高考物理二、三輪復(fù)習(xí)總攻略專題1.2近代物理(原卷版+解析)

第一部分保分模塊前置專題1.2近代物理目錄TOC\o"1-3"\h\u【專題知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】 1【專題高考定位】 1【突破高考題型】 1題型一光電效應(yīng)波粒二象性 1題型二玻爾理論和能級躍遷 5題型三核反應(yīng)和核能 6【專題突破練】 10【專題知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【專題高考定位】1．考查重點(diǎn)：物理學(xué)史和物理學(xué)思想方法、原子及原子核的結(jié)構(gòu)、光電效應(yīng)的規(guī)律和波粒二象性、能級和能級躍遷的規(guī)律、原子核的衰變和人工轉(zhuǎn)變以及核能的計(jì)算。2．考題形式：選擇題?！就黄聘呖碱}型】題型一光電效應(yīng)波粒二象性1．三個(gè)關(guān)系(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓：Ek＝eUc。(3)逸出功與極限頻率：W0＝hνc。2．兩條線索(1)光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子數(shù)多→光電流大。(2)光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大。3．四類圖像圖像名稱圖像形狀由圖像得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系Ek＝hν－h(huán)νc(1)截止頻率：ν軸截距νc(2)逸出功：Ek軸截距的絕對值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc：橫軸截距的絕對值(2)飽和光電流Im(3)最大初動(dòng)能：Ek＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc1>Uc2，則ν1>ν2(2)飽和光電流(3)最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系(1)截止頻率νc：橫軸截距(2)遏止電壓Uc(3)普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke4.波粒二象性(1)大量粒子易顯示出波動(dòng)性，而少量粒子易顯示出粒子性。(2)波長長(頻率低)的波動(dòng)性強(qiáng)，而波長短(頻率高)的粒子性強(qiáng)。(3)粒子的能量ε和動(dòng)量p跟它所對應(yīng)的波的頻率ν和波長λ之間的關(guān)系：ε＝hν，p＝eq\f(h,λ)?！纠?】(2021·浙江6月選考)已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，電子的質(zhì)量為9.11×10－31kg，一個(gè)電子和一滴直徑約為4μm的油滴具有相同動(dòng)能，則電子與油滴的德布羅意波長之比的數(shù)量級為()A．10－8 B．106C．108 D．1016【總結(jié)提煉】物質(zhì)波波長的計(jì)算方法(1)根據(jù)已知條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動(dòng)量的表達(dá)式p＝mv。(2)根據(jù)波長公式λ＝eq\f(h,p)求解。(3)注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動(dòng)量的不同表達(dá)式。如光子的能量：ε＝hν，動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)；微觀粒子的動(dòng)能：Ek＝eq\f(1,2)mv2，動(dòng)量p＝mv。【例2】(2022·浙江Z20名校聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示，用波長為λ0的單色光照射某金屬，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電壓表的示數(shù)為某值時(shí)，電流表的示數(shù)恰好減小為零；再用波長為eq\f(4λ0,5)的單色光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，當(dāng)電壓表的示數(shù)增加到原來的2倍時(shí)，電流表的示數(shù)又恰好減小為零。已知普朗克常量為h，真空中光速為c、下列分析正確的是()A．用波長為2λ0的單色光照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)B．該金屬的逸出功為eq\f(7hc,4λ0)C．兩種光照射出的光電子的最大初動(dòng)能之比為1∶2D．若將電源的正負(fù)極調(diào)換，仍用波長為λ0的單色光照射，將滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)，電流表的示數(shù)將一定增大【提煉總結(jié)】1.兩條對應(yīng)關(guān)系(1)光照強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大。2.定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc。(3)逸出功與截止頻率的關(guān)系：W0＝hνc?！纠?】(2022·河北卷)如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實(shí)驗(yàn)曲線，該實(shí)驗(yàn)直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測定了普朗克常量h。由圖像可知()A．鈉的逸出功為hνcB．鈉的截止頻率為8.5×1014HzC．圖中直線的斜率為普朗克常量hD．遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比題型二玻爾理論和能級躍遷1．玻爾理論的基本內(nèi)容(1)能級假設(shè)：氫原子En＝eq\f(E1,n2)(n為量子數(shù))。(2)躍遷假設(shè)：吸收或釋放的能量hν＝Em－En(m>n)。(3)軌道假設(shè)：氫原子rn＝n2r1(n為量子數(shù))。2．兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子。①輻射光子的頻率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h)。②大量氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可輻射光子的種類N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)(2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量。①光照(吸收光子)：光子的能量必須恰好等于能級差ΔE。②碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥ΔE。③大于電離能的光子被吸收，原子被電離?！纠?】(多選)(2022·金華十校4月?？?如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，發(fā)出頻率不同的大量光子，其中頻率最高的光子照射到圖乙電路中光電管陰極K上時(shí)，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。下列說法正確的是()A．光電管陰極K金屬材料的逸出功為7.0eVB．這些氫原子躍遷時(shí)共發(fā)出3種頻率的光C．若調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片能使光電流為零，則可判斷圖乙中電源右側(cè)為正極D．氫原子躍遷放出的光子中共有2種頻率的光子可以使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象【例2】(2022·北京市海淀區(qū)一模)如圖所示為氦離子(He＋)的能級圖，根據(jù)玻爾原子理論，關(guān)于氦離子能級躍遷，下列說法正確的是()A.大量處于n＝3能級的氦離子，最多可輻射2種不同頻率的光子B.從n＝4向n＝3能級躍遷，需吸收2.64eV能量C.處于n＝1能級的氦離子，可以吸收54.0eV的能量而發(fā)生電離D.從n＝3躍遷到n＝2能級比從n＝2躍遷到n＝1能級輻射出的光子頻率低題型三核反應(yīng)和核能1．核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2.原子核的衰變(1)衰變的實(shí)質(zhì)：α衰變?yōu)?eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He，即放出α射線；β衰變?yōu)閑q\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e，即放出β射線，在α衰變或β衰變過程中放出γ射線。(2)衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定，與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)；半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對個(gè)別、少數(shù)原子無意義。(3)在磁場中的運(yùn)動(dòng)α衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He勻強(qiáng)磁場中軌跡兩圓外切，α粒子半徑大β衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e勻強(qiáng)磁場中軌跡兩圓內(nèi)切，β粒子半徑大3．核能(1)核能獲取的三種途徑①重核裂變：例如eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n②輕核聚變：例如eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n③核子結(jié)合成原子核放出核能：例如eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H(2)核能計(jì)算的三種方法①根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。②根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。③如果核反應(yīng)時(shí)釋放的核能全部是以動(dòng)能形式呈現(xiàn)，則核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量即為釋放的核能。【例1】(2022·遼寧高三二模)核電池又叫“放射性同位素電池”，它是通過半導(dǎo)體換能器將同位素在衰變過程中不斷地放出具有熱能的射線，把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苤圃於?。核電池已成功地用作航天器的電源、心臟起搏器電源和一些特殊軍事用途。已知“嫦娥四號”上有一塊備用的核燃料電池，核燃料為eq\o\al(238,94)Pu，其半衰期為88年，eq\o\al(238,94)Pu的衰變方程為eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,m)X＋eq\o\al(n,2)Y，下列說法正確的是()A.eq\o\al(238,94)Pu核比X核多4個(gè)中子B.該元素衰變的速度隨所處環(huán)境的壓強(qiáng)和溫度的變化而發(fā)生變化C.任意一個(gè)eq\o\al(238,94)Pu原子核發(fā)生衰變的時(shí)間都是88年D.該衰變的類型為α衰變，其實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)部兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子從原子核中放射出來【提煉總結(jié)】1.衰變實(shí)質(zhì)：α衰變是原子核中的2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氦核并放出；β衰變是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，再將電子放出；γ衰變伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)發(fā)生，不改變原子核的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)，以光子形式釋放出衰變過程中的多余能量。2.核衰變規(guī)律：m＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))m0，N＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))N0，其中t為衰變的時(shí)長，τ為原子核的半衰期。衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。3.α衰變和β衰變次數(shù)的確定方法①方法一：先由質(zhì)量數(shù)改變確定α衰變的次數(shù)，再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù)。②方法二：設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒列方程組求解?！纠?】(多選)(2021·浙江6月選考)對四個(gè)核反應(yīng)方程(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He；(2)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e；(3)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H；(4)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。下列說法正確的是()A．(1)(2)式核反應(yīng)沒有釋放能量B．(1)(2)(3)式均是原子核衰變方程C．(3)式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程D．利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一【例3】(2022·遼寧卷)2022年1月，中國錦屏深地實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了首個(gè)核天體物理研究實(shí)驗(yàn)成果。表明我國核天體物理研究已經(jīng)躋身國際先進(jìn)行列。實(shí)驗(yàn)中所用核反應(yīng)方程為X＋eq\o\al(25,12)Mg→eq\o\al(26,13)Al，已知X、eq\o\al(25,12)Mg、eq\o\al(26,13)Al的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c，該反應(yīng)中釋放的能量為E。下列說法正確的是()A．X為氘核eq\o\al(2,1)HB．X為氚核eq\o\al(3,1)HC．E＝(m1＋m2＋m3)c2D．E＝(m1＋m2－m3)c2【例4】(多選)(2019·浙江4月選考)靜止在勻強(qiáng)磁場中的原子核X發(fā)生α衰變后變成新原子核Y。已知核X的質(zhì)量數(shù)為A，電荷數(shù)為Z，核X、核Y和α粒子的質(zhì)量分別為mX、mY和mα，α粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑為R。則()A．衰變方程可表示為eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)HeB．核Y的結(jié)合能為(mX－mY－mα)c2C．核Y在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑為eq\f(2R,Z－2)D．核Y的動(dòng)能為EkY＝eq\f(mY（mX－mY－mα）c2,mY＋mα)【專題突破練】1．(2022·湖南卷)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是()A．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋了原子光譜的分立特征B．玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律C．光電效應(yīng)揭示了光的粒子性D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性2．根據(jù)所給圖片結(jié)合課本相關(guān)知識，下列說法正確的是()A.圖甲是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，證明電子具有粒子性B.圖乙是“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)裝置，鋅板表面逸出的粒子是光子C.圖丙是α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，原子核式結(jié)構(gòu)模型很好的解釋了本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象D.圖丁是工業(yè)上用射線檢測金屬板厚度的裝置，使用的射線是α射線3.(2022·陜西寶雞一模)如圖所示是氫原子的能級圖，對于一群處于n＝4的氫原子，下列說法中正確的是()A.這群氫原子能夠吸收任意能量的光子后向更高能級躍遷B.從n＝4能級躍遷到n＝3能級發(fā)出的光的波長最長C.這群氫原子能夠發(fā)出4種不同頻率的光D.如果發(fā)出的光子中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，一定是由n＝2能級躍遷到n＝1能級發(fā)出的4.(2022·浙江寧波?？?2021年5月28日，我國有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置取得新突破，成功實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101s和1.6億攝氏度20s等離子體運(yùn)行。氘核聚變反應(yīng)的方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→X＋eq\o\al(1,0)n。已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，反應(yīng)中釋放的核能為ΔE，光速為c，下列說法正確的是()A．X為eq\o\al(4,2)HeB．X為eq\o\al(3,1)HC．X的質(zhì)量為2m1－m2－eq\f(ΔE,c2)D．兩氘核間的庫侖力有利于核聚變反應(yīng)的進(jìn)行5．(2022·全國甲卷)兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0，在t＝0時(shí)刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N，在t＝2t0時(shí)刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為eq\f(N,3)，則在t＝4t0時(shí)刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為()A.eq\f(N,12) B.eq\f(N,9)C.eq\f(N,8) D.eq\f(N,6)6．(多選)(2022·金華十校4月?？?鈾核裂變的一種方程為eq\o\al(235,92)U＋X→eq\o\al(94,38)Sr＋eq\o\al(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n，已知原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系如圖所示，下列說法中正確的有()A．X粒子是中子B．X粒子是質(zhì)子C.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(94,38)Sr的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定D.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量數(shù)最多，結(jié)合能最大7．(多選)(2022·浙江寧波二模)2021年9月，在甘肅省武威市全球首臺釷基熔鹽核反應(yīng)堆進(jìn)行試運(yùn)行放電，也標(biāo)志著我國成為世界上第一個(gè)對第四代核電技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化試驗(yàn)運(yùn)營的國家。反應(yīng)堆工作原理如圖所示，釷232(eq\a\vs4\al(eq\o\al(232,90)Th))吸收一個(gè)中子后會(huì)變成釷233，釷233不穩(wěn)定，會(huì)變成易裂變核素鈾233(eq\a\vs4\al(eq\o\al(233,92)U))。下列說法正確的是()A．釷233變成鈾233的核反應(yīng)方程式是：eq\o\al(232,90)Th→eq\o\al(233,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(233,91)Pa→eq\o\al(233,92)U＋eq\o\al(0,－1)eB．中間產(chǎn)生的新核鏷233(eq\o\al(233,91)Pa)從高能級向低能級躍遷時(shí)，會(huì)伴隨γ輻射C．新核鈾233(eq\o\al(233,92)U)的結(jié)合能小于釷233(eq\o\al(232,90)Th)D．核反應(yīng)堆是通過核裂變把核能直接轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電8.(2022·東北師大附中模擬)物理學(xué)中，將如同eq\o\al(3,2)He是eq\o\al(3,1)H這樣質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的原子核互稱為“鏡像核”。已知eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量分別為m3H＝3.016050u和mHe＝3.016029u，中子和質(zhì)子質(zhì)量分別是mn＝1.008665u和mP＝1.007825u，則關(guān)于“鏡像核”及核反應(yīng)，下列說法正確的是()A.eq\o\al(15,7)N和eq\o\al(16,8)O互為“鏡像核”B.eq\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互為“鏡像核”C.互為“鏡像核”的兩個(gè)原子核的結(jié)合能是一樣的D.核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中有α粒子，該反應(yīng)是α衰變9.(2022·北京高三二模)氫原子的能級圖如圖甲所示，一群處于第4能級的氫原子，向低能級躍遷過程中能發(fā)出6種不同頻率的光，其中只有頻率為νa、νb兩種光可讓圖乙所示的光電管陰極K發(fā)生光電效應(yīng)。分別用頻率為νa、νb的兩個(gè)光源照射光電管陰極K，測得電流隨電壓變化的圖象如圖丙所示。下列說法中正確的是()A.a光的波長小于b光的波長B.a、b兩種光源相比，a光源照射光電管陰極K單位時(shí)間發(fā)出的光電子數(shù)較多C.通過微安表的電流方向由上到下D.滑片P在最左端時(shí)微安表的示數(shù)一定為零10.(多選)(2022·浙大附中12月首考)2021年4月13日，日本政府舉行內(nèi)閣會(huì)議，正式?jīng)Q定向海洋排放福島核電站含有對海洋環(huán)境等有害的核廢水。核廢水排入大海以后，首先會(huì)影響到周邊國家，然后經(jīng)過海洋的大洋環(huán)流，十年以后，整個(gè)太平洋將會(huì)全部受到污染。它如果存在于人的體內(nèi)，就可能導(dǎo)致“三致”，致癌致畸致突變，對人的遺傳基因有重大的影響。下圖中，關(guān)于放射線的探測、應(yīng)用與防護(hù)說法正確的是()A．甲乙兩圖是在威耳遜云室中產(chǎn)生的徑跡圖，根據(jù)徑跡的長短和粗細(xì)，可以知道乙圖粒子為β粒子B．丙圖是蓋革－米勒計(jì)數(shù)管，它能用來計(jì)數(shù)，也能區(qū)分射線的種類C．丁圖中是工業(yè)部門使用X射線來測塑料板或鋼板的厚度D.eq\o\al(238,92)U(鈾核)衰變?yōu)閑q\o\al(222,88)Rn(氡核)要經(jīng)過4次α衰變，4次β衰變11．(多選)(2021·云峰聯(lián)盟10月聯(lián)考)氫原子光譜如圖甲所示，其中Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可見光區(qū)的四條譜線。由玻爾原子模型求得的氫原子能級如圖乙所示，下列說法正確的是()A．玻爾原子理論的成功之處是第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域B．氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)可能輻射出γ射線C．氫原子從n＝6的能級向n＝2的能級躍遷時(shí)會(huì)輻射出紫外線D．如果Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那一定是Hδ12．(多選)(2022·浙江杭州二模)在火星上太陽能電池板發(fā)電能力有限，因此科學(xué)家用放射性材料PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電。PuO2中的Pu元素是eq\o\al(238,94)Pu，其半衰期是87.7年，可衰變?yōu)閑q\o\al(234,92)U。某次火星探測時(shí)火星車儲(chǔ)存了5kg的放射性材料PuO2。下列說法正確的是()A．Pu的同位素的半衰期一定為87.7年B.eq\o\al(238,94)Pu的衰變方程為eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)HeC.eq\o\al(238,94)Pu的比結(jié)合能小于eq\o\al(234,92)U的比結(jié)合能D．經(jīng)過87.7年該火星車上的PuO2能釋放約1.4×1030MeV的能量13．(多選)(2022·浙江十校聯(lián)盟聯(lián)考)2021年4月，中國科學(xué)院近代物理研究所研究團(tuán)隊(duì)首次合成新核素鈾eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(214,92)U))，并在重核區(qū)首次發(fā)現(xiàn)強(qiáng)的質(zhì)子—中子相互作用導(dǎo)致α粒子形成概率顯著增強(qiáng)的現(xiàn)象。如圖所示為eq\o\al(214,92)U核中質(zhì)子P－中子n相互作用導(dǎo)致α粒子形成幾率增強(qiáng)示意圖。以下說法正確的是()A．若鈾核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(214,92)U))發(fā)生α衰變，則其核反應(yīng)方程可能為eq\o\al(214,92)U→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(210,90)ThB．若靜止的軸核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(214,92)U))發(fā)生衰變，產(chǎn)生的新核速度方向與α粒子速度方向可能相同C．α衰變中產(chǎn)生的α粒子若經(jīng)過云室，易使空氣電離，其徑跡細(xì)而長D．產(chǎn)生的新核(eq\o\al(210,90)Th)從高能級向低能級躍遷時(shí)，將發(fā)射出γ射線14.(多選)(2022·浙江紹興二模)如圖所示是我國的“祝融號”火星車，它的電源來自太陽能電池而非核電池(核電池能量來自钚238發(fā)生的α衰變)，它多次將火星表面影像通過無線電波傳送回地球，為人類提供了許多寶貴資料。下列說法正確的是()A．α粒子的速度可以達(dá)到光速B．無線電波與光波都是電磁波C．钚238發(fā)生α衰變后新核的中子數(shù)增加2D．當(dāng)?shù)厍蚓嗷鹦羌s為6×107km時(shí)，地球上收到的是大約200s之前的影像15.(2022·湖南衡陽一模)利用钚238發(fā)生衰變釋放的能量可制造電池，核電池隨“嫦娥三號”軟著陸月球，并用于嫦娥三號的著陸器和月球車上。一個(gè)靜止的钚核eq\o\al(238,94)Pu(原子核質(zhì)量為m1)放出一個(gè)x粒子(原子核質(zhì)量為m2)后，衰變成鈾核eq\o\al(234,92)U(原子核質(zhì)量為m3)。已知光速為c。(1)判斷x是什么粒子，并寫出钚核的衰變反應(yīng)方程；(2)計(jì)算該衰變反應(yīng)中釋放出的核能；(3)若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核和x粒子的動(dòng)能，則x粒子的動(dòng)能為多少。16.(2022·江蘇七市二模)硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù)，其原理是進(jìn)入癌細(xì)胞內(nèi)的硼核(eq\o\al(10,5)B)吸收慢中子，轉(zhuǎn)變成鋰核(eq\o\al(7,3)Li)和α粒子，釋放出γ光子。已知核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損為Δm，γ光子的能量為E0，硼核的比結(jié)合能為E1，鋰核的比結(jié)合能為E2，普朗克常量為h，真空中光速為c。(1)寫出核反應(yīng)方程并求出γ光子的波長λ；(2)求核反應(yīng)放出的能量E及氦核的比結(jié)合能E3。第一部分保分模塊前置專題1.2近代物理目錄TOC\o"1-3"\h\u【專題知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】 1【專題高考定位】 1【突破高考題型】 1題型一光電效應(yīng)波粒二象性 1題型二玻爾理論和能級躍遷 5題型三核反應(yīng)和核能 6【專題突破練】 10【專題知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【專題高考定位】1．考查重點(diǎn)：物理學(xué)史和物理學(xué)思想方法、原子及原子核的結(jié)構(gòu)、光電效應(yīng)的規(guī)律和波粒二象性、能級和能級躍遷的規(guī)律、原子核的衰變和人工轉(zhuǎn)變以及核能的計(jì)算。2．考題形式：選擇題?！就黄聘呖碱}型】題型一光電效應(yīng)波粒二象性1．三個(gè)關(guān)系(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓：Ek＝eUc。(3)逸出功與極限頻率：W0＝hνc。2．兩條線索(1)光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子數(shù)多→光電流大。(2)光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大。3．四類圖像圖像名稱圖像形狀由圖像得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系Ek＝hν－h(huán)νc(1)截止頻率：ν軸截距νc(2)逸出功：Ek軸截距的絕對值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc：橫軸截距的絕對值(2)飽和光電流Im(3)最大初動(dòng)能：Ek＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc1>Uc2，則ν1>ν2(2)飽和光電流(3)最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系(1)截止頻率νc：橫軸截距(2)遏止電壓Uc(3)普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke4.波粒二象性(1)大量粒子易顯示出波動(dòng)性，而少量粒子易顯示出粒子性。(2)波長長(頻率低)的波動(dòng)性強(qiáng)，而波長短(頻率高)的粒子性強(qiáng)。(3)粒子的能量ε和動(dòng)量p跟它所對應(yīng)的波的頻率ν和波長λ之間的關(guān)系：ε＝hν，p＝eq\f(h,λ)?！纠?】(2021·浙江6月選考)已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，電子的質(zhì)量為9.11×10－31kg，一個(gè)電子和一滴直徑約為4μm的油滴具有相同動(dòng)能，則電子與油滴的德布羅意波長之比的數(shù)量級為()A．10－8 B．106C．108 D．1016【答案】C【解析】根據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，p＝eq\r(2mEk)，解得λ＝eq\f(h,\r(2mEk))，由題意可知，電子與油滴的動(dòng)能相同，則其波長與質(zhì)量的二次方根成反比，所以有eq\f(λ電,λ油)＝eq\f(\r(m油),\r(m電))，其中m油＝ρ·eq\f(1,6)πd3＝0.8×103×eq\f(1,6)×3.14×(4×10－6)3kg＝2.7×10－14kg，代入數(shù)據(jù)解得eq\f(λ電,λ油)＝eq\r(\f(2.7×10－14,9.11×10－31))≈1.7×108，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤?！究偨Y(jié)提煉】物質(zhì)波波長的計(jì)算方法(1)根據(jù)已知條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動(dòng)量的表達(dá)式p＝mv。(2)根據(jù)波長公式λ＝eq\f(h,p)求解。(3)注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動(dòng)量的不同表達(dá)式。如光子的能量：ε＝hν，動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)；微觀粒子的動(dòng)能：Ek＝eq\f(1,2)mv2，動(dòng)量p＝mv?！纠?】(2022·浙江Z20名校聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示，用波長為λ0的單色光照射某金屬，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電壓表的示數(shù)為某值時(shí)，電流表的示數(shù)恰好減小為零；再用波長為eq\f(4λ0,5)的單色光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，當(dāng)電壓表的示數(shù)增加到原來的2倍時(shí)，電流表的示數(shù)又恰好減小為零。已知普朗克常量為h，真空中光速為c、下列分析正確的是()A．用波長為2λ0的單色光照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)B．該金屬的逸出功為eq\f(7hc,4λ0)C．兩種光照射出的光電子的最大初動(dòng)能之比為1∶2D．若將電源的正負(fù)極調(diào)換，仍用波長為λ0的單色光照射，將滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)，電流表的示數(shù)將一定增大【答案】C【解析】根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝eq\f(hc,λ)－W0及Ek＝eUc可知，當(dāng)用波長為λ0的單色光照射時(shí)eq\f(hc,λ0)－W0＝eUc，當(dāng)用波長為eq\f(4λ0,5)的單色光照射時(shí)eq\f(hc,\f(4,5)λ0)－W0＝2eUc，解得W0＝eq\f(3hc,4λ0)，由W0＝eq\f(hc,λ極)可得λ極＝eq\f(4,3)λ0，A、B錯(cuò)誤；兩種光照射出的光電子的最大初動(dòng)能之比為eq\f(Ek1,Ek2)＝eq\f(eUc,2eUc)＝eq\f(1,2)，C正確；電流表測量光電流，將電源的正負(fù)極調(diào)換，仍用波長為λ0的單色光照射，將滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)，正向電壓增大，由于不知飽和光電流大小，電流表的示數(shù)不一定增大，D錯(cuò)誤?！咎釤捒偨Y(jié)】1.兩條對應(yīng)關(guān)系(1)光照強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大。2.定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc。(3)逸出功與截止頻率的關(guān)系：W0＝hνc?！纠?】(2022·河北卷)如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實(shí)驗(yàn)曲線，該實(shí)驗(yàn)直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測定了普朗克常量h。由圖像可知()A．鈉的逸出功為hνcB．鈉的截止頻率為8.5×1014HzC．圖中直線的斜率為普朗克常量hD．遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比【答案】A【解析】根據(jù)遏止電壓與最大初動(dòng)能的關(guān)系有eUc＝Ek，根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W0，當(dāng)結(jié)合圖像可知，當(dāng)Uc為0時(shí)，解得W0＝hνc，A正確；鈉的截止頻率為νc，根據(jù)圖像可知，截止頻率小于8.5×1014Hz，B錯(cuò)誤；結(jié)合遏止電壓與光電效應(yīng)方程可得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可知，圖中直線的斜率表示eq\f(h,e)，C錯(cuò)誤；根據(jù)遏止電壓與入射光的頻率關(guān)系式可知，遏止電壓Uc與入射光頻率ν成線性關(guān)系，不是成正比，D錯(cuò)誤。題型二玻爾理論和能級躍遷1．玻爾理論的基本內(nèi)容(1)能級假設(shè)：氫原子En＝eq\f(E1,n2)(n為量子數(shù))。(2)躍遷假設(shè)：吸收或釋放的能量hν＝Em－En(m>n)。(3)軌道假設(shè)：氫原子rn＝n2r1(n為量子數(shù))。2．兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子。①輻射光子的頻率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h)。②大量氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可輻射光子的種類N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)(2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量。①光照(吸收光子)：光子的能量必須恰好等于能級差ΔE。②碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥ΔE。③大于電離能的光子被吸收，原子被電離?！纠?】(多選)(2022·金華十校4月?？?如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，發(fā)出頻率不同的大量光子，其中頻率最高的光子照射到圖乙電路中光電管陰極K上時(shí)，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。下列說法正確的是()A．光電管陰極K金屬材料的逸出功為7.0eVB．這些氫原子躍遷時(shí)共發(fā)出3種頻率的光C．若調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片能使光電流為零，則可判斷圖乙中電源右側(cè)為正極D．氫原子躍遷放出的光子中共有2種頻率的光子可以使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象【答案】BD【解析】由圖甲可知，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，發(fā)出頻率最高的光子的能量為E＝E3－E1＝12.09eV，根據(jù)圖丙可知，遏止電壓為Uc＝7V，則光電子的最大初動(dòng)能Ek＝eUc＝7eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝E－W0，則光電管陰極K金屬材料的逸出功為W0＝E－eUc＝5.09eV，A錯(cuò)誤；根據(jù)排列組合的規(guī)律可知，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，共發(fā)出3種頻率的光，B正確；光電子由陰極K向?qū)γ娴臉O板運(yùn)動(dòng)，形成光電流，要阻止該電流，需要接反向電壓，則可判斷圖乙中電源左側(cè)為正極，C錯(cuò)誤；通過A分析可知，只要光電子的能量大于5.09eV，就可以使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，由圖甲可知，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，有2種頻率的光子滿足要求，D正確?！纠?】(2022·北京市海淀區(qū)一模)如圖所示為氦離子(He＋)的能級圖，根據(jù)玻爾原子理論，關(guān)于氦離子能級躍遷，下列說法正確的是()A.大量處于n＝3能級的氦離子，最多可輻射2種不同頻率的光子B.從n＝4向n＝3能級躍遷，需吸收2.64eV能量C.處于n＝1能級的氦離子，可以吸收54.0eV的能量而發(fā)生電離D.從n＝3躍遷到n＝2能級比從n＝2躍遷到n＝1能級輻射出的光子頻率低【答案】D【解析】大量處于n＝3能級的氦離子，最多可輻射Ceq\o\al(2,3)＝3種不同頻率的光子，故A錯(cuò)誤；因?yàn)閺膎＝4向n＝3能級躍遷，是從高能級向低能級躍遷，要釋放能量，故B錯(cuò)誤；由圖可知，處于n＝1能級的氦離子要發(fā)生電離，需要吸收的能量應(yīng)滿足ΔE≥0－E1＝54.4eV，故C錯(cuò)誤；因?yàn)閺膎＝3躍遷到n＝2能級輻射的光子能量為ΔE′＝E3－E2＝7.56eV，而從n＝2躍遷到n＝1能級輻射的光子能量為ΔE″＝E2－E1＝40.8eV，即從n＝3躍遷到n＝2能級比從n＝2躍遷到n＝1能級輻射出的光子的能量小，又因?yàn)棣牛絟ν，所以從n＝3躍遷到n＝2能級比從n＝2躍遷到n＝1能級輻射出的光子頻率低，故D正確。題型三核反應(yīng)和核能1．核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2.原子核的衰變(1)衰變的實(shí)質(zhì)：α衰變?yōu)?eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He，即放出α射線；β衰變?yōu)閑q\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e，即放出β射線，在α衰變或β衰變過程中放出γ射線。(2)衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定，與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)；半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對個(gè)別、少數(shù)原子無意義。(3)在磁場中的運(yùn)動(dòng)α衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He勻強(qiáng)磁場中軌跡兩圓外切，α粒子半徑大β衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e勻強(qiáng)磁場中軌跡兩圓內(nèi)切，β粒子半徑大3．核能(1)核能獲取的三種途徑①重核裂變：例如eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n②輕核聚變：例如eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n③核子結(jié)合成原子核放出核能：例如eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H(2)核能計(jì)算的三種方法①根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。②根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。③如果核反應(yīng)時(shí)釋放的核能全部是以動(dòng)能形式呈現(xiàn)，則核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量即為釋放的核能?！纠?】(2022·遼寧高三二模)核電池又叫“放射性同位素電池”，它是通過半導(dǎo)體換能器將同位素在衰變過程中不斷地放出具有熱能的射線，把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苤圃於伞：穗姵匾殉晒Φ赜米骱教炱鞯碾娫?、心臟起搏器電源和一些特殊軍事用途。已知“嫦娥四號”上有一塊備用的核燃料電池，核燃料為eq\o\al(238,94)Pu，其半衰期為88年，eq\o\al(238,94)Pu的衰變方程為eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,m)X＋eq\o\al(n,2)Y，下列說法正確的是()A.eq\o\al(238,94)Pu核比X核多4個(gè)中子B.該元素衰變的速度隨所處環(huán)境的壓強(qiáng)和溫度的變化而發(fā)生變化C.任意一個(gè)eq\o\al(238,94)Pu原子核發(fā)生衰變的時(shí)間都是88年D.該衰變的類型為α衰變，其實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)部兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子從原子核中放射出來【答案】D【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，及eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,m)X＋eq\o\al(n,2)Y，可知m＝92，n＝4，eq\o\al(238,94)Pu中子數(shù)為238－94＝144，X核的中子數(shù)為234－92＝142，eq\o\al(238,94)Pu核比X核多2個(gè)中子，A錯(cuò)誤；由衰變的快慢性質(zhì)知，它由核本身的因素決定，而與原子所處的物理狀態(tài)、溫度、壓強(qiáng)、速度、受力和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，B錯(cuò)誤；衰變規(guī)律是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只適用于大量原子，對少量原子不適用，不能由半衰期推算任意一個(gè)原子核的衰變時(shí)間，C錯(cuò)誤；該反應(yīng)是發(fā)生了α衰變，即eq\o\al(4,2)Y為eq\o\al(4,2)He，α粒子從原子核中射出，D正確?！咎釤捒偨Y(jié)】1.衰變實(shí)質(zhì)：α衰變是原子核中的2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氦核并放出；β衰變是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，再將電子放出；γ衰變伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)發(fā)生，不改變原子核的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)，以光子形式釋放出衰變過程中的多余能量。2.核衰變規(guī)律：m＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))m0，N＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))N0，其中t為衰變的時(shí)長，τ為原子核的半衰期。衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。3.α衰變和β衰變次數(shù)的確定方法①方法一：先由質(zhì)量數(shù)改變確定α衰變的次數(shù)，再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù)。②方法二：設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒列方程組求解。【例2】(多選)(2021·浙江6月選考)對四個(gè)核反應(yīng)方程(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He；(2)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e；(3)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H；(4)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。下列說法正確的是()A．(1)(2)式核反應(yīng)沒有釋放能量B．(1)(2)(3)式均是原子核衰變方程C．(3)式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程D．利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一【答案】CD【解析】(1)是α衰變方程，(2)是β衰變方程，均有能量放出，A錯(cuò)誤；(3)是人工核轉(zhuǎn)變方程，B錯(cuò)誤；(3)式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程，C正確；利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一，D正確?！纠?】(2022·遼寧卷)2022年1月，中國錦屏深地實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了首個(gè)核天體物理研究實(shí)驗(yàn)成果。表明我國核天體物理研究已經(jīng)躋身國際先進(jìn)行列。實(shí)驗(yàn)中所用核反應(yīng)方程為X＋eq\o\al(25,12)Mg→eq\o\al(26,13)Al，已知X、eq\o\al(25,12)Mg、eq\o\al(26,13)Al的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c，該反應(yīng)中釋放的能量為E。下列說法正確的是()A．X為氘核eq\o\al(2,1)HB．X為氚核eq\o\al(3,1)HC．E＝(m1＋m2＋m3)c2D．E＝(m1＋m2－m3)c2【答案】D【解析】根據(jù)電荷量可知，X的電荷量為1，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量為1，則X表示質(zhì)子eq\o\al(1,1)H，故A、B錯(cuò)誤；這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能為E＝(m1＋m2－m3)c2，故C錯(cuò)誤，D正確?！纠?】(多選)(2019·浙江4月選考)靜止在勻強(qiáng)磁場中的原子核X發(fā)生α衰變后變成新原子核Y。已知核X的質(zhì)量數(shù)為A，電荷數(shù)為Z，核X、核Y和α粒子的質(zhì)量分別為mX、mY和mα，α粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑為R。則()A．衰變方程可表示為eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)HeB．核Y的結(jié)合能為(mX－mY－mα)c2C．核Y在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑為eq\f(2R,Z－2)D．核Y的動(dòng)能為EkY＝eq\f(mY（mX－mY－mα）c2,mY＋mα)【答案】AC【解析】衰變過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均守恒，故該衰變方程為eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He，故A正確；結(jié)合能是把核子分開而需要的能量，而(mX－mY－mα)c2是衰變過程中釋放的能量，故B錯(cuò)誤；衰變過程中滿足動(dòng)量守恒定律，即有0＝mYvY－mαvα，又粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r＝eq\f(mv,qB)，故核Y與α粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比eq\f(rY,rα)＝eq\f(qα,qY)＝eq\f(2,Z－2)，故rY＝eq\f(2R,Z－2)，C正確；衰變過程中根據(jù)能量守恒定律，若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，則EkY＋Ekα＝(mX－mY－mα)c2，而eq\f(EkY,Ekα)＝eq\f(vY,vα)＝eq\f(mα,mY)，聯(lián)合上述二式可得，EkY＝eq\f(mα（mX－mY－mα）c2,mY＋mα)，若釋放的核能不完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，則無法計(jì)算，故D錯(cuò)誤。【專題突破練】1．(2022·湖南卷)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是()A．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋了原子光譜的分立特征B．玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律C．光電效應(yīng)揭示了光的粒子性D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性【答案】C【解析】盧瑟福提出核式結(jié)構(gòu)模型，但不能解釋原子光譜的分立特征，玻爾的原子理論成功的解釋了氫原子的分立光譜，但不足之處是它保留了經(jīng)典理論中的一些觀點(diǎn)，如電子軌道的概念，還不能完全揭示微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，A、B錯(cuò)誤；光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，C正確；電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，證實(shí)了電子的波動(dòng)性，D錯(cuò)誤。2．根據(jù)所給圖片結(jié)合課本相關(guān)知識，下列說法正確的是()A.圖甲是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，證明電子具有粒子性B.圖乙是“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)裝置，鋅板表面逸出的粒子是光子C.圖丙是α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，原子核式結(jié)構(gòu)模型很好的解釋了本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象D.圖丁是工業(yè)上用射線檢測金屬板厚度的裝置，使用的射線是α射線【答案】C【解析】根據(jù)電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，說明電子具有波動(dòng)性，A錯(cuò)誤；當(dāng)光照射鋅板時(shí)，鋅板表面逸出的是電子，B錯(cuò)誤；原子核式結(jié)構(gòu)模型很好的解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，C正確；根據(jù)α、β、γ三種射線特點(diǎn)可知，γ射線穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱，α射線電離能量最強(qiáng)，穿透能力最弱，為了能夠準(zhǔn)確測量金屬板的厚度，探測射線應(yīng)該用β射線，D錯(cuò)誤。3.(2022·陜西寶雞一模)如圖所示是氫原子的能級圖，對于一群處于n＝4的氫原子，下列說法中正確的是()A.這群氫原子能夠吸收任意能量的光子后向更高能級躍遷B.從n＝4能級躍遷到n＝3能級發(fā)出的光的波長最長C.這群氫原子能夠發(fā)出4種不同頻率的光D.如果發(fā)出的光子中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，一定是由n＝2能級躍遷到n＝1能級發(fā)出的【答案】B【解析】根據(jù)躍遷假設(shè)，氫原子可以吸收特定能量的光子后向更高能級躍遷，故A錯(cuò)誤；根據(jù)躍遷假設(shè)有eq\f(hc,λ)＝Em－En，在所有能級差中，從n＝4能級躍遷到n＝3能級，能級差最小，所以其波長最長，故B正確；根據(jù)躍遷時(shí)的規(guī)律，理論上任意兩個(gè)能級間均可發(fā)生躍遷，由Ceq\o\al(2,4)＝6知這群氫原子能夠發(fā)出6種不同頻率的光，故C錯(cuò)誤；產(chǎn)生光電效應(yīng)，需要入射光的頻率大于等于金屬的極限頻率，故如果發(fā)出的光子中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那么一定是所有光中頻率最高的，根據(jù)hν＝Em－En可知，是由n＝4能級躍遷到n＝1能級發(fā)出的，故D錯(cuò)誤。4.(2022·浙江寧波?？?2021年5月28日，我國有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置取得新突破，成功實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101s和1.6億攝氏度20s等離子體運(yùn)行。氘核聚變反應(yīng)的方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→X＋eq\o\al(1,0)n。已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，反應(yīng)中釋放的核能為ΔE，光速為c，下列說法正確的是()A．X為eq\o\al(4,2)HeB．X為eq\o\al(3,1)HC．X的質(zhì)量為2m1－m2－eq\f(ΔE,c2)D．兩氘核間的庫侖力有利于核聚變反應(yīng)的進(jìn)行【答案】C【解析】由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得出X為eq\o\al(3,2)He，A、B錯(cuò)誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝(2m1－m2－mX)c2得X的質(zhì)量為2m1－m2－eq\f(ΔE,c2)，C正確；兩氘核間的庫侖力是斥力，不利于核聚變反應(yīng)的進(jìn)行，D錯(cuò)誤。5．(2022·全國甲卷)兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0，在t＝0時(shí)刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N，在t＝2t0時(shí)刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為eq\f(N,3)，則在t＝4t0時(shí)刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為()A.eq\f(N,12) B.eq\f(N,9)C.eq\f(N,8) D.eq\f(N,6)【答案】C【解析】根據(jù)題意設(shè)半衰期為t0的元素原子核數(shù)為x，另一種元素原子核數(shù)為y，依題意有x＋y＝N，經(jīng)歷2t0后有eq\f(1,4)x＋eq\f(1,2)y＝eq\f(N,3)，聯(lián)立可得x＝eq\f(2,3)N，y＝eq\f(1,3)N。在t＝4t0時(shí)，原子核數(shù)為x的元素經(jīng)歷了4個(gè)半衰期，原子核數(shù)為y的元素經(jīng)歷了2個(gè)半衰期，則此時(shí)未衰變的原子核總數(shù)為n＝eq\f(1,24)x＋eq\f(1,22)y＝eq\f(N,8)，故選項(xiàng)C正確。6．(多選)(2022·金華十校4月?？?鈾核裂變的一種方程為eq\o\al(235,92)U＋X→eq\o\al(94,38)Sr＋eq\o\al(139,54)Xe＋3eq\o\al(1,0)n，已知原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系如圖所示，下列說法中正確的有()A．X粒子是中子B．X粒子是質(zhì)子C.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(94,38)Sr的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定D.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(139,54)Xe相比，eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量數(shù)最多，結(jié)合能最大【答案】ACD【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，X為中子，A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)圖像可知，eq\o\al(94,38)Sr的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定，eq\o\al(235,92)U的質(zhì)量數(shù)最多，結(jié)合能最大，C、D正確。7．(多選)(2022·浙江寧波二模)2021年9月，在甘肅省武威市全球首臺釷基熔鹽核反應(yīng)堆進(jìn)行試運(yùn)行放電，也標(biāo)志著我國成為世界上第一個(gè)對第四代核電技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化試驗(yàn)運(yùn)營的國家。反應(yīng)堆工作原理如圖所示，釷232(eq\a\vs4\al(eq\o\al(232,90)Th))吸收一個(gè)中子后會(huì)變成釷233，釷233不穩(wěn)定，會(huì)變成易裂變核素鈾233(eq\a\vs4\al(eq\o\al(233,92)U))。下列說法正確的是()A．釷233變成鈾233的核反應(yīng)方程式是：eq\o\al(232,90)Th→eq\o\al(233,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(233,91)Pa→eq\o\al(233,92)U＋eq\o\al(0,－1)eB．中間產(chǎn)生的新核鏷233(eq\o\al(233,91)Pa)從高能級向低能級躍遷時(shí)，會(huì)伴隨γ輻射C．新核鈾233(eq\o\al(233,92)U)的結(jié)合能小于釷233(eq\o\al(232,90)Th)D．核反應(yīng)堆是通過核裂變把核能直接轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電【答案】AB【解析】根據(jù)核反應(yīng)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知，釷233變成鈾233的核反應(yīng)方程式是eq\a\vs4\al(eq\o\al(232,90)Th)→eq\o\al(233,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(233,91)Pa→eq\o\al(233,92)U＋eq\o\al(0,－1)e，A正確；中間產(chǎn)生的新核鏷233(eq\o\al(233,91)Pa)從高能級向低能級躍遷時(shí)，放出能量，會(huì)伴隨γ輻射，B正確；整個(gè)過程中釋放能量，則生成的新核鈾233(eq\o\al(233,92)U)更加穩(wěn)定，則新核鈾233(eq\o\al(233,92)U)的結(jié)合能大于釷233(eq\o\al(232,90)Th)，C錯(cuò)誤；在核電站的核反應(yīng)堆內(nèi)部，核燃料具有的核能通過核裂變反應(yīng)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，D錯(cuò)誤。8.(2022·東北師大附中模擬)物理學(xué)中，將如同eq\o\al(3,2)He是eq\o\al(3,1)H這樣質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的原子核互稱為“鏡像核”。已知eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量分別為m3H＝3.016050u和mHe＝3.016029u，中子和質(zhì)子質(zhì)量分別是mn＝1.008665u和mP＝1.007825u，則關(guān)于“鏡像核”及核反應(yīng)，下列說法正確的是()A.eq\o\al(15,7)N和eq\o\al(16,8)O互為“鏡像核”B.eq\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互為“鏡像核”C.互為“鏡像核”的兩個(gè)原子核的結(jié)合能是一樣的D.核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中有α粒子，該反應(yīng)是α衰變【答案】B【解析】eq\o\al(15,7)N的質(zhì)子數(shù)為7，中子數(shù)為8，互換后質(zhì)子數(shù)變?yōu)?，質(zhì)量數(shù)仍為15，則eq\o\al(15,7)N和eq\o\al(16,8)O不是“鏡像核”，故A錯(cuò)誤；eq\o\al(13,7)N的質(zhì)子數(shù)為7，中子數(shù)為6，互換后質(zhì)子數(shù)變?yōu)?，質(zhì)量數(shù)仍為13，故B正確；質(zhì)子和中子質(zhì)量不同，鏡像核結(jié)合能不同，故C錯(cuò)誤；核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變，生成物中雖然有α粒子，但該反應(yīng)不是α衰變，故D錯(cuò)誤。9.(2022·北京高三二模)氫原子的能級圖如圖甲所示，一群處于第4能級的氫原子，向低能級躍遷過程中能發(fā)出6種不同頻率的光，其中只有頻率為νa、νb兩種光可讓圖乙所示的光電管陰極K發(fā)生光電效應(yīng)。分別用頻率為νa、νb的兩個(gè)光源照射光電管陰極K，測得電流隨電壓變化的圖象如圖丙所示。下列說法中正確的是()A.a光的波長小于b光的波長B.a、b兩種光源相比，a光源照射光電管陰極K單位時(shí)間發(fā)出的光電子數(shù)較多C.通過微安表的電流方向由上到下D.滑片P在最左端時(shí)微安表的示數(shù)一定為零【答案】B【解析】由題圖丙可知，遏止電壓大小Uc2<Uc1則a光的頻率小于b光的頻率，故a光的波長大于b光的波長，A錯(cuò)誤；由題圖丙可知，a的飽和電流大于b的飽和電流，所以單位時(shí)間a光照射時(shí)逸出的光電子數(shù)較多，B正確；光源照射光電管陰極K，陰極光K發(fā)生光電效應(yīng)，電子逸出，故微安表中的電流方向由下到上，C錯(cuò)誤；滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)到最左端，光電管兩端電壓為零，但光電子發(fā)生了光電效應(yīng)，有速度，能夠到達(dá)A極板，光電流不可能為0，D錯(cuò)誤。10.(多選)(2022·浙大附中12月首考)2021年4月13日，日本政府舉行內(nèi)閣會(huì)議，正式?jīng)Q定向海洋排放福島核電站含有對海洋環(huán)境等有害的核廢水。核廢水排入大海以后，首先會(huì)影響到周邊國家，然后經(jīng)過海洋的大洋環(huán)流，十年以后，整個(gè)太平洋將會(huì)全部受到污染。它如果存在于人的體內(nèi)，就可能導(dǎo)致“三致”，致癌致畸致突變，對人的遺傳基因有重大的影響。下圖中，關(guān)于放射線的探測、應(yīng)用與防護(hù)說法正確的是()A．甲乙兩圖是在威耳遜云室中產(chǎn)生的徑跡圖，根據(jù)徑跡的長短和粗細(xì)，可以知道乙圖粒子為β粒子B．丙圖是蓋革－米勒計(jì)數(shù)管，它能用來計(jì)數(shù)，也能區(qū)分射線的種類C．丁圖中是工業(yè)部門使用X射線來測塑料板或鋼板的厚度D.eq\o\al(238,92)U(鈾核)衰變?yōu)閑q\o\al(222,88)Rn(氡核)要經(jīng)過4次α衰變，4次β衰變【答案】AD【解析】因?yàn)棣铝Ｗ拥馁|(zhì)量小，跟氣體碰撞時(shí)容易改變方向，并且電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子小，所以低速β粒子的徑跡又短又粗而且是彎曲的，A正確；不同的射線在蓋革－米勒計(jì)數(shù)管中產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同，因此它只能用于計(jì)數(shù)，不能區(qū)分射線種類，B錯(cuò)誤；丁圖中是工業(yè)部門使用γ射線來測塑料板或鋼板的厚度，C錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(222,88)Rn＋4eq\o\al(4,2)He＋4eq\o\al(0,－1)e，D正確。11．(多選)(2021·云峰聯(lián)盟10月聯(lián)考)氫原子光譜如圖甲所示，其中Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可見光區(qū)的四條譜線。由玻爾原子模型求得的氫原子能級如圖乙所示，下列說法正確的是()A．玻爾原子理論的成功之處是第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域B．氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)可能輻射出γ射線C．氫原子從n＝6的能級向n＝2的能級躍遷時(shí)會(huì)輻射出紫外線D．如果Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那一定是Hδ【答案】AD【解析】由物理學(xué)史可知，玻爾原子理論的成功之處是第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域，A正確；γ射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的，故氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)不可能輻射出γ射線，B錯(cuò)誤；氫原子在n＝6的能量為E6＝－eq\f(E1,62)＝－0.38eV，則氫原子從n＝6的能級向n＝2的能級躍遷放出的能量為ΔE＝E6－E2＝3.02eV，根據(jù)ΔE＝heq\f(c,λ)解得λ＝411.6nm，由甲圖可知，該波長在可見光范圍內(nèi)，故不會(huì)輻射出紫外線，C錯(cuò)誤；由于發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的頻率有關(guān)，頻率越大，越容易發(fā)生光電效應(yīng)，因?yàn)椴ㄩL越短，頻率越大，Hδ的波長最短，其頻率最大，故如果Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那一定是Hδ，D正確。12．(多選)(2022·浙江杭州二模)在火星上太陽能電池板發(fā)電能力有限，因此科學(xué)家用放射性材料PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電。PuO2中的Pu元素是eq\o\al(238,94)Pu，其半衰期是87.7年，可衰變?yōu)閑q\o\al(234,92)U。某次火星探測時(shí)火星車儲(chǔ)存了5kg的放射性材料PuO2。下列說法正確的是()A．Pu的同位素的半衰期一定為87.7年B.eq\o\al(238,94)Pu的衰變方程為eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)HeC.eq\o\al(238,94)Pu的比結(jié)合能小于eq\o\al(234,92)U的比結(jié)合能D．經(jīng)過87.7年該火星車上的PuO2能釋放約1.4×1030MeV的能量【答案】BC【解析】半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，Pu的同位素的半衰期不一定為87.7年，A