高考物理专题11 近代物理初步讲解析版.docx

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高考物理专题11近代物理初步讲解析版

专题十一近代物理初步

高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方向：

①原子的能级跃迁；②原子核的衰变规律；③核反应方程的书写；④质量亏损和核能的计算；⑤原子物理部分的物理学史和α、β、γ三种射线的特点及应用等．

选修命题会涉及有关原子、原子核或量子理论、动量问题，且动量问题一般以计算题的形式，其它问题则以填空或选择性填空形式出现．

知识点一、原子结构模型

项目

内容

汤姆生模型

实验基础,电子的发现

内容:

原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球内,电子像枣糕里的枣子样镶嵌在原子里面

核式结构

实验基础：

α粒子散射实验

内容:

（1）原子的中心有一个很小的核,它集中了全部正电荷和几乎所有质量;

（2）电子绕核运动

玻尔模型

轨道量子化:

核外电子只能在一些分立的轨道上运动,rn＝n2r1（n＝1、2、3…）

能量量子化:

原子只能处于一系列不连续的能量状态中,En＝E1（n＝1、2、3…）

跃迁:

原子从一个定态跃迁至另一个定态时辐射或吸收能量,hν＝Em－En

特别提醒:

（1）原子的跃过条件:

hν＝E初－E终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况．

（2）至于实物粒子和原子碰撞情况,由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差,也可以使原子受激发而向较高能级跃迁.

知识点二、原子核的变化

1．几种变化方式的比较

项目

内容

衰变

α衰变:

放出α粒子,是速度约为0.1c的氦核,贯穿本领最弱,电离作用最强

β衰变:

放出β粒子,是速度约为0.99c的电子,贯穿本领较强,电离作用较弱

衰变

γ衰变：

放出γ光子，贯穿本领最强，电离作用最弱

规律：

经一个半衰期质量减半，m＝m0（）t/τ

重核

裂变

原料:

铀U,用慢中子打击时发生链式反应

反应条件:

（1）铀浓度足够大；

（2）体积大于临界体积

轻核

聚变

反应方程:

H＋H→He＋n

反应条件:

温度达到几百万度

2.各种放射线性质的比较

3.三种射线在电磁场中的偏转情况比较

图13－1

如图13－1所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：

在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线．如图13－1丙图中γ肯定打在O点；如果α也打在O点，则β必打在O点下方；如果β也打在O点，则α必打在O点下方．

知识点三、核力与质能方程的理解

1．核力的特点

（1）核力是强相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力远大于库仑力．

（2）核力是短程力,作用范围在1.5×10－15m之内.

（3）每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性.

2．质能方程E＝mc2的理解

（1）质量数与质量是两个不同的概念.核反应中质量数、电荷数都守恒,但核反应中依然有质量亏损.

（2）核反应中的质量亏损,并不是这部分质量消失或质量转化为能量,质量亏损也不是核子个数的减少,核反应中核子的个数是不变的.

（3）质量亏损不是否定了质量守恒定律，生成的γ射线虽然静质量为零，但动质量不为零，且亏损的质量以能量的形式辐射出去．

特别提醒：

在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，质量不守恒，核反应中核能的大小取决于质量亏损的多少，即ΔE＝Δmc2.

高频考点一　原子结构　氢原子光谱

例1．图示为氢原子能级图以及从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线，已知从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的波长为656nm，下列叙述正确的有（　　）

A．四条谱线中频率最大的是Hδ

B．用633nm的光照射能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级

C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线

D．如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，Hβ也可以使该金属发生光电效应

【答案】AC　

【解析】频率最大的光子对应的能量最大，即跃迁时能量差最大，故从n＝6跃迁到n＝2的频率最大，选项A正确；原子跃迁过程中，吸收光子的能量应刚好等于两能级的能量差，选项B错误；从n＝3向低能级跃迁时，可以是从3→2、2→1或者是3→1，即有三种频率不同的光子，选项C正确；光电效应与光照的时间无关，Hδ光子的能量最大，故其他光子不一定可以使该金属产生光电效应，选项D错误．

【变式探究】下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是（　　）

A．γ射线是高速运动的电子流

B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大

C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变

D.Bi的半衰期是5天，100克Bi经过10天后还剩下50克

【解析】γ射线是光子流，故A错误；氢原子辐射光子后，由高能级向低能级跃迁，半径减小，绕核运动的动能增大，故B正确；太阳辐射能量主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故C错误；100克Bi经过10天即2个半衰期还剩下×100克＝25克，故D错误．

【答案】B

【变式探究】（多选）下列说法正确的是（　　）

A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立

B．可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施

C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转

D．观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同

【解析】玻尔对氢原子光谱的研究完善了核式结构模型，选项A错误；紫外线有荧光效应，故B选项正确；天然放射现象中的γ射线不带电，在电场或磁场中不发生偏转，选项C错误；观察者与波源互相远离，由多普勒效应可知接收到的频率变小，故选项D正确．

【答案】BD

高频考点二　天然放射现象　核反应　核能

例2．（2019·天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。

下列关于聚变的说法正确的是（）

A．核聚变比核裂变更为安全、清洁

B．任何两个原子核都可以发生聚变

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，核子的比结合能增加

【答案】AD

【解析】核聚变的最终产物时氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确。

【变式探究】一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为U→Th＋He.下列说法正确的是（　　）

A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能

B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小

C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间

D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量

【答案】B　

【解析】衰变过程遵守动量守恒定律，故选项A错，选项B对．根据半衰期的定义，可知选项C错．α衰变释放核能，有质量亏损，故选项D错．

【变式探究】（多选）关于天然放射性，下列说法正确的是________．

A．所有元素都可能发生衰变

B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关

C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性

D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强

E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线

【解析】原子序数大于或等于83的元素，都能发生衰变，而原子序数小于83的部分元素能发生衰变，故A错；放射性元素的衰变是原子核内部结构的变化，与核外电子的得失及环境温度无关，故B、C项正确；在α、β、γ三种射线中，α、β为带电粒子，穿透本领较弱，γ射线不带电，具有较强的穿透本领，故D项正确；一个原子核不能同时发生α和β衰变，故E项错误．

【答案】BCD

高频考点三光电效应

例3．（2019·天津卷）如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。

由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是（）

【答案】C

【解析】由光电效应的方程，动能定理，两式联立可得，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率，则可知三种光的折射率的关系为，因此光穿过三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误。

【变式探究】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

B．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb

C．若Ua

D．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb

【答案】BC　

【解析】光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝Ek，根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，若νa>νb，则Eka>Ekb，Ua>Ub，选项A错误，选项B正确；若Ua

【变式探究】2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm＝10－9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲．大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．

一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s）（　　）

A．10－21JB．10－18J

C．10－15JD．10－12J

【答案】B　

【解析】本题考查光子能量．由题意知，电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量，E＝hν＝h＝2×10－18J，故选项B正确．

【举一反三】（多选）用如图所示的装置研究光电效应现象．当用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零；移动变阻器的触头c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是（　　）

A．光电子的最大初动能始终为1.05eV

B．光电管阴极的逸出功为1.05eV

C．当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电流增大

D．改用能量为2.5eV的光子照射，移动变阻器的触头c，电流表G中也可能有电流

【答案】BD　

【解析】由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，同种金属的逸出功相同，所以光电子逸出后的初动能取决于获得的能量，A错误．当电压表示数大于或等于1.7V时，电流表无示数，说明遏止电压为1.7V，由eU＝mv2，可求得光电管的逸出功为1.05eV，B正确．若光的频率不变，反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流，C错误．当入射光频率超过截止频率，且反向电压小于遏止电压，电路中就会有电流，D正确．

【变式探究】（多选）用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应．从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图所示．则下列说法正确的是（　　）

A．钛的逸出功为6.63×10－19J

B．钛的极限频率为1.0×1015Hz

C．光电子的最大初动能为1.0×10－18J

D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

【答案】AB　

【解析】当最大初动能为零时，入射光的频率等于金属的极限频率，则