第8道近代物理物理学史及物理思想方法（解析版）

2021年高考物理二轮复习高考13题命题探究第一部分选择题命题探究第8道选择题近代物理、物理学史及物理思想方法目录TOC\o"1-3"\h\u一、命题点探究 1命题点一原子物理及原子核物理 1考查方式一光电效应光的波粒二象性 1考查方式二原子能级与能级跃迁 3考查方式三原子核的衰变及半衰期 6考查方式四核反应方程与核能计算 7命题点二物理学史与物理方法 9考查方式一高中物理的重要物理学史 9考查方式二高中物理的重要思想方法 12二、第八道选择题限时强化训练（一） 14三、第八道选择题限时强化训练（二） 18四、第八道选择题限时强化训练（三） 20一、命题点探究命题点一原子物理及原子核物理【命题规律】原子物理学部分知识点较多，需要学生强化对知识的理解和记忆，试题难度中等偏下．考查的热点主要集中在：(1)光电效应规律、爱因斯坦光电效应方程、波粒二象性、玻尔的原子模型及能级跃迁；(2)原子核的衰变规律、半衰期、核反应方程、质能方程及应用等．考查方式一光电效应光的波粒二象性【核心考点梳理】1．爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W02．光电效应的两个图象(1)光电子的最大初动能随入射光频率变化而变化的图象如图所示．依据Ek＝hν－W0＝hν－hν0可知：当Ek＝0时，ν＝ν0，即图线在横轴上的截距在数值上等于金属的极限频率．斜率k＝h——普朗克常量．图线在纵轴上的截距的绝对值等于金属的逸出功：W0＝hν0.(2)光电流随外电压变化的规律如图所示．图中纵轴表示光电流，横轴表示阴、阳两极处所加外电压．当U＝－U′时，光电流恰好为零，此时能求出光电子的最大初动能，即Ek＝eU′，此电压称为遏止电压．当U＝U0时，光电流恰好达到饱和光电流，此时所有光电子都参与了导电，电流最大为Imax.3．处理光电效应问题的两条线索(1)光强大→光子数目多→发射光电子数多→光电流大．(2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．4．光的波粒二象性(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性．(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强．(3)光子说并未否定波动说，E＝hν＝eq\f(hc,λ)中，ν和λ就是波的概念．(4)波动性和粒子性在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的．5．物质波(1)定义：任何一个运动着的物体，都有一种波与之对应，这种波称为物质波．(2)公式：物质波的波长λ＝eq\f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．【典例1】（2021·吉林省通榆县一中高三上学期12月月考）如图所示是某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线，a、b均为已知量。由图线可知（）A.该金属的逸出功B.斜率表示普朗克常量的倒数C.图中a与b的值与入射光的强度、频率均有关D.若入射光频率为，则光电子的最大初动能为【答案】A【解析】由爱因斯坦光电效应方程去分析图像中所包含对解题有用的物理信息。A．根据爱因斯坦光电效应方程知由图可得，当时所以选项A正确；B．根据爱因斯坦光电效应方程任何一种金属的逸出功一定，说明随频率的变化而变化，且成线性关系（与类似），直线的斜率表示普朗克常量，选项B错误；C．根据A的分析可以知道，a等于金属的逸出功，所以图中a与b的值与入射光的强度、频率均无关，选项C错误；D．根据爱因斯坦光电效应方程若入射光频率为，则光电子的最大初动能为，选项D错误。故选A。【典例2】（2021·云南师大附中高三上学期12月月考）如图甲所示，用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i随电压表示数U的变化图象如图乙所示，已知普朗克常量为h，光电子带电荷量为e.下列说法中正确的是()A．入射光越强，光电子的能量越高B．光电子的最大初动能为hν0C．该金属的逸出功为hν0－eUcD．用频率为eq\f(eUc,h)的光照射该金属时不可能发生光电效应【答案】C【解析】：根据光电效应的规律可知，入射光的频率越大，则逸出光电子的能量越大，与光强无关，选项A错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能为Ekm＝hν0－W0，选项B错误；由题图乙可知Ekm＝eUc，则该金属的逸出功为hν0－eUc，选项C正确；频率为eq\f(eUc,h)的光的能量hν＝eUc，当大于金属的逸出功hν0－eUc时，同样可发生光电效应，选项D错误．考查方式二原子能级与能级跃迁【核心考点梳理】1．玻尔理论的基本内容轨道量子化假设：氢原子的电子轨道半径rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，n为量子数．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)．2．定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(n小)跃迁,高能级(n大)→吸收能量，hν＝En大－En小．(2)从高能级(n大)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－(－13.6eV)＝13.6eV.n＝2→电离态：E吸≥0－E2＝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.能级跃迁问题的四点注意(1)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝eq\f(nn－1,2)＝Ceq\o\al(2,n).(2)一个氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可辐射出n－1条光谱线．(3)如果氢原子的跃迁是吸收实物粒子的动能发生的，只要其动能大于(可能等于)两能级间的能量差即可．(4)氢原子在两定态间跃迁时，入射光子的能量必须等于两定态的能量差才会被吸收.【典例1】（2021·西藏昌都市一中高三上学期1月期末）氢原子能级图如图所示，当氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656nm.下列判断正确的是()A．当氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656nmB．当氢原子从n＝4跃迁到n＝2的能级时，辐射出的光子不能使逸出功为2.25eV的钾发生光电效应C．一个处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线D．用能量为1.0eV的光子照射处于n＝4能级上的氢原子，可以使氢原子电离【答案】D【解析】氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的能量大于氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的能量，根据E＝eq\f(hc,λ)可知，辐射光的波长一定小于656nm，故A错误；从n＝4能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子能量为2.55eV，大于金属的逸出功，能使钾发生光电效应，故B错误；一个处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线，故C错误；当处于n＝4能级上的氢原子吸收的能量大于或等于0.85eV时，将会被电离，故D正确．【典例2】（2021·河北省张家口市高三上学期1月期末）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV~3.10eV光为可见光。要使大量处于n=2能级的氢原子被激发后可辐射出两种可见光光子，氢原子吸收的能量为（）A.1.89eVB.2.55eVC.10.2eVD.12.09eV【答案】B【解析】由题意可知，当处于n=2能级的氢原子被激发后，若变成n=4能级的氢原子，由于氢原子不稳定，可辐射出两种可见光光子。则氢原子吸收的能量为故ACD错误，B正确。故选B。【典例3】（2021·江苏省南通市高三上学期12月月考）氢原子能级图如图所示，氢原子从的各个能级直接跃迁至能级时，辐射光的谱线称为巴尔末线系。关于巴尔末线系，下列说法正确的有（）A.波长最长的谱线对应光子的能量为B.大量处于能级的氢原子向基态跃迁过程，可辐射出6种处于巴尔末线系的光子C.氢原子从能级跃迁至能级时，辐射出的光子不能使逸出功为的金属发生光电效应D.若氢原子从能级跃迁至能级时辐射出的光子能使某金属发生光电效应，则光电子的最大初动能为【答案】AC【解析】A．波长最长的谱线对应的光子能量是从能级跃迁到能级释放出的光子，其能量为故A正确；B．由于氢原子从的各个能级直接跃迁至能级时，辐射光的谱线称为巴尔末线系，则大量处于能级的氢原子向基态跃迁过程，只有和两种跃迁辐射出的两种光子的谱线符合巴尔末线系，故B错误；C．氢原子从能级跃迁至能级时，其能量为，小于，辐射出的光子不能使逸出功为的金属发生光电效应，故C正确；D．若氢原子从能级跃迁至能级时辐射出的光子能量为使某金属发生光电效应，根据可知，由于大于零，则光电子的最大初动能小于，故D错误。故选AC。考查方式三原子核的衰变及半衰期【核心考点梳理】1．衰变规律及实质衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M,Z＋1)Z＋eq\o\al(0,－1)e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒2.γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核eq\o\al(4,2)He＋2e4u最强最弱β射线电子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1836)u较强较强γ射线光子γ00最弱最强3.半衰期的理解(1)半衰期研究对象一定是大量的、具有统计意义的数量．(2)半衰期永不变．(3)半衰期的公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up6(\f(t,T))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up6(\f(t,T)).4.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，根据质量数和核电荷数守恒列方程求解.【典例1】(2020·武邑第三次质检)下列说法正确的是()A．温度升高时放射性元素的半衰期变长B．β衰变所释放的电子是原子核外的最外层电子C．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强D．某放射性元素的原子核有80个，经过2个半衰期后一定只剩20个【答案】C【解析】：放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项A错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，选项C正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核的衰变不适用，选项D错误．【典例2】(2020·深圳第一次调研)如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，静止的铀eq\o\al(238,92)U发生α衰变，生成新原子核X，已知α粒子和新核X在纸面内做匀速圆周运动，则()A．原子核X的电荷数为91，质量数为236B．α粒子做顺时针圆周运动C．α粒子和原子核X的周期之比为10∶13D．α粒子和原子核X的半径之比为45∶2【答案】C【解析】：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，原子核X的电荷数为92－2＝90，质量数为238－4＝234，选项A错误；α粒子带正电，由左手定则可知，α粒子做逆时针圆周运动，选项B错误；根据T＝eq\f(2πm,qB)可知，α粒子和原子核X的周期之比：eq\f(Tα,TX)＝eq\f(4,2)×eq\f(90,234)＝eq\f(10,13)，选项C正确；根据动量守恒定律，α粒子和原子核X的动量大小相同，r＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(1,q)可知，α粒子和原子核X的半径之比为eq\f(rα,rX)＝eq\f(90,2)＝eq\f(45,1)，选项D错误．故选C．考查方式四核反应方程与核能计算【核心考点梳理】1．核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．质子(eq\o\al(1,1)H)、中子(eq\o\al(1,0)n)、α粒子(eq\o\al(4,2)He)、β粒子(eq\o\al(0,－1)e)、正电子(eq\o\al(0,＋1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等．(2)掌握核反应方程遵守的规律，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，所以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．2．对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，其质量也要相应增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.3．核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速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，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能．【典例1】（2021·吉林省通榆县一中高三上学期12月月考）下列核反应方程，表述正确的是（）A.是衰变B.是重核裂变C.是核聚变D.是核裂变【答案】D【解析】A．该反应为轻核的聚变，故A错误；B．该反应为衰变，故B错误；C．该反应为原子核的人工转变，故C错误；D．该反应为重核的裂变，故D正确。故选D。【典例2】．（2021·浙江省北斗星联盟高三上学期12月月考）下列说法正确的有（）A.粒子散射实验可以估算出原子核的大小。B.X射线是原子内层电子跃迁时发射的波长很短的电磁波。C.原子核的结合能越大，原子核中的核子结合的越牢固，原子核越稳定。D.核反应堆可以控制核能的释放，通过镉棒吸收中子的数量来控制反应速度【答案】ABD【解析】A．原子核的半径是无法直接测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定，α粒子散射是估计核半径的最简单的方法，故A正确；B．X射线是原子内层电子跃迁时发射的波长很短的电磁波，故B正确；C．原子核的比结合能越大原子核中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，故C错误；D．镉棒又称之为控制棒，吸收中子的能力很强通过控制镉棒插入的深浅米控制吸收中子的多少，链式反应的快慢就可以控制，故D正确。故选ABD。【典例3】一个静止的铀核eq\o\al(232,92)U(质量为232.0372u)放出一个α粒子(质量为4.0026u)后衰变成钍核eq\o\al(228,90)Th(质量为228.0287u)．已知1u相当于931MeV的能量．下列说法正确的是()A．该核衰变反应方程为eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB．该核衰变反应中释放出的核能为0.059MeVC．该反应产生的钍核和α粒子的动量相同D．假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017MeV【答案】A【解析】：由题意可知，该核衰变反应方程为eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，选项A正确；质量亏损Δm＝0.0059u，释放出的核能ΔE＝Δm×931MeV＝0.0059×931MeV≈5.49MeV，选项B错误；由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即pTh＝pα，EkTh＝eq\f(p\o\al(2,Th),2mTh)，Ekα＝eq\f(p\o\al(2,α),2mα)，EkTh＋Ekα＝ΔE，所以钍核获得的动能EkTh＝eq\f(mα,mα＋mTh)×ΔE＝eq\f(4,4＋228)×5.49MeV≈0.09MeV，选项C、D错误．【典例4】(2020·重庆南开中学高三检测)下列说法正确的是()A．eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是重核裂变的反应方程式B．原子核所含核子单独存在时的总质量等于该原子核的质量C．β衰变所释放的电子是原子核内的自由电子D．铯原子核eq\o\al(133,55)Cs的结合能小于铅原子核eq\o\al(208,82)Pb的结合能【答案】D【解析】：重核裂变是质量较大的核俘获中子后分裂成两个(或多个)中等质量的核的反应过程，而题中所给的反应方程式表示的是α衰变，故A错；原子核是由质子和中子构成，质子和中子结合形成原子核会有质量亏损，所以原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，故B错；β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的时候同时释放出来的，故C错；原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，且核子数越多，它的结合能就越高，铯原子核比铅原子核子数少，所以铯原子核的结合能比铅原子核小，故D对．命题点二物理学史与物理方法【命题规律】物理学史记录了人类对自然规律的研究历程，物理思想方法是研究物理问题的重要“思维工具”．历年高考对这部分知识常有考查，试题难度不大，但因知识点比较分散，学生平时重视程度不够，得分反而不高．考查方式一高中物理的重要物理学史1．力学部分(1)1638年，意大利物理学家伽利略用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点(即质量大的小球下落快)．(2)1687年，英国科学家牛顿提出了三条运动定律(即牛顿三大运动定律)．(3)17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出，在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去，得出结论：力是改变物体运动的原因．推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因．同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出，如果没有其他原因，运动物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向．(4)20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体．(5)人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说．(6)17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律．(7)牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量．(8)1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星．2．电磁学部分(1)1785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律．(2)1837年，英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场．(3)1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e的电荷量，获得诺贝尔奖．(4)1826年德国物理学家欧姆(1787～1854年)通过实验得出欧姆定律．(5)19世纪，焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，即焦耳定律．(6)1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应．(7)法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则(右手螺旋定则)判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向．(8)荷兰物理学家洛伦兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力(洛伦兹力)的观点．(9)汤姆孙的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素．(10)1932年，美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器，能在实验室中产生大量的高能粒子．(最大动能仅取决于磁场和D形盒直径，带电粒子圆周运动周期与高频电源的周期相同)3．原子物理部分(1)英国物理学家汤姆孙利用阴极射线管发现电子，并指出阴极射线是高速运动的电子流，获得1906年诺贝尔物理学奖．汤姆孙还提出原子的枣糕模型．(2)英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，并用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子，并预言原子核内还有另一种粒子——中子．(3)丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱，并得出氢原子能级表达式，获得1922年诺贝尔物理学奖．(4)查德威克用α粒子轰击铍核时发现中子，获得1935年诺贝尔物理学奖．(5)法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构，获得1903年诺贝尔物理学奖．(6)爱因斯坦提出了质能方程式，并提出光子说，成功地解释了光电效应规律，获得1921年诺贝尔物理学奖．(7)1900年，德国物理学家普朗克解释物体热辐射规律提出能量子假说，获得1918年诺贝尔物理学奖．(8)1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现康普顿效应，证实了光的粒子性，获得1927年诺贝尔物理学奖．(9)1924年，法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性．4．选考部分(1)热学英国植物学家布朗发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象——布朗运动．(2)机械振动机械波奥地利物理学家多普勒(1803～1853)首先发现由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象——多普勒效应．(3)光现象电磁波①英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象．②英国物理学家麦克斯韦发表《电磁场的动力学理论》的论文，提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础．③德国科学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测定了电磁波的传播速度等于光速．④1895年，德国物理学家伦琴发现X射线(伦琴射线)，获得1901年诺贝尔物理学奖．(4)相对论1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，有两条基本原理：相对性原理——在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．光速不变原理——真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系．【典例1】（2021·吉林省榆树一中高三上学期1月期末）下列关于物理学史说法中正确的是（）A.库仑最早建立电场概念并用电场线描述电场B.贝克勒尔发现了天然放射现象并认识到原子具有复杂结构C.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子D.爱因斯坦发现并解释了光电效应【答案】C【解析】A．法拉第最早建立电场概念并用电场线描述电场，故A错误；B．贝克勒尔发现了天然放射现象并认识到原子核具有复杂结构，故B错误；C．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，故C正确；D．光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，爱因斯坦解释了光电效应，故D错误。故选C。【典例2】（2021·吉林省长春市外国语学校高三上学期1月期末）在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中，正确的说法是（）A.牛顿用实验方法测出万有引力常量GB.安培发现了通电导线的周围存在磁场C.欧姆发现了欧姆定律，说明了热现象和电现象之间存在联系D.伽利略认为在地球同一点重物轻物下落一样快【答案】D【解析】A．卡文迪许用实验的方法测出万有引力常量G，选项A错误；B．奥斯特发现了通电导线周围存在磁场，选项B错误；C．欧姆发现了欧姆定律，焦耳发现了热现象和电现象之间存联系，选项C错误；D．伽利略认为在地球同一点重物轻物下落一样快，选项D正确。故选D。考查方式二高中物理的重要思想方法1．理想模型法：为了便于进行物理研究或物理教学而建立的一种抽象的理想客体或理想物理过程，突出了事物的主要因素、忽略了事物的次要因素．理想模型可分为对象模型(如质点、点电荷、理想变压器等)、条件模型(如光滑表面、轻杆、轻绳、匀强电场、匀强磁场等)和过程模型(如空中自由下落的物体、抛体运动、匀速直线运动、匀速圆周运动、恒定电流等)．2．极限思维法：就是把所研究的问题外推到极端情况(或理想状态)，通过推理而得出结论的过程．在用极限思维法处理物理问题时，通常是将参量的一般变化，外推到极限值，即无限大、零值、临界值和特定值的条件下进行分析和讨论．如公式v＝eq\f(Δx,Δt)中，当Δt→0时，v是瞬时速度．3．理想实验法：也叫实验推理法，就是在物理实验的基础上，加上合理的科学推理得出结论的方法，这也是一种常用的科学方法．如根据伽利略斜面实验推导出牛顿第一定律等．4．微元法：在处理问题时，从对事物的极小部分(微元)分析入手，达到研究事物整体目的的方法．它在解决物理学问题时很常用，思想就是“化整为零”，先分析“微元”，再通过“微元”分析整体．5．比值定义法：就是用两个基本物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法，特点是：A＝eq\f(B,C)，但A与B、C均无关．如a＝eq\f(Δv,Δt)、E＝eq\f(F,q)、C＝eq\f(Q,U)、I＝eq\f(q,t)、R＝eq\f(U,I)、ρ＝eq\f(m,V)等．6．放大法：在物理现象或待测物理量十分微小的情况下，把物理现象或待测物理量按照一定规律放大后再进行观察和测量的方法，常见的方式有机械放大、电放大、光放大．7．控制变量法：对于多因素的问题，每次只改变其中的某一个因素，控制其余几个因素不变，进而研究被改变的这个因素对问题的影响，对其他因素按照此方法分别加以研究，最后综合解决问题的方法．如探究加速度与力、质量的关系，就用了控制变量法．8．等效替代法：在研究物理问题时，为了使问题简化，在不改变物理效果的情况下，用一个物理量来替代其他所有物理量的方法．如用合力替代各个分力，用总电阻替代各部分电阻等．9．类比法：也叫“比较类推法”，是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也具有这种属性的推理方法．其结论必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，类比结论的可靠性越大．如研究电场力做功时，与重力做功进行类比；认识电流时，用水流进行类比；认识电压时，用水压进行类比．【典例1】（2021·黑龙江大庆实验中学高三上学期1月期末）下列关于物理学史和物理思想方法的叙述错误的是（）A.伽利略认为自由落体运动就是物体在倾角为90°的斜面上的运动，再根据铜球在斜面上的运动规律得出自由落体的运动规律，这里采用了实验和逻辑推理相结合的方法B.第谷通过多年的观测，积累了大量可靠的数据，在精确的计算分析后得出了行星运动定律C.从物理思想方法上讲，探究牛顿第二定律实验采用了控制变量法D.电场强度采用“比值法”定义的物理量【答案】B【解析】A．根据物理学史可知，伽利略为自由落体运动就是物体在倾角为90°的斜面上的运动，再根据铜球在斜面上的运动规律得出自由落体的运动规律，这是采用了实验和逻辑推理相结合的方法，故A不符合题意；B．第谷通过多年的观测，积累了大量可靠的数据，开普勒分析其数据，通过精确的计算分析后得出了行星运动定律，故B符合题意；C．在探究牛顿第二定律的实验中时，采用了控制变量法，故C不符合题意；D．电场强度的大小是由电场本身决定的，公式采用“比值法”定义的物理量，故D不符合题意。故选B。【典例2】（2021·吉林省范家屯一中高三上学期1月期末）许多科学家对物理学的发展做出了巨大贡献，也创造出了许多物理学方法，如理想实验法、控制变量法、极限思想法、模型法、类比法和科学假说法等等，。以下关于物理学史和所用物理学方法的叙述错误的是（）A.卡文迪许巧妙地运用扭秤测出引力常量，采用了放大法B.伽利略运用理想实验法说明了运动不需要力来维持C.在不需要考虑物体本身的形状和大小时，用质点来代替物体的方法叫假设法D.在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看做匀速直线运动，然后把各小段的位移相加之和代表物体的位移，这里采用了微元法【答案】C【解析】A．卡文迪许运用扭秤测出万有引力常量，用了放大法，故A正确；B．伽利略为了说明力不是维持物体运动的原因用了理想实验法，故B正确；C．在不需要考虑物体本身的形状和大小时，用质点来代替物体的方法叫理想模型法，故C错误；D．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加之和代表物体的位移，这里采用了微元法，故D正确。本题选错误的，故选C。二、第八道选择题限时强化训练（一）限时20min1．(2020·湖北武汉市检测)硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件，它的工作原理与光电效应类似：当光照射硅光电池，回路里就会产生电流．关于光电效应，下列说法正确的是()A．任意频率的光照射到金属上，只要光照时间足够长就能产生光电流B．只要吸收了光子能量，电子一定能从金属表面逸出C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关D．超过截止频率的入射光的光强越强，所产生的光电子的最大初动能就越大【答案】C【解析】当入射光的频率大于金属的截止频率时就会有光电子从金属中逸出，发生光电效应现象，并且不需要时间的积累，瞬间就可以发生．所以A、B错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，对于同一种金属，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，所以C正确，D错误．～3.10eV，为使氢原子能辐射出红外线，至少应给处于基态的氢原子提供的能量为()A．2.55eVB．10.20eVC．12.75eVD．13.06eV【答案】C【解析】如果氢原子能辐射出红外线，也就是两个能级间的能量差小于1.63eV，因此至少从基态跃迁到第4能级，吸收的能量等于这两个能级间的能量差，即－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV，因此C正确，A、B、D错误．3．(2020·安徽淮北市一模)图甲为研究光电效应的电路图，当用频率为ν的光照射金属阴极K时，通过调节光电管两端电压U，测量对应的光电流强度I，绘制了如图乙所示的I－U图象．已知电子所带电荷量为e，图象中遏止电压Uc、饱和光电流Im及入射光的频率ν、普朗克常量h均为已知量．下列说法正确的是()A．光电子的最大初动能为hν－eUcB．阴极金属的逸出功为eUcC．若增大原入射光的强度，则Uc和Im均会变化D．阴极金属的截止频率为eq\f(hν－eUc,h)【答案】D【解析】光电子的最大初动能Ek＝eUc，A错误；由Ek＝hν－W0，得金属的逸出功W0＝hν－Ek＝hν－eUc，B错误；增大入射光的强度Im会增大，但Uc不变，C错误；由W0＝hνc得截止频率νc＝eq\f(hν－eUc,h)，D正确．4.(2020·河北石家庄市检测)氢原子的能级图如图所示，下列说法正确的是()A．氢原子从高能级向低能级跃迁时吸收光子B．处于n＝2能级的氢原子可以吸收能量为2eV的光子C．一个氢原子从n＝4能级向基态跃迁时，可发出6种不同频率的光子D．处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为14eV的光子【答案】D【解析】根据玻尔理论可知，氢原子从高能级向低能级跃迁时向外辐射光子，故A错误；处于n＝2能级的氢原子吸收2eV的光子后的能量为E＝ΔE＋E2＝2eV＋(－3.4eV)＝－1.4eV，结合氢原子的能级图可知，没有该能级，可知处于n＝2能级的氢原子不能吸收能量为2eV的光子，故B错误；一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能发出3种不同频率的光，故C错误；氢原子的能级中能量值最小为－13.6eV，不存在能量为14eV的能级差，但处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为14eV的光子的能量，从而发生电离现象，故D正确．5.图甲为氢原子部分能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光．用辐射出的光照射图乙所示的光电管的阴极K，已知阴极K为金属钨，其逸出功为4.54eV，则()A．能使金属钨发生光电效应的光有6种B．逸出光电子的最大初动能为8.21eVC．若将滑动变阻器的滑片右移，电路中的光电流一定增大D．如果将电源正、负极反接，电路中不可能有光电流产生【答案】B【解析】大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出Ceq\o\al(2,4)＝6种不同频率的光，但是能使金属钨发生光电效应的光，也就是光子能量大于4.54eV的有3种，即n＝4→n＝1，n＝3→n＝1和n＝2→n＝1的跃迁，选项A错误；从n＝4→n＝1的跃迁对应着光子能量最大，最大值为(－0.85eV)－(－13.6eV)＝12.75eV，则逸出光电子的最大初动能为12.75eV－4.54eV＝8.21eV，选项B正确；若光电流已经达到饱和，则将滑片右移，电路中光电流也不再增大，故C错误；若将电源正负极反接，反接后的电压若小于截止电压，则电路中可能有光电流产生，故D错误．6.(多选)(2020·安徽皖江名校联盟摸底大联考)利用光电效应可以把光信号转变为电信号，因此利用光电效应制作的光电器件在工农业生产、科学技术和文化生活领域内得到了广泛的应用，其中光电管就是应用最普遍的一种光电器件，把光电管接入如图所示的电路中，闭合开关S，用波长为λ的单色光照射光电管时发生了光电效应，下列说法正确的是()A．照射的单色光越强，饱和光电流将越大B．若用波长更长的单色光照射光电管，则光电管中金属的逸出功越大C．若把滑片c向左滑动，电流表G的示数一定增大D．若把电源正负极反接，电流表G的示数可能为零【答案】AD【解析】发生光电效应时，保持入射光的频率不变，饱和光电流随入射光强度的增大而增大，A正确；金属的逸出功与入射光的频率(波长)无关，由金属本身决定，B错误；若把滑片c向左滑动，当电流达到饱和电流后，电流不再随电压的增大而增大，C错误；若把电源正负极反接，则电压为遏止电压，当遏止电压与电子电荷量的乘积大于光电子的最大初动能时，光电子不能到达阳极，光电流为零，D正确．7．(多选)(2020·浙江嘉丽3月联考)某同学用某一金属为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．测得该金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.则()A．图甲中电极A为光电管的阳极B．探究遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系时，电源的左侧是正极C．该金属的截止频率νc为5.15×1014HzD．该金属的逸出功为3.41×10－19eV【答案】AC【解析】电子从金属板上射出后被电场加速，知A板为阳极，A正确；探究遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系时，应让电子减速，直至光电流为零，故电源左侧是负极，B错误；由Ek＝hν－W0和eUc＝Ek知，当Uc＝0时，hνc＝W0.据题图乙知截止频率νc＝5.15×1014Hz，C正确；W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J，D错误．8．(多选)(2020·贵州黔东南州一模)大量处于基态的氢原子，在某种单色光的照射下，只能辐射出3种不同频率的光子，其中两种光子频率为ν1、ν2，且ν1<ν2，普朗克常量为h.则()A．该单色光的能量可能为hν2B．该单色光的能量可能为h(ν2－ν1)C．第三种光子的频率可能为ν1＋ν2D．第三种光子的频率一定为ν1－ν2【答案】AC【解析】一群处于基态的氢原子被一束单色光照射后，跃迁到n＝3的激发态，激发态不稳定，向低能级跃迁时辐射出三种频率的光子．根据玻尔理论分析可能的频率．处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出三种频率的光，知处于第3能级，因为ν1、ν2为其中的两种光子，所以ν2可能频率最大，故该单色光的能量可能为hν2，A正确，B错误；若第三种光子频率最大，则根据玻尔理论，hν3＝E3－E1，E3－E2＝hν1，E2－E1＝hν2，可见ν3＝ν1＋ν2，C正确，D错误．三、第八道选择题限时强化训练（二）限时20min1．下列说法正确的是()A．α、β、γ三种射线中，γ射线贯穿本领最弱B．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能减小C．根据玻尔原子理论，氢原子在辐射光子的同时，电子的轨道半径连续地减小D．放射性元素组成的化合物进行高温分解时，放射性元素的半衰期不变【答案】D【解析】α、β、γ三种射线中，γ射线贯穿本领最强，选项A错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减小，所以核子的比结合能增大，故B错误；根据玻尔原子理论，氢原子在辐射光子的同时，电子的轨道半径也在减小，但电子的轨道不是连续的，故C错误；半衰期由原子核本身决定，与外界任何因素都无关，故D正确.2．(2020·湘赣皖十五校联考)在物理学建立与发展的过程中，有许多科学家在理论和实验中做出了杰出的贡献．关于这些贡献，下列说法正确的是()A．牛顿发现了万有引力定律，并通过扭秤实验测量了引力常量B．安培提出了分子电流假说，研究了安培力的大小与方向C．法拉第发现了“磁生电”的现象，提出了法拉第电磁感应定律D．爱因斯坦在物理学中最早引入能量子，破除了“能量连续变化”的传统观念【答案】B【解析】牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许通过扭秤实验测量了引力常量，选项A错误；安培提出了分子电流假说，研究了安培力的大小与方向，选项B正确；法拉第发现了“磁生电”的现象，纽曼和韦伯归纳出法拉第电磁感应定律，选项C错误；普朗克在物理学中最早引入能量子，破除了“能量连续变化”的传统观念，选项D错误．3．(2020·江西南昌市第二次联考)下列说法正确的是()A．β射线是聚变反应过程中由原子核外电子电离产生的B．汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，并准确测出了电子的电荷量C．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构D．卢瑟福的原子核式结构模型认为核外电子运行的轨道半径是量子化的【答案】C【解析】β射线是核衰变过程中由原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，释放出来的，故A错误；汤姆孙在研究阴极射线时发现电子，美国物理学家密立根精确地测出电子的电荷量，故B错误；天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，故C正确；玻尔的原子核式结构模型认为核外电子运行的轨道半径是量子化的，故D错误．4．(2020·山东潍坊市4月模拟)eq\o\al(234,90)Th具有放射性，发生一次β衰变成为新原子核X的同时放出能量，下列说法正确的是()A.eq\o\al(234,90)Th核能放射出β粒子，说明其原子核内有β粒子B．新核X的中子数为143C.eq\o\al(234,90)Th核的质量等于新核X与β粒子的质量之和D．让eq\o\al(234,90)Th同其他的稳定元素结合成化合物，其半衰期将增大【答案】B【解析】放射出β粒子，是由于原子核内发生β衰变，其中的中子转化为质子和电子，故A错误；根据质量数和电荷数守恒得新核的质子数为91，质量数为234，则中子数为234－91＝143，故B正确；发生β衰变时会放出能量，由爱因斯坦质能方程可知，反应前后质量不相等，故C错误；元素原子核的半衰期是由元素本身决定，与元素所处的物理和化学状态无关，故D错误．5．(2020·三湘名校联盟第二次大联考)中国核学会发布消息称，截至2019年6月底，中国大陆在运核电机组47台，装机容量4873万千瓦，位居全球第三．铀核(eq\o\al(235,92)U)是获得核能的主要原料之一，其中一种核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n并释放核能，下列说法正确的是()A．该核反应是重核裂变，产物的结合能之和大于铀核(eq\o\al(235,92)U)的结合能B．该核反应在中子的轰击下发生，核反应为人工转变C．X原子核中的核子数为140个，中子数为84个D．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数减少【答案】A【解析】结合质量数和电荷数守恒可知，铀核裂变的产物为氙核和锶核，并会释放能量，则裂变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能，故A正确；该核反应为重核裂变，不是人工转变，故B错误；X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，中子数为140－(92－38)＝86个，故C错误；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是总质量数不变，故D错误．6．(2020·东北师大等联盟学校检测)在超导托卡马克实验装置中，质量为m1的eq\o\al(2,1)H与质量为m2的eq\o\al(3,1)H发生核聚变反应，放出质量为m3的eq\o\al(1,0)n，并生成质量为m4的新核．若已知真空中的光速为c，则下列说法正确的是()A．新核的中子数为2，且该新核是eq\o\al(3,2)He的同位素B．该过程属于α衰变C．该反应释放的核能为(m3＋m4－m1－m2)c2D．核反应前后系统动量不守恒【答案】A【解析】由质量数和电荷数守恒可知新核的质量数和电荷数分别为4和2，新核是eq\o\al(4,2)He，是eq\o\al(3,2)He的同位素，中子数为2，故A正确；该过程是核聚变反应，不属于α衰变，故B错误；该反应释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C错误；核反应前后系统动量守恒，故D错误．7．(2020·海南省五月调研)一块含铀矿石的质量为M，其中铀的质量为m，铀发生一系列衰变，最终生成物为铅．已知铀的半衰期为T，则经过时间T，下列说法正确的是()A．这块矿石的质量为0.5MB．这块矿石的质量为0.5(M－m)C．这块矿石中铀的质量为0.5mD．这块矿石中铅的质量为0.5m【答案】C【解析】根据半衰期公式m余＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))n，n为半衰期次数，其中n＝1，经过1个半衰期后剩余铀核为0.5m，则这块矿石中铀的质量还剩0.5m，但U变成了Pb，且生成铅的质量小于0.5m，经过一个半衰期后该矿石剩下的质量会大于M－0.5m，选项C正确．8．(2020·山东泰安市二模)法国物理学家贝可勒尔发现了铀和含铀的矿物质发出看不见的射线，开始了对原子核的研究．一静止的eq\o\al(238,92)U核经α衰变成为eq\o\al(234,90)Th核，释放出的总动能为Ek.则衰变后eq\o\al(234,90)Th核的动能为()A.eq\f(2,119)EkB.eq\f(119,2)EkC.eq\f(2,117)EkD.eq\f(117,2)Ek【答案】A【解析】根据动量守恒定律0＝mThvTh＋mαvα，由条件可知Ek＝EkTh＋Ekα＝eq\f(1,2)mThvTh2＋eq\f(1,2)mαvα2，eq\f(mTh,mα)＝eq\f(234,4)，联立解得EkTh＝eq\f(2,119)Ek，故A正确，B、C、D错误．四、第八道选择题限时强化训练（三）限时20min1.(多选)物理学是一门以实验为基础的学科，许多物理定律就是在大量实验的基础上归纳总结出来的．有关下面四个实验装置，描述正确的是()A．牛顿利用装置(1)测出了引力常量的数值B．库仑利用装置(2)总结出了点电荷间的相互作用规律C．奥斯特利用装置(3)发现了电流的磁效应D．牛顿利用装置(4)总结出了自由落体运动的规律【答案】BC【解析】：卡文迪许利用装置(1)测出了引力常量的数值，故A错误；库仑利用装置(2)总结出了真空中静止点电荷间的相互作用规律，故B正确；奥斯特利用装置(3)发现了电流的磁效应，故C正确；伽利略利用装置(4)总结出了自由落体运动的规律，故D错误．2．(2020·南充市高考适应性测试)六世纪末，伽利略用实验和推理推翻了已在欧洲实行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开启了物理学发展的新纪元．下列说法符合物理学史实的是()A．亚里士多德提出轻重不同的物体下落快慢相同B．伽利略直接对自由落体运动进行了实验研究C．亚里士多德提出力是改变物体运动状态的原因D．伽利略间接证实了落体速度与时间成正比的假说【答案】D【解析】：根据亚里士多德的论断，两物体从同一高度自由下落，重的物体下落得快，较轻的物体下落较慢，故A错误；伽利略通过数学推算并用实验验证了小球在斜面上从静止开始运动的位移与所用时间的平方成正比，从而间接证实了落体速度与时间成正比的假说，故B错误，D正确；根据亚里士多德的论断，必须有力作用在物体上，物体才能运动，力是维持物体运动的原因，故C错误．3．(2020·潍坊一模)在物理学中用比值法定义物理量是一种很重要的方法．下列物理量的表达式不是由比值法定义的是()A．加速度定义式a＝eq\f(Δv,Δt)B．点电荷电场场强E＝keq\f(Q,r2)C．磁感应强度B＝eq\f(F,IL)D．电阻R＝eq\f(U,I)【答案】B【解析】：加速度定义式a＝eq\f(Δv,Δt)，用速度的变化量与时间的比值来定义加速度，表示