第12讲海风教育自主招生物理讲义近代物理

1、第12讲 近代物理一、光的电磁说1. 麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，提出光在本质上是一种电磁波这就是光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。2. 电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；射线是原子核受到激发后产生的（伴随、衰变而产生）。3. 各种电磁波的产生、特性及应用。电磁波产生机理特性应用无线电波LC电

2、路中的周期性振荡波动性强无线技术红外线原子的最外层电子受激发后产生的热作用显著，衍射性强加热、高空摄影、红外遥感可见光引起视觉产生色彩效应照明、摄影、光合作用紫外线化学、生理作用显著、能产生荧光效应日光灯、医疗上杀菌消毒、治疗皮肤病、软骨病等伦琴射线原子的内层电子受激发后产生的穿透本领很大医疗透视、工业探伤射线原子核受激发后产生的穿透本领最强探伤；电离作用；对生物组织的物理、化学作用；医疗上杀菌消毒；二、光电效应1. 在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（下图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。）光效应中发射出来的电子叫光电子。2. 光电效应的规律

3、。 各种金属都存在极限频率0，只有0才能发生光电效应； 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入光的频率增大而增大； 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； 瞬时性（光电子的产生不超过109s）。3. 爱因斯坦的光子说。光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率成正比：E=h4. 爱因斯坦光电效应方程：Ek= h W（Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。）三、光的波粒二象性干涉、衍射以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学

4、认为：光具有波粒二象性。正确理解波粒二象性：波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。a. 个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。b. 高的光子容易表现出粒子性；低的光子容易表现出波动性。c. 光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。c. 由光子的能量E=h，光子的动量p=h表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长。由以上两式和波速公式c=还可以得出：E = p c，P=E/c。四、天然放射现

5、象原子序数大于83的所有天然存在的元素的原子核都不稳定，能自发地变为别种元素的原子核 ，同时放出射线。1. 三种射线的比较。射线：氦原子核（），它的电离本领很强，贯穿本领很小，；射线：高速电子流（）它的电离本领较强，贯穿本领很强；射线：波长极短的电磁波，它的电离本领很弱，贯穿本领最强。2. 衰变规律。衰变：衰变： 3. 衰变快慢描述（半衰期）放射线元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，半衰期与元素所处的物理、化学状态无关 。公式： 4. 原子核的人工转变、原子核的组成原子核的人工转变是原子核在其它粒子作用下转变成另一种原子核的变化。（1）质子的发现（卢瑟福）（2）中子的发现（查德威克）（3）原

6、子核的组成：由质子和中子组成。核电荷数质子数、质量数质子数+中子数。原子核反应遵守质量数和电荷数守恒。（4）放射性同位素：人工放射性的发现：，（正电子），应用：利用它的射线，作为示踪原子。5. 核能、重核的裂变和轻核的聚变。（1）核力、核能。质量亏损、爱因斯坦的质能方程。（2）重核的裂变和轻核的聚变：二者是释放核能的二种方法。（3）聚变产生的条件是：温度达到几百万度以上，所以聚变又叫热核反应。五、玻尔原子模型  能级1. 定态假设：原子处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中的原子是稳定的。2. 能级跃迁：原子从一状态跃迁到另一状态，要辐射（或吸收）一定频率的光子，即。3. 轨

7、道能量量子化：，（n=1，2，3，）。4. 能级的概念：原子的各个定态的能量值，称为原子的能级。原子处于最低能级时，电子在离核最近的轨道上运动，这种状态称为基态。原子从低能级跃迁到高能级，要吸收能量，从高能级跃迁到低能级，要辐射能量，相应能量差为。六、物质波：德布罗意波：p=h，它证实了实物粒子也具有波动性，物质波是一种概率波。例1已知用束某种波长的平行光照射一小块某种金属能产生光电效应，光电子的最大初动能为El，单位时间内产生了N1个光电子，现用同一束光经凸透镜会聚后照射该金属，光电子的最大初动能为E2，单位时间内产生了N2个光电子，则_。A.E1=E2,N1>N2B.E1<E2

8、,N1>N2C.E1>E2,N1<N2D.E1=E2,N1<N2答案：D例2如图所示，光电管的阴极K的用极限波长为0=5000Ao的钠制成。现用波长为3000Ao的紫外照射阴极。光电管阳极A和阴极K之间的电势差为2.1V时，测得饱和电流的值为Im=0.56A，求：（1）每秒钟由阴极K发射的电子数；（2）光电子达到阳极的最大动能；（3）如果电势差不变而照射光强度增加到原来的三倍，此时电子到达A极的最大动能为多大？例3.在光电效应实验中，先后用频率相同但光强不同的两束光照射同一个光电管。若实验a中的光强大于实验b中的光强，实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分

9、别以a、b表示，则下列4图中可能正确的是( )。答案：A例4两放射性元素样品A与B，当A有15/16的原子核发生了衰变时，B恰好有63/ 64的原子核发生了衰变，则A与B的半衰期之比TATB应为。A23B.32 C.521 D.215答案：B例5用粒子轰击铍核发生的核反应可用如下的核反应方程式表示：，式中的是 。A.正电子 B.质子 C.电子 D.中子答案：D例6.用3.7eV能量的光子照射处于n=2激发态的氢原子时_。 A氢原子吸收该光子后不会被电离 B。氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零 C氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为0.3eVD氢原子吸收该光子后被电离，电离后

10、电子的动能为2.19eV答案：C例7根据玻尔原子理论，当某个氢原子吸收一个光子后（ ）A氢原子所处的能级下降B氢原子的电势能增大C电子绕核运动的半径减小 D电子绕核运动的动能增大答案：B例8（1）氢原子第n能级的能量为，其中E1是基态能量。而n1，2，。若一氢原子发射能量为的光子后处于比基态能量高出的激发态，则氢原子发射光子前后分别处于第几能级？（2）一速度为v的高速粒子（）与同方向运动的氖核（）发生弹性正碰，碰后粒子恰好静止。求碰撞前后氖核的速度（不计相对论修正）答案：（1）（2）答案：B例9.频率为的一束光以入射角照射在平面镜上并完全反射，设光束单位体积中的光子数为，则每一光子的能量为 ，

11、每一光子的动量为 ，每一光子的质量为 ；光束对平面镜的光压（压强）为 。答案：，例10分别用波长为和34的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1：2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为     A.      B.         C.        D. 例11关于光子的能量，下列说法中正确的是（    

12、  ）.A. 光子的能量跟它在真空中的波长成正比B. 光子的能量跟它在真空中的波长成反比C. 光子的能量跟光子的速度平方成正比D. 以上说法都不正确答案：B课后作业：1. 光子能量为E的一束光照射容器中的氢气，氢原子吸收光束后能发出频率分别为v1,v2,v3的三种光，且v1<v2<v3，则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，故原来处于基态的氢原子在单色光照射下被激发到n=3的激发态，以后再从n=3向n=1和n=2及从n=2到n=1跃迁，分别产生频率为的三种光，并且。故题选A2（模拟题）下面列出

13、的是一些核反应方程         其中（   ）A. X是质子，Y是中子，Z是正电子      B. X是正电子，Y是质子，Z是中子C. X是中子，Y是正电子，Z是质子      D. X是正电子，Y是中子，Z是质子答案： D3（模拟题）在双缝干涉实验中，用白光入射双缝时，在光屏上可观察到彩色条纹，若把两个缝分别用红色滤光片(只能通过红光)和蓝色滤光片挡住，则在光屏上可以观察到 A红色和蓝色两套

14、干涉条纹的叠加B紫色干涉条纹(红色和蓝色叠加为紫色)C屏上两种色光叠加，但不会出现干涉条纹D屏上的上半部为红色光，下半部为蓝色光，不发生光的叠加答案：C4关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是 A金属电子的逸出功与入射光的频率成正比B光电流的强度与入射光的强度无关C用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应答案：D5下列关于近代物理知识说法中正确的是A光电效应显示了光的粒子性 B玻尔理论可以解释所有原子的光谱现象C康普顿效应进一步证实了光的波动特性D为了解释黑体辐射规律，普朗克

15、提出电磁辐射的能量是量子化的答案： AD6如图所示，电路中所有元件完好，光照射到阴极上时，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是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。答案：BD7光电效应实验中，下列表述正确的是 A光照时间越长光电流越大B入射光足够强就可以有光电流C遏止电压与入射光的频率有关D入射光频率大于极限频率才能产生光电子 答案：CD8.在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为，该金属的逸出功为_。若用波长为（<0）单色光做实验，则其截止电压为_。已知电子的电荷量，真空中的光速和布朗克常量分别为e，c和h答案：，9利用

16、氢气光谱管可以产生氢的原子光谱，这些谱线的产生是由于 A.大量氢原子从较高激发态向较低激发态或基态跃迁，从而吸收不同频率的光子B.大量氢原子从较高激发态向较低激发态或基态跃迁，从而辐射不同频率的光子C.大量氢原子从基态或较低激发态向较高激发态跃迁，从而辐射不同频率的光子D.大量氢原子从基态或较低激发态向较高激发态跃迁，从而吸收不同频率的光子答案：B10可见光光子的能量在1.61 eV3.10 eV范围内.若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图（右图），可判断n为 A.1 B.2 C.3 D.4答案：B11氢原子的能级如图 所示，已知可见光的光子能量范围约为1.623.11 eV，下列说法错误的是 A.处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B.大量氢原子从高能级向n3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C.大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发生6种不同频率的光D.大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光答案：D12已知氢原子的基态能量为E，激发态能量，其中n=2,3。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速