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專題五近代物理初步 高考定位 1 考查內(nèi)容 1 光電效應 方程 最大初動能 逸出功 2 原子結(jié)構(gòu) 氫原子光譜 氫原子能級躍遷 3 天然放射現(xiàn)象 原子核的組成 衰變 半衰期 核反應方程 質(zhì)能方程 2 題型 難度高考對本專題的考查形式為選擇題或填空題 且每年必考難度中檔 1 多選 在光電效應試驗中 分別用頻率為 a b的單色光a b照射到同種金屬上 測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb h為普朗克常量 下列說法正確是A 若 a b 則一定有Ua UbB 若 a b 則一定有Eka KkbC 若Ua Ub 則一定有Eka EkbD 若 a b 則一定有h a Eka h b Ekb 解析由愛因斯坦光電效應方程Ekm h W 由動能定理可得 Ekm eU 所以當 a b時 Ua Ub Eka Ekb 故A錯誤 B正確 若Ua Ub 則一定有Eka Ekb 故C正確 由光電效應方程可得 金屬的逸出功W h a Ekb 故D錯誤 答案BC 2 如圖5 1所示 我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機構(gòu)認證 這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻 下列核反應方程中屬于聚變反應的是 圖5 1 答案A 答案B 答案B 必記要點 1 光電效應的實驗規(guī)律 1 每種金屬都有一個極限頻率 入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應 2 光電子的最大初動能與入射光的強度無關 只隨入射光頻率的增大而增大 考點一光電效應 3 由Ek 圖象 如圖5 2 可以得到的信息 圖5 2 1 極限頻率 圖線與 軸交點的橫坐標 c 2 逸出功 圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值E W0 3 普朗克常量 圖線的斜率k h 4 由I U圖象 如圖5 3 可以得到的信息 圖5 3 1 遏止電壓Uc 圖線與橫軸的交點的絕對值 2 飽和光電流Im 電流的最大值 3 最大初動能 Ek eUc 例1 多選 2018 安徽江淮十校聯(lián)考 如圖5 4所示 將鋅板與一驗電器相連 用頻率為 的紫外線照射鋅板 去掉光源后 驗電器指針保持一定偏角 下列判斷中正確的是 圖5 4 A 用一帶負電 帶電荷量較少 的金屬小球與鋅板接觸 則驗電器指針偏角將減小B 使驗電器指針回到零后 改用強度更大的紫外線照射鋅板 驗電器指針偏角將比原來大C 使驗電器指針回到零后 改用紅外線照射鋅板 只要強度足夠大 驗電器指針也會偏轉(zhuǎn)D 若用頻率為 的紫外線照射鋅板 產(chǎn)生的光電子最大初動能為Ek 則改以頻率為2 的紫外線照射 光電子的最大初動能為2Ek 審題探究 1 驗電器與鋅板所帶電荷的電性相同 2 光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大 但并非成正比 解析 用紫外線照射鋅板 鋅板產(chǎn)生光電效應 光電子射出后 鋅板帶正電 用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸 則驗電器指針偏角將減小 故選項A正確 紫外線的光強度越大 單位時間從鋅板發(fā)射的光電子數(shù)越多 鋅板和驗電器所帶正電荷越多 驗電器指針偏角越大 故選項B正確 紅外線的頻率小于鋅板極限頻率 無論紅外線光強多大 鋅板都不會發(fā)生光電效應 故選項C錯誤 由愛因斯坦光電效應方程Ek h W0 Ek2 2h W0 則Ek2 2Ek Ek2 Ek h 故選項D錯誤 答案 AB 題組訓練 1 光電效應產(chǎn)生的條件 用一束紫外線照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應 可能使該金屬發(fā)生光電效應的措施是A 改用頻率更小的紫外線照射B 改用X射線照射C 改用強度更大的原紫外線照射D 延長原紫外線的照射時間 解析某種金屬能否發(fā)生光電效應取決于入射光的頻率 與入射光的強度和照射時間無關 不能發(fā)生光電效應 說明入射光的頻率小于金屬的極限頻率 所以要使金屬發(fā)生光電效應 應增大入射光的頻率 X射線的頻率比紫外線頻率高 所以本題答案為B 答案B 2 多選 光電效應的規(guī)律 現(xiàn)用某一光電管進行光電效應實驗 當用某一頻率的光入射時 有光電流產(chǎn)生 下列說法正確的是A 保持入射光的頻率不變 入射光的光強變大 飽和光電流變大B 入射光的頻率變高 飽和光電流變大C 入射光的頻率變高 光電子的最大初動能變大D 保持入射光的光強不變 不斷減小入射光的頻率 始終有光電流產(chǎn)生E 遏止電壓的大小與入射光的頻率有關 與入射光的光強無關 解析根據(jù)光電效應實驗得出的結(jié)論 保持入射光的頻率不變 入射光的光強變大 飽和光電流變大 故A正確 B錯誤 根據(jù)愛因斯坦光電效應方程得 入射光的頻率變高 光電子的最大初動能變大 故C正確 遏止電壓的大小與入射光的頻率有關 與入射光的光強無關 保持入射光的光強不變 不斷減小入射光的頻率 若低于截止頻率 則沒有光電流產(chǎn)生 故D錯誤 E正確 答案ACE 3 多選 光電效應方程的應用 用如圖5 5所示的裝置研究光電效應現(xiàn)象 所用光子能量為2 75eV的光照射到光電管上時發(fā)生了光電效應 電流表G的示數(shù)不為零 移動變阻器的觸頭c 發(fā)現(xiàn)當電壓表的示數(shù)大于或等于1 7V時 電流表示數(shù)為0 則下列說法正確的是 圖5 5 A 光電子的最大初動能始終為1 05eVB 開關S斷開后 電流表G中有電流流過C 當滑動觸頭向a端滑動時 反向電壓增大 電流增大D 改用能量為2 5eV的光子照射 移動變阻器的觸頭c 電流表G中也可能有電流 解析該裝置所加的電壓為反向電壓 發(fā)現(xiàn)當電壓表的示數(shù)大于或等于1 7V時 電流表示數(shù)為0 可知光電子的最大初動能為1 7eV 根據(jù)光電效應方程Ekm h W0 得W0 1 05eV 故選項A錯誤 開關S斷開后 用光子能量為2 75eV的光照射到光電管上時發(fā)生了光電效應 有光電子逸出 則有電流流過電流表 故選項B正確 當滑動觸頭向a端滑動時 反向電壓增大 則到達中心電極的電子的數(shù)目減少 電流減小 故選項C錯誤 改用能量為2 5eV的光子照射 2 5eV大于1 05eV 仍然可以發(fā)生光電效應 移動變阻器的觸頭c 電流表G中可能有電流 故選項D正確 答案BD 必記要點 1 粒子散射實驗 絕大多數(shù) 粒子穿過金箔后 基本上仍沿原來的方向前進 但有少數(shù) 粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)的 粒子散射實驗的分析圖角度甚至大于90 也就是說它們幾乎被 撞了回來 如圖5 6所示 考點二原子的核式結(jié)構(gòu) 玻爾理論 圖5 6 2 原子的核式結(jié)構(gòu)模型 原子中帶正電部分的體積很小 但幾乎占有全部質(zhì)量 電子在正電體的外面運動 3 氫原子光譜 1 光譜分類 圖5 7 5 氫原子的能級圖能級圖如圖5 8所示 圖5 8 題組訓練 1 多選 粒子散射實驗 如圖5 9所示為盧瑟福和他的同事們做 粒子散射實驗裝置的示意圖 熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A B C D四個位置時觀察到的現(xiàn)象 下述說法中正確的是 圖5 9 A 放在A位置時 相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B 放在B位置時 相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時稍少些C 放在C D位置時 屏上觀察不到閃光D 放在D位置時 屏上仍能觀察到一些閃光 但次數(shù)極少答案AD 2 氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為 1 從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為 2 已知普朗克常量為h 若氫原子從能級k躍遷到能級m 則A 吸收光子的能量為h 1 h 2B 輻射光子的能量為h 1 h 2C 吸收光子的能量為h 2 h 1D 輻射光子的能量為h 2 h 1 解析由題意可知 Em En h 1 Ek En h 2 因為紫光的頻率大于紅光的頻率 所以 2 1 即k能級的能量大于m能級的能量 氫原子從能級k躍遷到能級m時向外輻射能量 其值為Ek Em h 2 h 1 故只有D項正確 答案D 3 多選 2018 山東 氫原子能級如圖5 10 當氫原子從n 3躍遷到n 2的能級時 輻射光的波長為656nm 以下判斷正確的是 圖5 10 A 氫原子從n 2躍遷到n 1的能級時 輻射光的波長大于656nmB 用波長為325nm的光照射 可使氫原子從n 1躍遷到n 2的能級C 一群處于n 3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線D 用波長為633nm的光照射 不能使氫原子從n 2躍遷到n 3的能級 解析能級間躍遷輻射的光子能量等于兩能級間的能級差 能級差越大 輻射的光子頻率越大 波長越小 A錯誤 由Em En h 可知 B錯誤 D正確 根據(jù)C 3可知 輻射的光子頻率最多有3種 C正確 答案CD 4 多選 氫原子的能級躍遷 如圖5 11所示 為氫原子的能級圖 現(xiàn)有大量處于n 3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷 下列說法正確的是 圖5 11 A 這些氫原子總共可輻射出三種不同頻率的光B 氫原子由n 3躍遷到n 2產(chǎn)生的光頻率最大C 這些氫原子躍遷時輻射出光子能量的最大值為10 2eVD 氫原子由n 3躍遷到n 1產(chǎn)生的光照射逸出功為6 34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應E 氫原子由n 3躍遷到n 1產(chǎn)生的光波長最短 解析大量處于n 3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷 總共可輻射出三種不同頻率的光 氫原子由n 3躍遷到n 2產(chǎn)生的光頻率最小 躍遷到n 1產(chǎn)生的光頻率最大 波長最短 選項A E正確 B錯誤 當從n 3能級躍遷到n 1能級時輻射出光子能量最大 這些氫原子躍遷時輻射出光子能量的最大值為 1 51eV 13 6eV 12 09eV 照射逸出功為6 34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應 選項C錯誤 D正確 答案ADE 考點三原子核的衰變 核反應方程 2 半衰期 1 定義 放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間 2 影響因素 放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的 跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系 解析A項屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變 B項屬于 衰變 C項屬于聚變反應 D項屬于 衰變 答案B 答案ABE 解析設X的質(zhì)子數(shù)為m 質(zhì)量數(shù)為n 則有4 2 m 6 9 4 12 n 所以m 0 n 1 即X為中子 故A B C錯誤 D正確 答案D 4 核反應方程的書寫與反應類型的判斷 在下列描述核過程的方程中 屬于 衰變的是 屬于 衰變的是 屬于裂變的是 屬于聚變的是 填正確答案標號 解析 衰變是原子核自發(fā)地放射出 粒子的核衰變過程 選C 衰變是原子核自發(fā)地放射出 粒子的核衰變過程 選A B 重核裂變選E 輕核聚變選F 答案CABEF 必記要點 核能的理解與計算1 比結(jié)合能越大 原子核結(jié)合的越牢固 2 到目前為止 核能發(fā)電還只停留在利用裂變核能發(fā)電 考點四核能 答案 1 4090 2 8 1 1013J A 質(zhì)量虧損為 m 235 0439 1 0087 89 9077 135 9072 uB 質(zhì)量虧損為 m 235 0439 1 0087 89 9077 135 9072 10 1 0087 uC 釋放的總能量為 E 235 0439 1 0087 89 9077 135 9072 10 1 0087 3 108 2JD 釋放的總能量為 E 235 0439 1 0087 89 9077 135 9072 10 1 0087 931 5MeV 解析計算虧損質(zhì)量時要用反應前的總質(zhì)量減去反應后的總質(zhì)量 二者之差可用u或kg作單位 故A錯 B對 質(zhì)量單位為u時 可直接用 1u的虧損放出能量931 5MeV 計算總能量 故D對 當質(zhì)量單位為kg時 直接乘以 3 0 108 2 總能量單位才是J 故C錯 答案BD 2 多選 結(jié)合能 如圖5 12所示是原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關系圖象 下列說法中正確的是 圖5 12 A 若原子核D和E結(jié)合成F 結(jié)合過程一定會吸收核能B 若原子核D和E結(jié)合成F 結(jié)合過程一定會釋放核能C 若原子核A分裂成B和C 分裂過程一定會吸收核能D 在核反應堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應速度 解析原子核D和E結(jié)合成F 有質(zhì)量虧損 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 有能量釋放 故選項A錯誤 B正確 若原子核A分裂成B和C 也有質(zhì)量虧損 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 有能量釋放 故選項C錯誤 在核反應堆的鈾棒之間插入鎘棒 用鎘棒來吸收中子控制核反應速度 選項D正確 答案BD 答案BD