近代物理-高考物理二轮复习（含答案）

第14讲近代物理-高考物理二轮复习

厂构建•知识网络—锁定主干知识

遏止电压一最大初动能：eq=&、天然a衰变：：X-，；Y+：He

饱和电流一光的强弱一瑟放篇性B衰变:吃X—/Y+_；e

截止频率一逸出功：w产吠-波—）辐射，

粒半衰期:旧户

爱因斯坦光电效应方程：线=网-1匕，一

.

频率丫=尔波长入=*德布罗意波象质子的发现：i；N+；HeO+：H

性人工

转变一中子的发现：；Be+；He—*?C+：n

―原子核的组成_TjHe+SAI—*

廿a粒子散近

原放射性同位素的发现胃Th一筹Pa+_；e

核原子的核式结构型览代孑

物核…「强相互作用

原理「核力t短程力

定态一£,=-—、子

►结—处A能_出外A能一比结合能越大，

*rr-nu能比r」能原子核越牢固

三条构

跃迁~v=Em-E11核能*12

假设玻尔模型一质能方程：E=mc

轨道2rl

重核裂变：空U+：n—i[Ba+黑Kr+3：n

氢原子能级图」轻核聚变：；H+：H—<He+：n

L体验•高考真题明确高考考向—，

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员的大小关系正确的是（）

123金属编号

0,,,

*

-1*

-2•

A.Eki>Ek2>Ek3B.Ek2>£'k3>Eki

C.fk3>Ek2>EklD.£k3>E<|>Ek2

2.利月电r与离广的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。He'离r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卡离

子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为（）

〃E/eV

8----------

4--------51.02

3--------48.37

2--------40.81

1--------0（基态）

A.〃=4-〃=3能级B.〃=4一〃=2能级

C.〃=3->〃=2能级D.〃=3=1能级

第1页

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.光子的波长为捻

B.该原子吸收光子后质量减少了自

C.该原子吸收光子后德布罗意波长为百

D.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，其检杳原理是将含放射性同位素（如

J8F）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。；F的衰变方程为38F-X/**卜，其中

8V是中微子。已知昭F的半衰期是110分钟。下列说法正确的是（）

A.X为170

B.该反应为核聚变反应

C.1克:F经11。分钟剩下0。克18F

D.该反应产生的8V在磁场中会发生偏转

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。

L精研-高频考点壬―三—三S三三―三三―――聚焦重难热新—三

考点一光电效应

»通法概述：

光电效应的“两条对应关系”与“三个关系式”

（1）光子频率高一光子能量大T光电子的最大初动能大

两条对应关系

（2）光照强度大（同种频率）一光子数目多一发射光电子多一（饱和）光电流大

（1）爱因斯坦光电效应方程：a=//v-wo

三个关系式（2）截止频率与逸出功的关系式：hvc=W）

（3）遏止电压与最大初动能的关系式：eUc=Ek

》典例精析：

【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（）

第2页

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1

C.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v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Um,阴极K和第一倍增极Di间的加速目压为U,电子

加速后以较大的动能撞击到电极Di上，从Di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〃7,普朗克常量为人下列说法正确的是

)

阴极K第二倍增极D?第四倍增极1

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加一排入2

2

D.光电子到达第一倍增极D1的最大动能为eU^mvm

【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，。的中央亮纹比R的宽

B.P、。产生的光电子在K处的最小德布罗意波长，P大于。

C.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

第3页

规律总结

光电效应的图像

（1）最大初动能反与入射光频率V的关系图像

（2）遏止电压乂与入射光频率v的关系图像

（3）光电流与电压的关系图像

①不同频率的光，光的强弱：②相同频率的光,

不同，饱和光电流可能相等j光越强，饱和光

也可能不相等电流越大

饱和光电流（一黄光（强）

光电流最大&zf*-----蓝光

厂、一:黄光（弱）

最大初动年k入心。u

Ek=eUc/光电流一电压图像

:②不司频率的光,

①同种频率的光，无论光的，频率越大，其遏止

强弱如何，其遏止电压相同

;电压越大

考点二原子结构与玻尔理论

»通法概述；

原了•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△£：=/?、，=IE初一后末

（2）原子电离：所吸收的能最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〃能级跃迁可能发射出的光谱线种类：N=〃-1。

第4页

②大量处于〃能级的氢原子向低能级跃迁可能发射出的光谱线种类：N=C型几-纥71乙。

（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=1.6xlO-19Jo

（5）电子在各轨道上稳定运动

由摩=〃迷，可得%〃科=之。

r2r22r

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,

»典例精析

【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（）

n瓦/eV

x0

5-0.54

4-0.85

3-1.51

2-3.40

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

A.氢原r从低能级向高能级跃迁时辐射光子

B.大量处于〃=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〃=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0.66eV

D.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Ha、Ho、％、Hs属于巴尔末系，都是氢原子从

高能级向〃=2能级跃迁时产生的谱线。下列说法中正确的是（）

E/eV

-----0

410.29-_-_--_-_---0n.5o4e

434.17486.27656.47A/nm

--------------1.51

叫III2--------------3.40

H8H,HpH„

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

甲

A.Hp对应的光子能量比Hy的大

B.Hp对应的光子动量比Hy的大

C.是氢原子从〃=3向〃=2能级跃迁时产生的

第5页

D.氢原子从高能级向〃=1能级跃迁时产生的谱线均在Hs的左侧

考点二核反应与核能

»通法概述

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

（I）根据计算：△机的单位是“kg”，。的单位是“m/s”，AE的单位是“J”。

（2）根据AE=Wx931.5MeV计算:A机的单位是“u”，AE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x核子数。

»典例精析；

[例6]

10.由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有被的两种放射性同位素（Be和i°Beo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（Be和：°Be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％Be和；°Be的总原子个数经过106天后变为原

来的本则采集时该高度的大气中（Be和”Be的原子个数比约为（）

A.1：4B.1：2C.3：4D.1：1

方法技巧

原子核发牛.a衰变、。衰变次数的确定方法

方法一：先由质量数守恒确定a衰变的次数，然后再根据电荷数守恒确定。衰变的次数。

方法二：设a衰变次数为x,0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（）

比结合能/MeV

A.J6O核的结合能约为64MeV

B朋c核比知核更稳定

B.两个核结合成，He核时吸收能量

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D*5u核中核子的平均结合能比器Kr核中的大

【例8】

12.某核反应方程为2H^H^He^n+17.6MeV,现真空中有两个动量大小相等，方向相反的笈核与负

核相撞，发生该核反应，设反应释放的能量（远大于碰前笊核和僦核的动能）全部转化为，He与仙的动

能，则（）

A.该反应有质量亏损B.该反应为核裂变

培优•提能加餐S-三三三—二三三三三三三三三三壬三拓展思维空间三三三

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：。衰变时两圆外切：P衰变时两圆内切。

2.根据动量守恒定律如必=〃?2艺和〃=等知，半径较小的圆为新核的运动轨迹，半径较大的圆为a粒子或p粒子

的运动轨迹.其特点对比如表所示：

a衰变「*/一4丫*4依匀强磁场中的轨迹两圆外切，a粒子半径大

“ZZ-22

A.0

0衰变十加丫〜匀强磁场中的轨迹两圆内切，p粒子半径大

【典例】

13.现有杯的同位素原子核黄9PU静止在匀强磁场中，该原子核沿与磁场垂直的方向放出a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,已知钵核质量mi=238.99965u,铀核

质量山2=234.993470u,a粒子的质量为ZM3=4.001509u,1u相当于931.5MeV的能量，下列说法正确的是

（）

A.该过程属于a衰变

B.此过程的衰变方程为e9p-费u《He

C.若不计光子的动量，则a粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比几：刈=1：46

D.若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071MeV

第7页

答案解析部分

1.【答案】B

【解析】【解答】因一eUc=Ek,IU=2I>IUC3I>IUciI,所以Ek2>Ek3>Eki,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Ek=eUc,通过图中遏止

电压的绝对值大小，直接判断最大初动能的大小关系。

2.【答案】C

3.【答案】C

【解析】【解答】A.光子能量公式为E=hv

又

C

V=A

解得波长

he

X=~E

故A错误；

B.原子吸收光子后，能量增加E,根据质能方程

E

质量应增加而非减少，故B错误；

C.德布罗意波长公式为"去题目明确吸收后原子动量为p,因此波长为去故C正确；

D.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5/<E),无法满足跃迂条

A

件，故D错误。

故选Co

【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=/n^h=/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义=称确定原子吸收光子后德布罗意波长；

由跃迁知识确定波长更长的光子能否使该基态原子跃迁到激发态。

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+l+0,解得A=18,Z

=8,故X为rO,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=m°dJ可知1克肥F经110分钟剩下0.5克^F,C正确；

2

第8页

D：中微子8V不带电荷，所以其在磁场中不会发生偏转，D错误。

【分析】本题核心思路足利用核反应的质量数守恒、电荷数守恒判断产物X,结合衰变类型、半衰期规律

和中微子性质，逐一分析选项。

5.【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牛.光电效应，没有光电子射出，故A错误；

B.由光电效应方程耳=a-Wo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以，

故B正确；

C.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％=前-卬0可知，最大初动能与光强无关，频率不变最大初动能不变，故D错误。

故选Bo

【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为以卜.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密，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，光巨子的发射几乎是瞬时的，一般时间不超过IO9,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=hv-WQ（h为普朗克常量，Wo为金属逸出功）,呈现线性关系。

饱和光电流特性：在入射光频率一定时，饱和光电流（光电流趋向的饱和值）与入射光的强度成正比，即入

射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大。

6.【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扣请=hv—Wo,解得阴极材料的逸出功为W0=hvTm~2,故c正

确；

D:光电子到达第一倍增极Di的过程，根据动能定理有eU=Ek-%TWm2,可得光电子到达第一倍增极Di的

最大动能Ek=eU+14n2,故D正确

【分析】本题核心思路是结合光电效应方程、动能定理分析光电倍增管的工作原理，判断入射光频率、光

强对电子数的影响，并计算逸出功和光电子加速后的最大动能。

7.【答案】B,C

第9页

【解析】【解答】A：由爱因斯坦光电效应方程得Ekm=hv-Wo,又由动能定理得一eUc=O—EE,整理得eUc

=hvWu»

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=Iv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九=，和p=同品;得入=苍为: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=h\，可知Q的光子能量最大，

则由能级跃迁的频率条件hv=En-Em可知，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，C正确；

D：对应于题图2中的M点，P和Q的光电流相等，则单位时间到达阳极A的光电子数目相等，D错误

【分析】本题核心思路是利用光电效应中遏止电压与光频率的关系，结合单缝衍射、德布罗意波长、氢原

子能级跃迁规律，逐一分析选项。

8.【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、2Tl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