京津鲁琼专用2020版高考物理大二轮复习专题六近代物理讲义
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1、近代物理真题再现考情分析1.(2019高考全国卷) 氢原子能级示意图如图所示光子能量在1.633.10 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()A.12.09 eVB10.20 eVC.1.89 eVD1.51 eV解析:选A.因为可见光光子的能量范围是1.633.10 eV,所以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,即选项A正确.2.(2019高考全国卷)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mp1.0
2、07 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()A.8 MeVB16 MeVC.26 MeVD52 MeV解析:选C.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 MeV 26.6 MeV,选项C正确.3.(2018高考全国卷)用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为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()A.11014 HzB8101
3、4 HzC.21015 HzD81015 Hz解析:选B.根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0hh0,代入数据解得081014 Hz,B正确命题研究本专题2017年新调为高考必考内容,从近几年高考试题可以看出无论2017年前的选考,还是近两年的必考,题型都以选择题为主,命题点多集中在光电效应、核反应方程、核能的计算,难度不大,多以识记型为主命题特点由选考时的涉及面广、全的命题思想向集中考查某一知识点转变.2020年备考在关注教材中的实验现象、规律的同时,要注重核反应方程、核能中的简单计算题的训练,还要加强本讲知识与生产、生活及科技应用相联系的习题的训练光电效应现象【高分快攻】1对光电效应规律的解
4、释对应规律对规律的解释极限频率c电子从金属表面逸出,首先必须克服金属原子核的引力做功W0,要使照射光子能量不小于W0,对应的频率c即极限频率最大初动能电子吸收光子能量后,一部分克服阻碍作用做功,剩余部分转化为光电子的初动能,只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能,对于确定的金属,W0是一定的,所以光电子的最大初动能只随照射光的频率增大而增大,与照射光强度无关瞬时性光照射金属时,电子吸收一个光子的能量后,动能立即增大,不需要积累能量的时间饱和电流当发生光电效应时,增大照射光强度,包含的光子数增多,照射金属时产生的光电子增多,因而饱和电流变大2.光电效应的研究思路(1)两条线索(2)两条对
5、应关系光强大光子数目多发射光电子多光电流大;光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大.【典题例析】 (2019高考北京卷)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1234.04040弱中强 2943600.90909第二组4566.06060弱中强2740552.92929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为1.9 eVD若入射光子的能
6、量为5.0 eV,相对光强越强,光电流越大解析由于光子的能量Eh,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hWEk,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hWEk,逸出功W3.1 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项正确答案B【题组突破】角度1对光电效应规律的理解11905年是爱因斯坦的“奇迹”之年,这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文,其中关于光量子的理论成功
7、地解释了光电效应现象关于光电效应,下列说法正确的是 ()A当入射光的频率低于极限频率时,不能发生光电效应B光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短的光照射该金属一定发生光电效应解析:选A.根据光电效应现象的实验规律,只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应,故A正确,D错误;根据光电效应方程,最大初动能与入射光频率为线性关系,但非正比关系,B错误;根据光电效应现象的实验规律,光电子的最大初动能与入射光强度无关,C错误角度2光电效应方程和图象问题2小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意图
8、如图甲所示已知普朗克常量h6.631034Js.(1)图甲中电极A为光电管的_(填“阴极”或“阳极”);(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率c_Hz,逸出功W0_J;(3)如果实验中入射光的频率7.001014Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek_ J.解析:(1)在光电效应中,电子向A极运动,故电极A为光电管的阳极(2)由题图可知,铷的截止频率c为5.151014Hz,逸出功W0hc6.6310345.151014J3.411019J.(3)当入射光的频率为7.001014Hz时,由Ekhhc得,光电子的最大初动能为Ek6.631034(7.005
9、.15)1014J1.231019J.答案:(1)阳极(2)5.151014(5.125.18)1014均视为正确3411019(3.393.43)1019均视为正确(3)1.231019(1.211.25)1019均视为正确解决光电效应类问题的“3点注意”注意1:决定光电子最大初动能大小的是入射光的频率,决定光电流大小的是入射光光强的大小注意2:由光电效应发射出的光电子由一极到达另一极,是电路中产生光电流的条件注意3:明确加在光电管两极间的电压对光电子起到了加速作用还是减速作用原子能级和能级跃迁【高分快攻】1玻尔理论的三条假设轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动能量量子化原子只能处于
10、一系列不连续的能量状态吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子2.解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧(1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差(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可能的光谱线条数最多为(n1),而一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数可用NC求解(4)计算能级能量时应注意:因一般取无穷远处为零电势参考面,故各能级的能量值均为负值;能量单位1 eV1.61019 J.【典题例析】 (2018高考天津卷)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线H、H、H和H,都
11、是氢原子中电子从量子数n2的能级跃迁到n2的能级时发出的光,它们在真空中的波长由长到短,可以判定()AH对应的前后能级之差最小B同一介质对H的折射率最大C同一介质中H的传播速度最大D用H照射某一金属能发生光电效应,则H也一定能解析H的波长最长,频率最低,由跃迁规律可知,它对应的前后能级之差最小,A项正确;由频率越低的光的折射率越小知,B项错误;由折射率n可知,在同一介质中,H的传播速度最大,C项错误;当入射光频率大于金属的极限频率可以使该金属发生光电效应现象,因HH,所以H不一定能使该金属发生光电效应现象,D项错误答案A【题组突破】1如图所示为氢原子的能级图,现有一群处于n3能级的激发态的氢原
12、子,则下列说法正确的是()A能发出6种不同频率的光子B波长最长的光是氢原子从n3能级跃迁到n1能级产生的C发出的光子的最小能量为12.09 eVD处于该能级的氢原子至少需吸收1.51 eV能量的光子才能电离解析:选D.一群处于n3能级的激发态的氢原子能发出C3种不同频率的光子,A错误;由辐射条件知氢原子由n3能级跃迁到n1能级辐射出的光子频率最大,波长最小,B错误;发出的光子的最小能量为E3E21.89 eV,C错误;n3能级对应的氢原子能量是1.51 eV,所以处于该能级的氢原子至少需吸收1.51 eV能量的光子才能电离,D正确2氢原子部分能级的示意图如图所示不同色光的光子能量如下表所示色光
13、红橙黄绿蓝靛紫光子能量范围(eV)1.612002.002072.072142.142532.532762.76310处于某激发态的氢原子,发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条,其颜色分别为() A红、蓝靛B黄、绿C红、紫D蓝靛、紫解析:选A.原子发光时放出的光子的能量等于原子能级差,先分别计算各能级差,再由小到大排序结合可见光的光子能量表可知,有两个能量分别为1.89 eV和2.55 eV的光子属于可见光,分别属于红光和蓝靛光的范围,故答案为A.原子核的衰变规律【高分快攻】1衰变规律及实质衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXZe衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2
14、H2nHenHe衰变规律电荷数守恒、质量数守恒2.射线:射线经常是伴随着衰变或衰变同时产生的名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领射线氦核He2e4 u最强最弱射线电子ee u较强较强射线光子00最弱最强3.半衰期的理解(1)半衰期研究对象一定是大量的、具有统计意义的数量;(2)半衰期永不变;(3)半衰期的公式:N余N原,m余m原.【典题例析】 (2017高考全国卷)一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核,衰变方程为UThHe.下列说法正确的是()A衰变后钍核的动能等于粒子的动能B衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变
15、前铀核的质量解析静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒,由于系统的总动量为零,因此衰变后产生的钍核和粒子的动量等大反向,即pThp,B项正确;因此有,由于钍核和粒子的质量不等,因此衰变后钍核和粒子的动能不等,A项错误;半衰期是有半数铀核衰变所用的时间,并不是一个铀核衰变所用的时间,C项错误;由于衰变过程释放能量,根据爱因斯坦质能方程可知,衰变过程有质量亏损,因此D项错误答案B【题组突破】角度1对衰变规律的理解1. (多选)U是一种放射性元素,能够自发地进行一系列放射性衰变,如图所示,下列说法正确的是()A图中a是84,b是206BPb比U的比结合能大CY和Z是同一种衰变DY是衰变,放出电子,电子是
16、由中子转变成质子时产生的解析:选 ABC.由Po变到Pb,质量数少4,知发生了一次衰变,则电荷数少2,所以a84,由Bi变到b 81Tl,发生了一次衰变,则b206,选项A、C正确,选项D错误;比结合能小的原子核结合或分裂成比结合能大的原子核时会出现质量亏损,根据爱因斯坦质能方程得知,一定释放核能,因此核反应放出能量,则Pb比U 的比结合能大,选项B正确角度2对半衰期及衰变次数的理解2由于放射性元素Np的半衰期很短,所以在自然界中一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现已知Np经过一系列衰变和衰变后变成Bi,下列选项中正确的是()ABi的原子核比Np的原子核少28个中子BNp经过衰变变
17、成Bi,衰变过程可以同时放出粒子、粒子和粒子C衰变过程中共发生了7次衰变和4次衰变DNp的半衰期等于任一个Np原子核发生衰变的时间解析:选C.Bi的中子数为20983126,Np的中子数为23793144,Bi的原子核比Np的原子核少18个中子,A错误;Np经过一系列衰变和衰变后变成Bi,可以同时放出粒子和粒子或者粒子和粒子,不能同时放出三种粒子,B错误;衰变过程中发生衰变的次数为7(次),衰变的次数为27(9383)4(次),C正确;半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少数原子核不适用,D错误命题角度解决方法易错辨析衰变射线的性质分析从电离能力、贯穿本领等方面对比分析、射线电性相反,而射线不
18、带电但频率高,能量大衰变方程的书写及理解衰变方程遵循电荷数守恒、质量数守恒原则,且要从衰变的产生机理及本质分析衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出;衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子,再将电子射出;衰变伴随着衰变或衰变同时发生,不改变原子核的质量数与电荷数,以光子形式释放出衰变过程中产生的能量半衰期的理解及计算半衰期的稳定性及计算公式衰变是一个统计规律,对少数粒子不满足规律核反应方程和核能计算【高分快攻】1四种常见核反应类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发92U90ThHe衰变自发90Th91Pae人工转变人工控制7NHe8OH(卢瑟福发现质子)HeBe6Cn(查德
19、威克发现中子)AlHePn约里奥居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子PSie重核裂变较容易控制92Un56BaKr3n实际应用:原子弹、核电站、核航母等轻核聚变很难控制HHHen实际应用:氢弹、某些恒星内核反应2.对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即Emc2.方程的含义:物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系,物体的能量增大,质量也增大;物体的能量减少,质量也减少(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损m,其能量也要相应减少,即Emc2.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加m,吸收的能量为Emc2.【典题例析】 (2
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