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- 2021-06-02 发布
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:中 教 ^ ]
考点11 近代物理初步
【命题意图】
考查近代物理知识中一些基础知识,意在考查考生的理解能力
【专题定位】
对本专题内容考查的重点和热点有:①原子能级跃迁和原子核的衰变规律;②核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算;③原子物理部分的物理学史和α、β、γ三种射线的特点及应用等.[中^国教育出版 ~ ]
【考试方向】
近代物理部分,涉及的考点较多,主要有光电效应、波粒二象性、原子结构、玻尔理论、衰变、核反应和核能等,主要以选择题的形式命题,可能单独命题,但更多的是通过多个选项命制综合题。
【应考策略】[中国教 ~育出版* ]
由于本专题内容琐碎,考查点多,因此复习时应抓住主干知识,梳理出知识点,进行理解性记忆.
【得分要点】
光电效应 波粒二象性主要考查方向有以下几个方面,其主要破解方法也一并总结如下:
1、由E -ν图象可以得到的信息:
(1)极限频率:图线与ν轴交点的横坐标νc.
(2)逸出功:图线与E 轴交点的纵坐标的值E=W0.
(3)普朗克常量:图线的斜率 =h.
2、光电效应中两条线索[来~源*^:中教 ]
线索一:通过频率分析:光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。[ ^ :中 教 * ]
线索二:通过光的强度分析:入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大。
3、对光的波粒二象性、物质波的考查
光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为:
(1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果往往表现为波动性.
(2)频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强.
(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。
玻尔理论的主要考查方向有以下几个方面,其主要破解方法也一并总结如下:
(1)原子从基态跃迁到激发态需要吸收能量,而从激发态跃迁到基态则会以光子的形式向外放出能量。不论是吸收能量还是放出能量,这个能量值不是任意的,而是等于发生跃迁的这两个能级间的能量差,即hν=Em-En。
(2)原子从激发态向基态跃迁时发出光子的种类:当单个氢原子自发辐射,由量子数为 n(n>1)的能级向低能级跃迁时最多只能形成(n-1)条谱线,或者说产生(n-1)种不同频率的光子;当大量处于第n激发态的原子向低能级跃迁时最多可辐射种光子。
(3)原子跃迁时电子动能、原子势能和原子能量的变化(与天体运动规律相同):当轨道半径减小时,库仑引力引力做正功,电子动能增大,原子的电势能减小,原子能量减小;当轨道半径增大时,库仑引力引力做负功,电子动能减小,原子的电势能增大,原子能量增大。
原子核 核反应方程主要考查方向有以下几个方面,其主要破解方法也一并总结如下:
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, = ′+2n-m[来 源 : ~step.*com ]
(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[ : ~ step .c o*m]
(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:
①根据ΔE=Δmc2计算,计算时Δm的单位是“ g”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是
“J”.
②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”.
③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.
【2017年选题】
【2017·新课标Ⅰ卷】大 学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是。已知的质量为2.013 6 u,的质量为3.015 0 u,的质量为1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为
A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV[来 源:中国教 育出版 ^ ]
【答案】B[www. ~^ step.co m]
[ :*^中国 教~育出版 ]
【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 g,由质能方程求核能时要细心。
【结束】
【知识精讲】
1.氢原子能级图[ : ^step.co~* m]
(1)能级图如图所示.
[www. s te~ p.^co m]
(2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时,可能辐射出的光谱线条数:N=C=.
2.原子核的衰变
衰变类型
α衰变
β`衰变
衰变方程
X→Y+He
X→Y+e
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一整体射出
中子转化为质子和电子
2H+2n→He
n→H+e
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒
3.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:组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差,注意质量数与质量是两个不同的概念.
(3)质能方程:E=mc2,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.
4.光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须大于这个频率,才能产生光电效应.
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的频率增大而增大.[ww~w. ^ s tep.co m]
(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.[ :中国教^*育出 版 ]
(4)当入射光的频率大于极限频率时,光电流的强度与入射光的强度成正比.
5.光电效应方程[ : st ~e p ^ ]
(1)光电子的最大初动能跟入射光子的能量hν和逸出功W0的关系为:mv2=hν-W0.
(2)极限频率νc=.
【高频考点】
高频考点一:光电效应[来 ^~ 源 :中教 ]
【解题方略】
本考点主要考查光电效应现象、规律及爱因斯坦的光电效应方程的有关应用,试题难度一般,多为选择题。在二轮复习中,注意打牢基础知识,细化审题,就可轻松取分
1.处理光电效应问题的两条线索[ : ste p ~]
一是光的频率,二是光的强度,两条线索对应的关系是:
(1)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大.(2)光强→光子数目多→发射光电子数多→光电流大.
2.爱因斯坦光电效应方程E =hν-W0的研究对象是金属表面的电子,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大(如图2所示),直线的斜率为h,直线与ν轴的交点的物理意义是极限频率νc,直线与E 轴交点的物理意义是逸出功的负值.
【例题1】在用如图所示的光电管研究光电效应的实验中,用某种频率的单色光a照射光电管阴极 ,电流计G的指针发生偏转。而用另一频率的单色光b照射光电管阴极 时,电流计G的指针不发生偏转,那么 ( )[来 源 ^:中教 ~ ]
A.只增加a光的强度可使逸出的电子最大初动能变大
B.在同种介质中a的传播速度小于b的传播速度
C.a光的波长一定大于b光的波长
D.若光从同种介质射向空气时,a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角
【答案】 B[www. s*~te ^p.c om]
【解析】[ :中 ^国 教育出~版 ]
【结束】
高频考点二:原子结构和玻尔模型
【解题方略】
本考点是对原子结构模型及原子光谱问题的考查,题型为选择题,难度一般,主要考查考生的理解和分析能力。
1.汤姆孙发现了电子,密立根测出了电子的电荷量,卢瑟福根据α粒子散射实验构建了原子的核式结构模型.玻尔提出的原子模型很好地解释了氢原子光谱的规律.卢瑟福用α粒子轰击氮核实验发现了质子,查德威克用α粒子轰击铍核发现了中子.贝可勒尔发现了天然放射现象,揭示了原子核是有结构的.居里夫妇首次发现了放射性同位素.
2.原子的核式结构模型
(1)在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核,叫做原子核,而电子在核外绕核运动;
(2)原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上,带负电的电子在核外空间绕核旋转.
3.能级和能级跃迁:
(1)轨道量子化
核外电子只能在一些分立的轨道上运动
rn=n2r1(n=1,2,3,…)
(2)能量量子化
原子只能处于一系列不连续的能量状态[ ^: step.c ~om ]
En=(n=1,2,3,…)[ww w . step . com~]
(3)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辐射一定频率的光子,该光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即hν=Em-En(m>n).
【例题2】如图所示为氢原子的能级图,一群氢原子处于n=4的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为1.90 eV的金属铯,下列说法正确的是 ( )
A. 这群氢原子能发出6种频率不同的光,其中从n=4跃迁到n=3所发出的光波长最短[ : st ep .c o* m]
B. 这群氢原子能发出3种频率不同的光,其中从n=4跃迁到n=1所发出的光频率最高
C. 金属铯表面所发出的光电子的初动能最大值为12.75eV
D. 金属铯表面所发出的光电子的初动能最大值为10.85 eV
【答案】 D
【结束】
高频考点三:核反应和质能方程
【解题方略】
本考点常考:①原子核α衰变和β衰变的规律、三种射线的特性及有关半衰期问题的计算,多以选择题的形式命题,难度一般,考生只要记忆并理解相关知识,再做一些对应练习,便可轻松应对;②核反应方程的书写、分类及核能的计算问题,多以选择题的形式出现,若与动量守恒定律及能量守恒定律相交汇,也可以计算题的形式出现,难度中等偏上。
1.α射线、β射线、γ射线之间的区别
名称
α射线
β射线
γ射线
实质
氦核流
电子流
光子
速度
约为光速的
约为光速的99
光速
电离作用
很强
较弱
很弱
贯穿能力
很弱
较强
最强
2.核反应、核能、裂变、轻核的聚变
(1)在物理学中,原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程,称为核反应.核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律.
(2)质能方程: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E=mc2或ΔE=Δmc2.
(3)把重核分裂成质量较小的核,释放出核能的反应,称为裂变;把轻核结合成质量较大的核,释放出核能的反应,称为聚变.
(4)核能的计算:①ΔE=Δmc2,其中Δm为核反应方程中的质量亏损;②ΔE=Δm×931.5 MeV,其中质量亏损Δm以原子质量单位u为单位.
(5)原子核的人工转变
卢瑟福发现质子的核反应方程为:
N+He→O+H
查德威克发现中子的核反应方程为:
Be+He→6C+n
约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为:Al+He→P+n,P→Si+e
3.书写核反应方程的原则及方法
(1)无论何种核反应方程,都必须遵守电荷数守恒和质量数守恒(注意:不是质量守恒),有些核反应方程还要考虑能量守恒及动量守恒.
(2)核反应过程一般是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头“→”表示反应进行的方向,不能把箭头写成等号.
(3)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空地只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程.[来^ 源 : step ]
【例题3】“嫦娥二号”月球探测卫星于2010年10月日在西昌卫星发射中心由“长征三号丙”运载火箭发射升空。该卫星用太阳能电池板作为携带 研仪器的电源,它有多项
研任务,其中一项是探测月球上氦3的含量,氦3是一种清洁、安全和高效的核融合发电燃料,可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电。若已知氘核的质量为2.0136u,氦3的质量为3.0150u,氦核的质量为4.00151u,质子质量为1.00783u,中子质量为1.008665u,1u相当于931.5MeV.下列说法正确的是 ( )
A.氘和氦3的核聚变反应方程式: +→+X, 其中X是中子[中国*^教育 出版 ~]
B.氘和氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9MeV[ :中 教 * ^ ]
C.一束太阳光相继通过两个偏振片,若以光束为轴旋转其中一个偏振片,则透射光的强度不发生变化
D.通过对月光进行光谱分析,可知月球上存在氦3元素
【答案】 B
【解析】
试题分析:根据电荷数守恒和质量数守恒知X为质子.故A错误.根据质能方程知△E=△mC2=(2.0136u+3.0150u-4.00151u-1.00783u)×931.5MeV=17.9MeV.故B正确.当偏振片P与偏振片Q垂直时,光屏没有亮度,则关于光屏上光的亮度从亮到暗,再由暗到亮.故C错误.月亮本身不发光,不会有发射光谱,月球上没有空气,所以也没有吸收光谱.故D错误.故选B.
【结束】
【近三年题精选】
1.【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[ *: step.^co m]
A. B.
C. D.
【答案】A
【考点定位】核反应的种类
【名师点睛】本题的关键是知道核反应的分类,区别衰变和核反应。[来^ 源:中教 ~*]
【结束】
2.【2017·江苏卷】原子核的比结合能曲线如图所示,根据该曲线,下列判断中正确的有 .
(A)核的结合能约为14 MeV
(B)核比核更稳定
(C)两个核结合成核时释放能量
(D)核中核子的平均结合能比核中的大
【答案】BC
【解析】由图知核的比结合能约为7 MeV,所以结合能约为4×7=28 MeV,故A错误;核比核的比结合能大,所以核比核更稳定,B正确;两个核结合成核时,即由比结合能小的反应生成比结合能大的释放能量,C正确;由图知核中核子的平均结合能比核中的小,所以D错误.[中国教育* 出版 ~ ]
【考点定位】比结合能 结合能
【名师点睛】本题主要是要理解比结合能的含义,知道结合能与比结合能的区分与关系.以及在核反应过程中由比结合能小的反应生成比结合能大的要释放能量.学/*+-*- +-
【结束】
3.【2017·新课标Ⅲ卷】在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为E a和E b。h为普朗克常量。下列说法正确的是[w~ww. s*tep^ .co m]
A.若νa>νb,则一定有Uaνb,则一定有E a>E b
C.若Uaνb,则一定有hνa–E a>hνb–E b[ :~中教 * ^]
【答案】BC
【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;光电子的最大初动能和遏止电压由照射光的频率和金属的逸出功决定;逸出功由金属本身决定,与光的频率无关。
【结束】
4.【2016·上海卷】研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示。两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接,放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。则
A.a为电源正极,到达A板的为α射线 B.a为电源正极,到达A板的为β射线
C.a为电源负极,到达A板的为α射线 D.a为电源负极,到达A板的为β射线
【答案】B
【考点定位】带电粒子在匀强电场中的偏转、α射线和β射线的本质
【方法技巧】通过类平抛运动计算粒子在竖直方向的位移关系式,根据公式分析该位移与比荷的关系,再结合图示进行比较判断。[中 *国 教^育出版 ]
【结束】
5.【2016·全国新课标Ⅰ卷】现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是
A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大
B.入射光的频率变高,饱和光电流变大
C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大
D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生
E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关
【答案】ACE
【解析】根据光电效应实验得出的结论:保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大,故A正确,B错误;根据爱因斯坦光电效应方程得:入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大,故C正确;遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关,保持入射光的光强不变,若低于遏止频率,则没有光电流产生,故D错误,E正确。
【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。[ :中*国教育出版^ ~]
【结束】[中 国教育*出 版~^ ]
【模拟押题】
1. 在利用光电管研究光电效应的实验中,入射光照到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减弱,而频率保持不变,那么 ( )
A.从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B.饱和光电流将会减弱
C.遏止电压将会减小
D.有可能不再发生光电效应
【答案】 B
【解析】
考点:光电效应
【名师点睛】此题考查了光电效应问题;要知道光电效应产生的条件是入射光的频率大于金属的极限频率;当发生光电效应时,入射光的强度越大,则则单位时间内逸出的光电子的数目将增加;入射光的频率越大,则光电子的最大初动能越大,则遏止电压越大.
【结束】
2. 1964年至1967年6月我国第一颗原子弹和第一颗氢弹相继试验成功,1999年9月18日,中共中央、国务院、中央军委隆重表彰在研制“两弹一星”中作出贡献的
学家。下列核反应方程式中属于原子弹爆炸的核反应方程式的是
A.U→Th +He B.U +n→Sr +Xe +10n
C.N +He→O +H D.H +H→He +n
【答案】 B
【解析】核裂变,又称核分裂,是指由重的原子,主要是指铀或钚,分裂成较轻的原子的一种核反应形式.原子弹的能量 就是核裂变;聚变是指由质量小的原子,主要是指氘或氚,在一定条件下(如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应方式,是氢弹的能量 ,
本题考查了聚变和裂变在现代 技中的应用,注意了解这两种核反应的实质,将所学理论知识和实际应用相结合.[中国 教* 育出版^ ]
【结束】
3. 在下列两个核反应方程中,分别代表一种粒子。有关说法正确的是:
① ② ( )
A.①是重核裂变反应
B.②是轻核聚变反应
C.,此种粒子形成的射线具有很强的贯穿本领
D.是中子,的质量等于与质量之和减去的质量
【答案】 B
【解析】
考点:裂变反应和聚变反应;原子核衰变及半衰期、衰变速度.
分析:正确解答本题需要掌握:裂变、聚变的反应的特点,正确应用核反应方程中的质量数和电荷数守恒
故选B.[来 源:*中国教育出^版 ~]
【结束】
4. 氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级辐射出a光,从n=4的能级跃迁到n
=2的能级辐射出b光。则 ( )[来 源^: s~tep ]
A.在同一双缝干涉装置进行实验,用a光照射时相邻亮纹间的距离比用b光照射时的大
B.若用a光照某金属不能发生光电效应,则用b光照该金属也不能发生光电效应
C.在同一种玻璃介质中,a光发生全反射的临界角比b光的小 [中 ^ 国教 育出~版 ]
D.在同一种玻璃介质中,a光传播速度比b光的小
【答案】 A
根据v= 知,a光的折射率小,则光在介质中传播的速度大。故D错误。
故选A。[www . st e~*p ]
【结束】
5. 2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10–9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。[ : *step.co ~ m ]
一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.6×10–34 J·s,真空光速c=3×108 m/s) ( )
A. 10–21 J B. 10–18 J C. 10–15 J D. 10–12 J
【答案】 B
【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量约为,由题意可知,光子的能量应比电离一个分子的能量稍大,因此数量级应相同,故选B。
【名师点睛】根据题意可知光子的能量足以电离一个分子,因此该光子的能量应比该分子的电离能大,同时又不能把分子打碎,因此两者能量具有相同的数量级,不能大太多。[ ~^ :中教 *]
【结束】
6. 关于不同射线的性质,下列说法中正确的是 [ ] ( )
A.α射线是原子核发生衰变时放射出的氦核,它的电离作用最弱
B.β射线是原子的外层电子电离形成的电子流,它具有较强的穿透能力
C.γ射线是电磁波,它的传播速度等于光速
D.以上说法都不正确
【答案】 C
【解析】
考点:原子核衰变[www.~ ste p* ]
分析:本题考查的内容较简单,属于识记层次,要解决此类问题需要加强基本知识的记忆与积累。
解答:A、α射线是原子核发生衰变时放射出的氦核流,他的电离作用很强.故A错误;
B、β射线是原子核内的中子转化成质子同时释放出一个电子而形成高速电子流,有很强的穿透能力,故B错误。
C、γ射线是原子核在发生α衰变和β衰变时产生的能量以γ光子的形式释放,是一种电磁波,在真空中以光速传播,故C正确。
【结束】[ : step . ~com^]
7. 某 学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为: ,,方程中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:
以下推断正确的是 ( )
A. X是,Q2>Q1
B. X是,Q2>Q1[ : ^ste~p .co*m]
C. X是,Q2