第51讲 近代物理初步（复习讲义）（安徽专用）（学生版）

第51讲近代物理初步目录TOC\o"1-4"\h\z\u01考情解码·命题预警 202体系构建·思维可视 303核心突破·靶向攻坚 4考点一光电效应 4知识点1光电效应现像及规律 4知识点2与光电效应有关的五组概念对比 4知识点3光电效应的研究思路 4知识点4光电效应中三个重要关系 5考向光电效应的理解及规律 5考点二光电效应的四类图像 6知识点光电效应四类图像对比 6考向光电效应图像问题 6考点三原子的核式结构 7知识点原子的核式结构模型 7考向原子的核式结构 8考点四氢原子能级及能级跃迁 11知识点1玻尔的原子模型 11知识点2能级跃迁的理解 11考向1玻尔理论的理解与计算 12考向2能级跃迁与光学结合 13考点五原子核的衰变与半衰期 14知识点1三种射线的比较 14知识点2α衰变、β衰变 14考向α、β衰变的理解和计算 15考点六核反应方程 13知识点1.核反应的四种类型 13知识点2核力、结合能、质量亏损13考向1核力结合能比结合能 14考向2核反应的辨别与应用 1504真题溯源·考向感知 15

考点要求考频2025年2024年2023年（1）光电效应（2）原子结构与原子核应用高频2025•安徽T12024.安徽T12023.全国乙.T3考情分析：1.命题形式：单选题非选择题2.命题分析：高考对光电效应和波粒二象性、原子结构和原子核的考查较为频繁，大多以选择题中出现，题目难度要求大多不是太高，较为基础。3.备考建议：本讲内容备考时候，需理解光电效应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、最大初动能、截止频率等物理量，会分析光电效应的图像问题，理解物质波的概念，理解光的波粒二象性。4.命题情境：①生活实践类：光电开关/自动门，太阳能电池板等；②学习探究类：光电子能谱仪，激光器工作原理、光电效应实验现象解释等。5.常用方法：图像法、公式法复习目标：1.理解和掌握光电效应的规律及光电效应方程。2.理解和掌握光的波粒二象性考点一光电效应知识点1光电效应现像及规律1．光电效应现象(1)定义：在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子。(2)产生条件：入射光的频率大于或等于金属的极限频率。2．光电效应的三条规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应。(2)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。(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。知识点2与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。知识点3光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。知识点4光电效应中三个重要关系(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。(3)逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝hνc。考向光电效应的理解及规律例1（24-25高三上·安徽多校·大联考）如图所示，用能量为4.5eV的光照射光电管阴极，调节滑动变阻器，当电压表的示数达到1.5V时，微安表的示数恰好变为零。已知该光电管阴极材料在不同温度下的逸出功会有微小变化，在实验温度下，其逸出功的理论值范围是2.8~3.0eV。以下说法中合理的是（）A．本次实验中光电子的最大初动能为3.0eVB．若将实验装置整体移至强磁场环境中，微安表的读数一定增大C．考虑逸出功的理论变化范围，此次实验结果与理论值不完全相符D．若换用光子能量为2.5eV的光照射，且保证光强不变，微安表可能无示数【变式训练】（24-25高三下·安徽合肥一中&168中学·4月联考）下列说法正确的是（）A．爱因斯坦发现了光电效应，并提出相应理论，合理地解释了光电效应B．康普顿效应表明光有波动性；光电效应说明光有粒子性C．α粒子散射实验中，α粒子碰到电子会出现大角度散射D．电子的波动是概率波考点二光电效应的四类图像知识点光电效应四类图像对比图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)：横轴截距②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：横轴截距②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③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：横轴截距②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ekm＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2考向光电效应图像问题例1（24-25高三下·安徽合肥一中·最后一卷）氢原子的能级图如图甲所示，一群处于n=4能级的氢原子，发出不同频率的光，其中只有频率为、两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。分别用频率为、的两种光照射阴极K，测得光电流随电压变化的图像如图丙中a、b所示，已知电子电量大小为e、普朗克常量为h，则下列说法中错误的是（）A．这群处于能级的氢原子，最多能发出6种不同频率的光B．频率为光的光子能量为12.09eVC．光电管阴极K材料的逸出功可以表达为D．光电管阴极K材料的逸出功可能为10.09eV【变式训练】（24-25高三下·安徽六安一中·模拟预测）在光学天文望远镜中，光电倍增管利用光电效应将微弱的光线信号转换为电子信号并进行放大。光电效应实验装置如图甲所示，用①、②、③三种单色光分别照射光电管的阴极K，得到的光电流I与光电管两端电压U的关系如图乙所示。则（）A．一切光照射到阴极K都能发生光电效应 B．测量Uc的大小时，滑片P应向a端移动C．③光的频率小于①光的频率 D．②光的强度大于①光的强度考点三原子的核式结构知识点原子的核式结构模型1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。2．α粒子散射实验(1)装置：1909—1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验装置如图所示。(2)现象：实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。(如图所示)3．原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。考向原子的核式结构例1（24-25高三下·安徽六安一中·模拟预测）下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是（）A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象B．粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象C．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象D．含铀的矿物质自发向外放出射线（高速电子流）的现象【变式训练】（24-25高三下·安徽合肥一中·素养拓展训练4）图中的（a）、（b）、（c）、（d）四幅图涉及不同的原子物理知识，其中说法正确的是（

）A．根据图（a）所示的三种射线在磁场中的轨迹，可以判断出“1”为射线B．如图（b）所示，发生光电效应时，入射光光强越强，光电子的最大初动能越大C．玻尔通过图（c）所示的粒子散射实验，揭示了原子核还可以再分D．利用图（d）所示的氢原子能级示意图，可以解释氢原子光谱为何不是连续光谱考点四氢原子能级及能级跃迁知识点1.玻尔的原子模型（1）玻尔理论①轨道量子化与定态：电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。因此，原子的能量也只能取一系列特定的值，这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。②频率条件：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝En－Em（m＜n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s）。（2）氢原子的能级图知识点2能级跃迁的理解1.（1）自发跃迁：高能级（n）低能级（m）→放出能量，发射光子，hν＝En－Em。（2）受激跃迁：低能级（m）高能级（n）→吸收能量。①光照（吸收光子）：光子的能量必须恰好等于能级差，hν＝En－Em。注意如果光子的能量大于电离能，光子也会被吸收，原子会发生电离。②碰撞、加热等：只要入射粒子的能量大于或等于能级差即可，E外≥En－Em。2.电离的理解（1）电离态：n＝∞，E＝0。（2）电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。例如，对于氢原子：①基态→电离态：E吸＝0－（－13.6eV）＝13.6eV，即为基态的电离能。②n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4eV，即为n＝2激发态的电离能。如果吸收能量足够大，克服电离能后，电离出的自由电子还具有动能。考向1玻尔理论的理解与计算例1（24-25高三下·安徽六安一中·学业水平考试）氢原子部分能级示意图如题所示，不同色光的光子能量如下表所示。色光赤橙黄绿蓝—靛紫光子能量范围（eV）1.61~2.002.00~2.072.07~2.142.14~2.532.53~2.762.76~3.10处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为（）A．红、蓝靛B．黄、绿C．红、紫D．蓝靛、紫【变式训练】（24-25高三·安徽合肥集团校·最后一卷）氢原子从能级A跃迁到能级B，吸收频率1的光子，从能级A跃迁到能级C释放频率2的光子，若2＞1则当它从能级C跃迁到能级B将（）A．吸收频率为2+1的光子 B．吸收频率为2−1的光子C．放出频率为2+1的光子 D．放出频率为2−1的光子考向2能级跃迁与光学结合例2（2025·安徽阜阳一中·高考模拟八）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，波长范围约为10-5m～10-11m，对应能量范围约为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109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。下列说法正确的是（）A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离C．蛋白质分子的线度约为10-8m，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【变式训练】（2025·安徽合肥八中·模拟预测）图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=4的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠，则（）A．用0.80eV的光子照射n=4能级的氢原子，可使氢原子电离B．n=4跃迁到n=1放出的光子波长最长C．有4种频率的光子能使金属钠产生光电效应D．逸出光电子的最大初动能为12.75eV考点五原子核的衰变与半衰期知识点1三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)电荷量2e-e0质量4mp,mp=1.67×10-27kgm静止质量为零速度0.1c0.99cc在电场、磁场中偏转与α射线偏转方向相反不偏转贯穿本领最弱,用纸能挡住较强,能穿透几毫米的铝板最强,能穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱知识点2α衰变、β衰变1.α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程

Z

Z衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子211H+

0衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2.衰变次数的计算方法若

ZAX→Z'A则A=A'+4n,Z=Z'+2n-m解以上两式即可求出m和n。3..半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。根据半衰期的概念,可总结出公式N余=N原12

tτ,m余=m原12

tτ。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N余、m考向α、β衰变的理解和计算例1（24-25高三下·安徽蚌埠二中·最后一卷）下列说法正确的是（）A．产物结合能大于反应物的结合能B．光电效应中仅增强入射光的强度，饱和光电流及遏止电压将变大C．用α粒子轰击得到了和一种新的粒子，这种粒子是质子D．某元素的半衰期为10天，若有100个此原子核，经过20天将衰变75个原子核【变式训练】（2025·安徽六安一中·模拟预测）根据所学的物理知识，下列说法正确的是（）A．β衰变的本质是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流B．在核反应方程中，X是正电子C．铀核（92238U）衰变为铅核（82206Pb）的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变D．是重核裂变，X是α粒子考点六核反应方程知识点1核反应的四种类型1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发

92238Uβ衰变自发

90234Th→91人工转变人工控制

714N

24He+4

1327Al+2(约里奥-居里夫妇发现放射性同位素)

1530P重核裂变比较容易进行人工控制

92235U+01

92235U+01n轻核聚变很难控制

12H2.核反应方程的书写(1)熟记常见粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-1(2)掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据。由于核反应不可逆,因此书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒。知识点2核力、结合能、质量亏损1.核力（1）定义：原子核中的核子之间存在的一种很强的相互作用力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。（2）特点①核力是强相互作用的一种表现。②核力是短程力，作用范围只有约10－15m，即原子核的大小。2.结合能原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。3.比结合能（1）定义：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。（2）特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。4.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2。原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这就是质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。5.计算核能的三种方法（1）根据ΔE＝Δmc2计算，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。因1原子质量单位（u）相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。（3）根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。考向1核力结合能比结合能例1（2025·安徽合肥八中·模拟预测）1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射性现象，推开了原子世界的大门。关于原子物理，下列说法正确的是（）A．衰变释放出电子，说明原子核内有电子B．原子核的比结合能越大，原子核越稳定C．某放射性元素的半衰期为3小时，4个该元素的原子核经过3小时之后变成2个D．科学家寻找“119号”元素的方程为，其中A=296【变式训练1】（24-25高三下·安徽九师联考·模拟）已知氕核质量为2.0141u，氚核质量为3.0161u，氦核质量为4.0026u，中子质量为1.0087u，阿伏加德罗常数，氘核摩尔质量为，相当于931MeV，核聚变反应方程式为，下列说法正确的是（）A．核聚变反应中每个核子释放的能量跟核裂变反应中相等B．氘核的比结合能比氦核的小，氘核比氦核更稳定C．氘核与氚核的间距达到就能发生核聚变，聚变反应比裂变反应更安全，清洁D．6g的氘完全参与聚变释放出能量约为【变式训练2】（2025·安徽·一模）钾是一种自然存在的放射性同位素，可以发生和两种衰变。发生衰变的核