近代物理冲刺点金

周晓农

2009年理科综合物理学科高考大纲与2007、2008年相比，没有做任何实质性的修订，从考试性质、考试内容及命题要求，到考试形式及试卷结构，总体上保持稳定，试题仍以中档题为主，内容仍以力学、电磁学等主干知识为主，热学、光学、原子物理、机械波等以选择题的形式出现；试题突出理论联系生产、生活实际和现代科学技术。近代物理部分的命题，要求较低但历届高考命题均涉及，“回归课本”“不回避陈题”是本单元的特点。热点之一：对玻尔理论的考查，常以氢原子为例，考查学生对定态假设、跃迁假设的理解能力及推理能力等；热点之二：核反应方程，常考点是衰变、人工转变、裂变、聚变等；热点之三：核能的开发与利用，这是一个社会热点问题，以此为背景的命题频频出现，重点是用能量守恒和动量守恒处理问题。复习建议：重点复习核反应、核能的利用、基本粒子微观结构等知识，注意光子的发射和吸收。

考点一原子核式结构模型

冲刺点金：知道汤姆孙发现电子，掌握测量电子比荷的方法；知道α粒子实验及卢瑟福原子核式结构模型。重点应掌握密立根通过“油滴实验”测出电子的比荷的方法，任何电荷只能是e的整数倍；会解释α粒子散射实验。

样题：1911年卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了_______（选填“大”或“小”）角度散射现象，提出了原子的核式结构模型。若用动能为1 MeV的α粒子轰击金箔，其速度约为_____________m/s。（质子和中子的质量均为1.67×10-27 kg，1 MeV＝106 eV）

答案：大，6.9×106

预测：考查α粒子散射实验原理。

（改编题）在α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子碰撞的影响，这是因为（）

A. α粒子和电子根本无相互作用

B. 电子是均匀分布的，α粒子受电子作用的合力为零

C. α粒子在和电子碰撞中动量的改变量极小，可忽略不计

D. 电子体积很小，α粒子碰撞不到电子

答案：C

考点二氢原子光谱、玻尔原子模型

冲刺点金：了解氢原子光谱的实验规律及激光的产生和特性；掌握玻尔的原子模型及对氢光谱的解释，理解能级及光子的发射和吸收。应着重掌握氢原子光谱的能级图及玻尔对氢光谱的解释。

样题1：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。调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。用Δn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（如图1所示）可以判断，Δn和E可能值为（）

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，由于光谱线增加了5条，氢原子必然由n=5能级跃迁到n=6能级，电子的能量E>E6-E1=13.22 eV，同时应满足EE4-E1=12.75 eV，同时，E

样题2： μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子（hydrogen muon atom），它在原子核物理的研究中有重要作用。图2为μ氢原子的能级示意图。假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、和ν6的光，且频率依次增大，则E等于（）

A. h（ν3-ν1） B. h（ν5+ν6）

C. hν3 D. hν4

答案：C。

解析 μ氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明μ氢原子是从n=4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ΔE=E4-E2，E4-E2恰好对应着频率为ν3的光子，故光子的能量为hν3。

预测1：考查氢原子光谱能级图以及能级规律。

（改编题）已知氢原子的能级规律为En=E1 （其中E1=-13.6 eV，n=1，2，3，…）。现用光子能量介于10 ～12.9 eV范围内的光去照射一群处于最稳定状态的氢原子，则下列说法中正确的是（）

A. 照射光中可能被吸收的光子能量有无数种

B. 照射光中可能被吸收的光子能量只有3种

C. 可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种

D. 可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种

答案：BD

预测2：考查原子的跃迁。

（改编题）用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子，使这些氢原子被激发到量子数为n（n>2）的激发态。此时出现的氢光谱中有N条谱线，其中波长的最大值为λ。现逐渐提高入射电子的动能，当动能达到某一值时，氢光谱中谱线增加到N′条，其中波长的最大值变为λ′。下列各式中可能正确的是（）

A. N′=N+nB. N′=N+n－1C. λ′>λ D. λ′<λ

答案：AC

考点三天然放射现象

冲刺点金：知道原子核的组成、天然放射现象、衰变、半衰期、三种射线的性质；知道探测射线的方法；了解原子核的人工转变，放射性同位素及其应用。应着重掌握三种射线的本质特征、原子核的衰变规律和放射性同位素的应用。

样题1：放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随着___________辐射。已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，经过t＝T1•T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mA：mB＝_________。

答案：γ，2T2 ∶ 2T1

样题2：下列说法正确的是（）

A． γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转

B． β射线比α射线更容易使气体电离

C． 太阳辐射的能量主要来源于重核裂变

D． 核反应堆产生的能量来自轻核聚变

答案：A

样题3：约里奥•居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3215P 衰变成3014Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是 。3215P是3015P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术。1 mg3215P随时间衰变的关系如图3所示，请估计4 mg的3215P经多少天的衰变后还剩0.25 mg？

答案：正电子；t=56天（54～58天均可）

样题4：一个氡核22286Rn衰变成钋核21884Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天。1 g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及22286Rn衰变成21884Po的过程放出的粒子是（）

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

样题5：某考古队发现一古生物骸骨。考古专家根据骸骨中126C的含量推断出了该生物死亡的年代。已知此骸骨中146C的含量为活着的生物体中146C的1/4，146C的半衰期为5 730年。该生物死亡时距今约年。

答案：1.1×104 （1.0×104～1.2×104均可）

样题6：放射性同位素钍232经αβ衰变会生成氧，其衰变方程为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

预测1：半衰期与现代技术的结合。

（改编题）现在很多血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，将若干毫升含放射性元素锝（Tc）的注射液注入被检测者的动脉中，经过40分钟后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布到血液中，这时对被检测者的心脏进行造影。心脏血管正常的位置由于放射性物质随血液到达而显示有放射线射出；心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达，将无放射线射出。医生根据显像情况就可判定被检测者心脏血管有无病变，并判定病变位置。你认为检测所用放射性锝的半衰期应该最接近以下哪个值（）

A. 6分钟 B. 6小时

C. 6天 D. 6个月

答案：B

预测2：综合考查天然放射、衰变、半衰期、光电效应等知识。

（原创题）下列说法正确的是（）

A． 23592U+10n→14156Ba+9236kr+310n属于重核的裂变，21H+31H→ 42He+10n属于轻核的聚变，3015P→3014Si+X中的X是质子

B． 放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比为1∶2

C． 衰变时放出的α射线和γ射线都是电磁波，β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，它具有中等的穿透能力

D． 频率为ν的光照射到一金属表面上，有电子从金属表面逸出。当所加反向电压Ｕ增大到3 V时，光电流刚好减小到零。已知这种金属的极限频率为ν0=6×1014 Hz，因此照射光的频率ν为13.2×1014 Hz。

答案：BD

考点四核反应、核能

冲刺点金：会写核反应方程，理解电荷和质量数守恒；知道核力的特点及四种基本作用，核中质子与中子的比例；理解核能、质量亏损、爱因斯坦质能方程，并会计算核能；知道重核裂变、链式反应、核反应堆、核聚变、受控热核反应；知道新粒子、夸克模型、宇宙、恒星演化理论。应掌握几个重要的核反应方程，如发现质子、中子等的核反应方程，着重掌握爱因斯坦质能方程和核力的特征，以及重核裂变和热核反应的特点。

样题1：三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦（42He），则下面说法正确的是（）

A. X核比Z核多一个原子

B. X核比Z核少一个中子

C. X核的质量数比Z核质量数大3

D. X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍

答案：CD

样题2：中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE=Δmc2=2.2MeV是氘核的结合能。下列说法正确的是（）

A. 用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子

B. 用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零

C. 用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零

D. 用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零

答案：AD

样题3：一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是（）

A. 核反应方程是11H+10n→31H+γ

B. 聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m1

C. 辐射出的γ光子的能量E=（m3-m1-m2）c

D. γ光子的波长λ=

答案：B

样题4：在下列4个核反应方程中，x表示质子的是（）

A. 3015P→3014Si+x B. 23892U→23492Th+x

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

答案：C

样题5：设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍，则粒子运动时的质量等于其静止质量的_______倍，粒子运动速度是光速的_______倍。

答案：k；

预测1：考查质能方程、质量亏损

（改编题）物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应。根据这一理论，在太阳内部4个氢核（即质子）转化成一个氦核（42He）和两个正电子（01e）及两个神秘的中微子（υe），在基本粒子物理学的标准模型中中微子是没有质量的。已知氢原子的质量为1.007 8 u，氦原子的质量为4.002 6 u，电子的质量为0.000 5 u，中微子的能量为0.82 MeV，1 u的质量对应931.5 MeV的能量，则该核反应释放的能量为（）

A. 26.64 MeV B. 25.7 MeV

C. 24.8 MeV D. 27.34 MeV

答案：C

预测2：考查衰变、质能方程。

（改编题）原来静止的原子核abX衰变出α粒子的动能为Ek0，假设衰变时产生的能量全部以动能形式释放出来，则此衰变过程的质量亏损是（）

A. B.

C. D.

答案：D

考点五相对论基础

冲刺点金：理解经典相对性原理和狭义相对论的两个基本假设；知道狭义相对论的其他结论；知道广义相对论。应着重掌握理解经典相对性原理和狭义相对论的两个基本假设。

样题：惯性系S中有一边长为l的正方形（如图4所示），从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行器上测得该正方形的图象是（）

答案：C。

预测：考查长度的相对性。

（改编题）设想人类在将来实现星际旅行，即将火箭发射到邻近的星球上去。火箭相对于日心—恒星坐标系的速度v=0.9c，火箭中静止放置长度为1.0 m的杆子，杆与火箭航行方向平行，则在日心—恒星坐标系中测得杆长为 。

答案：0.44 m