高三總復(fù)習(xí)物理光學(xué) 原子物理之重點(diǎn)難點(diǎn)分析

物理光學(xué)原子物理重難點(diǎn)分析一．本部分重大物理的事件重大物理事件列表物理學(xué)家實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象理論惠更斯光的干涉和衍射光的波動(dòng)說托馬斯·揚(yáng)雙縫干涉證明了光的波動(dòng)性泊松泊松亮斑理論上證明了光的波動(dòng)性愛因斯坦光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)光子說質(zhì)能方程盧瑟福α粒子散射現(xiàn)象原子的核式結(jié)構(gòu)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原子核的組成玻爾氫光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律玻爾理論查德威克中子的發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原子核的組成二．光的色散光的顏色是由光的頻率決定的，各種色光在真空中的速度是相等的，都等于真空中的光速C=3.10×108米/秒。由于頻率不同，因此波長(zhǎng)也不同，c=，λ=。當(dāng)各種色光進(jìn)入介質(zhì)時(shí)，頻率不變（顏色不變），波速、波長(zhǎng)都會(huì)減小。由于不同頻率的光在同一介質(zhì)中時(shí)的速度不同，使得在同一介質(zhì)中，不同的頻率的光折射率不同，因此出現(xiàn)色散現(xiàn)象。示例1A和B為顏色不同的兩平行單色光束，從空氣中以相同的入射角I射入水中，如圖2.14-2，測(cè)得A光的折射角r1小于B光的折射角r2，由此可以確定它們?cè)谒械恼凵渎?、速度和波長(zhǎng)的大小關(guān)系應(yīng)為nAnB；νAνB；λAλB（以上三空均選填＞、＜或＝）。如果兩束光分別為黃光和綠光，則A光應(yīng)為光，B光應(yīng)為光。分析指導(dǎo)由折射率的公式n==得ν=λ=由公式說明，r越小，n越大，ν越大。由于頻率越高折射率越大同，因此在介質(zhì)中的波長(zhǎng)越小。由色光的排列，低到高的順序是：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。因此，綠光的頻率高、A是綠光、B是黃光。（答案：＞，＜，＜。綠，黃＝三．光流強(qiáng)度的計(jì)算從光源發(fā)出的光，可以認(rèn)為是發(fā)出了若干個(gè)光子，這些光子向四面八方射出，在同一時(shí)間運(yùn)動(dòng)到同一半徑的圓面上，所謂光流強(qiáng)度是指在某一圓面上單位時(shí)間打到單位面積上的光子數(shù)。要學(xué)會(huì)兩個(gè)方面的運(yùn)算：一個(gè)是已知光源的情況，求某一距離處的光流強(qiáng)度；另一個(gè)是已知某一距離處的光流強(qiáng)度，求光源的情況。但是不管哪一方向的計(jì)算，都是根據(jù)光流強(qiáng)度的定義和光子能量公式，即光流強(qiáng)度=示例2一小燈泡發(fā)光時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿墓β蕿?瓦，所發(fā)出質(zhì)量為光平均波長(zhǎng)為104埃。燈光向四周輻射是均勻的，求距燈泡10米處，每秒鐘垂直穿過1米2面積的光子數(shù)。分析指導(dǎo)燈泡每秒鐘發(fā)射的總能量為Pt，一個(gè)光子的能量為h，總光子數(shù)為。距燈泡10米遠(yuǎn)處所包圍的球面積c=4=400。距燈泡10米遠(yuǎn)處每秒鐘垂直穿過1平方米面積的光子數(shù)=，我們把在距光源某處每單位時(shí)間、單位面積上所穿過的光子數(shù)樂為光流強(qiáng)度。解：10米遠(yuǎn)處的光子數(shù)===4×1016（個(gè)）四．能級(jí)和能級(jí)躍遷原子的能級(jí)是指原子核的動(dòng)能、電子的動(dòng)能、原子核與電子所組成的系統(tǒng)的電勢(shì)能的總和。原子的能級(jí)公式En=，從公式中可以看出，原子的能級(jí)是隨著量子數(shù)變化的。帶入量子數(shù)，就可以計(jì)算出原子的各個(gè)能級(jí)的數(shù)值（注意，原子的各個(gè)能級(jí)都是負(fù)值）。當(dāng)原子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，兩個(gè)能級(jí)之差等于輻射（或吸收）的光子能量。示例3氫原子的第一條軌道半徑是0.53埃（1埃=10-10米），基態(tài)能級(jí)等于－13.6eV，計(jì)算電子在第一條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，所具有的動(dòng)能、勢(shì)能；當(dāng)電子在第n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算動(dòng)能、勢(shì)能；當(dāng)電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑越大，動(dòng)能、勢(shì)能、總能量的變化情況如何？分析指導(dǎo)由盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)，原子核對(duì)電子的庫侖力等于電子繞核旋轉(zhuǎn)的向心力，即K=m得動(dòng)能Er====2.17×10-18(J=(eV=13.6(eV原子的能量是由原子核的動(dòng)能，電子的動(dòng)能，原子核與電子所共有的電勢(shì)能三項(xiàng)所構(gòu)成，原子核的速度很小，原子核的動(dòng)能可忽略不計(jì)。實(shí)際上原子的能級(jí)可看成由電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)能及原子核與電子所共有的電勢(shì)能兩項(xiàng)所組成，因此，電勢(shì)能等于原子的能量減去電子的動(dòng)能。由于電子在第一條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)原子的能量是－13.6eV，所以，此時(shí)的勢(shì)能Ep等于－13.6－13.6=－27.2(eV。電子在第n條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是第一條軌道半徑的n2倍，原子的第n能級(jí)的動(dòng)能等于(eV，原子的第n能級(jí)的能量是eV，電子和原子核所共有的電勢(shì)能是=－(eV。隨著電子的軌道半徑的增加，動(dòng)能減??；電勢(shì)能增加；總能量增加。五．衰變規(guī)律的運(yùn)用衰變規(guī)律包括：1.根據(jù)半衰期計(jì)算剩下的質(zhì)量，即m=m02.衰變方程，寫衰變方程的根據(jù)是位移定律：進(jìn)行一次衰變時(shí)，原子核的電荷數(shù)減2、質(zhì)量數(shù)減4；進(jìn)行一次β衰變時(shí)，原子核的電荷數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)α不變。3.計(jì)算衰變次數(shù)，計(jì)算方法是：用質(zhì)量數(shù)的減小值除以4就是α衰變的次數(shù)；用α衰變次數(shù)所計(jì)算出來的電荷數(shù)的減小值與實(shí)際電荷數(shù)的減小值的差就是β衰變次數(shù)。示例4放射性同位素的樣品經(jīng)過6小時(shí)后還剩下沒有衰變，它的半衰期是(A2小時(shí)(B1.5小時(shí)(C1.17小時(shí)；(D0.75小時(shí)分析指導(dǎo)根據(jù)半衰期的計(jì)算公式，m=m0=m0m0示例5（釷）經(jīng)過一系列α和β衰變，成為（鉛）(A鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子；(B鉛核比釷核少16個(gè)中子；(C共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變；(D共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變。分析指導(dǎo)每經(jīng)過一次α衰變，就放出個(gè)氦原子核，氦原子核是由2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子組成。每經(jīng)過一個(gè)α衰變，原子核的質(zhì)量數(shù)減少4個(gè)，電荷數(shù)減少2個(gè)。每經(jīng)過一次β衰變，就放出一個(gè)負(fù)電子，也就是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)負(fù)電子。因此β衰變不影響原子核的質(zhì)量數(shù)，只影響原子核的電荷數(shù)，使原子核的電荷數(shù)增加一個(gè)。這樣，可以通過的計(jì)算，得出α衰變的次數(shù)，根據(jù)電荷數(shù)的計(jì)算，得出β衰變的次數(shù)。設(shè)本題中α衰變的次數(shù)為x，β衰變的次數(shù)為y。由此寫出方程232=208+4x90=82+2x－y解出二元一次方程組。得x=6，y=4六．核反應(yīng)方程的平衡核反應(yīng)方程的平衡原則是：質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。反應(yīng)前的質(zhì)量數(shù)應(yīng)等于反應(yīng)后的質(zhì)量數(shù)；反應(yīng)前的電荷數(shù)應(yīng)等于反應(yīng)后的電荷數(shù)。幾種常用的粒子的符號(hào)、電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)列表幾種常用的粒子列表粒子符號(hào)電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)子（氫核）P或H1110氘核1211氚核1312中子0101α粒子（氦核）2422示例6下列核反應(yīng)方程中，哪些是平衡的？(A(α→N+；(B→（質(zhì)子）；(C→（中子）；(D→（氚核）。分析指導(dǎo)核反應(yīng)方程遵從質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。因此從原子核符號(hào)中的下角碼計(jì)算電荷數(shù)，從原子核符號(hào)的上角碼計(jì)算質(zhì)量數(shù)。方程式中反應(yīng)前后相等，核反應(yīng)方程就是平衡的。還應(yīng)注意各個(gè)粒子的符號(hào)、質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)。（答案：B、C。）七．質(zhì)量虧損與原子核能根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2，E可以有兩種計(jì)算方法：一種是質(zhì)量用千克做單位，然后乘以光速的平方，結(jié)果的單位是焦；另一種是質(zhì)量以原子量做單位，然后乘以931.5MeV，結(jié)果的單位是MeV。注意質(zhì)量虧損與質(zhì)量數(shù)守恒并不矛盾，質(zhì)量數(shù)守恒是指在核反應(yīng)的過程中，核子總數(shù)保持不變、而質(zhì)量虧損是指在核反應(yīng)的過程中，每個(gè)核子的質(zhì)量發(fā)生了微小的變化，導(dǎo)致總質(zhì)量的變化，引起相應(yīng)能量的變化，于是，發(fā)生吸能或放能反應(yīng)，質(zhì)量增加是吸能反應(yīng)、質(zhì)量減小是放能反應(yīng)。示例7中子的質(zhì)量為1.0087μ，質(zhì)子的質(zhì)量為1.0073μ，氚核的質(zhì)量為2.0136μ，中子和質(zhì)子結(jié)合成氚核時(shí)釋放的能量為焦耳。計(jì)算結(jié)果取兩位有效數(shù)字。lu=1.7×10-27千克。分析指導(dǎo)可以有兩種計(jì)算方法。第一種：質(zhì)量用千克mE=mc2=(1.0087+1.00