第12講海風(fēng)教育自主招生物理講義近代物理

1、第12講 近代物理一、光的電磁說1. 麥克斯韋根據(jù)電磁波與光在真空中的傳播速度相同，提出光在本質(zhì)上是一種電磁波這就是光的電磁說，赫茲用實驗證明了光的電磁說的正確性。2. 電磁波譜。波長從大到小排列順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線。各種電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個波段間都有重疊。各種電磁波的產(chǎn)生機理分別是：無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運動產(chǎn)生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；倫琴射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的（伴隨、衰變而產(chǎn)生）。3. 各種電磁波的產(chǎn)生、特性及應(yīng)用。電磁波產(chǎn)生機理特性應(yīng)用無線電波LC電

2、路中的周期性振蕩波動性強無線技術(shù)紅外線原子的最外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的熱作用顯著，衍射性強加熱、高空攝影、紅外遙感可見光引起視覺產(chǎn)生色彩效應(yīng)照明、攝影、光合作用紫外線化學(xué)、生理作用顯著、能產(chǎn)生熒光效應(yīng)日光燈、醫(yī)療上殺菌消毒、治療皮膚病、軟骨病等倫琴射線原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生的穿透本領(lǐng)很大醫(yī)療透視、工業(yè)探傷射線原子核受激發(fā)后產(chǎn)生的穿透本領(lǐng)最強探傷；電離作用；對生物組織的物理、化學(xué)作用；醫(yī)療上殺菌消毒；二、光電效應(yīng)1. 在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)。（下圖裝置中，用弧光燈照射鋅版，有電子從鋅版表面飛出，使原來不帶電的驗電器帶正電。）光效應(yīng)中發(fā)射出來的電子叫光電子。2. 光電效應(yīng)的規(guī)律

3、。 各種金屬都存在極限頻率0，只有0才能發(fā)生光電效應(yīng)； 光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入光的頻率增大而增大； 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強度與入射光的強度成正比； 瞬時性（光電子的產(chǎn)生不超過109s）。3. 愛因斯坦的光子說。光是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量E跟光的頻率成正比：E=h4. 愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek= h W（Ek是光電子的最大初動能；W是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功。）三、光的波粒二象性干涉、衍射以無可辯駁的事實表明光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實表明光是一種粒子；因此現(xiàn)代物理學(xué)

4、認為：光具有波粒二象性。正確理解波粒二象性：波粒二象性中所說的波是一種概率波，對大量光子才有意義。波粒二象性中所說的粒子，是指其不連續(xù)性，是一份能量。a. 個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性。b. 高的光子容易表現(xiàn)出粒子性；低的光子容易表現(xiàn)出波動性。c. 光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性。c. 由光子的能量E=h，光子的動量p=h表示式也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長。由以上兩式和波速公式c=還可以得出：E = p c，P=E/c。四、天然放射現(xiàn)

5、象原子序數(shù)大于83的所有天然存在的元素的原子核都不穩(wěn)定，能自發(fā)地變?yōu)閯e種元素的原子核 ，同時放出射線。1. 三種射線的比較。射線：氦原子核（），它的電離本領(lǐng)很強，貫穿本領(lǐng)很小，；射線：高速電子流（）它的電離本領(lǐng)較強，貫穿本領(lǐng)很強；射線：波長極短的電磁波，它的電離本領(lǐng)很弱，貫穿本領(lǐng)最強。2. 衰變規(guī)律。衰變：衰變： 3. 衰變快慢描述（半衰期）放射線元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間，半衰期與元素所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān) 。公式： 4. 原子核的人工轉(zhuǎn)變、原子核的組成原子核的人工轉(zhuǎn)變是原子核在其它粒子作用下轉(zhuǎn)變成另一種原子核的變化。（1）質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)（盧瑟福）（2）中子的發(fā)現(xiàn)（查德威克）（3）原

6、子核的組成：由質(zhì)子和中子組成。核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)、質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)。原子核反應(yīng)遵守質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒。（4）放射性同位素：人工放射性的發(fā)現(xiàn)：，（正電子），應(yīng)用：利用它的射線，作為示蹤原子。5. 核能、重核的裂變和輕核的聚變。（1）核力、核能。質(zhì)量虧損、愛因斯坦的質(zhì)能方程。（2）重核的裂變和輕核的聚變：二者是釋放核能的二種方法。（3）聚變產(chǎn)生的條件是：溫度達到幾百萬度以上，所以聚變又叫熱核反應(yīng)。五、玻爾原子模型  能級1. 定態(tài)假設(shè)：原子處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中的原子是穩(wěn)定的。2. 能級躍遷：原子從一狀態(tài)躍遷到另一狀態(tài)，要輻射（或吸收）一定頻率的光子，即。3. 軌

7、道能量量子化：，（n=1，2，3，）。4. 能級的概念：原子的各個定態(tài)的能量值，稱為原子的能級。原子處于最低能級時，電子在離核最近的軌道上運動，這種狀態(tài)稱為基態(tài)。原子從低能級躍遷到高能級，要吸收能量，從高能級躍遷到低能級，要輻射能量，相應(yīng)能量差為。六、物質(zhì)波：德布羅意波：p=h，它證實了實物粒子也具有波動性，物質(zhì)波是一種概率波。例1已知用束某種波長的平行光照射一小塊某種金屬能產(chǎn)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動能為El，單位時間內(nèi)產(chǎn)生了N1個光電子，現(xiàn)用同一束光經(jīng)凸透鏡會聚后照射該金屬，光電子的最大初動能為E2，單位時間內(nèi)產(chǎn)生了N2個光電子，則_。A.E1=E2,N1>N2B.E1<E2

8、,N1>N2C.E1>E2,N1<N2D.E1=E2,N1<N2答案：D例2如圖所示，光電管的陰極K的用極限波長為0=5000Ao的鈉制成?，F(xiàn)用波長為3000Ao的紫外照射陰極。光電管陽極A和陰極K之間的電勢差為2.1V時，測得飽和電流的值為Im=0.56A，求：（1）每秒鐘由陰極K發(fā)射的電子數(shù)；（2）光電子達到陽極的最大動能；（3）如果電勢差不變而照射光強度增加到原來的三倍，此時電子到達A極的最大動能為多大？例3.在光電效應(yīng)實驗中，先后用頻率相同但光強不同的兩束光照射同一個光電管。若實驗a中的光強大于實驗b中的光強，實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線分

9、別以a、b表示，則下列4圖中可能正確的是( )。答案：A例4兩放射性元素樣品A與B，當(dāng)A有15/16的原子核發(fā)生了衰變時，B恰好有63/ 64的原子核發(fā)生了衰變，則A與B的半衰期之比TATB應(yīng)為。A23B.32 C.521 D.215答案：B例5用粒子轟擊鈹核發(fā)生的核反應(yīng)可用如下的核反應(yīng)方程式表示：，式中的是 。A.正電子 B.質(zhì)子 C.電子 D.中子答案：D例6.用3.7eV能量的光子照射處于n=2激發(fā)態(tài)的氫原子時_。 A氫原子吸收該光子后不會被電離 B。氫原子吸收該光子后被電離，電離后電子的動能為零 C氫原子吸收該光子后被電離，電離后電子的動能為0.3eVD氫原子吸收該光子后被電離，電離后

10、電子的動能為2.19eV答案：C例7根據(jù)玻爾原子理論，當(dāng)某個氫原子吸收一個光子后（ ）A氫原子所處的能級下降B氫原子的電勢能增大C電子繞核運動的半徑減小 D電子繞核運動的動能增大答案：B例8（1）氫原子第n能級的能量為，其中E1是基態(tài)能量。而n1，2，。若一氫原子發(fā)射能量為的光子后處于比基態(tài)能量高出的激發(fā)態(tài)，則氫原子發(fā)射光子前后分別處于第幾能級？（2）一速度為v的高速粒子（）與同方向運動的氖核（）發(fā)生彈性正碰，碰后粒子恰好靜止。求碰撞前后氖核的速度（不計相對論修正）答案：（1）（2）答案：B例9.頻率為的一束光以入射角照射在平面鏡上并完全反射，設(shè)光束單位體積中的光子數(shù)為，則每一光子的能量為 ，

11、每一光子的動量為 ，每一光子的質(zhì)量為 ；光束對平面鏡的光壓（壓強）為 。答案：，例10分別用波長為和34的單色光照射同一金屬板，發(fā)出的光電子的最大初動能之比為1：2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功為     A.      B.         C.        D. 例11關(guān)于光子的能量，下列說法中正確的是（    

12、  ）.A. 光子的能量跟它在真空中的波長成正比B. 光子的能量跟它在真空中的波長成反比C. 光子的能量跟光子的速度平方成正比D. 以上說法都不正確答案：B課后作業(yè)：1. 光子能量為E的一束光照射容器中的氫氣，氫原子吸收光束后能發(fā)出頻率分別為v1,v2,v3的三種光，且v1<v2<v3，則所需最小入射光的光子能量是_-A.hv3B.hv2C.hv1D.h(v1+ v2+ v3)答案： A光子的能量，而，故原來處于基態(tài)的氫原子在單色光照射下被激發(fā)到n=3的激發(fā)態(tài)，以后再從n=3向n=1和n=2及從n=2到n=1躍遷，分別產(chǎn)生頻率為的三種光，并且。故題選A2（模擬題）下面列出

13、的是一些核反應(yīng)方程         其中（   ）A. X是質(zhì)子，Y是中子，Z是正電子      B. X是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子C. X是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子      D. X是正電子，Y是中子，Z是質(zhì)子答案： D3（模擬題）在雙縫干涉實驗中，用白光入射雙縫時，在光屏上可觀察到彩色條紋，若把兩個縫分別用紅色濾光片(只能通過紅光)和藍色濾光片擋住，則在光屏上可以觀察到 A紅色和藍色兩套

14、干涉條紋的疊加B紫色干涉條紋(紅色和藍色疊加為紫色)C屏上兩種色光疊加，但不會出現(xiàn)干涉條紋D屏上的上半部為紅色光，下半部為藍色光，不發(fā)生光的疊加答案：C4關(guān)于光電效應(yīng)，有如下幾種陳述，其中正確的是 A金屬電子的逸出功與入射光的頻率成正比B光電流的強度與入射光的強度無關(guān)C用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的初動能要大D對于任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長必須小于這個波長，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)答案：D5下列關(guān)于近代物理知識說法中正確的是A光電效應(yīng)顯示了光的粒子性 B玻爾理論可以解釋所有原子的光譜現(xiàn)象C康普頓效應(yīng)進一步證實了光的波動特性D為了解釋黑體輻射規(guī)律，普朗克

15、提出電磁輻射的能量是量子化的答案： AD6如圖所示，電路中所有元件完好，光照射到陰極上時，靈敏電流計中沒有電流通過，其原因可能是A. 入射光太弱； B. 入射光波長太長； C. 光照時間短； D. 電源正負極接反。答案：BD7光電效應(yīng)實驗中，下列表述正確的是 A光照時間越長光電流越大B入射光足夠強就可以有光電流C遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)D入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子 答案：CD8.在光電效應(yīng)試驗中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長為，該金屬的逸出功為_。若用波長為（<0）單色光做實驗，則其截止電壓為_。已知電子的電荷量，真空中的光速和布朗克常量分別為e，c和h答案：，9利用

16、氫氣光譜管可以產(chǎn)生氫的原子光譜，這些譜線的產(chǎn)生是由于 A.大量氫原子從較高激發(fā)態(tài)向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷，從而吸收不同頻率的光子B.大量氫原子從較高激發(fā)態(tài)向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷，從而輻射不同頻率的光子C.大量氫原子從基態(tài)或較低激發(fā)態(tài)向較高激發(fā)態(tài)躍遷，從而輻射不同頻率的光子D.大量氫原子從基態(tài)或較低激發(fā)態(tài)向較高激發(fā)態(tài)躍遷，從而吸收不同頻率的光子答案：B10可見光光子的能量在1.61 eV3.10 eV范圍內(nèi).若氫原子從高能級躍遷到量子數(shù)為n的低能級的譜線中有可見光，根據(jù)氫原子能級圖（右圖），可判斷n為 A.1 B.2 C.3 D.4答案：B11氫原子的能級如圖 所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.623.11 eV，下列說法錯誤的是 A.處于n3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B.大量氫原子從高能級向n3能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C.大量處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)生6種不同頻率的光D.大量處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光答案：D12已知氫原子的基態(tài)能量為E，激發(fā)態(tài)能量，其中n=2,3。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速