統(tǒng)考版2024高考物理二輪專題復(fù)習(xí)第一編專題復(fù)習(xí)攻略專題六近代物理初步第12講波粒二象性原子結(jié)構(gòu)和原子核素養(yǎng)培優(yōu)教師用書

素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題與近代物理相關(guān)的生活、科技問題與近代物理相關(guān)的科技問題相對(duì)較多，與我們生活接近的有：放射治療、輻照保鮮、煙霧報(bào)警器等，與生產(chǎn)科技有關(guān)的有：射線測(cè)厚裝置、示蹤原子、光伏發(fā)電、核電站等．要解決科技發(fā)展問題必需要了解科技問題背后的原理．放射治療、輻照保鮮、射線測(cè)厚裝置、示蹤原子等是利用了放射性同位素的射線，煙霧報(bào)警器、光伏發(fā)電利用了光電效應(yīng)，核電站利用了核裂變．情境1[2023·浙江省四校聯(lián)考](多選)14C發(fā)生放射性衰變?yōu)?4N和粒子X，半衰期約為5700年．已知14C、14N、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，14C、14N的比結(jié)合能分別為E1和E2，真空中的光速為c.植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動(dòng)結(jié)束后，14C的比例持續(xù)削減．下列說法正確的是()A．粒子X為電子B．全球變暖將加速14C的衰變C．14E1－14E2＝(m1－m2－m3)c2D．若某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物樣品的四分之一．該古木的年頭距今約為11400年情境2[2023·湖南卷]2023年4月13日，中國(guó)“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，為可控核聚變的最終實(shí)現(xiàn)又向前邁出了重要的一步，下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是()A．相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多B．氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為eC．核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235D．核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損

情境3(多選)紅外測(cè)溫具有響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、平安精確的優(yōu)點(diǎn)，在新冠疫情防控中發(fā)揮了重要作用．紅外測(cè)溫儀捕獲被測(cè)物體電磁輻射中的紅外線部分，將其轉(zhuǎn)變成電信號(hào)．圖甲為紅外線光譜的三個(gè)區(qū)域，圖乙為氫原子能級(jí)示意圖．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光在真空中的速度c＝3.0×108m/s，下列說法正確的是()A．紅外線光子能量的最大值約為1.64eVB．氫原子從n＝3能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)釋放出的光子能被紅外測(cè)溫儀捕獲C．大量氫原子從n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，紅外測(cè)溫儀可捕獲到2種頻率的紅外線D．大量處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子汲取能量為2.86eV的光子后，輻射出的光子可能被紅外測(cè)溫儀捕獲情境4[2022·山東青島二模](多選)如圖為某同學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)光電煙霧探測(cè)器，光源S發(fā)出一束波長(zhǎng)為0.8μm的紅外線，當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測(cè)器時(shí)，來自S的紅外線會(huì)被煙霧散射進(jìn)入光電管C，當(dāng)紅外線射到光電管中的金屬表面時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)，當(dāng)光電流大于8×10－9A時(shí)，便會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)．已知元電荷e＝1.6×10－19C，光在真空中的傳播速度為3×108m/s.下列說法正確的是()A．光電流的大小與光照強(qiáng)度無關(guān)B．若光源發(fā)出的是可見光，則該裝置將會(huì)失去報(bào)警功能C．該金屬的極限頻率小于3.75×1014HzD．若射向光電管C的光子中有10%會(huì)產(chǎn)生光電子，當(dāng)報(bào)警器報(bào)警時(shí)，每秒射向該金屬表面的光子數(shù)最少為5×1011個(gè)素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題情境1解析：依據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，14C的衰變方程為eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e，所以粒子X為電子，A正確；半衰期與物理環(huán)境和化學(xué)環(huán)境無關(guān)，所以全球變暖衰變速度不變，B錯(cuò)誤；依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，該衰變釋放的能量為ΔE＝（m1－m2－m3）c2＝14E2－14E1，釋放的能量會(huì)轉(zhuǎn)化為生成物的動(dòng)能和伴隨著衰變釋放的γ射線的能量，C錯(cuò)誤；若某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物樣品的四分之一，則可知經(jīng)過了兩個(gè)半衰期，故該古木的年頭距今約為5700×2＝11400年，D正確．答案：AD情境2解析：相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多，A正確；依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知，氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，B錯(cuò)誤；核聚變的核反應(yīng)燃料主要是氘核和氚核，C錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)過程中放出大量能量，有質(zhì)量虧損，D錯(cuò)誤．故選A.答案：A情境3解析：紅外線最短波長(zhǎng)和最長(zhǎng)波長(zhǎng)分別為λmin＝0.76μm，λmax＝1000μm，依據(jù)光子能量E＝hν＝heq\f(c,λ)，代入數(shù)據(jù)可得光子最大和最小能量分別為Emax＝1.64eV，Emin＝1.24×10－3eV，A正確；氫原子從n＝3能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)釋放出的光子能量E＝－1.51－（－3.4）＝1.89eV>Emax，因此不會(huì)被紅外測(cè)溫儀捕獲到，B錯(cuò)誤；大量氫原子從n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，放出的能量為E43＝－0.85－（－1.51）＝0.66eV，E32＝－1.51－（3.4）＝1.89eV，只有從n＝4向n＝3軌道躍遷時(shí)放出的光子能量在紅外區(qū)，因此紅外測(cè)溫儀可捕獲到1種頻率的紅外線，C錯(cuò)誤；大量處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子汲取能量為2.86eV的光子后躍遷到n＝5的能級(jí)，再從該能級(jí)向回躍遷時(shí)，放出的能量有E54＝－0.54－（－0.85）＝0.31eV，E43＝－0.85－（－1.51）＝0.66eV，因此，輻射出的光子可能被紅外測(cè)溫儀捕獲，D正確．答案：AD情境4解析：在達(dá)到飽和電流之前，光照強(qiáng)度越大，光電流越大，光電流的大小與光照強(qiáng)度有關(guān)，故A錯(cuò)誤；依據(jù)報(bào)警器的工作原理，可見光的光子能量大于紅外線的光子能量，所以若光源發(fā)出的是可見光，則該裝置不會(huì)失去報(bào)警功能，故B錯(cuò)誤；依據(jù)波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系式，有c＝λν，代入數(shù)據(jù)，可得ν＝3.75×1014Hz，依據(jù)光電效應(yīng)原理，可知該金屬的極限頻率小于3.75×1014Hz，故C正確；當(dāng)光電流等于8×10－9A