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1、第十讲 光学和原子物理光的反射和折射光的波动性和粒子性原子和原子核2 2光的反射和折射光的反射和折射问题一问题一 光的反射光的反射问题二问题二 光的折射光的折射3 31.光的直线传播光在同一均匀介质中总是沿直线传播(考虑到衍射的原因，光沿直线传播实际上是一个近似理论)。2.光的直线传播的现象(1)小孔成像(2)本影和半影本影即光线完全照不到的区域。在此区域看不到光源。半影指只有部分光源能照到的区域，在此区域只能看到光源的一部分。问题一问题一 光的反射光的反射4 43.日食和月食(1)日食：当太阳、地球、月球运动到一条直线上，且地球在月球的半影或本影区时,会出现太阳的全部光线或部分光线被月球挡住
2、的现象叫日食，如图所示。地球运动到月球的本影区时，太阳光线完全被挡住，此时出现日全食。地球运动到月球的半影区或时，太阳的一部分光线被挡住，此时出现日偏食。地球运动到月球的半影区时，太阳中间部分的光线被挡住，此时出现日环食。月月5 5(2)月食：月球是由于反射太阳光而被人们看到的。当太阳、地球、月球运动到一条直线上，且月球的全部或部分进入到地球的本影区域时，月球或月球的部分区域看不见的现象叫月食。月球进入地球的本影区时，月球完全看不见的现象叫月全食。月球部分进入地球的本影区域(即处于、或、交界处)时，月球部分看不见的现象叫月偏食。注意：不可能出现月环食，这是由日、地、月三者间的距离所决定的；月球
3、全部在地球半影区时不会形成月食；月食与月亏完全不同。6 64.光的反射定律：反射光线、入射光线和法线在同一平面上：反射光和入射光线分居法线的两侧；反射角等于入射角，即r=i。5.反射的分类：漫反射、镜面反射6.所有几何光学中的光路都是可逆的。7 77.平面镜的作用:只改变光束的传播方向，不改变光束的性质。8.平面镜成像特点：等大、正立、虚像、物像关于镜面对称。所谓虚像，即实际光束的反向延长线的交点所成的像，实像则是实际光束相交而成的像。9.平面镜成像光路图：先根据平面镜成像对称性的特点，确定像点的位置，再补画入射光线与反射光线，实际光线必须画成带有箭头的实线，反向延长线必须画成没有箭头的虚线。
4、10.几何光学的解题思路和方法是：(平面、三角等)几何几何+光学光学(反射、折射定律等)养成良好的画图习惯是学好几何光学的关键！8 8【例题1】如图所示，光线投射到平面镜上时，入射角为10，若绕过入射点O且垂直纸面的轴顺时针转动平面镜，当镜面转到跟水平面夹角为多少度时，光线沿水平向右方向传播?【解答】根据反射定律画出光路图如图所示，设所求角度为，由几何关系可知，(+10)2=1000，即=400。由此得出一个重要结论：若平面镜在纸面内绕入射点转过角，则反射线将转过2角。OONM321QP9 9【例题2】如图所示中的M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节。甲、乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲
5、离镜距离的2倍，二人略错开，以便甲能看到乙的像。以l表示镜的长度，h表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l最小应为多少？【解答】依题意，根据反射定律画出光路图如图所示，由几何关系可知，l=h/3。乙的像乙的像l1010【例题3】如图所示,激光液面控制仪的原理是,固定的一束激光AO以入射角i照射液面,反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光电管将光信号转变成电信号，电信号输入到控制系统中用以控制液面高度，如果光点B在屏上向右移动了s的距离到B,试求液面降低或升高的高度h？【解答】依题意，根据折射定律画出光路图如图所示，由几何关系可知，s/2=htani所以h=s/2tani，故液面升高了h=s
6、/2tanish1111 问题二问题二 光的折射光的折射1.折射定律：当光线从真空射向某介质时，折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧，入射角i的正弦跟折射角r的正弦成正比。如果用n表示比例常数，则有n=sini/sinr。12122.n称为介质的折射率，它反映了介质对光线的偏折程度(可用折射光线偏离入射方向的角度表示)。公式 n=sini/sinr=c/v，其中c为光在真空中的传播速度，v为光在介质中的传播速度，且v=f，为光在介质中的波长，f为光的频率。研究表明，f 由光源决定，跟介质无关；v跟介质有关；跟f、v都有关系。两种介质相比较，其中折射率大的称
7、为光密介质，折射率小的称为光疏介质。13133.全反射条件：光从光密介质进入光疏介质；入射角大于或等于临界角。折射角等于900时的入射角叫做临界角，设光从某种介质射向真空或空气时的临界角为C，则：sinC=1/n。全反射的应用:光导纤维(简称光纤，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射)、全反射棱镜、自行车尾灯等。141415154.平行玻璃砖：光线通过平行玻璃砖时,出射线一定平行于入射方向。5.棱镜和光的色散：一束白光通过棱镜后在光屏上形成各种色光组成的光带的现象叫光的色散。光的色散现象表明同样的介质对不同色光的折射率不同，频率大的光折射率大，频率
8、小的光折射率小。同样，同一介质对不同频率的光来说光速不同，由公式n=c/v还知,在同一介质中频率大的光速小，频率小的光速大。ii1616光路图光路图偏折程度偏折程度折射率折射率n频率频率f光速光速v全反射、色散、平行玻璃砖、双缝干涉、衍射、光子、光电效应、能级跃迁、分析相关物理量关系的思路：几何光学的解题思路和方法是(重申)：(平面、三角等)几何+光学(反射、折射定律等)养成良好的画图习惯是学好几何光学的关键！1717【例题1】如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为600。己知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行，求此玻璃的折射率。【解答】画出光线在玻璃球内的光
9、路图如图所示。A、C为折射点，B为反射点，作OD平行于入射光线，由几何关系可知：根据折射定律，玻璃的折射率为：1818【例题2】发出白光的细线光源ab，长度为l0,竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图所示。现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则A.l1l2l0B.l2l1l0C.l2l1l0D.l1l2l0【解答】由于红光的折射率小于蓝光的折射率，根据折射定律，可画出以b点为物点的成像光路图如图所示。由图可知，红光成像的长度l1大于蓝光成像的长度l2，但均小于l0。因此，本题
10、正确选项是B。ab b水水ab水水红蓝b红红b蓝蓝1919【例题3】如图是1/4圆柱体棱镜的截面图,图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON，ON边可吸收到达其上的所有光线。已知该棱镜的折射率n=5/3,若平行光束垂直入射并覆盖OM,则光线A.不能从圆弧NF1射出B.只能从圆弧NG1射出C.能从圆弧G1H1射出D.能从圆弧H1M射出【解答】设光线在圆弧MN上的临界角为C，则sinC=1/n=3/5，由此可知GG1左边的入射光线没有发生全反射，其右边的光线发生了全反射。所以光线只能从圆弧NG1射出。因此，本题正确选项是B。2020【例题4】在桌面上
11、有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为A.rB.1.5rC.2rD.2.5r2121【解答】设光线的临界角为C，则sinC=1/n=2/3，由此可知光线射到A点或B点时将发生全反射。画出光路如图所示，由图可知光线第二次到达界面时将垂直射出。由于O点为ABC的重心，设CE=x，则由几何关系有:因此，本题正确选项是C。xCEOABD2222【例题5】如图所示，置于空气中的一不透明容器内盛满某种
12、透明液体。容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0cm长的线光源。靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板，另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜，用来观察线光源。开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分。将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时，通过望远镜刚好可以看到线光源底端。再将线光源沿同一方向移动8.0cm，刚好可以看到其顶端。求此液体的折射率n。遮光板遮光板望远镜望远镜线线光光源源2323【解答】依题意画出光路如图所示，其中AB=8.0cm。设OA与ON之间的夹角为，光源长度为l，根据折射定律有sin=1/n根据三角公式有tan=AB/l所以液体的折射率n=5/4=1.25遮光板遮光板望远
13、镜望远镜线线光光源源A BON2424光的波动性和粒子性光的波动性和粒子性问题一问题一 光的波动性光的波动性问题二问题二 光的粒子性光的粒子性2525 问题一问题一 光的波动性光的波动性1.光本性学说的发展简史牛顿的微粒说:光的直线传播、光的反射现象.惠更斯的波动说：光的干涉、衍射现象。麦克斯韦的电磁说：光是电磁波。赫兹实验证实。爱因斯坦的光子说：光电效应现象。波粒二象性学说：光既有粒子性、又有波动性。个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；频率大的光子粒子性明显，频率小的光子波动性明显。2626PS2PS1=2.光的双缝干涉光程差相干波源(频率相同)S1、S2S1S2POdL
14、O2727 光程差光程差PS2PS1=n，P点出现明条纹(2n+1)/2，P点出现暗条纹设光波长为，对屏幕上的某一点P，有：POS1S2POdL相邻两亮(或暗)条纹之间的距离为,其中d表示两个狭缝之间的距离，L为狭缝与屏之间的距离。2828薄膜干涉由薄膜前后两个表面反射的两列光的叠加而形成。明暗条纹的产生仍然由光程差决定，而这个光程差跟薄膜的厚度有关。用手压紧两块玻璃板看到彩色条纹,阳光下的肥皂泡和水面飘浮油膜出现彩色等都是薄膜干涉.薄膜干涉的应用：检查工件表面平整度、增透膜等。29293.光的衍射指光离开直线路径而绕到孔的后面或障碍物阴影里的现象。各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。产生明
15、显衍射的条件：孔或障碍物的尺寸比波长小或相差不多，即d 单缝衍射：圆孔衍射：圆盘衍射：泊松亮斑3030干涉图样衍射图样双缝干涉图样与单缝衍射图样的不同31314.光的电磁说：光是电磁波。电磁波谱按波长由长到短的顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。无线电波容易发生干涉和衍射现象；红外线有显著的热效应；可见光能引起视觉反应；紫外线有显著的化学效应和荧光效应；X射线的穿透本领很大；射线的穿透本领最强。3232不同电磁波产生的机理不同：无线电波由振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线由原子外层电子受激发后产生的；X射线由原子内层电子受到激发后产生的；射线是原子
16、核受到激发后产生的。-无线电波红外线可见光紫外线X射线射线33335.光的偏振自然光：光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光。偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定方向振动的光，叫做偏振光。除了从光源（太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光。偏振的应用：拍水下景物、池中的鱼、玻璃橱窗里的陈列物照、看立体电影等。34346.激光特性：强度大、方向性好、单色性好、相干性好、覆盖波段宽且可调谐等。应用：激光加工、激光全息照相、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排、激光光盘等。7.光谱及光
17、谱分析(1)光谱：各种光的波长成分和强度分布的记录即光谱。有连续谱和线状谱两种。(2)原子光谱：各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的线状谱分布不一样，因此这些线状谱称为原子光谱。(3)光谱分析：由于每种原子都有自己的原子光谱，因此，可以利用原子光谱来鉴别物质和确定物质的组成成分。这种方法称为光谱分析。3535【例题1】人类对光的本性的认识经历了曲折的过程。下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是（）A.牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B.光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C.麦克斯韦预言了光是一种电磁波D.光具有波粒二象性【解答】本题正确选项是BCD。3636【
18、例题2】在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（）A.光的折射现象、色散现象B.光的反射现象、干涉现象C.光的衍射现象、偏振现象D.光的直线传播现象、光电效应现象【解答】本题正确选项是C。3737【例题3】下面是四种与光有关的事实用光导纤维传播信号用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度一束白光通过三棱镜形成彩色光带水面上的油膜呈现彩色其中与光的干涉有关的是（）ABCD【解答】本题正确选项是B。3838【例题4】在杨氏双缝干涉实验中，如果A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条
19、纹D.用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹【解答】本题正确选项是BD。3939【例题5】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图2所示。干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（）A.变疏B.变密C.不变D.消失4040【解答】若把薄膜干涉比作双缝干涉，那
20、么在图1装置中抽去一张纸片，相当于减小了双缝间距d，由公式x=L/d可知，条纹间距x增大，使得条纹变疏。因此，本题正确选项是A。4141 问题二问题二 光的粒子性光的粒子性 1.光电效应：物体在光的照射下释放出电子的现象光电效应：物体在光的照射下释放出电子的现象叫光电效应。在光电效应中物体释放出的电子叫光电子。叫光电效应。在光电效应中物体释放出的电子叫光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。光电子定向移动形成的电流叫光电流。2.光电效应的实验规律光电效应的实验规律 对于任何一种金属，都有一个极对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频
21、率，才能发生光电效应。不同金属限频率，才能发生光电效应。不同金属的极限频率不同；的极限频率不同；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着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；入射光频率的增大而增大；入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过一般不超过10-9秒；秒；当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与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。入射光的强度成正比。42423.爱因斯坦光子说空间传播的光是一份一份不连续的，每一份叫做一个光子，每个光子的能量E0=h(其中h=6
22、.6310-34Js，称为普朗克常数)。一束光的能量E=nh，n为光子数，光子数越多光强度越大。4.爱因斯坦光电效应方程h=Ek+W 金属中的不同电子脱离金属所需的功不同，它脱离金属时的动能也不一样。如果W是使电子脱离金属所做功的最小值，则电子脱离金属时的动能Ek就最大，显然这是指从金属表面逸出的光电子。Ek0043435.光的波粒二象性光是一种既具有波动性又具有粒子性的微观客体。光子数越多波动性越明显，光子数越少粒子性越明显；光的波长越长波动性越明显，光的波长越短粒子性越明显。光的波动性是指光的运动形态具有波动的共同特征，可以用波长、频率、相位、振幅等概念来描绘,干涉、衍射和色散等现象都是波
23、动性的表现.光的粒子性是指光与其他物质相互作用时所交换的能量和动量具有不连续性。光电效应和康普顿效应等都是粒子性的表现。光子的能量E=h，光子的动量p=h/，h架起了粒子性和波动性之间的桥梁。光波是概率波，即光波在某处的强度代表着光子在该处出现的概率大小。44446.物质波(德布罗意波)任何一个运动的物体都与一个对应的波相联系，而且物体的能量E和动量p跟它所对应的波的频率和波长，遵从如下关系式：E=hp=h/电子束穿过铝箔后的衍射图样4545【例题1】在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示。这时A.锌板带正电，指针
24、带负电B.锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电【解答】本题正确选项是B。4646【例题2】现有a、b、c三束单色光，其波长关系为abc。用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应。若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定A.a光束照射时，不能发生光电效应B.c光束照射时，不能发生光电效应C.a光束照射时，释放出的光电子数目最多D.c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小【解答】光电效应的极限频率对应着最大波长，由于用b光束照射某种金属时恰能发生光电效应，因此，a光束照射时不能发生光电效应，c光束照射时一定发生光电效应，且释放出的光电子的最大初动能最大
25、。因此，本题正确选项是A。4747【例题3】已知能使某金属产生光电效应的极限频率为0，A.当用频率为20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B.当用频率为20的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h0C.当照射光的频率大于0时，若增大，则逸出功增大D.当照射光的频率大于0时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍4848【解答】由题意，根据公式h=Ek+W有h0=W，当用频率为20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子，且有2h0=Ek+W，所以Ek=h0；当照射光的频率大于0时，若增大，光电子的最大初动能也增大，但不是成比例增大，而逸出功则与照射光的频率无关。因此，本题正确
26、选项是AB。4949【例题4】已知一束可见光a是由m、n、p三种单色光组成的。检测发现三种单色光中，n、p两种色光的频率都大于m色光；n色光能使某金属发生光电效应，而p色光不能使该金属发生光电效应。那么，光束a通过三棱镜的情况是（）【解答】由题意可知，三种单色光的频率关系是fnfpfm，因此，本题正确选项是A。5050【例题5】下表给出了一些金属材料的逸出功。现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种？(普朗克常量h=6.610-34Js，光速c=3.0108m/s)A2种B3种C4种D5种【解答】波长为400nm的单色光光子能量为E=hc/=4.9510-19J
27、，要产生光电效应，入射光光子的能量应大于金属的逸出功。因此，本题正确选项是A。材料铯钙镁铍钛逸出功(10-19J)3.04.35.96.26.65151【例题6】人眼对绿光最为敏感。正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.631034Js，光速为3.0108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是A.2.31018WB.3.81019WC.7.01048WD.1.21048W【解答】设最小功率为p,则E=pt=nh=nhc/,所以p=nhc/t=2.31018W。因此，本题正确选项是A。5252原子和原子核原子和原子核
28、问题一问题一 原子原子问题二问题二 原子核原子核5353问题一原子1.原子的结构(1)汤姆孙发现电子，说明原子有结构。汤姆孙的“枣糕模型”。(2)卢瑟福粒子散射实验，说明原子有“核式”结构。正电荷正电荷电子电子5454实验结论：绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进；少数粒子发生了较大的偏转；极少数粒子(约八千分之一)的偏转超过900；个别的粒子的偏转甚至接近1800.原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，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。带负电的电子在核外空间绕着核旋转。55552.氢原子光谱(1)玻尔理论电子绕原子核运动的轨道不是任意的，只有符合
29、一定条件的轨道才是可能的。即电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上运动时，原子是稳定的，不向外辐射或吸收能量。原子的这些状态称为定态。原子在不同的定态具有不同的能量，因此，原子的能量也是量子化的，这些量子化的能量值叫做能级，用E1、E2、En来表示。能量最低的状态叫做基态，其他的状态叫做激发态。当原子中的电子从一个定态跃迁到另一个定态时，会发射或吸收光子，光子的能量h=EnEm(nm)。5656(2)玻尔理论对氢(或类氢)光谱的解释氢原子能级公式 En=E1/n2(E1=13.6eV，n=1,2,3,)氢原子半径公式 rn=n2r1(r1=0.5310-10m，n=1,2,3,)0 0n=12
30、345-13.6eV-3.40eV-1.51eV-0.85eV氢原子能级图-0.54eV5757-13.6eV-3.40eV-1.51eV1234-0.85eV原子由高能级向低能级跃迁时辐射的能量是不确定的，比如由n=4能级到n=1能级,有四种可能的方式，原子由低能级向高能级跃迁时吸收的能量是确定的。比如由n=1能级到n=4能级，跃迁时吸收的能量只能是 h=E1E4 共辐射六种可能的不同频率的光。=n(n1)/25858【例题1】(97全国)在卢瑟福的粒子散射实验中，有少数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
31、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【解答】本题正确选项是A。5959【例题2】(01上海)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【解答】本题正确选项是ACD。6060【例题3】(05全国3)氢原子的能级如图所示。欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是A.13.60eVB.10.20eVC.0.54eVD.27.20eV【解答】使氢原子电离，就是使氢原子跃迁到E=0的能级，因此需要吸收13.6
32、eV的能量。故本题正确选项是A。6161【解答】发生跃迁必须满足玻尔理论的频率条件，即h=EnEm，而E2E1=40.8eVE4E1=51.0eV,EE1=54.4eV故本题正确选项是B。【例题4】(04北京)氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E154.4eV，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是A.40.8eVB.43.2eVC.51.0eVD.54.4eV6262【解答】氢原子由n=4能级跃迁到n=1能级，共发出六种不同频率的光，其能量分别为12.75eV,12.09eV,10.2eV,2.55eV,1.
33、89eV,0.66eV。显然有四种能够从金属钾的表面打出光电子。故本题正确选项是C。【例题5】(05全国2)图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E。处在n=4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波。已知金属钾的逸出功为2.22eV。在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有A.二种B.三种C.四种D.五种6363【例题6】(07天津)如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的B.频率最小的光是由n=2能
34、级跃迁到n=1能级产生的C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应6464【解答】氢原子由n=4能级跃迁到n=1能级，共发出六种不同频率的光，其中频率最小即波长最长的光最容易表现出衍射现象，而这个光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的。由n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光能量是10.2eV，因此能使金属铂发生光电效应。故本题正确选项是D。6565问题二原子核1.原子核的结构贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核有结构。原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子数相同，中子数不同的元素称为同位素。使核子
35、紧密结合在一起的力叫核力，原子核内只有相邻的核子间才有核力作用。66662.原子核的衰变放射性元素自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线的现象。射线 本质 产生穿透能力电离能力射线 氦核()流 弱 强射线 电子()流 中 中射线 光子(电磁波)核能级跃迁 强 弱6767放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期，用来表示放射性元素衰变的快慢。设N0表示时间t=0时原子核的数目，N表示t时间后剩余的这种原子核的数目，T表示半衰期，则N=N0(1/2)t/T。放射性元素的半衰期描述的是大量原子核的统计规律，由核内部自身的因素决定，跟原子所处的状态和外部条件没有关系。衰变：，同时
36、放出射线。衰变：，同时放出射线。衰变：伴随着射线和射线产生。原子核衰变时质量数和电荷数都守恒。6868 3.原子核反应卢瑟福发现质子：查德威克发现中子：放射性同位素的发现：4.放射性的应用与防护放射性的应用：利用射线、作为示踪原子、考古、探矿等。放射性的防护：距离防护、时间防护、屏蔽防护、仪器监测等。(表示正电子)69695.原子核的结合能分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量，或把原子核分开为核子所需要的能量，称为原子核的结合能。比结合能(又称平均结合能)即结合能与核子数之比，比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。爱因斯坦质能方程：E=mc2质量亏损m：核反应过程中
37、减少的质量(核反应过程中质量数还是守恒的，质量也是守恒的，所谓“减少的质量”实际上是以能量的形式辐射出去了)。结合能的计算：E=mc270706.核裂变和核聚变核裂变：链式反应：核电站(裂变反应堆):燃料棒(铀棒)、减速剂(石墨、重水、轻水)、控制棒(镉棒)等。7171受控热核反应：磁约束受控热核反应：磁约束(环流器环流器)中国政府中国政府2007年年9月月24日正式提交加入联合实施国日正式提交加入联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织的协定和际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织的协定和联合实施国际热核聚变实验堆计划国际聚变能组织特权联合实施国际热核聚变实验堆计划国际聚变能组织特权
38、和豁免协定的批准书，国际热核反应堆和豁免协定的批准书，国际热核反应堆(ITER)将计划将计划在法国南部卡达拉舍建造。在法国南部卡达拉舍建造。核聚变(热核反应)：7272【例题1】(00上海)关于、三种射线，下列说法中正确的是A.射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强。B.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.射线一般伴随着或射线产生，它的穿透能力最强。D.射线是电磁波，它的穿透能力最弱。【解答】本题正确选项是C。7373【解答】根据半衰期公式N=N0(1/2)t/T可解得t=2T=11460年。故本题正确选项是B。【例题2】(06重庆)14C是一种半衰期为573
39、0年的放射性同位素，若考古工作者探测到某古木中14C的含量为原来的1/4，则该古树死亡时间距今大约A.22920年B.11460年C.5730年D.2865年7474【例题3】(07四川)关于天然放射现象，下列说法正确的是A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B放射性物质放出的射线中，a粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强C当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生衰变D放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出射线【解答】本题正确选项是D。7575【解答】核反应方程为，由质量数和电荷数守恒得A=8，Z=3。因此，本题正确选项是C。【例题4】(06全国1)某原子核吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个粒子。由此可知AA=7，Z=3BA=7，Z=4CA=8，Z=3DA=8，Z=47676【例题5】(05北京)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中不正确不正确的是A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B.根据Emc2可计算核反应的能量C.一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，表明此过程出现了质量亏损D.E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能【解答】E=mc2中的E是质量为m的物体所对应的能量，故本题正确选项是D。