备考2025高考物理“二级结论”精析与培优争分练讲义-17.近代物理（教师版）

17.近代物理——备考2025高考物理“二级结论”精析与培优争分练一、光电效应（1）基本概念和规律的理解①光电效应方程：理解：能量守恒——②截止频率：理解：，入射光子能量大于逸出功才可能打出电子③遏止电压：理解：使最有可能到达阳极的光电子刚好不能到达阳极的反向电压（2）光电效应实验的图象①饱和光电流——将所有光电子收集起来形成的电流；②横截距——遏止电压Uc：光电流消失时的反向电压。例题1.（2024·重庆·二模）某种光伏电池的工作原理如图所示。半径为的透明导电的球壳为阳极A，球形感光材料为阴极K。现用动量为的黄光照射K极，K极能发射出最大初动能为的光电子。已知电子电荷量为，光速为，普朗克常量为，忽略光电子重力及之间的相互作用。下列说法正确旳是（）A．入射光子的波长为B．阴极感光材料的逸出功为C．若仅增大入射光强度，电压表的示数将增大D．若用紫光照射K极，电压表的最大示数将小于【答案】B【解析】A．根据德布罗意波长公式可知入射光子的波长为故A错误；B．根据爱因斯坦光电效应方程有解得阴极感光材料的逸出功为故B正确；CD．随着K极逸出的光电子运动到A极，A、K之间的电压逐渐增大，若K电极逸出的最大动能的光电子恰好运动不到A电极，两极间电压达到最大，再增大入射光强度电压表示数不再增大，根据动能定理有两极间的最大电压为若用紫光照射K极，可知初动能增大，则有故CD错误。故选B。二、玻尔理论(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：N＝Ceq\o\al(2,n)(2)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级的能量差．(3)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．氢原子任一能级：例题2.如图所示为氢原子的能级示意图，现有大量处于能级的氢原子，用某种频率的单色光照射后，这些氢原子能辐射出10种频率的光，用这些辐射的光子照射逸出功为3.2eV的金属钙。下列说法正确的是（）A．氢原子被单色光照射后跃迁到能级B．单色光光子的能量为2.55eVC．照射钙金属时有4种光能使金属钙发生光电效应D．从金属钙中逃逸出来的光电子的最大初动能为7.0eV【答案】C【解析】A．被照射后的氢原子能辐射10种不同频率的光子，有解得所以氢原子跃迁到能级，故A错误；B．单色光光子的能量故B错误；C．当氢原子从其他能级跃迁到能级时辐射的光子照射金属钙都能发生光电效应，共有4种光，故C正确；D．当氢原子从能级跃迁到能级时辐射的光子能量最大，有此光照射金属钙逃逸出来的光电子的最大初动能最大，有故D错误。故选C。三、衰变①衰变：②β衰变：规律：计算衰变次数的技巧——先由质量数变化计算衰变次数，再由电荷数变化、衰变次数列方程计算β衰变次数。

磁场中的衰变：外切圆是α衰变，内切圆是β衰变，半径与电量成反比。四种核反应类型及其遵循的三大规律（质量数守恒、电荷数守恒、能量守恒）类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发92238U→90234Th＋24Heβ衰变自发90234Th→91234Pa＋－10e人工转变人工控制714N＋24He→817O＋11H(卢瑟福发现质子)24He＋49Be→612C＋01n(查德威克发现中子)1337Al＋24He→1530P＋01n(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)1530P→1430Si＋10e重核裂变比较容易进行人工控制92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋301n92235U＋01n→54136Xe＋3890Sr＋1001n轻核聚变除氢弹外无法控制12H＋13H→24He＋01n例题3.（2024·广东·二模）2023年12月，江南造船（集团）有限责任公司正式发布全球首型、世界最大核动力集装箱船船型设计，它采用了第四代钍基堆型熔盐反应堆，具有更高的安全性、更少的核废料、更长的使用寿命和更广泛的能源应用前景。在该反应堆中，钍（）核经过一系列的衰变最终变成了铅（）核，下列说法正确的是（

）A．钍核包含有90个质子和140个中子B．钍核的结合能小于铅核的结合能C．钍核衰变为铅核经历了6次衰变和4次衰变D．钍核衰变为铅核需要吸收能量【答案】C【解析】A．钍核包含有90个质子，而其质量数等于质子数与中子数之和，则可知其中子数为（个）故A错误；B．结合能等于比结合能与核子数的乘积，虽然钍核的比结合能稍小于铅核的比结合能，但钍核的核子数多于铅核，使得钍的结合能大于铅核的结合能，故B错误；C．钍核变为铅核，核子总数减少了24，说明发生了6次衰变，同时将导致质子数减少12，实际质子数减少了8，说明还发生了4次衰变，故C正确；D．钍核为天然放射性元素，其能自发的进行衰变，而自发进行的衰变反应都是释放核能的反应，故D错误。故选C。四、核能核能的计算（1）质量亏损是指反应前后体系静止质量的差值；（2）记住一个结论：1u=931.5MeV。例题4.（2024·河北石家庄·二模）2023年12月，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”内部发生的一种核反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（）A．核反应方程中X为电子B．的比结合能小于的比结合能C．核反应吸收的能量为D．核反应中的质量亏损为【答案】D【解析】A．根据质量数与电荷数守恒可知X为，故A错误；B．核反应方程式中，生成物比反应物稳定，则的比结合能大于的比结合能，故B错误；CD．核反应放出的能量为由能量守恒可得解得故C错误，D正确。故选D。五、半衰期N余＝N原，m余＝m原.例题5.（2024·浙江嘉兴·二模）如图所示的射线测厚仪采用放射性元素作为放射源，其发生β衰变的半衰期为6h。则该测厚仪（）A．衰变产物为B．衰变的原因是弱相互作用C．用于监测与控制钢板厚度的最佳选择是β射线D．20g放射源经12h后剩余物质的质量为5g【答案】B【解析】A．β衰变放出的粒子是电子，根据质量数和电荷数守恒可知，衰变产物为，故A错误；B．发生β衰变的原因是弱相互作用，故B正确；C．用于监测与控制钢板厚度的最佳选择是射线，故C错误；D．20g放射源经12h后剩余5g的未发生衰变，但剩余物质的质量大于5g，故D错误。故选B。（建议用时：60分钟）一、单选题1．2023年4月12日，中国“人造太阳”一全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，创造了新的世界纪录，其内部发生的核反应方程为，则（）A．该反应为β衰变B．X为中子C．X为质子D．He的结合能比H的结合能小【答案】B【解析】根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X为中子；该反应为核聚变；原子序数越大的原子核的结合能越大，则的结合能比的结合能大。故选B。2．我国于2024年1月研发出全球首款民用核电池.该核电池利用半衰期约为100年的镍63来工作，其衰变方程为：Ni→Y+X，则（）A．X是电子 B．X是粒子C．Y与Ni是同位素 D．Y的中子数为29【答案】A【解析】AB．根据电荷数守恒、质量数守恒知镍63的衰变方程是故A正确，B错误；CD．同位素是质子数相同，中子数不同的同一元素的不同原子，Y的质子数是29，与Ni不是同位素，Y的中子数为故CD错误。故选A。3．1899年，苏联物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，和大量气体分子与器壁的频繁碰撞类似，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。某同学设计了如图所示的探测器，利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外。假设质量为m的探测器正朝远离太阳的方向运动，帆面的面积为S，且始终与太阳光垂直，探测器到太阳中心的距离为r，不考虑行星对探测器的引力。已知：单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波的总能量与太阳绝对温度的四次方成正比，即，其中T为太阳表面的温度，为常量。引力常量为G，太阳的质量为M，太阳的半径为R，光子的动量，光速为c。下列说法正确的是（）A．常量的单位为B．t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量C．若照射到太阳帆上的光一半被太阳帆吸收一半被反射，探测器太阳帆的面积S至少为D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力【答案】D【解析】A．P0是单位时间从太阳单位面积辐射的电磁波的能量，所以单位为，则则常量的单位为故A错误；B．t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量故B错误；C．辐射到太阳帆的光子的总数一半光子被吸收，一半反射，则有其中联立可得故C错误；D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，则有可得探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力故D正确。故选D。4．某无毒放射性元素的半衰期为2天，为估算某水库的库容，取该元素的5mL水溶液，测得溶液每分钟衰变次。将水溶液倒入水库，8天后可视为溶液已均匀分布，在水库中取水样，测得水样每分钟衰变20次。则该水库中水的体积约为（）A． B．C． D．【答案】A【解析】因1立方米的水经过8天，即4个半衰期后测得水样每分钟衰变20次，可知8天前1立方米的水每分钟衰变次数为次，则水库中水的体积故选A。5．下列有关光电效应的说法错误的是（）A．爱因斯坦提出了光电效应理论B．甲图实验中让锌板带负电，光照后，验电器张角会变小C．乙图中光电子到达A板的速度越大，则光电流越大D．乙图光电流的大小与入射光束的光强有关【答案】C【解析】A．爱因斯坦提出了光子说理论，并成功地解释了光电效应实验，故A正确；B．由于事先使锌板带负电，验电器张开一定的角度，锌板表面的自由电子溢出后，验电器的指针张角变小，故B正确；C．当达到饱和光电流以后，继续增加光电管两端的电压，即增加光电子到达A板的速度，光电流不变，故C错误；D．当光电管两端的电压不变，即光电子到达A板的速度不变，入射光越强，光子数越多，光电流越大，则光电流的大小与入射光束的光强有关，故D正确。本题选错误的，故选C。6．某发射星云可认为完全由氢原子构成，其发光机理可简化为：能量为12.09eV的紫外光子照射该星云时，会使其氢原子从基态跃迁到激发态，处于激发态的氢原子会辐射光子。氢原子能级图如图所示，部分颜色的可见光光子能量范围见下表，则观测到该星云的颜色是（）颜色红黄蓝紫能量范围（eV）1.62～1.992.07～2.202.78～2.902.90～3.11A．红色 B．黄色 C．蓝色 D．紫色【答案】A【解析】根据题意可知，此为大量氢原子跃迁的过程，而基态氢原子吸收紫外光子后发生跃迁，跃迁后的能量为可知跃迁后的氢原子处于能级，而跃迁后的氢原子并不稳定，会向外辐射光子，再次跃迁回基态，其跃迁方式可以从能级跃迁至能级，再由能级跃迁至能级，或直接由能级跃迁至能级，由此可知氢原子从能级向基态跃迁的过程中会辐射3种频率的光子。从能级跃迁至能级释放的能量为从能级跃迁至能级释放的能量由能级跃迁至能级释放的能量对比表中各种色光光子能量范围可知，从能级跃迁至能级时辐射的能量在红光光子能量范围内，其他两种跃迁所辐射的光子能量均不在所给色光光子能量范围内，因此，观测到该星云的颜色为红色。故选A。7．放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可达十几年。我国的火星探测车用放射性材料器作为燃料，其原理为发生衰变时将释放的能量转化为电能，衰变方程为，以和分别表示的电荷数和中子数，下列判断正确的是（）A．， B．，C．， D．，【答案】C【解析】根据质量数守恒和电荷守恒定律，可知的电荷数为92，质量数为234，电荷数等于质子数，质量数等于质子数加中子数，所以中子数为142，即，故选C。8．2023年12月7日，锦屏大设施正式投入科学运行，是我国又一项“国之重器”，其主要功能是为前沿物理科学研究提供不受宇宙射线影响的实验环境。当宇宙射线中的高能粒子撞击地球大气层中大气原子核时会产生二次粒子簇射．一宇宙射线中的粒子与大气中氮原子核发生作用的核反应方程为。下列说法中正确的是（

）A．该核反应为衰变 B．X粒子由汤姆孙发现C．该核反应中X为光子 D．该核反应电荷数守恒，质量数也守恒【答案】D【解析】AC．根据质量数守恒和电荷数守恒可知反应方程式中的X为，故AC错误；B．质子是由卢瑟福通过粒子轰击氮原子时发现的，而电子是由汤姆孙发现的，故B错误；D．核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒，故D正确。故选D。二、多选题9．用紫外光照射一种新型材料时，只产生动能和动量单一的相干电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，观测到相邻明条纹间距为Δx的干涉现象，普朗克常量为h，双缝到屏的距离为L，下列说法正确的是（）A．电子束的波长B．电子的动量C．仅减小照射光的波长，电子束形成的干涉条纹间距将变大D．与实物粒子相联系的波被称为德布罗意波，也叫做物质波【答案】BD【解析】A．根据双缝干涉条纹间距公式可得故A错误；B．电子的动量为故B正确；C．仅减小照射光的波长，电子束形成的干涉条纹间距将变小，故C错误；D．与实物粒子相联系的波被称为德布罗意波，也叫做物质波，故D正确。故选BD。10．如图所示为氢原子的能级图。大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时分别辐射出种不同频率的光子。已知，则（）A．一定等于2B．若，则可能有C．若大量氢原子从能级跃迁到基态发出的光有两种可使某金属发生光电效应，则大量氢原子从能级跃迁到基态发出的光可能有4种可使该金属发生光电效应D．一个处于能级的氢原子向基态跃迁，最多可辐射5种频率的光【答案】BC【解析】AB．根据大量氢原子从至能级向基态跃迁时分别能发出1、3、6、10、15、21种不同频率的光子，则有即，若则有，，故A错误，B正确；C．大量氢原子从能级跃迁到基态发出3种光，有两种可使某金属发生光电效应，则该金属的逸出功即则大量氢原子从能级跃迁到基态发出的光可能有4种可使该金属发生光电效应，故C正确；D．一个处于能级的氢原子向基态跃迁，最多可辐射4种频率的光，故D错误。故选BC。11．“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收波长为的光子从基态能级跃迁至激发态能级，然后自发辐射出波长为的光子，跃迁到“钟跃迁”的上能级，并在一定条件下跃迁到“钟跃迁”的下能级，并辐射出波长为的光子，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出波长为的光子回到基态。则（）A．该钟激光的光子的能量B．该钟激光的光子的动量C．该原子钟产生的钟激光的波长D．该钟激光可以让极限波长为的金属材料发生光电效应【答案】AB【解析】A．该钟激光的光子的能量为A正确；B．该钟激光的光子的动量为B正确；C．原子吸收波长为的光子从基态能级Ⅰ跃迁到激发态能级Ⅱ，则有且从激发态能级向下跃迁到基态的过程有联立可得C错误；D．由题意可知，该金属材料的极限频率为该钟激光的频率为由此可知，即不能让该金属材料发现光电效应，D错误。故选AB。12．下列对于原子及原子核结构