1900 年普朗克提出能量子假说,认为电磁波的发射和吸收是不连续的,而是一份一份的,其能量表达式为 E = hv,其中 E 是能量子的能量,h 是普朗克常量,v 是电磁波的频率。这一假说打破了经典物理学中能量连续变化的观念,为量子力学的发展奠定了基础。在考试中,常以选择题的形式考查对该假说内容的理解,例如判断关于能量子假说中能量连续性描述的正误。
赫兹发现了光电效应现象,1905 年爱因斯坦对其进行了解释,提出了光子说及光电效应方程。光电效应有几个重要特点:每种金属都有对应的极限频率 vC 和逸出功 W0,只有入射光的频率大于这种金属的极限频率才能发生光电效应;光电子的最大初动能与入射光的强度无关,随入射光频率的增大而增大,且最大初动能 Ekm 与入射光频率成线性关系;入射光频率一定时,光电流强度与入射光强度成正比;光电子的发射时间一般不超过 10 - 9 秒,与频率和光强度无关。例如,在题目中可能会给出不同频率和强度的光照射某金属,让考生判断是否能发生光电效应以及计算光电子的最大初动能等。光电效应方程 nc = W0/h 也是重要考点,常用于求解金属的极限频率或逸出功等物理量。
光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性,干涉(包括单缝干涉、双缝干涉、薄膜干涉)、衍射(波绕过障碍物继续传播的现象)、偏振说明光具有波动性。石墨对 X 射线散射时,部分 X 射线的散射光波长会变大,这个现象称为康普顿效应,它不仅表明光具有能量,还具有动量。大量光子表现出的波动性强,少量光子表现出的粒子性强;频率高的光子表现出的粒子性强,频率低的光子表现出的波动性强。实物粒子也具有波动性,从光子的概念上看,光波是一种概率波,这种波称为德布罗意波,也叫物质波。考试中可能会结合具体实验现象,让考生判断光体现出的是粒子性还是波动性。
汤姆生模型的实验基础是电子的发现。其内容为原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球内,电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里面。这是早期对原子结构的一种认识,虽然现在看来不够准确,但它为后续原子结构模型的发展起到了铺垫作用。在考试中,可能会考查对该模型提出的实验依据以及模型具体内容的记忆。
核式结构模型的实验基础是 α 粒子散射实验。实验结果显示,绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,但有少数 α 粒子发生了较大的偏转,有的甚至达到 90 度以上,极少数几乎被反向弹回。基于此实验,提出原子的中心有一个很小的核,它集中了全部正电荷和几乎所有质量,电子绕核运动。该模型的提出是原子结构认识的重大突破。在考试中,常结合 α 粒子散射实验的现象,让考生分析原子内部结构的特点,也可能会考查对该模型与汤姆生模型的对比理解。
玻尔模型有轨道量子化、能量量子化和跃迁三个重要概念。轨道量子化指核外电子只能在一些分立的轨道上运动,其轨道半径 rn = n²r₁(n = 1、2、3…);能量量子化表示原子只能处于一系列不连续的能量状态中,其能量 En = 1/n²E₁(n = 1、2、3…);跃迁是指原子从一个定态跃迁至另一个定态时辐射或吸收能量,满足 hν = Em - En。需要特别提醒的是,原子的跃迁条件 hν = E 初 - E 终 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;对于实物粒子和原子碰撞情况,只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差,也可以使原子受激发而向较高能级跃迁。高考中,原子的能级跃迁是重点考查内容,常以选择题或填空题的形式出现,例如给出原子的能级图,让考生计算原子跃迁时辐射或吸收光子的频率、波长等。
天然放射现象是指放射性元素自发地放出射线的现象,首先由贝克勒尔发现。这一发现说明原子核具有复杂的结构,打破了人们以往认为原子核是不可再分的观念。在考试中,可能会考查对该现象发现者以及其发现意义的了解。
物质发射射线的性质叫放射性,具有放射性的元素叫放射性元素。放射性元素放射出的射线共有三种,分别是 α 射线、β 射线和 γ 射线。α 射线是高速氦核流,贯穿本领较弱,但电离作用较强;β 射线是高速电子流,贯穿本领较强,电离作用较弱;γ 射线是高频电磁波,贯穿本领最强,电离作用最弱。考试中常以选择题的形式考查三种射线的特点,例如比较它们在不同物质中的穿透能力等。
放射性同位素分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,它们的化学性质相同。放射性同位素在生活和生产中有广泛的应用,如消除静电、工业探伤、作示踪原子等。同时,也需要注意防止放射性对人体组织的伤害,采取相应的防护措施。在考试中,可能会结合实际案例,考查放射性同位素的应用原理以及防护方法。
原子核放出 α 粒子或 β 粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。衰变分为 α 衰变和 β 衰变。α 衰变的方程为 ZAX→Z - 2A - 4Y + ₂⁴He,例如 ⁹²²³⁸U→⁹⁰²³⁴Th + ₂⁴He;β 衰变的方程为 ZAX→Z + 1AY + ₋₁⁰e,例如 ⁹⁰²³⁴Th→⁹¹²³⁴Pa + ₋₁⁰e。在考试中,常考查根据衰变规律书写衰变方程,以及根据衰变方程判断衰变类型。
半衰期是指大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定,跟原子所处的物理状态(如温度、压强等)和化学状态无关。在考试中,可能会给出某种放射性元素的半衰期以及初始质量,让考生计算经过一定时间后剩余的质量,或者根据剩余质量计算经过的时间等。
原子核里的核子(质子和中子)存在相互作用的核力,核力把核子紧紧地束缚在核内,形成稳定的原子核。核力具有短程性、饱和性等特点,即核力只在相邻的核子之间起作用,且一个核子只能与有限数量的核子发生核力作用。在考试中,可能会考查对核力概念和特点的理解。
原子核的结合能是指把原子核分解成核子所需要的能量,质量亏损是指组成原子核的核子的总质量与原子核的质量之差。根据爱因斯坦质能方程 E = mc²,质量亏损会释放出巨大的能量。在考试中,常结合具体的核反应,让考生计算质量亏损和释放的核能。
核反应包括衰变、人工转变、裂变和聚变等。衰变如前面所述分为 α 衰变和 β 衰变;人工转变是指用人工的方法使原子核发生转变,例如卢瑟福用 α 粒子轰击氮核发现了质子;裂变是指重核分裂成几个中等质量的核的过程,如铀核的裂变;聚变是指轻核结合成质量较大的核的过程,如氢核聚变。在考试中,会考查各种核反应的方程书写以及对核反应类型的判断,同时也会结合核反应计算能量的释放等问题。
高考对近代物理初步这部分内容考查的重点和热点有原子的能级跃迁、原子核的衰变规律、核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算、原子物理部分的物理学史和 α、β、γ 三种射线的特点及应用等。选修命题会涉及有关原子、原子核或量子理论、动量问题,且动量问题一般以计算题的形式出现,其它问题则以填空或选择性填空形式出现。考生在复习时,要针对这些重点内容进行有针对性的训练,熟悉不同命题形式的解题方法。例如,对于原子的能级跃迁问题,要熟练掌握能级图的分析和跃迁条件的应用;对于核反应方程的书写,要牢记各种核反应的规律和特点。通过对历年高考真题的分析和练习,提高自己应对高考的能力。总之,高中物理近代物理初步的考点涵盖了多个方面,考生需要全面掌握各个知识点的概念、规律和应用,才能在考试中取得好成绩。