专题突破 专题5 第18课时　近代物理.docx

1、第18课时近代物理命题规律1.命题角度：(1)光电效应、能级跃迁；(2)原子核.2.常考题型：选择题高考题型1光电效应能级跃迁1光电效应两条对应关系(1)光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大；(2)光照强度大(同种频率的光)光子数目多发射光电子多光电流大2定量分析时应抓住三个关系式爱因斯坦光电效应方程EkhW0最大初动能与遏止电压的关系EkeUc逸出功与截止频率的关系W0hc3.光电效应的四类图象分析图象名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线 Ekhhc(1)截止频率：图线与轴交点的横坐标c(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0|E|E

2、(3)普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标(2)饱和光电流Im1、Im2：光电流的最大值(3)最大初动能：EkeUc颜色不同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc1Uc2，则12(2)最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线(1)截止频率c：图线与横轴的交点的横坐标(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大，Uc(3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即hke(注：此时两极之间接反向电压)4解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧(1)原子跃迁时，所吸收或辐射的光子能量只能等于

3、两能级的能量差(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能(3)一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为(n1)，而一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数可用NC求解考向一光电效应例1(2021河南南阳市高三期末)利用如图1所示的装置观察光电效应现象，将光束照射在金属板上，发现验电器指针没有张开欲使指针张开，可()图1A改用逸出功更大的金属板材料B改用频率更高的入射光束C增加该光束的照射时间D增大该光束的强度答案B解析改用逸出功更大的金属板材料，更不可能发生光电效应现象，指针不能张开，所以A错误；发生光电效应现象的条件是入射光的频率要大于金属的截止频率

4、，与入射光的强度无关，与入射光的照射时间也无关，则改用频率更高的入射光束，可以使指针张开，所以B正确，C、D错误例2(2019北京卷19)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流表中给出了6次实验的结果组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9由表中数据得出的论断中不正确的是()A两组实验采用了不同频率的入射光B两组实验所用的金属板材质不同C若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能

5、为1.9 eVD若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大答案B解析由于光子的能量h，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程可得hW0Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hW0Ek，逸出功W03.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为1.9 eV，C项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确考向二爱因斯坦光电效应方程例3(2018全国卷17)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最

6、大初动能为1.281019 J已知普朗克常量为6.631034 Js，真空中的光速为3.00108 ms1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A11014 Hz B81014 HzC21015 Hz D81015 Hz答案B解析设单色光的最低频率为0，由EkhW0知Ekh1W0,0h0W0，又知1整理得0，解得081014 Hz.考向三图象问题例4(多选)(2019海南卷7)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率的关系如图2所示用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则()图2A钠的逸出功小于钙的逸出功B图中直线的斜率为C在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D若这两种

7、金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高答案AB解析根据UceEkhW0，可得Uc，则由题图可知钠的逸出功小于钙的逸出功，选项A正确；题图中直线的斜率为，选项B正确；在得到这两条直线时，与入射光的光强无关，选项C错误；根据EkhW0，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，选项D错误考向四能级跃迁例5(2019全国卷14)氢原子能级示意图如图3所示光子能量在1.63 eV3.10 eV的光为可见光要使处于基态(n1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()图3A12.09 eV B10.20 eVC1.89 eV D1

8、.51 eV答案A解析因为可见光光子的能量范围是1.63 eV3.10 eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n3能级，要给氢原子提供的能量最少为E(1.5113.60) eV12.09 eV，故选项A正确例6(多选)(2021江西鹰谭市高三一模)一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图4甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图象如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是()图4A图乙中的a光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的B图乙中的b光光子能量为12.09 eVC动能为1 eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电

9、离D阴极金属的逸出功可能为W01.75 eV答案ABC解析由题图乙可知，a光的遏止电压最大由eUcmv02hW0可知，a光的频率最高，是由第4能级向基态跃迁发出的，A正确；b光是由第3能级向基态跃迁发出的，其能量值为EbE3E11.51 eV(13.6 eV)12.09 eV，B正确；由题图丙可知，第3能级的能量值为1.51 eV，电离能为1.51 eV，由玻尔理论可知，动能为1 eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离，C正确；由第2能级向基态跃迁辐射的光子能量为EcE2E110.2 eV，辐射能量第4大的光子能量为E4E22.55 eV，由于只测得3条电流随电压变化的图象，故阴极金属的逸出

10、功介于2.55 eV10.2 eV之间，不可能是1.75 eV，D错误高考题型2原子核1核衰变问题(1)核衰变规律：m，N.(2)衰变和衰变次数的确定方法方法一：由于衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定衰变的次数，再根据电荷数守恒确定衰变的次数方法二：设衰变次数为x，衰变次数为y，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解2核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘真空中光速c的平方，即Emc2(J)(2)根据1 u(原子质量单位)相当于931.5 MeV的能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘931.5 MeV，即Em931.5 (MeV)3核反应方程中电荷数守恒，质量

11、数守恒，有质量亏损例7(2021全国甲卷17)如图5，一个原子核X经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为()图5A6 B8C10 D14答案A解析由题图分析可知，核反应方程为XYaHebe，经过a次衰变，b次衰变，由电荷数与质量数守恒可得2382064a；92822ab，解得a8，b6，故放出6个电子，故选A.例8(2021全国乙卷17)医学治疗中常用放射性核素113In产生射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其t图线如图6所示从图中可以得到113Sn的半衰期为()图

12、6A67.3 d B101.0 dC115.1 d D124.9 d答案C解析由题图可知从到，113Sn恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知113Sn的半衰期为T1/2182.4 d67.3 d115.1 d，故选C.例9(2020全国卷18)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H2He2H2n43.15 MeV表示海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.01022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9107 J,1 MeV1.61013 J，则M约为()A40 kg B100 kg

13、C400 kg D1 000 kg答案C解析根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量，1 kg海水中的氘核反应释放的能量为E43.15 MeV7.191022 MeV1.151010 J，则相当于燃烧的标准煤的质量为M kg400 kg.1(2021天津市南开区高三期末)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用下列说法符合历史事实的是()A玻尔原子理论证实了原子的核式结构模型B卢瑟福通过粒子轰击氮核的实验，证实了在原子核内部存在中子C贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，确定了原子核的存在D汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了原子内部存在电子答案D解析

14、玻尔原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，卢瑟福根据粒子散射实验，得到了原子的核式结构模型，故A错误；卢瑟福通过粒子轰击氮核实验的研究，实现了原子核的人工转变，发现了质子，预言了中子的存在，故B错误；贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，提出了原子内部有复杂的结构，故C错误；汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子(即电子)组成，并测出了该粒子的比荷，故D正确2(2021吉林省白城一中高三模拟)已知某种金属的极限频率为0，普朗克常量为h，电子的电荷量为e.若用频率为20的光照射此金属板，则该金属板的遏止电压为()A. B. C. D.答案A解析由光电效应方程

15、可知Ekmh20W0W0h0EkmUce解得遏止电压为Uc故B、C、D错误，A正确3(2021四川绵阳中学高三月考)原子核裂变一般生成两个中等质量的原子核，我国科学家钱三强和何泽慧夫妇研究铀核裂变时，发现了铀核也可能分裂成三部分或四部分关于原子核的裂变下面表述正确的是()A裂变过程质量亏损，但不一定释放能量B.U裂变成两个中等质量的原子核Xe和Sr，U与U是同位素C.U容易俘获快中子而发生裂变释放核能D.U的纯度越高，其裂变的链式反应越难进行答案B解析裂变过程质量亏损，根据质能方程，一定释放能量，A错误；U裂变成两个中等质量的原子核Xe和Sr，U与U质子数相同而中子数不同，是同位素，B正确；U

16、容易俘获慢中子而发生裂变释放核能，C错误；U的纯度越高，其裂变的链式反应越容易进行，D错误4.如图7所示，分别用频率为、2的光照射某光电管，对应的遏止电压之比为13，普朗克常量用h表示，则()图7A用频率为的光照射该光电管时有光电子逸出B该光电管的逸出功为hC用频率为2的光照射时逸出光电子的初动能一定大D加正向电压时，用频率为2的光照射时饱和光电流一定大答案B解析由题意知，eUchW0,3eUc2hW0联立解得W0h，频率为的光，光子能量hW0，所以用频率为的光照射该光电管时，不能发生光电效应，无光电子逸出，A选项错误，B选项正确；用频率为2的光照射时，光电子的最大初动能比用频率为的光照射时大

17、，但并不是每个光电子都大，C选项错误；饱和光电流与光的强度有关，因为不知光的强度关系，故D选项错误5(2021山东菏泽市期末)我国可控核聚变技术已经走在了世界前列，“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置，又被称为“人造太阳”，如图8所示其原理是让海水中大量存在的氘和氚原子在高温高密度条件下，像太阳一样发生核聚变，为人类提供源源不断的能源氘核(H)和氚核(H)结合成氦核(He)时，要放出某种质量m1.008 7 u的粒子，同时释放出能量已知氘核质量m氘2.014 1 u，氚核质量m氚3.016 0 u，氦核质量m氦4.002 6 u，根据爱因斯坦的质能方程可知1 u相当于931.5 MeV1

18、.491010 J，阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1，氘核的摩尔质量M氘2 gmol1.图8(1)写出该核聚变反应的核反应方程式，并计算一次核聚变反应中释放的核能；(保留2位有效数字)(2)未来建设一座应用此反应的热核发电站，若该发电站的功率P50万千瓦，计算理论上该发电站一年(3.15107 s)，大约需要多少千克的氘？答案(1)HHHen2.81012 J(2)18.75 kg解析(1)该核反应方程式为HHHen反应中的质量亏损为mm氘m氚(m氦m)0.018 8 u1 u相当于1.491010 J则释放的核能E2.81012 J(2)该发电站一年产生的电能EPt代入数据求得E1

19、.5751016 J理论上该发电站一年需要的氘的质量mH103代入数据解得mH18.75 kg.专题强化练保分基础练1(2021广西柳州市第一次调研)2020年1月10日，工程院院士黄旭华获得国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出了巨大贡献，下列说法正确的是()A核潜艇的核反应也叫热核反应B原子弹中铀或钚的质量可小于临界质量C核潜艇的核反应堆是利用镉棒控制核反应速度D核裂变比核聚变更为安全、清洁答案C解析核潜艇是利用重核裂变释放的核能来发电的，不属于热核反应，故A错误；发生链式反应的条件是裂变物质的体积必须大于或等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于或等于临界质量，故原子弹中铀或钚

20、的质量必须大于或等于临界质量，故B错误；核潜艇是利用重核裂变释放的核能来发电的，故核潜艇的核反应堆是利用镉棒控制核反应速度，故C正确；核聚变比核裂变更为安全、清洁，故D错误2.(2021山东济南市高三一模)1896年法国科学家贝克勒尔发现了放射性元素能够自发地发出射线的现象，即天然放射现象让放射性元素镭衰变过程中释放出的、三种射线，经小孔垂直进入匀强电场中，如图1所示下列说法正确的是()图1A是射线，粒子的电离能力最强，穿透能力也最强B是射线，是高速电子流，来自于原子的核外电子C原子核发生一次衰变的过程中，不可能同时产生、两种射线D原子序数大于83的元素，都具有放射性，原子序数小于或等于83的

21、元素，都不具有放射性答案C解析由射线的带电性质可知，是射线，是射线，是射线，粒子的电离能力最强，穿透能力最弱，A错误；射线是原子核发生衰变时产生的，是高速电子流，来自于原子核，B错误；原子核发生一次衰变的过程中，只能发生衰变或衰变，不能同时发生衰变和衰变，故不可能同时产生、两种射线，C正确；原子序数大于83的元素，都具有放射性，原子序数小于或等于83的元素，有的也具有放射性，D错误3(2021河北唐山市一模)氢原子吸收一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是()A电子绕核旋转的轨道半径增大B电子的动能会增大C氢原子的电势能减小D氢原子的能级减小答案A解析氢原子吸收一个光子后，由玻尔理论可知，

22、由低能级跃迁到高能级，电子绕核旋转的轨道半径增大，电子的动能减小，氢原子的电势能增大，氢原子的能级增大故选A.4(多选)(2020全国卷19)1934年，约里奥居里夫妇用粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：HeAlXn.X会衰变成原子核Y，衰变方程为XYe，则()AX的质量数与Y的质量数相等BX的电荷数比Y的电荷数少1CX的电荷数比Al的电荷数多2DX的质量数与Al的质量数相等答案AC解析发生核反应前后满足质量数守恒、电荷数守恒，则可判断X的质量数与Y的质量数相等，X的电荷数比Y的电荷数多1，A正确，B错误X的电荷数比Al的电荷数多2，X的质量数比Al的质量数多3，C正确，

23、D错误5(2019全国卷15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环，循环的结果可表示为4HHe2e2，已知H和He的质量分别为mp1.007 8 u和m4.002 6 u,1 u931 MeV/c2，c为光速在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为()A8 MeV B16 MeV C26 MeV D52 MeV答案C解析核反应质量亏损m41.007 8 u4.002 6 u0.028 6 u，释放的能量E0.028 6931 MeV26.6 MeV，选项C正确6(2021山西省芮城中学高三月考)如图2甲为氢原子能级图，大量处于n4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将其中

24、频率最高的光子照射到某光电管的阴极K上，测得电路中电流随光电管两端电压变化的关系如图乙所示则下列说法正确的是()图2A跃迁时共发出4种频率的光B该光电管阴极K的逸出功为5.5 eVC光电子最大初动能与入射光的频率成正比D跃迁放出的光子中有3种频率的光子可以使该阴极K发生光电效应答案D解析跃迁发出频率不同的光子数共C6种，A错误；由题图甲可得频率最高的光子能量为12.75 eV，由题图乙可得其遏止电压为5.5 V，则有eUcEkhW0，解得W07.25 eV，光电子最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，不成正比，B、C错误；由n4跃迁至n1、n3跃迁至n1、n2跃迁至n1的三种光子能量大于逸出

25、功，可使阴极K发生光电效应，D正确7(2021浙江6月选考13)已知普朗克常量h6.631034 Js，电子的质量为9.111031 kg，一个电子和一滴直径约为4 m的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为(油0.8103 kg/m3)()A108 B106 C108 D1016答案C解析根据德布罗意波长公式p解得由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有m油d30.81033.14(4106)32.71014 kg代入数据解得1.7108所以C正确，A、B、D错误8(2021安徽省江南十校高三3月一模联考)氢原子能级示意图如图3所示，下列说

26、法正确的是()图3A氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，电势能增大，其核外电子的动能减小B当氢原子从n4能级跃迁到n2能级时，辐射出的光不能使逸出功为2.25 eV的钾发生光电效应C一群处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光频率最多有6种D用能量为9 eV和4.6 eV的两种光同时照射大量的氢原子，有可能使处于基态的氢原子电离答案C解析氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，电势能减小，其核外电子的动能增大，故A错误；当氢原子从n4能级跃迁到n2能级时，辐射出的光子能量为2.55 eV，能使逸出功为2.25 eV的钾发生光电效应，故B错误；一群处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可知最多辐射出

27、C6种频率的光子，故C正确；要使处于基态的氢原子电离，入射光子的能量必须大于或等于13.6 eV，故D错误争分提能练9(2021黑龙江齐齐哈尔市高三一模)2020年5月12日消息，中国“人造太阳”取得重大突破，温度可达2亿度人造太阳中的核反应方程：HHHeX.下列说法正确的是()A该核反应方程中的X是电子，核反应是核裂变反应B该核反应是核聚变反应，核聚变在高温高压下才能发生，此过程需要吸收能量C人造太阳释放的能量大小的计算公式是Emc2D核反应表明，原子核越重，比结合能越大答案C解析根据质量数、电荷数守恒可知，X为中子，该核反应是核聚变反应，A错误；尽管核聚变在高温高压下才能发生，但聚变过程会

28、放出能量，B错误；由于核聚变过程放出能量，有质量亏损，释放的能量Emc2，C正确；中等质量的原子核比结合能较大，D错误10(2021山东德州市一模)下表为四种金属逸出功的值金属钨钙钾铷逸出功W0/eV4.543.202.252.13已知普朗克常量为h6.61034 Js，e1.61019 C，如图4所示为某金属的遏止电压Uc随入射光频率变化的图象，该金属为()图4A钨 B钙 C钾 D铷答案A解析根据光电效应方程知EkhW0h(c)，对照题图可知，金属发生光电效应的截止频率为c1.11015 Hz，则该金属的逸出功等于W0hc eV4.54 eV，对照表格可知该金属为钨，故选A.11(2021青

29、海西宁市高三三模)如图5所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是()图5A用能量为10.0 eV的电子激发n1能级的大量氢原子，不能使氢原子跃迁到高能级Bn2能级的氢原子可以吸收能量为3.3 eV的光子而发生电离C大量处于n4能级的氢原子跃迁到基态放出的所有光子中，n2能级跃迁到n1能级释放的光子的粒子性最显著D大量处于基态的氢原子吸收12.09 eV的光子后，只可以放出两种频率的光子答案A解析n1能级与n2能级的能量差为10.2 eV，由于10.0 eV10.2 eV，因此用能量为10.0 eV的电子激发n1能级的大量氢原子，不能使氢原子跃迁到高能级，故A正确；n2能级的氢原子的能量为3.4

30、eV，因此欲使其发生电离，吸收的能量至少为3.4 eV，故B错误；光子的波长越长，波动性越显著，光子的频率越高，粒子性越显著，由玻尔理论可知，从n4能级跃迁到n1能级的粒子能量最大，由Eh可知，该光子的频率最高，该光子的粒子性最显著，故C错误；大量处于基态的氢原子吸收12.09 eV的光子后，由跃迁规律可知，大量的氢原子可以跃迁到n3能级，则放出的光子数为C3，故D错误12原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线如图6所示下列说法正确的是()图6A.He核的结合能约为14 MeVB.Kr核比Ba核更稳定C三个中子和三个质子结合成Li核时吸收能量D在核反应UnKrBa3n中，要吸收热量答案B解析

31、分析题图可知，He核的平均结合能为7 MeV，根据平均结合能的定义可知，He核的结合能为74 MeV28 MeV，故A错误；平均结合能越大的原子核越稳定，分析题图可知，Kr核比Ba核的平均结合能大，故Kr核比Ba核更稳定，故B正确；核子结合成原子核时，质量亏损，释放核能，故三个中子和三个质子结合成Li核时释放能量，故C错误；重核裂变时，质量亏损，释放能量，故D错误13镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn，已知镭核Ra质量为226.025 4 u，氡核Rn质量为222.016 3 u，放出粒子的质量为4.002 6 u，已知1 u的质量对应931.5 MeV的能量(结果保留三位有效数字)(1)写出核反应方程；(2)求镭核衰变放出的能量；(3)若镭核衰变前静止，且衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求放出粒子的动能答案(1)RaRnHe(2)6.05 MeV(3)5.94 MeV解析(1)核反应(衰变)方程为RaRnHe.(2)镭核衰变放出的能量E(226.025 44.002 6222.016 3)931.5 MeV6.05 MeV.(3)镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得mRnvRnmv0又根据衰变放出的能量转变为氡核和核子的动能，则EmRnvRn2mv2联立以上两式可得EE5.94 MeV.