高中物理高考 专题15 物理学史及近代物理（原卷版）

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＝ 【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 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 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 【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 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 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 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→Ni＋e，其半衰期为5.27年。已知Co、Ni、e的质量分别为m1、m2、m3，下列说法正确的是(　　) A．该核反应中释放的能量为(m2＋m3－m1)c2 B．该核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强 C．若有16个Co原子，经过5.27年后一定只剩下8个Co原子 D．β粒子是Co核外的电子电离形成的 【典例分析2】．(2020·河北衡水统测)一放射性原子核X静止在与纸面垂直的匀强磁场中，衰变后产生的原子核Y及粒子的运动轨迹如图，则(　　) A．此次衰变可能为β衰变 B．Y的质子数比X的质子数小4 C．Y的中子数比X的中子数小4 D．轨迹2为Y的运动轨迹 【提分秘籍】 1.原子核的衰变问题 (1)衰变实质：α衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出；β衰变是原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，再将电子射出；γ衰变伴随着α衰变或β衰变同时发生，不改变原子核的质量数与电荷数，以光子形式释放出衰变过程中的多余能量。 (2)核衰变规律：，其中t为衰变的时长，τ为原子核的半衰期。衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子核无意义。 (3)α衰变和β衰变次数的确定方法 ①方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。 ②方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。 2．三种射线 (1)α射线：穿透能力最弱，电离作用最强。 (2)β射线：穿透能力较强，电离作用较弱。 (3)γ射线：穿透能力更强，电离作用更弱。 3．核反应方程 (1)核反应方程遵循的规律 核反应方程遵循质量数、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。核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“→”表示方向而不能用等号代替。 (2)核反应类型 ①衰变 α衰变：X―→Y＋He β衰变：X―→Y＋e ②原子核的人工转变 质子的发现：N＋He―→O＋H 中子的发现：Be＋He―→C＋n 人工放射性同位素的发现：Al＋He―→P＋n P―→Si＋e ③重核裂变 例如：U＋n―→Ba＋Kr＋3n。 ④轻核聚变 例如：H＋H―→He＋n。 4．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ΔE＝Δmc2(J)。 (2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)的能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)。 (3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。 【突破训练】 1.(2019·四川广元三诊改编)钍基熔盐堆核能系统(TMSR)是第四代核能系统之一。其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次β衰变而来；铀的一种典型裂变产物是钡和氪。以下说法正确的是(　　) A．题中钍核Th变成铀核的核反应方程为Th＋n→Th，Th→U＋2e B．钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定 C．钍核Th中有90个中子，142个质子 D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能减小 2.(2019·湖南衡阳二模)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆的半径分别r1、r2，则下列说法正确的是(　　) A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变 B．径迹2可能是衰变后新核的径迹 C．若衰变方程是U→Th＋He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2 D．若衰变方程是U→Th＋He，则r1∶r2＝1∶45 3.(2019·河南郑州二模)1933年至1934年间，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发生的核反应方程为Al＋He→P＋n，反应生成物P像天然放射性元素一样衰变，放出正电子e，且伴随产生中微子ν，核反应方程为P→Si＋e＋ν。则下列说法正确的是(　　) A．当温度、压强等条件变化时，放射性元素P的半衰期随之变化 B．中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0 C．正电子产生的原因可能是核外电子转变成的 D．两个质子和两个中子结合成一个α粒子，则质子与中子的质量之和一定等于α粒子的质量 2.(2019·山东威海三模)土壤和大气中含有放射性元素钋210，它可以通过根部吸收或表面吸附的途径进入植物的组织中，烟叶中含量较高。钋210可以通过吸烟的途径进入吸烟者体内，其半衰期为138天。8 mg钋210经过414天后还剩下(　　) A．4 mg B．2 mg C．1 mg D．0 5.(2019·长春质量监测)(多选)2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生核反应的过程中都伴着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法