2020届二轮复习专题九　近代物理初步和物理学史课件（41张） 41页

专题九 　 近代物理 初步和物理学 史 第一部分 　 专题复习 高考命题轨迹 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 相关知识链接 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 的 增大而增大 . (3) 入射光照射到金属板上时，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 比 . 频率 正 2. 光电效应方程 (1) 光电子的最大初动能 E k 跟入射光子的能量 hν 和逸出功 W 0 的关系为： E k ＝ . (2) 极限频率 ν c ＝ . 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： N ＝ ＝ . hν － W 0 4. 原子核的衰变 衰变类型 α 衰变 β 衰变 衰变方程 衰变实质 2 个质子和 2 个中子结合成一整体射出 核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子 衰变规律 电荷数守恒 、 守恒 质量数 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 的 能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核 时 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： E ＝ mc 2 ，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 . 吸收 放出 高考题型 1 原子 物理和能级跃迁 内容索引 NEIRONGSUOYIN 高考题型 2 光电效应 的规律和电路 高考题型 3 核反应 和核能 高考题型 4 物理学 史和物理学思想方法 原子物理和能级跃迁 题型：选择题： 5 年 2 考 高考题型 1 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 α 粒子散射实验证明了原子核是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 √ 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 α 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 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 β 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 n ＝ 6 能级向 n ＝ 1 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 n ＝ 6 能级向 n ＝ 2 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 √ 解析　 天然放射现象中的 β 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 n ＝ 6 能级向 n ＝ 1 能级跃迁时辐射出的光的能量大于从 n ＝ 6 能级向 n ＝ 2 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 Ⅰ ·14) 氢原子能级示意图如图 2 所示 . 光子能量在 1.63 eV ～ 3.10 eV 的光为可见光 . 要使处于基态 ( n ＝ 1) 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 eV 　　　 B.10.20 eV C.1.89 eV 　　　 D.1.51 eV √ 图 2 解析　 因为可见光光子的能量范围是 1.63 eV ～ 3.10 eV ，所以处于基态的氢原子至少要被激发到 n ＝ 3 能级，要给氢原子提供的能量最少为 E ＝ ( － 1.51 ＋ 13.60) eV ＝ 12.09 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 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 n ＝ 3 能级 跃迁到 n ＝ 2 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 n ＝ 2 能级跃迁到 n ＝ 1 能级释放的光子能量最小 D. 氢原子由 n ＝ 3 能级跃迁到 n ＝ 1 能级时，辐射出的光的 频率 最高 ，波长最 短 √ 图 3 解析　 一个处于 n ＝ 3 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 3 → 2,2 → 1 ，选项 A 错误 ； 氢原子 从 n ＝ 3 能级跃迁到 n ＝ 2 能级释放的光子能量为 E 32 ＝－ 1.51 eV － ( － 3.40 eV) ＝ 1.89 eV<2.22 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 n ＝ 3 能级跃迁到 n ＝ 2 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 n ＝ 3 能级跃迁到 n ＝ 1 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 ) 氢原子能级图如图 4 所示，大量处于 n ＝ 3 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 A. 大量处于 n ＝ 3 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 n ＝ 3 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 n ＝ 3 激发态跃迁到基态时，该氢原子能量增大 D. 一个氢原子从 n ＝ 3 激发态跃迁到基态时该氢原子核外电子动能 减小 √ 图 4 解析　 大量处于 n ＝ 3 激发态的氢原子向低能级跃迁时，有 3 → 1,3 → 2 和 2 → 1 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 ； 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， n ＝ 3 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 . 光电效应的规律和电路 题型：选择题： 5 年 4 考 高考题型 2 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 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 W 0 ＝ 6.75 eV √ √ √ 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 Δ E b ＝－ 1.51 eV － ( － 13.6 eV) ＝ 12.09 eV ， A 错误， B 正确 ； 处于 第 4 能级的氢原子电离至少需要吸收 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 Δ E c ＝－ 3.4 eV － ( － 13.6 eV) ＝ 10.2 eV ，根据爱因斯坦光电效应方程， E k ＝ hν － W 0 ，要想发生光电效应，需满足 W 0 <Δ E c ，故逸出功 W 0 可能等于 6.75 eV ， D 正确 . 拓展训练 4 　 (2019· 四川广元市第二次适应性统考 ) 分别用频率为 ν 和 2 ν 的甲、乙两种单色光照射某金属，逸出光电子的最大初动能之比为 1 ∶ 3 ，已知普朗克常量为 h ，真空中光速为 c ，电子电荷量为 e . 下列说法正确的是 A. 用频率为 2 ν 的单色光照射该金属，单位时间内逸出的光电子数目一定较多 B. 用频率 为 ν 的单色光照射该金属也能发生光电效应 C. 甲、乙两种单色光照射该金属，只要光的强弱相同，对应的光电流的遏止电压 就 　 相同 D. 该金属的逸出功 为 hν √ 解析　 光照射金属，金属单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度有关；用频率为 2 ν 的单色光照射该金属，单位时间内逸出的光电子数目不一定多，故 A 项错误； 甲、乙两种单色光照射该金属，逸出光电子的最大初动能不同，对应的光电流的遏止电压不同，故 C 项错误 . 拓展训练 5 　 ( 多选 )(2019· 福建厦门市上学期期末质检 ) 利用光电管研究光电效应的实验电路如图 6 所示，用频率为 ν 的可见光照射阴极 K ，电流表中有电流通过， 则 A. 改用紫外光照射 K ，电流表中没有电流通过 B. 只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大 C. 若将滑动变阻器的滑片移到 A 端，电流表中一定无电流通过 D. 若将滑动变阻器的滑片向 B 端移动，电流表示数可能 不变 √ 图 6 √ 解析　 用频率为 ν 的可见光照射阴极 K ，能发生光电效应，则该可见光的频率大于阴极材料的极限频率，紫外光的频率大于可见光，故用紫外光照射 K ，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过， A 错误 ； 只 增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大， B 正确 ； 滑动 变阻器的滑片移到 A 端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过， C 错误； 滑动 变阻器的滑片向 B 端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变， D 正确 . 核反应 和核能 题型：选择题： 5 年 5 考 高考题型 3 A.8 MeV B.16 MeV C.26 MeV D.52 MeV √ 解析　 核反应质量亏损 Δ m ＝ 4 × 1.007 8 u － 4.002 6 u ＝ 0.028 6 u ， 释放 的能量 Δ E ＝ 0.028 6 × 931 MeV ≈ 26.6 MeV ，选项 C 正确 . A. 当温度、压强等条件变化时， 放射性元素 P 的半衰期随之变化 B. 中微子的质量数 A ＝ 0 ，电荷数 Z ＝ 0 C. 正电子产生的原因可能是核外电子转变成的 D. 两个质子和两个中子结合成一个 α 粒子，则质子与中子的质量之和一定等于 α 粒子 　 的质量 √ 解析　 放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项 A 错误 ； 根据 质量数和电荷数守恒可知，中微子的质量数 A ＝ 0 ，电荷数 Z ＝ 0 ，选项 B 正确 ； 正电子 产生的原因是核内的质子转化为中子时放出的，选项 C 错误 ； 两 个质子和两个中子结合成一个 α 粒子要释放能量，根据质能方程及质量亏损可知，两个质子与两个中子的质量之和大于 α 粒子的质量，选项 D 错误 . 例 5 　 (2019· 湖南衡阳市第二次联考 ) 在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆 1 和 2 的径迹照片如图 7 所示，已知两个相切圆半径分别为 r 1 、 r 2 ，则下列说法正确的是 A. 原子核可能发生 α 衰变，也可能发生 β 衰变 B. 径迹 2 可能是衰变后新核的径 迹 图 7 √ 解析　 原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子的动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则可知，若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以该原子核发生的是 α 衰变，故 A 错误； 由于 p 、 B 相同，则粒子电荷量 q 越大，轨道半径越小，由于新核的电荷量大，所以新核的半径小于 α 粒子的轨道半径，所以径迹 2 是衰变后 α 粒子的运动轨迹，故 B 错误 ； 由 B 项分析知， r 1 ∶ r 2 ＝ 2 ∶ 90 ＝ 1 ∶ 45 ，故 D 正确 . √ √ 图 8 解析　 衰变放出一个电子，所以为 β 衰变，故 A 错误， B 正确； 由 质量数和电荷数守恒得： A ＝ 234 ， Z ＝ 91 ，故 C 正确； A. 核反应后氦核与中子的动量相同 B. 该核反应释放的能量为 E ＝ ( m 1 － m 2 － m 3 ) c 2 √ 解析　 核反应前两氘核动量和为零，因而核反应后氦核与中子的动量等大反向，故 A 错误 ； 该 核反应释放的能量 E ＝ (2 m 1 － m 2 － m 3 ) c 2 ，故 B 错误； 物理学史和物理学思想方法 题型：选择题： 5 年 1 考 高考题型 4 例 6 　 (2019· 山东潍坊市下学期高考模拟 ) 在物理学中用比值法定义物理量是一种很重要的方法 . 下列物理量的表达式不是由比值法定义的是 √ 拓展训练 9 　 (2019· 山东临沂市 2 月质检 )2 018 年 3 月 14 日，著名物理学家斯蒂芬 · 威廉 · 霍金逝世，引发全球各界悼念 . 在物理学发展的历程中，许多物理学家的科学研究为物理学的建立做出了巨大的贡献 . 关于下列几位物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的是 A. 卡文迪许将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到 宇 　 宙 中的一切物体，得出万有引力定律 B. 法拉第通过长时间的实验研究发现了通电导线周围存在磁场 C. 查德威克用 α 粒子轰击 Be 原子核发现了中子 D. 爱因斯坦的光子说认为，只要光照时间足够长，所有电子最终都 能 逸 出 金属 表面 　 成为 光电子 √ 解析　 牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出万有引力定律，选项 A 错误 ； 奥斯特 通过长时间的实验研究发现了通电导线周围存在磁场，选项 B 错误 ； 查德威克 用 α 粒子轰击 Be 原子核发现了中子，选项 C 正确 ； 爱因斯坦 的光子说认为，能否发生光电效应与入射光的频率有关，与光照时间无关，选项 D 错误 . 本课结束