2023年高考物理二轮复习教案：近代物理（含解析）

专题12近代物理

【要点提炼】

L光电效应两条对应关系

(1)光越强(一定频率)一光子数目越多一发射光电子越多一饱和光电流越大。

(2)光子频率越高一光子能量越大一光电子的最大初动能越大。

2.光电效应定量分析时应抓住三个关系式

⑴爱因斯坦光电效应方程：Ek=hv-Woo

(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek=eU"

(3)逸出功与极限频率的关系：Wo=/zvco

3.玻尔理论的基本内容

能级假设：氢原子能级及=,〃=1,2,3,…)，〃为量子数。

跃迁假设：hv=Em-E=(m>n)o

轨道量子化假设：氢原子的电子轨道半径外=序n(“=1,2,3,…)，〃为量子数。

4.定态间的跃迁一满足能级差

⑴从低能级(〃小)跃迁到高能级(〃大)，吸收能量，hv=E"大

⑵从高能级(〃大)跃迁到低能级(〃小)，放出能量，hv=E"大

5.氢原子电离

(1)电离态：〃=8,E=Oa

⑵基态一电离态：E吸=0-Ei=O-(—13.6eV)=13.6eV。

n=2一电离态:E吸=0-E2=0—(—3.4eV)=3.4eVo

如果吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。

6.核反应方程的书写

(1)核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“一”表示方向而不能用等号代替。

(2)核反应方程遵循质量数守恒、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质

量亏损)且释放出核能。

(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来

写核反应方程。

7.核衰变问题

(1)核衰变规律：N余=机余=加原•(1丁。表示衰变时间，7■表示半衰期)，半衰

期由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关；是对大量原子核的行

为做出的统计规律，对少数原子核不适用。

(2)a衰变和P衰变次数的确定方法

方法一：由于B衰变不改变质量数，故可以先由质量数守恒确定a衰变的次数，再根据

电荷数守恒确定P衰变的次数。

方法二：设a衰变次数为x,B衰变次数为y,根据质量数守恒和电荷数守恒列方程组求

解。

8.核能的计算方法

(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘以真空中光速c的平方，即AE=A

mc2(J)o

(2)根据1原子质量单位(u而当于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AE=AmX93L5MeV/u。

(3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现的，则核反应过程中系统动能的增量即为

释放的核能。

【高考考向1光电效应能级跃迁】

命题角度1光电效应的分析及其规律的应用

例1.（2022•河北•高考真题）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压4与入射光频率

口的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克

常量瓦由图像可知（）

A.钠的逸出功为〃匕B,钠的截止频率为8.5xl（）MHz

C.图中直线的斜率为普朗克常量〃D,遏止电压4与入射光频率U成正比

【答案】A

【详解】A.根据遏止电压与最大初动能的关系有

根据电效应方程有

&^=如-叱）

当结合图像可知，当。。为。时，解得

叽=牝

A正确；

B.钠的截止频率为*根据图像可知，截止频率小于8.5X1OMHZ,B错误；

C.结合遏止电压与光电效应方程可解得

一呸

ee

可知，图中直线的斜率表示4h,c错误；

e

D.根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压a与入射光频率U成线性关系，不是成正比，D

错误。

故选Ao

反思归纳J光电效应的四类图象分析

由图线直接（或间接）得到的物理

图象名称图线形状

量

①极限频率：图线与V轴交点的

横坐标Vc

最大初动能Ek与入射光

②逸出功：图线与Ek轴交点的

频率V的关系图线:二

纵坐标的绝对值Wo=\-E\=E

③普朗克常量：图线的斜率左=

h

续表

图象名称图线形状由图线直接（或间接）得到的物理量

①遏止电压伉：图线与横轴交点

颜色相同、强度

I____强光（黄）的横坐标

，----弱光（黄）

不同的光，光电

幺

1.(U②饱和光电流/m：电流的最大值

流与电压的关系

③最大初动能：Ek=eUc

①遏止电压Ucl、Uc2

颜色不同的光，

一黄光

,二一蓝光②饱和光电流

光电流与电压的

a1％oLI

③最大初动能：Eki=eUci,Ek2=

关系

eUc2

①极限频率入：图线与横轴的交点

遏止电压Uc与入

的横坐标值

射光频率V的关

②逸出功Wo：Wo=hv

6LVc/Vc

系图线

③普朗克常量力：等于图线的斜率

与电子电荷量的乘积，即人=氏

:拓展训练】

1-1.（2022・江苏•高考真题）上海光源通过电子-光子散射使光子能量增加，光子能量增加后（）

A.频率减小B,波长减小C.动量减小D.速度减小

【答案】B

【详解】AB.根据E=如可知光子的能量增加后，光子的频率增加，又根据

可知光子波长减小，故A错误，B正确；

CD.根据

h

p=—

A

可知光子的动量增加；又因为光子质量不变，根据。3加可知光子速度增加，故C错误，D错误。

故选Bo

1-2.（2022•全国•高考真题）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6xlCf7m的

光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3x10”个。普朗克常量为扪=6.63x10一

34

J.soR约为（）

A.1xio2mB.3x102mC.6x102mD.9x102m

【答案】B

【详解】一个光子的能量为

E=hv

V为光的频率，光的波长与频率有以下关系

C=Av

光源每秒发出的光子的个数为

pPA

n=——=----

hvhe

尸为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距

离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3x101"个，那么此处的球面的表面积为

S=4TTR2

则

-=3xl014

联立以上各式解得

7?~3xio2m

故选Bo

命题角度2氢原子能级跃迁

例2.(2022•重庆•高考真题)如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53~2.76eV,紫

光光子的能量范围为若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激

2.76~3.10eVo

发氢原子的光子能量为()

V

〃e

8

554

40.85

30L.51

2

3.40

1------------------------13.60

A.10.20eVB.12.09eVC.12.75eVD.13.06eV

【答案】C

【详解)由题知使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知

从氢原子从〃=4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光(即从〃=4,跃迁到〃=2辐射蓝光)，则

需激发氢原子到n=4能级，则激发氢原子的光子能量为

\E=E4-E1=12.75eV

故选Co

反思归纳能级跃迁问题的四点注意

。n(n-1)

(D一群氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可辐射出N=Cl=―2一种不同频

率的光。

(2)一个氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可辐射出(〃-1)种不同频率的光。

(3)如果氢原子的跃迁是吸收实物粒子的动能发生的，只要其动能大于或等于两能级间的

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。

:拓展训练】

2.-1.（2022•浙江•高考真题）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于”=3的激发态，在向低能级跃迁时

放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（）

n£/eV

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

5----------------------0.54

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

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

2----------------------3.40

1---------------------13.6

A.逸出光电子的最大初动能为10.80eV

B.w=3跃迁到放出的光子动量最大

C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应

D.用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到H=4激发态

【答案）B

【详解】A.从w=3跃迁到n=l放出的光电子能量最大，根据

Ek=E-W0

可得此时最大初动能为

Ek=9.8eV

故A错误；

B.根据

hhv

p=—=—

Ac

E=hv

又因为从"=3跃迁到放出的光子能量最大，故可知动量最大，故B正确；

C.大量氢原子从"=3的激发态跃迁基态能放出C；=3种频率的光子，其中从〃=3跃迁到"=2放出的光

子能量为

AE,=3.4eV-1.51eV=1.89eV<2.29eV

不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；

D,由于从〃=3跃迁到〃=4能级需要吸收的光子能量为

AE=1.51eV-O.85eV=O.66eV丰O.85eV

所以用0.85eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到”=4激发态，故D错误。

故选Bo

2-2.（2022・北京・高考真题）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（）

A.放出光子，能量增加B,放出光子，能量减少

C.吸收光子，能量增加D.吸收光子，能量减少

【答案】B

【详解】氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，且放出光子的能量等于两能级之差，能

量戒少。

故选Bo

【高考考向2衰变核反应与核能的计算】

命题角度工衰变及核反应的深入理解与分析

例3.（2022,湖北•高考真题）上世纪四十年代初，我国科学家王逢昌先生首先提出证明中微子存在的实验

方案：如果静止原子核:Be俘获核外K层电子e,可生成一个新原子核X,并放出中微子“，即

:Be+_；e-X+卜，。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确

定中微子的存在。下列说法正确的是（）

A.原子核X是;LiB.核反应前后的总质子数不变

C.核反应前后总质量数不同D.中微子乙的电荷量与电子的相同

【答案】A

【详解】AC.根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7,电荷数为3,可知原子核X是:Li,A

正确、C错误；

B.由选项A可知，原子核X是:Li,则核反应方程为：Be+_；e一;Li+°ve,则反应前的总质子数为

4,反应后的总质子数为3,B错误；

D.中微子不带电，则中微子嗔的电荷量与电子的不相同，D错误。

故选Ao

反思归纳J明确“三个易错易混点”

（1）半衰期是统计规律，对少数原子核无意义。

（2）Y射线是伴随着a衰变和P衰变由新核跃迁而产生的能量形式。

（3）。射线不是核外电子组成的，而是核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子，电

子射出形成B射线。

:拓展训练】

3-1.（2022・全国•高考真题）两种放射性元素的半衰期分别为力和4,在f=0时刻这两种元素的原子核总

数为N,在t=时刻，尚未衰变的原子核总数为:，则在公牝时刻，尚未衰变的原子核总数为

（）

A.上B心C心D心

12986

【答案】C

【详解】根据题意设半衰期为%的元素原子核数为X另一种元素原子核数为"，依题意有

x+y=N

经历2%后有

11N

—x+—y=—

423

联立可得

x=—N2,y1=—N

33

在/=书。时，原子核数为X的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素经历了2个半衰期，则此时未

衰变的原子核总数为

11N

故选C。

3-2.（2022・辽宁・高考真题）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表

明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为X+窘Mg瞽Al,己知X、

%Mg、的质量分别为吗、叫、m3,真空中的光速为c,该反应中释放的能量为E。下列说法正确的

是（）

A.X为笊核;HB.X为炭核;H

C.E=（%+m,+〃4）。2D.£=（〃?]+〃4

【答案】D

【详解】AB.根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1,电荷数为1,为气核:H,AB错

误；

CD.根据质能方程可知，由于质量亏损核反应放出的能量为

22

E=Amc=(mA+m2—m3)c

C错误、D正确。

故选D。

3-3.（2022.浙江.高考真题）秦山核电站生产1C的核反应方程为i：N+：nf2C+X,其产物1C的衰变方

程为］C-i；N+』e。下列说法正确的是（）

A.X是;HB.1C可以用作示踪原子

C来自原子核外D.经过一个半衰期，10个2c将剩下5个

【答案】AB

【详解】A.根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质子数为1,中子数为1,即为;H,故A正确；

B.常用的示踪原子有：IC,1O,汨，故B正确；

C由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被释放出来，所以为来自原子核内，故

C错误

D.半衰期是一个统计规律，对于大量原子核衰变是成立的，个数较少时规律不成立，故D错误。

故选ABO

命题角度2核能的分析与计算

例4.（2022・浙江•高考真题）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约

6.9、10久\/\/小，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民

供热。下列说法正确的是（）

A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量

B,秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg

C.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度

D.反应堆中存在*U+-Ba+Kr+3：n的核反应

【答案】CD

【详解】A.秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量，故A错误；

B.原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为

6.9x10"x1000x3600

△m芸kg«27.6kg

c(3x108)2

核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6kg,故B错误；

C.核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，故C正确；

D.反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在

fBa+Kr+3jn的核反应，故D正确；

故选CDO

反思归纳)核能的理解与计算

(1)比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

(2)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

AE=Amc2(J)o

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,§PAE=AmX931.5(MeV)o

③如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现的，则核反应过程中系统动能的增量即为

释放的核能。

④根据平均结合能计算核能，原子核的结合能=平均结合能X核子数。

:拓展训练】

4-L(2022.青海,海东市第一中学二模)我国中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所有一座有

“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),2021年12月30日晚，这台装置创造了

一个世界之最——在7000万摄氏度的高温下实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，为人类开发利

用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于核聚变的说法正确的是()

A.核聚变比核裂变更清洁

B.核聚变过程中，质量、能量都不守恒

c.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加

D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能减少

【答案】A

【详解】A.核聚变的原料是氢元素，聚变后的产物是氮元素，相对于核裂变的原料铀元素来说更清洁，

A项正确；

B.核聚变的过程中质量不守恒，但能量守恒，B项错误；

CD,两个轻核发生聚变时释放能量，根据质能方程知，聚变后的质量会有亏损并以能量的形式释放出去

了，故聚变后质量会减小，核反应的生成物比反应物更稳定，核子的比结合能增加，CD项错误。

故选Ao

4-2.（2022•辽宁模拟预测）2021年5月28日，我国“人造太阳’’打破世界纪录，成功实现1.2亿摄氏

度运行101秒。其结构如图所示，在“人造太阳”周围，距“人造太阳”中心L处有半径均为厂的球面

形状（可近似为圆形）能量接收装置，“人造太阳”内部发生的笊-笳聚变的核反应方程为

+d；He+e；n,释放出的能量都转化为原子核的动能，最终被能量接收装置吸收并输出，经时间/

测得反应物的质量减少了△加，记光速为金则下列说法正确的是（）

球面能量

接收装置

-人造太阳

A.；He的比结合能比:H的小

B.方程中未知量满足。=2"

C.一次笊-笳聚变释放的能量为Amc?

D.单个接收装置对外输