近代物理沖刺點金

周曉農(nóng)

2009年理科綜合物理學(xué)科高考大綱與2007、2008年相比，沒有做任何實質(zhì)性的修訂，從考試性質(zhì)、考試內(nèi)容及命題要求，到考試形式及試卷結(jié)構(gòu)，總體上保持穩(wěn)定，試題仍以中檔題為主，內(nèi)容仍以力學(xué)、電磁學(xué)等主干知識為主，熱學(xué)、光學(xué)、原子物理、機械波等以選擇題的形式出現(xiàn)；試題突出理論聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。近代物理部分的命題，要求較低但歷屆高考命題均涉及，“回歸課本”“不回避陳題”是本單元的特點。熱點之一：對玻爾理論的考查，常以氫原子為例，考查學(xué)生對定態(tài)假設(shè)、躍遷假設(shè)的理解能力及推理能力等；熱點之二：核反應(yīng)方程，?？键c是衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變、聚變等；熱點之三：核能的開發(fā)與利用，這是一個社會熱點問題，以此為背景的命題頻頻出現(xiàn)，重點是用能量守恒和動量守恒處理問題。復(fù)習(xí)建議：重點復(fù)習(xí)核反應(yīng)、核能的利用、基本粒子微觀結(jié)構(gòu)等知識，注意光子的發(fā)射和吸收。

考點一原子核式結(jié)構(gòu)模型

沖刺點金：知道湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，掌握測量電子比荷的方法；知道α粒子實驗及盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型。重點應(yīng)掌握密立根通過“油滴實驗”測出電子的比荷的方法，任何電荷只能是e的整數(shù)倍；會解釋α粒子散射實驗。

樣題：1911年盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗中α粒子發(fā)生了_______（選填“大”或“小”）角度散射現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。若用動能為1 MeV的α粒子轟擊金箔，其速度約為_____________m/s。（質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.67×10-27 kg，1 MeV＝106 eV）

答案：大，6.9×106

預(yù)測：考查α粒子散射實驗原理。

（改編題）在α粒子散射實驗中，不考慮電子和α粒子碰撞的影響，這是因為（）

A. α粒子和電子根本無相互作用

B. 電子是均勻分布的，α粒子受電子作用的合力為零

C. α粒子在和電子碰撞中動量的改變量極小，可忽略不計

D. 電子體積很小，α粒子碰撞不到電子

答案：C

考點二氫原子光譜、玻爾原子模型

沖刺點金：了解氫原子光譜的實驗規(guī)律及激光的產(chǎn)生和特性；掌握玻爾的原子模型及對氫光譜的解釋，理解能級及光子的發(fā)射和吸收。應(yīng)著重掌握氫原子光譜的能級圖及玻爾對氫光譜的解釋。

樣題1：用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，觀測到了一定數(shù)目的光譜線。調(diào)高電子的能量再次進行觀測，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來增加了5條。用Δn表示兩次觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差，E表示調(diào)高后電子的能量。根據(jù)氫原子的能級圖（如圖1所示）可以判斷，Δn和E可能值為（）

A. Δn=1，13.22 eV

B. Δn=2，13.22 eV

C. Δn=1，12.75 eV

D. Δn=2，12.75 eV

答案：AD

解析 若Δn=1，由于光譜線增加了5條，氫原子必然由n=5能級躍遷到n=6能級，電子的能量E>E6-E1=13.22 eV，同時應(yīng)滿足EE4-E1=12.75 eV，同時，E

樣題2： μ子與氫原子核（質(zhì)子）構(gòu)成的原子稱為μ氫原子（hydrogen muon atom），它在原子核物理的研究中有重要作用。圖2為μ氫原子的能級示意圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級的μ氫原子，μ氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、和ν6的光，且頻率依次增大，則E等于（）

A. h（ν3-ν1） B. h（ν5+ν6）

C. hν3 D. hν4

答案：C。

解析 μ氫原子吸收光子后，能發(fā)出六種頻率的光，說明μ氫原子是從n=4能級向低能級躍遷，則吸收的光子的能量為ΔE=E4-E2，E4-E2恰好對應(yīng)著頻率為ν3的光子，故光子的能量為hν3。

預(yù)測1：考查氫原子光譜能級圖以及能級規(guī)律。

（改編題）已知氫原子的能級規(guī)律為En=E1 （其中E1=-13.6 eV，n=1，2，3，…）?，F(xiàn)用光子能量介于10 ～12.9 eV范圍內(nèi)的光去照射一群處于最穩(wěn)定狀態(tài)的氫原子，則下列說法中正確的是（）

A. 照射光中可能被吸收的光子能量有無數(shù)種

B. 照射光中可能被吸收的光子能量只有3種

C. 可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有3種

D. 可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有6種

答案：BD

預(yù)測2：考查原子的躍遷。

（改編題）用具有一定動能的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，使這些氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為n（n>2）的激發(fā)態(tài)。此時出現(xiàn)的氫光譜中有N條譜線，其中波長的最大值為λ?，F(xiàn)逐漸提高入射電子的動能，當動能達到某一值時，氫光譜中譜線增加到N′條，其中波長的最大值變?yōu)棣恕?。下列各式中可能正確的是（）

A. N′=N+nB. N′=N+n－1C. λ′>λ D. λ′<λ

答案：AC

考點三天然放射現(xiàn)象

沖刺點金：知道原子核的組成、天然放射現(xiàn)象、衰變、半衰期、三種射線的性質(zhì)；知道探測射線的方法；了解原子核的人工轉(zhuǎn)變，放射性同位素及其應(yīng)用。應(yīng)著重掌握三種射線的本質(zhì)特征、原子核的衰變規(guī)律和放射性同位素的應(yīng)用。

樣題1：放射性元素的原子核在α衰變或β衰變生成新原子核時，往往會同時伴隨著___________輻射。已知A、B兩種放射性元素的半衰期分別為T1和T2，經(jīng)過t＝T1?T2時間后測得這兩種放射性元素的質(zhì)量相等，那么它們原來的質(zhì)量之比mA：mB＝_________。

答案：γ，2T2 ∶ 2T1

樣題2：下列說法正確的是（）

A． γ射線在電場和磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)

B． β射線比α射線更容易使氣體電離

C． 太陽輻射的能量主要來源于重核裂變

D． 核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來自輕核聚變

答案：A

樣題3：約里奧?居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎，他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素3215P 衰變成3014Si的同時放出另一種粒子，這種粒子是 。3215P是3015P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù)。1 mg3215P隨時間衰變的關(guān)系如圖3所示，請估計4 mg的3215P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25 mg？

答案：正電子；t=56天（54～58天均可）

樣題4：一個氡核22286Rn衰變成釙核21884Po并放出一個粒子，其半衰期為3.8天。1 g氡經(jīng)過7.6天衰變掉氡的質(zhì)量，以及22286Rn衰變成21884Po的過程放出的粒子是（）

A. 0.25 g，α粒子 B. 0.75 g，α粒子

C. 0.25 g， β粒子 D. 0.75 g，β粒子

答案：B

樣題5：某考古隊發(fā)現(xiàn)一古生物骸骨。考古專家根據(jù)骸骨中126C的含量推斷出了該生物死亡的年代。已知此骸骨中146C的含量為活著的生物體中146C的1/4，146C的半衰期為5 730年。該生物死亡時距今約年。

答案：1.1×104 （1.0×104～1.2×104均可）

樣題6：放射性同位素釷232經(jīng)αβ衰變會生成氧，其衰變方程為23290Th→22080Rn+xα+yβ，其中

A. x=1，y=3 B. x=2，y=3

C. x=3，y＝1 D. x=3，y=2

答案：D

預(yù)測1：半衰期與現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合。

（改編題）現(xiàn)在很多血管?？漆t(yī)院引進了一種被稱為“心臟灌注顯像”的檢測技術(shù)，將若干毫升含放射性元素锝（Tc）的注射液注入被檢測者的動脈中，經(jīng)過40分鐘后，這些含放射性物質(zhì)的注射液通過血液循環(huán)均勻地分布到血液中，這時對被檢測者的心臟進行造影。心臟血管正常的位置由于放射性物質(zhì)隨血液到達而顯示有放射線射出；心臟血管被堵塞的部分由于無放射性物質(zhì)到達，將無放射線射出。醫(yī)生根據(jù)顯像情況就可判定被檢測者心臟血管有無病變，并判定病變位置。你認為檢測所用放射性锝的半衰期應(yīng)該最接近以下哪個值（）

A. 6分鐘 B. 6小時

C. 6天 D. 6個月

答案：B

預(yù)測2：綜合考查天然放射、衰變、半衰期、光電效應(yīng)等知識。

（原創(chuàng)題）下列說法正確的是（）

A． 23592U+10n→14156Ba+9236kr+310n屬于重核的裂變，21H+31H→ 42He+10n屬于輕核的聚變，3015P→3014Si+X中的X是質(zhì)子

B． 放射性元素的半衰期與元素所處的物理和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，它是一個統(tǒng)計規(guī)律，只對大量的原子核才適用，若元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天，則相同質(zhì)量的A和B，經(jīng)過20天后，剩下的質(zhì)量之比為1∶2

C． 衰變時放出的α射線和γ射線都是電磁波，β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的，它具有中等的穿透能力

D． 頻率為ν的光照射到一金屬表面上，有電子從金屬表面逸出。當所加反向電壓Ｕ增大到3 V時，光電流剛好減小到零。已知這種金屬的極限頻率為ν0=6×1014 Hz，因此照射光的頻率ν為13.2×1014 Hz。

答案：BD

考點四核反應(yīng)、核能

沖刺點金：會寫核反應(yīng)方程，理解電荷和質(zhì)量數(shù)守恒；知道核力的特點及四種基本作用，核中質(zhì)子與中子的比例；理解核能、質(zhì)量虧損、愛因斯坦質(zhì)能方程，并會計算核能；知道重核裂變、鏈式反應(yīng)、核反應(yīng)堆、核聚變、受控熱核反應(yīng)；知道新粒子、夸克模型、宇宙、恒星演化理論。應(yīng)掌握幾個重要的核反應(yīng)方程，如發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等的核反應(yīng)方程，著重掌握愛因斯坦質(zhì)能方程和核力的特征，以及重核裂變和熱核反應(yīng)的特點。

樣題1：三個原子核X、Y、Z，X核放出一個正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個氦（42He），則下面說法正確的是（）

A. X核比Z核多一個原子

B. X核比Z核少一個中子

C. X核的質(zhì)量數(shù)比Z核質(zhì)量數(shù)大3

D. X核與Z核的總電荷是Y核電荷的2倍

答案：CD

樣題2：中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時，質(zhì)量虧損為Δm，相應(yīng)的能量ΔE=Δmc2=2.2MeV是氘核的結(jié)合能。下列說法正確的是（）

A. 用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核不能分解為一個質(zhì)子和一個中子

B. 用能量等于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零

C. 用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零

D. 用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核不能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和不為零

答案：AD

樣題3：一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核，同時輻射一個γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c。下列說法正確的是（）

A. 核反應(yīng)方程是11H+10n→31H+γ

B. 聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m1

C. 輻射出的γ光子的能量E=（m3-m1-m2）c

D. γ光子的波長λ=

答案：B

樣題4：在下列4個核反應(yīng)方程中，x表示質(zhì)子的是（）

A. 3015P→3014Si+x B. 23892U→23492Th+x

C. 2713Al+10n→2712Mg+x D. 2713Al+42He→3015P+x

答案：C

樣題5：設(shè)宇宙射線粒子的能量是其靜止能量的k倍，則粒子運動時的質(zhì)量等于其靜止質(zhì)量的_______倍，粒子運動速度是光速的_______倍。

答案：k；

預(yù)測1：考查質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損

（改編題）物理學(xué)家們普遍相信太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)。根據(jù)這一理論，在太陽內(nèi)部4個氫核（即質(zhì)子）轉(zhuǎn)化成一個氦核（42He）和兩個正電子（01e）及兩個神秘的中微子（υe），在基本粒子物理學(xué)的標準模型中中微子是沒有質(zhì)量的。已知氫原子的質(zhì)量為1.007 8 u，氦原子的質(zhì)量為4.002 6 u，電子的質(zhì)量為0.000 5 u，中微子的能量為0.82 MeV，1 u的質(zhì)量對應(yīng)931.5 MeV的能量，則該核反應(yīng)釋放的能量為（）

A. 26.64 MeV B. 25.7 MeV

C. 24.8 MeV D. 27.34 MeV

答案：C

預(yù)測2：考查衰變、質(zhì)能方程。

（改編題）原來靜止的原子核abX衰變出α粒子的動能為Ek0，假設(shè)衰變時產(chǎn)生的能量全部以動能形式釋放出來，則此衰變過程的質(zhì)量虧損是（）

A. B.

C. D.

答案：D

考點五相對論基礎(chǔ)

沖刺點金：理解經(jīng)典相對性原理和狹義相對論的兩個基本假設(shè)；知道狹義相對論的其他結(jié)論；知道廣義相對論。應(yīng)著重掌握理解經(jīng)典相對性原理和狹義相對論的兩個基本假設(shè)。

樣題：慣性系S中有一邊長為l的正方形（如圖4所示），從相對S系沿x方向以接近光速勻速飛行器上測得該正方形的圖象是（）

答案：C。

預(yù)測：考查長度的相對性。

（改編題）設(shè)想人類在將來實現(xiàn)星際旅行，即將火箭發(fā)射到鄰近的星球上去?；鸺鄬τ谌招摹阈亲鴺讼档乃俣葀=0.9c，火箭中靜止放置長度為1.0 m的桿子，桿與火箭航行方向平行，則在日心—恒星坐標系中測得桿長為 。

答案：0.44 m