近代物理知識復習導航

陶漢斌

[摘 要] 近代物理知識雖不是高考物理的主干知識，但也是高考不可忽略的內容，尤其這些知識中蘊藏的科學研究方法和科學精神，能夠很好地熏陶中學生的精神境界，提高他們的科學素養。知識的核心內容是光電效應、量子理論、原子以及原子核，這些知識可總結為一個物理實驗、二種原子模型和三類核反應，簡稱一、 二、三。

[關鍵詞] 科學方法 科學精神 光電效應 量子理論 原子 原子核

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674 6058（2016）11 0062

考綱對此專題內容的能力要求相對較低，大多直接考查對知識的記憶和理解，但考查內容廣泛。從近五年的高考試題來看，本專題所考查的內容主要集中在光電效應、量子理論、玻爾理論、原子核的衰變、核反應方程，所以在復習時要特別注意這幾個重點知識。

近代物理知識由于點多面廣，考題難度不是很大，屬必得部分，因而要求復習過程要掃清盲點，不留死角，還應學會與近代物理發展趨勢聯系，拓展視野。在應試策略上，此專題常以選擇題和簡單的計算題出現，主要考查學生辨別是非的能力和理解能力，所以在復習中，應突出對每個概念、規律、現象的理解，弄清它們的來龍去脈。只有這樣，才能記憶深刻，才能辨明是非，才能正確表達出來。本文就以一個物理實驗、二種原子模型和三類核反應為主線，分析這部分內容的復習。

一、一個物理實驗——光電效應

光電效應就是用光子去轟擊金屬，從金屬表面打出電子，打出的電子叫做光電子。學生在理解光電效應的規律時，關鍵是要掌握兩條主線與兩個圖線，充分理解光子的個體行為與光子的群體行為。

1.兩條主線

（1）光的頻率線——單個光子的個體行為

光子的頻率不僅決定能否發生光電效應，還決定了從金屬表面打出的電子的最大初動能。當光子的頻率γ大于或等于該金屬的極限頻率γ0時，就能產生光電效應。

當然，我們也可以從能量的觀點分析光電效應現象。光子的能量是一份一份的，每一份的能量為E=hγ。當光子的能量大于或等于該金屬的逸出功時，即E=hγ≥W=hγ0，就能發生光電效應，而從金屬表面打出的電子的最大初動能為EK=Hγ-W。所有這些情況的分析皆是單個光子的個體行為。

（2）光的強度線——大量光子的整體行為

光強是單位時間內通過垂直于光的傳播方向上單位面積的能量，公式為I=nhγ，其中n為單位時間內通過垂直于光的傳播方向上單位面積的光子數。

當發生光電效應時，光強增大，照射到金屬上的單位時間內的光子數增多，單位時間內逸出的光電子數增加。如果用N表示單位時間內入射到金屬上的光子數，用N′表示單位時間內逸出金屬的光電子數，則必有N′正比N，也就是說單位時間內從金屬上逸出的光電子數與光的強度成正比。光電子從金屬表面射出后形成光電流，飽和光電流為I0=N′e。因此，電路中形成的飽和光電流也與入射光的強度成正比。以上討論中的情況由光的強度決定，它是由單位時間內能引起光電效應的光子數決定的群體效應。

2.兩個圖像

為了描寫光電效應及其規律，我們注重了兩條主線，即光的頻率線與光的強度線，同樣的道理我們將這兩條主線也可以用與此對應的兩個圖像進行直觀描述。

（1）光電子的最大初動能隨光的頻率變化而變化的圖像

根據EK=hγ-W=hγ-hγ0，可以畫出如圖1所示的圖像。由圖像可知：

①當EK=0時，γ=γ0，即圖像中橫坐標的截距，在數值上等于金屬的極限頻率，即γ≥γ0時能發生光電效應，否則不能。

②EK～γ圖像的形狀是一條直線，直線的斜率在數值上等于普朗克常數。顯然，對于不同的金屬所發生的光電效應，其光電子的最大初動能是隨光的頻率變化而變化的，在同一EK～γ中皆為相互平行的平行線，因此，若知道極限頻率，我們可以根據圖像直接求出對應的光頻率的最大初動能。

③假設的延長線與EK軸的截距為W，則有W=hγ0，即圖1中縱坐標軸的截距在數值上等于這種金屬的逸出功。

（2）光電流隨外電壓變化而變化的規律

點評： 我們要節約能源，堅持低碳生活的理念。太陽能是天然的能源，其本質是輕核聚變產生的核能。

四、科學的研究方法

1.實踐——理論——實踐

從實踐（實驗）出發，提出理論，再經過實踐的檢驗或進行新的實踐——進一步發展理論。例如，通過對氣體放電現象、陰極射線的研究，湯姆生發現電子（1897年），提出原子結構的湯姆生模型。由于盧瑟福，粒子的散射實驗，進一步發展成盧瑟福模型。通過對氫原子明線光譜的研究，又提出了玻爾理論等。在原子物理中，非常鮮明地貫穿著辯證唯物主義認識論的這一基本思想方法。復習中也應以此為線索，把握全章的知識結構。

2.守恒規律的應用

質量守恒、電荷守恒、能量守恒、動量守恒等自然界中的基本規律在原子物理中都得到全面的體現。復習中應緊緊把握這些守恒規律，追尋守恒量是我們永恒的話題。

（責任編輯 易志毅）