2023年高三物理第二轮复习专题八光和原子物理高中物理.docx

专题八 光和原子物理 一、考点回忆 规律：沿直线传播 小孔成像 本影和半影 日食和月食 现象 同一均匀介质中 光的波粒二象性 光谱 电磁说 光子说 电磁波速为c 能在真空中传播 波动说 光电效应 干预、衍射 微粒说 波动说 直进、反射、折射 反射、折射 光的本性 几何光学 反射定律 平面镜 球面镜 反射定律的应用 光的反射 两面平行的玻璃砖 棱镜 折射定律 光的色散 全反射 折射定律的应用 光的折射 在两种介质的界面 光学 光学分几何光学和光的本性两局部。前者讨论光传播的规律及其应用，主要运用几何作图的方法。后者重在探究“光是什么？〞。主要知识如下表： 原子结构： 汤姆生模型 卢瑟福模型 波尔模型 α粒子散射实验 氢原子光谱 原子的稳定性 原子和原子核 原子核 天然放射性 β衰变 α衰变 γ衰变 人工转变 质子的发现 中子的发现 原子核的组成，放射性同位素 核能 质能方程式 重核裂变 轻核聚变 原子物理的知识难度不太大，但“点多面宽〞，复习中应从原子结构三模型的开展过程、原子核反响的两类反响形式去把握知识体系，具体见下表： 二、经典例题剖析 1．以下成像中，能满足物像位置互换(即在成像处换上物体，那么在原物体处一定成像)的是【 】 A．平面镜成像 B．置于空气中的玻璃凹透镜成像 C．置于空气中的玻璃凸透镜成实像 D．置于空气中的玻璃凸透镜成虚像 解析：由光路可逆原理，此题的正确选项是C。 2．在“测定玻璃的折射率〞实验中，已画好玻璃砖界面两直线aa′与bb′后，不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点，如以以下图左所示，假设其他操作正确，那么测得的折射率将【 】 A．变大 B．变小 C．不变 D．变大、变小均有可能 解析：要解决此题，一是需要对测折射率的原理有透彻的理解，二是要善于画光路图。设P1、P2、P3、P4是正确操作所得到的四枚大头针的位置，画出光路图后可知，即使玻璃砖向上平移一些，如上图右所示，实际的入射角没有改变。实际的折射光线是O1O1′，而现在误把O2O2′作为折射光线，由于O1O1′平行于O2O2′，所以折射角没有改变，因此折射率不变。C正确。 3．如以以下图所示，折射率为n＝的液面上有一点光源S，发出一条光线，垂直地射到水平放置于液体中且距液面高度为h的平面镜M的O点上，当平面镜绕垂直于纸面的轴O以角速度ω逆时针方向匀速转动时，液面上的观察者跟踪观察，发现液面上有一光斑掠过，且光斑到P点后立即消失，求： (1)光斑在这一过程的平均速度。 (2)光斑在P点即将消失时的瞬时速度。 解析：光线垂直于液面入射，平面镜水平放置时反射光线沿原路返回，平面镜绕O逆时针方向转动时经平面镜的反射，光开始逆时针转动，液面上的观察者能得到由液面折射出去的光线，那么看到液面上的光斑，从P处向左再也看不到光斑，说明从平面镜反射P点的光线在液面产生全反射，根据在P处产生全反射条件得： sinθ＝，θ＝45° (1)因为θ＝45°，PA＝OA＝h，t＝ (2)光斑转到P位置的速度是由光线的伸长速度和光线的绕O转动的线速度合成的，光斑在P位置的线速度为2ωh，所以光斑沿液面向左的速度 v＝v线/cos45°＝2ωh/cos45°＝4ωh。 4．如右图为查德威克发现中子的实验示意图，其中①为_________________，②为________________，核反响方程为___________________________________。 解析：有关原子物理的题目每年高考都有题，但以选择题和填空题为主，要求我们复习时注意有关的理论提出都是依据实验结果的，因此要注意每个理论的实验依据。 答案：中子流；质子流；。 5．如以下图，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质。一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中，以下说法正确的选项是【 】 A．1、2、3〔彼此平行〕中的任一条都有可能 B．4、5、6〔彼此平行〕中的任一条都有可能 C．7、8、9〔彼此平行〕中的任一条都有可能 D．只能是4、6中的某一条 解析：光线由左边三棱镜AB面射入棱镜，不改变方向；接着将穿过两三棱镜间的未知透明介质进入右边的三棱镜，由于透明介质的两外表是平行的，因此它的光学特性相当于一块两面平行的玻璃砖，能使光线发生平行侧移，只是因为它两边的介质不是真空，而是折射率未知的玻璃，因此是否侧移以及侧移的方向无法确定〔假设未知介质的折射率n与玻璃折射率n玻相等，不侧移；假设n>n玻时，向上侧移；假设n<n玻时，向下侧移〕，但至少可以确定方向没变，仍然与棱镜的AB面垂直。这样光线由右边三棱镜AB面射出棱镜时，不改变方向，应为4、5、6中的任意一条。选项B正确。 点评：平时碰到的两面平行的玻璃砖往往是清清楚楚画出来的，是“有形〞的，其折射率大于周围介质的折射率，这时光线的侧移方向也是我们熟悉的。而该题中，未知介质形成的两面平行的“玻璃砖〞并未勾勒出来，倒是其两侧的介质〔三棱镜〕被清楚地勾勒出来了，而且前者的折射率未必大于后者。这就在一定程度上掩盖了两面平行“玻璃砖〞的特征。因此我们不仅要熟悉光学元件的光学特征，而且要会灵活地运用，将新的情景转化为我们熟知的模型。 6．氢原子处于基态时，原子能量E1= -13.6eV，电子电量e =1.6×10-19C，电子质量m=0.91×10-30kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10m。 〔1〕假设要使处于n=2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？ 〔2〕氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，那么氢原子处于n=2的定态时，核外电子运动的等效电流多大？ 〔3〕假设钠的极限频率为6.00×1014Hz，今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，是通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？ 解析：〔1〕要使处于n=2的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为： 得：Hz 〔2〕氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库伦力作向心力，有 ① 其中 根据电流强度的定义 ② 由①②得 ③ 将数据代入③得：A 〔3〕由于钠的极限频率为6.00×1014Hz，那么使钠发生光电效应的光子的能量至少为 eV=2.486 eV 一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应，应使跃迁时两能级的差，所以在六条光谱线中有、、、四条谱线可使钠发生光电效应。 7．太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和、等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反响，核反响方程是释放的核能，这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，假设由于聚变反响而使太阳中的核数目从现有数减少10％，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化，假定目前太阳全部由电子和核组成。 〔1〕为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M。地球半径R＝6.4×106 m，地球质量m＝6.0×1024 kg，日地中心的距离r＝1.5×1011 m，地球外表处的重力加速度g＝10m/s2 ，1年约为3.2×107秒，试估算目前太阳的质量M。 〔2〕质子质量mp＝1.6726×1027 kg，质量mα＝6.6458×1027 kg，电子质量 me＝0.9×1030 kg，光速c＝3×108 m/s。求每发生一次题中所述的核聚变反响所释放的核能。 〔3〕又知地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能w＝1.35×103 W/m2。试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命。〔估算结果只要求一位有效数字。〕 解析：〔1〕要估算太阳的质量M，研究绕太阳运动的任一颗行星的公转均可，现取地球为研究对象。设T为地球绕日心运动的周期，那么由万有引力定律和牛顿定律可知 ① 地球外表处的重力加速度 ② 得 ③ 以题给数值代入，得M＝2×1030 kg ④ 〔2〕根据质量亏损和质能公式，该核反响每发生一次释放的核能为 △E＝〔4mp＋2me－mα〕c2 ⑤ 代入数值，得△E＝4.2×10-12 J ⑥ 〔3〕根据题给假设，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反响的次数为 ⑦ 因此，太阳总共辐射出的能量为E＝N·△E 设太阳辐射是各向同性的，那么每秒内太阳向外放出的辐射能为ε＝4πr2w ⑧ 所以太阳继续保持在主星序的时间为 ⑨ 由以上各式解得 以题给数据代入，并以年为单位，可得t＝1×1010年＝1百亿年 ⑩ 点评：该题是信息题，关键是在大量的信息中选取有用的信息，而不被其他信息所干扰。如第〔1〕小题，实际上是万有引力定律在天文学上的应用，与原子核的知识无关。第〔3〕题，需要构建出太阳各向同性地向周围空间辐射核能〔辐向能量流〕的物理模型，是考查空间想象能力和建模能力的好题，这种题还会是以后命题的方向。 三、方法总结与高考预测 〔一〕方法总结 光的本性、原子和原子核是高考的必考内容，一般难度不大，以识记、理解为主，常见的题型是选择题。但随着高考改革的进行，试题较多的以与现代科学技术有着密切联系的近代物理为背景，这样在一些计算题，甚至压轴题中也出现了这方面的知识点。但就是在这类题中，对这些知识点本身的考查，难度也是不大的。需要适应的是这些知识和其他知识的综合。 〔二〕高考预测 几何光学历来是高考的重点，但近几年考试要求有所调整，不要求应用公式计算全反射的临界角，透镜成像也不再考查。因此对该局部的考查，将会以定性为主，难度不会太大，灵活性会有所加强，会更注重对物理规律的理解和对物理现象、物理情景的分析能力的考查。有两点应引起重视：一是对实际生活中常见光现象的认识，二是光路图问题。 四、强化训练 （一） 选择题 1．如以下图，放在空气中的平行玻璃砖，外表M与N平行，一束光射到外表M上，(光束不与M平行) ①如果入射角大于临界角，光在外表M即发生反射 ②无论入射角多大，光在外表M也不会发生全反射 ③光可能在外表N发生全反射 ④由于M与N平行，光只要通过M，那么不可能在外表N发生全反射 那么上述说法正确的选项是【 】 A．①③ B．②③ C．③ D．②③ 2．如以下图，OO′为透镜的主光轴，当将点光源置于A点时，其像位置在B点，那么【 】 A．当将点光源置于B点时，那么像必成在A点 B．当将点光源置于B点时，那么像一定不会成在A点 C．该透镜是凸透镜 D．该透镜是凹透镜 3．如以下图的府视图，宽1m的平面镜AB的右前方站着一个人甲，另一人乙沿AB的中垂线从远处向平面镜走近，乙能看到甲在平面镜中的像的位置是【 】 A．走近过程的所有位置 B．乙距镜不大于1m的位置 C．只有在乙距镜0.5m的位置 D．乙距镜不大于0.5m的位置 4．如以下图，a、b、c是三块折射率不同的透明介质平板玻璃，彼此平行放置，且有na＜nb＜nc，一束单色光线由空气中以入射角i射到介质a中，当光线由介质c射到空气中时，折射角为r，那么有【 】 A．i＞r B．i=r C．