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近几年自主招生试题中对近代物理初步部分的考查涉及的知识点有:光电效应及方程、能级与光谱、核反应方程及规律(衰变、裂变和聚变等)、结合能和质量亏损、相关物理学史等。这部分知识涉及面较广泛,但由于内容较少,“考课本”“不回避难题”是考查的一大特点。另外,这部分知识可与其他知识综合在一起来考查,还可与生产、生活、前沿科技(如反物质、中微子、介子等)联系在一起来考查。下面就近代物理初步部分的高频考题进行简要分析,希望对立志于参加自主招生考试的同学有一定的借鉴作用。
一、依托诺贝尔物理学奖考查自然科学知识
例1 (2016年清华领军计划)下列物理学家及其成果,已经获得诺贝尔奖的有()。
A.伦琴发现了X射线
B.爱因斯坦发现了相对论
C.普朗克提出量子论
D.(激光干涉引力波观测站LIGO探测到了引力波
解析:伦琴发现了X射线,普朗克提出量子论,分别获得了1901和1918年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦发现光电效应规律,提出光子说获得了1921年诺贝尔物理学奖,但爱因斯坦发现相对论,没有获得诺贝尔物理学奖。〔激光干涉引力波觀测站) LIGO探测到了引力波,在20.17年获得诺贝尔物理学奖,在2016年之前没有获得诺贝尔物理学奖。
答案:AC
点评:近几年自主招生试题中出现了许多结合生产、生活实际和前沿科技的题目,这些试题以社会热点和最新科技(特别是近几年国际国内科技进展的相关材料)为命题背景,力求比较真实和全面地模拟现实。这类试题的出现意在表达高校在自主选拔中不仅注重学生的知识水平,而且更关注学生的全面发展和物理学科素养。
二、依托氢原子模型考查f子化
例2 (北约)在氢原子模型中,轨道的量子化条件为2πrn=nλn,其中rn为n级的轨道半径,λn为n级的物质波的波长。已知电子电荷量e、静电力常量k、电子质量m、普朗克常量h。
(1)求第n级的电子轨道半径。
(2)求第n级的电子运动周期。
(3)偶电子素的量子化条件为2π(2rn)=nμn(偶电子素是指反电子与电子构成的体系,它们绕两点中心做圆周运动),求偶电子素中第n级的电子轨道半径rn。
点评:本题以氢原子模型切入,意在考查库仑定律、牛顿第二定律、量子化条件、圆周运动等知识。这类模型(氢原子和类氢原子模型)可以结合玻尔原子理论考查经典物理相关知识(如库仑定律、牛顿第二定律、圆周运动等),又能很好地考查量子化问题。此类试题一般起点较高,但落地比较平稳,只要按部就班地利用相关条件就可以顺利解决。
三、依托氢原子的能级图考查能级的跃迁和光电效应方程
例3 (中科大自招)如图1所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠,金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为______eV。
解析:由能级的跃迁理论可知,氢原子从n=3的能级向n=1的能级跃迁时发出的光子的能量最大,最大能量E=hv=E3-E1=12.09eV,根据爱因斯坦的光电效应方程得Ekmax=hv-W5=9.60eV。
点评:光电效应方程和氢原子能级跃迁理论是近代物理的重要知识,也是命题者关注的热点,本部分内容与高考衔接较紧密,只需达到高考要求,即可顺利解决相关问题。
四、以康普顿效应为背景考查微观粒子碰撞时的动量守恒和能量守恒
例4 (卓越)X射线通过铅屏后照射在石墨上,光子被石墨原子的外层电子〔可视为速度为零的自由电子)散射,实验发现X射线谱仪接收到被散射的光子的波长除了有与原波长相同的成分外,还有波长较大的成分,这种现象被称为康普顿效应。用完全弹性碰撞的研究方法并考虑相对论效应可很好地解释康普顿效应。设入射X射线的,波长为λ,普朗克常量为h,电子的相对论质量m=u为电子的运动速度,c为光速,光子出射方向与入射方向间的夹角(散射角)为θ,求光子被散射前后的波长的差值△λ。
解析:设碰撞前后光子的动量为pλ和
点评:康普顿效应的发现,不仅有力地证明了光子说的正确性,而且证实了在微观粒子的相互作用过程中,也严格遵守能量和动量守恒定律。这类试题涉及的方程较复杂,但解题思路比较固定,只要找到系统前后的能量关系和动量关系,列方程求解即可。
五、依托“核聚变”考查核能向题
点评:核反应方程的书写主要利用了质量数守恒和电荷数守恒。核能的计算需要先算出质量亏损,再利用爱因斯坦的质能方程△E=△mc2。有些试题中还可能涉及平均结合能(也叫比结合能)的计算,平均结合能(E=△E/N,N代表核子数)越大,原子核越稳定。
备考建议 自主招生试题对近代物理初步相关内容的考查仍然立足于现行高考要求的主干知识——氨原子模型、光电效应方程、动量守恒、能量守恒、原子核反应等,显示了“基础知识是创新能力的载体、自主选拔与高考并轨”的命题意识,但为了拉开差距,还会附加部分高考不要求而竟赛中常涉及的知识(如康普顿效应)。这样的命题模式,要求我们在自主招生的备考中要坚持“立足高考,稳扎稳打;兼顾竟赛,适当拓宽知识面”的备考策略不动摇。
(责任编辑 张巧)
一、依托诺贝尔物理学奖考查自然科学知识
例1 (2016年清华领军计划)下列物理学家及其成果,已经获得诺贝尔奖的有()。
A.伦琴发现了X射线
B.爱因斯坦发现了相对论
C.普朗克提出量子论
D.(激光干涉引力波观测站LIGO探测到了引力波
解析:伦琴发现了X射线,普朗克提出量子论,分别获得了1901和1918年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦发现光电效应规律,提出光子说获得了1921年诺贝尔物理学奖,但爱因斯坦发现相对论,没有获得诺贝尔物理学奖。〔激光干涉引力波觀测站) LIGO探测到了引力波,在20.17年获得诺贝尔物理学奖,在2016年之前没有获得诺贝尔物理学奖。
答案:AC
点评:近几年自主招生试题中出现了许多结合生产、生活实际和前沿科技的题目,这些试题以社会热点和最新科技(特别是近几年国际国内科技进展的相关材料)为命题背景,力求比较真实和全面地模拟现实。这类试题的出现意在表达高校在自主选拔中不仅注重学生的知识水平,而且更关注学生的全面发展和物理学科素养。
二、依托氢原子模型考查f子化
例2 (北约)在氢原子模型中,轨道的量子化条件为2πrn=nλn,其中rn为n级的轨道半径,λn为n级的物质波的波长。已知电子电荷量e、静电力常量k、电子质量m、普朗克常量h。
(1)求第n级的电子轨道半径。
(2)求第n级的电子运动周期。
(3)偶电子素的量子化条件为2π(2rn)=nμn(偶电子素是指反电子与电子构成的体系,它们绕两点中心做圆周运动),求偶电子素中第n级的电子轨道半径rn。
点评:本题以氢原子模型切入,意在考查库仑定律、牛顿第二定律、量子化条件、圆周运动等知识。这类模型(氢原子和类氢原子模型)可以结合玻尔原子理论考查经典物理相关知识(如库仑定律、牛顿第二定律、圆周运动等),又能很好地考查量子化问题。此类试题一般起点较高,但落地比较平稳,只要按部就班地利用相关条件就可以顺利解决。
三、依托氢原子的能级图考查能级的跃迁和光电效应方程
例3 (中科大自招)如图1所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠,金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为______eV。
解析:由能级的跃迁理论可知,氢原子从n=3的能级向n=1的能级跃迁时发出的光子的能量最大,最大能量E=hv=E3-E1=12.09eV,根据爱因斯坦的光电效应方程得Ekmax=hv-W5=9.60eV。
点评:光电效应方程和氢原子能级跃迁理论是近代物理的重要知识,也是命题者关注的热点,本部分内容与高考衔接较紧密,只需达到高考要求,即可顺利解决相关问题。
四、以康普顿效应为背景考查微观粒子碰撞时的动量守恒和能量守恒
例4 (卓越)X射线通过铅屏后照射在石墨上,光子被石墨原子的外层电子〔可视为速度为零的自由电子)散射,实验发现X射线谱仪接收到被散射的光子的波长除了有与原波长相同的成分外,还有波长较大的成分,这种现象被称为康普顿效应。用完全弹性碰撞的研究方法并考虑相对论效应可很好地解释康普顿效应。设入射X射线的,波长为λ,普朗克常量为h,电子的相对论质量m=u为电子的运动速度,c为光速,光子出射方向与入射方向间的夹角(散射角)为θ,求光子被散射前后的波长的差值△λ。
解析:设碰撞前后光子的动量为pλ和
点评:康普顿效应的发现,不仅有力地证明了光子说的正确性,而且证实了在微观粒子的相互作用过程中,也严格遵守能量和动量守恒定律。这类试题涉及的方程较复杂,但解题思路比较固定,只要找到系统前后的能量关系和动量关系,列方程求解即可。
五、依托“核聚变”考查核能向题
点评:核反应方程的书写主要利用了质量数守恒和电荷数守恒。核能的计算需要先算出质量亏损,再利用爱因斯坦的质能方程△E=△mc2。有些试题中还可能涉及平均结合能(也叫比结合能)的计算,平均结合能(E=△E/N,N代表核子数)越大,原子核越稳定。
备考建议 自主招生试题对近代物理初步相关内容的考查仍然立足于现行高考要求的主干知识——氨原子模型、光电效应方程、动量守恒、能量守恒、原子核反应等,显示了“基础知识是创新能力的载体、自主选拔与高考并轨”的命题意识,但为了拉开差距,还会附加部分高考不要求而竟赛中常涉及的知识(如康普顿效应)。这样的命题模式,要求我们在自主招生的备考中要坚持“立足高考,稳扎稳打;兼顾竟赛,适当拓宽知识面”的备考策略不动摇。
(责任编辑 张巧)