第十六讲　近代物理-2026年高考物理总复习课件

专题五

近代物理

光学

电磁波第十六讲

近代物理近代物理命题形式:主要为选择题,有时也会在计算题中涉及部分知识点,难度中等。考查内容1.光电效应:考查光电效应的规律,如产生条件、饱和电流、最大初动能与入射光频率的关系等;光电效应方程的应用,以及对波粒二象性的理解。2.原子结构与能级跃迁:氢原子能级结构,电子跃迁时吸收或辐射光子的能量计算,如给出跃迁能级,求光子频率或波长。3.原子核:核反应方程的书写,遵循质量数守恒和电荷数守恒;半衰期的概念及应用,核能的计算,如利用质能方程计算核反应中释放的能量。光学命题形式1.选择题:是主要考查形式,常考查光的折射定律、全反射、干涉、衍射等基础概念,难度中等。2.实验题:考查测量折射率、用双缝干涉测量光的波长等实验,要求理解实验原理和操作方法。3.计算题:偶尔出现,通常与几何知识结合,难度较大。考查内容1.光的折射与全反射:常以玻璃砖、三棱镜等为介质,考查折射定律的应用,如计算折射角、光线传播路径长度等;也会考查全反射现象,如光纤通信原理、临界角的计算等。2.光的干涉、衍射和偏振:以双缝干涉实验为背景,考查条纹间距公式的应用;单缝衍射和圆孔衍射的特点,如比较衍射条纹宽窄;偏振现象主要考查对自然光和偏振光的理解,以及偏振片的作用。电磁波命题形式:多以选择题形式出现,难度较低。考查内容1.电磁波的产生与传播:以

LC

振荡电路为背景,考查电磁波的产生原理,包括电场能和磁场能的相互转化;以及电磁波在不同介质中的传播速度、频率和波长的关系。2.电磁波谱及其应用:考查电磁波谱中各频段的特点和主要应用,如红外线的热效应、紫外线的杀菌消毒作用、X射线在医疗透视中的应用等。命题趋势1.基础概念仍是重点:光学中的折射、全反射、干涉等概念,电磁波谱的应用,近代物理中的光电效应、能级跃迁等,仍会是考查的基础内容。2.情境设置更新颖:可能会结合现代科技成果,如激光技术、量子通信、核能应用等,考查学生对知识的迁移和应用能力。3.综合性有所增强:光学可能会与力学中的运动学、动力学知识结合;近代物理可能会与能量守恒定律等综合考查。备考建议1.巩固基础知识:熟练掌握各部分的基本概念、规律和公式,如光的折射定律、光电效应方程、核反应方程等。2.提升应用能力:关注科技前沿和生活中的物理现象,学会用所学知识解释和解决实际问题。3.强化实验复习:对于光学实验,要理解实验原理,掌握实验仪器的使用和数据处理方法。4.多做综合练习:通过练习光学与力学综合、近代物理与能量综合的题目,提高综合运用知识的能力。1.

光电效应两条对应关系(1)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大;(2)光照强度大(同种频率的光)→光子数目多→发射光电子多→光电流大。2.定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。(2)最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。(3)逸出功与截止频率的关系:W0=hνc。考点一

光电效应3.

光电效应的四类图像分析图像名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量

最大初动能Ek与入射光频率υ的关系Ek=hυ-hυc(1)截止频率:图线与ν轴交点的横坐标νc(2)逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E(3)普朗克常量:图线的斜率k=h颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc:图线与横轴交点的横坐标(2)饱和光电流Im1、Im2:光电流的最大值(3)最大初动能:Ek=eUc图像名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量

颜色不同时,光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc1>Uc2,则ν1>ν2(2)最大初动能:Ek1=eUc1,Ek2=eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系(1)截止频率νc:图线与横轴的交点的横坐标(2)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)题型1

光电效应和光电管【例1】(2025·广西模拟预测)光电传感器如图甲所示,若光线被物体阻挡,电流发生变化,工作电路立即报警。光线发射器内大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射出的光中只有a、b两种光可以使该光电管阴极逸出光电子,图乙为a、b光单独照射光电管时产生的光电流I与光电管两端电压U的关系图线。下列说法正确的是 (

)A.光线发射器最多能辐射出4种不同频率的光B.用同一装置做双缝干涉实验,a光的条纹间距较小C.光电管中光电子飞出阴极时的最大初动能与入射光的强度有关D.若部分光线被遮挡,则放大器的电流将减小,从而引发报警【答案】D【解析】光线发射器中处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多能辐射出6种不同频率的光,故A错误;由题乙图可知,a光的遏止电压小于b光的遏止电压。根据eUc=Ekm=hν-W0可知,νa<νb,a光的波长大于b光的波长,故a光条纹间距较宽,B错误;光电管中光电子飞出阴极时的最大初动能与入射的光的强度无关,C错误;部分光线被遮挡,光子数量减少,光电子数量减小,光电流变小,因此,放大器的电流将减小,从而引发报警,D正确。故选D。【例2】(2024·四川宜宾三模)某科技小组用如图所示的电路研究“光电效应”现象,现用频率为υ的红光照射光电管,有光电子从K极逸出。下列说法正确的是 (

)A.使用蓝光照射比红光照射需要克服的逸出功更大B.仅增大入射光的强度,从K极逃逸出的电子的最大初动能可能增大C.当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时,电流表示数可能先增大后保持不变D.将电源正、负极反接后,当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时,电流表示数不变【答案】C【解析】逸出功由金属材料本身决定,金属一定,逸出功一定,可知,使用蓝光照射与红光照射同一种金属需要克服的逸出功相等,故A错误;根据光电效应方程有Ekmax=hν-W0,可知,光电子的最大初动能由入射光的频率与逸出功共同决定,仅增大入射光的强度,从K极逃逸出的电子的最大初动能不变,故B错误;图中电压为加速电压,当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时,加速电压逐渐增大。电流逐渐增大,当达到饱和电流后,电流保持不变,即电流表示数可能先增大后保持不变,故C正确;将电源正、负极反接后,所加电压为减速电压,当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时,电流先减小,当电压达到遏止电压后,电流为0,即电流表示数先减小后不变,故D错误。故选C。题型2

与光电效应有关的图像问题【例3】(2024·黑龙江三模)在研究甲、乙两种金属的光电效应现象实验中,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示,则下列说法正确的是 (

)A.甲金属的逸出功大于乙金属的逸出功B.两条图线与横轴的夹角α和β可能不相等C.若增大入射光的频率,则所需遏止电压随之增大D.若增大入射光的强度,但不改变入射光的频率,则光电子的最大初动能将增大【答案】C

【例4】(2024·辽宁丹东模拟预测)图像可以直观地反映物理量之间的关系。如图甲所示的是光电管中光电流与电压关系图像,图乙是c、d两种金属遏止电压与入射光频率之间的关系图像,下列说法正确的是 (

)A.甲图中,a光的波长大于b光的波长B.甲图中,a光的波长可能等于b光的波长C.乙图中,金属c的逸出功小于金属d的逸出功D.乙图中,金属c的逸出功可能等于金属d的逸出功【答案】C

1.氢原子能级跃迁(1)从低能级(n)跃迁

高能级(m):动能减少,势能增加,原子能量增加,吸收能量,hν=Em-En。(2)从高能级(m)跃迁

低能级(n):动能增加,势能减少,原子能量减少,放出能量,hν=Em-En。2.受激跃迁有两种方式(1)光照(吸收光子):光子的能量必须恰好等于能级差,hν=Em-En。考点二

原子结构与原子核

核能

5.

核能的计算方法(1)根据ΔE=Δmc2

计算时,Δm

的单位是“kg”,c

的单位是“m/s”,ΔE

的单位是“J”。(2)根据ΔE=Δm×931.5MeV计算时,Δm

的单位是“u”,ΔE

的单位是“MeV”。(3)根据核子的比结合能来计算核能原子核的结合能=核子的比结合能×核子数。

核反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该核反应所释放(或吸收)的核能。【例5】(2024·浙江绍兴一模)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”。同步辐射光具有光谱范围宽(从远红外到X光波段,波长范围约为10-5m~10-11m,对应能量范围约为10-1eV~105eV)、光源亮度高等特点。已知金属钠的逸出功W0=2.29eV,可见光的光子能量范围为1.63eV~3.11eV,氢原子能级图如图所示,已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。下列说法正确的是 (

)A.能量为1.89eV的同步辐射光遇到线度约为10-8m的蛋白质分子时,能发生明显衍射B.能量为1.89eV的同步辐射光,其动量约为6.3×10-9kg·m/sC.能量为1.89eV的同步辐射光照射金属钠,可使金属钠发生光电效应D.能量为12.09eV的同步辐射光照射基态氢原子,氢原子能级跃迁后不会发出可见光【答案】A

【例6】(2023·江苏南京模拟预测)如图甲所示为研究光电效应的电路,K极为金属钠(截止频率为5.53×1014Hz,逸出功为2.29eV)。图乙为氢原子能级图,氢原子光谱中有四种可见光,分别是从n=6、5、4、3能级跃迁到n=2能级产生的。下列说法正确的是 (

)A.氢原子光谱中有三种可见光能够让图甲K极金属发生光电效应B.仅将P向右滑动,电流计示数一定变大C.若图甲入射光的频率小于钠的截止频率,增大光照强度,也可以发生光电效应D.将自感系数为30μH的电感线圈和电容为1.2pF的电容器组成LC振荡电路,用该电路产生的电磁波照射K极,可以发生光电效应【答案】A【解析】从能级n=3跃迁至n=2产生的光的光子能量为1.89

eV,小于逸出功,不能使K极金属发生光电效应;从能级n=4跃迁至n=2产生的光的光子能量为2.55

eV,大于逸出功,可以使K极金属发生光电效应;则从能级n=6、n=5跃迁至n=2产生的光的光子能量均大于2.55

eV,大于逸出功,能使K极金属发生光电效应;所以氢原子光谱中有三种可见光能够让图甲K极金属发生光电效应,故A正确;若K极发射的光电子未全部被A极吸收时,则将P向右滑动时,A、K两极的电压增大,有更多的光电子被A极吸收,电流计示数增大;若K极发射的光电子已全部被A极吸收时,此时的电流已达到饱和电流,则将P向右

【解析】半衰期是一种统计规律,半衰期的大小由原子核内部自身因素决定,与所处的物理环境和化学状态无关,故A错误;核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒,所以X的质量数为222-218=4,电荷数为86-84=2,可知X为氦原子核,所以该反应属于α衰变,故B错误;α衰变同时伴随γ射线的产生,α射线与γ射线相比,α射线电离能力最强,穿透能力最弱,γ射线穿透能力最强,电离能力最弱,故C正确;核反应前后的电荷数守恒和质量数守恒,但质量有亏损,因为核反应过程伴随有能量产生,亏损的质量以能量形式释放,故D错误。故选C。

【答案】C【解析】根据衰变过程电荷数守恒和质量数守恒可知,Z粒子的电荷数为-1,质量数为0,所以Z粒子是电子,故A错误;该反应是β衰变反应,满足质量数守恒,故B错误;新核比反应核更稳定,则新核的比结合能大于反应核的比结合能,即14N的比结合能大于14C的比结合能,故C正确;半衰期是统计规律,只对大量的放射性原子核才成立,故D错误。故选C。1.(2025·广东卷)有甲、乙两种金属,甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属,只有甲发射光电子,其最大初动能为Ek,下列说法正确的是(

)A.使用频率更小的光,可能使乙也发射光电子B.使用频率更小的光,若仍能使甲发射光电子,则其最大初动能小于EkC.频率不变,减弱光强,可能使乙也发射光电子D.频率不变,减弱光强,若仍能使甲发射光电子,则其最大初动能小于EkB

【详解】某频率的光不能使乙金属发生光电效应,说明此光的频率小于乙金属的截止频率,则换用频率更小的光不能发生光电效应,A错误;由光电效应方程Ek=hν-W0可知频率越大,最大初动能越大,换用频率更小的光最大初动能小于Ek,B正确;频率不变则小于乙金属的截止频率,不会发生光电效应,C错误;由Ek=hν-W0可知频率不变最大初动能不变,D错误。故选B。

D

A

专题集训(十六)

近代物理1.(2025·广西高考)有四种不同逸出功的金属材料:铷2.15eV,钾2.25eV,钠2.30eV和镁3.20eV制成的金属板。现有能量为2.20eV的光子,分别照到这四种金属板上,则会发生光电效应的金属板为 (

)

A.铷

B.钾

C.钠

D.镁A【解析】当光子的能量大于金属的逸出功时就能发生光电效应,可知能量是2.20eV的光子分别照射到四种金属板上,会发生光电效应的金属板是铷。故选A。

A

3.(2025·山东高考)在光电效应实验中,用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属,所得遏止电压如图所示,关于光电子最大初动能Ek的大小关系正确的是 (

)A.Ek1>Ek2>Ek3

B.Ek2>Ek3>Ek1C.Ek3>Ek2>Ek1

D.Ek3>Ek1>Ek2B【解析】根据光电子最大初动能与遏制电压的关系Ek=eUc,根据图像有Uc2>Uc3>Uc1,故Ek2>Ek3>Ek1;故选B。4.(2025·四川高考)某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10-10m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时,衍射现象最明显的是(

)A.德布罗意波长约为7.9×10-13m的中子B.德布罗意波长约为8.7×10-12m的质子C.德布罗意波长约为2.6×10-11m的氮分子D.德布罗意波长约为1.5×10-10m的电子D

5.(2024·江苏模拟)如图甲所示,用某种单色光研究光电效应现象,改变K极的材料进行探究。则遏止电压Uc随K极材料的逸出功W变化的关系图像如图乙所示,根据图线的斜率和截距可以求得 (

)A.光子的频率

B.光电子的电荷量C.普朗克常量

D.材料的截止频率B

6.(2024·山东威海二模)研究光电效应规律的电路图如图甲所示,某同学分别用a、b、c三束单色光照射光电管得到的光电流I与光电管两端电压U的关系如图乙所示。已知a、c两条图线与横轴的交点重合。下列说法正确的是(

)A.用a光照射时,单位时间内逸出的光电子数最多B.用a光照射时,逸出光电子的最大初动能最大C.该光电管用a光、b光照射时截止频率不同D.若b光照射某金属发生光电效应,则a光照射该金属也一定发生光电效应A【解析】由题图乙可知,a光照射时对应的饱和电流最大,则用a光照射时,单位时间内逸出的光电子数最多,故A正确;根据Ek=eUc,由题图乙可知,b光照射时对应的遏止电压最大,所以用b光照射时,逸出光电子的最大初动能最大,故B错误;截止频率只由光电管(金属)自身决定,所以该光电管用a光、b光照射时截止频率相同,故C错误;根据Ek=hν-W0=eUc,由于b光照射时对应的遏止电压大于a光照射时对应的遏止电压,则b光的频率大于a光的频率,若b光照射某金属发生光电效应,则a光照射该金属不一定发生光电效应,故D错误。故选A。7.(2024·四川成都模拟)2023年8月24日,日本福岛第一核电站启动核污染水排海。核污染水含有的放射性元素高达64种,其中部分放射性物质(如碘129)的半衰期长达1570万年,下列说法正确的是 (

)A.核污染水进入海水后温度降低,会延长放射性元素的半衰期B.原子核的比结合能越大,原子核越稳定C.天然放射现象中产生的β射线中的电子来源于原子核外电子D.100个碘129原子在1570万年后有50个未发生衰变B【解析】半衰期由原子核内部自身的因素决定,与所处的外部环境无关,降低温度放射性元素的半衰期不变,故A错误;原子核的比结合能越大,原子核越稳定,故B