近代物理（光电效应图像、能级跃迁、原子核衰变与核反应）（原卷版）

重难点17近代物理

光电效应及其图像、原子结构与能级跃迁、衰变、核反应与核能的计算

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二看题趋势h

考点分析三年考情分析2025命题热点

2024：黑吉辽卷

光电效应及其图像2023：浙江6月选考卷

2022：河北卷

埠子姑构与即统跃2024：江西卷、安徽卷

?子一口构与目匕我跃2023：湖北卷、辽宁卷、山东卷、新课标卷1、核反应方程与核能

2022：海南卷、湖南卷2、光电效应、原子结构

2024：广东卷、广西卷、江苏卷、甘肃卷、湖与能级跃迁

r-U4一-北卷、河北卷、山东卷、全国甲卷

衰变、核反应与核

意」2023：海南卷、全国甲卷、全国乙卷、湖南卷、

能的计算浙江6月选考卷

2022：海南卷、湖北卷、辽宁卷、山东卷

【课标要求】

1.知道光电效应现象，掌握光电效应的规律，理解逸出功、截止频率、最大初动能、遏止

电压等有关物理量。

2.理解玻尔理论及能级跃迁规律。

3.理解原子核的衰变、人工转变以及核能的计算。

【考查方向】

原子物理作为物理学的一大分支，考点分散，要求不高，基本以选择题为主，难度不大。

突出考查光电效应的理解，能级跃迁问题、核反应方程的书写、核能的计算、半衰期的理解及

其应用。

【备考建议】

复习本章时，重点应注意以下几点内容：

(1)原子的能级跃迁；

(2)原子核的衰变规律；

⑶核反应方程的书写；

(4)质量亏损和核能的计算；

(5)三种射线的特点及应用；

(6)光电效应的规律及应用等。备考过程注意加强对基本概念和规律的理解和记忆。

一、光电效应四类图像

图像名称图线形状考占八、、

①截止频率：图线与V轴交点的横坐标Vc

大初动能Ek与入射光//，②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值

频率V的关系图线Wo=\-E\=E

③普朗克常量：图线的斜率左=力

颜色相同、强度不同的I①遏止电压图线与横轴的交点

-7------强光(黄)

Zn夕------弱光(黄)

光，光电流与电压的关②饱和光电流/m：电流的最大值

7

=

系uc0U③最大初动能：EkmeUc

①遏止电压Ucl、Uc2

颜色不同时，光电流与D—黄光

②饱和光电流

电压的关系

f/clt/c20u③最大初动能Eki=eUci,Ek2=eUc2

①截止频率以：图线与横轴的交点

遏止电压Uc-v的美系

②遏止电压”：随入射光频率的增大而增大

图线，表达式为：Uc=一

③普朗克常量力：等于图线的斜率与电子电量

hWo

厂工的乘积，即//=氏。(注：此时两极之间接反

向电压)

二、能级跃迁：

只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量时,原子才会吸收光子并跃迁到激发态，对于大于电离

能的光子可被吸收，可将原子电离。

跃迁产生的谱线条数：①一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类:

心叫修或者在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况画出并相如②一个原

子的核外电子向基态跃迁时发射最多光子的种类：N=n-1.

能级之间发生跃迁时放出（吸收）光子的频率由加=Em-纥求得.若求波长可由公式

c=丸。求得。

能级之间发生跃迁时放出（吸收）的光子频率是不连续的。

三、三种放射线

种类a射线。射线7射线

本质高速氢核流高速电子流光子流（高频电磁波）

电荷量2e-e0

4mP,

m-

质量利=1.67x10-27静止质量为零

1836

kg

速度0.1c0.99cC

在电场磁场中偏转与a射线偏转方向相反不偏转

最弱用纸能挡较强，能穿透几毫米的铝最强，能穿透几厘米的铅

贯穿本领

住板板

对空气的

很强较弱很弱

电离作用

四、两种衰变类型

衰变类型a衰变B衰变

衰变过程'X-%Y+1He〃-3y+'e

2个质子和2个中子结合成一个整体

i个中子转化为1个质子和1个电子

衰变实质射出

2\H+HeQTI—H+1]€

衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒

五、几种核反应类型

衰变、人工转变、裂变和聚变，如下表所示。

类型可控性核反应方程典例

衰变a衰自发2郎U-2制Th+,He

变

B衰

自发2强Th-2钟Pa+de

变

号N+3HeTO+由

（卢瑟福发现质子）

iHe+汩ef+血

人工转变人工控制（查德威克发现中子）

召A1+夕He—日P

约里奥一居里夫妇发现放射

+Jn

性同位素，同时发现正电子

B-52Si++9e

2/U+3nf嘿Ba+鸡Kr+38n

重核裂变容易控制

2/U+血-i取Xe+段Sr+Win

轻核聚变现阶段很难控制

限时提升练

一、单选题

1.（2024.河北.模拟预测）2024年6月我国探月工程嫦娥六号搭载的氢气测量仪主要探测月壤

中氨222和氨220同位素及其衰变产物。已知静止的氢原子核瞪Rn自发衰变为针原子核；：中。同

时放出一个粒子X,且氢的半衰期为3.8天，下列说法正确的是（）

A.若该核反应在月球上进行，经过3.8天后剩余个数一定多于原来的一半

B.该核反应属于夕衰变

C.反应过程中释放/射线和另一种射线，7射线穿透能力最强，另一种射线电离能力最强

D.反应前、后的质量守恒，电荷数也守恒

2.（2024.全国.模拟预测）2024年6月中国航天科技集团的科研人员通过分析我国首颗探日卫

星“羲和号”对太阳光谱的观测数据，精确绘制出国际首个太阳大气自转的三维图像。太阳光谱

中有一条谱线所对应光的频率与氢原子从较高能级向〃=2能级跃迁时发出的光中光子能量最

小的那种光的频率相同。则该谱线所对应光子的能量为（）

4

.55

.81

.45

O

1-----------------13.6

A.2.86eVB.1.89eVC.0.66eVD.0.3leV

3.（2024.北京大兴.三模）针对下面几个图说法正确的是（）

®二

瞥二◎

中

子

、

。A*

蹩

©二

、

皑

、

乙

A.甲图中锌板和验电器总是带异种电荷

B.乙图是太阳内部的核反应

C.丙图中的实验揭示了原子核内部有复杂结构

D.丁图中处于第2能级的氢原子可以吸收一个能量为3.5eV的光子并电离

4.（2024.安徽.一模）光电管是根据光电效应制成的，是一种可以把光信号转化为电信号的仪

器，在太阳能电池研究、光纤通信以及自动控制等方面有广泛的应用。小明同学用图示电路研

究光电管的性能，其中光电管的阴极和阳极由不同的金属材料制成，实验时保持开关闭合，用

某种波长的光照射阴极，未发生光电效应，则以下说法正确的是（）

A.若把滑动变阻器的滑动片c向》端移动，则可以产生光电流

B.若只增大入射光的强度，一定可以产生光电流

C.若减小入射光的波长，则电流表中可能有电流通过

D.若只延长照射时间，一定可以产生光电流

5.（2024.全国.模拟预测）同位素热源是利用放射性同位素的衰变热制成的热源，具有抗干扰

性强、工作准确可靠和可长期使用的优点，可为电子设备保温，是未来宇宙深空探索不可或缺

的能源装置。当前的同位素热源主要采用锢:;Sr与杯瞪Pu等半衰期长的同位素，衰变方程分别

为g玉Y+X、"TU+Z。已知锯g与杯置Pu的半衰期分别约为29年、87年，若大

量的锅:;Sr与杯;；Pu衰变前的数目相等，经历174年，衰变释放出的X、Z的总电荷量分别约

为口、必，则（）

a_63a_32a_32a_2i

Q232口，Q263JQ221JQ232

6.（2024.四川遂宁.模拟预测）与元素X作用后变成元素Y与:H,此反应放出的核能为4；

式与元素X作用后变成;6。。已知;"N、Y,"、的比结合能分别为耳、E］、耳、E4,下列说

法正确的是（）

A.元素X是6粒子

B.Y与；。不是同位素

C.X比结合能为17当一:。

D."与X作用释放核能为16&-12用

7.（2024.黑龙江哈尔滨.模拟预测）19世纪末至20世纪初是近代物理学发展的黄金时代。杰

出物理学家们的研究成果直接推动了“近代物理学”的建立和发展。以下关于物理知识的描述哪

一个是正确的（）

〃

8EIQN

5光子叱）

4-0.54

3-0.85

-1.51光子〃H电子

2O*——•\

-3.40

电子，

1i-i-k------------13.60碰撞前碰撞后

氢原子能级示意图

图2图3

A.贝克勒尔发现了天然放射现象，图1为产生的三种射线在电场中偏转情况，其中③线代

表的射线穿透能力最强

B.一群处于〃=3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可以放出3种不同频率的光子

C.图3为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变短

D.图4展示了。粒子散射实验的现象，据此现象，卢瑟福发现了质子和中子

A.由甲图中的a粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10-10m

B.由乙图的氢原子能级图可知，一个处于〃=3能级的氢原子向低能级跃迁可能发出3种不

同频率的光

C.a、b、c三束单色光照射同一光电管得到光电流/与光电管两极间的电压。的关系曲线

如丙图，则a、b、c光的频率关系为匕=匕

D.由图丁可知案心核的结合能比空1）核的大

9.（2024.山东.模拟预测）用如图（a）所示的装置进行光电效应实验，所得/-。图像如图（b）

所示，当极板间电压UAK=3UC时，从K极发出的初动能最大的光电子，到达A极时的德布罗

意波长是从K极发出时的（）

D.2倍

10.（2024.浙江.一模）如图甲所示是弗兰克―赫兹实验，该实验为能量量子化假设提供了直接

证据。实验前，装置内仅充满汞原子，实验中，灯丝发射出初速度可忽略的电子，先经过阴极

K与栅极G之间的电场加速，再经过栅极G与集电极A之间的反向电场减速。电子在整个运

动过程中会和汞原子碰撞，实验中记录了栅极G到阴极K的电压大小UGK,以及通过集电极A

的电流/,电流越大说明单位时间到达集电极A的电子越多。实验结果如图乙所示，电流/的

极大值呈周期性出现，峰值的水平间距为4.9V从中得出汞原子能量具有量子化的结论。由于

电子质量远远小于汞原子质量，通过弹性碰撞转移给汞原子的动能可以忽略不计。结合以上内

容判断下列说法错误的是（）

350

300

K

%汞蒸汽250

200

150

100

50

1015UN

乙

A.4K<4.9V时，电子与汞原子碰撞不会使处于基态的汞原子激发

B.峰值的水平间距为4.9V,说明汞原子第一激发态与基态的能量差为4.9eV

C.只有当电子的动能等于4.9eV或其整数倍才能使汞原子从基态跃迁到第一激发态

D.U°K=10V时，有大量电子两次与汞原子碰撞，使汞原子从基态跃迁到第一激发态

二、多选题

11.（2025•广东•模拟预测）太阳能量的来源主要通过质子一质子链反应（简称PP链），太阳

产生的能量约99%来自该链反应。科学研究发现，该链反应主要通过如下方程发生：

3：H-X+；e+匕①；2XfY+2：H②，其中卜为正电子，匕为太阳中微子，下列说法正确的是（）

A.方程式中X为;He,y为;He

B.方程式中X为;H,丫为;He

C.反应①属于核聚变反应

D.Y的比结合能大于X的比结合能

12.（2025•浙江•模拟预测）下列说法正确的有（）

镉棒

/水泥防护层

中子。

«

图1图2图3图4

A.图1可以看出随着温度的升高黑体辐射的强度的极大值向波长较长的方向移动

B.图2电子的干涉图像说明物质波是一种概率波

C.图3链式反应的示意图，铀块的体积足够大反应才能一代一代继续下去

D.图4核电反应堆示意图，控制棒插入深一些，让它吸收更多中子，反应速率会慢一些

13.（2024.北京朝阳.模拟预测）在