光的本性1(宁波市高中论文比赛).doc(07。12。3)

“光的本性 原子和原子核”习题错解剖析 浙江象山丹城中学 姜会根 （315700） 光的本性，原子和原子核知识点属于宏观向微观过渡的部分，内容较抽象，研究问 题的方法及考虑问题的思维方式有很大改变。有关习题错解主要表现为： 一、不能很好理解宏观物理与微观物理的重大区别 例 1、一平行单色光，通过一平板上的单缝，在后面的屏上得到明显相间的衍射条纹， 若将狭缝调得更窄，衍射条纹的中央明纹宽度怎样变化？ 错解：变窄 部析：衍射是光的波动性的重要表现，在缝或障碍物尺寸相比差不多时，产生明 显的衍射现象。中央明纹宽窄表示衍射现象显著程度，它取决光的波长 的大小与缝（或 障碍物）尺寸 a 的相对关系，/a 越大，衍射愈明显，中央亮纹愈宽，反之则愈窄。原解 忽视缝宽条件，仍用宏观尺寸，按直线传播规律来处理问题，导致错解。 正确解：变宽 例 2、某单色光光子能量为 E，该光子的静质量为多少？ 错解：由 得 21mvc2cEvm 剖析：按爱因斯坦光子假设，光子的能量与光的频率成正比，即 E=hv，所以不能 用经典动能公式来计算光子的质量，把光子理解为机械粒子，倒退到牛顿微粒说的立场。 正确解：光子静质量为零。 例 3、氢原子基态能量为 E1，n=3 的激发态为 E3，基态氢原子要吸收多大能量的光子， 才可以跃迁到 n=3 的激发态？ 错解：光子能量 EE 3E 1 剖析：原子的能级是量子化的，原子只有吸收能量等于两能级差的光子才能产生 能级跃迁。光子能量稍大或稍小，都不可使原子从能量低的能量状态跃至能量高的能量状 态，这在研究观物理中是不可想象的。 正确解：光子能量 E=E3E 1 2 二、不能很好掌握有关公式的使用条件及物理意义 例 4、氢原子基态能量为-13.6ev,氢原子在 n=2 对应能级的轨道上电子绕核运行的动 能是多少电子伏? 错解:由 , E1=-13.6ev, n=2,得 。2n evE4.326.1 剖析： （n=1，2，3）是玻尔理论的重要公式，E n为氢原子在第 n 个 玻尔定态轨道上的能量，包括了电子动能及电子在氢原子核电场中的电势能，原解把总能 量当作动能，得出电子动能为负值的荒谬结果。 正确解：由 )(22nnpnkn rkemvnrkemv2 （r n为电子绕核运行的定态轨道半径）kn EerkeE222 | |= ，当 n=2 时， =|3.4|=3.4(ev)k2 例 5、静止的氡 放出一个 粒子变为钋 ，已知 粒子的动能为 ，在nR286oP2184oE 衰变中的质量亏损是多少？nR286 错解反应中核质量数守恒，m=2222184=0 剖析质量数 A 是核质量的近似值，它等于原子核的核子数或质子与中子数的和， 质量亏损是核反应前后体系静质量差，如果用质量数代替质量，由于任何核反应核子总数 不变，就不可能存在质量亏损问题了。 正确解：氡核静止，反应后，氦核与钋核动量大小相等，即 ，它们的OPa| 动能之比： ，由能量守恒定律得 衰变能E=218:4: oo paokap AmE ，由质量关系式002184EkO E= ，得质量亏损m=mc22cEO 例 6，某放射性元素的半衰期是 2 小时，现有 40 个该元素的原子核，经过 4 小时， 还剩多少原子核没有衰变？ 错解：由半衰期定义，n 剩 = 24,0,)1(TtnoTto 得 n 剩 = 40 0)21( 剖析：衰变规律是大量原子核衰变表现出来的统计规律，n 剩 = 在样品中T ton)1( 原子数目少到统计规律不再起作用时，就无法使用，如 ，我们将无法确定在 4 小40n 时内有多少这种核衰变。 3 正确解：无法确定 三、不能很好认识这部分知识的框架 例 7，下列哪些事件说明原子核具有复杂的结构？ A、汤姆生发现电子 B、 粒子散射实验发现有少量 粒子发生大角度偏折 C、氢光谱为线状光谱 D、贝克勒尔发现放射性元素 错解：选 A 选 B 选 C 剖析：汤姆生发现电子，改变了人们原先的原子不可分割的错误看法； 粒子散 射实验则从实践的角度证实了原子核的存在；氢的线状光谱使人们认识到原子结构中存在 量子性。这些还都是核外的发现，只有天然放射性现象的发现，才标志人类已深入研究至 原子核，说明了核的复杂和可变。 正确解：选 D 四、不能很好总结同类概念或相似事物间的差异 例 8、下列三个核反应方程各属何种类型的核反应？ （1） eH0142 （2） naR86 （3） nSXUre108315423910 2 错解：依次为（1）是衰变 （2）是裂变 （3）是人工转变 剖析：反应（1）虽然有氦核和正电荷产生，但其本质是较轻的 聚合为较重的H1 的反应；反应（2）左侧虽是重核，但其本质不属重核分成中等核的反应，且 是eH4 e42 粒子；反应（3）中左侧中子起激活重核作用，使其分成中等的氙核和锶核，生成更多 的中子。 正确解：依次为（1）是聚变（2）是衰变（3）裂变 五、不能很好理清重大判定性实验与其对应理论间的关系。 例 9、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双 缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光） ，另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光） ，那么以下叙述哪个正确？ 4 A、只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的干涉条纹消失 B、红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的干涉条纹依然存在 C、任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮。 D、屏上无任何光亮。 错解：选 A、选 B、选 D 剖析：是否存在干涉条纹，要看是否具有相干条件，显然，加了滤光片后，从双缝 中出来的光分别是红光和绿光，它们不是相干光，所以不能产生干涉现象，但通过狭缝后 都能射到屏上，屏上有光亮。 正确解：选 C 例 10、如右图所示，用一束波长大于阴极金属 极限波长的光照射光电管阴极，光电流为 O， 要使光电流逐渐增加应怎样做？ 错解：将电池正负极互换，使光电管加正向电压， mA p 将滑动变阻器触头 P 右移，使正向电压加大。 剖析：入射光的频率必须大于阴极金属极限频率才能产生光电效应，光在真空中波 长与频率成反比，故波长大于金属极限波长的光，无论怎样改变电压，都不能产生光电效 应，更不会有光电流。 正确解：换用波长小于阴极极限波长的光照射，且使光电管加正向电压时，将滑动 变阻器触头 P 右移，方可使光电流逐渐增加。 例 11、关于 粒子散射实验结果及理论解释，哪些是正确的？ A、大多数 粒子被偏转，少数偏转角较大，说明原子中心有一质量较大的核。 B、极少数 粒子发生大角度偏转，这是 粒子与许多电子碰撞的缘故。 C、绝大多数 粒子保持直线通过，说明原子内部正电荷均匀分布。 D、绝大多数 粒子保持直线通过，说明原子内部大部分是空的。 错选：选 A、选 B、选 C 剖析：选 A 者把少数 粒子偏转搞错为多数偏转，如果是多数偏转，何来核式结构？ 选 B 者认为偏转是 粒子与电子碰撞的原因，要知道 粒子质量（4u）远大于电子质量（ 5 ） ，它们相碰好比子弹遇到空气中的尘埃；选 C 者孤立看大多数 粒子直线前进，如1837u 果正电荷均匀分布，少数 粒子不可能作大角度偏转。多数 粒子行为应与少数 粒子的 行为结合分析，才能得出正确推测。 正确解：选 D，原子核很小，原子内部空间是“空”的，能靠近原子核与之有较大 斥力作用的 粒子很少，大多数 粒子直线通过。 例 13、关于 衰变，下列说法中哪些是正确的？ A、 衰变为 要经过 1 次 衰变和一次 衰变。aR268n286 B、 衰变为 要经过 1 次 衰变和一次 衰变。U39aP3491 C、 衰变为 要经过 6 次 衰变和 4 次 衰变。Th20b208 D、 衰变为 要经过 4 次 衰