2021年高考物理二輪復習講練測12 近代物理初步【講】原卷版

第五部分近代物理

專題12近代物理初步【講】

講核心素養(yǎng)

一、素養(yǎng)呈現(xiàn)

1.物理觀念：光電效應、氫原子光譜、原子核的組成、放射性、原子核衰變、半衰期、核力、結合能、質量虧

損

2.科學思維：愛因斯坦光電效應方程、十九世紀三大發(fā)現(xiàn)。

3.科學態(tài)度與責任：裂變反應和聚變反應、裂變反應堆、射線的危害和防護。

二、素養(yǎng)落實

1.掌握光電效應現(xiàn)象的兩個重要關系

2.氫原子的能級躍遷規(guī)律

3.核反應方程的書寫及分類

4.a衰變、0衰變次數(shù)的確定方法

5.核能的計算

講考綱

高考命題點命題軌跡

原子物理和能級躍遷20191卷14

20151卷35(1),2卷35(1)

20161卷35(1)

光電效應的規(guī)律和電路

20173卷19

20182卷17

核反應和核能20163卷35(1)

20171卷17,2卷15

20183卷14

2卷15

2019

卷IT19

2020

III-T19

講考點

考點一光電效應

【考點詮釋】

1.兩條主線

(1)光照強度大一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一光電流大;

(2)光子頻率高T光子能量大T光電子的最大初動能大。

2.三個關系式

(1)愛因斯坦光電效應方程：Ek=hv-W().

(2)最大初動能與遏止電壓的關系：Ek=eUc。

(3)逸出功與極限頻率的關系：Wo=〃vo。

3.光電效應的三類圖象

二

最大初動能（反）與入射光頻率

光電流與光的顏色、強度和電壓關系圖線反遏止電壓”與入射光頻率

（v）的關系圖線Wo=|一月=后圖

=eUcV的關系圖線人=ke

線斜率k=h

【典例分析1】（2020?山東省等級考12月模擬）如圖所示，有一束單色光入射到極限頻率為vo的金屬板K上,

具有最大初動能的某出射電子，沿垂直于平行板電容器極板的方向，從左側極板上的小孔入射到兩極板間的勻

強電場后，到達右側極板時速度剛好為零。已知電容器的電容為C,帶電荷量為。，極板間距為d,普朗克常

量為〃，電子電荷量的絕對值為e,不計電子的重力。關于電容器右側極板的帶電情況和入射光的頻率v,以下

判斷正確的是（）

A.帶正電，vo+gfB.帶正電，vo+^^

C.帶負電，vo+^fD.帶負電，vo+^j

【典例分析2].（多選）（2020?江西南昌入學摸底測試）用如圖甲所示的電路研究光電效應中光電流的大小與入射

光的強度、頻率等物理量的關系。圖中A、K兩極板間的電壓大小可調，電源的正、負極也可以對調。分別用

a、b、c三束單色光照射K,調節(jié)A、K間的電壓U,得到光電流/與電壓U的關系如圖乙所示。由圖可知（）

甲乙

A.單色光“和c的頻率相同，但“更強些

B.單色光a和c的頻率相同，但c更強些

C.單色光〃的頻率大于a的頻率

D.單色光人的頻率小于a的頻率

【規(guī)律總結】1.對光電效應的四點提醒

(1)能否發(fā)生光電效應，不取決于光的強度而取決于光的頻率。

(2)光電效應中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。

(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關。

(4)光電子不是光子，而是電子。

2.兩條分析線索

(1殛光子頻率高卜而贏初篌疆北暨

的強度:(人射光強度大卜胃鐮僵鬻諼一

⑵二_______________________

母魁霧,X飽和光電跌)

3.定量分析時應抓住三個關系式

(1)愛因斯坦光電效應方程：Ek=6—Wo。

(2)最大初動能與遏止電壓的關系：Ek=eUc。

(3)逸出功與極限頻率的關系：用)=加0。

4.區(qū)分光電效應中的三組概念

(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出

來的電子，其本質是電子。光子是因，光電子是果。

(2)光電子的動能與光電子的最大初動能。

(3)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光

電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關。

考點二原子結構及能級躍遷

【考點詮釋】氫原子的能級、能級公式

(1)氫原子的能級

能級圖如圖所示

n

8

5

4

3

2

1-------------------------------------13.6

(2)氫原子的能級和軌道半徑

①氫原子的能級公式：

￡,=房(〃=1,2,3,…)，其中昌為基態(tài)能量，其數(shù)值為昂=T3.6eV。

②氫原子的半徑公式：%=/八(〃=1,2,3,…)，其中八為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為八=O.53xl()rOm。

【典例分析3](2020?山東濟寧市6月高考模擬)現(xiàn)有大量處于*=4能級的氫原子，這些氫原子向低能級躍遷時

會輻射出若干種不同頻率的光，氫原子能級示意圖如圖所示。下列說法正確的是()

A.氫原子向低能級躍遷后核外電子的動能減小

B.這些氫原子最多可輻射出4種不同頻率的光

C.氫原子由〃=4能級躍遷到n=\能級產生的光的波長最短

D.用氫原子從〃=4能級躍遷到〃=2能級輻射的光照射逸出功為2.65eV的某種金屬，能使該金屬發(fā)生光

電效應

【典例分析4】(2020?廣西桂林市、賀州市、崇左市3月聯(lián)合調研)氫原子能級圖如圖所示，大量處于〃=3激發(fā)

態(tài)的氫原子向低能級躍遷輻射出的光子中，發(fā)現(xiàn)有兩種頻率的光子能使金屬A產生光電效應，則下列說法正確

的是()

nEJeV

00------------------0

4-------0.85

3-------1.51

2-------3.4

1-------13.6

A.大量處于〃=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，只輻射兩種頻率的光子

B.從〃=3激發(fā)態(tài)直接躍遷到基態(tài)時放出的光子一定能使金屬A發(fā)生光電效應

C.一個氫原子從〃=3激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，該氫原子能量增大

D.一個氫原子從〃=3激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時該氫原子核外電子動能減小

【規(guī)律總結】1.原子的兩類能級躍遷

(1)自發(fā)躍遷：高能級-低能級，釋放能量，發(fā)出光子。

(2)受激躍遷：通過光照、撞擊或加熱等，低能級-高能級，當吸收的能量大于或等于原子所處能級的|瓦|,原子

將發(fā)生電離。

(3)原子在兩個能級之間發(fā)生躍遷時，放出(或吸收)光子的頻率是一定的，可由如求得。若求波長可由

公式c=Xv求得。

2.電離

電離態(tài)與電離能

電離態(tài)：n=oo,E=0

基態(tài)—電離態(tài)：E?t>0-(-13.6eV)=13.6eV,

激發(fā)態(tài)—電離態(tài)：E吸>0—￡?=|E?|?

若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。

3.解答氫原子能級圖與原子躍遷問題應注意

(1)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hv=E,“一E”決定,波長可由公式。=人求得。

（2）一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為〃一1。

（3）一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法。

①用數(shù)學中的組合知識求解：2=e=若二幺

②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。

考點三核反應方程及核能的計算

【考點詮釋】

1.核反應的四種類型

方程類型核反應方程示例

a衰變：鍥U—豺Th+,He（核內2|H+2An-狂Ie）

P衰變：鉗Th-鉀Pa+%（核內命一用+%）

衰變

褥i+呢（核內|HTn+9e）

Y輻射：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級

^N+,He-VO+lH（發(fā)現(xiàn)質子的核反應）

人工核轉變?Be+3HeT2c+H（發(fā)現(xiàn)中子的核反應）

召Al+§He-留P+茄番PT屈+?e（人工制造放射性同位素）

重核的裂變贊U+An—>嘿Ba+瑞KT+3&n

輕核的聚變汩+汩T,He+An（需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應）

2.核反應方程的書寫

（1）核反應過程一般不可逆，所以核反應方程中用“一”表示方向而不能用等號代替。

（2）核反應方程遵循質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，但核反應前后的總質量一般會發(fā)生變化（質量虧損）且釋放出核能。

（3）核反應的生成物一定要以實驗為基礎，不能只依據(jù)兩個守恒規(guī)律憑空杜撰出生成物來寫核反應方程。

3.核衰變問題

⑴核衰變規(guī)律：，〃=你錯誤!，m，N=錯誤!錯誤!No。

（2）a衰變和p衰變次數(shù)的確定方法

①方法一：由于B衰變不改變質量數(shù)，故可以先由質量數(shù)改變確定a衰變的次數(shù)，再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定。衰

變的次數(shù)。

②方法二：設a衰變次數(shù)為x,。衰變次數(shù)為y,根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒列方程組求解。

4.核能的計算方法

（1）根據(jù)AE=Amc2計算時，Am的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，AE的單位是“J”。

⑵根據(jù)AE=A*931.5MeV計算時，Am的單位是“u”，△￡：的單位是“MeV”。

（3）根據(jù)核子比結合能來計算核能：原子核的結合能=核子比結合能x核子數(shù)。

【典例分析5】（202（）?山東學業(yè)水平等級考試口力僦核汩發(fā)生p衰變成為氨核汨e。假設含僦材料中汨發(fā)生p衰

變產生的電子可以全部定向移動，在3.2x104$時間內形成的平均電流為5.0x10-8A。已知電子電荷量為1.6x10

>9C,在這段時間內發(fā)生p衰變的僦核汩的個數(shù)為（）

A.5.0X1014B.l.OxlO16C.2.0X1016D.l.OxlO18

【典例分析6】（2020?馬鞍山市質檢）（多選）關于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是（）

A.若使放射性物質的溫度升高，其半衰期將變大

B.p衰變所釋放的電子是原子核內的質子轉變?yōu)橹凶訒r產生的

C.在a、仇丫這三種射線中，丫射線的穿透能力最強，a射線的電離能力最強

D.鈾核（燮U）衰變?yōu)殂U核（簽Pb）的過程中，要經過8次a衰變和6次p衰變

【典例分析7】（2020湖南衡陽市第二次聯(lián)考）在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于衰變放射出某種粒

子，結果得到一張兩個相切圓1和2的徑跡照片如圖所示，己知兩個相切圓半徑分別為n、⑶則下列說法正

確的是（）

A.原子核可能發(fā)生a衰變，也可能發(fā)生。衰變

B.徑跡2可能是衰變后新核的徑跡

C.若衰變方程是領U-2於rh+,He,則衰變后新核和射出的粒子的動能之比為117：2

D.若衰變方程是2卷U，妣h+'He,則n：r2=\：45

【典例分析8]（2020?臨沂市高三第一次模擬考試）2019年8月我國已經建成了新托卡馬克（EAST）裝置——中國

環(huán)流器二號M裝置（HL-2M）,為“人造太陽”創(chuàng)造了條件，其等離子溫度有望超過2億攝氏度，將中國的聚變堆

技術提升到了新的高度。設該熱核實驗反應前笊核（阻）的質量為如，瓶核（阻）的質量為機2,反應后氧核?He）的

質量為加3,中子"n）的質量為〃?4。關于聚變的說法正確的是（）

A.核裂變比核聚變更為安全、清潔

B.由核反應過程質量守恒可知m\+m2=m3+m4

C.兩個輕核結合成質量較大的核，比結合能較聚變前減小

D.HL-2M中發(fā)生的核反應方程式是汨十怕一犯e+Jn

【規(guī)律總結】1.a衰變、B衰變的比較

衰變類型a衰變B衰變

衰變方程9XT受Y+犯e織一z￡Y+-Ye

2個質子和2個中子結合成一個整

1個中子轉化為1個質子和1個電子

體射出

衰變實質

2|H+2|nTHeAn-?|H+-?e

衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒、動量守恒

2.三種射線的成分和性質

名稱構成符號電荷量質量電離作用穿透能力

a射線氫核,He+2e4u最強最弱

]

P射線電子-?e-e1836u較強較強

Y射線光子Y00最弱最強

3.衰變次數(shù)的計算方法

若。XT%'Y+/He+〃i-呢

則A=A'+4〃，Z=Z'+2n~m

解以上兩式即可求出，”和小

4.對半衰期的理解

（1）半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，對個別或少量原子核，無半衰期可言。

（2）根據(jù)半衰期的概念，可總結出公式錯誤！，機余=

“原《）錯誤！。式中Na■表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質量，N余、，〃余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放

射性元素的原子數(shù)和質量，f表示衰變時間，T表示半衰期。

3.核反應的四種類型

類型可控性核反應方程典例

a衰變自發(fā)鑼UT曲h+婦e

衰變

6衰變自發(fā)曲h-鉀Pa+de

VN+SHe-PO+lH