高考物理二輪復(fù)習(xí)精講精練專題14 近代物理初步（精講）

專題14近代物理初步（精講）精講考點(diǎn)精講內(nèi)容考點(diǎn)1光電效應(yīng)和光電管考點(diǎn)2與光電效應(yīng)有關(guān)的圖像問題考點(diǎn)3原子結(jié)構(gòu)和波爾模型考點(diǎn)4原子核的衰變和半衰期考點(diǎn)5核反應(yīng)方程與核能的計算【知識體系構(gòu)建】【典例方法突破】光電效應(yīng)和光電管【例1】（2022年浙江杭州二模）如圖所示是研究光電效應(yīng)的實驗裝置，某同學(xué)進(jìn)行了如下操作：（1）用頻率為SKIPIF1<0的光照射光電管，此時微安表中有電流，將滑動變阻器滑片P調(diào)至位置M（圖中末畫出），使微安表示數(shù)恰好變?yōu)?，此時電壓表示數(shù)為SKIPIF1<0；（2）用頻率為SKIPIF1<0的光照射光電管，將滑片P調(diào)至位置N（圖中末畫出），使微安表示數(shù)恰好變?yōu)?，此時電壓表的示數(shù)為SKIPIF1<0。已知元電荷為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0。關(guān)于該實驗，下列說法正確的是（）A．位置M比位置N更靠近SKIPIF1<0端B．位置M、N與光強(qiáng)有關(guān)C．可求得普朗克常量為SKIPIF1<0D．該光電管中金屬的極限頻率為SKIPIF1<0【答案】AD【詳解】A．根據(jù)電路圖，結(jié)合逸出電子受到電場阻力時，微安表示數(shù)才可能為零，因只有K的電勢高于A點(diǎn)，即觸頭P向a端滑動，才能實現(xiàn)微安表示數(shù)恰好變?yōu)榱?，根?jù)光電效應(yīng)方程可得SKIPIF1<0因SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0，即位置M對應(yīng)的電壓較小，位置M比位置N更靠近SKIPIF1<0端，故A正確；B．位置M、N對應(yīng)的是遏止電壓，與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)，故B錯誤；CD．根據(jù)光電效應(yīng)方程可得SKIPIF1<0；SKIPIF1<0聯(lián)立兩式可得普朗克常量為SKIPIF1<0故C錯誤；D．聯(lián)立方程組可解得逸出功為SKIPIF1<0根據(jù)SKIPIF1<0可解得該光電管中金屬的極限頻率為SKIPIF1<0故D正確；故選AD?！痉椒ㄒ?guī)律歸納】1．光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索：(2)兩條對應(yīng)關(guān)系：入射光強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。2.三個定量關(guān)系式（1）愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0.（2）最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc.（3）逸出功與截止頻率的關(guān)系：W0＝hνc.3.光電管上加正向與反向電壓情況分析(1)光電管加正向電壓時的情況①P右移時,參與導(dǎo)電的光電子數(shù)增加;②P移到某一位置時,所有逸出的光電子恰好都參與了導(dǎo)電,光電流恰好達(dá)到最大值;③P再右移時,光電流不再增大。(2)光電管加反向電壓時的情況①P右移時,參與導(dǎo)電的光電子數(shù)減少;②P移到某一位置時,所有逸出的光電子恰好都不參與導(dǎo)電,光電流恰好為0,此時光電管兩端加的電壓為遏止電壓;③P再右移時,光電流始終為0。與光電效應(yīng)有關(guān)的圖像問題【例2】（2022年云南昆明聯(lián)考）某同學(xué)用圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S，用領(lǐng)率為v的單色光照射光電管時發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率v的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（a，0），與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（0，-b），下列說法中正確的是（）A．若斷開開關(guān)S，電流表G的示數(shù)將變?yōu)榱鉈．普朗克常量為h=SKIPIF1<0C．僅減小照射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動能將減小D．保持照射光頻率不變，僅提高照射光強(qiáng)度，電流表G的示數(shù)增大【答案】D【詳解】A．電鍵S斷開后，因光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電子存在最大初動能，因此電流表G的示數(shù)不為零，A錯；B．根據(jù)Ekm=hv-W0可得，縱軸截距的絕對值等于金屬的逸出功，等于b；當(dāng)最大初動能為零時，入射光的頻率等于截止頻率，所以金屬的截止頻率為v0=a那么普朗克常量為SKIPIF1<0故B錯誤；C．根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hv-W0可知，入射光的頻率與最大初動能有關(guān)，與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯誤；D．保持照射光頻率不變，僅增加照射光強(qiáng)度，則光子數(shù)目增多，那么電流表G的示數(shù)變大，故D正確。故選D?！纠?】（2022年河北卷）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SKIPIF1<0與入射光頻率SKIPIF1<0的實驗曲線，該實驗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)實驗測定了普朗克常量h。由圖像可知（）A．鈉的逸出功為SKIPIF1<0 B．鈉的截止頻率為SKIPIF1<0C．圖中直線的斜率為普朗克常量h D．遏止電壓SKIPIF1<0與入射光頻率SKIPIF1<0成正比【答案】A【詳解】A．根據(jù)遏止電壓與最大初動能的關(guān)系有SKIPIF1<0根據(jù)電效應(yīng)方程有SKIPIF1<0當(dāng)結(jié)合圖像可知，當(dāng)SKIPIF1<0為0時，解得SKIPIF1<0，A正確；B．鈉的截止頻率為SKIPIF1<0，根據(jù)圖像可知，截止頻率小于SKIPIF1<0，B錯誤；C．結(jié)合遏止電壓與光電效應(yīng)方程可解得SKIPIF1<0可知，圖中直線的斜率表示SKIPIF1<0，C錯誤；D．根據(jù)遏止電壓與入射光的頻率關(guān)系式可知，遏止電壓SKIPIF1<0與入射光頻率SKIPIF1<0成線性關(guān)系，不是成正比，D錯誤。故選A。【例4】（2022年山東日照三模）用單色光a、b、c分別照射同一光電管，研究產(chǎn)生的光電效應(yīng)現(xiàn)象，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)、c單色光的顏色相同B．a(chǎn)照射光電管時，逸出光電子的最大初動能最大C．增大b光的光照強(qiáng)度，逸出光電子的最大初動能增大D．若b光照射某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，a光照射該金屬也一定發(fā)生光電效應(yīng)【答案】A【詳解】A．由題圖知，a、c照射逸出的光電子遏制電壓相等，根據(jù)SKIPIF1<0知a、c單色光的頻率相同，所以顏色相同，A正確；B．由題圖知，b光照射逸出的光電子的遏制電壓最大，由SKIPIF1<0知，b的光電子最大初動能最大，B錯誤；C．增大b光的光照強(qiáng)度，可以使單位時間逸出的光電子數(shù)量變多，飽和電流增大，而最大初動能不變，C錯誤；D．由AB中分析可知，b光的頻率大于a和c，若b光照射某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，a光照射該金屬不一定發(fā)生光電效應(yīng)，D錯誤。故選A。【方法規(guī)律歸納】圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率(極限頻率)：橫軸截距②逸出功：縱軸截距的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：橫軸截距②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大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＝ke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②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動能：Ekm＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2三、原子結(jié)構(gòu)和波爾模型【例5】（2022年浙江卷）如圖為氫原子的能級圖。大量氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷時放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29eV的金屬鈉。下列說法正確的是（）A．逸出光電子的最大初動能為10.80eVB．n=3躍遷到n=1放出的光子動量最大C．有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)D．用0.85eV的光子照射，氫原子躍遷到n=4激發(fā)態(tài)【答案】B【詳解】A．從n=3躍遷到n=1放出的光電子能量最大，根據(jù)SKIPIF1<0可得此時最大初動能為SKIPIF1<0故A錯誤；B．根據(jù)SKIPIF1<0；SKIPIF1<0又因為從n=3躍遷到n=1放出的光子能量最大，故可知動量最大，故B正確；C．大量氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷基態(tài)能放出SKIPIF1<0種頻率的光子，其中從n=3躍遷到n=2放出的光子能量為SKIPIF1<0不能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)，其他兩種均可以，故C錯誤；D．由于從n=3躍遷到n=4能級需要吸收的光子能量為SKIPIF1<0所以用0.85eV的光子照射，不能使氫原子躍遷到n=4激發(fā)態(tài)，故D錯誤。故選B?！纠?】（2022年湖南懷化一模）如圖所示為氫原子的能級示意圖，則下列說法正確的是（）A．大量處于SKIPIF1<0能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能發(fā)出3種不同頻率的光B．一個處于SKIPIF1<0能級的氫原子，最多只能放出6種光子C．用能量為SKIPIF1<0的大量電子，去激發(fā)處于基態(tài)的大量氫原子，可能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)D．已知金屬鉀的逸出功為SKIPIF1<0，從SKIPIF1<0能級躍遷到SKIPIF1<0能級釋放的光子可使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)【答案】C【詳解】A．大量處于SKIPIF1<0能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，根據(jù)SKIPIF1<0可知能發(fā)出6種不同頻率的光，A錯誤；B．一個處于SKIPIF1<0能級的氫原子，可能出現(xiàn)的躍遷路徑為SKIPIF1<0；SKIPIF1<0；SKIPIF1<0；SKIPIF1<0可知最多只能放出3種光子，B錯誤；C．處于基態(tài)的氫原子躍遷到SKIPIF1<0激發(fā)態(tài)需要吸收的能量為SKIPIF1<0因為電子的能量可以部分被吸收，故用能量為SKIPIF1<0的大量電子，去激發(fā)處于基態(tài)的大量氫原子，可能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，C正確；D．從SKIPIF1<0能級躍遷到SKIPIF1<0能級釋放的光子能量為SKIPIF1<0由于光子能量小于金屬鉀的逸出功，故不能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)，D錯誤；故選C?！痉椒ㄒ?guī)律歸納】1.三個基本假設(shè)①能級假設(shè)：氫原子能級En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3，…)，n為量子數(shù)．②躍遷假設(shè)：hν＝Em－En(m>n)．③軌道量子化假設(shè)：氫原子的電子軌道半徑rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，n為量子數(shù)．2.氫原子能級躍遷①從低能級(n)eq\o(→,\s\up7(躍遷))高能級(m)：動能減少，勢能增加，原子能量增加，吸收能量，hν＝Em－En.②從高能級(m)eq\o(→,\s\up7(躍遷))低能級(n)：動能增加，勢能減少，原子能量減少，放出能量，hν＝Em－En.3.三點(diǎn)注意①原子躍遷時，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差．②原子電離時，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值，剩余能量為自由電子的動能．③一群原子的核外電子向基態(tài)躍遷時發(fā)射光子的種類：SKIPIF1<0。④一個原子的核外電子向基態(tài)躍遷時發(fā)射最多光子的種類：SKIPIF1<0。四、原子核的衰變和半衰期【例7】（2021年山東卷）在測定年代較近的湖泊沉積物形成年份時，常利用沉積物中半衰期較短的SKIPIF1<0，其衰變方程為SKIPIF1<0。以下說法正確的是（）A．衰變方程中的X是電子B．升高溫度可以加快SKIPIF1<0的衰變C．SKIPIF1<0與SKIPIF1<0的質(zhì)量差等于衰變的質(zhì)量虧損D．方程中的X來自于SKIPIF1<0內(nèi)質(zhì)子向中子的轉(zhuǎn)化【答案】A【詳解】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X是電子，A正確；B．半衰期非常穩(wěn)定，不受溫度，壓強(qiáng)，以及該物質(zhì)是單質(zhì)還是化合物的影響，B錯誤；C．SKIPIF1<0與SKIPIF1<0和電子X的質(zhì)量差等于衰變的質(zhì)量虧損，C錯誤；D．方程中的X來自于SKIPIF1<0內(nèi)中子向質(zhì)子的轉(zhuǎn)化，D錯誤。故選A。【例8】（2023年浙江卷）宇宙射線進(jìn)入地球大氣層與大氣作用會產(chǎn)生中子，中子與大氣中的氮14會產(chǎn)生以下核反應(yīng)：SKIPIF1<0，產(chǎn)生的SKIPIF1<0能自發(fā)進(jìn)行SKIPIF1<0衰變，其半衰期為5730年，利用碳14的衰變規(guī)律可推斷古木的年代．下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0發(fā)生SKIPIF1<0衰變的產(chǎn)物是SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0衰變輻射出的電子來自于碳原子的核外電子C．近年來由于地球的溫室效應(yīng)，引起SKIPIF1<0的半衰期發(fā)生微小變化D．若測得一古木樣品的SKIPIF1<0含量為活體植物的SKIPIF1<0，則該古木距今約為11460年【答案】D【詳解】A．根據(jù)SKIPIF1<0即SKIPIF1<0發(fā)生SKIPIF1<0衰變的產(chǎn)物是SKIPIF1<0，選項A錯誤；B．SKIPIF1<0衰變輻射出的電子來自于原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時放出的電子，選項B錯誤；C．半衰期是核反應(yīng)，與外界環(huán)境無關(guān)，選項C錯誤；D．若測得一古木樣品的SKIPIF1<0含量為活體植物的SKIPIF1<0，可知經(jīng)過了2個半衰期，則該古木距今約為5730×2年=11460年，選項D正確。故選D?！痉椒ㄒ?guī)律歸納】1.α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程

Z

Z衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子211H+

0衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒2.衰變次數(shù)的計算方法若

ZAX→Z'A'Y+n24He+m-10e，則A=A'+3.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(jié)出公式N余=N原12

tτ,m余=m原12

tτ。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,N余、m五、核反應(yīng)方程與核能的計算【例9】（2022年福建卷）2011年3月，日本發(fā)生的大地震造成了福島核電站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素SKIPIF1<0，其衰變方程為SKIPIF1<0，半衰期為8天，已知SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，則下列說法正確的是（）A．衰變產(chǎn)生的SKIPIF1<0射線來自于SKIPIF1<0原子的核外電子B．該反應(yīng)前后質(zhì)量虧損SKIPIF1<0C．放射性元素SKIPIF1<0發(fā)生的衰變?yōu)镾KIPIF1<0衰變D．經(jīng)過16天，75%的SKIPIF1<0原子核發(fā)生了衰變【答案】D【詳解】A．SKIPIF1<0衰變時，原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，大量電子從原子核釋放出來形成SKIPIF1<0射線，故A錯誤；B．該反應(yīng)前后質(zhì)量虧損為SKIPIF1<0故B錯誤；C．放射性元素SKIPIF1<0發(fā)生的衰變?yōu)镾KIPIF1<0衰變，故C錯誤；D．由于半衰期為8天，可知經(jīng)過16天，即經(jīng)過兩個半衰期，75%的SKIPIF1<0原子核發(fā)生了衰變，故D正確。故選D?！纠?0】（2022年廣東聯(lián)考）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。一個靜止的钚核SKIPIF1<0（原子質(zhì)量為SKIPIF1<0）放出一個x粒子（原子質(zhì)量為SKIPIF1<0）后，衰變成鈾核SKIPIF1<0（原子質(zhì)量為SKIPIF1<0）。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粒子的動能，則x粒子的動能為多少?！敬鸢浮浚?）SKIPIF1<0粒子，SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0；（3）SKIPIF1<0【詳解】（1）根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可判斷x粒子質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，則知x是SKIPIF1<0粒子其核反應(yīng)方程為SKIPIF1<0（2）根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，釋放的能量為SKIPIF1<0（3）系統(tǒng)動量守恒，鈾核和SKIPIF1<0粒子的動量大小相等，根據(jù)動量守恒定律