近代物理学(近三年高考题)

2018 8 年高考考点定位年高考考点定位 作为选择题和填空题 本考点的涉及面广 选项可能涉及近代物理学史 波尔模型 光电效应和原子核结构 而填空题可能涉及衰变 核反应方程的书写 光电效应的极限频率和最大初动能等 既是备考的重点也是命题 的热门选项 考点考点 pk pk 名师考点透析名师考点透析 考点一 波粒二象性考点一 波粒二象性 名师点睛名师点睛 1 量子论 普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的 其最小的 不可分的能量单元即 能量子 或称 量子 也就是说组成能量的单元是量子 每一份电磁波的能量 物质的辐射能量不是连续的 而是 h 以量子的整数倍跳跃式变化的1905 年 爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中 提出了光量子论 即 3 其中是电磁波的频率 h 为普朗克恒量 h 6 63 10 34 h sJ 2 黑体和黑体辐射 任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波 并且其辐射 1 能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关 随着温度的升高 黑体的辐射强 2 度都有增加 随着温度的升高 辐射强度的极大值向波长较短方向移动 3 3 光电效应 在光的照射下 金属中的电子从表面逸出 发射出来的电子就叫光电子 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极限 频率才能发生光电效应 低于极限频率的光不能发生光电效应 光 电子的最大初动能与入射光的强度无关 光随入射光频率的增大而增 大 大于极限频率的光照射金属时 光电流强度 反映单位时间发 射出的光电子数的多少 与入射光强度成正比 金属受到光照 光电子的发射一般不超过 10 9秒 波动说认为 光的能量即光的强度 是由光波的振幅决定的与光的频率无关 所以波动说对解释上述实验规律中的 条都遇到困难 考点二 原子结构考点二 原子结构 1 汤姆生原子结构模型 1897 年英国物理学家汤姆生发现了电子 从而打破了原子不可再分的观念 揭示出 原子也有复杂的结构 汤姆生的原子模型 1903 年汤姆生设想原子是一个带电小球 它的正电荷均匀分布在整 个球体内 而带负电的电子镶嵌在正电荷中 2 原子核式结构模型 实验结构图如下 实验现象 a 绝大多数粒子穿过 金箔后 仍沿原来方向运动 不发生偏转 b 有少数粒子发生较大角度的偏 转 c 有极少数粒子的偏转角超过了 90 有的几乎达到 180 即被反向弹 回 结论否定了汤姆生原子结构模型 提出核式结构模型即在原子中心存 在一个很小的核 称为原子核 原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质 量 带负电荷的电子在核外空间绕核旋转 3 波尔的原子机构模型 原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾 两方面 a 电子绕核作圆周运动 1 是加速运动 按照经典理论 加速运动的电荷 要不断地向周围发射电磁波 电子的能量就要不断减少 最后 电子要落到原子核上 这与原子通常是稳定的事实相矛盾 b 电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕 核旋转的频率 随着旋转轨道的连续变小 电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化 因此按照这种推理原子 光谱应是连续光谱 这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾 上述两个矛盾说明 经典电磁理论已不适用原子系 统 玻尔从光谱学成就得到启发 利用普朗克的能量量了化的概念 提了三个假设 定态假设 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 在这些状态中原子是稳定的 电子虽然做加速运 动 但并不向外在辐射能量 这些状态叫定态 跃迁假设 原子从一个定态 设能量为 Em 跃迁到另一定态 设能量为 En 时 它 辐射成吸收一定频率的光子 光子的能量由这两个定态的能量差决定 即 hv Em En 轨道量子化假设 原子的不同能量状态 跟电子不同的运行轨道相对应 原子的能 量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的 总结 能级 各个状态的能量值基态即能量值最低的状态 距离原子核最近的运行轨 1 2 道 氢原子能级公式 3 1 2 1 n EE n 考点三 原子核结构考点三 原子核结构 1 天然放射现象 1896 年法国物理学 贝克勒耳发现放射现象 从而揭示出原子核也有复杂的结构 放射性射 线的成分有三种 性 质 射 线 种 类射 线 组 成 电 离 作 用贯 穿 能 力 射线 氦核组成的粒子流很 强很 弱 射线 高速电子流较 强较 强 射线高频光子很 弱很 强 2 原子核衰变和半衰期 衰变过程中电荷数和质量数守恒 衰 变 类 型衰 变 方 程衰 变 规 律 衰 变 HeYX M Z M Z 4 2 4 2 新 核 4 2 质量数减少 电荷数减少 衰 变 eYX M Z M Z 0 11 新 核 质量数不变 电荷数增加 衰变的实质 辐射伴随着衰变和衰变产生 eHn 0 1 1 1 1 0 半衰期 放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间 称该元素的半衰期 放射性元素衰变的快慢是由 核内部自身因素决定的 跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系 3 1934 年 约里奥 居里夫妇发现经过 粒子轰击的铝片中含有放射性磷 P 30 15 即 nPAlHe 1 0 30 15 27 13 4 2 4 核反应方程 卢瑟福用 粒子轰击氦核打出质子 HOHeN 1 1 17 8 4 2 14 7 贝克勒耳和居里夫人发现天然放射现象 衰变 HeThU 4 2 234 90 238 92 衰变 ePaTh 0 1 234 91 234 90 查德威克用 粒子轰击铍核打出中子 nCHeBe 1 0 12 6 4 2 9 4 居里夫人发现正电子 eSiP nPHeAl 0 1 30 14 30 15 1 0 30 15 4 2 27 13 轻核聚变 HHn 2 1 1 1 1 0 重核裂变 nKrBanU SrnXenU 1 0 89 36 144 56 1 0 235 92 90 38 1 0 136 54 1 0 235 92 3 10 5 重核裂变 核聚变 释放核能的途径 裂变和聚变 裂变反应 裂变 重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应 叫做原子核的裂变反应 例如 nKrBanU 1 0 89 36 144 56 1 0 235 92 3 链式反应 在裂变反应用产生的中子 再被其他铀核浮获使反应继续下去 链式反应的条件 临界体积 极高的温度 裂变时平均每个核子放能约 200Mev 能量U 235 92 1kg全部裂变放出的能量相当于 2800 吨煤完全燃烧放出能量 U 235 92 聚变反应 聚变反应 轻的原子核聚合成较重的原子核的反应 称为聚变反应 例如 MeV6 17 1 0 4 2 3 1 2 1 nHeHH 一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时 同时放出一个中子 释放出 17 6MeV 的能量 平均每个核子 放出的能量 3MeV 以上 比列变反应中平均每个核子放出的能量大 34 倍 聚变反应的条件 几百万摄氏度的高温 三年高考三年高考 15 16 6 17 7 年高考真题及其解析年高考真题及其解析 1 2017 新课标 卷 大科学工程 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 2231 1120 HHHen 2 1H 3 2He 1 0n 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 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 2341 1120 HHHen 144171 7281 NHeOH C D 427301 213150 HeAlPn 2351144891 92056360 UnBaKr3 n 3 2017 江苏卷 多选 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 4 2He B 核比核更稳定 4 2He 6 3Li C 两个核结合成核时释放能量 2 1H 4 2He D 核中核子的平均结合能比核中的大 235 92U 89 36Kr 4 2017 新课标 卷 多选 在光电效应实验中 分别用频率为 a b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Eka和Ekb h为普朗克常量 下列说法正 确的是 A 若 a b 则一定有Ua b 则一定有Eka Ekb C 若Ua Ub 则一定有Eka b 则一定有h a Eka h b Ekb 5 2017 北京卷 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 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 1 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 射线B a为电源正极 到达A板的为 射线 C a为电源负极 到达A板的为 射线D a为电源负极 到达A板的为 射线 2 2016 江苏卷 贝克勒尔在 120 年前首先发现了天然放射现象 如今原子核的放射性在众 多领域中有着广泛应用 下列属于放射性衰变的是 A B 14140 671 CNe 2351139951 92053390 U nIY2 n C D 2341 1120 H HHe n 427301 213150 He AlP n 3 2016 全国新课标 卷 多选 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 4 2016 全国新课标 卷 多选 一静止的铝原子核俘获一速度为m s 的质子 p 后 变为 27 13Al 7 1 0 10 处于激发态的硅原子核 下列说法正确的是 28 14Si A 核反应方程为 2728 1314 pAlSi B 核反应方程过程中系统动量守恒 C 核反应过程中系统能量不守恒 D 核反应前后核子数相等 所以生成物的质量等于反应物的质量之和 E 硅原子核速度的数量级为m s 方向与质子初速度方向一致 5 10 5 2016 海南卷 多选 下列说法正确的是 A 爱因斯坦在光的粒子性的基础上 建立了光电效应方程 B 康普顿效应表明光子只具有能量 不具有动量 C 玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律 D 卢瑟福根据 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 E 德布罗意指出微观粒子的动量越大 其对应的波长就越长 1 2015 上海 10 用很弱的光做单缝衍射实验 改变曝光时间 在胶片上出现的图像如图所示 该实验表 明 A 光的本质是波 B 光的本质是粒子 C 光的能量在胶片上分布不均匀 D 光到达胶片上不同位置的概率相同 2 2015 天津 1 物理学重视逻辑 崇尚理性 其理论总是建立在对事实观察的基础上 下列说法正确的 是 A 天然放射现象说明原子核内部是有结构的 B 电子的发现使人认识到原子具有核式结构 C 粒子散射实验的重要发现是电荷时量子化的 D 密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的 3 2015 江苏 12C 1 多选 波粒二象性时微观世界的基本特征 以下说法正确的有 A 光电效应现象揭示了光的粒子性 B 热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C 黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D 动能相等的质子和电子 它们的德布罗意波也相等 4 2015 北京 14