专题20 近代物理两类常考知识-2020年高三物理备战一模寒假攻关

2020年高三物理寒假攻关---备战一模第一部分考向精练专题20近代物理两类常考知识1.玻尔理论的基本内容能级假设：氢原子能级En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3，…)，n为量子数。跃迁假设：hν＝Em－En(m>n)。轨道量子化假设：氢原子的电子轨道半径rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，n为量子数。2．定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(n小)eq\o(→,\s\up10(跃迁))高能级(n大)→吸收能量，hν＝En大－En小。(2)从高能级(n大)eq\o(→,\s\up10(跃迁))低能级(n小)→放出能量，hν＝En大－En小。3．氢原子电离电离态：n＝∞，E＝0。基态→电离态：E吸＝0－E1＝0－(－13.6eV)＝13.6eV。n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝0－(－3.4eV)＝3.4eV。如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。4．光电效应两条对应关系(1)光越强(一定频率)→光子数目越多→发射光电子越多→饱和光电流越大。(2)光子频率越高→光子能量越大→光电子的最大初动能越大。5．光电效应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)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。6．核反应方程的书写(1)核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“→”表示方向而不能用等号代替。(2)核反应方程遵循质量数守恒、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能。(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程。7．核衰变问题(1)核衰变规律：N余＝N原·，m余＝m原·(t表示衰变时间，τ表示半衰期)，半衰期长短由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关；是对大量原子核的行为做出的统计规律，对少数原子核不适用。(2)α衰变和β衰变次数的确定方法①方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。②方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。8．核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2(J)。(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)。(3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现的，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。类型一光电效应、波粒二象性【例1】(2019·河北唐山一模)用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。则下列说法中正确的是()A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ekm＝1.2×10－19J【答案】D【解析】要用图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc，光电管两端应接反向电压，即电源左端为负极，A错误；当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中，则电压增大，单位时间内到达A极的光电子数量增大，电流增大，当电流达到饱和值后，将不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，故B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故C错误；根据图乙可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014Hz，根据hνc＝W0，可求出该金属的逸出功大小W0＝6.63×10－34×5.15×1014J＝3.41×10－19J，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，光电子的最大初动能Ekm＝6.63×10－34×7.0×1014J－3.41×10－19J＝1.2×10－19J，故D正确。【规律总结】图象名称图线形状由图线直接(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极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E③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量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压)类型二原子结构、核能【例2】(2019·福建南平二模)氢原子能级如图所示，则下列说法正确的是()A．氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，动能也越大B．用动能为12.3eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n＝2的能级C．用光子能量为12.3eV的光照射一群处于基态的氢原子，氢原子有可能跃迁到n＝2的能级D．用光子能量为1.75eV的可见光照射大量处于n＝3能级的氢原子时，氢原子不能发生电离【答案】B【解析】根据玻尔理论，氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，根据keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)可知动能越小，A错误；因12.3eV大于n＝1和n＝2之间的能级差10.2eV，则用动能为12.3eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n＝2的能级，B正确；因12.3eV不等于n＝1和n＝2之间的能级差，则用光子能量为12.3eV的光照射一群处于基态的氢原子，光子不能被氢原子吸收，则氢原子不能跃迁到n＝2的能级，C错误；用光子能量为1.75eV的可见光照射大量处于n＝3能级的氢原子时，1.75eV>0－(1.51eV)，氢原子能发生电离，D错误。【规律总结】原子能级跃迁问题的解题技巧(1)原子跃迁时，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)原子电离时，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不同，氢原子核外只有一个电子，这个电子在某时刻只能处在某一个确定的轨道上，在某段时间内，由这一轨道跃迁到另一较低能级轨道时，可能的情况只有一种，所以一个氢原子从n能级跃迁发射出光子的最多可能种类N＝n－1。但是如果有大量n能级的氢原子，它们的核外电子向低能级跃迁时就会有各种情况出现了，发射光子的种类N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)。(4)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时，要注意各能级的能量值均为负值，且单位为电子伏，计算时需换算单位，1eV＝1.6×10－19J。(5)氢原子能量为电势能与动能的总和，能量越大，轨道半径越大，势能越大，动能越小。1．(2019·黑龙江齐齐哈尔一模)用频率为ν的单色光照射阴极K时，能发生光电效应，改变光电管两端的电压，测得电流随电压变化的图象如图所示，U0为遏止电压。已知电子的电荷量为e，普朗克常量为h，则阴极K的极限频率为()A．ν＋eq\f(eU0,h) B．ν－eq\f(eU0,h)C.eq\f(eU0,h) D．ν2.(2019·河南郑州二模)1933年至1934年间，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发生的核反应方程为eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，反应生成物eq\o\al(30,15)P像天然放射性元素一样衰变，放出正电子e，且伴随产生中微子v，核反应方程为eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(A,Z)v。则下列说法正确的是()A．当温度、压强等条件变化时，放射性元素eq\o\al(30,15)P的半衰期随之变化B．中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0C．正电子产生的原因可能是核外电子转变成的D．两个质子和两个中子结合成一个α粒子，则质子与中子的质量之和一定等于α粒子的质量3．(2019·福建省泉州市一模)重核裂变的一个核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋xeq\o\al(1,0)n，已知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr的平均结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则()A．该核反应方程中x＝10B.eq\o\al(235,92)U的中子数为92C．该核反应释放9.5MeV的能量D.eq\o\al(235,92)U的平均结合能比eq\o\al(136,54)Xe小，eq\o\al(235,92)U比eq\o\al(136,54)Xe更稳定4.(2019·广东省梅州市兴宁一中高三上期末)下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是()A．卢瑟福通过分析甲图中的α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型B．乙图表明：只要有光射到金属板上，就一定有光电子射出C．丙图表示的是磁场对α、β和γ射线的作用情况，其中①是β射线，②是γ射线D．丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工无法控制的核反应5.(2019·山东日照高考模拟)氢原子的能级如图，一群氢原子处于n＝4能级上。当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1884nm，下列判断正确的是()A．一群氢原子从n＝4能级向n＝1能级跃迁时，最多产生4种谱线B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1884nmD．用氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射W逸＝6.34eV的铂，能发生光电效应6.(2019·南平市检测)用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合电键S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是 ()A．普朗克常量为h＝eq\f(a,b)B．断开电键S后，电流表G的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变7.(2019·武汉三模)eq\o\al(60,27)Co衰变的核反应方程为eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)e，其半衰期为5.27年。已知eq\o\al(60,27)Co、eq\o\al(60,28)Ni、eq\o\al(0,－1)e的质量分别为m1、m2、m3，下列说法正确的是()A．该核反应中释放的能量为(m2＋m3－m1)c2B．该核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强C．若有16个eq\o\al(60,27)Co原子，经过5.27年后一定只剩下8个eq\o\al(60,27)Co原子D．β粒子是eq\o\al(60,27)Co核外的电子电离形成的8.(2019·吉林省长春市二模)下列有关近代物理的说法正确的是()A．卢瑟福的α粒子散射实验使人们认识到原子是可以再分的B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C．玻尔理论能成功解释所有原子光谱的实验规律D．天然放射现象说明了原子核内部是有结构的9.(2019·河南郑州二模)1933年至1934年间，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发生的核反应方程为eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，反应生成物eq\o\al(30,15)P像天然放射性元素一样衰变，放出正电子eq\o\al(0,1)e，且伴随产生中微子eq\o\al(A,Z)ν，核反应方程为eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(A,Z)ν。则下列说法正确的是()A．当温度、压强等条件变化时，放射性元素eq\o\al(30,15)P的半衰期随之变化B．中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0C．正电子产生的原因可能是核外电子转变成的D．两个质子和两个中子结合成一个α粒子，则质子与中子的质量之和一定等于α粒子的质量10．(2019·吉林省吉林市三模)氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为4.54eV的钨时，下列说法中正确的是()A．氢原子能辐射4种不同频率的光子B．氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应C．氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大D．钨能吸收两个从n＝4向n＝2能级跃迁的光子而发生光电效应参考答案1.【答案】B【解析】光电管加遏止电压时，电场力对电子做负功，根据动能定理可知－eU0＝0－Ek，解得Ek＝eU0。根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，又W0＝hν0，解得ν0＝ν－eq\f(eU0,h)，B正确。2.【答案】B【解析】放射性元素的半衰期与外界因素无关，A错误；根据质量数和电荷数守恒可知，中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0，B正确；正电子产生的原因是核内的质子转化为中子时放出的，C错误；两个质子和两个中子结合成一个α粒子要释放能量，根据质能方程及质量亏损可知，两个质子与两个中子的质量之和大于α粒子的质量，故D错误。3.【答案】A【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知，x＝10，A正确；eq\o\al(235,92)U的质子数为92，质量数为235，所以中子数为143，B错误；由题可知，该核反应释放的能量为(8.4×136＋8.7×90－7.6×235)MeV＝139.4MeV，C错误；平均结合能越大，表示原子核越稳定，eq\o\al(235,92)U的平均结合能比eq\o\al(136,54)Xe小，故eq\o\al(235,92)U比eq\o\al(136,54)Xe更不稳定，D错误。4.【答案】A【解析】卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，A正确；根据光电效应发生的条件可知，并不是所有光射到金属板上，都一定有光电子射出，B错误；磁场的方向向里，根据左手定则可知，射线①带正电，所以①是α射线，②不偏转，是γ射线，C错误；丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工可以控制的核反应，D错误。5【答案】D【解析】一群处于n＝4能级上的氢原子向n＝1能级跃迁时最多产生Ceq\o\al(2,4)＝6种谱线，故A错误；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量，但原子核不向外放出能量，故B错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光子能量小于从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量，可知从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子波长小于1884nm，故C错误；氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光子的能量值：E12＝E2－E1＝－3.40eV－(－13.60eV)＝10.20eV，故用该光照射W逸＝6.34eV的铂，能发生光电效应，D正确。6【答案】B【解析】由hν＝W0＋Ek，变形得Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝eq\f(b,a)，故A错误；断开电键S后，仍有光电子产生，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误．7.【答案】B【解析】根据质能方程可知核反应中释放的能量为(m1－m2－m3)c2，故A错误；根据三种射线的特点，可知γ射线的穿透本领比β粒子强，故B正确；半衰期是对大量原子才成立的统计学规律，对个别的原子没有意义，故C错误；根据β衰变的本质可知，β粒子是原子核内