2021届高考物理二轮九 近代物理初步 教师版

专题九近代物理初步

命题趋势

本专题难度不大，大多直接考查对基本知识点的理解和记忆，用新情境和新名词包装试题，常考点有：光

电效应现象及其规律的认识与理解；对光的波粒二象性的认识：卢瑟福的原子核式结构模型；玻尔的原子结构

模型和氢原子光谱；能级及能级跃迁规律；原子核的衰变、人工核转变、裂变和聚变等。

考点清单

一、光电效应

1.两条主线

(1)光照强度大一光子数目多一发射光电子多T光电流大;

(2)光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大。

2.三个关系式

(1)爱因斯坦光电效应方程：E^hv-W^

(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：Wa=hva.

二、原子结构及能级跃迁

1.氢原子能级图：如图所示。

2.定态间的跃迁——满足能级差

跃迁

(1)从低能级(〃小)----►高能级(〃大)--►吸收能量，hv=E“k—E"、。

跃迁

(2)从高能级(〃大)----＞低能级(〃小)一-►放出能量，

三、原子结构及能级跃迁

1.核反应的四种类型

方程类型核反应方程示例

a衰变：2番u-2鼾h+：He（核内2；H+2（in^He）

B衰变:4Th-2即pa+_?e（核内

衰变

&-；2Si+?e（核内!H-»An+?e）

Y辐射：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级

#N+；HeT70+|H（发现质子的核反应）

人工核转变汨e+,He-^C+M（发现中子的核反应）

^Al+lHe一即性J^Si+?e（人工制造放射性同位素）

重核的裂变嗡U+1；Ba+/Kr+3（）n

轻核的聚变汨+汨T：He+|）n（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）

2.核能的计算方法

（1）根据4£=4加02计算时，的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，AE的单位是“J”。

⑵根据AE=Afflx931.5MeV计算时，Am的单位是“u”，AE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x核子数。

.新题集训/7C公妙、

。经典训练题

1.如图所示，有一束单色光入射到极限频率为V0的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直

于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为

零。己知电容器的电容为C,带电荷量为。，极板间距为"，普朗克常量为儿电子电荷量的绝对值为e,不

计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率也以下判断正确的是（）

A.带正电，vo+卷B.带正电，

C.带负电，功+晋D.带负电，也+黑

【答案】C

【解析】由电子在电容器两带电平行板之间做减速运动可知，电容器右侧极板带负电。由爱因斯坦光电效

应方程有E^hv-W,W=hv0,由电容器电容定义式知C=£,由动能定理有一eU=0一瓦，联立解得v=v0

十奇，C正确。

2.（2019•全国卷I[①氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV〜3.10eV的光为可见光。要使处

于基态（〃=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为（）

A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.51eV

【答案】A

【解析】因为可见光光子的能量范围是1.63eV〜3.10eV,所以氢原子至少要被激发到"=3能级，要给

氢原子提供的能量最少为E=（-1.51+13.60）eV=12.09eV,即A正确。

3.（2020.山东学业水平等级考试ID僦核汩发生p衰变成为氨核,He。假设含僦材料中怕发生p衰变产生

的电子可以全部定向移动，在3.2xl（）4$时间内形成的平均电流为5.0x10-8人。已知电子电荷量为1.6X10T9C,

在这段时间内发生0衰变的负核;H的个数为（）

A.5.0xl014B.l.OxlO16C.2.0X1016D.l.OxlO18

【答案】B

【解析】由题意知，3.2x10、内发生。衰变产生的电子的电荷量Q=〃=1.6x10-3。对应的电子数"=号

=1.0xl（）i6（个），由;H-—?e+?He可知，一个帕核发生一次|3衰变产生一个电子，故这段时间内发生B衰变的

汨核的个数为l.OxlO16,选项B对。

。高频易错题

1.（2020.全国卷n-18）笊核;H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6；HT2：He+2|H+

2in+43.15MeV表示。海水中富含笊，已知1kg海水中含有的笊核约为10x1（）22个，若全都发生聚变反应，

其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9x107J,

1MeV=1.6xlO13J,则M约为（）

A.40kgB.100kgC.400kgD.1000kg

【答案】C

【解析】由1kg海水中的气核聚变释放的能量与质量为M的标准煤燃烧释放的热量相等，有：2.9x107

10x1022_

J/kgxM=——x43.15xl.6xl0"J,解得kg,故C正确。

2.（多选）（2020•全国卷HLT|9）1934年，约里奥一居里夫妇用a粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同

位素X,反应方程为2He+gAlTX+in。X会衰变成原子核Y,衰变方程为X-Y+?e。贝U（）

A.X的质量数与Y的质量数相等

B.X的电荷数比Y的电荷数少1

C.X的电荷数比ZA1的电荷数多2

D.X的质量数与弘A1的质量数相等

【答案】AC

【解析】根据电荷数守恒和质量数守恒，可知知e+XAl-X+jn,方程中X的质量数为30,电荷数为15,

再根据X-Y+?e方程可知Y的质量数为30,电荷数为14,故X的质量数与Y的质量数相等，X的电荷数比

Y的电荷数多1,X的电荷数比百A1的电荷数多2,X的质量数比^Al的质量数多3,选项A、C正确，B、D

错误。

。精准预测题

1.下列现象中，原子核结构发生了改变的是（）

A.氢气放电管发出可见光B.。衰变放出。粒子

C.a粒子散射现象D.光电效应现象

【答案】B

【解析】氢气放电管发出可见光是原子从较高能级跃迁至较低能级的结果，是由于原子核外部电子运动产

生的，与原子核内部变化无关，故A错误;0衰变放出B粒子是原子核内一个中子转变为一个质子和一个电子，

所以导致原子核结构发生了改变，故B正确；a粒子散射实验表明原子具有核式结构，故C错误；光电效应

是原子核外电子吸收光子能量逃逸出来的现象，跟原子核内部变化无关，故D错误。

2.如图所示为核子平均质量与原子序数的关系。下列与原子核有关的说法正确的是（）

A.原子核的结合能越大，原子核就越稳定

B.由图可知，原子核D与E聚变成原子核F时，要吸收热量

C.A裂变时产生的丫射线能使某金属表面逸出光电子，则增大丫射线的照射强度能增大逸出光电子的最

大初动能

D.核衰变时a粒子是由核内2个质子与2个中子结合在一起形成的

【答案】D

【解析】原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，故A错误；原子核D与E结合属于轻核聚变，放出

能量，故B错误；丫射线的频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越大，与光照强度无关，故C错误；核

衰变时a粒子是由核内2个质子与2个中子结合在一起形成的，故D正确。

3.图中四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（）

甲：a粒子散时实验示意图乙：链式反应示意图丙：氢原子能级示意图丁：汤姆孙气体放电管示意图

A.图甲：卢瑟福通过分析a粒子散射实验结果，发现了质子和中子

B.图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能

C.图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的

D.图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构

【答案】C

【解析】题图甲：卢瑟福通过分析a粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构模型，故A错误。题图

乙：用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能，故B错误。题图丙：玻尔理论指出氢原

子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确。题图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示

了原子也有一定的结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内部还有复杂结构，故D错误。

4.He+、Li?+等离子具有与氢原子类似的原子结构模型，又称为“类氢离子”。He卡从能级N跃迁到能级M,

释放频率为q的光子，从能级P跃迁到能级M,吸收频率为也的光子，且也＞也，则它从能级N跃迁到能级P

时（）

A.吸收频率为口+也的光子

B.释放频率为均+也的光子

C.吸收频率为也的光子

D.释放频率为环一切的光子

【答案】B

【解析】He卡从能级N跃迁到能级释放频率为出的光子，说明能级N的能量大于能级M的能量，且

两能级能量差为的I，同理能级产的能量小于能级M的能量，且两能级能量差为62,所以从能级N跃迁到能

级P释放光子，且光子的能量为力（0+艺），故B正确。

5.（多选）如图所示为氢原子的能级示意图，已知大量处于〃=2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光

线照射后，可辐射出6种频率的光子，用这些光照射逸出功为1.90eV的金属钠，下面说法正确的是（）

“铲

00-------------------0

5'=-0.54

4-------------------------0.85

3-------------------------1.51

2-------------------------3.4

1-13.6

A.〃=2能级氢原子受到照射后跃迁到〃=5能级

B.能使金属的逸出光电子的光子频率有4种

C.金属艳表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75eV

D.金属钠表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.85eV

【答案】BD

【解析】大量处于〃=2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光子，

根据大量氢原子跃迁，产生的光子种类N=d可知，〃=2能级的氢原子受到照射后跃迁到〃=4能级，A错误：

这群处于〃=4激发态的氢原子共能辐射出6种不同频率的光子，由图可知，氢原子从〃=4能级到〃=3能级

跃迁时放出的能量为0.66eV,小于金属葩的逸出功，不能使金属能发生光电效应逸出光电子，同理氢原子从

"=3能级到〃=2能级跃迁时放出的能量为1.89eV,小于金属葩的逸出功，不能使金属葩发生光电效应逸出

光电子，所以能使金属钠逸出光电子的光子频率有4种，B正确；氢原子从〃=4能级跃迁到〃=1能级发出的

光子频率最高，光子能量为13.60eV-0.85eV=12.75eV,根据光电效应方程得逸出光电子的最大初动能为

£k.n=Av-W0=12.75eV-1.90eV=10.85eV,C错误，D正确。

6.激光在“焊接”视网膜的眼科手术中有着广泛的应用。在一次手术中，所用激光的波长2=6.6x10〃m,

每个激光脉冲的能量E=1.5x10、j。已知普朗克常量〃=6.6X10-34J0光速，=3*108向$,则每个脉冲中的光

子数目是（）

A.3xl016B.3xl012C.5xl0,6D.5xl012

【答案】C

【解析】由光子能量公式、波长与频率的关系可得，每个光子的能量E】=hv=%代入数据联

立解得，每个脉冲中的光子数目是N=5xl0%c正确。

7.秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。在一次核反应中一个

中子轰击镉U变成噌Xe、/Sr和若干个中子，已知嗡U、।歌e、/r的比结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7

MeV,则（）

A.该核反应方程为嗡U+M―嚼Xe+2Sr+93n

B.要发生该核反应需要吸收能量

C.鑫r比劈Xe更稳定

D.该核反应中质量增加

【答案】C

【解析】该核反应方程为嗡U+3一踏Xe+/Sr+1OM，A错误；用一个中子轰击镜U发生核反应，该核

反应会释放出能量，B错误；黑Sr比固Xe的比结合能大，更稳定，C正确；该核反应中放出能量，有质量亏

损，质量减小，D错误。

8.据报道，香烟会释放一种危险的放射性元素“针（2月P。）"，如果每天抽1.5包香烟，一年后累积的辐射相

当于300次胸透的辐射。2$P。发生一次a衰变和一次p衰变后产生了新核，新核的中子数比质子数多（）

A.38个B.40个C.42个D.44个

【答案】B

【解析】2《p0发生一次a衰变和一次0衰变产生的新核为嘴X,其中子数为206—83=123,中子数比质

子数多123—83=40,B项正确。

9.关于原子能级跃迁，下列说法正确的是（）

A.处于〃=3能级的一个氢原子回到基态时可能会辐射三种频率的光子

B.各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量（频率）不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六

色的霓虹灯

C.氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小,

电子的动能减小

D.已知氢原子从基态跃迁到某一激发态需要吸收的能量为12.09eV,则动能等于12.09eV的另一个氢

原子与这个氢原子发生正碰，可以使这个原来静止并处于基态的氢原子跃迁到该激发态

【答案】B

【解析】处于〃=3的一个氢原子回到基态时可能辐射一种或两种频率的光子，A项错误；根据玻尔理论，

各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯，B

项正确;氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，

电子的动能增大,C项错误;根据能量守恒可知，要使原来静止并处于基态的氢原子从基态跃迁到某一激发态，

需要吸收的能量为12.09eV,则必须使动能比12.09eV大得足够多的另一个氢原子与这个氢原子发生碰撞，

才能跃迁到某一激发态，D项错误。

10.物理学家查德威克在用a粒子轰击被黜e的两种产物中发现了中子，由于中子不带电，所以容易打进

原子核内，引起核反应。如果速度为2.3X107m/s的中子击中静止的氮核号N,核反应方程是号N+'T；,B+WHe,

产生的氨核《He)的速度大小是&0xl()6m/s,方向与碰前中子的速度方向在同一直线上，以反应前中子的速度

方向为正方向。下列说法正确的是()

A.a粒子轰击被发生的核反应方程是汨e+：He-i纪+标

B.，〃一〃=6

C.新核；；,B的速度约为-4.1x105mzs

D.新核1B的速度约为-8.2x1()5m/s

【答案】D

【解析】根据电荷数守恒和质量数守恒可知汨e+^He-毛C+标，A错误；同理可知〃一根=6,B错误；用

〃?1、g和,“3分别表示中子(标)、氨核6He)和新核的质量，由动量守恒定律得机止产利切+利为，代入数值得

啖-8.2xl()5m/s,C错误,D正确。

11.用金属锄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，实验中测得枷的遏止电压

上与入射光频率v之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15X1014Hz。已知普朗克常量h=

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V=7.00X1(?4HZ,则产生的光电子的最大初动能反约为12x1()79j

【答案】D

【解析】由题图甲所示的实验装置测量锄的遏止电压Uc,因光电管左端为阳极，则电源左端为负极，故

A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，光电管两端电压增大，光电流增大，当

光电流达到饱和值，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；根据题图乙可知，锄的截止频率％=

5.15X1014Hz,根据械=题,则可求出该金属的逸出功大小W)=6.63X1(T34X515xl()i4h3.41xl()T9j,根据光

电效应方程氏=加一卬0，当入射光的频率为v=7.00xl()i4Hz时，则最大初动能为Ek=6.63xl034x7.00xl014J

-3.41X10_|9J»1.2X10-19J,故D正确。

12.(多选)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流的大小与入射光的强度、频率等物理量的关系。图

中A、K两极板间的电压大小可调，电源的正、负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射K,调节A、

K间的电压U,得到光电流/与电压U的关系如图乙所示。由图可知()

A.单色光a和c的频率相同，但。更强些

B.单色光