1、考点 5 光和原子物理点拨解疑【例题 1】 （2001 年高考理综卷）如图所示，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A1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能B4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能C7、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【点拨解疑】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，由于透明介质的两表面是平行的，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
2、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（若未知介质的折射率 n 与玻璃折射率 相等，不侧移；若 n 时，向上侧移；玻 玻若 n 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玻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
3、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。【例题 2】氢原子处于基态时，原子能量 E1= -13.6eV，已知电子电量 e =1.610-19C，电子质量m=0.9110-30kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为 r1=0.5310-10m.1）若要使处于 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，则氢原子处于 n=2 的定态时，核外电子运动的等效电流多大？3）若已知钠的极限频率为 6.001014Hz，今用一群处于
4、 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？【点拨解疑】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，)4(01Eh140.8（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 2TmrKe其中 根据电流强度的定义 由得 124rTeI16I将数据代入得 A（3）由于钠的极限频率为 6.001014Hz，则使钠发生光电效应的光40.原子结构： 汤姆生模型卢瑟福模型波尔模型 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 衰变 衰变 衰变
5、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1943006.hE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 、 、0E41E3、 四条谱线可使钠发生光电效应。214【例题 3】 （200 1 年高考理综卷）太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和 、 等原子He2核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是 释放的核能，这些核能最e421后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的 核数目从现有数减少 10
6、，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1组成。（1）为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量 M。已知地球半径 R6.410 6 m，地球质量m6.010 24 kg，日地中心的距离 r1.510 11 m，地球表面处的重力加速度 g10 m/s2 ，1 年约为3.2107 秒，试估算目前太阳的质量 M。（2）已知质子质量 mp1.672610 27 kg， 质量 m 6.645810 27 kg，电子质量 me0.910He4230 kg，光速 c310 8 m/s。求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。（3）又知地球上与太阳垂直的每平
7、方米截面上，每秒通过的太阳辐射能 w1.3510 3 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。 ）【点拨解疑】 （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，则由万有引力定律和牛顿定律可知 rTmMG2)(地球表面处的重力加速度 得 2RmGggRr23)(以题给数值代入，得 M210 30 kg （2）根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为E（ 4mp2m em ）c 2 代入数值，得E4.210 -12 J （3）根据题给假设，在太阳继续保持在主序星阶段
8、的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为因此，太阳总共辐射出的能量为 EN E 设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太%0pMN阳向外放出的辐射能为 4r 2w所以太阳继续保持在主星序的时间为 t由以上各式解得 以题给数据代入，并以年为单位，可得 t110 10 年mctpe2)(1.1 百亿年点评：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。针对练习1
9、 （2003 年上海卷）在核反应方程 的括弧中，X 所代表的粒子（ ）)(17842ONHeA B C D10n02 （2003 年上海卷）爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于（ ）A等效替代 B控制变量 C科学假说 D数学归纳3 （2003 年上海卷）卢瑟福通过 实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型。下面平面示意图中的四条线表示 粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条 粒子的运动轨迹。4 （2003 年上海卷）在右图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的 A 单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另
10、一频率的 B 单色光照射时不发生光电效应，那么 （ ）AA 光的频率大于 B 光的频率。BB 光的频率大于 A 光的频率。C用 A 光照射光电管时流过电流表 G 的电流方向是 a 流向 b。D用 A 光照射光电管时流过电流表 G 的电流方向是 b 流向 a。5 （2003 年全国理综卷）下面列出的是一些核反应方程其中（ ）XSiP3014YHe10529ZLie7342AX 是质子，Y 是中子，Z 是正电子 BX 是正电子，Y 是质子，Z 是中子CX 是中子，Y 是正电子，Z 是质子 DX 是正电子，Y 是中子，Z 是质子6 （2003 年全国理综卷）如图，当电键 K 断开时，用光子能量为 2
11、.5eV 的一束光照射阴极 P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于 0.60V 时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于 0.60V 时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（A）A1.9eV B0.6eV C2.5eV D3.1eV 7 （2001 年上海卷）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8 （2001 年上海卷）A、B 两幅图是由单色光分别射到圆孔而形成的图象，其中图 A 是光的 （填干涉或衍射）图象
12、。由此可以判断出图 A 所对应的圆孔的孔径 （填大于或小于）图 B 所对应的圆孔的孔 径。9 （2001 年上海卷）光电效应实验的装置如图所示，则下面说法中正确的是A用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C锌板带的是负电荷 D使验电器指针发生偏转的是正电荷101996 年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供电动机来驱动的。已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为 8m2，正对太阳能产生 120V 的电压，并对车上电动机提供 10A 的电流，电动机的直流电阻为 4，而太阳光照射到地面处时单位面
13、积上的辐射功率为 103W/m2。（1）太阳能的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，即在太阳内部持续不断的进行着热核反应，4 个质子聚变为 1 个氦核。写出核反应方程。（2）该车的太阳能电池转化为太阳光能的效率 。1（3）若质子、氦核、正电子的静止质量分别为kg、 kg、 kg，则 m=1kg 的质子发生上述2706.pm270645.2709.e热核反应所释放的能量完全转化为驱动该车的有用功，能够维持该车行驶的时间是多少？（4）已知太阳每秒释放的能量为 3.81026J，则太阳每秒减小的质量为多少千克？若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年？11为确定爱
14、因斯坦的质能方程 的正确性，设计了如下实验：用动能为 MeV 的质2mcE6.01E子轰击静止的锂核 ，生成两个 粒子，测得两个 粒子的动能之和为 MeV，求Li7392（1）写出该反应方程。（2）通过计算说明 正确。 （已知质子、 粒子、锂核的质量分别取 、2 ump73.、 ）um05.4Li160.V APK12静止在匀强磁场中的 核俘获一个速度为 v0=7.7104m/s 的中子发生核反应Li63。若已知 的速度为 m/s，其方向与反应前中子的速度方向HenLi4231064221.相同。求（1） 的速度多大？（2）在右边画出粒子的运动轨迹并求出轨道半径之比。（3）当粒子 旋转 3 周
15、时，粒子 旋转几周？e43113云室处在磁感强度为 B 的匀强磁场中，一静止的质量为 M 的原子核在云室中发生一次 衰变，粒子的质量为 m，电量为 q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内。现测得 粒子运动的轨道半径为R，求在衰变过程中的质量亏损。 （注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计）14两个氘核聚变产生一个中子和氦核（氦的同位素） 。已知氘核的质量 ，氦核的质umD0136.2量 ，中子的质量 。uHe015.3un087.1（1）写出聚变方程并计算释放的核能。（2）若反应前两个氘核的动能为 0.35Mev。它们正面对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转化为动能，则产生的氦核和中子的动能各
16、为多大？参考答案1A 2C 3 粒子散射，见图（1）4AC 5D 6A 7ACD 8衍射，小于 9AD10 （1） （2）eH001sPUI（3） 而 ， 。JcmEep25.4)(tRIMEN)(2s103.（4）太阳每秒释放的能量为 3.81026J，则太阳每秒减小的质量为 。太阳的质kgcEm1024.量为 21030kg，太阳还能存在的时间为 年。9105Mt11 （1）核反应方程为 HeLi42173（2）核反应的质量亏损 ，由质能方程可得，质量亏损相当的umpi 3.能量 而系统增加的能量 这些能量来自核反应中，vcE9.8evE.192在误差允许的范围内可认为相等，所以 正确。c
17、12 （1）中子撞击锂核生成氘核和氦核过程中动量守恒 ，代入数据解得20m，方向与 v0相同。sv/0.3（2）氘核、氦核在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为 4:321Bqvr（3）氘核、氦核做圆周运动的周期之比为 所以它们旋转的周数之比为:21T当氦核旋转 3 周时，氘核旋转 2 周。:2:121Tn13该衰变放出 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径为 R 与速度 v 的关系由牛顿第二定律和洛仑兹力可得 ，核衰变过程中动量守恒，得 ，又衰变过程RvmqBmM)(0中能量来自质量亏损，即联立求解， 。221)(Mc)(2cqB14 （1）聚变的核反应方程： 核反应过程中的质量亏损为nHe103释放的核能为 MeVumnHeD5.)( 6.35.2umE（2）对撞过程动量守恒,由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的动量为 0。即 ，反应前后总能量守恒，得nHevm，解得 ， 。021kneHEvMevH9.vEkn7.2
