．薄膜干涉的现象与应用：彩色肥皂泡、彩色油膜；增透膜、增反膜、检查工件平整度。 五、光的衍射 十八、物理光学 一、知识网络 二、画龙点睛 概念 一、光的波动性 1、光的干涉 （1）双缝干涉实验 ①装置：如图包括光源、单缝、双缝和屏 双缝的作用是将一束光分为两束 ②现象： ③干涉区域内产生的亮、暗纹 A 、亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= n λ（n=0，1，2，……） B 、暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ= )12(2 -n λ （n=0，1，2，……） 相邻亮纹（暗纹）间的距离λλ∝=?d l x 。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双 缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 ④ 光的干涉现象说明了光具有波动性。 由于红光入射双缝时，条纹间距较宽，所以红光波长较长，频率较小 紫光入射双缝时，条纹间距较窄，所以紫光波长较短，频率较大 ⑤ 光的传播速度，折射率与光的波长，频率的关系。 a ）v 与n 的关系：v = c n b ）v ,λ和f 的关系：v =λf （3）薄膜干涉 ①现象： 单色光照射薄膜，出现明暗相等距条纹 白色光照射薄膜，出现彩色条纹 实例：动膜、肥皂泡出现五颜六色 ②发生干涉的原因：是由于前表面的反射光线和反表面的反射光线叠加而成(图1) ③应用：a) 利用空气膜的干涉，检验工作是否平整（图2） （图1） （图2） 若工作平整则出现等间距明暗相同条纹 若工作某一点凹陷则在该点条纹将发生弯曲 若工作某一点有凸起，则在该点条纹将变为 b) 增透膜 例题：用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx 。下列说法中正确的有 A.如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大 B.如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大 C.如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx 将增大 D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx 将增大 解析：公式λd l x =?中l 表示双缝到屏的距离，d 表示双缝之间的距离。因此Δx 与单缝到双缝 间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选C 。 例题：登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n =1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014Hz ，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？ 解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2。紫外线在真空中的波长是λ=c/ν=3.7×10-7m ，在膜中的波长是λ/=λ/n =2.47×10-7m ，因此膜的厚度至少是1.2×10-7m 。 2、光的衍射 （1）现象： ①单缝衍射 a) 单色光入射单缝时，出现明暗相同不等距条纹，中间亮条纹较宽，较亮两边亮 条纹较窄、较暗 b) 白光入射单缝时，出现彩色条纹 ② 园孔衍射： 光入射微小的圆孔时，出现明暗相间不等距的圆形条纹 ③ 泊松亮斑 光入射圆屏时，在园屏后的影区内有一亮斑 （2）光发生衍射的条件 障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至此光波波长还小时，出现明显 的衍射现象 例题：平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有 A.在衍射图样的中心都是亮斑 B.泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽 C.小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑 D.小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的 解析：从课本上的图片可以看出：A 、B 选项是正确的，C 、D 选项是错误的。 二、学习要求 1、知道有关光的本性的认识发展过程：知道牛顿代表的微粒、惠更斯的波动说一直到光的波粒二象性这一人类认识光的本性的历程，懂得人类对客观世界的认识是不断发展不断深化的。 2、知道光的干涉：知道光的干涉现象及其产生的条件；知道双缝干涉的装置、干涉原理及干涉条纹的宽度特征，会用肥皂膜观察薄膜干涉现象。知道光的衍射：知道光的衍射现象及观察明显衍射现象的条件，知道单缝衍射的条纹与双缝干涉条纹之间的特征区别。 3、知道电磁场，电磁波：知道变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，变化的磁场与变化的磁场交替产生形成电磁场；知道电磁波是变化的电场和磁场——即电磁场在空间的传播；知道电磁波对人类文明进步的作用，知道电磁波有时会对人类生存环境造成不利影响；从电磁波的广泛应用认识科学理论转化为技术应用是一个创新过程，增强理论联系实际的自觉性。知道光的电磁说：知道光的电磁说及其建立过程，知道光是一种电磁波。 4、知道电磁波波谱及其应用：知道电磁波波谱，知道无线电波、红外线、紫外线、X 射线及γ射线的特征及其主要应用。 5、知道光电效应和光子说：知道光电效应现象及其基本规律，知道光子说，知道光子的能量与光学知识点其频率成正比；知道光电效应在技术中的一些应用 6、知道光的波粒二象性：知道一切微观粒子都具有波粒二象性，知道大量光子容易表现出粒子性，而少量光子容易表现为粒子性。 光的直线传播．光的反射 二、光的直线传播 1．光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C ＝3×108m/s ； 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 v光学 原子物理
5052高一物理光学原子物理测试题
高中物理光学、原子物理知识要点
高考物理知识专题整理大全十八：物理光学
高中物理光学知识点总结