高考物理三轮冲刺题型归纳讲练专题28 近代物理（原卷版）

专题28近代物理[题型导航]题型一光电效应电路与光电效应方程的应用 1题型二光电效应图像 5题型三光的波粒二象性和物质波 7题型四玻尔理论的理解与计算 8题型五原子核的衰变及半衰期 11题型六核反应及核反应类型 13题型七质量亏损及核能的计算 15[考点分析]题型一光电效应电路与光电效应方程的应用1．光电效应在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．2．实验规律(1)每种金属都有一个极限频率．(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．3．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．4．光子说爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s.5．光电效应方程(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek＝eq\f(1,2)mv2.在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb．h为普朗克常量。下列说法正确的是（）A．若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub B．若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＞Ekb D．若νa＞νb，则一定有hνa﹣Eka＞hνb﹣Ekb利用金属晶格（大小约10﹣10m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是（）A．该实验说明了电子具有粒子性 B．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ=ℎC．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显 D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显氖泡可用于指示和保护电路。在玻璃管中有两个相同的板状金属电极，并充入低压氖气，在两极间接入压使氖气导电，如果金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能使氖气发光。将氖泡、保护电阻和电压可调的电源按如图所示的电路连接。氖泡用黑纸包住，黑纸上留出一条狭缝使光可以照射到氖泡。发现在没有光照的暗室中，当电源电压为U0时，氖泡恰能发光：当电源电压为U1（U1＜U0）时，氖泡不发光，但同时用频率为v1的紫光照射氖泡，氖泡也恰能发光。两次实验中，氖泡恰能发光时回路中的电流可认为相等。已知普朗克常量为h，电子电荷量为e。下列说法正确的是（）A．若保持电压U1不变，用黄光照射氖泡，氖泡也能发光 B．通过实验可知，紫光的光子能量hv1＝eU0﹣eU1 C．通过实验可知，电极中的电子脱离金属至少需要eU0的能量 D．实验中必须使用直流电源才能观察到上述现象利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用波长为λ的光照射某种金属，发生光电效应时，光电子的最大初动能为Ek；若用波长为λ2的光照射该金属发生光电效应时光电子的最大初动能为2.25Ek。则该金属的极限波长λ0A．3λ B．5λ C．7λ D．9λ19世纪末、20世纪初，通过对光电效应的研究，加深了对光的本性的认识。科学家利用如图所示的电路研究光电效应，图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K极受到光照时可能发射电子。已知电子电荷量为e，普朗克常量为h。（1）当有光照射K极，电流表的示数为I，求经过时间t到达A极的电子数n。（2）使用普通光源进行实验时，电子在极短时间内只能吸收一个光子的能量。用频率为v0的普通光源照射K极，可以发生光电效应。此时，调节滑动变阻器滑片，当电压表的示数为U时，电流表的示数减小为0．随着科技的发展，强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识，用强激光照射金属，一个电子在极短时间内吸收到多个光子成为可能。若用强激光照射K极时，一个电子在极短时间内能吸收n光子，求能使K极发生光电效应的强激光的最低频率v。（3）某同学为了解为什么使用普通光源进行光电效应实验时一个电子在极短时间内不能吸收多个光子，他查阅资料获得以下信息：原子半径大小数量级为10﹣10m，若普通光源的发光频率为6×1014Hz，其在1s内垂直照射到1m2面积上的光的能量约为106J；若电子吸收第一个光子能量不足以脱离金属表面时，在不超过10﹣8s的时间内电子将该能量释放给周围原子而恢复到原状态。为了进一步分析，他建构了简单模型：假定原子间没有缝隙，一个原子范围内只有一个电子，且电子可以吸收一个原子范围内的光子。请利用以上资料，解决以下问题。a．普朗克常量h取6.6×10﹣34J•s，估算1s内照射到一个原子范围的光子个数；b．分析一个电子在极短时间内不能吸收多个光子的原因。题型二光电效应图像1．由Ek－ν图象(如图1)可以得到的信息图1(1)极限频率：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E＝W0.(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.图甲是研究光电效应的实验原理图，从实验得到的某种金属的遏止电压Uc和入射光频率ν的数据，做出图乙所示的Uc﹣ν的图像，则下列说法正确的是（）A．从图乙可知遏止电压大小与入射光的频率成正比，由入射光的频率决定 B．用频率为ν12C．如果只改变电压的正负极，则电压越大电路中的饱和电流就越大 D．根据图乙的数据，可以计算出普朗克常量ℎ=(小理利用如图一所示的装置研究光电效应实验，用甲、乙、丙三条可见光照射同一光电管，得到如图二所示的三条光电流与电压的关系曲线。下列说法中正确的是（）A．同一光电管对不同单色光的极限频率不同 B．电流表A的电流方向一定是a流向b C．甲光对应的光电子最大初动能最大 D．如果丙光是紫光，则乙光可能是黄光钠和钙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率v的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子的电荷量，则（）A．钠的逸出功大于钙的逸出功 B．图中直线的斜率为eℎC．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同 D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象的实验装置如图甲所示，实验测得的铷的遏止电压Uc与入射频率v的关系图像如图乙所示，图线与横轴的交点坐标为5.15×1014Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s，电子电量e＝1.60×10﹣19C。则下列说法正确的是（）A．增大入射光的强度，产生光电子的最大初动能一定增大 B．增大入射光的强度，遏止电压Uc一定增大 C．金属铷的逸出功为W＝3.41×10﹣19J D．金属铷的逸出功为W＝1.60×10﹣19J爱因斯坦由于创造性地提出了光子说，成功解释了光电效应实验规律，从而获得1921年诺贝尔物理学奖。在探究光电效应实验规律的过程中，用三束光分别照射同一光电管得到三条光电流与电压之间的关系图线如图所示，则下列说法中正确的是（）A．光电子的最大初动能Ek甲＝Ek丙＜Ek乙 B．光电子的最大初动能Ek甲＝Ek丙＞Ek乙 C．三种光的频率关系是v甲＞v乙＞v丙 D．三种光的频率关系是v甲＝v丙＞v乙题型三光的波粒二象性和物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．(2)光电效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．2．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．(2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝eq\f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．下列说法正确的是（）A．频率越低的光，粒子性越显著，个别光子产生的效果往往显示出粒子性 B．无论光强多强，只要入射光的频率小于金属的截止频率，就不能发生光电效应 C．氢原子吸收光子后，电子运动的轨道半径变大，动能也变大 D．发生β衰变时，新核的核电荷数不变（多选）下列说法正确的是（）A．光电效应揭示了光具有粒子性，光的双缝干涉实验揭示了光具有波动性 B．肥皂泡在阳光下呈现彩色，这是光的衍射现象 C．水中的气泡看起来特别明亮是因为光从气泡射向水中时，一部分光在界面上发生了全反射 D．光纤通信是一种现代通信手段，光纤内芯的折射率比外壳的大（多选）关于物质的波粒二象性，下列说法正确的是（）A．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显 B．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 C．光电效应现象揭示了光的粒子性 D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性题型四玻尔理论的理解与计算1．定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．2．跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)3．轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．4．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图(如图2所示)图2(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV.②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m.如图所示为氢原子的能级图。现有两束光，a光由图中跃迁①发出的光子组成，b光由图中跃迁②发出的光子组成，已知a光照射x金属时刚好能发生光电效应，则下列说法正确的是（）A．氢原子发生跃迁①后，原子的能量将减小3.4eV B．a光的频率大于b光的频率 C．x金属的逸出功为2.86eV D．用b光照射x金属，发出的光电子的最大初动能为10.2eV如图为氢原子的能级图。现有两束光，a光由图中跃迁①发出的光子组成，b光由图中跃迁②发出的光子组成，已知a光照射x金属时刚好能发生光电效应，则下列说法正确的是（）A．a光的频率大于b光的频率 B．x金属的逸出功为2.86eV C．氢原子发生跃迁①后，原子的能量将减小3.4eV D．用b光照射x金属，打出的光电子的最大初动能为10.2eV某原子的部分能级图如图，大量处于某激发态的该原子向低能级跃迁时，发出三种波长的光如图所示，它们的波长分别为λa、λb、λc。下列说法正确的是（）A．同样条件下，a光比b光衍射现象更明显 B．三种光的波长关系为1λC．用同一套装置做双缝干涉实验，b光相邻亮纹的间距最大 D．若c光照射某种金属能发生光电效应，b光照射该金属也能发生光电效应氢原子的能级图如图所示，大量氢原子从n＝4的能级向低能级跃迁时，则（）A．核外电子的动能减少 B．最多能够辐射3种频率的光子 C．氢原子辐射出0.66eV的光子后，能够稳定在n＝3的能级 D．氢原子从n＝4直接跃迁到n＝1的能级，发出的光子频率最大已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En=E1nA．ℎcE1 B．4ℎc3E1 题型五原子核的衰变及半衰期1．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(2)分类α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e2．三种射线的成分和性质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(1,1837)u较强较强γ射线光子γ00最弱最强3.对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余表示衰变后的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，与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．我国科研人员利用超高空间分辨率铀﹣铅定年技术，对“嫦娥五号”月球样品玄武岩岩屑中的50余颗富铀矿物进行分析，确定月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，比以往月球限定的岩浆活动停止时间推迟了约8亿年。已知铀一铅定年技术依赖的其中一种衰变链为92235U经一系列α、β衰变后形成稳定的A．4 B．7 C．10 D．1414C呼气试验是临床用于检测幽门螺杆菌感染的一种方法。被检者空腹，用约20mL凉开水口服一粒尿素[14C]胶囊，静坐25分钟后，用吹气管向二氧化碳吸收剂中吹气，通过分析呼气中标记的CO2的含量即可判断患者胃中幽门螺杆菌的存在情况。已知614C的半衰期大约是5730年，发生的是β衰变，其衰变方程为614CA．614C衰变释放β射线时，生成的新核X的核电荷数比B．含614C的化合物与单质C．被检者体温越高614D．由于衰变释放能量，新核X的质量数比6如图所示，某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关．已知测厚仪采用放射性同位素77192Ir作为放射源，77192Ir发生β衰变时放出A．77192Ir的衰变方程为77192Ir→B．探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度增加 C．192g放射性同位素77192D．77碳14是宇宙射线撞击空气中的氮14原子所产生，具有放射性，碳14原子发生β衰变转变为氮14。生物存活期间需要呼吸，其体内的碳14含量大致不变；生物停止呼吸后，体内的碳14开始减少。可以根据死亡生物体内残余碳14含量来推断它的死亡时间。碳14各个半衰期所剩原子比例如图所示，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的三分之一。下列说法正确的是（）A．碳14的衰变方程为614C→714B．该古木的年代距今大于11460年 C．14C和14N中含有的中子个数相等 D．如果古木处于高温、高压下测量结果可能有较大误差（多选）关于原子结构和核反应的说法中正确的是：（）A．卢瑟福α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型 B．发现中子的核反应方程是49Be+24He→C．200万个92238U核经过两个半衰期后剩下50万个D．据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量 E．据图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能题型六核反应及核反应类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变自发eq\o\al(234,)90Th→eq\o\al(234,)91Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工转变人工控制eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H(卢瑟福发现质子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克发现中子)eq\o\al(27,)13Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋0＋1e重核裂变比较容易进行人工控制eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,)54Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n轻核聚变目前无法控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n注意：(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．下列说法正确的是（）A．查德威克发现中子的核反应是：1327Al+24He→B．机场、车站和重要活动场所的安检门可以探测人随身携带的金属物品，是利用静电感应的工作原理工作的 C．考古专家发现某一骸骨中614C的含量为活着的生物体中614C的1D．根据v=△x△t，当△t非常小时，我国自主第三代核电“华龙一号”全球第4台机组于2022年3月在巴基斯坦并网发电。中国核电推动我国“双碳”目标实现的同时，也为全球核电安全树立了标杆。关于核能，以下说法正确的是（）A．核能是来自化学变化释放的能量 B．核能是原子核结构发生变化时释放的能量 C．核能还不是安全、干净的能源 D．我国核电站利用了核聚变反应释放的能量核聚变发电有望提供人类需要的丰富清洁能源，氢核聚变可以简化为如下过程，4个氢核（11H）聚变生成氦核（24He），并放出2个X和2个中微子，同时伴随着γ光子的产生，γ光子照射到逸出功为W0的金属上，逸出光电子的最大初动能为EA．中微子的质量数为0，电荷数为1 B．X为电子 C．γ光子的波长为ℎcWD．光电子的德布罗意波波长为2ℎ（多选）月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3（23He）”的化学元素，是热核聚变的重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3（2A．核反应方程为23He+12H→B．核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量 C．氦3（23He）一个核子的结合能大于氦4（D．氦3（2我国第一代核潜艇总设计师黄旭华院士于2019年9月29日获颁“共和国勋章”，核动力潜艇上核反应堆中可能的一个核反应方程92235U+01n→56144Ba+A．该核反应属于原子核的衰变 B．核反应方程式中x＝2 C．92235U的比结合能D．92235U核的比结合能小于题型七质量亏损及核能的计算1．应用质能方程解题的流程图书写核反应方程→计算质量亏损Δm→利用ΔE＝Δmc2计算释放的核能(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(2)根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算．因1原子质量单位