(共19张PPT)
第一节 走进原子核
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第一节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道什么是天然放射性及其规律和发现的意义．
2．了解质子和中子的发现．
3．知道原子核是由质子和中子组成的，掌握原子序数、核电荷数、质量数之间的关系．
重点难点：放射性现象和原子核的组成．
课前自主学案
一、放射性的发现
1．放射性：物质放射出射线的性质叫______．具有放射性的元素称为__________．
研究发现，原子序数大于___的所有元素，都有放射性．原子序数小于等于___的元素，有的也具有放射性．这些能自发地放出射线的元素叫做______________．
2．意义：放射性的发现揭示了___________________，促进了人类对微观结构更为深入的认识．
放射性
放射性元素
83
83
天然放射性元素
原子核结构的复杂性
思考感悟
1．天然放射现象是哪位科学家发现的？
提示：贝克勒尔
二、原子核的组成
原子核是由中子和质子组成的，中子和质子统称为____，它们的质量几乎相等．中子不带电，质子带一个单位的______．由于原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的______，原子核的质量数就是核内的______．
质子用符号__表示，其质量为mp＝____________kg，中子用符号__表示，其质量为mn＝____________kg.
核子
正电荷
质量数
核子数
p
1.6726×10－27
n
1.6749×10－27
思考感悟
2．质子和中子分别是哪位科学家发现的？
提示：卢瑟福 查德威克
核心要点突破
一、天然放射现象
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现：铀和含铀的矿物发出一种看不见的射线，这种射线能穿透黑纸而使里面的底片感光．
放射性并不是少数几种元素才有的．研究发现，原子序数大于83的所有元素，都能自发地放出射线．原子序数小于等于83的元素，有的也具有放射性．元素这种自发地放出射线的现象叫做天然放射现象．
特别提醒：原子核具有复杂的结构．实际上人们认清原子核的结构就是从天然放射性开始的．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)以下实验能说明原子核内有复杂结构的是( )
A．光电效应实验
B．原子发光产生明线光谱
C．α粒子散射实验
D．天然放射性现象
解析：选D.光电效应实验是光子说的实验依据；原子发光产生明线光谱说明原子只能处于一系列不连续的能量状态中；α粒子散射实验说明原子具有核式结构；天然放射现象中放射出的粒子是从原子核中放出的，说明原子核内有复杂结构．
二、原子核组成的探索
1．质子的发现
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮，结果从氮核中打出了一种粒子，并测出了它的电荷与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子，后来人们又从其它原子核中打出了质子，故确定质子是原子核的组成部分．
2．中子的发现
(1)卢瑟福的预言：核内还有一种不带电的粒子，名字叫“中子”．
(2)查德威克的发现：实验证明了中子的存在，中子的质量非常接近质子的质量．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)关于质子与中子，下列说法不正确的是( )
A．原子核由质子和中子构成
B．质子和中子统称为核子
C．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在
D．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在
解析：选D.原子核内存在质子和中子，中子和质子统称为核子，卢瑟福只发现了质子，以后又预言了中子的存在．
课堂互动讲练
(单选)某种元素的原子核用X表示，下列说法正确的是( )
A．原子核的质子数为Z，中子数为A
B．原子核的质子数为Z，中子数为A－Z
C．原子核的质子数为A，中子数为Z
D．原子核的质子数为A－Z，中子数为Z
例1
【思路点拨】 原子核中的两个等式
(1)电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝中性原子的核外电子数．
(2)质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．
【自主解答】 明确原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A－Z，所以B正确．
【答案】 B
变式训练 (单选)下列关于X的说法中，不正确的是( )
A．它表示一个原子
B．它表示一个原子核
C．它表示原子核中有12个质子
D．它表示原子核中有12个中子
解析：选A.X表示元素名称符号，24表示质量数，12表示质子数，中子数为质量数减去质子数，也为12.
知能优化训练
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第二节 原子的结构
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第二节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道α粒子散射实验．
2．明确原子核式结构模型的主要内容．
3．理解原子核式结构提出的主要思想．
重点难点：1.原子的核式结构．
2．α粒子散射实验．
课前自主学案
一、α粒子散射实验
1．汤姆生的原子结构模型—葡萄干布丁模型
原子是一个__体，____________均匀地分布在其中，______________则像布丁中的葡萄干一样镶嵌在内．
球
带正电的部分
质量很小的电子
2．α粒子散射实验
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有____α粒子发生了较大的偏转，并且有______α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°.
少数
极少数
思考感悟
1909年到1911年，卢瑟福用α粒子轰击金箔，进行著名的α粒子散射实验．在α粒子散射实验中为什么选用金箔？
提示：这是因为：(1)金的延展性好，容易做成很薄很薄的箔，实验用的金箔厚度大约是10－7m；(2)金原子带的正电荷多，与α粒子间库仑力大；(3)金原子质量大约是α粒子质量的50倍，因而惯性大，α粒子的运动状态容易改变，金原子的运动状态不容易改变．
二、原子的核式结构的提出
1．原子的核式结构模型
卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构：在原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部____，而____则在核外空间绕核旋转．
2．原子和原子核的半径
原子核的质量几乎集中了原子的全部质量，但它的半径却非常小，原子半径大约是______，而原子核的半径约为____________.
质量
电子
10－10m
10－15～10－14m
核心要点突破
一、汤姆生的原子模型
1.原子是一个球体，正电荷和质量均匀分布．
2．电子按一定规律镶嵌其中．
3．电子在平衡位置附近振动发光，如图3－2－1.
4．原子内正、负电荷相等，原子整体呈电中性．
图3－2－1
特别提醒：汤姆生的原子模型虽然不正确，但它试图从原子的层面上解释发光问题，揭开了原子结构研究的序幕．
二、α粒子散射实验
1．α粒子散射实验的装置
实验装置如图3－2－2所示，由α粒子放射源、金箔、荧光屏等组成．
放射源放出快速运动的α粒子，α粒子通过金箔时被散射，打到荧光屏上，荧光屏上带有放大镜，可以在水平面内转动，整个装置封闭在真空内．
图3－2－2
2．α粒子散射实验的结果
绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°，沿原路返回．
特别提醒：汤姆生的原子模型无法解释α粒子的大角度散射，因为电子质量太小，不会使α粒子的运动方向明显改变．如果正电荷均匀分布，α粒子穿过金箔时受到各方向的库仑斥力基本平衡，也不会使α粒子发生大角度散射．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(双选)如图3－2－3为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述正确的是( )
图3－2－3
A．在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B．在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比在A位置时稍少些
C．在C、D位置时，屏上观察不到闪光
D．在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
解析：选AD.α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，在A位置处观察闪光次数最多，A正确．少数发生较大的偏转，在B处观察到闪光的次数比A处应少很多，而不是稍少一些，B错误．极少数偏转角超过90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°.在C、D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少，C错误，D正确．
三、原子的核式结构
1．卢瑟福原子结构模型的内容
(1)在原子的中心有一个很小的核叫原子核，原子的全部的正电荷和几乎全部质量，都集中在核里．
(2)带负电的电子在核外空间绕核旋转．
2．核式结构模型的解释
(1)由于原子核很小，大多数α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响．如图3－2－4.
(2)只有极少数α粒子有机会与原子核接近，明显地受到原子核的斥力而发生大角度的偏转．如图3－2－4.
图3－2－4
3．原子核的电荷和大小
中性原子的原子核的电荷数等于核外电子数，原子核的半径约为10－15m～10－14m，原子半径的数量级为10－10m，两者相差万倍之多，可见原子内部十分空旷．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(双选)英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，为了解释实验结果，他提出了原子的核式结构学说．如图3－2－5所示，O表示金原子核的位置，曲线ab和cd分别表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，其中能正确反映实验结果的是( )
图3－2－5
解析：选BD.α粒子和原子核都带正电，α粒子离核越近受斥力越大，偏转越大，C错D对；曲线运动的轨迹总是弯向受力的一侧，A错B对．
α粒子散射实验现象
课堂互动讲练
(单选)卢瑟福提出原子核式结构学说的根据是：在用α粒子轰击金箔的实验中发现α粒子( )
A．全部穿过或发生很小的偏转
B．绝大多数穿过，只有少数发生很大偏转甚至极少数被弹回
C．绝大多数发生很大的偏转，甚至被弹回，只有少数穿过
D．全部发生很大的偏转
例1
【精讲精析】 本题考查对实验现象的正确描述，由卢瑟福α粒子散射实验现象，不难判断B正确．
【答案】 B
【方法总结】 学会用α粒子散射实验的核式结构模型解释α粒子散射实验有助于对问题的认识和理解．
(单选)在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是( )
A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B．正电荷在原子内是均匀分布的
C．原子中存在着带负电的电子
D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
核式结构模型
例2
【精讲精析】 卢瑟福α粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，选项A正确，选项B错误．α粒子能接近原子核的机会很小，大多数α粒子都从核外的空间穿过，而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生改变．选项C、D的说法没错，但与题意不符．
【答案】 A
【方法总结】 原子的核式结构正是建立在α粒子散射实验结果的基础上的，这是解决该类题目的关键所在．
(双选)如图3－2－6所示，Q为金原子核，M、N为两个等势面，虚线为α粒子经过原子核附近的运动轨迹，关于α粒子，下列说法正确的是( )
图3－2－6
α粒子散射实验中的能量变化问题
例3
A．α粒子从K到R的过程中动能逐渐增加
B．α粒子从K到R的过程中动能逐渐减小
C．α粒子从K到R的过程中动能先减小后增加
D．α粒子从K到R的过程中电势能先增加后减小
【思路点拨】 根据库仑力对α粒子的做功情况判断．
【自主解答】 在α粒子从K到离原子核最近的过程中，库仑斥力做负功，动能逐渐减小，电势能逐渐增加；在α粒子从离原子核最近到R的过程中，库仑斥力做正功，动能增加，电势能减小．由此可知，C、D正确．
【答案】 CD
变式训练 (双选)在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，α粒子符合下列哪种情况( )
A．动能最小
B．势能最小
C．α粒子与金原子核组成的系统能量最小
D．所受金原子核的斥力最大
解析：选AD.α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑斥力做功，动能减少，电势能增大；两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒；根据库仑定律，距离最近时斥力最大．
知能优化训练
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第三节 动量守恒定律在碰撞中的应用
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第三节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.进一步理解弹性碰撞、非弹性碰撞．
2．加深对动量守恒定律和能量守恒定律的理解．
重点难点：应用动量守恒定律解决碰撞问题．
课前自主学案
一、动量守恒定律的意义
动量守恒定律是物理学中最常用的定律之一，它在________和________中均发挥了巨大的作用．
二、应用动量守恒定律的解题步骤
1．确定研究对象组成的____，分析所研究的__________，系统受外力的情况是否满足动量守恒定律的应用条件．
理论探索
实际应用
系统
物理过程中
2．设定______，分别写出系统初、末状态的______．
3．根据动量守恒定律______．
4．解方程，统一单位后代入数值进行运算，得出结果．
正方向
总动量
列方程
三、动量守恒定律和牛顿运动定律
在碰撞类问题中，相互作用力往往是变力，过程相当复杂，很难用牛顿运动定律来求解，而应用动量守恒定律只需考虑过程的__________，不必涉及__________，所以动量守恒定律在解决各类碰撞问题中有着极其广泛的应用．
初、末状态
过程的细节
思考感悟
1666年，有人在英国皇家学会表演了如图1－3－1所示的实验：把A、B两个质量相等的硬木球并排挂在一起，然后把A球向左拉开，再松手，它向右回摆，到达原来的平衡位置时跟B球发生碰撞．碰撞后，A球立即停止运动，B球向右摆去，摆到与刚才A球开始回摆时差不多的高度，又向左回摆，跟A球相撞，这时B球立即停止运动，而A球向左摆去……如此往复．
图1－3－1
当时的许多科学家对这一现象百思不得其解.1668年，英国皇家学会正式悬赏征答，你能给出解释吗？
提示：此为弹性碰撞，两球质量相等，速度交换
核心要点突破
一、弹性碰撞和非弹性碰撞遵循的规律
1．弹性碰撞的规律
(1)遵循的规律
质量为m1的物体，以速度v1与原来静止的物体m2发生完全弹性碰撞，如图1－3－2所示．
图1－3－2
(2)推论
①若m1＝m2，则v1′＝0，v2′＝v1，即质量相等的两物体发生弹性碰撞将交换速度．惠更斯早年的实验研究的就是这种情况．
②若m1 m2，则v1′＝v1，v2′＝2v1.即质量极大的物体与质量极小的静止物体发生弹性碰撞，前者速度不变，后者以前者速度的2倍被撞出去．
③若m1 m2，则v1′＝－v1，v2′＝0，即质量极小的物体与质量极大的静止物体发生弹性碰撞，前者以原速度大小被反弹回去，后者仍静止．乒乓球落地反弹、台球碰到桌壁后反弹、篮球飞向篮板后弹回，都近似为这种情况．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)在光滑水平面上有三个完全相同的小球，它们成一条直线，2、3小球静止，并靠在一起，1球以速度v0射向它们，如图1－3－3所示．设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度可能是( )
图1－3－3
解析：选D.由弹性碰撞的规律可知，当两球质量相等时，碰撞时两球交换速度．先球1与球2碰，再球2与球3碰，故选D.
如果碰前两物体相向运动，则碰后两物体的运动方向不可能都不改变，除非两物体碰撞后速度均为0.在讨论碰撞结果等问题时要依据碰撞的三个特点进行分析．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)(2011年高考福建卷)在光滑水平面上，一质量为m、速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球碰撞后，A球的速度方向与碰撞前相反．则碰撞后B球的速度大小可能是
( )
A．0.6v B．0.4v
C．0.3v D．0.2v
三、类碰撞问题
1．碰撞的特点是动量守恒，动能不增加，相互作用的两个物体在很多情况下具有类似的特点．
例如：子弹射入自由木块中，两相对运动物体间的绳子绷紧，物块在放置于光滑水平面上的木板上运动直至相对静止(如图1－3－4所示)这些情景中，系统动量守恒，机械能转化为其他形式的能，末状态，两物体相对静止．这些过程与完全非弹性碰撞具有相同的特征，可应用动量守恒定律，必要时结合能量守恒定律分析求解．
图1－3－4
2．相互作用的两个物体在很多情况下皆可当成碰撞处理，那么对相互作用中两物体相距恰“最近”、相距恰“最远”或恰上升到“最高点”等一类临界问题，求解的关键都是“速度相等”．具体分析如下：
(1)如图1－3－5甲所示，光滑水平面上的A物体以速度v去撞击静止的B物体，A、B两物体相距最近时，两物体速度必定相等，此时弹簧最短，其压缩量最大．此后A、B被弹簧弹开，至弹簧恢复原长时，A、B组成的系统的总机械能等于作用前的总机械能．
图1－3－5
(2)如图乙所示，质量为m的滑块静止在光滑水平面上，滑块的光滑弧面底部与桌面相切，一个质量为m的小球A以一定初速度v滑上滑块，设小球不能越过滑块，则小球到达滑块上的最高点时(即小球竖直方向上的速度为零)，两物体的速度恰好相等，系统一部分动能转化为重力势能，总机械能保持不变；此后小球再滚下滑块，整个过程中系统水平方向动量守恒，机械能守恒．
由以上分析知以上两种情景中系统不仅动量守恒(或某一方向上动量守恒)，而且机械能也守恒，所以与弹性碰撞类似，只是物体间相互作用的时间较长．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
3. (双选)如图1－3－6所示，光滑的水平面上有A、B两个物体，其中带有轻弹簧的B静止，质量为m的A以速度v0向着B运动，A通过弹簧与B发生相互作用的过程中( )
图1－3－6
A．弹簧恢复原长时A的速度最大
B．两物体速度相等时弹簧压缩量最大
C．任意时刻A、B的总动量大小总是mv0
D．任意时刻B的动量大小总小于mv0
解析：选BC.A、B通过弹簧发生作用过程中动量守恒，C项正确；根据碰撞的特点，当两物体碰后以共同的速度运动时，系统动能损失最多，而A、B系统(包括弹簧)机械能守恒，因此，两物体A、B速度相等时，弹簧的弹性势能最大，即弹簧压缩量最大，B选项正确；从A压缩弹簧到弹簧恢复原长的过程中弹簧弹力一直对A做负功，所以弹簧恢复原长时，A的速度最小，A项错误；由动量守恒定律和机械能守恒定律可得，当mA＝mB时，弹簧恢复原长时，B的动量大小为mv0，D选项错误．
课堂互动讲练
有关碰撞可能性的判断
(单选)甲、乙两球在光滑水平轨道上同向运动，已知它们的动量分别是p甲＝5 kg·m/s，p乙＝7 kg·m/s，甲追上乙并发生碰撞，碰后乙球的动量变为p乙′＝10 kg·m/s，则两球质量m甲、m乙的关系可能是( )
例1
A．m乙＝m甲 B．m乙＝2m甲
C．m乙＝4m甲 D．m乙＝6m甲
【答案】 C
【方法总结】 (1)碰撞过程遵循的原则：①动量守恒；②动能不增加；③速度符合实际情况．
(2)弹性碰撞和完全非弹性碰撞是两种极限情况．
光滑水平面上放着一质量为M的槽，槽与水平面相切且光滑，如图1－3－7所示，一质量为m的小球以v0向槽运动．
图1－3－7
某方向上动量守恒的问题
例2
(1)若开始时槽固定不动，求小球上升的高度(槽足够高)．
(2)若开始时槽不固定，则小球又能上升多高．
【精讲精析】 槽固定时，球沿槽上升过程中机械能守恒，达最高点时，动能全部转为球的重力势能；槽不固定时，小球沿槽上升过程中，槽向右加速运动，当小球上升到最高点时，两者速度相同．球与槽组成的系统水平方向上不受外力，因此水平方向动量守恒．由于该过程中只有两者间弹力和小球重力做功，故系统机械能守恒．
【方法总结】 (1)在判断动量是否守恒时，应特别注意区分动量守恒的条件与机械能守恒的条件．
(2)在应用动量守恒定律列式时，特别是某一方向上动量守恒的列式，应特别注意系统初、末状态的动量应为在该方向上的动量，即把动量分解到该方向上．
光滑的水平地面上放着一块质量为M、长度为d的木块，一个质量为m的子弹以水平速度v0射入木块，当子弹从木块中出来后速度变为v1，子弹与木块的平均摩擦力为f.求：
(1)子弹打击木块的过程中摩擦力对子弹做功多少？摩擦力对木块做功多少？
(2)子弹从木块中出来时，木块的位移为多少？
(3)在这个过程中，系统产生的内能为多少？
子弹打木块模型
例3
【思路点拨】 把子弹和木块看成一个系统，利用以下知识解答：
(1)系统水平方向动量守恒．
(2)系统的能量守恒．
(3)对木块和子弹分别利用动能定理．
【自主解答】 (1)如图1－3－8所示，由于水平面光滑则子弹和木块组成的系统水平方向动量守恒，可得
图1－3－8
变式训练 如图1－3－9所示，质量m1＝0.3 kg的小车静止在光滑的水平面上，车长L＝1.5 m，现有质量m2＝0.2 kg可视为质点的物块，以水平向右的速度v0＝2 m/s从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止．物块与车面间的动摩擦因数μ＝0.5，取g＝10 m/s2，求：
图1－3－9
(1)物块在车面上滑行的时间t.
(2)要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v0′不超过多少？
解析：(1)设物块与小车共同速度为v，以水平向右为正方向，根据动量守恒定律有
m2v0＝(m1＋m2)v.
设物块与车面间的滑动摩擦力为f，对物块应用动量定理有
－ft＝m2v－m2v0.
又f＝μm2g.
答案：(1)0.24 s (2)5 m/s
知能优化训练
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第一节 物体的碰撞
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第一节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道历史上对碰撞问题的研究和生活中的各种碰撞现象．
2．理解碰撞的特点，明确正碰和斜碰的含义．
3．理解完全弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的含义．
重点难点：1.弹性碰撞和非弹性碰撞的含义．
2．弹性碰撞和非弹性碰撞的区别．
课前自主学案
一、历史上对碰撞问题的研究
1．最早发表有关碰撞问题研究成果的是物理学教授______．
2．近代，由于______技术和_____技术的发展，通过_________的碰撞，实验物理学家相继发现了许多新粒子．
二、生活中的各种碰撞现象
物体间碰撞的形式多种多样．若两个小球的碰撞，作用前后沿同一直线运动，这样的碰撞称为_____；若两个小球的碰撞，作用前后不沿同一直线运动，则称为_____．
马尔西
加速器
探测
高能粒子
正碰
斜碰
三、弹性碰撞和非弹性碰撞
1．弹性碰撞：任何两个小球碰撞时都会发生形变，若两个小球碰撞后形变能完全恢复，则没有能量损失，碰撞前后两个小球构成的系统的动能____，我们称这种碰撞为弹性碰撞．
2．非弹性碰撞：若两个小球碰撞后它们的形变不能完全恢复原状，这时将有一部分动能最终会转变为其他形式的能(如热能)，碰撞前后系统的动能_________，我们称这种碰撞为非弹性碰撞．
相等
不再相等
3．完全非弹性碰撞：如果碰撞后完全不反弹，比如湿纸或一滴油灰，落地后完全粘在地上，这种碰撞则是完全非弹性碰撞．
自然界中，多数的碰撞实际上都属于非弹性碰撞．
思考感悟
碰撞是如何分类的？
提示：按碰撞过程中机械能是否损失，可分为弹性碰撞和非弹性碰撞；按碰撞前后，物体的速度方向是否沿同一直线可将碰撞分为正碰和斜碰．
核心要点突破
一、正碰和斜碰
如图1－1－1甲所示，一个运动的球与一个静止的球碰撞，碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在同一条直线上，碰撞之后两球的速度仍沿着这条直线，这属于一维碰撞．而有些碰撞，碰撞之前球的运动速度与两球心的连线不在同一条直线上，碰撞之后两球的速度都会偏离原来两球心的连线．按照这一情况来分，碰撞可以分为正碰和斜碰(如图乙所示)．
图1－1－1
碰撞前后物体的速度都在同一条直线上的碰撞，称正碰，又称对心碰撞．
碰撞前后物体的速度不在同一条直线上的碰撞，称斜碰．
通常我们研究的都是对心碰撞．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
(双选)如图1－1－2所示，两个完全相同的小球在同一轨道槽内发生了碰撞，两小球都是弹性小球，则它们的碰撞属于( )
图1－1－2
A．正碰
B．斜碰
C．弹性碰撞
D．非弹性碰撞
解析：选AC.两小球在同一槽内，两球运动的方向在两球的连心线上，是正碰，则选项A正确；两小球都是弹性小球，属于弹性碰撞，故选项C正确．
课堂互动讲练
判断碰撞的种类
如图1－1－3所示，在离地面3h的平台边缘有一质量为2m的小球A，在其上方悬挂着一个质量为m的摆球B，当球B从离平台3h高处由静止释放到达最低点时，恰与A发生正碰，使A球水平抛出，已知碰后A着地点距抛出点的水平距离为3h，B偏离的最大高度为h，试求碰后两球的速度大小，并判断碰撞属于何种碰撞．
例
图1－1－3
【答案】 见自主解答
【方法总结】 判断正碰还是斜碰要看碰撞前后小球的运动方向．判断是弹性碰撞还是非弹性碰撞要看碰撞中有无机械能损失．
知能优化训练
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第五节 裂变和聚变
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第五节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道什么是核裂变和核聚变及它们反应的特点．
2．知道链式反应．
3．能写出聚变方程并计算聚变能量．
4．了解受控热核反应．
重点难点：1.铀核的裂变与链式反应．
2．核聚变．
课前自主学案
一、核裂变与链式反应
1．核裂变：比较重的一个核____成两个较轻的核时，会____能量，这种核反应叫做核裂变．
2．链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去，源源不断地将核能释放出来，这样的核反应叫做________．
分裂
释放
链式反应
临界体积
二、受控热核反应
1．核聚变：比较轻的两个轻核____成一个较重的核时，会____能量，这种核反应叫做核聚变．
2．热核反应：要使核发生聚变，必须使它们接近到10－15m，也就是接近到____能够发生作用的范围．物质达到几百万度以上的高温时，原子的核外电子已经完全和原子脱离，这时小部分原子核就具有足够的动能，能够克服相互间的库仑斥力；在互相碰撞中接近到可以发生____的程度，因此，这种反应又叫做热核反应．
聚合
释放
核力
聚变
人工控制
思考感悟
新中国成立后为了打破西方霸权主义的核威胁，巩固我们来之不易的独立自主，无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作中，终于在1964年、1967年分别成功爆炸我国第一颗原子弹和第一颗氢弹，其爆炸的基本原理是什么？
图4－5－1
核心要点突破
特别提醒：除了铀核的二分裂，我国科学家钱三强还发现了铀核的三分裂、四分裂的现象．
3．裂变的解释：当中子进入铀235后，便形成了处于激发态的复核．复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2～3个中子；这些中子又引起其他的铀核裂变，这样，裂变就会不断进行下去，释放出越来越多的核能．这就叫链式反应．
4．临界体积：能发生链式反应的铀块的最小体积叫它的临界体积，要发生核反应，就必须使中子击中铀核，而核的体积很小，那么在铀块不太大的情况下，中子容易在通过铀块时碰不到铀核而跑到铀块外，因此，要发生链式反应，铀块的体积必须大于某一值，即临界体积．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(双选)关于铀核的裂变，下列说法正确的是( )
A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两块
B．铀核裂变时能同时释放出2～3个中子
C．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用浓缩铀235
D．铀块的体积对产生链式反应无影响
解析：选BC.铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，故A错误，B正确．铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238裂变的几率小，故C正确．要引起链式反应，须使铀块体积超过临界体积．故D错误．
2．聚变发生的条件
要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10－15 m就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能，方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温．
图4－5－2
3．氢弹
氢弹是一种利用轻核聚变反应，在瞬间放出巨大能量的装置，原理如图4－5－2所示．首先由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．
特别提醒：(1)人类目前已经能制造氢弹，氢弹内部相当于还有一颗小原子弹，可见氢弹的威力比原子弹更大．
(2)许多恒星内部都进行着剧烈的热核反应．
4．重核裂变和轻核聚变的对比
反应方式
比较项目 重核裂变 轻核聚变
放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍
核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富.1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应放出的能量约和燃烧300 L汽油相当
可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站还都是用裂变反应释放核能 目前，除氢弹以外，人们还不能控制它
特别提醒：铁的比结合能最大，也就是核子结合成铁或铁附近的原子核时，每个核子平均放出的能量大．因此两个比铁轻的原子核结合时，或比铁重的重核分裂时，都要放出能量．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)下列关于聚变的说法中，不正确的是( )
A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功
B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应
C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应
D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应
解析：选A.轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．
课堂互动讲练
重核裂变
(单选)关于重核的裂变，下列说法正确的是( )
A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应
C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，但核子数不会减少
D．重核裂变时比结合能减小，要发生质量亏损，释放核能
例1
【精讲精析】 核裂变时发生质量亏损，核能转化为其他形式的能，释放的核能远远大于中子的动能，A错误；要发生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，B错误；任何的核反应中核子数都不变，C正确；重核的比结合能较小，中等质量的核比结合能最大，裂变时重核分裂为中等质量的核，比结合能变大，产生质量亏损，释放核能，D错误．
【答案】 C
【方法总结】 (1)重核裂变时比结合能增大，产生质量亏损，释放核能，核能转化为其他形式的能．
(2)发生链式反应的条件是V≥V临．
(单选)以下说法正确的是( )
A．聚变是裂变的逆反应
B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C．聚变须将反应物加热至数百万度以上高温，显然是吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大能量
核聚变
例2
【精讲精析】 从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物与生成物全然不同．裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应，A错误．既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量的流向上也不必相反，所以B错误．要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万度高温提供能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量．因此，总的说来，聚变反应还是释放能量，故D正确，C错误．
【答案】 D
【方法总结】 核聚变要使之达到10－15 m，必需克服电荷间强大的斥力，需要很大的动能．
太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1)写出这个核反应方程；
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J，则太阳内部每秒参与热核反应的质子数是多少？
(mp＝1.0073 u，mHe＝4.0015 u，me＝0.00055 u,1 u相当于931 MeV能量)
核能的计算
例3
【思路点拨】 求核能的常用方法：
(1)利用质能方程求解．
(2)利用平均结合能求解．
【答案】 (1)见自主解答 (2) 24.8 MeV
(3)3.8×1038个
解析：聚变反应前氘核和氚核的总结合能
E1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52 MeV，
反应后生成的氦核的结合能
E2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV，
所以聚变过程释放出的能量
ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV.
答案：17.6 MeV
知能优化训练
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第四节 原子的能级结构
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第四节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.了解能级的概念．
2．理解原子发射和吸收光子的频率与能级差的关系．
3．知道玻尔对氢光谱的解释．
重点难点：1.玻尔理论对氢原子光谱的解释．
2．氢原子能级的推导．
课前自主学案
一、能级结构猜想
由于氢原子光谱是____的，所以猜想原子内部的能量也是______的．
1．能级：把原子内部____________称为能级．
2．跃迁：把原子从一个能级变化到另一个能级的____叫做跃迁．
处于高能级的原子，自发地向低能级跃迁时____光子；原子____特定频率的光子或通过其他途径获得能量时，可以从低能级向高能级跃迁．原子辐射或吸收光子的能量为____________，其中Em、En分别为原子跃迁前后的能级．
分立
不连续
不连续的能量
过程
辐射
吸收
hν＝Em－En
n＝1,2,3，…，式中R为里德伯常量，h为普朗克常量，c为光速，n是______，上式说明氢原子的能量是________，n被称为__________．
正常情况下氢原子处于最低能级E1(n＝1)，这个状态称为____，其他状态称为______．
正整数
量子化的
能量量子数
基态
激发态
思考感悟
原子发光现象的本质是什么？
提示：处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外辐射．
核心要点突破
一、玻尔理论及对氢原子光谱的解释
1．玻尔理论的两条基本假设
(1)定态假设
原子系统中存在具有确定能量的定态，原子处于定态时，电子绕核运动不辐射也不吸收能量．
(2)跃迁假设
原子系统从一个定态跃迁到另一个定态，伴随着光子的发射和吸收．
2．跃迁时频率满足的条件
(1)电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En)时，会放出能量为hν的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m>n)．这个式子被称为频率条件，又称辐射条件．
(2)当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由频率条件决定．
特别提醒：若入射光子能量Em－En图3－4－1
特别提醒：电子的轨道和原子的能量都是量子化的．
4．解释原子光谱
原子从高能级向低能级跃迁时，放出的光子的能量等于前后两个能级之差．由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的．因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线．由于不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同，这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因．
(2)同理，氢原子从高能级向量子数n＝1的能级跃迁时发出的光谱线属于赖曼系，向n＝3的能级跃迁时发出的光谱线属于帕邢系，如图3－4－2所示．
图3－4－2
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n＝2能级发出的谱线属于巴耳末线系．若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多可发出________条不同频率的谱线．
解析：由于这群氢原子自发跃迁发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，故可判断这群氢原子的最高能级为n＝4，画出氢原子谱线示意图(如图所示)可知，这群氢原子自发跃迁时最多可发出6条不同频率的谱线．
答案：6
二、原子跃迁与电离
1．根据玻尔的氢原子理论，当原子从低能态向高能态跃迁时，必须吸收光子(或吸收能量)才能实现．相反，当原子从高能态向低能态跃迁时，必须辐射光子才能实现．不管是吸收还是辐射光子，光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．
2．原子电离，就是其中的电子脱离原子核束缚而成为自由电子，氢原子要能电离，从外界获得的能量至少要能使氢原子达到玻尔模型系统的最高能级就是n＝∞，E＝0的定态需要吸收的能量叫氢原子在n定态的电离能，此电离能E′＝E－En＝|En|，即基态氢原子的电离能为|E1|＝13.6 eV，n定态的氢原子吸收了等于电离能的能量|En|，刚好可以电离(n＝∞的定态，电子实际上已成为自由电子)，但电离后的电子动能为零，n定态的氢原子如果吸收了E>|En|的能量，则电离后多余的能量转化为电子的动能．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.一个氢原子处于基态，用光子能量为15 eV的电磁波去照射该原子，问能否使氢原子电离？若能使之电离，则电子被电离后所具有的动能是多大？
解析：氢原子从基态n＝1处被完全电离至少吸收13.6 eV的能量，所以15 eV的光子能使之电离．由能量守恒可知，完全电离后还剩余动能Ek＝15 eV－13.6 eV＝1.4 eV.
答案：能电离 1.4 eV
原子的最低能量状态称为基态，对应电子在离核最近的轨道上运动；较高的能量状态称为激发态，对应电子在离核较远的轨道上运动．r越大，En越大．
特别提醒：原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能．
3．电子与原子核间的电势能Ep
当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之电势能减小．
可见电子在可能的轨道上绕核运动时，r增大，则Ek减少，Ep增大，E增大；反之，r减小，则Ek增大，Ep减少，E减少．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
3.(单选)根据玻尔理论，处于某激发态的氢原子辐射一个光子后( )
A．原子能量增加，电子的动能减少，电势能减少
B．原子能量增加，电子的动能增加，电势能增加
C．原子能量减少，电子的动能减少，电势能增加
D．原子能量减少，电子的动能增加，电势能减少
解析：选D.氢原子辐射光子，跃迁到低轨道，r变小，故正确答案为D.
四、使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
1．原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两个能级的能量差，否则不被吸收．
2．原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
4.(单选)欲使处于基态的氢原子激发，下列措施不可行的是( )
A．用10.2 eV的光子照射
B．用11 eV的光子照射
C．用14 eV的光子照射
D．用11 eV的电子碰撞
解析：选B.由玻尔理论可知，氢原子在各能级间跃迁时，只吸收能量值刚好等于某两个能级之差的光子．由氢原子能级图不难知道10.2 eV刚好等于n＝2和n＝1两能级之差，而11 eV则不是氢原子基态和任一定态能量之差，故处于基态的氢原子只吸收前者被激发，而不吸收后者．对于14 eV的光子其能量大于氢原子的电离能(即13.6 eV)，足以使处于基态的氢原子电离，使电子成为自由电子，因而不受玻尔跃迁条件的束缚．用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收．所以如果入射电子的动能大于基态和某个激发态的能量之差，也可使氢原子激发．
课堂互动讲练
氢原子能级跃迁规律
一群氢原子处在n＝3的激发态，这些氢原子能发出几条谱线？计算这几条谱线中波长最长的一条谱线的波长．
例1
【自主解答】 由于氢原子是自发跃迁辐射，所以会得到3条谱线，如图3－4－3所示．
图3－4－3
【答案】 3条 6.58×10－7m
变式训练 (双选)氢原子能级图的一部分如图3－4－4所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级之间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出的光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，则( )
图3－4－4
氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图3－4－5所示，用一群处于第4能级的氦离子发出的光照射处于基态的氢气．求：
能级图的应用
例2
图3－4－5
(1)氦离子发出的光子中，有几种能使氢原子发生光电效应？
(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能是多少？
由n＝4到n＝1 hν3＝E4－E1＝51.0 eV
由n＝3到n＝2 hν4＝E3－E2＝7.6 eV
由n＝3到n＝1 hν5＝E3－E1＝48.4 eV
由n＝2到n＝1 hν6＝E2－E1＝40.8 eV
由发生光电效应的条件知，hν3、hν5、hν6三种光子可使处于基态的氢原子发生光电效应．
(2)由光电效应方程Ek＝hν－W0知，能量为51.0 eV的光子使氢原子逸出的光电子最大初动能最大，将W0＝13.6 eV代入，得Ek＝37.4 eV.
【答案】 (1)三种 (2)37.4 eV
【方法总结】 (1)材料的逸出功等于基态能量的绝对值．
(2)若入射光子能量hν<|En|，原子由一种定态跃迁到另一定态；若hν>|En|，则电子被打出，发生光电效应，原子被电离．
已知氢原子的基态能量为－13.6 eV，核外电子的第一轨道半径为0.53×10－10 m，电子质量me＝9.1×10－31 kg，电荷量为1.6×10－19 C，求电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子的动能和电子的电势能各多大？
玻尔原子结构假说与力学综合
例3
【答案】 －1.51 eV 1.51 eV －3.02 eV
【方法总结】 由于核外电子绕核做圆周运动，因而向心力公式、圆周运动知识、能量守恒定律等常常交织在一起出题，要注意力电知识的综合应用，而能级和圆周运动的轨道一一对应，所以也要画好运动过程图和能级图．
知能优化训练
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第五节 自然界中的守恒定律
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第五节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道守恒定律在自然界中普遍存在，知道什么是对称和对称性，对称和守恒定律的关系．
2．知道能量守恒、动量守恒、质量守恒三大定律，正确地理解以上三大定律．
重点难点：利用守恒定律分析解决实际问题．
课前自主学案
一、守恒与不变
1．能量守恒：能量是物理学中最重要的物理量之一，而且具有多种多样的形式，各种形式的能量可以相互转化，但总能量____．可以说，能量的守恒是最重要的守恒形式．
2．动量守恒：动量守恒定律通常是对相互作用的物质所构成的系统而言的．适用于任何形式的运动，因此常用来推断系统在发生碰撞前后运动状态的变化．事实上，动量守恒定律与碰撞过程的具体细节无关这一点是很重要的．
不变
二、守恒与对称
所谓对称，其本质也是具有某种______．
物理规律的每一种对称性(即不变性)通常都相应于一种守恒定律．对称和守恒这两个重要概念是紧密地联系在一起的．
不变性
思考感悟
在中学物理中，我们学过的守恒定律都有哪些？
提示：三大守恒定律(质量、能量、动量)、机械能守恒定律、电荷守恒定律等．
核心要点突破
一、守恒与不变
1．守恒与不变
物质世界三大守恒定律是物质、能量、动量三个方面．
(1)各种形式的能量可以相互转化但总能量不变，可以说能量守恒是最重要的守恒形式．
(2)动量守恒通常是对相互作用的物体所构成的系统而言的，适用于任何形式的运动.
在中学物理中，我们学过的守恒定律有：机械能守恒定律、动量守恒定律、电荷守恒定律、质量守恒定律、能量守恒定律等．守恒定律中所涉及的守恒量的形式可以改变，但它既不会凭空产生，也不会消失掉，无论何时，如果这个守恒的量在某个地方有所增加，那么在系统的另一个地方一定有相同数量的减少．
2．守恒定律的本质
物理学中各种各样的守恒定律，本质上就是某种物理量保持不变，例如能量守恒对应着某种时间变换中的不变性；动量守恒则是对应着某种空间变换下的不变性；与转动变换不变性对应的是角动量守恒；与空间反射(镜像)操作不变性对应的是宇称守恒．因此，守恒定律其实正是自然界和谐统一规律的体现，这种和谐的规律以数学的形式表现出来，向人们展现出自然科学理论的美学价值．
3．守恒定律的意义
在符合守恒条件时，可以不分析系统内相互作用过程的细节，而对系统的变化状态或一些问题作出判断，这是守恒定律的特点和优点．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
(双选)(2011年济南模拟)一陨石自高空落到山谷中，有一目击者，他先是看到火光，随后听到巨大声响，最后他走到陨石旁用手摸了摸陨石，感觉烫手．就上述现象所得出的下列认识中正确的是( )
A．陨石的动量消失了，转化为声、光、热等形式的能量
B．陨石的动量消失了，这表明陨石与地球碰撞中动量不守恒
C．陨石与地球碰撞中动量是守恒的，陨石的动量传递给了地球
D．陨石与地球碰撞中，陨石的机械能转化声、光、热等形式的能量
解析：选CD.动量不可能转化为能量A项错误；陨石在与地球碰撞的过程中内力远大于外力，动量守恒，陨石的动量没有消失，而是传递给了地球，B项错误，C项正确；碰撞过程中陨石的机械能转化为声、光、热等形式的能量，D项正确．
二、守恒与对称
1．对称性的概念最初来源于生活．在艺术、建筑等领域中，所谓“对称”，通常是指左右对称．人体本身就有近似左和右的对称性．各类建筑，特别是古代建筑都较有对称性，概念是逐步发展的，今天它已具有十分广泛的含义．
2．另一类对称性是物理定律的对称性，它是经过一定的操作后，物理定律的形式保持不变．因此物理定律的对称性又叫不变性，这类对称性在物理学中具有更深刻的意义．
(1)物理定律的空间平移对称性．设想我们在空间某处做一个物理实验，然后将该套实验平移到另一处．如果给以同样的起始条件，实验将会以完全相同的方式进行．这说明物理定律没有因平移而发生变化，这就是物理定律的空间平移对称性．它表明空间各处对物理定律是一样的，所以又叫做空间均匀性．
(2)物理定律的转动对称性．如果在空间某处做实验后，把整套仪器转一个角度，则在相同的起始条件下，实验也会以完全相同的方式进行．这说明物理定律并没有因转动而发生变化，这就是物理定律的转动对称性．它表明空间的各个方向对物理定律是一样的，所以又叫做空间的各向同性．
(3)物理定律的时间平移对称性．如果我们用一套仪器做实验，该实验进行的方式或秩序是和此实验开始的时刻无关的，无论在什么时候开始做实验，我们都能得到完全一样的结果．这个事实表示了物理定律的时间平移的对称性．
课堂互动讲练
动量守恒和机械能守恒
(单选)一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块A中，并留在其中，A、B用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起，如图1－5－1所示．则在子弹打中木块A及弹簧被压缩的过程中，对子弹、两木块和弹簧组成的系统( )
例1
图1－5－1
A．动量守恒、机械能守恒
B．动量不守恒、机械能守恒
C．动量守恒、机械能不守恒
D．无法判断动量、机械能是否守恒
【思路点拨】 要正确理解机械能的守恒条件：(1)只有重力(或弹力)做功；(2)受其他力，但其他力不做功或其他力做功为零．
【自主解答】 由于子弹打入木块及压缩弹簧的整个过程中，系统所受的合外力等于零，则系统的动量守恒，由于子弹在打入木块过程中与木块间的阻力做功，使机械能的一部分转化为内能，所以系统机械能不守恒．
【答案】 C
变式训练 如图1－5－2所示，A、B两个木块用弹簧连接，它们静止在光滑水平面上，A和B的质量分别是99m和100m.一颗质量为m的子弹以速度v0水平射入木块A内没有穿出，在后来的过程中弹簧弹性势能的最大值是多大？
图1－5－2
动量守恒和能量守恒
(双选)(2011年高考大纲全国卷)质量为M、内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上，箱子中间有一质量为m的小物块，小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ.初始时小物块停在箱子正中间，如图1－5－3所示．现给小物块一水平向右的初速度v，小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间，并与箱子保持相对静止．设碰撞都是弹性的，则整个过程中，系统损失的动能为( )
例2
图1－5－3
【答案】 BD
【方法总结】 本题考查动量守恒定律、能量守恒定律及摩擦内能的决定因素等知识．对物体受力分析和物理过程的分析以及确定始、末状态是解决此类问题的关键．
知能优化训练
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第一节 光电效应
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第一节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.通过实验了解光电效应及极限频率和遏止电压的概念．
2．理解光电效应与电磁理论的矛盾．
重点难点：1.光电效应现象．
2．极限频率和遏止电压．
课前自主学案
一、光电效应与光电流
1．光电效应现象：金属在光的照射下________的现象称为光电效应，发射出来的电子叫做______．
2．光电管可以把______转变成为______．
3．光电流：光电管____发出的光电子被____收集．在回路中形成电流，称为光电流．
二、光电流的变化
实验表明：频率不变的情况下，入射光的强度越强，光电流____；光的强度保持不变，入射光的频率越高，光电流____．
发射电子
光电子
光信号
电信号
阴极
阳极
越大
越大
大于
极限波长
一定
减小
减小到零
2．实验表明：遏止电压只与入射光的____有关，而与入射光的强度无关，也就是说光电子的最大初动能只与入射光的____有关．
五、经典电磁理论解释的局限性
经典物理学里光的电磁理论在解释光电效应实验时遇到了根本性的困难．
频率
频率
思考感悟
光的电磁理论不是成功地解释了光的干涉、衍射吗？怎么会无法解释光电效应？难道说它不正确吗？
提示：光的电磁理论有成功之处，但也有不足，这说明光的电磁理论只是说明了光的部分性质，而没有反映光的全部性质．
核心要点突破
一、光电效应的实验规律
可以用图2－1－1研究光电效应中光电流与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系．
图2－1－1
阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在光照时能够发射光电子．电源加在K与A之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调．当电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴极K发出的电子，在电路中形成光电流．
1．存在饱和光电流．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值．也就是说在一定光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子数目是一定的．电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大．即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流．因此在解光电效应的习题时，应注意明确是光电流还是饱和光电流．
发生光电效应的前提下入射光越强，饱和电流越大，即入射光越强，单位时间内发射的光电子数目越多．
(1)光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关．
(2)当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应．不同金属的极限频率不同．
3．光电效应具有瞬时性．当入射光的频率ν>ν0时，无论入射光怎样微弱，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过10－9 s.
特别提醒：(1)产生光电效应的光不仅有可见光，还包括不可见光．
(2)光电效应发生的条件是：入射光的频率大于截止频率．还要注意，不同金属的截止频率是不同的．
(3)发生光电效应时，电子克服金属原子核的引力逸出时，具有的动能大小不同，金属表面上的电子逸出时动能的值最大，称为最大初动能．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )
A．从光照至金属表面发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．逸出的光电子的最大初动能将减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D．有可能不发生光电效应
解析：选C.根据光电效应的实验规律知，从光照到金属表面发射光电子的时间间隔极短，这与光的强度无关，故A错误；实验规律还指出，逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关，光电流与入射光强度成正比，C正确．
二、光电效应与经典电磁理论的三大矛盾
1．矛盾之一：遏止电压由入射光频率决定，与光的强弱无关
按照光的经典电磁理论，光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压应与光的强弱有关，而实验表明：遏止电压由入射光频率决定的，与光强无关．
2．矛盾之二：存在截止频率
按照光的经典电磁理论，不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率．而实验表明：不同金属有不同的截止频率，入射光频率高于截止频率时才会发生光电效应．
3．矛盾之三：光电效应具有瞬时性
按照光的经典电磁理论，如果光很弱，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量．而实验表明：无论入射光怎样微弱，光电效应几乎是瞬时的．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)光电效应的实验规律中，波动说能解释的是( )
A．入射光的频率必须大于被照金属的极限频率时才能产生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光强度无关，只与入射光的频率有关
C．入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9s
D．当入射光频率大于极限频率时，光电流强度与入射光强度成正比
解析：选D.解决这类问题的关键是理解光电效应的产生条件、规律，还要知道波动说的基本内容及意义．
课堂互动讲练
光电效应的规律
(双选)如图2－1－2所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz，则以下判断正确的是( )
图2－1－2
例1
A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率
B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度
C．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生
D．光照射时间越长，电路中的电流越大
【思路点拨】 要发生光电效应，光的频率必须超过极限频率；光电流的大小由单位时间到达阳极的光电子数决定，即由光的强度决定．
【答案】 BC
变式训练 (双选)(2011年高考广东卷)光电效应实验中，下列表述正确的是( )
A．光照时间越长光电流越大
B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率有关
D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
解析：选CD.光电流的大小与光照时间无关，A项错误；如果入射光的频率小于金属的极限频率，入射光再强也不会发生光电效应，B项错误；遏止电压与入射光的频率有关，C项正确；只有当入射光的频率大于极限频率，才会有光电子逸出，D项正确．
(双选)如图2－1－3所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其原因可能是( )
图2－1－3
光电管的工作原理
例2
A．入射光太弱
B．入射光波长太长
C．光照时间太短
D．电源正负极接反
【精讲精析】 光电管电路中形成电流的条件：一是阴极在光的照射下有光电子逸出，二是逸出的光电子应能在电路中定向移动到达阳极．其中有无光电子逸出决定于入射光的频率是否高于阴极材料的极限频率，与入射光的强弱、照射时间长短无关；光电子能否到达阳极，应由光电子的初动能大小和光电管两极间所加电压的正负和大小共同决定．一旦电源正负极接反，即使具有最大初动能的光电子也不能到达阳极，即使发生了光电效应，电路中也不能形成光电流．故该题的正确选项是B、D.
【答案】 BD
【方法总结】 了解光电管的工作原理是解决此题的关键．
知能优化训练
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第二节 放射性元素的衰变
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第二节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道衰变的概念．知道原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．
2．知道α衰变、β衰变的实质．知道γ射线是怎样产生的．
3．知道什么是半衰期．知道半衰期的统计意义．
重点难点：1.原子核的衰变．
2．半衰期的理解．
课前自主学案
一、原子核的衰变
1．三种射线的本质特征
α射线：它是________，速度约为光速的___，贯穿本领很弱，________比较强．
β射线：它是______，速度接近光速的99%，贯穿作用很强，________较弱．
γ射线：它是频率极高的电磁波，贯穿作用最强，________很弱．
α粒子流
电离作用
电子流
电离作用
电离作用
2．衰变：原子核由于放出______或______而转变为新的原子核，把一种元素经放射过程变成__________的现象，称为原子核的衰变．
3．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为______，放出β粒子的衰变叫______，而______是伴随α射线或β射线产生的．
衰变规律：原子核衰变时，______和______都守恒．
α粒子
β粒子
另一种元素
α衰变
β衰变
γ射线
质量数
电荷数
一半
衰变前
剩余
无关
思考感悟
如果有两个放射性原子核，经过一个半衰期后，是不是只剩下一个原子核没有衰变？
提示：不是的．半衰期是一个统计性概念，只有对大量原子核才成立．对于一个特定的原子核，只能知道它发生衰变的概率，并不能确定何时衰变．
核心要点突破
一、三种射线的理解
1．对放射线的研究
研究方法：让放射线通过电场或磁场来研究其性质．
把样品放在铅块的窄孔底上，在孔的对面放着照相底片，在没有电场时，发现在底片上正对孔的位置感光了．若在铅块和底片之间放一对电极，使磁场方向跟射线方向垂直，结果在底片上有三个地方感光了，说明在磁场作用下，射线分为三束，表明这些射线中有的带正电，有的带负电，有的不带电，如图4－2－1所示．
图4－2－1
从感光位置知道，带正电的射线偏转较小，这种射线叫α射线；带负电的射线偏转较大，这种射线叫β射线；不偏转的射线叫γ射线．
2．各种射线的性质
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)有三种射线，射线a很容易穿透黑纸，速度接近光速；射线b可穿透几十厘米厚的混凝土，能量很高；用射线c照射带电的导体，可使电荷很快消失．则下列判断中正确的是( )
A．a是α射线，b是β射线，c是γ射线
B．a是β射线，b是γ射线，c是α射线
C．a是γ射线，b是α射线，c是β射线
D．a是γ射线，b是β射线，c是α射线
解析：选B.由题意知，射线a贯穿能力较强，速度接近光速，故是β射线；射线b贯穿能力很强且能量高，是γ射线；射线c很容易使空气电离成为导体，从而将电荷导入大地，是α射线．
二、原子核的衰变
1．定义：天然放射现象说明原子核具有复杂的结构．原子核放出α粒子或β粒子(并不表明原子核内有α粒子或β粒子，β粒子是电子流，而原子核内不可能有电子存在)后变成新的原子核，这种变化称为原子核的衰变．
2．衰变规律：原子核衰变时，前后的电荷数和质量数都守恒．
特别提醒：(1)核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接；
(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒杜撰出生成物来写核反应方程；
(3)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射，这时可连续放出三种射线．
特别提醒：确定衰变次数，往往由质量数的改变先确定α衰变的次数，因为β衰变对质量数无影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数，这种做法比较简捷．
解析：选B.β衰变是由原子核自发地释放一个β粒子(即电子)产生新核的过程，衰变过程遵循质量数与电荷数守恒，B项正确．
2．影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．
3．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
3.(单选)下列有关半衰期的说法中正确的是( )
A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快
B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短
C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减小放射性元素的衰变速度
D．降低温度或增大压强或让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度
解析：选A.半衰期由原子核内部因素决定，与所处的化学状态和外部条件无关．
课堂互动讲练
原子核的衰变
(双选)关于原子核的衰变，下列说法中正确的是( )
A．α粒子来自于原子核，说明原子核里含有α粒子
B．β粒子来自于原子中的电子，正如光电效应一样
C．某些原子核发生衰变说明它们是不稳定的
D．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
例1
【精讲精析】 发生β衰变时，原子核内的中子转化为质子和电子，B错误，D正确；原子核由质子和中子组成，并不含有α粒子，A错误；某些原子核的核子间结合不太牢固、不稳定，会放出α粒子，C正确．
【答案】 CD
衰变次数的计算
例2
【答案】 D
答案：经过6次α衰变，4次β衰变
半衰期
例3
A．22900年 B．11400年
C．5700年 D．1900年
【思路点拨】 利用半衰期公式计算时间．
【答案】 D
变式训练2 (单选)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mA∶mB为( )
A．30∶31 B．31∶30
C．1∶2 D．2∶1
知能优化训练
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第三节 康普顿效应及其解释
第四节 光的波粒二象性
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第三节第四节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.了解康普顿效应及其意义．
2．知道光具有波粒二象性，区分光的波动性和粒子性．
3．知道光波是概率波．
重点难点：1.光的波粒二象性．
2．光波是概率波．
课前自主学案
变长
2．光子的动量
光电效应揭示出光的_______，每个光子携带的能量为_______，爱因斯坦进一步提出光子的动量应为______，式中λ为光波的波长．
粒子性
ε＝hν
3．康普顿效应的意义
(1)证明了爱因斯坦光子假说的正确性．
(2)证明了光子具有____．
(3)证明了光子具有____．
二、光的波粒二象性的本质
光既具有______，又具有______，单独使用___或____的解释都无法完整地描述光的所有性质，把这种性质称为__________．
能量
动量
粒子性
波动性
波
粒子
波粒二象性
思考感悟
在光的双缝干涉实验中，如果每次穿过双缝的只有一个光子，是否会有光的干涉现象发生？
提示：会发生
三、概率波
在光的双缝干涉实验中，每个光子按照一定的____落在感光片的某一点上，______的地方落下的光子多，形成亮纹；______的地方落下的光子少，形成暗纹，干涉条纹是光子落在感光片上各点的________的反映．这种概率分布就好像波干涉时强度的分布，所以对光的描述说成是一种概率波．
在光的量子化现象的领域中，描述光性质的最恰当的语言是______．
概率
概率大
概率分布
概率波
概率小
核心要点突破
一、康普顿效应的解释
康普顿认为，散射后的X射线波长改变，是X射线光子和物质中的电子发生碰撞的结果．相对X射线光子的能量而言，物质中电子的动能是很小的，电子可以近似看成是静止的．
图2－3－1
特别提醒：(1)康普顿提出的理论与实验结果相符，从而进一步说明了光具有粒子性．
(2)康普顿效应证实了在微观粒子的单个碰撞事件中动量和能量守恒定律仍然成立．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.X射线散射后波长会改变，是由于X射线光子和物质中电子________的结果．
答案：发生碰撞
二、波粒二象性的理解
1．既不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子．
2．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性；频率越低的光波动性越明显，频率越高的光粒子性越明显．
3．光在传播过程中往往显示波动性，在与物质作用时往往显示粒子性．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(双选)能说明光具有波粒二象性的实验是
( )
A．光的干涉和衍射
B．光的干涉和光电效应
C．光的衍射和康普顿效应
D．光电效应和康普顿效应
解析：选BC.光的干涉和光的衍射说明光具有波动性，能说明光具有波粒二象性的是B、C.
三、概率波的理解
光子的行为服从统计规律．干涉加强处表示光子到达的数目多，从统计的观点来看，就是光子在该处出现的概率大；干涉减弱处表示光子到达的数目少，也就是光子在该处出现的概率小．这种概率的分布服从波动规律，因此，我们把光波叫做概率波．
特别提醒：在光的干涉和衍射现象中，我们不能确定光子落在哪一位置，但光子落在某一位置附近的概率可以确定，且光子在空间出现的概率受波动规律的支配．
课堂互动讲练
康普顿效应
(单选)白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳散射的结果，美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比( )
例1
【答案】 D
A．频率变大 B．速度变小
C．光子能量变大 D．波长变长
(单选)关于对光的认识，下列说法正确的是( )
A．频率高的光是粒子，频率低的光是波
B．光有时是波，有时是粒子
C．光有时候表现出波动性，有时候表现出粒子性
D．光既是宏观概念中的波，也是宏观概念中的粒子
波粒二象性
例2
【思路点拨】 波动性和粒子性是微观粒子(包括光)具有的不可分割的两种固有属性，在不同情况下，一种属性起主要作用，该属性就表现出来或属性显著．但微观粒子的波动性和粒子性与宏观概念中的波和粒子是完全不同的．
【自主解答】 波动性和粒子性是光的两种属性，同时存在，A、B均错；光传播时表现出波动性，与粒子作用时表现出粒子性，C对；光与宏观中的波及粒子不相同，D错．
【答案】 C
变式训练 (单选)下列说法正确的是( )
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样的一种粒子
C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D．单个光子具有粒子性，不具有波动性
解析：选C.光同时具有波粒二象性，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著，光的波长越长，越容易观察到其显示波动特性，故选C.
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第四节 核力与结合能
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第四节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道核力是只存在于相邻核子间的短程力．
2．知道重核与轻核．
3．掌握结合能与质量亏损．
重点难点：1.核力．
2．结合能的计算．
课前自主学案
一、核力及其性质
1．核力：组成原子核的核子之间有很___的相互作用力，使核子能够克服______而紧密的结合在一起，这种力称为核力．
2．核力的性质：核力是一种很强的力，在约0.5×10－15m～2×10－15m的距离内主要表现为____，在大于2×10－15m的距离时核力就迅速减小为零，所以核力是一种______．在小于0.5×10－15m的距离内，核力又转变为强大的____而使核子不融合在一起．
强
库仑力
引力
短程力
斥力
思考感悟
原子核很小，结构却十分复杂，除氢核外，其他各种元素的原子核中既有带正电的质子，又有不带电的中子．如铀235的核内有92个质子，143个中子．那么，质子间的静电斥力为什么没有把它们驱散开来？
中子不带电，为什么同样能聚集在一起？
这么多的核子(质子和中子)挤在半径小于10－14m的原子核内，为什么能形成稳定的结构呢？
提示：因为核力的存在
二、重核与轻核
1．原子核中的质子数又称为________．
2．重核：排在周期表中比较靠__的元素对应的原子核叫重核．
3．轻核：排在周期表中比较靠__的元素对应的原子核叫轻核．
原子序数
后
前
三、结合能
1．结合能：由于核子间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服____做功，也就是需要提供一定的能量．反过来，____结合成原子核时也会放出一定的能量，这个能量叫做原子核的结合能．
核力
核子
2．爱因斯坦质能方程：核子结合成原子核时，反应前后存在________，亏损的质量与反应中释放的能量相对应，它们之间的关系遵循爱因斯坦的质能方程．即ΔE＝____，ΔE为反应中释放的能量，即结合能，Δm为质量亏损．
3．平均结合能：原子核的结合能与核子数____称为该原子核的平均结合能，平均结合能越大，核越____．
质量亏损
Δmc2
之比
稳定
核心要点突破
一、核力的理解
1．原子核内的质子相距很近，库仑斥力很大，然而核力却使它们紧紧约束在一起，可见核力是强相互作用(强力)的一种表现．在原子核的尺度内，核力比库仑斥力大得多．
2．核力是短程力，在约0.5×10－15m～2×10－15m的距离内主要表现为引力．大于2×10－15m核力就迅速减小到零，所以核力是一种短程力．在小于0.5×10－15m的距离内，核力又转变为强大的斥力而使核子不融合在一起．
3．每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．
4．核力与核子是否带电无关，质子和质子间、质子和中子间、中子和中子间都存在核力作用．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)关于核力的说法正确的是( )
A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用
B．核力就是电磁力
C．核力是短程力，作用范围在2×10－15 m之内
D．核力与电荷有关
解析：选C.核力是短程力，超过2×10－15 m，核力急剧下降几乎消失，故C对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对；核力与电荷无关，故D错．
二、重核与轻核
1．重核与轻核
排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核，排在比较靠前的叫轻核．
2．原子核中质子和中子的比例关系
自然界中较轻的原子核，其质子数与中子数大致相等；较重的原子核，中子数大于质子数；越重的元素，两者相差越多，如图4－4－1所示．排在83号元素铋之后的原子核都不稳定，它们自动分解或衰变成更轻的原子核，排在第92号元素铀之后的原子核十分不稳定，无法在自然状态下存在．
图4－4－1
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果不断地增大原子核，形成的核也一定是不稳定的
解析：选D.自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多，故D项正确．
三、结合能的理解
1．结合能
原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要能量，这就是原子核的结合能．它等于核子结合为原子核时放出的能量．
2．平均结合能
(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，称为平均结合能，也叫比结合能．
(2)与原子核稳定性的关系：比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大，这些核最稳定．
(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可释放核能，例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．
特别提醒：结合能是核子结合成原子核放出的能量或原子核拆解成核子吸收的能量，而比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量或原子核拆解成核子时平均每个核子吸收的能量．结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的原子核，比结合能不一定小．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
3.(单选)下面关于结合能和比结合能的说法中，正确的有( )
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
解析：选D.核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错；比结合能越大的原子核是越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．
四、爱因斯坦质能方程
1．质量亏损
组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量之差，叫做核的质量亏损．质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能．
2．质能方程
原子核释放能量时，要产生质量亏损，物体的能量和质量之间存在着密切的联系．它们之间的关系是：E＝mc2(或ΔE＝Δmc2)
这就是著名的爱因斯坦质能方程．因此在计算核能时，可以通过先计算质量亏损Δm，再代入质能方程求出核能．
3．质能方程的本质
爱因斯坦的质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系．对质量亏损，切忌不能误解为这部分质量转变成了能量．质能方程的本质是：第一，质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来；
第二，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化；第三，质量亏损不是否定了质量守恒定律．根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
4.(双选)关于质能方程，下列哪些说法是正确的( )
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
解析：选BD.质量亏损的量说明亏损的质量以另外一种物质形式存在，故A错．质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，所以B、D正确．
课堂互动讲练
质能方程的应用
例1
A．X是质子，该反应释放能量
B．X是中子，该反应释放能量
C．X是质子，该反应吸收能量
D．X是中子，该反应吸收能量
【答案】 B
【方法总结】 在核反应中是释放还是吸收能量，需要确定反应前、后质量的变化，若质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量．
核能的计算
例2
A．反应过程中的质量亏损是0.078 u
B．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29 kg
C．反应过程中释放的能量是7.27 MeV
D．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J
【答案】 BC
【方法总结】 方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”、c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”；若Δm的单位用“u”，可直接用质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV来求解．
α粒子的质量mα＝6.6467×10－27kg，质子的质量mp＝1.6726×10－27kg，中子的质量mn＝1.6749×10－27kg.求α粒子(氦核)的比结合能．
【思路点拨】 (1)原子核的质量亏损为核子的总质量与原子核的质量之差．
(2)比结合能为结合能与核子数之比．
结合能的计算
例3
【答案】 6.8 MeV
变式训练 H的质量是3.016050 u，质子的质量是1.007277 u，中子的质量是1.008665 u．求：
(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
(2)氚核的结合能和平均结合能各是多少？
(3)如果这些能量是以光子的形式放出，则光子的频率是多少？
答案：见解析
知能优化训练
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第六节 核能利用
第七节 小粒子与大宇宙
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第六节第七节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道什么是反应堆，了解反应堆的工作原理．
2．知道什么是核电站，了解我国核电站的发展．
3．了解物质世界的时间跨度和空间跨度．
重点难点：1.反应堆、核电站．
2．反应堆的工作原理．
课前自主学案
一、反应堆
1．受控热核反应是人类对______能量的利用．
2．核反应堆的建造是人类对______能量的利用．
3．核反应堆是________________的装置．
核聚变
核裂变
人工控制链式反应
核反应堆用______或______制成铀棒作为核燃料；用____、____作为减速剂使中子减速；为调节中子数以控制反应速度需用____作为控制棒；为控制反应堆的温度，需要用___、__________等流体作为冷却，剂在反应堆内外循环流动，不断带走热能，同时可以用来输出热能加以利用；在反应堆外面修建很厚的__________来屏蔽射线，将放射性废料装入特制的容器，埋入地层深处来处理．
天然铀
浓缩铀
石墨
重水
镉棒
水
液体金属钠
水泥防护层
思考感悟
为什么要大力发展核能？
(图4－6－1为广东大亚湾核电站．)
图4－6－1
提示：地球上的常规能源(煤、石油、天然气)正在日益枯竭，核能是人类今后能源发展的重点之一．国家能源局局长张国宝透露，截至2009年年底，我国核电已建成运行11个反应堆，新核堆14台，核堆在建机组24台，是目前世界上核电在建规模最大的国家．
二、核电站 核能利用
1．核电站：利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电．
2．核能利用：发电，制造核动力潜艇、核动力破冰船、核动力航空母舰，进行原子核物理实验，制造各种放射性同位素．
三、从小粒子到大宇宙——空间跨度
人类目前所能研究的物质世界的空间尺度，约从________到________，共跨越了大约42个数量级．
四、从粒子寿命到宇宙年龄——时间跨度
物质世界的时间尺度，约从_______到_____，也跨越了将近43个数量级．
10－15 m
1027 m
10－25 s
1018 s
核心要点突破
一、反应堆 核电站
1．核电站的工作原理
原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆．核反应堆是人工控制链式反应的装置．
核电站的核心是核反应堆，其主要组成部分及各部分作用如下：
(1)核燃料：反应堆使用浓缩铀(铀235占3%～4%)制成铀棒作为核燃料，释放核能．
(2)减速剂：用石墨、重水和普通水，使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收．
(3)控制棒：由吸收中子能力很强的镉制成，用以控制反应速度．
(4)水泥防护层：反应堆外层是很厚的水泥壁，可防止射线辐射出去．
(5)热交换器：靠水或液态金属钠在反应堆内外的循环流动，把产生的热量传输出去．
2．核电站与火电站相比的优缺点
(1)优点：①核电站消耗的燃料很少．
②作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量很大．
③火电站烧煤要放出很多污染物，而核电站放出的污染物要少得多．
(2)缺点：①一旦核泄漏会造成严重的核污染．
②核废料处理比较困难．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( )
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变反应堆中的中子数目
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
解析：选C.控制核反应堆中核反应的速度是靠调节中子数来实现的．
二、揭秘粒子世界
1．粒子世界
(1)电子、质子和中子
直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来发现了电子、质子和中子．随着科学家们的研究逐步发现了数以百计的不同种类的新粒子，它们都不是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身是复合粒子，并且还有着自己的复杂结构，所以电子、质子、中子并不是组成物质世界的基本粒子．
(2)新粒子
从20世纪30年代以来，人们在对宇宙射线观测时，发现了一些新粒子，宇宙射线中粒子的能量很高，但数量很少．人们用高能加速器进行实验，发现了更多的粒子．如1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子．
2．粒子的分类
按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子．
(1)强子：强子是参与强相互作用的粒子，质子、中子、介子和超子都属于强子，其中质子是最早发现的强子．
(2)轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子．到现在为止，共发现6种轻子，它们是：电子，电子中微子，μ子，μ子中微子，τ子，τ子中微子．其中最早发现的轻子是电子．
(3)媒介子：媒介子是传递各种相互作用的粒子．如光子、中间玻色子、胶子．光子传递电磁相互作用，中间玻色子(W±、Z°)传递弱相互作用，胶子传递强相互作用．
特别提醒：根据粒子参与的相互作用进行分类，而不是根据粒子质量，如τ子的质量比核子的质量大，但从力的性质分析它仍属于轻子．
3．反粒子
许多粒子都存在着质量与其相同而电荷及其他一些物理性质与其相反的粒子，这些粒子叫做反粒子．
特别提醒：(1)电子的反粒子是正电子，质子的反粒子是反质子．
(2)粒子和它的反粒子相遇时会发生湮灭而转化为一对光子．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)关于粒子，下列说法中正确的是
( )
A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子
B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用
C．强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子夸克组成
D．许多粒子都存在反粒子
解析：选D.质子、中子本身有复杂结构，A错误；τ子的质量比核子的质量大，但它属于轻子，不参与强相互作用，B错误；现代实验还没有发现轻子的内部结构，C错误．
课堂互动讲练
核能的利用
例1
(3)一座发电能力为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率为η＝40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，所用铀矿石中铀235的含量为4%，则该核电站一年消耗铀矿石多少吨？
【答案】 (1)200.4 MeV (2)5.13×1026 MeV 2791.8 t
(3)24 t
变式训练 每昼夜消耗220 g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？(每个铀核裂变时放出的能量是200 MeV)
答案：5.2×107 W
对粒子的认识
例2
图4－6－2
图4－6－3
【精讲精析】 每个夸克均受到其余两个夸克的静电力作用，由对称性知上夸克受到静电力的合力向下．右边下夸克受力如图4－6－4所示，因
图4－6－4
【答案】 B
【方法总结】 (1)夸克具有点状结构，可利用库仑定律求出静电力．
(2)求两个力的合力时，可先将较大的力正交分解．
知能优化训练
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第4章本章优化总结
专题归纳整合
章末综合检测
本章优化总结
知识网络构建
知识网络构建
专题归纳整合
1．五个实验现象：本章以实验为研究基础，以人们认识微观世界由简单到复杂的认知规律为线索，先认识原子的结构，再深入地研究原子核的组成．全章渗透着对我们物理学史教育和辩证唯物主义的思想教育．
几个重要的实验及核反应
(1)汤姆生发现了电子，说明原子是可分的，电子是原子的组成部分．
(2)卢瑟福“α粒子散射实验”现象说明：原子中绝大部分是空的；原子的绝大部分质量和全部的正电荷都集中在一个很小的核上．
(3)贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构．
(4)卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子．
(5)查德威克用α粒子轰击铍原子核的实验，发现了中子．
3．几个重要的核反应：原子核的变化叫做核反应，常见的核反应有：衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．不论是哪种类型的核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒，这是写核反应方程的重要依据．但是，写核反应方程时，应以实验事实为依据，而不能仅仅根据这两条守恒定律随意去写实际上不存在的核反应．下面我们进行列表比较.
衰变 人工转变 重核裂变 轻核聚变
概念 原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的过程，也叫天然放射现象 人工用高速粒子轰击原子核，产生另一种新核的过程 重核分裂成质量较小的原子核，释放出能量的过程 轻核结合成质量较大的原子核，释放出能量的过程
发现者或重要贡献者 贝克勒尔 卢瑟福、查德威克、居里夫妇等
衰变 人工转变 重核裂变 轻核聚变
意义 揭开了人类研究原子核结构的序幕 通过原子核的人工转变发现了质子、中子、正电子等基本粒子和一些人工放射性同位素 人类获得新能源的一种重要途径 人类获得新能源的一种重要途径
应用举例 利用放射性元素的半衰期进行文物年代鉴定等 得到人工放射性同位素、作示踪原子 核电站、核潜艇、原子弹等 氢弹、热核反应
衰变 人工转变 重核裂变 轻核聚变
说明 衰变与其他核反应最主要的区别为前者自发进行，不需要其他粒子诱发，生成α、β或γ粒子；后三种都是原子核的人工转变，重核裂变和轻核聚变与其他人工转变不同的是有巨大能量释放，裂变最显著的特征是重核分成中等质量的核，聚变则为轻核结合成质量较大的原子核
例1
【精讲精析】 核反应中应遵循电荷数与质量数守恒，在题目所给的核反应中，设X的质子数为x，则核反应方程的左边的质子数为92＋0＝92，右边的质子数为38＋54＋x＝92，则x＝0，所以X的质子数为0，所以X应为中子，左边质量数为235＋1＝236.右边的质量数为90＋136＋k×1＝236，则k＝10.
【答案】 B
1．根据质量亏损计算核能
(1)用ΔE＝Δmc2计算核能
公式中的各物理量必须用国际单位制中的单位来表示，所以，当原子核及核子的质量用“kg”作单位时，用该式计算核能较为方便．
核能的计算方法
(2)用1 u的质量相当于931.5 MeV的能量来计算核能
如果核反应系统中的粒子质量是用原子质量单位“u”表示的，则可直接应用质量与能量的这一数值关系来计算核能．
2．根据结合能计算核能
利用结合能计算核能时要采用“先拆散，再结合”的方法．
3．根据动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能
4．应用阿伏加德罗常数计算核能
若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简单．
例2
所以此核反应过程中释放的核能为
ΔE＝E2－E1
＝39.221 MeV－31.636 MeV＝7.585 MeV.
【答案】 7.585 MeV
例3
【答案】 1.04×1010J
原子核知识与力学、电磁学的综合
例4
mPu＝239.0521 u、mU＝235.0439 u和mα＝4.0026 u，
1 u＝931.5 MeV/c2.
(1)写出衰变方程；
(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．
【答案】 (1)见精讲精析 (2)5.033 MeV
2．电磁学知识在原子核知识中的应用
带电粒子在电场中受电场力作用会发生偏转，运动的带电粒子在磁场中受磁场力作用也会发生偏转，若原子核反应处在某一电场或磁场中，反应后的带电粒子必然在电场或磁场中发生偏转，这样就把电、磁场知识与原子知识有机地结合了起来．
原来静止的铀238和钍234同时在同一匀强磁场中，由于衰变而开始做匀速圆周运动．铀238发生了一次α衰变，钍234发生了一次β衰变．
例5
图4－1
(1)试画出铀238发生一次α衰变时所产生的新核及α粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．
(2)试画出钍234发生一次β衰变时所产生的新核及β粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．
【精讲精析】 (1)铀238发生衰变时，由于放出α粒子而产生了新核，根据动量守恒定律，它们的总动量为零，即：
m1v1＋m2v2＝0
图4－1
(2)同理，钍234发生一次β衰变时放出β粒子时与产生的新核的动量大小相等，方向相反，即总动量为零．可是，β粒子带负电，新核带正电，它们衰变时的速度方向相反，但受到的洛伦兹力方向相同，所以，它们的两个轨迹圆是内切的，且β粒子的轨道半径大于新核的轨道半径，它们的轨迹示意图如图4－2所示，其中，c为β粒子的径迹，d为新核的径迹．
图4－2
【答案】 见精讲精析
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第三节 氢原子光谱
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第三节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道氢原子光谱的实验定律以及巴耳末公式．
2．明确光谱产生的原理及光谱分析的特点．
重点难点：1.氢原子光谱的实验规律及光谱分析的特点．
2．氢原子光谱的实验规律．
课前自主学案
一、巴耳末系
1．原子光谱
某种原子的气体____后可以____并产生________的光谱，这种光谱被称之为原子光谱．
通电
发光
固定不变
里德伯常量
1.097×107 m－1
一系列符合巴耳末公式的光谱线统称________．
二、氢原子光谱的其他线系
巴耳末系
三、原子光谱
由于每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子，其原子光谱均______，原子光谱被称为原子的“指纹”，可以通过对光谱的分析鉴别不同原子，确定物体的________并发现______．
不相同
化学组成
新元素
思考感悟
进行光谱分析有何意义？
提示：1859年，德国化学家本生和物理学家基尔霍夫创立了光谱分析法，被称为“化学家神奇的眼睛”．通过这种方法，科学家在实验室中发现了几种新的化学元素，另外，光谱分析可以鉴别和确定物质的化学组成，还为物理学家深入研究原子世界打开了一扇大门．
核心要点突破
一、光谱 原子光谱
1．光谱
(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(或频率)成分和强度分布的记录，即光谱．光谱分为连续光谱和明线光谱．
(2)连续光谱：连续分布的包含从红光到紫光的各种色光的光谱．
产生：是由炽热的固体、液体、高压气体发光而产生的．
(3)明线光谱：只含有一些不连续的亮线的光谱．线状谱中的亮线叫谱线．
产生：由稀薄气体或金属蒸气(即处于游离态下的原子)发光而产生的，观察稀薄气体发光用光谱管，观察金属蒸气发光可把含有该金属原子的物质放到煤气灯上燃烧，即可使它们汽化后发光．
特别提醒：不同元素的原子产生的明线光谱是不同的，但同种元素的原子产生的明线光谱却相同，说明每种原子只能发射其本身特征的某些波长的光，因此明线光谱中的光谱线也叫元素的特征谱线——原子光谱．
2．吸收光谱
(1)吸收光谱：高温物体发出的白光通过物质后，某些波长的光波被物质吸收后产生的光谱．
(2)产生：由炽热物体(或高压气体)发出的白光通过温度较低的气体后产生．
例如：让弧光灯发出的白光通过低温的钠气，可以看到钠的吸收光谱．
若将某种元素的吸收光谱和明线光谱比较可以发现：各种原子吸收光谱的暗线和明线光谱的亮线相对应．即表明某种原子发出的光和吸收的光的频率是特定的．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)下列说法中正确的是( )
A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续谱
B．各种原子的线状谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应
C．气体发出的光只能产生线状谱
D．甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成了甲物质的吸收光谱
解析：选A.据连续光谱的产生知选项A正确；由于吸收光谱中的暗线和线状谱中的明线相对应，但通常吸收光谱中暗线看到的要比线状谱中的明线少，所以选项B错误；气体发光，若为高压气体则产生吸收光谱．若为稀薄气体则产生线状谱，所以选项C错误；甲物体发出的白光通过乙物质的蒸气形成了乙物质的吸收光谱，所以选项D错误．
二、氢原子光谱
1．氢原子光谱的观测
在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2～3 kV的高压，使氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，通过分光镜观察氢原子的光谱．
2．氢原子光谱的特点
如图3－3－1所示，在可见光区内，氢原子光谱有四条谱线，它们分别用符号Hα、Hβ、Hγ和Hδ表示．可见，氢原子受激发只能发出几种特定频率的光，它的光谱是几条分立的亮线．
图3－3－1
特别提醒：氢原子光谱是不连续的明线光谱．
特别提醒：谱线的分立特征反映原子内部电子运动的量子化特征，对于研究更复杂的原子结构具有指导意义．
解析：选AC.巴耳末公式只适用于氢原子光谱的分析，且n只能取大于等于3的整数，即λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱．
三、光谱分析
1．光谱分析
(1)光谱分析：每种原子都有自己的特征谱线，因此可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫做光谱分析．
(2)意义：①光谱分析对鉴别化学元素有着重大的意义，许多化学元素，如铯、铷、铊、铟、镓等，都是在实验室里通过光谱分析发现的．
②天文学家将光谱分析应用于恒星，证明了宇宙中物质构成的统一性．
③光谱分析还为深入研究原子世界奠定了基础，近代原子物理学正是从原子光谱的研究中开始的．
特别提醒：光谱分析具有很高的灵敏度，样本中元素含量达到10－10g就可以被检测到．
2．太阳光谱
(1)太阳光谱的特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线．
(2)太阳光谱的产生：太阳中心发出的光中含有各种颜色的光．当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就弱了，这就形成了连续谱背景下的暗线．
(3)研究太阳光谱的意义
通过对太阳光谱中暗线的分析，与已知元素的特征光谱相比较，可以分析太阳大气中含有的化学成分．
特别提醒：原子只会吸收自己特征谱线的光，所以吸收光谱中暗线的频率等于发射光谱中亮线的频率，它们都是原子的特征谱线．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
3.(单选)太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线．产生这些暗线的原因是( )
A．太阳表面大气层中缺少相应的元素
B．太阳内部缺少相应的元素
C．太阳表面大气层中存在着相应的元素
D．太阳内部存在着相应的元素
解析：选C.太阳光谱是吸收光谱，太阳内部射出的光线含有各种颜色的光；当阳光穿过太阳大气层时，大气层中的元素会吸收它自己特征谱线的光，研究太阳光谱可知太阳大气层中有哪些元素．
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原子光谱
(双选)有关原子光谱下列说法正确的是( )
A．原子光谱反映了原子的结构特征
B．氢原子光谱跟其他原子的光谱是相同的
C．太阳光谱是连续的
D．鉴别物质的成分可以采用光谱分析
例1
【思路点拨】 根据光谱分析的原理解决．
【自主解答】 各原子光谱反映了它们各自的特征，所以A正确，B错误．太阳光谱是吸收光谱，它是不连续的，C错误．光谱可以用来鉴别物质的组成，D正确．故正确答案为A、D.
【答案】 AD
变式训练 (单选)关于光谱和光谱分析，下列说法不正确的是( )
A．太阳光谱是连续光谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学元素的组成
B．强白光通过酒精灯火焰上的钠盐，是吸收光谱
C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以利用吸收光谱，但不能用连续光谱
D．煤气灯火焰上的钠盐产生的光谱是线状谱
解析：选A.太阳光谱是吸收光谱，这是由于太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的，A错误．由吸收光谱产生的条件知B正确．光谱分析中只能用线状谱和吸收光谱，所以C正确．煤气灯火焰上的钠盐呈稀薄气体状态，因此也是线状谱．故正确答案为A.
试计算氢原子光谱中莱曼系的最长波和最短波的波长各是多少．
氢原子光谱
例2
【答案】 1.22×10－7 m 9.12×10－8 m
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第1章本章优化总结
专题归纳整合
章末综合检测
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专题归纳整合
动量定理的应用
动量定理通常用于解决个体(或系统)受合力冲量作用后引起的动量变化问题．可用来求时间、合力(或变力的平均作用效果)、质量、瞬时速度，物体的运动可以是单过程，也可以是多个过程．在不涉及加速度问题时优先考虑应用动量定理．应用动量定理时，应分析物体的受力情况和运动情况，根据选定的正方向列出方程求解．
如图1－1所示，质量为m的小球距轻质弹簧的上端为h，小球自由下落一段时间后与弹簧接触，它从接触弹簧开始到弹簧被压缩到最短的过程持续时间为t，求小球从接触弹簧到压缩到最短的过程中弹簧的弹力对小球的冲量．
例1
图1－1
在动量守恒定律的应用中，常常会遇到相互作用的两个物体相距最近、避免相碰和开始反向等临界问题，分析临界问题的关键是寻找临界状态，在与动量相关的临界问题中，临界条件常常表现为两个物体的相对速度关系和相对位移关系，这些特定关系的判断是求解这类问题的切入点．
动量守恒中的临界问题
(2011年高考山东卷)如图1－2所示，甲、乙两船的总质量(包括船、人和货物)分别为10m、12m，两船沿同一直线同一方向运动，速度分别为2v0、v0.为避免两船相撞，乙船上的人将一质量为m的货物沿水平方向抛向甲船，甲船上的人将货物接住，求抛出货物的最小速度．(不计水的阻力)
例2
图1－2
【精讲精析】 设乙船上的人抛出货物的最小速度大小为vmin，抛出货物后船的速度为v1，甲船上的人接到货物后船的速度为v2，由动量守恒定律得
12m×v0＝11m×v1－m×vmin①
10m×2v0－m×vmin＝11m×v2②
为避免两船相撞应满足v1＝v2③
联立①②③式得vmin＝4v0.
【答案】 4v0
对于两个以上的物体组成的物体系，由于物体较多，相互作用的情况也不尽相同，作用过程较为复杂，虽然仍可对初末状态建立动量守恒的关系式，但因未知条件多而无法解，这时往往要根据作用过程中的不同阶段，建立多个动量守恒的方程，或将系统内的物体按作用的关系分成几个小系统，分别建立动量守恒定律方程．解这类问题时应注意：
多体多过程的动量守恒
(1)正确分析作用过程中各物体状态的变化情况，建立运动模型．
(2)分清作用过程的各个阶段和联系各阶段的状态量．
(3)合理选取研究对象，既要符合动量守恒的条件，又要便于解题．
如图1－3所示，在光滑水平面上有木块A和B，mA＝0.5 kg，mB＝0.4 kg，它们的上表面是粗糙的，今有一小铁块C，mC＝0.1 kg，以初速度v0＝10 m/s沿两木块表面滑过，最后停留在B上，此时B、C以共同速度v＝1.5 m/s运动．求：
(1)A运动的速度vA多大？
(2)C刚离开A时的速度vC多大？
例3
图1－3
【答案】 (1)0.5 m/s (2)5.5 m/s
章末综合检测
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第五节 德布罗意波
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第五节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性，掌握波长λ＝的应用．
2．了解“不确定性关系”的具体含义．
重点难点：1.德布罗意波假说．
2．不确定关系．
课前自主学案
实物粒子
物质波
二、电子衍射
1．物质波的实验验证：1927年戴维孙和汤姆生分别利用晶体做了衍射____，得到了电子的________，证明了德布罗意波的假说．
2．实物粒子的波粒二象性：波粒二象性是包括光子在内的一切微观粒子的共同特征，和光子一样，对微观粒子运动状态的最准确的描述是概率波．
实验
衍射图样
思考感悟
宏观物体是否具有波动性？
提示：具有波动性．
三、电子云
当原子处于稳定状态时，电子会形成一个稳定的概率分布，人们常用一些小圆点来表示这种概率分布，概率大的地方小圆点___一些，概率小的地方小圆点___一些，这样的概率分布图称为电子云．
密
疏
本质上
核心要点突破
一、对德布罗意波的理解
1．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故．
2．德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．
3．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．
特别提醒：(1)在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一．
(2)这里所说的粒子性和波动性，既不是宏观观念的波，也不是宏观观念的粒子，光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同物质作用时分别表现出波和粒子的特性．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)下列说法正确的是( )
A．德布罗意波属于机械波
B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有一种波和它对应，后来把这种波叫做德布罗意波
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性
解析：选C.德布罗意波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，只有C选项正确．
二、正确理解不确定关系
在经典物理学中，可以同时用质点的位置和动量精确地描述它的运动．而且如果知道了质点的加速度，还可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量，从而描述它的轨迹．但是，在微观物理学中，不确定关系告诉我们，如果要更准确地确定粒子的位置(即Δx小)，那么动量的测量一定会更不准确(即Δp更大)，也就是说，不可能同时准确地知道单个粒子的位置和动量，因而也就不可能用轨迹来描述这一粒子的运动．但是我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律．一个宏观系统总是包含着大量粒子，因此我们仍然能够对宏观现象进行预言．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)电子的运动受波动性的支配．对氢原子的核外电子，下列说法不正确的是
( )
A．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的
B．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置
C．电子绕核运动时，电子边运动边振动
D．电子在核外的位置是不确定的
解析：选C.微观粒子的运动是不确定的，电子轨道只是电子出现概率比较大的位置，轨道其实没有实际意义，所以选项A、B、D正确．电子在空间出现的概率受波动规律支配，并不是像机械波那样，所以选项C错误．
课堂互动讲练
物质波的理解
(双选)关于物质波，下列认识错误的是( )
A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
D．宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象
例1
【精讲精析】 根据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项是正确的；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象，并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D错误．综合以上分析知，本题应选B、D.
【答案】 BD
【方法总结】 (1)物质波理论上是说任何一个运动的物体(如实物粒子等)都具有波动性，即其行为服从波动规律．
(2)物质波理论告诉我们，任何微观粒子都既具有粒子性又具有波动性，即与光一样，也具有波粒二象性．波粒二象性是光子、电子、质子等微观粒子都具有的基本属性．
电子经电势差为U＝200 V的电场加速，以v c的情况下，求此电子的德布罗意波长．
【思路点拨】 解此类题时关键要抓住能量守恒定律和德布罗意波长的计算公式，运用这两个知识点，即可解决．
德布罗意波波长的计算
例2
【答案】 8.63×10－2 nm
变式训练 利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则加速后电子的德布罗意波长为λ＝________，若电子质量m＝9.1×10－31 kg，加速电压U＝300 V，则电子束________(能或不能)发生明显衍射现象．
在单缝衍射实验中，若单缝宽度是1.0×10－9 m，那么光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是多少？
不确定关系的应用
例3
【答案】 Δp≥0.53×10－25 kg·m/s
知能优化训练
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第一节 敲开原子的大门
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第一节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.明确电子是怎样发现的．
2．知道电子的发现对人类探索原子结构的重大意义．
3．了解汤姆生发现电子的研究方法．
重点难点：1.阴极射线的探索．
2．电子的发现．
课前自主学案
一、探索阴极射线
1．1858年，德国科学家普吕克尔在一个被抽成真空的玻璃管两端加上______，阴极会发出一种射线，使正对阴极的玻璃管壁上出现________，这种射线被称为________．
2．汤姆生设计了__________来测定阴极射线的电荷，阴极射线在磁场或电场中的偏转实验，表明阴极射线是由带___电的微粒组成的粒子流．汤姆生计算出的荷质比大约比当时已知的质量最小的氢离子的荷质比大2000倍．
高电压
绿色荧光
阴极射线
阴极射线管
负
二、电子的发现
1．汤姆生发现对于不同的放电气体，或者用不同的金属作电极，测得的______相同．随后又发现在________和________等现象中，可从不同物体中逸出这种带电粒子，这表明它是构成各种物体的共同成分．随后，汤姆生直接测量出粒子的电荷，该粒子的电荷与氢离子的____大小基本相同，质量比任何一种分子和原子的质量都小的多，至此，汤姆生完全确认了电子的存在．
荷质比
气体电离
光电效应
电荷
2．美国科学家______精确地测定了电子的电量：
e＝_______________，根据荷质比，可以精确地计算出电子的质量为：m＝________________.
3．电子发现的意义：电子的发现打破了传统的“__________”的观念，使人类对自然界的认识又向前迈进了一步．
密立根
1.6022×10－19C
9.1094×10－31kg
原子不可分
思考感悟
为什么说电子的发现打破了“原子不可分割”这一观点？
提示：英国科学家道尔顿建立了科学的原子理论，此后“原子是不可分割的实物粒子”这一观点牢牢占据统治地位.1897年，汤姆生用实验证实了存在比原子更小的微粒——电子，从此改变了这一观点．
核心要点突破
一、阴极射线
1858年德国人普吕克尔在研究气体放电时，注意到放电管正对阳极的管壁上发出了荧光，证明是因为有一种射线从阴极发出打在管壁上所致，因此就把这一射线叫阴极射线．
在汤姆生的后续研究中，证实这种射线是由原子受激发出的，从而证明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，电子的发现对人类认识原子结构具有重大的意义，进一步推动了人类对微观领域的研究．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)下面对阴极射线的认识正确的是( )
A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的
B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C．阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波
D．阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
解析：选D.阴极射线是由阴极直接发出的，A错误；只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，B错误，D正确；阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是更小的粒子，C错误．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是______．若在如图3－1－1所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将________(填“向上”“向下”“向里”或“向外”)偏转．
图3－1－1
解析：由电子的发现过程可知，阴极射线本质是高速运动的电子流．当电子在磁场中偏转时，由左手定则可知电子会受到向下的磁场力，故向下偏转．
答案：电子 向下
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电子比荷的测定
一种测定电子比荷的实验装置如图3－1－2所示．真空玻璃管内，阴极K发出的电子经阳极A与阴极K之间的高电压加速后，形成细细的一束电子流，以平行于平板电容器极板的方向进入两极板C、D间的区域．
图3－1－2
例1
若两极板C、D间无电压，电子将打在荧光屏上的O点；若在两极板间施加电压U，则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的P点；若再在极板间施加一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，则电子在屏光屏上产生的光点又回到O.已知极板的长度l＝5.00 cm，C、D间的距离d＝1.50 cm，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为L＝12.50 cm，U＝200 V，B＝6.3×10－4T，P点到O点的距离y＝3.0 cm.试求电子的比荷．
【思路点拨】 (1)粒子在正交的电磁场中做匀速直线运动时，洛伦兹力与电场力平衡．
(2)粒子在电场中偏转时，在平行极板方向做匀速直线运动，垂直极板方向做初速度为零的匀加速直线运动．
(3)粒子射出电场时，其速度方向的反向延长线与粒子初速度方向交于电场的中点．
【答案】 1.6125×1011 C/kg.
变式训练 1897年，物理学家汤姆生正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆生的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．
在实验中，汤姆生采用了如图3－1－3所示的阴极射线管，从电子枪C发出的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在D、E间加上方向向下、场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题：
图3－1－3
(1)在图中画出磁场B的方向；
(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．
美国科学家密立根通过油滴实验首次测得电子的电量．油滴实验的原理如图3－1－4所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连，上、下板分别带正、负电荷．油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况，两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力作用．
密立根油滴实验测电量
例2
图3－1－4
(1)调节两金属板间的电势差U，当U＝U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速直线运动，求该油滴所带的电荷量；
(2)若油滴进入电场时的初速度可以忽略，当两金属板间的电势差U＝U1时，观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速直线运动，经过时间t运动到下极板，求此油滴所带的电荷量．
【方法总结】 (1)带电油滴在电场中做匀速直线运动时，处于平衡状态，受到的合力为零，可以列力的平衡方程．
(2)通过改变两金属板间的电压，可改变油滴所受库仑力，从而改变油滴的运动情况．
知能优化训练
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第四节 反冲运动
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第四节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道反冲运动的含义和反冲运动在技术上的应用．
2．知道火箭的飞行原理；了解我国在火箭技术上的巨大成就和伟大贡献．
3．能应用动量守恒定律解释反冲现象并能计算有关问题．
重点难点：1.反冲运动．
2．应用反冲原理处理火箭问题．
课前自主学案
一、反冲运动
1．反冲：当一个物体向某一方向射出(或抛出)它的一部分时，这个物体的剩余部分向____方向运动的现象．
相反
2．原理：反冲运动的原理是_____________．当系统所受的外力的矢量和为零或外力远小于内力时，系统的总动量守恒．这时，如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统的剩余部分就会在这一方向的相反方向上获得同样大小的动量．
表达公式：__________________.
动量守恒定律
0＝m1v1′＋m2v2′
思考感悟
划船时，船桨向后划水，水对桨有向前的推力，是不是也应用了反冲？
提示：反冲是物体在内力作用分裂为两部分，它们的运动方向相反．划船时，水不是船的一部分，运动方向也不一定相反，不是反冲.
二、火箭
1．火箭是_____________最重要的应用之一．中国是火箭的故乡．
2．火箭的工作原理
当火箭推进剂燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，火箭获得大小相等、方向相反的动量，因而发生连续的反冲现象．
动量守恒定律
3．火箭的最终速度
火箭燃料燃尽时火箭获得的________由喷气速度和火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量____两个因素决定．
最终速度
之比
核心要点突破
一、反冲运动的理解
1．反冲是静止或运动的物体通过分离出部分物质，而使自身在反方向获得速度的现象，实际上是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果．
2．反冲运动的过程中，如果没有外力作用或外力远小于物体间的相互作用力，可利用动量守恒定律来处理．
3．反冲运动中由于有其他形式的能转化为动能，于是系统的总动能增加，反冲运动是作用力与反作用力都做正功的典型事例．
4．研究反冲运动的目的是找到反冲速度的规律，求反冲速度的关键是确定相互作用的对象和各物体对地的运动状态．
特别提醒：(1)剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说，两者运动方向必然相反，做数值计算时，注意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的另一部分的速度应取负值，列表达式时，也可以把负号包含在相关字母中．
(2)反冲运动中存在相互作用的物体间发生相对运动，已知条件中告知的常常是物体的相对速度，在应用动量守恒定律时，应将相对速度转换为绝对速度(一般为对地速度)．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是( )
A．燃料燃烧推动空气，空气反作用推动火箭
B．火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后喷出，气体的反作用力推动火箭
C．火箭吸入空气，然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭
D．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭
解析：选B.火箭工作的原理是反冲运动，是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾部喷管迅速喷出时，使火箭获得反冲速度．故B项正确．
二、爆炸问题
1．物体发生爆炸时，物体间的相互作用突然发生，相互作用力为变力，作用时间很短，作用力很大，且远大于系统受的外力，故可用动量守恒定律来处理．
2．在爆炸过程中，因有其他形式的能转化为动能，所以系统的动能会增加．
3．由于爆炸类问题作用时间很短，作用过程中物体的位移很小，一般可忽略不计，可以把作用过程作为一个理想化的过程(简化)处理，即作用后还从作用前瞬间的位置以新的动量开始运动．
特别提醒：对于爆炸类问题，由于相互作用力是变力，用牛顿运动定律求解非常复杂，甚至根本就无法求解，但用动量守恒定律求解时，只需要考虑过程的始末状态，而不需要考虑过程的具体细节，这正是用动量守恒定律求解问题的优点．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)设斜上抛物体在通过轨迹的最高位置时，突然炸裂成质量不等的两块，已知其中一块沿原水平方向做平抛运动，则另一块的运动不可能是( )
A．反方向平抛运动
B．斜上抛运动
C．自由落体运动
D．原方向平抛运动
解析：选B.斜上抛物体在最高点时的动量方向水平，爆炸后，合动量的方向也应是水平方向，故选B.
课堂互动讲练
反冲运动
平板车停在水平光滑的轨道上，平板车上有一人从固定在车上的货厢边沿水平方向顺着轨道方向跳出，落在平板车地板上的A点，距货厢水平距离为l＝4 m，如图1－4－1所示．人的质量为m，车连同货厢的质量为M＝4m，货厢高度为h＝1.25 m，求：
例1
图1－4－1
(1)车在人跳出后到落到地板期间的反冲速度？
(2)人落在平板车地板上并站定以后，车还运动吗？车在地面上移动的位移是多少？
【思路点拨】 人从货厢上跳出的过程中，人与货厢及车组成的系统水平方向动量守恒．人落到车上的过程中，系统水平方向动量仍守恒．人在空中运动过程中做平抛运动，而车做匀速直线运动．
人落到车上A点的过程，系统水平方向的动量守恒(水平方向系统没有受外力，而竖直方向支持力大于重力，合力不为零)，人落到车上前的水平速度仍为v1，车的速度为v2，落到车上后设它们的共同速度为v，根据水平方向动量守恒得：mv1－Mv2＝(M＋m)v，可得v＝0.
故人落到车上A点站定后车的速度为零．
【答案】 (1)1.6 m/s (2)不运动 0.8 m
图1－4－3
一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1000 m/s(相对地面)，设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次．
(1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？
(2)运动第1 s末，火箭的速度多大？
反冲运动中变质量问题的处理方法
例2
【答案】 (1)2 m/s (2)13.5 m/s
【方法总结】 由于每次喷出气体的速度是相对地面的且恒定，因此，多次喷出与一次喷出(其质量为多次的总和)是等效的，这样处理使解题过程得到了简化，方法二就是这样处理的，另外，火箭喷第几次气体过程中，不要写成Mvn＝nmv，因为喷气过程中火箭的质量要减少．
如图1－4－4所示，长为l、质量为M的小船停在静水中，一个质量为m的人站立在船头．若不计水的阻力，在人从船头走到船尾的过程中，船和人的对地位移各是多少？
人船模型
例3
图1－4－4
图1－4－5
【方法总结】 “人船模型”中开始系统静止，任一时刻系统的水平总动量始终为零，人停下，船也静止．解题时应画出各物体的始末位置关系草图，找出水平位移的关系．也可将这一模型推广到其他类似问题．
知能优化训练
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第二节 动量 动量守恒定律
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第二节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.理解冲量的概念，知道冲量是矢量．
2．理解动量的概念，知道动量是矢量．
3．知道动量的改变量是矢量，会正确计算一维动量的改变量．
4．理解动量定理的确切含义，会用动量定理解释现象、解决问题．
5．理解动量守恒定律的确切含义和表达式，知道定律的适用条件，并能区分内力、外力．
重点难点：1.动量、冲量和动量变化的概念．
2．动量定理、动量守恒定律的应用．
3．应用动量定理解释现象．
4．理解动量守恒定律的条件和内容．
课前自主学案
一、动量及其改变
1．冲量
(1)定义：物体受到的___与_____________的乘积，叫做力的冲量．
(2)公式：I＝___.
(3)单位：冲量的单位是________，符号是___.
(4)矢量性：冲量是矢量，方向不变的力的冲量方向与力的方向相同．
力
力的作用时间
Ft
牛顿·秒
N·s
2．动量
(1)定义：运动物体的____和____的乘积．
(2)公式：p＝____.
(3)单位：动量的单位是___________，符号是_____.
(4)矢量性：动量是矢量，它的方向与____的方向相同．
质量
速度
mv
千克米每秒
kg·m/s
速度
3．动量定理
(1)内容：物体所受___________等于物体动量的改变量．
(2)公式：________________.
合力的冲量
F·Δt＝mv′－mv
思考感悟
用一条细线悬挂着一个重物，把重物拿到悬挂点附近，然后释放，重物可以把细线拉断．如果在细线上端拴一段橡皮筋，再把重物拿到悬挂点附近释放，细线就不会被拉断了．想想这是什么道理？
图1－2－1
提示：拴上橡皮筋后，延长了力的作用时间，由动量定理可知，细线上的张力减小，细线就不会被拉断了．
二、碰撞中的动量守恒定律
1．系统 内力和外力
(1)系统：两个(或多个) _________的物体称为系统．
(2)内力：系统内各物体间的相互作用力叫做内力．
(3)外力：系统外部的其他物体对系统的作用力叫做外力．
相互作用
2．探究碰撞中的动量守恒
(1)器材
气垫导轨，___________，两辆质量相同的小车，弹簧，细线，砝码，双面胶．
(2)实验步骤
①调整导轨使之处于________，并使光电计时器系统正常工作．
②导轨上一小车静止，用另一小车与其碰撞，观察两小车的速度变化．
光电计时器
水平状态
③如图1－2－2所示，将两小车用压缩的弹簧连接在一起，烧断细线，观察两小车的运动速度．
图1－2－2
④在一小车上贴上双面胶，用另一小车碰撞它，使两小车随后粘在一起运动，观察小车碰撞前、后速度的变化．
⑤改变其中某一小车的质量，重复以上步骤．
(3)实验结论：物体在碰撞时，如果系统所受到的合外力为零，则系统的总动量保持不变．
3．动量守恒定律
(1)内容：如果系统所受到的__________，则系统的总动量保持不变．
(2)成立条件：系统所受到的合外力为___．
(3)表达式：___________________________.
合外力为零
零
m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′
核心要点突破
一、对冲量的理解
1．冲量是过程量，它是力在一段时间内的积累，它取决于力和时间这两个因素．所以求冲量时一定要明确所求的是哪一个力在哪一段时间内的冲量．
2．根据冲量的定义式I＝F·t只能直接求恒力的冲量，对于变力的冲量，无论是力的大小还是力的方向发生变化，都不能直接应用此公式计算．譬如，求向心力的冲量时，就不能用向心力直接乘以作用的时间来求，因为向心力的方向时刻在变，此种情况虽然不能直接由冲量的定义式求得冲量，但可以根据动量定理，由物体动量的变化间接求得物体所受外力的冲量．
3．冲量是矢量，当力的方向不变时，冲量的方向跟力的方向相同，当力的方向变化时，冲量的方向一般要根据动量定理来判断，即冲量的方向跟动量变化的方向相同．
4．计算力的冲量时，一定要搞清楚让求的是合力的还是某一个力的冲量，然后再计算．
二、对动量的理解
1．动量的认识
(1)动量是状态量，具有瞬时性，p＝mv中的速度v是瞬时速度．
(2)动量的相对性，因物体的速度与参考系的选取有关，故物体动量值也与参考系选取有关(中学阶段一般选地面为参考系)．
2．动量、速度与动能的区别与联系
(1)动量与速度的区别与联系
①联系：动量和速度都是描述物体运动状态的物理量，都是矢量，动量的方向与速度方向相同，p＝mv.
②区别：速度描述物体运动的快慢和方向；动量描述物体运动方面更进一步，更能体现运动物体的作用效果．
(2)动量与动能的区别与联系
特别提醒：动能是标量，动能变化是其大小变化，故动量必定变化．但若动量变化，可能是其方向变化而大小不变，故动能不一定变化．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)关于物体的动量，下列说法中正确的是( )
A．物体的动量越大，其惯性越大
B．物体的动量越大，其速度越大
C．物体的动量越大，其动能越大
D．物体的动量发生变化，其动能可能不变
解析：选D.动量取决于质量和速度两个因素，动量是矢量，其方向与速度方向相同，动量变化时，可能是大小变化，也可能是方向变化．
三、动量定理的理解
1．动量定理描述的是一个过程，它表明物体所受合外力的冲量是物体动量变化的原因，物体动量的变化是它受到的外力作用经过一段时间积累的结果．
2．公式Ft＝Δp＝mvt－mv0中，Δp指的是动量的变化，不能理解为动量，它的方向与动量的方向可以相同，也可以相反，甚至可以和动量方向成任意角度，但Δp的方向一定跟合外力冲量I合的方向相同．
3．动量定理Ft＝mvt－mv0是一个矢量式，运算应遵循平行四边形定则．若公式中各量均在一条直线上，可规定某一方向为正，根据题设给出各量的方向研究它们的正负，从而把矢量运算简化为代数运算．
4.动量定理公式中mvt－mv0是研究对象的动量的改变量，公式中的“－”号是运算符号，与正方向的选取无关．
5．动量定理说明合外力的冲量与研究对象的动量增量的数值相同，方向一致，单位等效，但不能认为合外力的冲量就是动量的增量．
6．动量定理既适用于恒力，也适用于变力，对于变力的情况，动量定理中的F应理解为变力在作用时间内的平均值．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)从同一高度落下的玻璃杯掉在水泥地上易碎，而掉在地毯上就不易碎，这是因为玻璃杯掉在水泥地上时( )
A．受到的冲量大
B．受到地面的作用力大
C．动量的变化量大
D．动量大
四、动量守恒定律的理解
1．研究对象：相互作用的物体组成的系统．
2．正确理解“总动量保持不变”，不仅指系统的初、末两个时刻的总动量相等，而且指系统在整个过程中任意两个时刻的总动量相等．
3．动量守恒定律的不同表达式及含义
(1)p＝p′(系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p′)．
(2)Δp＝0(系统总动量的增量为0)．
(3)Δp1＝－Δp2(两个物体组成的系统中，各自动量的增量大小相等、方向相反)．
(4)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′(两个物体组成的系统中，相互作用前的总动量等于相互作用后两个物体的总动量)．
4．动量守恒定律的“五性”
(1)矢量性：定律的表达式是一个矢量式，其矢量性表现在：①该式说明系统的总动量在相互作用前后不仅大小相等，方向也相同．②在求初、末状态的总动量 p＝p1＋p2＋…和 p′＝p1′＋p2′＋…时，要按矢量运算法则计算．如果各物体动量的方向在同一直线上，要选取一正方向，将矢量运算转化为代数运算．
(2)相对性：动量守恒定律中，系统中各物体在相互作用前后的动量，必须相对于同一惯性系，各物体的速度通常均为对地的速度．
(3)条件性：动量守恒定律是有条件的，应用时一定要首先判断系统是否满足守恒条件．
5．动量是否守恒的判断
要判断一个具体的物理过程中动量是否守恒，首先要对这一系统进行受力分析，再根据受力情况进行判断，下列情况动量守恒定律成立．
(1)物体不受外力作用．
(2)物体受外力作用，但合外力为零．
(3)物体受外力作用，合外力也不为零，但合外力远远小于物体间的相互作用力(即系统内力远大于外力)．
(4)物体受外力作用，合外力也不为零，但在某一方向上合力为零，则物体在这一方向上动量守恒．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
3．(双选)木块a和b用一根轻弹簧连接起来，放在光滑水平面上，a紧靠在墙壁上，在b上施加向左的水平力使弹簧压缩，如图1－2－3所示，当撤去外力后，下列说法中正确的是( )
图1－2－3
A．a尚未离开墙壁前，a和b系统的动量守恒
B．a尚未离开墙壁前，a和b系统的动量不守恒
C．a离开墙后，a、b系统动量守恒
D．a离开墙后，a、b系统动量不守恒
解析：选BC.撤去外力后，a尚未离开墙壁前，弹簧对a有弹力，因此墙壁必然对a有压力，则a和b的系统所受合外力不为零，动量不守恒，B项正确；a离开墙后，a和b组成的系统所受外力只有竖直方向的重力和支持力，且这两个力的合力为零，因此a、b系统动量守恒，C项正确．
课堂互动讲练
动量定理的理解与应用
赵冲喜欢做“蹦极”运动，用原长15 m的橡皮绳拴住身体从高空跃下，若赵冲质量为50 kg，从50 m高处由静止下落，到运动到最低点所用时间为4 s，则橡皮绳对人的平均作用力约为________(取g＝10 m/s2)．
例1
【答案】 870 N
【方法总结】 应用动量定理解题的方法步骤：
(1)确定研究对象和研究的物理过程．
(2)受力分析求出合外力的冲量．
(3)列出动量定理方程求解．
为了“探究碰撞中的动量守恒”，可以在气垫导轨上进行实验，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高．在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用闪光照相每隔0.4 s的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略．
探究碰撞中的动量守恒
例2
如图1－2－4所示，已知A、B之间的质量关系是mB＝1.5mA，拍摄共进行了4次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后，A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10 cm和105 cm这段范围内运动，(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照相求出：
图1－2－4
(1)A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少？
(2)根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后两个物体的质量与速度乘积之和是不是不变量？
【精讲精析】 通过闪光照片的刻度60 cm～80 cm算出滑块B碰撞后的速度，根据刻度45 cm～75 cm算出滑块A碰撞后的速度．再根据碰撞后到第二次拍摄照片滑块A的位移和速度，求出碰撞后到第二次拍摄照片所用的时间，即可求出第一次拍摄照片到碰撞时经历的时间，这样就可以求出碰撞前滑块B的速度，最后算出A、B各自的速度和各自的质量的乘积，比较碰撞前后质量与速度乘积的总和．
(2)碰撞前：mAvA＋mBvB＝1.5 m/s·mA，碰撞后：mAvA′＋mBvB′＝0.75 m/s·mA＋0.50 m/s·1.5mA＝1.5 m/s·mA，即碰撞前后两个滑块各自的质量与各自的速度的乘积之和是不变量．
【答案】 (1)A滑块：0、0.75 m/s；B滑块：1 m/s、0.50 m/s.(2)是不变量
动量守恒的条件
图1－2－5
例3
A．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B组成的系统动量守恒
B．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B、C组成的系统动量守恒
C．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B组成的系统动量守恒
D．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B、C组成的系统动量守恒
【精讲精析】 如果A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，弹簧释放后A、B分别相对小车向左、向右滑动，它们所受的滑动摩擦力fA向右，fB向左，由于mA∶mB＝3∶2，所以fA∶fB＝3∶2，则A、B组成系统所受的外力之和不为零，故其动量不守恒，A选项错．对A、B、C组成的系统，A、B与C间的摩擦力为内力，该系统所受的外力为竖直方向的重力和支持力，它们的合力为零，故该系统的动量守恒，B、D选项均正确．若A、B所受摩擦力大小相等，则A、B组成的系统所受外力之和为零，故其动量守恒，C选项正确．
【答案】 A
【方法总结】 分析动量守恒：既要着眼于系统，又要注意研究的过程，同一系统不同过程中情况不同，同一过程不同系统情况也可能不同，分析时要注意研究对象的选取．
如图1－2－6所示，将两条完全相同的磁铁分别固定在质量相等的小车上，水平面光滑，开始时甲车速度大小为3 m/s，乙车速度大小为2 m/s，方向相反并在同一直线上．
动量守恒定律的应用
例4
图1－2－6
(1)当乙车速度为零时，甲车的速度多大？方向如何？
(2)由于磁铁磁性极强，故两车不会相碰，那么两车的距离最短时，乙车的速度是多大？
【思路点拨】 应用动量守恒定律解题时，首先应判断系统是否满足守恒的条件．其次要注意动量守恒定律的表达式是矢量式，解题时先规定正方向，与正方向相同的动量代入正值，与正方向相反的动量代入负值．
【答案】 (1)1 m/s，方向水平向右
(2)0.5 m/s，方向水平向右
变式训练 如图1－2－7所示，光滑水平面上放着两个物体A和B，质量分别为MA和MB，B与轻弹簧相连并处于静止状态，A以v0向右运动，求弹簧最短时，A、B的共同速度．
图1－2－7
知能优化训练
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第3章本章优化总结
专题归纳整合
章末综合检测
本章优化总结
知识网络构建
知识网络构建
专题归纳整合
卢瑟福核式结构模型是在α粒子散射实验的基础上提出的，首先要知道散射实验装置、实验的现象、实验的结果，其次要明确核式结构的内容，理解核式结构对α粒子散射实验的解释．
卢瑟福核式结构模型
例1
(双选)卢瑟福的α粒子散射实验说明了下列哪种情况( )
A．原子内的正电荷全部集中在原子核里
B．原子内的正电荷均匀分布在它的全部体积上
C．原子内的正负电荷是一对一整齐排列的
D．原子的几乎全部质量都集中在原子核里
例1
【精讲精析】 根据卢瑟福核式结构模型的内容分析可知，选项B、C错误，选项A、D正确．
【答案】 AD
玻尔的原子结构模型——氢原子的能级、跃迁
2．分析原子跃迁时注意以下几个问题
(1)一群原子和一个原子．
(2)跃迁与电离．
(3)间接跃迁与直接跃迁．
(4)入射光子与入射电子．
有一群氢原子处于量子数n＝4的激发态中，能发出几条光谱线？其中最高频率、最低频率各为多少？
若有一个氢原子处于量子数n＝4的激发态时，最多能发出几种频率的光子？
图3－1
例2
最低频率的光子满足hν2＝－0.85 eV－(1.51 eV)＝0.66 eV＝1.056×10－19 J，ν2＝1.6×1014 Hz.
任意一群氢原子和一个氢原子跃迁的差别，前者各种跃迁途径均会产生，后者只能以某一种途径进行跃迁．
一个氢原子向较低能级跃迁最多有三种频率的光子，因为它从n＝4的能级跃迁至n＝3时就一定不存在由n＝4的能级直接跃迁至n＝1的能级的可能．
【答案】 6种 3.1×1015 Hz 1.6×1014 Hz 3种
一个容器中有2 g氢气，假设所有氢原子均处于第5能级，在向低能级跃迁时，求：
(1)一共能辐射几种光子？
(2)若阿伏加德罗常数用NA表示，当所有氢原子都跃迁到基态时，辐射的光子总数为多少？(同等情况下，各种跃迁方式的概率都相同)
例3
图3－2
章末综合检测
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第二节 光 子
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第二节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道普朗克提出的能量量子的假说．
2．理解爱因斯坦的光子说及光电效应的解释，了解光电效应方程，并会用来解决简单问题．
重点难点：光电效应方程和光子说对光电效应的解释．
课前自主学案
一、能量量子假说
1．能量量子假说：物体热辐射所发出的______的能量是不连续的，只能是hν的整数倍，hν称为一个________，其中ν是辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量．实验测得h＝________________.
2．意义：由这个假说出发，可以解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象．
3．量子化：微观世界里，物理量的取值很多时候是不连续的，只能取一些____的值，这种物理量________的现象称为量子化现象．
电磁波
能量量子
6.63×10－34 J·s
分立
分立取值
二、光子假说
光的能量不是连续的，而是________的，每一份叫做一个____. 光子的能量ε与频率ν成正比，即ε＝___，式中h为普朗克常量．
哪位科学家首先提出了能量量子化假说？哪思考感悟
位科学家提出了光子假说？
提示：普朗克 爱因斯坦
一份一份
光子
hν
三、光电效应方程
1．逸出功
由于离子的束缚，金属内部的电子只有吸收一定的能量，才能从金属内部逸出成为______．也就是说，必须对内部电子做功，电子才能脱离离子的束缚而逸出表面，这个功称为金属的逸出功，用符号W0表示．
光电子
能量守恒
最大初动能
核心要点突破
一、光电效应方程的理解
1．逸出功
使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功，用W0表示．不同金属的逸出功不同．
2．光电效应方程
(1)表达式：Ekm＝hν－W0.
(2)理解：在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子的能量hν，这些能量中的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ekm.
(3)最大初动能
发生光电效应时，电子克服金属原子核的引力逸出时，具有的动能大小不同，金属表面上的电子吸收光子后直接逸出时具有的动能最大，称为最大初动能，用Ekm表示．即逸出的电子动能在0～Ekm之间．
图2－2－1
(2)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的．
(3)光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成正比．
特别提醒：光子是指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，是微观领域中的一种粒子；而光电子是金属表面受到光照发射出来的电子，因此其本质就是电子．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)频率为ν的光照射某种金属材料，产生光电子的最大初动能为Ek，若以频率为2ν的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是( )
A．2Ek B．Ek＋hν
C．Ek－hν D．Ek＋2hν
解析：选B.根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知，当入射光的频率为ν时，可计算出该金属的逸出功W0＝hν－Ek.当入射光的频率为2ν时，光电子的最大初动能为Ek′＝2hν－W0＝Ek＋hν，所以选B.
二、各物理量的决定关系
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列选项中正确的是( )
A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变
B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增大
C．若改用紫光照射，则逸出的光电子最大初动能增大
D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目增加
解析：选C.在光电效应中，入射光的频率决定能否发生光电效应，在能产生光电效应时，入射光的强度影响单位时间内逸出的光电子数目，入射光的频率影响逸出光电子的初动能的大小．选项C正确．
课堂互动讲练
逸出功
(单选)下表列出了一些金属材料的逸出功.
例1
材料 铯 钙 镁 铍 钛
逸出功(×10－19 J) 3.0 4.3 5.9 6.2 6.6
现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)( )
A．2种 B．3种
C．4种 D．5种
【答案】 A
【方法总结】 知道入射光的频率高于金属的极限频率便有光电子发出，即入射光子的能量hν大于逸出功W0，不需要计算入射光的频率及金属的极限频率．
已知金属铯的逸出功为1.9 eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大初动能为1.0 eV，入射光的波长应为________ m.
【思路点拨】 由光电效应方程可求入射光的频率，进而可求入射光的波长．
光电效应方程的理解及应用
例2
【答案】 4.3×10－7
变式训练 (单选)(2011年高考福建卷)爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图2－2－2所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是( )
图2－2－2
A．逸出功与ν有关
B．Ekm与入射光强度成正比
C．当ν<ν0时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
解析：选D.逸出功由金属材料本身决定，A错；由Ekm＝hν－W0可知B错D对；由图象可知，当ν>ν0时会逸出光电子，C错．
知能优化训练
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第2章本章优化总结
专题归纳整合
章末综合检测
本章优化总结
知识网络构建
知识网络构建
专题归纳整合
光电效应和光子说
3．光子被吸收的情况
光电效应中，光子与金属中的电子作用，光子整个被吸收，且电子一般一次只能吸收一个光子；康普顿效应中，光子与晶体中的自由电子发生碰撞，电子只能吸收光子的部分能量．
(双选)1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中成功的解释了光电效应现象，关于光电效应，下列说法正确的是( )
例1
A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射金属可能发生光电效应
【精讲精析】 根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A、D正确．根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错，根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错．
【答案】 AD
根据爱因斯坦的光子说，光源的功率和光的强度，是两个不同的概念．
1．光源的功率(P)——光源每单位时间内辐射光子的能量，即P＝Nhν.
式中N表示光源单位时间内辐射的光子数．
光源功率与光强度的区别与联系
2．光的强度(I)——在单位时间内垂直通过单位面积的光子的总能量，即I＝N0hν.
式中N0表示单位时间垂直通过单位面积的光子数．
在入射光频率不变的情况下，光强正比于单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数，但若换用不同频率的光照时，即使光强相同，单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数也不同．
氦氖激光器发射波长为632.8 nm的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18 mW，则每秒钟发射多少个光子？
例2
【答案】 3.14×10－19 J 5.73×101
1．微观粒子的波动性和粒子性不能理解为宏观概念中的波和粒子．波动性和粒子性是微观粒子的两种固有属性，任何情况下二者都同时存在．
波粒二象性
(单选)下列关于光的波粒二象性的说法中正确的是( )
A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B．由光电效应现象可知光子与电子是同样一种粒子；从双缝干涉实验结构看出，光波与机械波是同样一种波
C．在一束光中，光子间的相互作用使光表现出波的性质
D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性
例3
【精讲精析】 不能将微观粒子的波动性和粒子性看成两个相互排斥的性质，也不能将它们等同于宏观概念中的波和粒子，波粒二象性是微观粒子的固有性质，不是粒子间相互作用的结果．
【答案】 D
章末综合检测
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