高中物理高考 专题15 物理学史及近代物理（解析版）

2020年高考物理二轮复习热点题型与提分秘籍 专题15 物理学史及近代物理 题型一 光电效应　 【典例分析1】(2020·山西运城模拟)美国物理学家密立根利用如图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h，电子电荷量用e表示，下列说法正确的是(　　) A．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动 B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大 C．由Uc－ν图象可知，这种金属截止频率为νc D．由Uc－ν图象可求普朗克常量表达式为h＝ 【参考答案】CD 【名师解析】：.入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，遏止电压增大，根据光电效应方程得出Uc－ν的关系式，通过关系式得出斜率、截距表示的含义．入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，A错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B错误；根据Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝－，图线的斜率k＝＝，则h＝，当遏止电压为零时，ν＝νc，C、D正确． 【提分秘籍】求解光电效应问题的五个关系与四种图象 (1)五个关系 ①逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。 ②入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。 ③爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。 ④光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc为遏止电压。 ⑤光电效应方程中的W0为逸出功。它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。 (2)四种光电效应的图象 图象名称 图线形状 由图线直接(或间接)得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 (1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc (2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值 W0＝|－E|＝E (3)普朗克常量：图线的斜率k＝h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标 (2)饱和光电流Im：电流的最大值 (3)最大初动能：Ek＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc1、Uc2 (2)饱和光电流 (3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 (1)极限频率νc：图线与横轴的交点的横坐标值 (2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 (3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke 【突破训练】 1.(2019·哈尔滨三中二模)(多选)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a、b、c光照射光电管得到的I­U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，下列说法正确的是(　　) A．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加 B．a、c光的频率相等 C．光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关 D．a光的波长大于b光的波长 【答案】　BD 【解析】　在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流会先增加后不变，A错误；当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，根据eUc＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，a、c两光的遏止电压相等，且小于b光的遏止电压，所以a、c两光的频率相等且小于b光的频率，根据λ＝，可知a光的波长大于b光的波长，B、D正确；光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关，C错误。 2.(2019·河北唐山一模)用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。则下列说法中正确的是(　　) A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极 B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大 C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大 D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ekm＝1.2×10－19 J 【答案】　D 【解析】　要用图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc，光电管两端应接反向电压，即电源左端为负极，A错误；当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中，则电压增大，单位时间内到达A极的光电子数量增大，电流增大，当电流达到饱和值后，将不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，故B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故C错误；根据图乙可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，根据hνc＝W0，可求出该金属的逸出功大小W0＝6.63×10－34×5.15×1014 J＝3.41×10－19 J，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，当入射光的频率为ν＝7.00×1014 Hz时，光电子的最大初动能Ekm＝6.63×10－34×7.0×1014 J－3.41×10－19 J＝1.2×10－19 J，故D正确。 题型二 原子结构和能级跃迁 【典例分析1】(2020·河南省郑州市月考)如图所示为氢原子能级的示意图，下列有关说法正确的是(　　) A．处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级 B．大量处于n＝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 C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应 D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41 eV 【参考答案】　D 【名师解析】　处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁至n＝2能级，不能吸收10.5 eV的光子，A错误；大量处于n＝4能级的氢原子，最多可以辐射出C＝6种不同频率的光，B错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光的能量值大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光的能量值，用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定不能发生光电效应，C错误；处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级产生的辐射光的光子能量为E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为Ekm＝E－W＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，D正确。 【提分秘籍】原子能级跃迁问题的解题技巧 (1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差，即ΔE＝hν＝|E初－E末|。 (2)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。 (3)一群氢原子和一个氢原子不同，氢原子核外只有一个电子，这个电子在某时刻只能处在某一个确定的轨道上，在某段时间内，由这一轨道跃迁到另一较低能级轨道时，可能的情况只有一种，所以一个氢原子从n能级跃迁发射出光子的最多可能种类N＝n－1。但是如果有大量n能级的氢原子，它们的核外电子向低能级跃迁时就会有各种情况出现了，发射光子的种类N＝C＝。 (4)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时，要注意各能级的能量值均为负值，且单位为电子伏，计算时需换算单位，1 eV＝1.6×10－19 J。 (5)氢原子能量为电势能与动能的总和，能量越大，轨道半径越大，势能越大，动能越小。 【突破训练】 1.(2019·福建南平二模)氢原子能级如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，动能也越大 B．用动能为12.3 eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n＝2的能级 C．用光子能量为12.3 eV的光照射一群处于基态的氢原子，氢原子有可能跃迁到n＝2的能级 D．用光子能量为1.75 eV的可见光照射大量处于n＝3能级的氢原子时，氢原子不能发生电离 【答案】　B 【解析】根据玻尔理论，氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，根据k＝m可知动能越小，A错误；因12.3 eV大于n＝1和n＝2之间的能级差10.2 eV，则用动能为12.3 eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n＝2的能级，B正确；因12.3 eV不等于n＝1和n＝2之间的能级差，则用光子能量为12.3 eV的光照射一群处于基态的氢原子，光子不能被氢原子吸收，则氢原子不能跃迁到n＝2的能级，C错误；用光子能量为1.75 eV的可见光照射大量处于n＝3能级的氢原子时，1.75 eV>0－(1.51 eV)，氢原子能发生电离，D错误。 2.(2019·山东日照高考模拟)氢原子的能级如图，一群氢原子处于n＝4能级上。当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1884 nm，下列判断正确的是(　　) A．一群氢原子从n＝4能级向n＝1能级跃迁时，最多产生4种谱线 B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量 C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1884 nm D．用氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射W逸＝6.34 eV的铂，能发生光电效应 【答案】　D 【解析】　一群处于n＝4能级上的氢原子向n＝1能级跃迁时最多产生C＝6种谱线，故A错误；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量，但原子核不向外放出能量，故B错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光子能量小于从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量，可知从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子波长小于1884 nm，故C错误；氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光子的能量值：E12＝E2－E1＝－3.40 eV－(－13.60 eV)＝10.20 eV，故用该光照射W逸＝6.34 eV的铂，能发生光电效应，D正确。 3．(2019·山东省“评价大联考”三模)如图所示为氢原子能级图，现有大量氢原子从n＝4的能级发生跃迁，产生一些不同频率的光，让这些光照射一个逸出功为2.29 eV的钠光电管，以下说法正确的是(　　) A．这些氢原子可能发出3种不同频率的光 B．能够让钠光电管发生光电效应现象的有4种光子 C．光电管发出的光电子与原子核发生衰变时飞出的电子都是来源于原子核内部 D．钠光电管在这些光照射下发出的光电子再次轰击处于基态的氢原子，可以使氢原子跃迁到n＝3的能级 【答案】　B 【解析】　大量氢原子从n＝4能级跃迁能产生6种不同频率的光，故A错误；其中能让钠光电管发生光电效应现象的有4种光子，即为氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级，从n＝3能级跃迁到n＝1能级，从n＝4能级跃迁到n＝1能级，从n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子，故B正确；光电子来自于金属板原子核外的自由电子，故C错误；氢原子从n＝4能级向n＝1能级发生跃迁，辐射光能量最大，当该光照射钠光电管时，逸出的光电子的最大能量为E＝－0.85 eV－(－13.60 eV)－2.29 eV＝10.46 eV，而氢原子从n＝1能级跃迁到n＝3能级，需要吸收的能量为E′＝－1.51 eV－(－13.60 eV)＝12.09 eV，因10.46 eV<12.09 eV，故用该光电子轰击处于基态的氢原子，不能使之跃迁到n＝3能级，故D错误。 题型三 原子核的衰变、核反应与核能 【典例分析1】．(2020·山东济宁育才中学模拟)Co衰变的核反应方程为Co→N