陶漢斌

[摘 要] 近代物理知識(shí)雖不是高考物理的主干知識(shí)，但也是高考不可忽略的內(nèi)容，尤其這些知識(shí)中蘊(yùn)藏的科學(xué)研究方法和科學(xué)精神，能夠很好地熏陶中學(xué)生的精神境界，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。知識(shí)的核心內(nèi)容是光電效應(yīng)、量子理論、原子以及原子核，這些知識(shí)可總結(jié)為一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)、二種原子模型和三類(lèi)核反應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)一、 二、三。

[關(guān)鍵詞] 科學(xué)方法 科學(xué)精神 光電效應(yīng) 量子理論 原子 原子核

[中圖分類(lèi)號(hào)] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674 6058（2016）11 0062

考綱對(duì)此專(zhuān)題內(nèi)容的能力要求相對(duì)較低，大多直接考查對(duì)知識(shí)的記憶和理解，但考查內(nèi)容廣泛。從近五年的高考試題來(lái)看，本專(zhuān)題所考查的內(nèi)容主要集中在光電效應(yīng)、量子理論、玻爾理論、原子核的衰變、核反應(yīng)方程，所以在復(fù)習(xí)時(shí)要特別注意這幾個(gè)重點(diǎn)知識(shí)。

近代物理知識(shí)由于點(diǎn)多面廣，考題難度不是很大，屬必得部分，因而要求復(fù)習(xí)過(guò)程要掃清盲點(diǎn)，不留死角，還應(yīng)學(xué)會(huì)與近代物理發(fā)展趨勢(shì)聯(lián)系，拓展視野。在應(yīng)試策略上，此專(zhuān)題常以選擇題和簡(jiǎn)單的計(jì)算題出現(xiàn)，主要考查學(xué)生辨別是非的能力和理解能力，所以在復(fù)習(xí)中，應(yīng)突出對(duì)每個(gè)概念、規(guī)律、現(xiàn)象的理解，弄清它們的來(lái)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(dá)出來(lái)。本文就以一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)、二種原子模型和三類(lèi)核反應(yīng)為主線(xiàn)，分析這部分內(nèi)容的復(fù)習(xí)。

一、一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)——光電效應(yīng)

光電效應(yīng)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(xué)生在理解光電效應(yīng)的規(guī)律時(shí)，關(guān)鍵是要掌握兩條主線(xiàn)與兩個(gè)圖線(xiàn)，充分理解光子的個(gè)體行為與光子的群體行為。

1.兩條主線(xiàn)

（1）光的頻率線(xiàn)——單個(gè)光子的個(gè)體行為

光子的頻率不僅決定能否發(fā)生光電效應(yīng)，還決定了從金屬表面打出的電子的最大初動(dòng)能。當(dāng)光子的頻率γ大于或等于該金屬的極限頻率γ0時(shí)，就能產(chǎn)生光電效應(yīng)。

當(dāng)然，我們也可以從能量的觀點(diǎn)分析光電效應(yīng)現(xiàn)象。光子的能量是一份一份的，每一份的能量為E=hγ。當(dāng)光子的能量大于或等于該金屬的逸出功時(shí)，即E=hγ≥W=hγ0，就能發(fā)生光電效應(yīng)，而從金屬表面打出的電子的最大初動(dòng)能為EK=Hγ-W。所有這些情況的分析皆是單個(gè)光子的個(gè)體行為。

（2）光的強(qiáng)度線(xiàn)——大量光子的整體行為

光強(qiáng)是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于光的傳播方向上單位面積的光子數(shù)。

當(dāng)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光強(qiáng)增大，照射到金屬上的單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加。如果用N表示單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬上的光子數(shù)，用N′表示單位時(shí)間內(nèi)逸出金屬的光電子數(shù)，則必有N′正比N，也就是說(shuō)單位時(shí)間內(nèi)從金屬上逸出的光電子數(shù)與光的強(qiáng)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(qiáng)度成正比。以上討論中的情況由光的強(qiáng)度決定，它是由單位時(shí)間內(nèi)能引起光電效應(yīng)的光子數(shù)決定的群體效應(yīng)。

2.兩個(gè)圖像

為了描寫(xiě)光電效應(yīng)及其規(guī)律，我們注重了兩條主線(xiàn)，即光的頻率線(xiàn)與光的強(qiáng)度線(xiàn)，同樣的道理我們將這兩條主線(xiàn)也可以用與此對(duì)應(yīng)的兩個(gè)圖像進(jìn)行直觀描述。

（1）光電子的最大初動(dòng)能隨光的頻率變化而變化的圖像

根據(jù)EK=hγ-W=hγ-hγ0，可以畫(huà)出如圖1所示的圖像。由圖像可知：

①當(dāng)EK=0時(shí)，γ=γ0，即圖像中橫坐標(biāo)的截距，在數(shù)值上等于金屬的極限頻率，即γ≥γ0時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，否則不能。

②EK～γ圖像的形狀是一條直線(xiàn)，直線(xiàn)的斜率在數(shù)值上等于普朗克常數(shù)。顯然，對(duì)于不同的金屬所發(fā)生的光電效應(yīng)，其光電子的最大初動(dòng)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(xiàn)，因此，若知道極限頻率，我們可以根據(jù)圖像直接求出對(duì)應(yīng)的光頻率的最大初動(dòng)能。

③假設(shè)的延長(zhǎng)線(xiàn)與EK軸的截距為W，則有W=hγ0，即圖1中縱坐標(biāo)軸的截距在數(shù)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(guī)律

點(diǎn)評(píng)： 我們要節(jié)約能源，堅(jiān)持低碳生活的理念。太陽(yáng)能是天然的能源，其本質(zhì)是輕核聚變產(chǎn)生的核能。

四、科學(xué)的研究方法

1.實(shí)踐——理論——實(shí)踐

從實(shí)踐（實(shí)驗(yàn)）出發(fā)，提出理論，再經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)或進(jìn)行新的實(shí)踐——進(jìn)一步發(fā)展理論。例如，通過(guò)對(duì)氣體放電現(xiàn)象、陰極射線(xiàn)的研究，湯姆生發(fā)現(xiàn)電子（1897年），提出原子結(jié)構(gòu)的湯姆生模型。由于盧瑟福，粒子的散射實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步發(fā)展成盧瑟福模型。通過(guò)對(duì)氫原子明線(xiàn)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(rèn)識(shí)論的這一基本思想方法。復(fù)習(xí)中也應(yīng)以此為線(xiàn)索，把握全章的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

2.守恒規(guī)律的應(yīng)用

質(zhì)量守恒、電荷守恒、能量守恒、動(dòng)量守恒等自然界中的基本規(guī)律在原子物理中都得到全面的體現(xiàn)。復(fù)習(xí)中應(yīng)緊緊把握這些守恒規(guī)律，追尋守恒量是我們永恒的話(huà)題。

（責(zé)任編輯 易志毅）