专题13 近代物理初步（讲）-2019年高考物理二轮复习讲练测 13页

考试大纲 要求 考纲解读 ‎1.氢原子光谱 Ⅰ ‎1.本专题知识的特点是“点多面宽”、“考点分散”，因此高考对本专题的考查主要是从对基本概念的理解、辨别方面进行，题型以选择题为主，在近几年高考试卷中几乎每年都出现．‎ ‎2.重点考查能级与光谱、核反应方程及规律、质能方程及核能、相关物理史、光子论等内容，还有综合考查磁场中带电粒子的运动、动量守恒、能的转化与守恒等知识的问题．‎ ‎3.复习时应注意三个问题：一是精读教材，重视课后习题；二是对与现代科技相联系的题目，应予以重视；三是重点应放在氢原子能级结构及公式、核反应方程式的书写与结合能和质量亏损的计算上.‎ ‎2.氢原子的能级结构、能级公式 Ⅰ ‎3. 原子核的组成 、 放射性、原子核衰变、半衰期 Ⅰ ‎4.放射性同位素 Ⅰ ‎5.核力、核反应方程 Ⅰ ‎6.结合能、质量亏损 Ⅰ ‎7.裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 Ⅰ ‎8.射线的危害和防护 Ⅰ ‎9.光电效应 Ⅰ ‎10.爱因斯坦光电效应方程 Ⅰ 纵观近几年高考试题，预测2019年物理高考试题还会考：‎ ‎1.本章全部为I级要求，考查以选择题型为主，以考查对本章知识的记忆和了解，并且每年必考．‎ ‎2.考查面较广，所以对各部分内容都要重视，要做全面系统的了解．对光电效应、氢原子的光谱、玻尔理论、原子核的组成、核反应方程、质能方程等都要有所重视．‎ ‎3.联系生活、联系高科技是近几年高考命题的趋向.‎ 考向01 光电效应 波粒二象性 ‎1.讲高考 ‎（1）考纲要求 知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律；会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量；知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．‎ ‎（2）命题规律 光电效应现象、实验规律和光电效应方程，光的波粒二象性和德布罗意波是理解的难点，也是考查的热点，一般以选择题形式出现，光电效应方程可能会以填空题或计算题形式出现。 ‎ ‎【 考点定位】光电效应 ‎【名师点睛】本题主要考查光电效应。发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强弱只影响单位时间内发出光电子的数目；本题涉及的光电效应知识较多，很多结论都是识记的，注意把握现象的实质，明确其间的联系与区别；平时积累物理知识。‎ ‎2．讲基础 ‎（1）光电效应 ‎① 光电效应规律 ‎(a)每种金属都有一个极限频率．‎ ‎(b)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．‎ ‎(c)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．‎ ‎(d)光电流的强度与入射光的强度成正比．‎ ‎(2) 爱因斯坦光电效应方程 ‎①光电效应方程：Ek＝hν－W0.‎ ‎②遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc.‎ ‎③截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．‎ ‎④逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．‎ ‎(2)光的波粒二象性 ‎①光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．‎ ‎②光电效应说明光具有粒子性．‎ ‎③光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．‎ ‎(3)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长 ‎3．讲典例 案例1．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.‎ ‎(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)；‎ ‎(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝____Hz，逸出功W0＝________J；‎ ‎(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J.‎ ‎【答案】 阳极 5.15×1014 [(5.12～5.18)×1014] 3.41×10－19 [(3.39～3.43)×10－19] 1.23×10－19 [(1.21～1.25)×10－19]‎ ‎【解析】‎ ‎(1)电子从金属板上射出后被电场加速，由此可知A板为正极即为阳极；‎ ‎(2)由和得：,因此当遏制电压为零时,hvc=W0，‎ 根据图象可知,铷的截止频率νC=5.15×1014Hz，逸出功； ‎ ‎③光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性 ‎④由光子的能量E=hν，光子的动量表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E=pc。‎ ‎5．讲易错 ‎【题目】用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系．图中A，‎ K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调．分别用a，b，c三束单色光照射，调节A，K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示．由图可知(　　)‎ A. 单色光a和c的频率相同，但a的光强更强些 B. 单色光a和c的频率相同，但a的光强更弱些 C. 单色光b的频率小于a的频率 D. 改变电源的极性不可能有光电流产生 ‎【答案】 A ‎【正解】‎ ‎【错因】‎ 解决本题的关键掌握截止电压、截止频率，以及理解光电效应方程eU截=mvm2=hγ-W，同时理解光电流的大小与光强有关．‎ 考向02 原子结构 玻尔理论 ‎1.讲高考 ‎（1）考纲要求 知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱；掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题。‎ ‎（2）命题规律 核式结构、玻尔理论、能级公式、原子跃迁条件在选做题部分出现的几率将会增加，可能单独命题，也可能与其它知识联合出题．‎ 案例1．氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定 A. 对应的前后能级之差最小 B. 同一介质对的折射率最大 C. 同一介质中的传播速度最大 D. 用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能 ‎【来源】2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）‎ ‎【答案】 A ‎【点睛】光的波长越大，频率越小，同一介质对其的折射率越小，光子的能量越小．‎ 案例2．【2015·海南·17（1）】氢原子基态的能量为。大量氢原子处于某一激发态。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0.96，频率最小的光子的能量为eV（保留2位有效数字），这些光子可具有种不同的频率。‎ ‎【答案】，10‎ ‎【解析】频率最大的光子能量为0.96，即，解得 即，从能级开始，共有，，，，，，，，，，10种不同频率的光子，频率最小的光子能量为是从，最小为 ‎【 考点定位】考查了氢原子跃迁 ‎【方法技巧】解决本题的关键知道能级间跃迁辐射或吸收光子的能量等于两能级间的能级差，知道数学组合公式的应用，另外需要注意题中给的是“大量”氢原子还是一个氢原子。 ‎ 点睛：该题考查能级图与跃迁，关键是原子获得的能量恰好等于能级差时，才会发生跃迁．‎ ‎【趁热打铁】如图所示，氢原子在下列各能级间跃迁：（1）从n=2到n=1；（2）从n=5到n=3；（3）从n=4到n=2，在跃迁过程中辐射的电磁波的波长分别用λ1、λ2、λ3表示。波长λ1、λ2、λ3大小的顺序是(　　)‎ A．λ1<λ2<λ3 B．λ1<λ3<λ2 C．λ3<λ2<λ1 D．λ2=λ3<λ1‎ ‎【答案】 B 案例2．（多选）如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是(　　)‎ A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应 B．一群处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光 C．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照 射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75eV D．用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 ‎【答案】 C ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎【点睛】‎ 解决本题的关键知道什么是电离，以及能级的跃迁满足hγ=Em-En，注意吸收光子是向高能级跃迁，释放光子是向低能级跃迁，同时掌握吸收或释放能量要正好等于能级之差．‎ ‎【趁热打铁】（多选）下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）‎ A．图甲：每种原子都有自己的特征谱线，故光谱分析可鉴别物质 B．图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的 C．图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 D．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性 ‎【答案】 AB ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 图甲：每种原子都有自己的特征谱线，故光谱分析可鉴别物质，故A正确；图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故B正确；图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故C错误；图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，故D错误；故选AB。 ‎ 案例1．1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为 A. 15和28 B. 15和30 C. 16和30 D. 17和31‎ ‎【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国III卷）‎ ‎【答案】 B 点睛 此题与2014年高考上海试题和2013年高考重庆试题类似，都是给出核反应方程，要求利用核反应同时遵循的质量数守恒和电荷数守恒解答。‎ 案例2．【2017·天津卷】我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是 A． B． ‎ C． D． ‎ ‎【答案】A ‎【 考点定位】质能方程 ‎【名师点睛】本题考查质能方程，注意原子核的质量单位不是kg，由质能方程求核能时要细心。‎ ‎2．讲基础 ‎(1)原子核的组成 ‎①原子核由中子和质子组成，质子和中子统称为核子。‎ ‎②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝中子数＋质子数。‎ ‎③X元素原子核的符号为，其中A表示质量数，Z表示核电荷数。‎ ‎（2）原子核的衰变 ‎①α衰变： ‎ ‎②β衰变： ‎ ‎③半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关。‎ ‎（3）核反应类型及核反应方程 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 β衰变 自发 人工转变 人工控制 ‎(卢瑟福发现质子)‎ He＋Be→6C＋n ‎(查德威克发现中子)‎ Al＋He→P＋n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 比较容易进行人工控制 92U＋n→54Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 除氢弹外无法控制 H＋H→He＋n 说明：‎ ‎①核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接。‎ ‎②核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。‎ ‎3．讲典例 案例1．1926年美国波士顿的内科医生卢姆加特等首次应用放射性氡研究人体动、静脉血管床之间的循环时间，被誉为“临床核医学之父”．氡的放射性同位素有27种，其中最常用的是． 经过m次α衰变和n次β衰变后变成稳定的．‎ ‎①求m、n的值；‎ ‎②一个静止的氡核（）放出一个α粒子后变成钋核（）．已知钋核的速率v=1×106m/s，求α粒子的速率．‎ ‎【答案】 ①m是4，n是5 ②‎ ‎【趁热打铁】用中子轰击锂核（）发生核反应，产生氚和核α粒子并亏损了质量△m．‎ ‎（1）写出核反应方程式； ‎ ‎【趁热打铁】（多选）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有(　　)．‎ A．是β衰变 B．是核聚变反应 C．是α衰变 D．是核裂变反应 ‎【答案】 BD ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎4．讲方法 ‎（1）确定衰变次数的方法 ‎①设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m ‎②确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。‎ ‎（2）核能的计算方法 ‎①利用爱因斯坦的质能方程计算核能：利用爱因斯坦的质能方程计算核能，关键是求出质量亏损，而求质量亏损主要是利用其核反应方程式，再利用质量与能量相当的关系求出核能。‎ ‎②利用阿伏加德罗常数计算核能：求宏观物体原子核发生核反应过程中所释放的核能，一般利用核反应方程及其比例关系和阿伏加德罗常数。‎ ‎③由动量守恒和能量守恒计算核能：由动量守恒定律和能量守恒定律来求。‎ ‎④说明：‎ ‎（a）根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．‎ ‎（b）根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．‎ ‎（c） 利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．‎ ‎5．讲易错 ‎【题目】在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出α粒子（ ‎ ‎）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R．以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量． ‎ ‎（1）放射性原子核用 表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程． ‎ ‎（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小． ‎ ‎（3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损△m．‎ ‎【答案】 （1）放射性原子核用 表示，新核的元素符号用Y表示，则该α衰变的核反应方程为；（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，则圆周运动的周期为 ，环形电流大小为 ；（3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，则衰变过程的质量亏损△m为损． ‎ ‎【正解】‎ ‎【错因】‎ ‎（1）无论哪种核反应方程，都必须遵循质量数、电荷数守恒。‎ ‎（2）α衰变的生成物是两种带电荷量不同的“带电粒子”，反应前后系统动量守恒，因此反应后的两产物向相反方向运动，在匀强磁场中，受洛伦兹力作用将各自做匀速圆周运动，且两轨迹圆相外切，应用洛伦兹力计算公式和向心力公式即可求解运动周期，根据电流强度的定义式可求解电流大小。‎ ‎（3）核反应中释放的核能应利用爱因斯坦质能方程求解，在结合动量守恒定律与能量守恒定律即可解得质量亏损。‎