近代物理-2025年广东高考物理复习专练（解析版）

重难点24近代物理

<1

圣爸题趋势

考点三年考情分析2025考向预测

高考对近代物理的考查涉及的考

(1)光电效应规律的应用；

点较多(如光电效应、能级跃迁、

(2)玻尔理论和能级跃迁；3年3考

原子核的衰变、核反应方程和核能

(3)衰变、核反应与核能的计算；广东卷[(2024,T2),(2023,

的计算等)，具有不确定性，考题可

(4)与近代物理相关的生活、科技问T1),(2022,T5)]

能根据某一考点命题，也可以同时

题.

涉及几个考点，题型为选择题。

重难诠释

◎

【情境解读】

普朗克黑体辐射理论，能量子e=hp

1.存在饱和电流

2.存在遏止电压

规律

3.存在截止频率

4.具有瞬时性

原

光

子

电

结光子说:光子的能量e=hv

效

构

应

和

-光电效应方程:LO

波E'-W

粒

二极限频率%=%

象h

性

康普顿效应:光子的动量p=g

A

卢瑟福的核式结构模型

原

子

结定态

构

玻尔的原子模型--跃迁山生

轨道

a衰变纪Y+：He

三种射线B衰变：/一＞4丫+上

天

然

放y辐射

射

现

象

原

子L半衰期

核

与

核

能卢瑟福发现质子当N+：HeT1O+；H

人

的

工

理

转

解

变

原

子

核

【高分技巧】

内容重要的规律、公式和二级结论

1.能量量子化、光电(1)普朗克提出能量子观点：£=加；爱因斯坦提出光子的

效应、光子、爱因斯观点：光子的能量〃V。

坦光电效应方程

(2)光电效应方程：Ek=hv-W0o

(3)光既有波动性又有粒子性；光的干涉、衍射、偏振说

明光具有波动性；光电效应、康普顿效应说明光具有粒子

2.光的波粒二象性、

性。

粒子的波粒二象性、

物质波(4)德布罗意指出：实物粒子也具有波动性；其波长4=*

(5)电子束衍射实验证实了电子的波动性。

(6)汤姆孙发现了电子，并粗略测出了电子的比荷；说明

3.电子的发现、电子

原子是可以再分的；电子电荷的精确测定是由密立根通过

比荷的测定

“油滴实验”完成的。

4.a粒子散射实验，(7)汤姆孙认为原子结构是“枣糕模型”。

原子的核式结构(8)卢瑟福的a粒子散射实验说明原子是核式结构模型。

(9)氢原子光谱是线状光谱，发光的波长是分立的，不连

续的。

5.氢原子光谱、氢原(10)玻尔的氢原子能级结构假说：电子轨道是量子化的；

子的能级结构原子的能量是量子化的；原子发光的能量由能级差决定：

hv=En—Emo

(11)一群处于n能级的原子跃迁时最多能产生©种光。

(12)贝克勒尔发现的天然放射性现象说明原子核是可再

6.原子核的组成

分的。

7.放射性、衰变、半(13)半衰期不随温度、压强和与其他元素化合而改变；半

衰期衰期具有统计意义，对几个原子核没有意义。

(14)结合能：核子结合成原子核所放出的能量。

(15)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，也叫平均

8.原子核的结合能、

结合能；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固。

质量亏损、爱因斯坦

(16)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之

质能方程

和。

2

(17)爱因斯坦质能方程：E=mco

限时提升练

◎

【考向一：光电效应及光的波粒二象性】

1.光电效应两条对应关系

(1)光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大。

(2)光照强度大(同种频率的光)一光子数目多一发射光电子多一光电流大。

2.定量分析时应抓住三个关系式

Ek=hv—

爱因斯坦光电效应方程

Wo

最大初动能与遏止电压的关系Ek=eUc

逸出功与截止频率的关系Wo=hvc

3.光电效应的四类图像分析

图像名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量

⑴截止频率：图线与V轴交点的横

最大初动能以与入坐标Vc

射光频率V的关系Vo\v⑵逸出功：图线与Ek轴交点的纵

图线坐标的绝对值W0=\~E\=E

(3)普朗克常量：图线的斜率左=力

Ek=hv—hvc

[/强光(黄)⑴遏止电压图线与横轴交点的

颜色相同、强度不

卜%|光(黄)横坐标

同的光，光电流与

⑵饱和光电流小：光电流的最大值

电压的关系

1⑶最大初动能：Ek=eUc

⑴遏止电压Ucl>Uc2,则V1>V2

IO2

颜色不同时，光电--1⑵饱和光电流

流与电压的关系（3）最大初动能Eki=eUci,Ek2=

U"U,2()U

eUc2

⑴截止频率外：图线与横轴的交点

遏止电压”与入射/的横坐标

光频率y的关系图L⑵普朗克常量加等于图线的斜率

线与电子电荷量的乘积,即h=ke（注:

%V此时两极之间接反向电压）

1.（2023广东省华南师大附中三模）如图所示为研究光电效应实验的电路图。初始时刻，滑动触头P在。点

左侧靠近。点某位置；用一定强度的绿光照射光电管K极，当闭合开关后，微安表的示数不为0,则在

P向6端移动的过程中（）

A.微安表的示数一定不断增大

B.微安表的示数可能为零

C.到达A极的光电子动能不断增大

D.K极逸出的光电子的最大初动能不断增大

答案C

解析在P向6端移动的过程中，在到达。点之前，A极电势低于K极电势，随着P靠近O,电场力

做的负功越来越少，微安表的示数增大；过了。点之后，A极电势高于K极电势，电场力对光电子做

正功，微安表的示数增大，当达到饱和电流后微安表的示数不再增大，A、B错误；A极电势逐渐升高,

P到达。点前电场力对光电子做的负功减小，过了。点后电场力对光电子做的正功逐渐增大，根据动能

定理可知到达A极的光电子动能不断增大，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek=〃v—Wo,可知K

极逸出的光电子的最大初动能不变，D错误。

2.（2024广东广州市测试）如图，放映电影时，强光照在胶片上，一方面，将胶片上的“影”投到屏幕上；另

一方面，通过声道后的光照在光电管上，随即产生光电流，喇叭发出与画面同步的声音。电影实现声音

与影像同步，主要应用了光电效应的下列哪一条规律（）

A.光电效应的发生时间极短，光停止照射，光电效应立即停止

B.入射光的频率必须大于等于金属的截止频率，光电效应才能发生

C.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大

D.当入射光的频率大于截止频率时，光电流的大小随入射光的强度增大而增大

答案A

解析电影实现声音与影像同步，主要应用了光电效应中的规律是：光电效应的发生时间极短，光停止

照射，光电效应立即停止，依据该原理实现声音与影像同步，故选A。

3.（多选）（2023广东省深圳中学三模汝口图为光电倍增管的原理图，管内由一个阴极K、一个阳极A和K、

A间若干对倍增电极构成。使用时在阴极K、各倍增电极和阳极A间加上电压，使阴极K、各倍增电极

到阳极A的电势依次升高。当满足一定条件的光照射阴极K时，就会有光电子射出，在加速电场作用

下，光电子以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，将动能转移给其他电子，从而激发出更多电子，最

后阳极A收集到的电子数比最初从阴极发射的光电子数增加了很多倍。下列说法正确的有（）

第一倍增极D1第三倍增极D；,阴极A

A.光电倍增管适用于所有频率的光

B.保持入射光不变，增大各级间电压，阳极收集到的电子数可能增多

C.保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光强度可能影响阳极收集到的电子数

D.分别用蓝光和紫光照射阴极，均逸出光电子，蓝光和紫光照射逸出的光电子的动能可能相等

答案BCD

解析光电倍增管工作时，入射光照射在阴极K上发生光电效应，即要求入射光的频率不低于阴极K

的截止频率，所以光电倍增管并不适用于所有频率的光，故A错误；

保持入射光不变，增大各级间电压，撞击各极的电子动能增大，从而可能激发出更多的电子，使阳极收

集到的电子数增多，故B正确；

保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光强度，阴极K单位时间内发射的光电子数增多，可能使

第一倍增极被激发出的电子增多，从而最终影响阳极收集到的电子数，故C正确；

分别用蓝光和紫光照射阴极，均逸出光电子，根据光电效应方程&m=M-Wo可知，由于蓝光和紫光频

率不同，所以逸出的光电子的最大初动能一定不等，但动能可能相等，故D正确。

4.（2023广东汕头市金南实验学校三模）如图甲所示,阴极K受到光照时能发射光电子。电源的正负极可以

对调，闭合开关后，电路中形成光电流。用蓝光、弱黄光、强黄光分别照射阴极K,形成的光电流与电

压的关系图像如图乙所示，则小b、c光依次为（)

A.蓝光、弱黄光、强黄光

B.弱黄光、蓝光、强黄光

C.强黄光、蓝光、弱黄光

D.蓝光、强黄光、弱黄光

答案C

解析根据光电效应方程Ekm=/!V—卬0

结合E^=eUc,可得可知频率较大的光，遏止电压大，蓝光的频率大于黄光的频率，可

知6光为蓝光，根据光照强度越大，饱和电流越大，可知。光为强黄光，则c光为弱黄光，故选C。

5.（2023广东珠海市第三中学月考）用如图电路研究光电管的特性，入射光频率为v,U为光电管K、A两

极间的电势差，取A端电势高时为正值。若光电管K极材料的截止频率为先,普朗克常量为/?,电子电

荷量为e,则在U-v坐标系中，阴影部分表示能产生光电流的U和v取值范围，下列阴影标识完全正

确的是（）

hvc

e

OV

AB

hvc

e

o

答案A

hh

解析根据动能定理有一eU=&，根据光电效应方程有Ek=hv-W0=hv—hvc,所以U=—/+7c。当

入射光的频率大于等于截止频率时，才可以发生光电效应，故选A。

【考向二：原子结构及能级跃迁】

1.自发跃迁：高能级一低能级，释放能量，发出光子。

J.L.E高E低

光子的频率^=~^=―—°

2.受激跃迁：低能级一高能级，吸收能量。

(1)光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差AEo

(2)碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E疟AE。

(3)原子从某一能级电离时，所吸收的能量可以大于或等于这一能级能量的绝对值，剩余能

量为自由电子的动能。

3.一个和一群氢原子跃迁的区别

(1)一个处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-lo

(2)一群处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。

①用数学中的组合知识求解：N=%=-%。

②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。

6.(多选)(2023广东清远市期末)“北斗三号”采用星载氢原子钟，通过氢原子的能级跃迁而产生的电磁波校

准时钟。氢原子的部分能级结构如图所示，贝女)

nE/eV

8------------------0

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

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

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

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

A.氢原子的核外电子在离原子核较近的地方出现的概率较小

B.用11eV的光子照射，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态

C.用4eV的光子照射处于w=2激发态的氢原子，可以使之电离

D.氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大

答案CD

解析氢原子的核外电子在离原子核近的地方出现的概率大，A错误；

让基态的氢原子跃迁到激发态，至少需要的能量是AE=&-Ei=-3.4eV-(—13.6eV)=10.2eV

或者A£=E3-EI=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV

则11eV不满足两能级间的差值，不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态，B错误；

若使处于〃=2激发态的氢原子电离，光子的能量至少为3.4eV,用4eV的光子照射，可以使之电离，

C正确；

氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子运动到离原子核更远的地方，动能减小，原子的电势能增大，

D正确。

7.(2024广东汕头市金禧中学测试)现已知金属锥的逸出功为L88eV,氢原子能级图如图所示，下列说法

正确的是()

nE

8-----------0

5-------------------0.54eV

4-------------------0.85eV

3------------------1.51eV

2-------------3.4eV

113.6eV

A.大量处于«=4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出3种频率的光子

B.一个处于咒=3能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出3种频率的光子

C.氢原子从”=3能级跃迁到〃=2能级过程中辐射出的光子不能使金属钠发生光电效应

D.大量处于”=2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光照射金属葩，产生的光电子最大初动能为

8.32eV

答案D

解析大量处于w=4能级的氢原子跃迁最多可释放的光子频率种类为&=6,故A错误；一个处于〃

=3能级的氢原子最多可以释放的光子频率种类为3—1=2,故B错误；从〃=3能级跃迁到〃=2能级

过程中，辐射出的光子能量为AE=-L51eV-(-3.4eV)=1.89eV>1.88eV,故其辐射出的光子可以使

金属钠发生光电效应，故C错误；从〃=2能级的氢原子跃迁到基态，辐射出的光子能量为加=-3.4eV

-(-13.6eV)=10.2eV,根据光电效应方程有反=切一版=8.32eV,故D正确。

8.(2024湖南模拟预测)原子钟通过氢原子能级跃迁而产生的电磁波校准时钟，已运用于中国的北斗导航

系统中，对导航精度的提高起到了很大的作用。氢原子能级示意图如图4所示，则下列说法正确的是

nE/eV

8------------0

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

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

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

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

A.用10.3eV的光子照射处于基态的氢原子可以使处于基态的氢原子发生跃迁

B.一个处于w=4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射出6种不同频率的光子

C.现用光子能量介于10.0~12.75eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，在照射光中可能被处于

基态的氢原子吸收的光子能量只有4种

D.用氢原子从〃=4能级跃迁到“=1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34eV的金属粕所产生的光电子

的最大初动能为6.41eV

答案D

解析若10.3eV的光子照射处于基态的氢原子后能被氢原子吸收，则此时氢原子的能量值E=—13.6eV

+10.3eV=-3.3eV,由能级图可知，氢原子没有该能级，所以10.3eV的光子不可以使处于基态的氢

原子发生跃迁，A错误；一个处于”=4能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光

子，B错误；由能级图可知，用10.0〜12.75eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，在照射光中

可能被吸收的光子能量只有3种，C错误；氢原子从”=4能级跃迁到n=l能级辐射出的光子的能量£41

=E4-£I=-0.85eV-（-13.6eV）=12.75eV,由光电效应方程有Ek=%v—Wo=12.75eV-6.34eV=6.41

eV,D正确。

9.（20234江苏扬州市期末）如图所示为氢原子的能级图，现有大量的氢原子处于〃=3的激发态，当氢原子

从"=3能级跃迁到"=2能级时，辐射出光子a；当氢原子从"=3能级跃迁到〃=1能级时，辐射出光

子6,下列说法正确的是（）

"

8E/eV

5&0.54

4

-0.85

-1.51

—3.4

A.由于跃迁所发射的光谱线仅有2条

B.光子a的能量大于光子b的能量

C.光子a的动量小于光子b的动量

D.用光子能量为0.7eV的光照射可被吸收

答案c

解析因为有大量处于W=3激发态的氢原子，跃迁时能释放c5=3种不同频率的光子，则跃迁所发射

的光谱线有3条，故A错误；由题意知，当氢原子从n=3能级跃迁到"=2能级时，辐射出光子a的能

量为£=E3—E2=L89eV,当氢原子从〃=3能级跃迁到九=1能级时，辐射出光子6的能量为d=£3—

Ei=12.09eV,所以光子。的能量小于光子b的能量，故B错误；由光子能量£=麻=牛可知，光子。

的波长大于光子。的波长，又由p=^可知，光子。的动量小于光子。的动量，故C正确；因为氢原子

向高能级跃迁时吸收能量为两能级之差，经分析知用光子能量为0.7eV的光照射不能被吸收，故D错

误。

10.（2024梅州质检）如图所示为关于近代物理学的图像，下列说法中正确的有（）

金箔

-4a粒子发生器

,

狭

缝

丙

H

E/eV

0

QO5-0.54

4-0.85

3-1.51

2-3.40

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

T

A.如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值

向波长较长方向移动

B.如图乙所示，发生光电效应时，入射光光强越强，光电子的最大初动能也就越大

C.如图丙所示，a粒子散射实验中，a粒子与金原子中的原子核碰撞可能会发生大角度偏转

D.如图丁所示，大量氢原子处于n=4的激发态，跃迁过程中可能释放出6种频率的光子，其中

从"=4的能级跃迁到〃=3能级辐射的光子波长最长

答案CD

解析如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大

值向波长较短方向移动，故A错误；如图乙所示，发生光电效应时，电子的最大初动能与入射光频率

有关，故B错误；如图丙所示，a粒子散射实验中，a粒子与金原子中的原子核碰撞可能会发生大角度

偏转，故C正确；如图丁所示，大量氢原子处于〃=4的激发态，跃迁过程中可能释放出奇=6种频

率的光子，其中从"=4的能级跃迁到〃=3能级辐射的光子能量最小，频率最小，波长最长，故D正

确.

【考向三：核反应与核能】

1.核衰变问题

(1)核衰变规律：》1=e¥»10,N=(需No。

(2)a衰变和P衰变次数的确定方法

①方法一：由于P衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定a衰变的次数，再根据

电荷数守恒确定P衰变的次数。

②方法二：设a衰变次数为x,口衰变次数为y,根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。

2.核能的计算方法

(1)根据AE=Anzc2计算，其中Am的单位是“kg"，\E的单位是“J”。

(2)根据AE=Amx93L5(MeV)计算，其中Am的单位是“u”，AE的单位是“MeV”。

(3)根据核子、比结合能计算，原子核的结合能=原子核的比结合能x核子数。核反应中反

应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核

反应所释放(或吸收)的核能。

(4)如果核反应时释放的核能全部以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增加量即为

释放的核能。

11.(2023广东梅州市二模)据国家航天局探月与航天工程中心消息，嫦娥四号任务“玉兔二号”月球车和着陆

器分别于2022年7月5日和7月6日完成休眠设置，完成第44月昼工作，进入第44月夜休眠。月球

车采用同位素避Pu电池为其保暖供电，2贾Pu是人工放射性元素，可用他Np吸收一个中子得到。2就pu

衰变时只放出a射线，其半衰期为88年，则下列说法正确的是()

A.1000个2窗Pu原子核经过88年后剩余500个

B.用矍Np得至招汩u的核反应方程为喇Np+山，黄Pu

C用4Np吸收一个中子得到2韶Pu时，还要释放一个电子

D.月球昼夜温差是310℃左右，2簧Pu在白天衰变速度比夜晚快

答案c

解析半衰期是统计规律，对大量原子核适用，对少量原子核不适用，故A错误；根据质量数守恒和

电荷数守恒，2各Np吸收一个中子后还应释放一个电子才能得到嚼Pu,核反应方程为相Np+8n-2黄pu

+-?e,故B错误，C正确；半衰期是由原子核内部自身的因素决定的，和环境无关，故D错误。

12.（2023广东湛江一模）实现核能电池的小型化、安全可控化一直是人们的目标。现在有一种“旅电池”，它

的体积比一元硬币还要小，有的心脏起搏器就是使用“瓶电池”供电，使用寿命长达20年。已知旅核的衰

变方程为汨-2He+，e+Te，其中£是质量可忽略不计的中性粒子，笳核的半衰期为12.5年。设反应

前汨的质量为相1,反应后9He的质量为根2,Le的质量为相3,光在真空中的传播速度为c。下列说法

正确的是（）

A.Z=2,A=3,原子核衰变时电荷数和质量数都守恒

B.100个田经过25年后一定还剩余25个

c.汨发生的是。衰变，B射线的穿透能力最强

D.该衰变过程释放的能量为（〃及+优3—加1）（?

答案A

解析根据原子核衰变时质量数与电荷数守恒可得3=0+A,1=Z-1,解得4=3,Z=2,由此可知怕

发生的衰变为0衰变，B射线的穿透能力不是最强，故A正确，C错误；由于半衰期是一种统计规律,

对少量的原子核不适用，故B错误；根据AE=Amc2可知，该衰变过程释放的能量为（如一如一侬）落

故D错误。

13.太阳目前处于主序星阶段，氢燃烧殆尽后将发生氢闪，进入红巨星阶段，“氢闪”是氢（eq\o\al（4,2）He）的

聚变变成碳的过程，2担e-汨e,汨e极不稳定，短时间再结合一个氢变成碳的过程：汨e+如