2013高考物理原子物理试题赏析

原子物理研究微观粒子的运动规律和物质的基本结构，是近代物理学的重要组成部分，自20世纪以来有了长足的发展，已成为现代科学技术的基础.新课程标准加强了这部分内容的教学，充分体现了物理课程的时代性特征.微观世界的运动规律与宏观世界有着本质的不同，科学家对原子结构、波粒二象性的认识过程，充分展示了人类认识自然规律的科学方法，同时又是培养学生科学精神的重要内容.2013年高考物理试题对原子物理部分的考察独具特点，现选几例赏析如下.

一、波粒二象性

光子、微观粒子（如质子、中子、电子等）既具有波动性，又具有粒子性，即具有波粒二象性，其运动方式显示波动性，与实物相互作用时又显示粒子性.爱因斯坦的光电效应方程和德布罗意物质波假说分别说明了光的粒子性和微粒的波动性.光电效应现象历来都是高考的重点.

例2（北京卷）以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实.

光电效应实验装置示意如图1.用频率为γ的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，换同样频率为γ的强激光照射阴极k，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极k接电源正极，阳极A接电源负极，在kA之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）

二、原子核式结构模型

人类对原子结构的认识，经历了汤姆孙的“枣糕”模型、卢瑟福的核式结构模型、玻尔模型再到量子模型的过程，其中α粒子散射实验是卢瑟福提出核式结构模型的实验基础.

例3（福建卷）在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是.（填选图2上方的字母）

解析：α粒子带正电，因此其靠近原子核时，会受到原子核对它的斥力作用，根据曲线运动合力和轨迹弯曲方向的关系，合力总是指向轨迹的凹侧，可判定（C）选项正

确.三、玻尔理论与氢原子跃迁

玻尔的原子结构模型是中学物理教学的重点，也是学生学习的难点.玻尔模型是一个半经典半量子化的模型，认为原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，不向外辐射能量.原子只能从一种定态跃迁到另一种定态，此时会辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν=

Em-En.原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应，即电子的轨道半径是量子化的，且半径越大，能级越高.

例4（江苏卷）根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图3所示.电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离 （选填“近”或“远”）. 当大量He+处在n=4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有条.

解析：由玻尔模型知能级高的电子所处的轨道半径也大，故电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离近.若大量原子处于能级n，发生跃迁时能够发射的谱线条数为

四、结合能

核力和结合能是高中物理新课程新增的知识点.核子结合成原子核时放出能量或原子核分解成核子时要吸收能量，都叫原子核的结合能.结合能与核能的利用有重大的关系.原子核越大，它的结合能越高.因此，有意义的是它的结合能与核子数之比，称做比结合能，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.比结合能小的原子核转化为比结合能大的原子核时，就会释放核能.实际测得，中等大小的核的比结合能最大，即平均每个核子的质量亏损越大，这些核最稳定.

解析：由结合能的定义分析可知原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，（A）正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的核子的比结合能增加，又衰变过程质量数守恒，故衰变产物核子的结合能之和一定大于原来重核的结合能，（B）正确；组成原子的核子越多，原子的结合能越高，故（C）正确；比结合能越大，原子核越稳定，（D）错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，（E）错误.

解析：上述裂变反应伴随着中子的放出，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，使核裂变反应不断地进行下去，这种反应称之为链式反应.铀块的大小是能否发生链式反应的重要因素，这是因为原子核的体积非常小，原子内部空隙很大，如果铀块不够大，中子在铀块中通过，就有可能碰不到铀核而跑到铀块的外面去，链式反应不能继续.只有当铀块足够大

时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链式反应继续下去.通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量.在现代的技术条件下，原子核的裂变反应可以在人工控制下进行，其释放的核能可以为人类的和平建设服务.放射性元素的半衰期由核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.

[宁夏银川市第九中学 （750011）]