25　大单元五　微专题18　近代物理初步

大单元五机械振动与机械波光学热学原子物理微专题18近代物理初步一图通·构建知识图谱[例1]

(2024·海南卷)利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关S接1时，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是(

)题点通·突破高频考点波粒二象性

√

规律方法：1．光电效应的产生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ν的关系图线

(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＝h2．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)饱和电流Im：光电流的最大值(3)最大初动能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)饱和电流(3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2图像名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线

(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)

√

[针对训练2]

(2025·湖南·模拟预测)如图甲为研究光电效应的实验电路，图乙横坐标为实验中A、K间的电压U(A电势高于K为正)，纵坐标为入射光的频率ν，图乙中BC为平行于U轴的直线，CD是一条倾斜的直线，BCD沿ν轴向上的区域表示能产生光电流的区域。下列说法正确的是(

)A．BC对应的为滑片P在Oa之间的数据B．CD对应的为滑片P在Ob之间的数据C．若能产生光电流，电压为一定值时，仅增大光照强度，光电流一定增大D．BC段光照强度为一定值时，增大电压，光电流一定增大√C

[根据光电效应特点可知，BC段对应正向电压，即滑片P在Ob之间的数据，CD段对应滑片P在Oa之间的数据，故A、B错误；电压为一定值时，增大光照强度，单位时间内产生的光电子增多，光电流一定增大，故C正确；BC段光照强度为一定值时，增大电压，光电流可能增大，若已经达到饱和电流，则增大电压，光电流不再增大，故D错误。故选C。][例2]

(2023·河北卷)2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳Hα谱线精细结构。Hα是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为(

)原子能级跃迁A．从∞跃迁到n＝2

B．从n＝5跃迁到n＝2C．从n＝4跃迁到n＝2D．从n＝3跃迁到n＝2

√

2．单个氢原子从高能级n向低能级跃迁最多释放n－1种不同能量(频率)的光子。以从n＝4能级跃迁为例：[针对训练1]

(2024·安徽卷)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(

)A．1种

B．2种C．3种

D．4种√

[针对训练2]

(2025·湖北·模拟预测)一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是(

)A．图乙中的b光光子能量为10.2eVB．图乙中的c光是氢原子由第4能级向第2能级跃迁发出的C．动能为1eV的电子不能使处于第4能级的氢原子电离D．阴极金属的逸出功可能为W0＝6.75eV√D

[一群处于第4能级的氢原子向低能级跃迁，只能测得3条电流随电压变化的图像，即只有三种光子发生了光电效应现象，即4→1、3→1和2→1跃迁的光子，由题图乙可知a光的遏止电压最高，c光的遏止电压最低，可知a光的能量最高，c光能量最低，故c光是氢原子由第2能级向基态跃迁发出的，故B错误；由B中分析可知，b光是3→1跃迁产生的，其能量为12.09eV，故A错误；动能为1eV的电子能量大于第4能级的氢原子电离所需的最小能量0.85eV，故能使处于第4能级的氢原子电离，故C错误；由玻尔理论知，由第4能级跃迁的光子能量分别为12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV，由于只有三种光子发生光电效应，则金属的逸出功必然大于2.55eV小于10.2eV，故逸出功可能为W0＝6.75eV，故D正确。故选D。]

核反应及核能计算

√√BD

[衰变是原子核层次的反应，与外界物理环境无关，故A错误；γ射线是由于衰变后新核处于高能级，当新核由高能级向低能级跃迁时，对外放出，故B正确；该衰变是α衰变，故C错误；核反应方程释放的能量＝生成物的结合能(E2＋E3)－反应物的结合能(E1)，故D正确。故选BD。]规律方法：1．核反应类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发β衰变自发类型可控性核反应方程典例人工核转变类型可控性核反应方程典例重核裂变比较容易进行人工控制轻核聚变很难法控制注：原子核衰变时，质量数守恒、电荷数守恒；与衰变过程一样，在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。但核衰变或核反应后总质量一般会发生变化，即有质量亏损。

3．核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算，其中Δm的单位是“kg”，ΔE的单位是“J”。(2)根据ΔE＝Δm×931.5(MeV)计算，其中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＝原子核的比结合能×核子数。核反应中反应后生成的所有新核的总结合能与反应前系统内所有原子核的总结合能之差，就是该次核反应所释放的核能。比如：设A的比结合能为E1，B的比结合能为E2，C的比结合能为E3，把A拆分为2个质子和1个中子，