金版教程2025年高考物理复习第16章 核心素养提升

第十六章核心素养提升[科学思维提炼]1．理想模型法：黑体。2．转换法(1)观察和研究光电效应的实验；(2)测量阴极射线粒子的比荷的实验；(3)发现和观察放射性的实验；(4)观察和研究三种射线性质的实验。3．极限法：光电效应实验中极限频率、遏止电压、饱和电流的测量。4．归纳法(1)光电效应实验结论的总结；(2)从阴极射线的研究到电子的发现过程；(3)衰变中半衰期的提出。5．类比、联想的思维：德布罗意关于物质波概念的提出。6．推理法(1)从光电效应实验结果的分析到爱因斯坦光电效应方程的得出；(2)强相互作用存在和作用范围的定性推出。7．实验、推理、假设法结合(1)黑体辐射研究中，普朗克关于“能量子”概念的提出；(2)爱因斯坦关于“光子”概念的提出；(3)原子“枣糕模型”的提出、卢瑟福原子核式结构模型的提出、玻尔原子理论的提出；(4)卢瑟福关于“中子”的提出过程。8．对比法：三种射线性质的比较。[素养提升集训]选择题(本题共11小题)1．(2022·湖南高考)关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是()A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C．光电效应揭示了光的粒子性D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性答案C解析玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的分立特征，但不足之处在于保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，没有完全揭示微观粒子运动的规律，A、B错误；光电效应揭示了光的粒子性，C正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的波动性，D错误。2．(2023·浙江1月选考)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为()A.eq\f(4NL2hν,R2η) B.eq\f(2NL2hν,R2η)C.eq\f(ηL2hν,4R2N) D.eq\f(ηL2hν,2R2N)答案A解析设该天体发射频率为ν光子的功率为P，由题意可知Pt×eq\f(πR2,4πL2)×η＝Nhνt，解得P＝eq\f(4NL2hν,R2η)，故选A。3．(2023·新课标卷)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10－5eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，元电荷e＝1.60×10－19C)()A．103Hz B．106HzC．109Hz D．1012Hz答案C解析由题意，设铯原子钟利用的两能级的能量差为ΔE＝1×10－5eV＝1×10－5×1.60×10－19J＝1.60×10－24J，由光子能量的表达式ε＝hν及ε＝ΔE可得，跃迁发射的光子的频率为ν＝eq\f(ε,h)＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(1.60×10－24,6.63×10－34)Hz≈2.41×109Hz，则跃迁发射的光子的频率量级为109Hz，故选C。4．(多选)μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用，如图所示为μ氢原子的能级示意图。假定光子能量为ε的一束光照射容器中大量处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，若普朗克常量为h，则()A．ε＝h(ν1＋ν2)B．ε＝h(ν1－ν4＋ν5)C．ε＝h(ν2＋ν4)D．ε＝h(ν6－ν3)答案AB解析设大量μ氢原子吸收光子后从n＝2能级跃迁到能量较高的m能级，然后从m能级向低能级跃迁时，发出的不同频率的光子种类有Ceq\o\al(2,m)＝eq\f(m（m－1）,2)＝6，解得m＝4，即大量μ氢原子吸收光子后先从n＝2能级跃迁到n＝4能级，然后从n＝4能级向低能级跃迁。由题意知，发出光子的频率对应的能级跃迁过程如图，由图可知ε＝E4－E2＝hν3＝h(ν1＋ν2)＝h(ν1－ν4＋ν5)＝h(ν6－ν4)，故A、B正确，C、D错误。5．(2020·山东高考)氚核eq\o\al(3,1)H发生β衰变成为氦核eq\o\al(3,2)He。假设含氚材料中eq\o\al(3,1)H发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2×104s时间内形成的平均电流为5.0×10－8A。已知电子电荷量为1.6×10－19C，在这段时间内发生β衰变的氚核eq\o\al(3,1)H的个数为()A．5.0×1014 B．1.0×1016C．2.0×1016 D．1.0×1018答案B解析根据I＝eq\f(q,t)＝eq\f(ne,t)，可得产生的电子数为n＝eq\f(It,e)＝eq\f(5.0×10－8×3.2×104,1.6×10－19)＝1.0×1016个，因一个氚核eq\o\al(3,1)H发生β衰变产生一个电子，可知在这段时间内发生β衰变的氚核eq\o\al(3,1)H的个数为1.0×1016个，故选B。6．一群处于n＝4能级的氢原子，向低能级跃迁发出多种光，用这束光照射图甲电路的阴极K。阴极K为金属钙，其逸出功为3.20eV。氢原子能级如图乙所示，则下列说法正确的是()A．该光束中能使K发生光电效应的光有4种B．光电子的最大初动能为9.55eVC．光电子到达A时动能的最大差值为2.55eVD．向右滑动触头P，电流表示数一定变大答案B解析一群处于n＝4能级的氢原子，向低能级跃迁，只有n＝4能级跃迁到n＝1能级，n＝3能级跃迁到n＝1能级，n＝2能级跃迁到n＝1能级，这三种情况辐射出的光子能量大于金属钙的逸出功，可知能使K发生光电效应的光只有3种，故A错误；一氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级时辐射出的光子能量最大，为hνm＝－0.85eV－(－13.6)eV＝12.75eV，由爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能Ekm＝hνm－W0＝12.75eV－3.20eV＝9.55eV，故B正确；光电子从K极逸出时，动能最大值为Ekm，最小值为0，经过同一加速电压，动能变化量相同，则光电子到达A时的动能的最大差值为ΔEkm＝Ekm－0＝9.55eV，故C错误；向右滑动触头P，只有在光电流未达到饱和值前，正向电压越大，光电流越大，达到饱和电流之后，正向电压增大，则光电流不变，所以电流表示数不一定变大，故D错误。7．如图所示，是某种火灾报警装置的工作电路图，它的核心部件为紫外线光电管，其中A为阳极，K为阴极，发生火灾时c、d端有输出电压实施报警。已知地表附近太阳光中紫外线光子能量介于3.1～3.9eV之间，明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2eV之间。几种金属单质的逸出功如下表所示，若光电管阴极K材料选用金属铝，则下列说法正确的是()金属单质钾钠锌铝逸出功/eV2.252.293.344.21A．太阳光照射时c、d端有输出电压B．明火照射时c、d端有输出电压C．若阴极K材料选用金属锌，能实现有效报警D．明火中紫外线波长越长，光电子的最大初动能越大答案B解析因为太阳光中紫外线光子能量介于3.1～3.9eV之间，小于金属铝的逸出功4.21eV，故太阳光照射时，不发生光电效应，c、d端没有输出电压，A错误；明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2eV之间，大于金属铝的逸出功，故明火照射时，发生光电效应，c、d端有输出电压，B正确；若阴极K材料选用金属锌，已知金属锌的逸出功为3.34eV，则当太阳光照射时，发生光电效应，c、d端有输出电压，也能报警，但不能实现有效报警，C错误；根据E＝heq\f(c,λ)，明火中紫外线波长越长，光子能量越小，根据Ekm＝hν－W0，则光电子的最大初动能越小，D错误。8．(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中X＋eq\o\al(14,7)N→Y＋eq\o\al(17,8)OY＋eq\o\al(7,3)Li→2XX和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则()A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4答案D解析设Y的电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应中电荷数守恒和质量数守恒，可知第一个核反应方程的电荷数和质量数满足Z＋7＝m＋8，A＋14＝n＋17，第二个核反应方程的电荷数和质量数满足m＋3＝2Z，n＋7＝2A，联立解得Z＝2，A＝4，故D正确。9．(2022·全国甲卷)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为eq\f(N,3)，则在t＝4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为()A.eq\f(N,12) B.eq\f(N,9)C.eq\f(N,8) D.eq\f(N,6)答案C解析设在t＝0时刻，半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有x＋y＝N，在t＝2t0时刻，两种元素分别经历了2个半衰期和1个半衰期，有eq\f(1,22)x＋eq\f(1,2)y＝eq\f(N,3)，联立可得x＝eq\f(2,3)N，y＝eq\f(1,3)N，在t＝4t0时刻，两种元素分别经历了4个半衰期和2个半衰期，尚未衰变的原子核总数为N′＝eq\f(1,24)x＋eq\f(1,22)y＝eq\f(N,8)，故选C。10．(2023·北京市昌平区高三下二模)“北京正负电子对撞机”是我国第一台高能加速器，也是高能物理研究的重大科技基础设施。一对速率相同的正、负电子(动能极小，可忽略)正碰后湮灭生成两个γ光子，反应方程为eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ。已知单个电子的静止质量为me，电荷量为e，光速为c，普朗克常量为h。下列说法正确的是()A．单个光子的能量为mecB．光子的频率为eq\f(mec2,h)C．两个光子的频率可以不同D．两个光子的运动方向可能相同答案B解析根据题意可知，碰撞前，正、负电子的总动量为零，根据碰撞过程动量守恒可知，产生的两个光子的总动量也为零，即两个光子的动量方向相反、大小相等，所以两个光子的运动方向相反，又光子的动量p＝eq\f(h,λ)，c＝λν，可得ν＝eq\f(pc,h)，则两个光子的频率相同，故C、D错误；两个光子的频率ν相同，根据ε＝hν可知，两个光子的能量相同，该反应过程的质量亏损Δm＝2me，根据ΔE＝Δmc2可得，该反应释放的能量ΔE＝2mec2，则单个光子的能量为ε＝eq\f(ΔE,2)＝mec2，根据ε＝hν可得，光子的频率为ν＝eq\f(mec2,h)，A错误，B正确。11．(多选)1899年，俄国物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”。已知频率为ν的光子的动量为eq\f(hν,c)，式中h为普朗克常量，c为光速。光对物体单位面积的压力叫辐射压强或光压。某二氧化碳气体激光器发出的激光功率为P＝1000W，该光束垂直射到某平整元件上，其光束截面积为S＝1.00mm2，该激光的波长为λ，光速c＝3×108m/s，且c＝λν，则()A．该激光器单位时间内发出的光子数可表示为eq\f(Pλ,hc)B．该激光器单位时间内发出的光子数可表示为eq\f(Pλ,h)C．该光束可能产生的最大光压约为667PaD．该光束可能产生的最大光压约为6.67Pa答案AD解析该激光器发出的单个光子的能量为ε＝hν＝heq\f