高中物理近代物理

2016届呼和浩特市段考物理圈题题组13近代物理（一）考法解法命题特点分析本考点由于点多面广，考题难度不是很大，属必得部分，因而要求复习过程要扫清盲点，不留死角，同时由于各部分内容体现的能力与思想不同，考点出现的几率也不同，复习时应有所侧重，侧重点要与历年考试频率联系，应与体现能力相联系，还应与科技动向联系（探月卫星、氦3，射线、红外摄象、太阳风等），更应与近代物理发展趋势联系。对于光电效应、原子结构的认知过程以及原子核结构、核反应方程的书写等是本考点的重要知识点也是命题的重点。考察形式多以选择题和填空题出现，多要求定性分析，少见定量计算。因此理解知识的基础上就要求见多识广，所以在复习中要特别注意课本的重要性。课本是知识之源，对这部分内容一定要做到熟读、精读，并且要间隔一段时间就要简要复习一遍，绝不能留任何的死角，包括课后的阅读材料、小实验、小资料、相对论简介等，因为很多的信息题都是从这里取材的。“回归课本”“不回避陈题”是本部分的复习特点。不仅如此，搞清某一现象产生的本质，构建知识结构体系，根据已知的知识和物理事实、条件，对物理进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来，以求触类傍通。波粒二象性的重点在于光电效应，原子结构的重点在于波尔模型，原子核的重点则在于核反应方程的书写，备考过程中要加强训练，同时本考点还涉及很多的近代物理学史，需要我们加以总结归纳。解题方法荟萃I.氢原子能级及能级跃迁对原子跃迁条件的理解(1)原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子．只有当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收．(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．关于能级跃迁的说明(1)当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．(2)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．II.原子核和原子核的衰变1．衰变规律及实质(1)两种衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋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衰变规律质量数守恒、电荷数守恒(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．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．2．原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.(2)查德威克发现中子的核反应方程为：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n.(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e.3．确定衰变次数的方法因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．4．半衰期(1)公式：N余＝N原(eq\f(1,2))t/τ，m余＝m原(eq\f(1,2))t/τ(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．III.核反应类型及核反应方程的书写类型可控性核反应方程典例【解题点拨】分析：牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，而爱因斯坦的“光子说”认为光是一种量子化的物质．光既具有波动性又具有粒子性，光是一种电磁波，干涉是波特有的现象．解：A、爱因斯坦的“光子说”与惠更斯的波动说能揭示了光具有波粒二象性．故A错误．B、光的干涉，光的衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故B正确。C、频率低、波长长的光，波动性特征显著；频率高、波长短的光，粒子性特征显著，故C正确。D、光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以把光看成微观概念上的粒子，光子不带电，没有静止质量，宏观意义上的粒子是实物粒子，有质量，光子与宏观意义上的粒子不同，故D错误。E、大量光子的行为表现为波动性，个别光子的行为表现为粒子性，双缝干涉实验中单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子通过双缝后的落点出现一定的规律性，故E正确。故选：BCE[答案]BCE4.【题干】（2015·新课标II卷·35）（1）（5分）实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是。（填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分0分）A.电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E.光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关【命题意图】考查波粒二象性【解题点拨】干涉和衍射是波的基本特性，和衍射现象证明了光是一种波，α粒子带电量多，电离作用强，穿过云室时，在一定的路程上能产生较多的离子对，而过饱和的酒精蒸汽凝结在这些离子上，形成很粗的径迹；由于α粒子质量较大，其运动状态不易改变，故其径迹比较直。β粒子带电量少，电离作用较弱，在一定路程上能产生的离子对较少，酒精蒸汽的凝结现象不太明显；由于β粒子质量较小，其运动状态容易改变，故径迹比较弯，光电效应主要体现粒子性故选ＡＣＤ[答案]ACD5【题干】（2014·新课标II卷·35）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是________．A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子E．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷【命题意图】考查物理学史【解题点拨】(1)密立根通过油滴实验测出了基本电荷的电量，A项正确；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，发现了原子中心有一个核，B、D两项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺贝尔奖，C项正确；汤姆逊通过研究阴极射线，发现了电子，并测出了电子的比荷，E项正确．【点评】物理学史的复习不能重必考，轻选考，要全面复习[答案](1)ACE3.【题干】（2013·新课标II卷·35）关于原子核的结合能，下列说法正确的是________(填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分)．A．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B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．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D．比结合能越大，原子核越不稳定E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能【命题意图】综合考查结合能、衰变、比结合能、质量亏损【解题点拨】根据结合能的概念，将原子核分解成自由核子所需要的最小能量等于结合能，A正确；结合能越大，原子核越稳定，重核衰变放出能量，转化为结合能更大的衰变产物，B正确；组成原子核的核子越多，它的结合能越高，故铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，C正确；比结合能是指原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量，所以比结合能越大，原子核越牢固，D错误；自由核子组成原子核时，放出的能量与组成的原子核的结合能相等，E错误．【点评】3-5知识琐碎，复习要全面备考【答案】(1)ABC6【题干】（2012·新课标II卷·35）氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：12H＋13H→24He＋x，式中x是某种粒子．已知：12H、13H、24He和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x是______，该反应释放出的能量为________MeV(保留3位有效数字)．【命题意图】考查核反应方程、质能方程【解题点拨】由质量数守恒和电荷数守恒可知，粒子x是中子．由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝Δm×931.5MeV＝17.6MeV.【点评】质能方程段考考查频繁，应重视。【答案】01n(或中子)17.6（三）段考圈题1.【题干】在物理学的发展过程中，许多物理学家提出的理论和假设推动了人类历史的进步．下列表述符合物理学史实的是▲．（填入正确选项前的字母．选对1个给3分，选对2个给4分，选对3个给6分．每错选1个扣3分，最低得分为0分）．A．普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论B．爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说C．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型D．贝克勒尔通过对天然放射性的研究，发现原子核是由质子和中子组成的E．玻尔大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性【圈题理由】考查近代物理原子物理学史考查题。【答案】ABC。【解析】普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，A正确；爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说，B正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，C正确；贝克勒尔通过对天然放射性的研究，．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究发现原子核是由质子和中子组成的，D错误；玻尔大胆提出假设，认为实物粒子也具有粒子性，E错误；故本题选择ABC答案。2.【题干】放射性物质的衰变方程为→+Y。（选对一个得3分，选对两个得4分，选对三个得6分，每选错一个扣3分，最低得0分）β粒子B．D．中有53个质子和131个核子E．如果放射性物质【圈题理由】裂变反应和聚变反应；原子核衰变及半衰期、衰变速度概念选择考查题。【答案】ADE。【解析】A、53131I→54131Xe+Y，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，Y粒子为β粒子，故A正确．B、半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的．所以，则若取4个碘原子核，经16天剩下几个碘原子核无法预测．故B错误．C、生成的54131Xe处于激发态，还会放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，γ射线是高能光子，即高能电磁波，它是不带电的，所以γ射线的电离作用很弱，故C错误．D、53131I中有53个质子，131表示质量数即核子数，故D正确．E、半衰期是放射性元素的基本性质，由放射性元素本身决定，与外部环境和所处状态无关，故E正确；故本题选择：ADE3.【题干】下列四幅图的有关说法中正确的是.（选对一个得2分，选对两个得4分，选对3个得5分，每选错一个扣3分，最低得分为0分）A.原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径不是任意的B．发现少数粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围C．光电效应实验说明了光具有粒子性D．射线甲由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷E．链式反应属于重核的裂变【圈题理由】综合考查原子结构、光电效应、天然放射性现象、重核裂变【答案】ACE【解析】由量子理论可知，原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是不连续的、不是任意的，选项A正确；利用γ射线的贯穿能力可以为金属探伤，但是γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，选项B错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于该金属的极限频率，说明该束光的波长太长，选项C错误；根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，选项D正确.（四）分层训练基础过关1.【题干】下列四幅图的有关说法中，正确的是()ABCDA．若两球质量相等，碰后m2的速度最大值为vB．射线甲是粒子流，具有很强的穿透能力C．在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大D．链式反应属于重核的裂变【答案】ACD【答案解析】.（1）A、两球质量相等，若发生的碰撞为弹性碰撞，即动量守恒、能量守恒，可知两球的速度交换．若发生的碰撞为非弹性碰撞，则碰后m2的速度不为v．速度最大值为v，故A正确．

B、根据左手定则，甲向左偏，知甲带负电．故B错误．

C、光的颜色决定了光的频率，颜色相同，则频率相同，根据光电效应方程，知最大初动能相同，则遏止电压相等，入射光强度越大，饱和电流越大．故C正确．

D、链式反应属于重核裂变．比如铀核裂变为链式反应．故D正确．

故选ACD．2．【题干】下列说法正确的是__________。（填正确答案标号。选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分。每错选1个扣3分，最低得分为0分）A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小B．氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子C．α粒子散射实验能揭示原子具有核式结构D．Th核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4E．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应【答案】BCE【解析】A、半衰期与外界因素无关，故A错误；B、氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，故B正确；C、α粒子散射实验能揭示原子具有核式结构，故C正确；D、原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量数守恒的规律，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2，故D错误；E、太阳的核反应属于热核反应，故E正确；故选：BCE．3.【题干】下列说法中正确的是_________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）A．卢瑟福通过对天然放射现象的研究，提出原子的核式结构学说B．氡222的衰变方程是，已知其半衰期约为3.8天，则约经过15.2天，16克氡222衰变后还剩1克C．链式反应中，重核裂变时放出的中子可以使裂变不断进行下去D．已知中子、质子和氘核的质量分别为mn、mp和mD，则氘核的比结合能为（c表示真空中的光速）E．对于某种金属，超过其极限频率的入射光强度越弱，所逸出的光电子的最大初动能越小【答案】BCD【解析】（1）A、卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出原子的核式结构学说．故A错误．B、氡222的衰变方程是，已知其半衰期约为T=3.8天，经过15.2天，16克氡222衰变后还剩m剩=m原=16×g=1g，故B正确．C、重核裂变时用中子轰击重核，产生多个中子，中子又会撞击重核，产生更多的中子，使裂变不断进行下去，从而形成链式反应．故C正确．D、已知中子、质子和氘核的质量分别为mn、mp和mD，则氘核的结合能为△E=（mn+mp﹣mD）c2，核子数是2，则氘核的比结合能为=．故D正确．E、对于某种金属，超过其极限频率的入射光能产生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程可知所逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关．故E错误．故选：BCD．4、【题干】有关放射性知识，下列说法正确的是A、β衰变是原子核内的中子转化成质子和电子从而放出电子的过程B、氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个氡原子核C、eq\o(\s\up5(238),\s\do2(92))U→eq\o(\s\up5(234),\s\do2(90))Th＋eq\o(\s\up5(4),\s\do2(2))He＋γ，其中γ只是高能光子流，说明衰变过程中无质量亏损D、γ射线一般伴随着α或β射线产生，这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强【答案】A 【解析】β衰变是原子核内释放出来的高速电子流，虽然核内无电子，但原子核内的中子转化成质子和电子从而放出电子，A对；半衰期是统计理论，对几个原子核谈半衰期无意义，B错；eq\o(\s\up5(238),\s\do2(92))U衰变时出现质量亏损，以γ光子的形式释放出核能，C错；γ射线的穿透能力最强，电离能力在三种射线中最弱，D错。智能提升5．【题干】关于光的波动性与粒子性其中正确的是（）①大量光子的行为能明显地表现出波动性，而个别光子的行为往往表现出粒子性②频率越低、波长越长的光子波动性明显，而频率越高波长越短光子的粒子性明显③光在传播时往往表现出波动性，而光在与物质相互作用时往往显示粒子性④据光子说，光子的能量是与频率成正比的，这说明了光的波动性与光的粒子性是统一的产物，A．①②B．①②③C．①④D．①②③④【答案】D【解析】波动性明显的标志：大量光子的行为，波长长频率低的光，光的传播过程中。有可知光子能量与频率成正比，波动性和光的粒子性事统一的。正确选项为D。6.【题干】下列说法正确的是A.是衰变方程B.是核聚变反应方程C.是核裂变反应方程D.是原子核的人工转变方程【答案】BD【解析】A选项中在质子的轰击下发生的核反应，属于人工转变，A错；C选项是α衰变，不是裂变，C错。7．【题干】太阳的能量来源于太阳内部氢核的聚变，设每次聚变反应可以看作是4个氢核（）结合成1个氦核（），同时释放出正电子（）。已知氢核的质量为，氦核的质量为，正电子的质量为，真空中光速为c。下列关于氢核聚变的说法正确的是A．此聚变反应的核反应方程是B．此聚变反应也叫链式反应C．反应后核子的平均质量大于反应前核子的平均质量D．每次核反应释放的能量为（4－－2）c2【答案】D【解析】此聚变反应的核反应方程是，也叫热核反应，反应后核子的平均质量小于反映前核子的平均质量。对应的由于质量亏损释放的核能为（4－－2）c2正确选项为D。8．【题干】右图所示为氢原子能级图，可见光的光子能量范围约为1.62eV~3.11eV。下列说法正确的是nE/eV∞43210-0.85-1.53nE/eV∞43210-0.85-1.53-3.4-13.6B．大量处在n=3的氢原子向n=2能级跃迁时，发出的光是紫外线C．大量处在n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时，发出的光都应具