# 核物理与量子物理

> IB 物理 SL · IB SL 物理
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-sl-u5-overview/
> 占比: 占考试总分的19-21%

本单元探讨原子结构、放射性衰变、核心量子现象和核能反应，是IB物理SL现代物理学的基础。

**先修:** [力学：能量与动量](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-sl-u2-overview/); [基本波动性质](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-sl-u4-overview/)

## 学习目标

- 描述原子、原子核和基本核粒子的核心结构
- 运用衰变定律和守恒定律解决涉及放射性与核反应的问题
- 解释包括光电效应和波粒二象性在内的关键量子现象
- 比较核裂变与核聚变，计算它们的能量产出，并描述其实际应用

## 单元概览

我们从物质最小的基本构成逐步推进到大规模能源应用，循序渐进构建概念。你将先掌握原子与原子核结构，然后研究自发放射性衰变，之后再学习人工诱发核反应。接下来我们会介绍定义现代物理学的核心量子概念，最后详细讲解用于能源生产的核裂变与核聚变。

请按顺序学习以下子主题：
- [原子结构](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-sl-u5-atomic-structure/) — 涵盖揭示现代原子模型的原子核构成、同位素和卢瑟福散射实验。
- [放射性衰变](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-sl-u5-radioactive-decay/) — 讲解衰变类型、衰变常数、半衰期计算和放射性样品的活度。
- [核反应](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-sl-u5-nuclear-reactions/) — 涵盖质量亏损、结合能，以及配平核反应方程所需的守恒定律。
- [量子物理](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-sl-u5-quantum-physics/) — 介绍光电效应、光子性质、波粒二象性和德布罗意假说。
- [核裂变与核聚变](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-sl-u5-nuclear-fission-and-fusion/) — 比较裂变与聚变过程、能量释放，以及它们在商业发电中的应用。

## 常见错误

- **错误做法:** 混淆质量亏损与结合能
  - 原因: 质量亏损是质量差值，而结合能是该差值对应的能量当量
  - 正确做法: 使用 $E = \Delta m c^2$ 将质量亏损转换为结合能
- **错误做法:** 将光子仅视为波或仅视为粒子
  - 原因: 波粒二象性意味着所有量子物体都同时具有两种性质
  - 正确做法: 接受两种性质都会根据实验设计被观测到
- **错误做法:** 预测单个原子核的衰变时间
  - 原因: 放射性衰变是随机过程，我们只能对大量原子核群体计算概率
  - 正确做法: 使用半衰期和衰变定律预测大样品的总活度

## 速查表

| 概念 | 核心公式 |
| --- | --- |
| 光子能量 | $E = hf = \frac{hc}{\lambda}$ |
| 衰变常数与半衰期 | $\lambda = \frac{ln 2}{T_{1/2}}$ |
| 放射性活度 | $A = A_0 e^{-\lambda t}$ |
| 质能等价 | $E = \Delta m c^2$ |
| 德布罗意波长 | $\lambda = \frac{h}{p}$ |
| 光电效应 | $E_{kmax} = hf - \phi$ |
| 单位核子结合能 | $\frac{BE}{A} = \frac{\Delta m c^2}{A}$ |

## 下一步

从本单元第一个子主题「原子结构」开始学习，构建核构成的基础知识，后续所有核物理与量子概念都以此为基础。请按顺序学习每个子主题，因为理解后续的核能、量子行为等主题需要先掌握前面的概念。完成本单元后，即可进入IB物理SL大纲的下一单元学习。

- [原子结构（本单元第一个子主题）](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-sl-u5-atomic-structure/)
- [放射性衰变](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-sl-u5-radioactive-decay/)
- [核反应](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-sl-u5-nuclear-reactions/)

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来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-sl-u5-overview/