二轮复习专题七近代物理初步学案

专题七近代物理初步

知识技能了于胸「

教材再现•物理观念

⑴爱因斯坦光电效应方程:Ek=hVTV°。

(2)最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eU。

⑶逸出功与截止频率的关系:北二hvc。

(4)Ek-v图线:是一条倾斜直线,但不过原点,如图所示。

①横轴截距表示截止频率。

②纵轴截距的绝对值表示逸出功O

③图线的斜率表示普朗克常量ho

定态

巴运

光三条暇设

耳

谱

末

分

线

析

系氢原子能级图

电子的发现nE/eV

卢

汤•••0

玻•••

5

原瑟

姆“-0.54

尔4

氢原子光谱后

粒子福31-0.85

子孙a3Ui______

散射实验’原子的稳定程模*-1.51

结模

型2

型-3.4

构

&=与

n2

r2

»=nr1

-13.6

4.核反应

%核心归纳-科学思维

r强度一决定着每秒钟光

源发射的光子数一

,照射光

频率一决定着每个.______

光子的能量e=hv

「每秒钟逸出的光电子数

'光电子—决定着光电流的大小

I光电子逸出后的最大初动能£卜=杯一航3

⑴一群处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时,释放出的光谱线

条数为N=鬣二不。

(2)一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时,释放出的光谱线

条数最多为n-l。

(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘真空中

光速c的平方，即AE二Amc?。

(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量,用核反

应的质量亏损的原子质量单位数乘931.5MeV,即AE=△mX931.5MoV0

(3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系

统动能的增量即为释放的核能。

。体系构建-融会贯通

原

阴极射线、a粒子散射实验、原子核式结构

子

结W1

构氢原子光谱、玻尔理论

原

光的频率遏止电压波近天然放射现象、三种射线、

子

粒代

原子核的组成(中子与质子)

-一

物

最大初动能光子能量光电效应物

理

Ek=hv-Woe=hv象理衰变、半衰期

性

光的强度饱和电流原人工核转变-电荷数守恒、质

1-子核反应

核裂变量数守恒

核

核聚变

核力-(比)结合能-质量亏损、核能AE=Amc2

透析高考考情知己知彼百战胜「

高考考点命题轨迹考查内容考查要求

2022广东卷T5必备知识基础性

2022河北卷T4必备知识基础性

光电效应现象及规律

2021江苏卷T8必备知识基础性

2022浙江1月卷T22关键能力综合性

2022湖南卷T1必备知识基础性

原子结构及能级跃迁2021北京卷T14必备知识基础性

2020浙江1月卷T14必备知识基础性

2022湖北卷T1必备知识基础性

2022山东卷T1必备知识基础性

2022全国甲卷T17必备知识基础性

核反应与核能的计算

2021全国甲卷T17必备知识基础性

2021全国乙卷T17必备知识基础性

2022浙江1月卷T14关键能力综合性

突破核心考点h解题能力步步高「

考点一光电效应现象及规律

，考题例析-有的放矢

【例11（2021•江苏卷,8）如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光

电效应探究,其截止频率VKV2,保持入射光不变,则光电子到达A极

时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是（C）

光束、窗口

u

D

解析:光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可

知光电子到达A极时动能的最大值Ekm=Ue+hv-hv截止,可知Ekn-U图像

的斜率相同，均为e;截止频率越大,则图像在纵轴上的截距越小，因v

WV2,则图像C正碓,A、B、D错误。

【例2】（2022•河北卷,4）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效

应的遏止电压U与入射光频率v的实验曲线,该实验直接证明了爱因

斯坦光电效应方程,并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量

ho由图像可知（A）

X1014Hz

c与入射光频率v成正比

解析:根据遏止电压与最大初动能的关系有eU（-Ekmax,根据光电效应方

程有Ek皿=hv-Wo,结合题图像可知，当心为0时,解得W0=hv°A正确；

钠的截止频率为vCX10"Hz,B错误;结合遏止电压与光电效应方程可

解得也上vA可知题图中直线的斜率表示2C错误;根据遏止电压

eee

与入射光的频率关系式可知,遏止电压Uc与入射光频率V呈线性关系,

不是成正比,D错误。

%技法提炼-万剑归宗

⑴光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大。

⑵光照强度大（同种频率的光）一光子数目多一发射光电子多一光电

流大。

爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-W(.

最大初动能与遏止电压的关系Ek二eUc

逸出功与截止频率的关系W°=hvc

图像名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量

⑴截止频率：图线与V轴交点的横

]/坐标Vc；

最大初动能Ek

(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐

0\/Ve

与入射光频率//V

标的绝对值

v的关系图线

Ek=hv-hvc

W0=|-E|=E;

(3)普朗克常量:图线的斜率k=h

(1)遏止可压U：图线与横轴交点的

颜色相同、强度

力rf弱/光强(光黄(黄))横坐标；

不同的光,光电

(2)饱和光电流匕、1成：光电流的最

流与电压的关

U°0II大值；

系

(3)最大初动能:Ek=eL

光颜色不同时，

J-2

(1)遏止电压Uci>Uc2,则v]>V2；

光电流与电压

(2)最大初动能E=eU,E=eU

UclUc20Uklclk2c2

的关系

遏止电压也与(1)截止频率v：图线与横轴的交点

匕c

入射光频率v的横坐标；

的关系图线(2)遏止电压比随入射光频率的增

大而增大,Uc二竺-法；

ee

⑶普朗克常量h：等于图线的斜率

与电子电荷量的乘积，即h=ke（注:

此时两极之间接反向电压）

%考点再练-深度学习

1.（2022•浙江绍兴二模）某种复色光由红、蓝两种颜色的光组成，其

光强度对波长的关系如图甲所示,红光范围的光强度比蓝光范围的光

强度大很多。某学生以此光照射某一金属,进行光电效应实验,发现皆

可产生光电子,如医乙所示。设可变直流电源的电压为U时测得的光

电流为L测得多组数据，则下列图像中该实验所测得的I-U关系可能

正确的是（A）

解析:蓝光的频率高，由eU=hvT。可知，蓝光的遏止电压比较大,所

以在反向电压减小到红光的遏止电压前，只有蓝光的光电子辐射出，

所以光电流较小，当反向电压达到红光的遏止电压之后，既有红光的

光电子发出又有蓝光的光电子发出，光电流变大，故A正确,B、C、D

错误。

2.(2022•北京朝阳区模拟)19世纪末、20世纪初,通过对光电效应的

研究,加深了对光的本性的认识。科学家利用如图所示的电路研究光

电效应，图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K极受到光照

时可能发射电子。已知电子电荷量为e,普朗克常量为h。

(1)当有光照射K极，电流表的示数为I,求经过时间t到达A极的电

子数Ho

(2)使用普通光源进行实验时，电子在极短时间内只能吸收一个光子

的能量。用频率为v。的普通光源照射K极,可以发生光电效应。此时，

调节滑动变阻器滑片，当电压表的示数为U时，，电流表的示数减小为0。

随着科技的发展,强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识,用强

激光照射金属，一个电子在极短时间内吸收到多个光子成为可能。若

用强激光照射K极时,一个电子在极短时间内能吸收n个光子,求能使

K极发生光电效应的强激光的最低频率v。

⑶某同学为了解为什么使用普通光源进行光电效应实验时一个电子

在极短时间内不能吸收多个光子，他查阅发料获得以下信息、:原子半

径大小数量级为10m;若普通光源的发光频率为6XIO,血,其在1s

内垂直照射到1痛面积上的光的能量约为IO,J；若电子吸收第一个光

子能量不足以脱离金属表面时，在不超过108s的时间内电子将该能

量释放给周围原子而恢复到原状态。为了进一步分析,他建构了简单

模型:假定原子间没有缝隙,一个原子范围内只有一个电子,且电子可

以吸收一个原子范围内的光子。请利用以上资料，解决以下问题。

XIO-34J•s,二取3.14,估算1s内照射到一个原子范围的光子个数;

②分析一个电子在极短时间内不能吸收多个光子的原因。

解析：(1)经过时间t到达A极的电荷量为q=It,

到达A极的电子数产且上。

ee

⑵根据题意可得eU=hvo-Wo,nhv=W0,

则能使K极发生光电效应的强激光的最低频率

v3。

nnh

（3）①普通光子的能量为％hV|X10T9工

在1s内垂直照射到原子上的光的能量约为E2=E°St=l（）6x4jrX

（1010）2XX10isj,则is内照射到一个原子范围的光子

个数

n'=^X106Wo

Ei

②电子吸收第一个光子能量不足以脱离金属表面时，在不超过io3S

的时间内电子将该能量释放给周围原子而诙复到原状态，而原子吸收

一个光子能量需要的时间为t°=；X10/s,所以一个电子在极短时间

n

内不能吸收多个光子。

答案：⑴生（2）”々乂十个②见解析

ennh

考点二原子结构及能级跃迁

%考题例析-有的放矢

【例3】（2021•北京卷，14）北京高能光源是我国首个第四代同步辐射

光源,计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到

X光波段,波长范围为I。-'m,对应能量范围为10-1eV-105eV）.

光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工

艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，

会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射,这个现象最初是在同步加速器上观

察到的,称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为IO'

eV,回旋一圈辐射的总能量约为1（/eV。下列说法正确的是（D）

B.用同步辐射光照射氢原子,不能使氢原子电离

ni,不能用同步辐射光得到其衍射图样

D.尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小

解析：同步辐射是在磁场中圆周自发辐射光能的过程,氢原子发光是

先吸收能量到高能级，再回到基态时辐射光，两者的机理不同，故A错

误；用同步辐射光照射氢原子，总能量约为10」eV大力电离能13.6eV,

则氢原子可以电离，故B错误；同步辐射光的波长范围为10-5m〜io"以

与蛋白质分子的线度约为差不多，故能发生明显的衍射，故C错

误；以接近光速运动的单个电子能量约为109eV,回旋一圈辐射的总能

量约为10'eV,则电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确。

【例4】（2020•浙江1月卷，14）（多选）由玻尔原子模型求得氢原子能级

如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则

（CD）

nEJeN

8..........................0

4----------------------0.85

3---------------------1.51

2---------------------3.4

1-13.6

B.氢原子从n=3的能级向n=2的能级跃迁时会辐射出红外线

C.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离

D.大量氢原子从n=4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光

解析:氢原子从高能级向低能级跃迁是核外电子的跃迁，而丫射线是

从原子核内部释放出来的,选项A错误;其他能级向n=2能级跃迁辐射

出的光子属于可见光,选项B错误；其他能级向n=l能级跃迁时会辐射

紫外线,这些紫外线的光子最低的能量为10.2eV,而处于n=3能级的

氢原子发生电离只需要1.51eV,选项C正确;其他能级向n=2能级跃

迁可以辐射可见光,大量氢原子从呼4能级向低能级跃迁时可辐射出

C户6种频率的光,但属于可见光的只有2种,选项D正确。

%技法提炼-万剑归宗

解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧

(1)原子跃迁时，所吸收或辐射的光子能量只能等于两能级的能量差。

⑵原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对

值，剩余能量为自由电子的动能。

(3)一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为(n-l),而一群氢原

子跃迁发出的可能光谱线条数可用N二鬣二吟L求解。

。考点再练-深度学习

3.(2022•广东佛山二模)如图甲和图乙所示的实验推动了物理学的

发展，对这两个实验情境的认识正确的是(C)

光令散射…的犷a粒子荧光屏、晃

甲乙

B.图甲所示的实验中，任意频率的单色光都能使电流表指针偏转

解析:题图甲中的实验揭示了光具有粒子性,故A错误;题图甲中的实

验，只有单色光的频率大于某一截止频率,才能产生光电效应,使电流

表指针偏转，故B错误;卢瑟福通过题图乙中的实验提出了原子的核

式结构模型,原子全部正电荷集中在原子核，故C正确;卢瑟福通过题

图乙中的实验发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的

核式结构模型，故D错误。

4.（2022•天津和平区二模）如图甲为氢原子光谱，图乙为氢原子部分

能级图。图甲中的M、为、孔、乩是氢原子在可见光区的四条谱线,

这四条谱线为氢原子从高能级向n=2能级跃迁时释放的光子,称为巴

耳末系，则下列说法正确的是（C）

410.29

A/nmI434.17486.27656.47

Hs%HpHa

甲

nE/eV

8..............................0

4-----------------------0.85

3--------------------------1.51

2-----------------------3.4

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

乙

丫对应的光子能量比H”对应的光子能量小

5可能是氢原子从n=3向n=2能级跃迁时产生的

B照射某种金属不能发生光电效应,则k一定也不能

解析:Ha谱线的波长最长,频率最小,能量最小，故上对应的光子能量

比1对应的光子能量大,A错误;小谱线的波长最短,频率最大,氢原

子从n=3向n=2能级跃迁时产生的波长最长,频率最小,放出的光子能

量为1.89eV,故B错误;心谱线的频率高于H”谱线,若用力照射某种

金属不能发生光电效应,则HQ一定也不能,C正确；只有几条不连续的

亮线,其原因是氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光

的频率也是不连续的,D错误。

考点三核反应与核能的计算

%考题例析•有的放矢

【例5】（2021•全国甲卷，17）如图，一个原子核X经图中所示的一系列

a、6衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数

为（A）

解析:X的中子数为146,质子数为92,质量数为146+92=238,Y的中子

数为124,质子数为82,质量数为124+82=206,质量数减少238-206=32,

发生a衰变的次数为32+4=8,发生B衰变的次数为82-02-2X8）=6,

即在此过程中放射出电子的总个数为6,A正确。

【例6】（2021•全国乙卷,17）医学治疗中常用放射性核素"'In产生Y

射线,而，，3In是由半衰期相对较长的,,3Sn衰变产生的。对于质量为

mo的113Sn,经过时间t后剩余的113Sn质量为m,其痴-t图线如图所示。

m0

从图中可以得到"fn的半衰期为（C）

m

o

2

-

3

1

-

3

o38z4

67.t/d

A.67.3dB.101.0d

C.115.1dD.124.9d

解析:纵坐标由|变为:,说明这|m。的I，3Sn中正好有一半的1I3Sn发生了

衰变,经过的时间为一个半衰期，因此半衰期T=t2-tF115.1d,C正确。

【例7】（2022•X10"kW・h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高

能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确

的是（CD）

B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg

235u144B39

n56a+36

92Kr+3jn的核反应

解析:秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量,选项A错误;如果不

考虑核能与电能转化效率,则根据爱因斯坦质能方程可知原子核亏损

的质量二竿二6・9XOM黑x36。。kg=27.6kg,但核能转化为电能的

Cz（3X108）

效率不可能到100K所以质量亏损应该超过27.6kg,选项B错误;核

电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度,选项C正确;反应堆

中存在2392^+on_*1456Ba+36Kr+^On的核反应,选项D正确。

技法提炼・万剑归宗

1.四种核反应。

类型可控性核反应方程典例

衰Q衰变自发23蜃U-23备血+蚪

变B衰变自发23备Th-23盘pa+打

147

7N+^He^1O+lH

（卢瑟福发现质子）

iHe+^Be->^C+Jn

人工（杳德威克发现中子）

人工转变

控制备A1+蚪一

（约里奥•居里夫妇发现放

?gP+Jn

射性同位素，同时发现正电

子）

部Si+?e

比较容23凯+一一】整Ba+鄢r+34n

易进行

重核裂变

2313

人工控^2U+Jn->f4Xe+lgSr+10jn

制

很难

轻核聚变升1+汨THe+初

控制

2.核衰变问题。

171171

⑴核衰变规律:m=(》而。,N=(1)zNoo

(2)a衰变和8衰变次数的确定方法。

①方法一：由于B衰变不改变质量数,故可以先由质量数改变确定a

衰变的次数,再根据电荷数守恒确定B衰变的次数。

②方法二:设a衰变次数为x,B衰变次数为y,根据质量数和电荷数

守恒列方程组求解。

3.核反应方程中