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第28讲动量和原子物理经典精讲
主讲教师：孟卫东北京市物理特级教师
开心自测
题一：如图所示，把重物G压在纸带上，用一水平力缓缓拉动纸带，重物跟着一起运动；若迅速拉动纸带，纸带将会从重物下面抽出，，解释这些现象的正确说法是（）
A.在缓拉动纸带时，重物和纸带间的摩擦力大
B.在迅速拉动时，纸带给重物的摩擦力小
C.在缓缓拉动时，纸带给重物的冲量大
D.在迅速拉动时，纸带给重物的冲量小

题二：如图所示，质量为m的小滑块沿倾角为θ的斜面向上滑动，经过时间t1速度为零后又下滑，经过时间t2回到斜面底端，滑块在运动过程受到的摩擦力大小始终为f，在整个运动过程中，重力对滑块的总冲量为()
A.mgsinθ(t1+t2)B.mgsinθ(t1-t2)
C.mg(t1+t2)D.0

题三：氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，可能发生的情况有（）
A、放出光子，电子动能减小，原子能量增加
B、放出光子，电子动能增加，原子能量减少
C、吸收光子，电子动能减小，原子能量增加
D、吸收光子，电子动能增加，原子能量减小

考点梳理与金题精讲
动量——知识点及要求
内容要求说明
1.动量冲量动量定理
2.动量守恒定律
3.动量知识和机械能知识的应用
（包括碰撞、反冲、火箭）Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ动量定理和动量守恒定律的应用只限于一维的情况
（动量守恒定律与功能相结合的题）
一、基本知识和基本规律
1、两个概念：冲量、动量
（1）冲量：I=Ft(单位：Ns)
①是力在时间的累积作用，效果是改变动量
②矢量：恒力的冲量是沿力F的方向，合力的冲量与动量的变化Δp同方向
③冲量是过程量，与一段时间t相对应
④注意：要指明是什么力的冲量
（2）动量：p=mv（单位kgm/s）
①p是矢量。方向与速度v一致。
②p是状态量：v是瞬时速度。
③mv与的区别、联系：
mvkgm/s矢量Δp=I合p0=ft
J标量ΔEk=W合Ek0=fs
联系：都是状态量，
题四：如图所示，已知m、M、l、q，水平面光滑。当摆球从平衡位置向左做小角度摆动时开始计时，此时恒力F也开始作用于物块上，问：当F满足什么条件时，可使两者的动量相同？
2.两个规律：动量定理，动量守恒定律
（1）动量定理：
物体所受外力的合冲量等于动量的改变。
∑(FΔt)=Δp=mv2mv1(矢量运算)
①推导：
②说明：
i)若F是合外力，
a.恒力、曲线，求Δp时，用Δp=Ft
b.变力，求I时，用I=Δp=mv2mv1
c.牛二律的第二种形式：合外力等于动量变化率
d.当Δp一定时，Ft为确定值：
t小F大——如碰撞；t大F小——缓冲
ii)∑(FΔt)=Δp=mv2mv1等式左边是过程量Ft，右边是两个状态量之差，是矢量式。
v1、v2是以同一惯性参照物为参照的。
Δp的方向可与mv1一致、相反、或成某一角度，但是Δp的方向一定与Ft一致。

题五：一粒钢珠从静止状态开始自由下落，然后陷入泥潭中，若把在空中自由下落的过程称为1，进入泥潭直到停住的过程称为2，则（）
A.过程1中钢珠动量的改变量等于重力的冲量
B.过程2中阻力的冲量的大小等于过程1中重力的冲量大小
C.过程2中阻力的冲量的大小等于过程1与过程2中重力的冲量大小
D.过程2中钢珠的动量改变量等于阻力的冲量

（2）动量守恒定律
1.研究对象：相互作用的物体组成的系统。
2.表述：系统不受外力(合外力为零)，则这个系统的总动量保持不变。
3.表达式：常用两种形式
①(系统作用前的总动量=作用后的总动量)
②对于两个物体A、B组成的系统
(A、B两物体的动量改变等值反向)
或
两个特例：
a、两个物体作用前处于静止，则：
作用后双分(一分为二)，总动能增加。
速率分配、动能分配都与质量成反比
b、两个物体作用后处于结合在一起(合二为一)，则
注意：以上各式只限于一维情况，各个动量用+、表示方向。先选正方向。未知动量可设为“+”方向，然后求解。
推导
设系统由两个物体组成，相互作用力的关系F=F′，且作用时间Δt相等
则或
3.动量守恒条件:
①理想守恒:
系统不受外力或所受外力合力为零。
②近似守恒:
外力远小于内力，且作用时间极短，外力的冲量近似为零，或外力的冲量比内力冲量小得多。
③单方向守恒:
合外力在某方向上的分力为零，则系统在该方向上动量守恒。
动量守恒定律应用要注意的三性
（1）矢量性：
在一维运动中要选取“+”方向，未知速度方向的一律假设为“+”方向，带入求解。
（2）同时性：
v1和v2——作用前的同一时刻的动量
v1′和v2——作用后的同一时刻的动量

（3）同系性：
各个速度都必需相对于同一个惯性参考系。
定律的使用条件：在惯性参考系中普遍适用（宏观、微观、高速、低速）

应用举例：
子弹打木块：
人车问题：

人走车也走，人停车也停，人进车就退，人快车
空中爆炸：
速度v水平时炸成两块，平抛

碰撞：
碰撞特点：作用时间极短，内力很大——可以用动量守恒定律。
碰撞过程两物体产生的位移可忽略。
碰撞的微观过程：接触面无限靠近又分离。
分类：
弹性碰撞非弹性碰撞完全非弹性碰撞
不裂、不粘、不发热、不留形变动量、机械能都守恒形变未完全恢复有发热、或有裂纹等
动量守恒、机械能有损失压缩形变后完全不恢复动量守恒：碰后同速
机械能损失最多
两个基本方程
可导出：
判定速度方向：
当m1＞m2时，v1＞0，v2＞0—两球均沿初速v10方向运动；
当m1＝m2时，v1＝0，v2＝v10—两球交换速度，主动球停下，被动球以v10开始运动；
当m1＜m2时，v1＜0，v2＞0—主动球反弹，被动球沿v10方向运动；
当m1＝m2/3时，v1＝v10/2，v2＝v10/2—两球速度等值反向。JAb88.cOM

原子物理：
原子结构：
原子模型
1.汤姆生提出“枣糕”模型。
汤姆生发现了电子，使人们认识到原子内部具有复杂的结构。汤姆生的原子模型无法解释α粒子散射实验。
2.卢瑟福提出“行星式”模型（核式结构）。
实验基础——α粒子散射实验。
3.波尔的原子模型：
电子轨道量子化：
电子绕核做圆周运动仍然服从经典力学规律。但轨道不是任意的，且不产生电磁辐射。
原子能量量子化：
电子在不同的轨道，原子具有的能量不同。
频率条件

原子核：
天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。
放射线有α射线、β射线和γ射线。α射线由氦核流组成，电离能力强，出射速度约为光速的十分之一，但贯穿能力小，一张铝箔或簿纸就能挡住它；β射线是高速电子流，速度约为光速的十分之九，贯穿本领很强，能穿透几厘米厚的铝板，但电离作用较弱。特别注意β射线虽然是电子流，但它来自于原子核，而不是核外电子放出的；γ射线是高能光子流（高频电磁波），贯穿本领更强，能穿透几毫米厚的铅板，但电离作用很弱。

二、原子光谱和波尔理论的联系

题六：如图给出了氢原子的最低的四个能级，氢原子在这些能级之间跃迁，所辐射的光子的频率最多几种？其中最小频率是多少？最小波长又是多少？

三、原子核
1、天然放射射线及特点
名称带电性电离能力穿透能力构成速度实质
a正强弱
c/10氦核流
b负弱强
0.99c电子流
g中最弱极强光子c光子流

半衰期
何为“半衰期”？
放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。
氡222的半衰期为3.8天
镭226的半衰期为1620年
铀238的半衰期为4.5*109年

聚变和裂变
重核的裂变
核裂变：铀核在俘获一个中子后，发生了一个重核分裂成两个中等质量的核的反应过程
轻核的聚变
核聚变：轻核结合成质量较大的核叫核聚变。
第28讲动量和原子物理经典精讲
题一：CD题二：C题三：BC题四：F=（n=0,1,2,3…）
题五：AC题六：（1）6种；（2）最小频率对应能级差最小，νn=1.6×1014Hz；（3）λ=9.75×10-8m。

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高考物理知识点：原子物理

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20xx年高考物理知识点：原子物理

七、原子物理

59、1858年，德国科学家普里克发现了一种奇妙的射线——阴极射线（高速运动的电子流）。

60、1906年，英国物理学家汤姆生发现电子，获得诺贝尔物理学奖。

61、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。

62、1897年，汤姆生利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型。

63、1909－1911年，英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10-15m。

1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子。预言原子核内还有另一种粒子，被其学生查德威克于1932年在α粒子轰击铍核时发现，由此人们认识到原子核由质子和中子组成。

64、1885年，瑞士的中学数学教师巴耳末总结了氢原子光谱的波长规律——巴耳末系。

65、1913年，丹麦物理学家波尔最先得出氢原子能级表达式；

66、1896年，法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构。天然放射现象：有两种衰变（α、β），三种射线（α、β、γ），其中γ射线是衰变后新核处于激发态，向低能级跃迁时辐射出的。衰变快慢与原子所处的物理和化学状态无关。

67、1896年，在贝克勒尔的建议下，玛丽-居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素——钋（Po）镭（Ra）。68、1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子，并预言原子核内还有另一种粒子——中子。

69、1932年，卢瑟福学生查德威克于在α粒子轰击铍核时发现中子，获得诺贝尔物理奖。

70、1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发现正电子和人工放射性同位素。

71、1939年12月，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。1942年，在费米、西拉德等人领导下，美国建成第一个裂变反应堆（由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成）。

72、1952年美国爆炸了世界上第一颗氢弹（聚变反应、热核反应）。人工控制核聚变的一个可能途径是：利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。

73、1932年发现了正电子，1964年提出夸克模型；粒子分三大类：媒介子－传递各种相互作用的粒子，如：光子；轻子－不参与强相互作用的粒子，如：电子、中微子；强子－参与强相互作用的粒子，如：重子（质子、中子、超子）和介子，强子由更基本的粒子夸克组成，夸克带电量可能为元电荷。

高考物理第一轮导学案复习:原子和原子核

20xx届高三物理一轮复习导学案
十八、原子和原子核（2）

【课题】原子核
【目标】
1、了解天然放射现象，知道三种射线的本质和特性，掌握核衰变的特点和规律；
2、知道原子核人工转变的原理，了解质子、中子和放射性同位素的发现过程。
3、知道原子核的组成和核力的概念；理解核能的概念，知道获得核能的两种途径。
【导入】
一、天然放射现象
1、发现过程：1896年贝克勤耳发现天然放射现象，从此，揭开了人类研究原于核结构的序幕．居里夫妇对铀和铀的各种矿石的研究发现了钋和镭．之后，人们通过对天然放射现象的进一步研究，发现了原子序数大于83的所有天然存在的元素，都有放射性．原子序数小于83的天然存在的元素，有的也有放射性．放射出来的射线共有三种：α射线、β射线和γ射线．
2、三种射线的本质和特性
二、原子核的衰变
1、衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化．
2、衰变规律：α衰变X→Y+He；β衰变X→Y+e
3、α衰变和β衰变的实质
4、γ射线：总是伴随α衰变或β衰变产生的，不能单独放出γ射线．γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．实质是元素在发生α衰变或β衰变时产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态），向低能级跃迁而辐射出光子．
5、半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它是大量原子核衰变的统计结果，不是一个原子发生衰变所需经历的时间．
决定因素：由原子核内部的因素决定，与原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关．
四、原子核的人工转变：
用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，其核反应方程的一般形式为：
1、质子、中子的发现：N+He→O+H；Be+He→C+n
2、放射性同位素和正电子的发现：1934年约里奥居里夫妇用a粒子轰击铝核产生一种新的放射性元素，此后人们认识到放射性同位素可用人工核反应制取．
Al+He→P+nP→Si+e
3、探测射线的方法：
（1）威耳逊云室；（2）气泡室；（3）盖革计数器等（见课本P73-74）
4、放射性同位素的应用：
（1）利用它的射线；（2）做示踪原子。（见课本P76-78）
五、核反应
某种元素的原子核变为另一种元素的原子核的过程叫做核反应．常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．
六、核力和核能
1、核力是核子之间的引力．核力与核子是否带电无关；是一种强相互作用；也是一种近程力（当两个核子间距r＜2×10-15m时才发生作用）．只有相邻的核子间才有核力作用．
2、核能．克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干个单个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量，叫原子核的结合能，简称核能．
例如H+n→H+△E（△E=2.22MeV）
2．核能的计算
根据爱因斯坦的质能方程E=mc2或△E=△mc2
3．获得核能的两种途径：
（1）重核的裂变：重核分裂成两个（或两个以上）中等质量核时要释放能量，这种核反应叫裂变．
铀核裂变的反应为：U+n→Xe+Sr+2n+217MeV
在一定条件下，如铀块大于临界体积时，裂变反应是链式反应，会放出大量能量．原子弹爆炸是激烈的裂变反应．秦山核电站和大亚湾核电站也是利用裂变反应．
（2）轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核的变化．
例如氘核和氚核聚合成氦核．H＋H→He＋n＋17.6MeV
【导研】
[例1]（1）如图所示，a为未知的天然放射源，b为一张黑纸，C为水平放置的平行金属板，板间有竖直方向较强的匀强电场，d为荧光屏，e为固定不动的显微镜筒．整个装置放在真空中，实验时，如果将电场E撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁的亮点数没有变化．如果再将黑纸b移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁的亮点数大为增加，由此可判定放射源a发出的射线为（）
A．β射线和γ射线B．α射线和β射线
C．α射线和γ射线D．α射线和X射线
（2）如图,在有小孔的铅盘中，放有能连续放出α、β、γ三种射线的放射性元素，放出的三种射线都打在孔对面屏M上的A点．要使三种射线分开，分别打在屏上的A、B、C三点（其中B到A的距离大于C到A的距离）可采取的措施是在屏与孔之间加上（）
A．重直纸面向里的匀强磁场B．垂直纸面向外的匀强磁场
C．水平向右的匀强电场D．水平向左的匀强电场

[例2]镅(Am)是一种放射性元素，在其分裂过程中，会释放出一种新的粒子，变成镎(NP)，由于放出的这种粒子很容易被空气阻隔，因此不会对人体构成任何的危害，火警的报警系统就是利用这种粒子作为报警的重要工具，这种粒子是（）
A．粒子B．质子C．中子D．正电子

[例3]“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核（称为子核），并且放出一个中微子的过程，中微子的质量极小，不带电，很难被探测到，人们最早是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．关于一个静止的母核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面的说法中正确的是（）
A．子核的动量与中微子的动量相同B．母核的电荷数小于子核的电荷数
C．母核的质量数等于子核的质量数D．子核的动能大于中微子的动能

[例4]对下列四个方程理解正确的是()
①；②
③④
A．方程①是衰变方程，其中X是β粒子
B．方程②是裂变方程，其中X是质子，且释放出核能
C．方程③是聚变方程，其中X是α粒子，且要吸收能量
D．方程④是人工核转变方程，其中X是α粒子

[例5]科学家发现在月球上含有丰富的（氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料其参与的一种核聚变反应的方程式为。关于聚变下列表述正确的是（）
A．聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用聚变反应发电
[例6]在原子物理的研究中经常用到核子平均结合能的概念，核子平均结合能是指质子、中子结合成某原子核时每个核子放出核能的平均值。下图为核子平均结合能与原子序数Z的关系图像．下列说法中正确的是（）
A．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量小
B．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量大
C．若D、E能结合成F，结合过程一定放出能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定吸收能量

【导练】
1、有关放射性元素半衰期的下列说法中正确的是（）
A．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
B．放射性元素的原子核全部发生衰变所用的时间的一半
C．两个原子核有一个原子核发生衰变所用的时间
D．做示踪原子的物质尽可能选用半衰期长一些的放射性元素

2、（08重庆卷）放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氧，其衰变方程为
，其中（）
A．x＝1，y＝3B．x＝2，y＝3C．x＝3，y＝1D．x＝3，y＝2

3、下面说法中正确的是（）
A．（钍）经过一系列的α和β衰变，成为，铅核比钍核少12个中子
Ｂ．β衰变的实质是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子
Ｃ．γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很大
Ｄ．利用γ射线的电离作用，可检查金属内部有无砂眼或裂纹

4、（吉林省长白县20xx届高三质量检测）（1）写出下列两个核反应的反应方程
Al(铝核)俘获一个α粒子后放出一个中子.__________________________
α粒子轰击N(氮核)放出一个质子.__________________________
（2）质量分别为m1和m2的两个小球在光滑的水平面上分别以速度v1、v2同向运动并发生对心碰撞，碰后m2被右侧的墙原速弹回，又与m1相碰，碰后两球都静止。求：第一次碰后m1球的速度.

高考物理第一轮复习原子结构和原子核学案

第十九章原子结构和原子核

1．本章内容可分为两部分，即原子结构和原子核。重点内容是：氢原子的能级结构和公式；原子核的衰变和半衰期；核反应方程的书写；结合能和质量亏损。从考试大纲可以看到全部是I级要求。
2．高考对本专题考查特点是命题热点分散，偏重于知识的了解和记忆，多以每部分内容单独命题，多为定性分析，“考课本”，“不回避陈题”是本专题考查的最大特点，题型多以选择题形式出现，几乎在每年高考中占一个小题。
3．本单元内容与现代科技相联系的题目较多，复习时应引起高度重视。
第一课时氢原子光谱
氢原子的能级结构和公式

【教学要求】
1．了解人们对原子结构的认识过程
2．掌握α粒子散射实验和原子核式结构的
3．理解玻尔模型的三条假设
【知识再现】
一、人们认识原子结构的思维线索
气体放电的研究→阴极射线→发现电子（1897年，汤姆生）→汤姆生的“枣糕模型”卢瑟福的核式结构模型玻尔模型（轨道量子化模型）。
二、卢瑟福的核式结构模型
1．α粒子散射实验
做法：用质量是电子7300倍的a粒子轰击薄金箔。
结果：绝大多数，少数，极少数，有的甚至。
2．原子的核式结构
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里绕着核旋转．原子核所带的正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是中性的。
3．实验数据估算：原子核大小的数量级为10-15－10-14m，原子大小的数量级为10-10m
三、玻尔的原子理论——三条假设
1．“定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态。
2．“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定hv=E2-E1。
3．“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值，必须满足
四、氢原子能级及氢光谱
1．氢原子能级：原子各个定态对应的能量是不连续的，这些能量值叫做能级。
2．氢原子的能级图
3．氢光谱
在氢光谱中，n=2,3,4,5,……向n=1跃迁发光形成赖曼线系；
n=3,4,5,6向n=2跃迁发光形成巴耳末线系；
n=4,5,6,7……向n=3跃迁发光形成帕邢线系；
n=5,6,7,8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系，
其中只有巴耳末线系的前4条谱线落在可见光区域内。
知识点一原子的核式结构
卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，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运动。我们把这样的原子模型称为“核式结构模型”。
【应用1】英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现了α粒子的散射现象。下图中，o表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的图是（）
导示:根据库仑定律知：离核越近的粒子受到的库仑斥力越大，运动轨迹弯曲越厉害。又正对原子核粒子将被弹回。故正确答案选BD。
知识点二氢原子的能级、轨道公式
1．能级公式：氢原子存在一个能量最低也是最稳定的状态，称为基态，其能量用E1表示；其余定态称为激发态，能量用En表示，由玻尔理论可推出氢原子能级公式En=E1/n2即(n=1、2、……)式中n称为能量量子数。E1=-l3.6eV。
2．半径公式rn=n2r1式中r1，为基态半径，又称为玻尔半径，r1=O.53×10-10m
【应用2】（07海南卷）氢原子第n能级的能量为En=E1/n2，其中E1是基态能量，而n=1、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？
导示:设氢原子发射光子前后分别处于第l与第m能级，则依题意有
①
②
由②式解得：m=2③
由①③式得：l=4④
氢原子发射光子前后分别处于第4与第2能级。
1、原子定态能量En是指核外电子动能及电子与核之间的静电势能之和；2、En是负值，这里是取电子自由态作为能量零点。
类型一氢原子的跃迁与电离问题
当原子从低能级向高能级跃迁时，要吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hγ=E末-E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hγ大于或小于E末-E初时都不能被原子吸收。当原子从高能级向低能级跃迁时，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．当光子能量大于或等于l3.6eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。
【例1】（2007年高考理综Ⅰ卷）用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能量再此进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。用△n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图可以判断，△n和E的可能值为（）
A．△n=1，13.22eVE13.32eV
B．△n=2，13.22eVE13.32eV
C．△n=1，12.75eVE13.06eV
D．△n=2，12.75eVE13.06eV
导示:原子的跃迁公式只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。实物粒子与原子相互作用而使原子激发时，粒子的能量不受上述条件的限制。
本题由于是电子轰击,存在两种可能：第一种n=2到n=4,所以电子的能量必须满足13.6-0.85E13.6-0.54,故D选项正确；第二种可能是n=5到n=6,电子能量必须满足13.6-0.38E13.6-0.28,故A选项正确。
所以答案应选AD。
原子跃迁时需注意的几个问题：（1）一群原子和一个原子：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N=Cn2=n(n-1)/2；一个氢原子处于量子数为n的激发态上时，最多可辐射出n-1条光谱线。（2）光子激发和实物粒子激发：若是在光子的作用下引起原子的跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差；若是在实物粒子的碰撞下引起原子的跃迁，则要求实物粒子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差。（3）直接跃迁和间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态，有时可能是直接跃迁，有时是间接跃迁。两种情况下辐射（或吸收）光子的可能性及频率可能不同。（4）跃迁和电离。
类型二跃迁过程的能量变化问题
【例2】（07届南京市综合检测题三）处于激发态的原子，如果在入射光子的作用下，可以引起其从高能态向低能态跃迁，同时在两个能态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理。那么，发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量En、电子的电势能Ep、电子动能Ek的变化关系是（D）
A．En减小、Ep增大、Ek增大
B．En增大、Ep减小、Ek减小
C．En减小、Ep增大、Ek减小
D．En减小、Ep减小、Ek增大
导示:由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道，在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小。另由经典电磁理论知，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力：ke2/r2=mv2/r，所以Ek=mv2=ke2/2r。可见，电子运动半径越小，其动能越大．再结合能量转化和守恒定律，氢原子放出光子，辐射出一定的能量，所以原子的总能量减小。综上讨论，可知该题只有答案D正确。
故选D。
1．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是（）
A．动能先增大，后减小
B．电势能先减小，后增大
C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零
D．加速度先变小，后变大

2．（2007年全国卷Ⅱ）氢原子在某三个相邻能级间跃迁时，可发出三种不同波长的辐射光。已知其中的两个波长分别为λ1和λ2，且λ1＞λ2，则另一个波长可能是（）
A．λ1＋λ2B．λ1-λ2
C．D．

3．（07广东卷）如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是（）
A．原子A可能辐射出3种频率的光子
B．原子B可能辐射出3种频率的光子
C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁道能级E4
D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁道能级E4

答案：1、C；2、CD；3、B。

高考物理振动与波、光学、原子物理冲刺专题复习

20xx届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题11：第6专题振动与波、光学、原子物理(1)
(一)振动与波、光学
知识网络

考点预测
振动与波是历年高考的必考内容，其中命题率最高的知识点为波的图象、波长、频率、波速及其相互关系，特别是波的图象与振动图象的关系，如2009年高考北京理综卷第17题、全国理综卷Ⅰ第20题、福建理综卷第17题，一般以选择题的形式出现，试题信息量大、综合性强，一道题往往考查多个概念和规律．其中波的图象，可以综合考查对波的理解能力、推理能力和空间想象能力．
高考对光学部分的考查主要有：①光的折射现象，全反射；②光的干涉、衍射和偏振现象；③平面镜成像的作图方法；④双缝干涉实验测定光的波长；⑤光电效应现象．
要点归纳
一、振动与波
单摆
(1)特点：①单摆是理想模型；②单摆的回复力由重力沿圆弧方向的分力提供，当最大摆角α＜10°时，单摆的振动可看做简谐运动，其振动周期T＝2πLg．
(2)应用：①计时器；②测定重力加速度g，g＝4π2LT2．
二、振动图象与波动图象的区别与联系
振动图象波动图象
图象
研究对象一个质点所有质点
物理意义横轴上各点表示各个时刻，图象表示一个质点各个时刻的位移情况横轴上各点表示质点的平衡位置，图象表示某一时刻各个质点的位移情况
图象形成的物理过程相当于顺序“扫描”的结果相当一次“拍照”的结果
所能提供的信息直接得出振幅、周期直接得出振幅、波长
可以算出频率据波速、波长和频率(周期)的关系求其中一个量
可以判断出位移、加速度、回复力间的变化关系振动方向和传播方向的关系
三、机械波与电磁波
机械波电磁波
对象研究力学现象研究电磁现象
周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场E和磁场B随时间和空间做周期性变化
传播传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关，分横波和纵波两种，传播机械能传播不需要介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系．电磁波都是横波，传播电磁能
特性v＝λT，都会发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应

产生由质点(波源)的振动产生无线电波由振荡电路产生
光也是电磁波的一种，由原子能级跃迁发出
四、平面镜成像
1．平面镜改变光的传播方向，而不改变光的性质．
2．平面镜成像的特点：等大、正立、虚像，物、像关于镜面对称．
3．成像作图要规范化．
射向平面镜的入射光线和反射光线要用实线，并且要用箭头标出光的传播方向．反射光线的反向延长线只能用虚线，虚线上不能标箭头．
镜中的虚像是物体射到平面镜上所有光线的反射光线反向延长后相交形成的．在成像作图中，可以只画两条光线来确定像点．
法线既与界面垂直，又是入射光线与反射光线夹角的平分线．
平面镜转过一个微小的角度α，法线也随之转过角度α，当入射光线的方向不变时，反射光线则偏转2α．
五、光的折射定律
1．折射率：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比为定值n，叫做这种介质的折射率，表示为n＝sinθ1sinθ2．实验和研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝cv．
2．折射现象中光路是可逆的．
六、全反射和临界角
1．全反射的条件：(1)光从光密介质射向光疏介质；(2)入射角大于或等于临界角．
2．临界角：使折射角等于90°时的入射角，某种介质的临界角C用sinC＝1n计算．
七、用折射定律分析光的色散现象
在分析、计算光的色散时，要掌握好折射率n的应用及有关数学知识，着重理解两点：①光的频率(颜色)由光源决定，与介质无关；②在同一介质中，频率越大的光的折射率越大，再应用n＝cv＝λ0λ等知识，就能准确而迅速地判断有关色光在介质中的传播速度、波长、入射光线与折射光线的偏折程度等问题．
八、光的波动性
1．光的干涉
(1)干涉条件：两束光的频率相同，并有稳定的相位差．
(2)双缝干涉：两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时，该处的光互相加强，出现亮条纹；当到达某点的路程差为半波长的奇数倍时，该处的光互相削弱，出现暗条纹．相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距Δx＝Ldλ．
(3)薄膜干涉：从薄膜前后表面反射的两列波叠加产生的干涉．应用：检查平面的平整度、增透膜等．
2．光的衍射
发生明显衍射的条件：障碍物的尺寸跟光的波长相近或比光的波长还小．
光的衍射条纹和干涉条纹不同．泊松亮斑是光的衍射引起的．
3．光的电磁说
麦克斯韦提出“光是一种电磁波”的假设，赫兹用实验验证了电磁说的正确性．
九、光的粒子性
1．光电效应
(1)现象：在光的照射下物体发射电子(光电子)的现象．
(2)规律：任何金属都存在极限频率，只有用高于极限频率的光照射金属时，才会发生光电效应．在入射光的频率大于金属的极限频率的情况下，从光照射到金属上到金属逸出光电子的过程，几乎是瞬时的．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光的强度无关．单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成正比．
2．光电效应方程：12mvm2＝hν－W．
3．光子说：即空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份的能量等于hν(ν为光子的频率)，每一份叫做一个光子．
4．光的波粒二象性：光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应表明光具有粒子性，因此光具有波粒二象性．
5．物质波：任何一个运动的物体(小到电子大到行星)都有一个波与它对应，波长λ＝hp(p为物体的动量)．
热点、重点、难点
一、简谐运动的动力学问题
图6－1
●例1如图6－1所示，一个弹簧振子在光滑水平面上的A、B两点之间做简谐运动．当振子经过最大位移处(B点)时，有块胶泥落在它的上面，并随其一起振动，那么后来的振动与原来相比较()
A．振幅的大小不变B．加速度的最大值不变
C．速度的最大值变小D．弹性势能的最大值不变
【解析】当振子经过最大位移处(B点)时，胶泥落在它的上面，在此过程中，胶泥减少的重力势能全部转变为内能，振子(含胶泥)在B点的速度仍为零，则其仍以O点为平衡位置做简谐运动，且振幅的大小不变．于是，最大回复力和最大弹性势能不变．由于质量增大，则其最大加速度变小，在平衡位置的速度(即最大速度)变小．综上可知，选项A、C、D正确．
[答案]ACD
【点评】解决本题的关键在于正确理解简谐运动的特征，了解简谐运动中各个物理量的变化，找到“振幅的大小不变”这一突破口，进而分析求解．简谐运动具有以下规律．
①在平衡位置：速度最大、动能最大、动量最大，位移最小、回复力最小、加速度最小、势能最小．
②在位移大小等于振幅处：速度最小、动能最小、动量最小，位移最大、回复力最大、加速度最大、势能最大．
③振动中的位移x都是以平衡位置为起点的，方向从平衡位置指向末位置，大小为这两位置间的直线距离．加速度与回复力的变化一致，在两个“端点”最大，在平衡位置为零，方向总是指向平衡位置．
二、简谐运动的图象、波的图象
●例2一列简谐横波以1m/s的速度沿绳子由A向B传播，质点A、B间的水平距离为3m，如图6－2甲所示．若t＝0时质点A刚从平衡位置开始向上振动，其振动图象如图6－2乙所示，则B点的振动图象为图6－2丙中的()
图6－2
【解析】由题意知，λ＝vT＝4m
故lAB＝34λ，经过t＝34T＝3s时间B点开始振动．
又由波的传播特性可知，每点开始振动的方向与振源的起振方向相同，故知B点的振动图象为B．
[答案]B
【点评】本例虽然只要求B的振动图象，但解析过程必须弄清楚波的传播过程，可画出t＝3s时刻以及t′＝3s＋Δt时刻AB方向波的图象图6－2丁所示．
图6－2丁
●例3两列振幅、波长均相同的简谐横波，以相同的速率沿相反方向在同一介质中传播．图6－3所示为某一时刻两波的波形图，其中实线为向右传播的波，虚线为向左传播的波，a、b、c、d、e为五个等距离的质点．则在两列波传播的过程中，下列说法中正确的是()
图6－3
A．质点a、b、c、d、e始终静止不动
B．质点b、d始终静止不动
C．质点a、c、e始终静止不动
D．质点a、c、e以振幅2A做简谐运动
【解析】由波的叠加原理可知，图示时刻质点a、b、c、d、e的位移都为零．其中两列波在a、c、e上引起的振动方向相同，在b、d两点引起的振动方向总是相反，故b、d始终静止不动，a、c、e以振幅2A做简谐运动．
[答案]BD
【点评】①两列波传播至某点时，两列波引起的振动“步调”相同时，干涉加强；引起的振动“步调”相反时，干涉减弱，不应仅考虑波峰、波谷的相遇．
②振动加强的点与振动减弱的点有规律地相互间隔．
③注：干涉图样不是固定不动的，加强的点在做更大振幅的振动．
三、平面镜成像问题
●例4某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜，两平面镜相互平行，物体距离左镜4m，右镜8m，如图6－4甲所示．物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与物体的距离是[2009年高考全国理综卷Ⅰ]()
图6－4甲
A．24mB．32mC．40mD．48m
【解析】物体在左镜中所成的各像如图6－4乙所示，可知左镜中从右向左的第三个像是第一个像在右镜中的像再在左镜中成的像，即看见像时为光线在左镜反射一次后在右镜反射一次再在左镜反射一次进入眼睛，由平面镜成像的对称性可得：d＝32m．
图6－4乙
[答案]B
【点评】光线经过平面镜反射进入眼睛，眼睛逆着光线确定光源，感觉光是从“虚像”发出．
四、光的折射与全反射
光学器材是由透明介质制成的，当光线从空气照射到这些透明体的表面时，折射进入透明体，然后再发生其他的光学现象．解这类问题用到的光学知识主要是反射定律、折射定律、全反射知识和数学中的几何知识．
1．视深问题
●例5某水池的实际深度为h，若某人垂直水面往下看时，水池的视深为多少？(设水的折射率为n)
【解析】如图所示，作两条从水底S发出的折射光线，一条垂直射出水面，另一条入射角很小(眼睛对光点的张角很小)，这两条折射光线反向延长线的交点S′就是看到的S的像．
在△AS′O中，tanα＝AOh′
在△ASO中，tanγ＝AOh
则tanαtanγ＝hh′
因为α、γ很小，所以sinα≈tanα，sinγ≈tanγ
得：h′＝sinγsinαh＝hn．
[答案]hn
【点评】本题考查光的折射定律在实际中的应用．正确画出光路图，并运用近似理论是求解此类问题的关键．
2．巧妙运用光路图解题和光学作图问题
(1)解决几何光学的基本方法是：画出光路图，理解有关概念，灵活运用数学知识求解．在反射和折射现象中，“光路可逆”是解决较复杂问题常用的思想方法．注意：光路图的作法必须遵循反射和折射定律．
(2)由于同一介质对不同色光的折射率不同，导致光的色散现象．利用光的折射定律解决的问题主要有“视深”和棱镜等．正确画出光路图是求解此类问题的关键．
(3)作图法是解决几何光学问题的主要方法之一．完成光路图的依据是光的传播规律，作图时常常要运用逆向思维——先由像确定反射光线，再确定入射光线．解题中常常要巧用光路可逆规律分析问题，在实像的位置换上物点，必定在原来物点处成像，即像、物互换．另外，涉及有关范围的问题，确定有关边界光线是解决问题的关键．
●例6图6－5甲所示为一个储油圆柱桶，其底面直径与桶高相等．当桶中无油时，贴着桶的上边缘上的A点恰能看到桶底边缘上的B处；当桶内油的深度等于桶高的一半时，眼所处的位置不变，在桶外沿AB方向看去，恰能看到桶底上的C点，且BC的距离是桶底直径的四分之一(A、B、C三点在同一竖直平面内，且BC在同一条直径线上)．据此可估算出该油的折射率n和光在这种油中的传播速度v分别为(已知真空中的光速c＝3×108m/s)()
图6－5甲
A．1.6、1.9×108m/sB．2.0、1.6×108m/s
C．2.2、2.2×108m/sD．1.6、1.6×108m/s
【解析】当油的深度为桶高的一半时，眼睛看见C点的光路图如图6－5乙所示，可得：
图6－5乙
n＝sinisinr＝1.6
又因为n＝cv
可得v＝1.9×108m/s．
[答案]A
【点评】准确地画出光路图是解决几何光学问题的关键．
●例7一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离．在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是[2008年高考全国理综卷Ⅱ]()
A．红光以30°的入射角入射
B．红光以45°的入射角入射
C．紫光以30°的入射角入射
D．紫光以45°的入射角入射
【解析】如图所示，由题意可知，O2A为偏移距离Δx，有：
Δx＝dcosrsin(i－r)
n＝sinisinr
若为同一单色光，即n值相同．当i增大时，r也增大，但i比r增大得快，sin(i－r)＞0且增大，dcosr＞0且增大，故A、C选项错误．
若入射角相同，则：
Δx＝dsini(1－cosin2－sin2i)
即当n增大，Δx也增大，故选项B错误、D正确．
[答案]D
【点评】①某束单色光照到介质表面，当入射角增大时，折射角也增大，但入射角比折射角增大得快．
②一束复色光经过平板玻璃也会发生色散现象，即射出光的边缘出现彩色，只是当玻璃较薄时这个现象不太明显．
●例8一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H，在水池的底部中央放一点光源，其中一条光线以30°的入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为105°，如图6－6甲所示，则可知()
图6－6甲
A．液体的折射率为2
B．液体的折射率为22
C．整个水池表面都有光射出
D．液体表面亮斑的面积为πH2
【解析】由题意知i＋r＝180°－105°＝75°
r＝75°－30°＝45°
故折射率n＝sinrsini＝2
该液体的临界角C＝arcsin1n＝45°
可得液体表面亮斑的半径如图6－6乙所示，r＝H
图6－6乙
故亮斑面积为：
S＝πH2．
[答案]AD
【点评】利用反射定律、折射定律和几何知识，解出折射角是解本题的关键．
五、干涉、衍射与偏振
1．干涉与衍射的比较
光的干涉与衍射现象是光的波动性的表现，也是光具有波动性的证据．两者的区别是：光的干涉现象只有在符合一定条件下才发生；而光的衍射现象却总是存在的，只有明显与不明显之分．
光的干涉现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条纹，但双缝干涉时条纹间隔均匀，从中央到两侧的明纹亮度不变化；而单缝衍射的条纹间隔不均匀，中央明纹又宽又亮，从中央向两侧，条纹宽度减小，明纹亮度显著减弱．
2．光的偏振
横波的振动矢量垂直于波的传播方向振动时，偏于某个特定方向的现象叫偏振．纵波只能沿着波的传播方向振动，所以不可能有偏振，光的偏振现象证明光是横波．光的偏振现象在科技、生活中的应用有：照相机镜头上的偏振片、立体电影等．
●例9图6－7所示为一竖直的肥皂膜的横截面，用单色光照射薄膜，在薄膜上产生明暗相间的条纹，下列说法正确的是()
图6－7
A．薄膜上的干涉条纹是竖直的
B．薄膜上的干涉条纹是水平的
C．用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距比用红光照射时的小
D．干涉条纹是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
【解析】光从肥皂膜的前后表面反射形成相干光，其路程差与薄膜厚度有关；在重力作用下，肥皂膜形成上薄下厚的楔形，在同一水平面上厚度相等，形成亮纹(或暗纹)．因此，干涉条纹应是水平的．又因蓝光的波长小于红光的波长，所以用蓝光照射薄膜所产生的干涉条纹的间距较红光的小．综上所述，选项B、C、D正确．
[答案]BCD
【点评】本题主要考查的是薄膜干涉形成的原因，以及干涉条纹与入射光波长之间的关系．
六、光电效应的规律与应用
●例10如图6－8所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零．用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器的指针张角减小，此现象说明锌板带________(填“正”或“负”)电；若改用红外线重复以上实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率________(填“大于”或“小于”)红外线的频率．[2008年高考上海物理卷]
图6－8
【解析】因锌板被紫外线照射后发生光电效应，验电器指针带正电荷而偏转；毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，与锌板接触时，电子与验电器指针上的正电荷中和，而使张角减小；用红外线照射锌板时，验电器指针的偏角不变，锌板未发生光电效应，说明锌板的极限频率大于红外线的频率．
[答案]正大于
【点评】光电效应在物理学史上具有较重要的意义，需要熟记其现象、清楚地理解其产生的机制．
(二)热学
知识网络
考点预测
从近几年的高考来看，热学部分多以选择题的形式出现，试题难度属于容易或中等．命题热点集中在下列两个方面．
1．分子动理论、估算分子的大小和数目、物体内能的改变和热力学第二定律，题型多为选择题，且绝大多数选择题只要求定性分析．
2．能源的开发和利用，这是当今的热门话题，应给予关注．
要点归纳
一、理解并识记分子动理论的三个观点
描述热现象的一个基本概念是温度．凡是跟温度有关的现象都叫做热现象．分子动理论是从物质的微观状态来研究热现象的理论．它的基本内容是：物体是由大量分子组成的；构成物体的分子永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用力．
二、了解分子永不停息地做无规则运动的实验事实
组成物体的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关，所以通常把分子的这种运动叫做热运动．
1．扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动．
2．布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动．关于布朗运动，要注意以下几点：
(1)形成条件是固体微粒足够小；
(2)温度越高，布朗运动越激烈；
(3)观察到的是固体微粒(不是液体分子，也不是固体分子)的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性；
(4)课本中描绘出的图象是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，并不是该微粒的运动轨迹．
三、了解分子力的特点
分子力有如下三个特点：
①分子间同时存在引力和斥力；
②引力和斥力都随着距离的增大而减小；
③斥力比引力随距离变化得快．
四、深刻理解物体内能的概念
1．由于分子做热运动而具有的动能叫分子动能．温度是物体分子热运动的平均动能的标志．温度越高，分子做热运动的平均动能就越大．
2．由分子间相对位置决定的势能叫分子势能．分子力做正功时分子势能减小；分子力做负功时分子势能增大．(所有势能都有同样的结论．例如：重力做正功时重力势能减小，电场力做正功时电势能减小)
由上面的分析可以得出：当r＝r0(即分子处于平衡位置)时，分子势能最小．不论r从r0开始增大还是减小，分子势能都将增大．固体和液体的分子势能与物体的体积有关，体积变化，分子势能也变化．注意：当物体的体积增大时，其分子势能不一定增加．
3．物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能．
五、掌握热力学第一定律
外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加量ΔU，即ΔU＝Q＋W，这叫做热力学第一定律．在这个表达式中，当外界对物体做功(气体被压缩)时W取正，物体克服外力做功(气体膨胀)时W取负；当物体从外界吸热时Q取正，物体向外界放热时Q取负；ΔU为正表示物体的内能增加，ΔU为负表示物体的内能减少．
六、掌握热力学第二定律
1．热传导的方向性：热传导的过程是有方向性的．这个过程可以向一个方向自发地进行(热量会自发地从高温物体传给低温物体)，但是向相反的方向却不能自发地进行．
2．第二类永动机不可能制成：我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一热源吸收热量，全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机．这表明机械能和内能的转化过程具有方向性——机械能可以全部转化成内能，但内能不能全部转化成机械能，而不引起其他变化．
3．热力学第二定律的表述：(1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化(按热传导的方向性表述)；(2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化(按机械能和内能转化过程的方向性表述)；(3)第二类永动机是不可能制成的．
热力学第二定律使人们认识到，自然界中各种进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律．
七、掌握气体的状态参量
1．温度：温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上是物体分子平均动能的标志．
热力学温度是国际单位制中的基本量之一，符号是T，单位：K(开尔文)；摄氏温度是导出量，符号是t，单位：℃(摄氏度)．
两种温度间的关系可以表示为：T＝(t＋273.15)K和ΔT＝Δt，要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的．0K是低温的极限，它表示所有分子都停止了热运动．可以无限接近，但永远不能达到．
2．体积：气体总是充满它所在的容器，所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积．
3．压强：气体的压强是由于大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的．(绝不能用气体分子间的斥力解释)
一般情况下不考虑气体本身的重力，所以同一容器内气体的压强处处相等．但大气压在宏观上可以看成是大气受地球吸引而产生的重力引起的．
热点、重点、难点
一、与阿伏加德罗常数有关的估算问题
阿伏加德罗常数是一个重要的物理量，它是联系微观物理量(如：分子质量、分子体积或直径等)与宏观物理量(如：摩尔质量、摩尔体积、密度、体积等)的桥梁，常常被用来解答一些有关分子大小、分子间距和分子质量等方面的估算问题．
解决这类问题的基本思路和方法是：首先要熟练掌握微观量与宏观量之间的联系，如：分子的质量m0＝MNA、摩尔体积V＝Mρ、分子占的体积V0＝MρNA、分子的个数N＝NAmM，式中NA、m、ρ、M、mM分别为阿伏加德罗常数、物体的质量、密度、摩尔质量、物质的量；其次是善于从问题中找出与所要估算的微观量有关的宏观量．此外，还要合理构建体积模型，如：在估算固体和液体的分子大小时，一般采用分子球体模型；而估算气体分子间距(不是分子的大小)时，一般采用立方体模型．灵活运用上述关系式并合理构建体积模型是分析、解决与阿伏加德罗常数相关问题的关键．
●例1假如全世界60亿人同时数1g水的分子个数，每人每小时可以数5000个，不间断地数，则完成任务所需时间最接近(阿伏加德罗常数NA取6×1023mol－1)[2008年高考北京理综卷]()
A．10年B．1千年C．10万年D．1千万年
【解析】1g水的分子数N＝118×NA＝3.3×1022，则完成任务所需时间t＝N60×108×5000×365×24年＝1×105年，选项C正确．
[答案]C
【点评】此题是估算题，关键是求出1g水的分子数，对数学运算能力的要求较高．
二、扩散现象、布朗运动和分子的热运动
●例2做布朗运动实验，得到某个观测记录如图6－9所示．图中记录的是[2009年高考北京理综卷]()
图6－9
A．分子无规则运动的情况
B．某个微粒做布朗运动的轨迹
C．某个微粒做布朗运动的速度—时间图线
D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线
【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，非分子的运动，故A错误；图中折线为每隔一定时间微粒位置的连线，并非轨迹，B错误、D正确；对于某微粒而言，在不同的时刻速度的大小和方向都是不确定的，故无法描绘其v－t图线，C错误．
[答案]D
三、分子动能、分子势能及其变化、物体的内能及其变化、能量守恒定律、热力学定律
●例3对一定量的气体，下列说法正确的是[2008年高考全国理综卷Ⅱ]()
A．气体的体积是所有气体分子的体积之和
B．气体分子的热运动越剧烈，气体的温度就越高
C．气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的
D．当气体膨胀时，气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减少
【解析】气体分子间的距离远大于分子大小，所以气体的体积远大于所有气体分子的体积之和，A选项错误；温度是物体分子平均动能的标志，是表示分子热运动剧烈程度的物理量，B选项正确；气体压强的微观解释是大量气体分子频繁撞击产生的，C选项正确；气体膨胀，说明气体对外做功，但不能确定吸、放热情况，故不能确定内能变化情况，D选项错误．
[答案]BC
【点评】在每年各地的高考题中，一般都会出现一道关于热学的题目，而且常综合考查本单元的较多的基本原理．
四、气体的压强
从微观角度看，气体的压强与气体分子的平均动能和气体分子的密集程度(单位体积内的分子数)有关．气体分子的平均动能越大，分子撞击器壁时对器壁产生的作用力越大，气体的压强就越大；气体分子越密集(单位体积内的分子数越多)，每秒撞击器壁单位面积的分子数越多，气体的压强就越大．从宏观角度看，气体的压强跟温度和体积有关．
●例4下列说法正确的是[2009年高考全国理综卷Ⅰ]()
A．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
B．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量
C．气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小
D．单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大
【解析】根据压强的定义，气体的压强等于气体分子作用在器壁单位面积上的平均冲力，等于单位面积上单位时间受到的平均冲量，故A正确、B错误．气体的压强与温度和体积有关，当分子热运动的平均动能增大时，若分子密度变大，气体的压强也有可能增大；当分子密度增大时，若分子热运动的平均动能减小，气体的压强也可能减小，故C、D错误．
[答案]A
(三)原子物理
知识网络
考点预测
近代物理部分相对独立，主干知识是原子的量子化结构和核能，复习时要围绕玻尔理论、衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行．模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合．利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段，如α粒子散射实验．α粒子与氮、铍、铝的碰撞分别发现了质子、中子和放射性同位素，加速器、对撞机等都是研究核物理的常用工具．
近年近代物理试题中出现不少中学教材中没有的新知识背景，如“超重元素”、“双电荷交换反应”、俄歇效应、原子内层空位产生的内转换机制、μ氢原子等．在训练学生读题时，要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来，在学习心理学中，就是“图式”的“同化”与“顺应”的过程，这类问题其实是“新瓶装旧酒”，还是考查课本上的知识点，只是对学生的能力要求提高了，要真正理解才能变通．
“联系实际，联系生活，联系高科技”已成为高考命题的趋势，考查内容体现时代气息，用新名词包装的试题增加．试题越来越重视知识的联系，体现学科的综合性．
要点归纳
一、原子的核式结构
卢瑟福根据α粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核式结构．α粒子散射实验的现象是：①绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进；②极少数α粒子则发生了较大的偏转甚至返回．注意，核式结构并没有指出原子核的组成．
二、波尔原子模型
玻尔理论的主要内容：
1．“定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态．
定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中的电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约．
2．“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射(吸收)电磁波(光子)，其频率由两个定态的能量差值决定hν＝Em－En．
3．“能量量子化假设”和“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值．
三、原子核的衰变及三种射线的性质
1．α衰变与β衰变方程
α衰变：→＋
β衰变：→＋
2．α和β衰变次数的确定方法
先由质量数确定α衰变的次数，再由核电荷数守恒确定β衰变的次数．
3．半衰期(T)：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．
4．特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关．
5．规律：N＝N0．
6．三种射线
射线α射线β射线γ射线
物质微粒氦核
电子
光子γ
带电情况带正电(2e)带负电(－e)不带电
速度约为110c
接近cc
贯穿本领小(空气中飞行几厘米)中(穿透几毫米厚的铝板)大(穿透几厘米厚的铅板)
电离作用强次弱
四、核能
1．爱因斯坦质能方程：E＝mc2．
2．核能的计算
(1)若Δm以千克为单位，则：
ΔE＝Δmc2．
(2)若Δm以原子的质量单位u为单位，则：
ΔE＝Δm×931.5MeV．
3．核能的获取途径
(1)重核裂变：例如＋→＋＋10
(2)轻核聚变：例如＋→＋
聚变的条件：物质应达到超高温(几百万度以上)状态，故聚变反应亦称热核反应．
热点、重点、难点
一、玻尔模型能级概念
●例1氢原子的能级如图6－10所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62eV～3.11eV，下列说法错误的是()
图6－10
A．处于n＝3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n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应
C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光
D．大量处于n＝4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
【解析】处于n＝3能级的氢原子吸收光子而发生电离的最小能量是1.51eV，又因紫外线的频率大于可见光的频率，所以紫外线的光子能量E≥3.11eV，故A正确．
由能级跃迁理论知，氢原子由高能级向n＝3能级跃迁时，发出光子的能量E≤1.51eV，所以发出光子能量小于可见光的光子能量．由E＝hν知，发出光子频率小于可见光的光子频率，发出光子为红外线，具有较强的热效应，故B正确．
由能级跃迁理论知，n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可发出6种频率的光子，故C正确．
由能级跃迁理论知，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，发出光子的能量分别为：0.66eV(4→3)，2.55eV(4→2),12.75eV(4→1),1.89eV(3→2),12.09eV(3→1)，10.2eV(2→1)，所以只有3→2和4→2跃迁时发出的2种频率的光子属于可见光，故D错误．
[答案]D
【点评】①原子由定态n(n≥2)向低能级跃迁时可能辐射的光子频率的种类为(n－1)n2．
②原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差．
③原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值．
④计算时应注意：因一般取∞远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位1eV＝1.6×10－19J．
二、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念
●例2现有三个核反应：
①→＋____；②＋→＋＋____；③＋→＋____．
完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是()
A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变
B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变
D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变
[答案]①②3③C
【点评】①原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变；原子序数较大的重核分裂成原子序数较小的原子核，叫做重核裂变；原子序数很小的原子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变．
②所有核反应都遵循质量数和电荷数守恒的规律，情况复杂时可列方程组求解．
三、核能和质量亏损
●例3某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为
＋→＋Q1＋→＋X＋Q2
方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
原子核

质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001
下列判断正确的是[2009年高考重庆理综卷]()
A．X是，Q2Q1
B．X是，Q2Q1
C．X是，Q2Q1
D．X是，Q2Q1
【解析】核反应方程：＋→中的质量亏损为：
Δm1＝1.0078u＋12.0000u－13.0057u＝0.0021u
根据电荷数守恒、质量数守恒可知：
＋→＋
其质量亏损为：Δm2＝1.0078u＋15.0001u－12.0000u－4.0026u＝0.0053u
根据爱因斯坦质能方程得：Q1＝Δm1c2，Q2＝Δm2c2
故Q1＜Q2．
[答案]B
【点评】要注意u为质量单位，并不是能量单位，其中1u＝1.6606×10－27kg,1uc2＝931.5MeV．
四、近代物理中的前沿科技问题
近几年来，高考试题中STS(科学技术社会)问题(如反物质、中微子、介子、夸克、弗兰克－赫兹实验等)占有较大的比例，出现了以科技前沿为背景的信息题．解决这类试题的关键在于：认真阅读题目、理解题意，捕获有效信息、删除干扰信息；仔细分析问题所描述的物理状态或物理过程，并从中建立起相应的物理模型；最后运用相关的物理规律求解．
●例4K－介子的衰变方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子所带电荷量为元电荷e，π0介子不带电．如图6－11所示，两匀强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为B1、B2．今有一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中，其轨迹为圆弧AP，P在MN上，K－在P点时的速度为v，方向与MN垂直．在P点该介子发生了上述衰变，衰变后产生的π－介子沿速度v的反方向射出，其运动轨迹如“心”形图线所示．则以下说法正确的是()
图6－11
A．π－介子的运行轨迹为PENCMDP
B．π－介子运行一周回到P用的时间T＝2πmB2e
C．B1＝4B2
D．π0介子做匀速直线运动
【解析】由题意可知，K－介子衰变为π－介子和π0介子后，π－介子沿速度v的反方向射出，而π－介子带负电，根据左手定则可以判断，π－介子的运行轨迹为PDMCNEP，则选项A错误；设π－介子在左右两侧磁场中做匀速圆周运动的半径分别为R1和R2，运动周期分别为T1和T2，由图可知：R1R2＝12，又R1＝mveB1、R2＝mveB2，则B1＝2B2，即选项C错误；而T1＝2πmeB1，T2＝2πmeB2，则π－介子运行一周回到P所用的时间T＝T12＋T22＋T12＝T1＋T22＝2πmeB2，即选项B正确；π0介子由于不带电而不受洛伦兹力作用，它将做匀速直线运动，即选项D正确．综上所述，选项B、D正确．
[答案]BD
【点评】本题涉及匀速圆周运动、线速度、角速度、周期、向心力、洛伦兹力、左手定则、牛顿第二定律等知识点，考查学生对上述知识的理解和掌握程度，以及分析、推理的能力和信息处理的能力．解决本题的关键在于：先利用左手定则判断π－介子的运行轨迹，再运用洛伦兹力、牛顿第二定律等知识分析求解．
★同类拓展2006年3月24日，由中国自行研究、设计的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克EAST核聚变实验装置(又称“人造太阳”)，如图6－12所示，已成功完成首次工作调试．由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚变反应，所以被外界称为“人造太阳”．“人造太阳”的原理就是在这台装置的真空室内加入少量氢的同位素氘和氚，使其在一定条件下发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量．核聚变的主要原料是氘和氚，在海水中含量极其丰富．则下列说法中错误的是()
图6－12
A．“人造太阳”的核反应方程是＋→＋
B．“人造太阳”的核反应方程是＋→＋＋3
C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2
D．与这种热核聚变比较，核裂变反应堆产生的废物具有放射性
【解析】“人造太阳”中的核反应为轻核的聚变，故A正确、B错误．核反应释放的能量都遵循质能方程ΔE＝Δmc2，C正确．聚变方程产生的不具有放射性，而裂变反应产生的废物会衰变放出α或β射线，D正确．
[答案]B

文章来源：http://m.jab88.com/j/71018.html

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