高三物理二轮复习专题九 近代物理初步和物理学史

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1、 高考命题点 命题轨迹 原子物理和能级跃迁 2019 1 卷 14 光电效应的规律和电路 2015 1 卷 35(1)，2 卷 35(1) 2016 1 卷 35(1) 2017 3 卷 19 2018 2 卷 17 核反应和核能 2016 3 卷 35(1) 2017 1 卷 17,2 卷 15 2018 3 卷 14 2019 2 卷 15 物理学史和物理学思想方法 2016 3 卷 14 1光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大 (3)入射光照射到金属板上时，

2、光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过 10 9 s. (4)当入射光的频率大于或等于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比 2光电效应方程 (1)光电子的最大初动能 Ek跟入射光子的能量 h 和逸出功 W0的关系为：EkhW0. (2)极限频率 cW0 h . 3氢原子能级图 (1)氢原子能级图如图 1 所示 图 1 (2)一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数：NC2nnn1 2 . 4原子核的衰变 衰变类型 衰变 衰变 衰变方程 A ZX A4 Z2Y 4 2He A ZX A Z1Y 0 1e 衰变实质 2 个质子和 2 个中子结 合成一整体射出

3、核内的一个中子转化成了 一个质子和一个电子 211H210n42He 1 0n 1 1H 0 1e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 5.核能 (1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核 子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量 (2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象注意质量数与质量是两个 不同的概念 (3)质能方程： Emc2， 即一定的能量和一定的质量相联系， 物体的总能量与它的质量成正比 例 1 (2019 安徽合肥市第二次质检)下列说法正确的是( ) A中子与质子结合成氘核时吸收能量 B卢瑟福的 粒子散射实验证明了原子核是

4、由质子和中子组成的 C入射光照射到某金属表面发生光电效应，若仅减弱该光的强度，则不可能发生光电效应 D根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道，原子的能量减少，电子的动 能增加 答案 D 解析 中子与质子结合成氘核时有质量亏损，释放能量，故 A 错误；卢瑟福通过 粒子散射 实验得出了原子的核式结构模型，故 B 错误；发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于 金属的极限频率，若仅减弱该光的强度，只影响单位时间内发出光电子的数目，光的频率不 变，则一定能发生光电效应，故 C 错误；根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内 层轨道后，原子的能量减少，电子的电势能减少，动能增加，故 D

5、正确 拓展训练 1 (2019 湖南衡阳市第一次联考)下列有关近代物理内容的叙述，正确的是( ) A天然放射现象中的 射线是原子核外电子跃迁时辐射出的 B结合能越大的原子核越稳定 C若氢原子从 n6 能级向 n1 能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢 原子从 n6 能级向 n2 能级跃迁时辐射出的光也一定不能使该金属发生光电效应 D按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动 能减小，原子的能量减小 答案 C 解析 天然放射现象中的 射线是原子核内的中子转化为质子时辐射出的，故 A 错误；比结 合能越大的原子核越稳定，故 B 错误；从 n6 能级向

6、 n1 能级跃迁时辐射出的光的能量大 于从 n6 能级向 n2 能级跃迁时辐射出的光的能量， 前者尚且不能使该金属发生光电效应， 后者也就更加不能，故 C 正确；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半经较小的轨道跃迁到半 径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能变大，原子的能量增大，故 D 错误 例 2 (2019 全国卷 14)氢原子能级示意图如图 2 所示光子能量在 1.63 eV3.10 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( ) 图 2 A12.09 eV B10.20 eV C1.89 eV D1.51 eV 答案 A 解析

7、 因为可见光光子的能量范围是 1.63 eV3.10 eV，所以处于基态的氢原子至少要被激 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，故选项 A 正确 拓展训练 2 (2019 四川省综合能力提升卷(三)氢原子的能级图如图 3 所示，一个处于 n 3 能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是( ) 图 3 A氢原子可能发出 3 种不同频率的光 B已知钾的逸出功为 2.22 eV，则氢原子从 n3 能级跃迁到 n2 能级释放的光子可以从金 属钾的表面打出光电子 C氢原子从 n2 能级跃迁到 n1 能级释放的光子能量最小 D氢原子由 n3 能级

8、跃迁到 n1 能级时，辐射出的光的频率最高，波长最短 答案 D 解析 一个处于 n3 能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即 32,21，选项A 错误；氢原子从n3 能级跃迁到n2 能级释放的光子能量为E32 1.51 eV (3.40 eV)1.89 eV2.22 eV，故不能从金属钾的表面打出光电子，选项 B 错误；氢原子 从 n3 能级跃迁到 n2 能级，能级差最小，释放的光子能量最小，选项 C 错误；氢原子由 n3 能级跃迁到 n1 能级时，能级差最大，辐射出的光的频率最高，波长最短，故 D 正确 拓展训练 3 (2019 广西桂林市、贺州市、崇左市 3 月联合调研)

9、氢原子能级图如图 4 所示， 大量处于 n3 激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出的光子中， 发现有两种频率的光子能使金 属 A 产生光电效应，则下列说法正确的是( ) 图 4 A大量处于 n3 激发态的氢原子向低能级跃迁时，只辐射两种频率的光子 B从 n3 激发态直接跃迁到基态时放出的光子一定能使金属 A 发生光电效应 C一个氢原子从 n3 激发态跃迁到基态时，该氢原子能量增大 D一个氢原子从 n3 激发态跃迁到基态时该氢原子核外电子动能减小 答案 B 解析 大量处于 n3 激发态的氢原子向低能级跃迁时，有 31,32 和 21 三种情况，所 以跃迁过程中将释放出 3 种频率的光子，故 A 错误

10、；由题意可知：有两种频率的光子能使金 属 A 产生光电效应，而所放出的光子中，n3 跃迁到基态辐射的光子频率最大，则一定能使 金属 A 发生光电效应，故选项 B 正确；根据玻尔理论，氢原子从激发态跃迁到基态时，放出 能量，核外电子的动能增大，电势能减小，氢原子总能量减小，故选项 C、D 错误 例 3 (多选)(2019 江西省重点中学协作体第一次联考)一群处于第 4 能级的氢原子，向低能 级跃迁过程中能发出 6 种不同频率的光，将这些光分别照射到图 5 甲电路阴极 K 的金属上， 只能测得 3 条电流随电压变化的图象如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列 推断正确的是( ) 图 5

11、A.图乙中的 c 光是氢原子由第 4 能级向基态跃迁发出的 B图乙中的 b 光光子能量为 12.09 eV C动能为 1 eV 的电子能使处于第 4 能级的氢原子电离 D阴极金属的逸出功可能为 W06.75 eV 答案 BCD 解析 6 种光子中，只有三种能使阴极发生光电效应，由题图乙可知 a 光的频率最大，c 光的 频率最小，故 a 光子是氢原子由能级 4 向基态跃迁的产物，b 光子是氢原子由能级 3 向基态 跃迁的产物，c 光子是氢原子由能级 2 向基态跃迁的产物，故 b 光子的能量 Eb1.51 eV (13.6 eV)12.09 eV， A 错误， B 正确； 处于第 4 能级的氢原子

12、电离至少需要吸收 0.85 eV 的能量，故动能为 1 eV 的电子能使处于第 4 能级的氢原子电离，C 正确；c 光子的频率最小， 则跃迁产生 c 光子的能级差 Ec3.4 eV(13.6 eV)10.2 eV， 根据爱因斯坦光电效应方 程，EkhW0，要想发生光电效应，需满足 W02Uc，故 D 正确 4(2019 山东潍坊市下学期高考模拟)关于原子物理知识，下列说法正确的是( ) A升高放射性物质的温度，其半衰期变短 B发生光电效应现象时，增大入射光的频率，同一金属的逸出功变大 C.237 93Np 经过 7 次 衰变和 5 次 衰变后变成 209 83Bi D根据玻尔理论，氢原子向低能

13、级跃迁时只放出符合两能级能量差的光子 答案 D 解析 半衰期与温度无关，即升高放射性物质的温度，其半衰期不会发生变化，故 A 错误； 金属的逸出功由金属材料决定，与入射光的频率无关，故 B 错误；设需要经过 x 次 衰变和 y 次 衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒有：932xy83,4x237209，所以解得：x 7，y4，故选项 C 错误；根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时只放出符合两能级能量 差的光子 5. (2019 安徽蚌埠市第二次质检)氢原子的能级公式为 En 1 n2E1(n1,2,3，)，其中基态能量 E113.6 eV，能级图如图 1 所示大量氢原子处于量子数为 n 的激发态，

14、由这些氢原子可 能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为0.96E1，则 n 和可能发出的频率最小的光子 能量分别为( ) 图 1 An5,0.54 eV Bn5,0.31 eV Cn4,0.85 eV Dn4,0.66 eV 答案 B 解析 氢原子基态的能量为 E113.6 eV，由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大 的光子能量为0.96E1，即跃迁到最高能级能量 E0.04E10.54 eV，即处在 n5 能级； 频率最小的光子的能量为 E0.54 eV(0.85 eV)0.31 eV，故 B 正确，A、C、D 错 误 6 (2019 河北唐山市第一次模拟)用金属铷为阴极的光电管观测

15、光电效应现象， 实验装置示意 图如图 2 甲所示，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， 图线 与横轴交点的横坐标为 5.151014 Hz.已知普朗克常量 h6.6310 34 J s.则下列说法中正确 的是( ) 图 2 A欲测遏止电压，应选择电源左端为正极 B当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大 C增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大 D 如果实验中入射光的频率 7.001014 Hz， 则产生的光电子的最大初动能 Ek约为 1.210 19 J 答案 D 解析 由题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压 Uc，因光电管左

16、端为阳极，则电源左端为 负极，故选项 A 错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，光电管 两端电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增 大后不变，故选项 B 错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入 射光的强度无关，故选项 C 错误；根据题图乙可知，铷的截止频率 c5.151014 Hz，根据 hcW0，则可求出该金属的逸出功大小 W06.6310 345.151014 J3.411019 J， 根据 光电效应方程 EkhW0，当入射光的频率为 7.001014 Hz 时，则最大初动能为 Ek 6.6310 347.

17、001014 J3.411019 J1.21019 J，故选项 D 正确 7. (2019 广东深圳市第一次调研)如图 3 所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，静止的铀238 92U 发生 衰变，生成新原子核 X，已知 粒子和新核 X 在纸面内做匀速圆周运动，则( ) 图 3 A原子核 X 的电荷数为 91，质量数为 236 B 粒子做顺时针圆周运动 C 粒子和原子核 X 的周期之比为 1013 D 粒子和原子核 X 的半径之比为 452 答案 C 解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，原子核 X 的电荷数为 92290，质量数为 2384234，选项 A 错误； 粒子带正电，由左手定则可知， 粒子做逆时针圆周运动，选 项 B 错误；根据 T2m qB 可知， 粒子和原子核 X 的周期之比：T TX 4 2 90 234 10 13，选项 C 正 确；根据动量守恒定律， 粒子和原子核 X 的动量大小相同，rmv qB 1 q可知， 粒子和原子 核 X 的半径之比为r rX 90 2 45 1 ，选项 D 错误