第14讲　近代物理-高考物理二轮复习（含答案）

第第页第14讲近代物理-高考物理二轮复习1．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＞Ek22．利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。He＋离子相对基态的能级图（设基态能量为0）如图所示。用电子碰撞He＋离子使其从基态激发到可能的激发态，若所用电子的能量为50eV，则He＋离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为（）A．n＝4→n＝3能级 B．n＝4→n＝2能级C．n＝3→n＝2能级 D．n＝3→n＝1能级3．在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为p。普朗克常量为h，光速为c，则（）A．光子的波长为EB．该原子吸收光子后质量减少了EC．该原子吸收光子后德布罗意波长为hD．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态4．PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素（如918F）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。918F的衰变方程为918F→X＋10eA．X为817B．该反应为核聚变反应C．1克918F经110分钟剩下0.5克9D．该反应产生的00考情分析：本讲内容在高考中多以选择题的形式呈现，难度较低，重点考查光电效应、原子结构、原子核等有关规律的应用问题。常用方法有：图像法、公式法等解题方法。考点一光电效应光电效应的“两条对应关系”与“三个关系式”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）→光子数目多→发射光电子多→（饱和）光电流大三个关系式（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0（2）截止频率与逸出功的关系式：hνc＝W0（3）遏止电压与最大初动能的关系式：eUc＝Ek【例1】5．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Ek【例2】6．如图所示为我国大科学装置——江门中微子实验中利用的光电倍增管的原理图，在阴极K、各倍增电极和阳极A间加上电压，使阴极K、各倍增电极到阳极A的电势依次升高。当频率为ν的入射光照射到阴极K上时，从K上有光电子逸出，光电子的最大初速率为vm，阴极K和第一倍增极D1间的加速电压为U，电子加速后以较大的动能撞击到电极D1上，从D1上激发出更多电子，之后激发的电子数逐级倍增，最后阳极A收集到数倍于阴极K的电子数。已知电子电荷量为e，质量为m，普朗克常量为h。下列说法正确的是（）A．该光电倍增管适用于各种频率的光B．仅增大该入射光光强不影响阳极A单位时间内收集到的电子数C．阴极材料的逸出功为hν－12mD．光电子到达第一倍增极D1的最大动能为eU＋12m【例3】7．如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是（）A．分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R的宽B．P、Q产生的光电子在K处的最小德布罗意波长，P大于QC．氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高D．对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q规律总结光电效应的图像（1）最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像（2）遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像（3）光电流与电压的关系图像考点二原子结构与玻尔理论原子能级跃迁问题的解题技巧（1）原子跃迁：所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差，即ΔE＝hν＝｜E初－E末｜。（2）原子电离：所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值。（3）一群氢原子和一个氢原子跃迁的区别①一个氢原子从n能级跃迁可能发射出的光谱线种类：N＝n－1。②大量处于n能级的氢原子向低能级跃迁可能发射出的光谱线种类：N＝Cn2＝（4）氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率（或波长）要注意各能级的能量值均为负值，单位为电子伏时计算过程有时需换算单位，1eV＝1.6×10－19J。（5）电子在各轨道上稳定运动由ke2r2＝mv2r，可得①电子向靠近原子核的轨道跃迁时，辐射光子，电子动能增大，系统电势能减少，原子能量减少。②电子向远离原子核的轨道跃迁时，吸收光子，电子动能减小，系统电势能增大，原子能量增大。【例4】8．北斗二期导航系统的“心脏”是上海天文台自主研发的星载氢原子钟，它利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟。如图为氢原子能级图，则下列说法正确的是（）A．氢原子从低能级向高能级跃迁时辐射光子B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，形成的线状光谱总共有3条亮线C．大量处于n＝4能级的氢原子辐射出来的光子中，波长最长的光子能量为0.66eVD．用大量能量为3.6eV的光子持续照射处于基态的氢原子，可使其电离【例5】9．图甲为氢原子光谱，图乙为氢原子部分能级图。图甲中的Hα、Hβ、Hγ、Hδ属于巴尔末系，都是氢原子从高能级向n＝2能级跃迁时产生的谱线。下列说法中正确的是（）A．Hβ对应的光子能量比Hγ的大B．Hβ对应的光子动量比Hγ的大C．Hδ是氢原子从n＝3向n＝2能级跃迁时产生的D．氢原子从高能级向n＝1能级跃迁时产生的谱线均在Hδ的左侧考点三核反应与核能1.核反应的理解（1）四种基本类型：衰变、人工转变、重核裂变和轻核聚变。（2）两个规律：质量数守恒和电荷数守恒。（3）核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接。2.计算核能的三种方法（1）根据ΔE＝Δmc2计算：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：Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。（3）根据核子比结合能计算：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。【例6】10．由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素47Be和410Be。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知47Be和410Be的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现47Be和410Be的总原子个数经过106天后变为原来的A．1∶4 B．1∶2 C．3∶4 D．1∶1方法技巧原子核发生α衰变、β衰变次数的确定方法方法一：先由质量数守恒确定α衰变的次数，然后再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数守恒和电荷数守恒列方程组求解。【例7】11．原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的是（）A．816B.24He核比B．两个12H核结合成2D.92235U核中核子的平均结合能比【例8】12．某核反应方程为12H＋13H→24He＋A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变磁场中原子核的衰变与动量、能量的综合1.当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变，如果产生的新核与粒子的速度方向与磁场方向垂直时，其轨迹为两相切圆：α衰变时两圆外切；β衰变时两圆内切。2.根据动量守恒定律m1v1＝m2v2和r＝mvqBα衰变ょZAX→Z－匀强磁场中的轨迹两圆外切，α粒子半径大β衰变ょZAX→Z匀强磁场中的轨迹两圆内切，β粒子半径大【典例】13．现有钚的同位素原子核94239Pu静止在匀强磁场中，该原子核沿与磁场垂直的方向放出α粒子以后，变成铀的一个同位素原子核，同时放出一个能量为E＝0.09MeV的光子，已知钚核质量m1＝238.99965u，铀核质量m2＝234.993470u，α粒子的质量为m3A．该过程属于α衰变B．此过程的衰变方程为94239Pu→92234C．若不计光子的动量，则α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα∶RU＝1∶46D．若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071MeV

答案解析部分1．【答案】B【解析】【解答】因－eUc＝Ek，｜Uc2｜＞｜Uc3｜＞｜Uc1｜，所以Ek2＞Ek3＞Ek1，故B正确

【分析】本题核心思路是利用光电效应方程中遏止电压与光电子最大初动能的关系Ek2．【答案】C3．【答案】C【解析】【解答】A．光子能量公式为E=hν

又

ν=cλ

解得波长

λB．原子吸收光子后，能量增加E，根据质能方程

Δm=EC．德布罗意波长公式为λ=hp，题目明确吸收后原子动量为pD．吸收光子跃迁需光子能量严格等于能级差。波长更长的光子能量更低（E'故选C。【分析】本题主要考查光子能量、质能方程、德布罗意波长、原子跃迁等知识由E=hν和ν=cλ推导波长；由质能方程判断原子吸收光子后质量变化；由德布罗意波长公式4．【答案】C【解析】【解答】A：根据质量数守恒，有18＝A＋0＋0，根据电荷数守恒，有9＝Z＋1＋0，解得A＝18，Z＝8，故X为818O，A错误；

B：核聚变反应是指两个或多个较轻的原子核结合成一个或多个较重的原子核的过程，则该反应不是核聚变反应，B错误；

C：根据m＝m0(12)tT可知1克918F经110分钟剩下0.5克95．【答案】B【解析】【解答】A．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，没有光电子射出，故A错误；B．由光电效应方程Ek=hνC．频率不变则小于乙金属的截止频率，不会发生光电效应，没有光电子射出，故C错误；D．由Ek故选B。【分析】本题主要考查光电效应的有关知识，需要根据光电效应的规律解答。光电效应实验规律主要有以下几点：存在截止频率（极限频率）：任何一种金属都有一个特定的截止频率，只有入射光的频率时，才能产生光电效应；若入射光的频率小于极限频率，无论光强多大、照射时间多长，都不会产生光电效应。

瞬时性：入射光照射到金属上，光电子的发射几乎是瞬时的，一般时间不超过10-9，无需积累能量的时间。

光电子最大初动能特性：光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大，满足Ek=hν−W06．【答案】C,D【解析】【解答】A：该光电倍增管仅适用于能够使阴极K发生光电效应的光，故A错误；

B：仅增大该入射光的光照强度，则从阴极K发射的光电子增多，所以最后从阳极A收集的电子数也会增多，故B错误；

C：根据爱因斯坦光电效应方程可得12mvm2＝hν－W0，解得阴极材料的逸出功为W0＝hν－12mvm2，故C正确；

D：光电子到达第一倍增极D1的过程，根据动能定理有eU＝Ek－12mvm2，可得光电子到达第一倍增极D17．【答案】B,C【解析】【解答】A：由爱因斯坦光电效应方程得Ekm＝hν－W0，又由动能定理得－eUc＝0－Ekm，整理得eUc＝hν－W0，

由题图2可知，Q的截止电压大于R的，则Q的频率大于R的频率，由c＝λν可知，Q的波长小于R的波长，

则分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R的窄，A错误；

B：Q产生的光电子的最大初动能比P的大，由德布罗意波长公式λ＝hp和p＝2mEkm得λ＝h2mEkm，显然P产生的光电子在K处的最小德布罗意波长大于Q的，B正确；

C：结合A项分析，根据题图2可知Q的频率最大，由公式E＝hν可知Q的光子能量最大，

则由能级跃迁的频率条件hν＝En－E8．【答案】C【解析】【解答】A：氢原子从低能级向高能级跃迁时需要吸收光子，故A错误；

B：大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，形成的线状光谱总共有6条亮线，分别是4→3、4→2、4→1、3→2、3→1、2→1能级之间跃迁产生的，故B错误；

C：大量处于n＝4能级的氢原子辐射出来的光子中，波长最长的光子能量为4→3能级产生的，能量大小为0.66eV，故C正确；

D：若想使处于基态的氢原子电离，光子的能量最小需要13.6eV，故D错误

【分析】本题核心思路是结合氢原子能级跃迁规律、光子能量与波长的关系，以及电离条件，逐一分析各选项的正误。9．【答案】D【解析】【解答】AB：Hβ对应的光子波长比Hγ的长，则频率小，动量p＝hλ小，能量E＝hν小，故A、B错误；

C：由题图可知，四条谱线中Hδ谱线的波长最短，频率最大，而氢原子从高能级向n＝2能级跃迁产生的光子中，从n＝3能级向n＝2能级跃迁时产生的光子能量最小，其频率最小，波长最长，故C错误；

D：氢原子从高能级向n＝1能级跃迁时产生的光子能量均大于从高能级向n＝2能级跃迁时产生的光子能量，则波长均小于Hδ，谱线均在Hδ的左侧，故D正确。

10．【答案】B【解析】【解答】设原来47Be和410Be的原子个数分别是n1、n2个，n总＝n