新教材2024高考物理二輪專題復(fù)習(xí)第一編專題復(fù)習(xí)攻略專題七近代物理第14講近代物理教師用書

第14講近代物理知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建命題分類剖析命題點(diǎn)一光電效應(yīng)現(xiàn)象及規(guī)律的應(yīng)用1．三個關(guān)系(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0.(2)最大初動能與遏止電壓：Ek＝eUc.(3)逸出功與極限頻率：W0＝hνc.2．兩條線索(1)光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子數(shù)多→光電流大．(2)光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大．3．四類圖像圖像名稱圖像形狀由圖像得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系Ek＝hν－h(huán)νc(1)截止頻率：ν軸截距νc(2)逸出功：Ek軸截距的絕對值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc：橫軸截距的絕對值(2)飽和光電流Im：光電流的最大值；光照強(qiáng)度越強(qiáng)，Im越大(3)最大初動能：Ek＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc1>Uc2，則ν1>ν2(2)飽和光電流Im(3)最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系(1)截止頻率νc：橫軸截距(2)遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大(3)普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke考向1光電效應(yīng)電路與光電效應(yīng)方程的應(yīng)用例1[2023·浙江1月](多選)氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)，會產(chǎn)生四種頻率的可見光，其光譜如圖1所示．氫原子從能級6躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅰ，從能級3躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅱ．用同一雙縫干涉裝置研究兩種光的干涉現(xiàn)象，得到如圖2和圖3所示的干涉條紋．用兩種光分別照射如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)．下列說法正確的是()A．圖1中的Hα對應(yīng)的是ⅠB．圖2中的干涉條紋對應(yīng)的是ⅡC．Ⅰ的光子動量大于Ⅱ的光子動量D．P向a移動，電流表示數(shù)為零時(shí)Ⅰ對應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大考向2光電效應(yīng)圖像例2圖甲是研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理圖，從實(shí)驗(yàn)得到的某種金屬的遏止電壓Uc和入射光頻率ν的數(shù)據(jù)，做出圖乙所示的Uc-ν的圖像，則下列說法正確的是()A．從圖乙可知遏止電壓大小與入射光的頻率成正比，由入射光的頻率決定B．用頻率為ν1C．如果只改變電壓的正負(fù)極，則電壓越大電路中的飽和電流就越大D．根據(jù)圖乙的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出普朗克常量h＝Uc2-U提升訓(xùn)練1.小李利用如圖一所示的裝置研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，用甲、乙、丙三條可見光照射同一光電管，得到如圖二所示的三條光電流與電壓的關(guān)系曲線．下列說法中正確的是()A．同一光電管對不同單色光的極限頻率不同B．電流表A的電流方向一定是a流向bC．甲光對應(yīng)的光電子最大初動能最大D．如果丙光是紫光，則乙光可能是黃光2.[2023·杭州二模試卷]用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置研究光電效應(yīng)的規(guī)律，得到如表所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由此可知()光的顏色綠色紫色光的波長λ/nm546410強(qiáng)度較低強(qiáng)度較高反向電壓U/V光電流I/μA光電流I/μA光電流I/μA0．0010.48.514.80．024.06.711.90．040.04.88.90．060.03.06.0A.單位時(shí)間逸出的電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度有關(guān)B．用綠光實(shí)驗(yàn)時(shí)，遏止電壓一定是0.04VC．用強(qiáng)度較高紫光實(shí)驗(yàn)時(shí)，飽和電流大小為14.8μAD．不同顏色的光照射時(shí)，材料的逸出功不同3．[2023·北京東城統(tǒng)考二模]某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成．不同波長的光的強(qiáng)度(表示光的強(qiáng)弱)如圖所示．使金屬恰好發(fā)生光電效應(yīng)的光的波長，稱為極限波長．表中為一些金屬的極限波長．用該光源照射表中金屬表面，則()材料鉑鎢鈉極限波長(nm)196274542A.只有鈉表面有電子逸出B．只有鉑表面有電子逸出C．鎢、鉑表面均有電子逸出D．鉑、鎢、鈉表面均有電子逸出命題點(diǎn)二玻爾理論和能級1．玻爾理論的三條假設(shè)軌道量子化核外電子只能在一些分立的軌道上運(yùn)動能量量子化原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)，En＝1n2E1(n＝1，2吸收或輻射能量量子化原子在兩個能級之間躍遷時(shí)只能吸收或輻射一定頻率的光子，hν＝En－Em(m＜n)2.兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子．①輻射光子的頻率ν＝ΔEh＝②大量氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可輻射光子的種類N＝Cn2＝③一個處于激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，最多可以輻射(n－1)種頻率的光子．(2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必須恰好等于能級差ΔE.②碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥ΔE.③大于電離能的光子被吸收，原子被電離．例1[2023·遼寧卷]原子處于磁場中，某些能級會發(fā)生劈裂．某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示，相應(yīng)能級躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④.若用①照射某金屬表面時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則()A．①和③的能量相等B．②的頻率大于④的頻率C．用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)D．用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek例2[2024·廣東佛山檢測]為了更形象地描述氫原子能級和氫原子軌道的關(guān)系，作出如圖所示的能級軌道圖，處于n＝4能級的氫原子向n＝2能級躍遷時(shí)輻射出可見光a，處于n＝3能級的氫原子向n＝2能級躍遷時(shí)輻射出可見光b，則以下說法正確的是()A．a(chǎn)光照射逸出功為2.14eV的金屬時(shí)，光電子的最大初動能為0.41eVB．a(chǎn)光的波長比b光的波長長C．輻射出b光時(shí)，電子的動能和電勢能都會變大D．一個處于n＝4能級的氫原子自發(fā)躍遷可釋放6種頻率的光提升訓(xùn)練1.如圖甲所示是萵苣種子萌發(fā)率與照射光的波長的關(guān)系圖像，如圖乙所示是氫原子的能級圖．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，元電荷e＝1.6×10－19C，真空中光速c＝3×108m/s，用一群處于n＝4能級的氫原子躍遷發(fā)出的不同波長的光分別照射萵苣種子，使種子萌發(fā)率最高的是()A．從n＝4能級躍遷到n＝3能級釋放的光B．從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光C．從n＝4能級躍遷到n＝2能級釋放的光D．從n＝2能級躍遷到n＝1能級釋放的光2．[2024·成都診斷性檢測](多選)氫原子光譜如圖甲所示，其中Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可見光區(qū)的四條譜線．由玻爾原子模型求得的氫原子能級如圖乙所示，下列說法正確的是()A．玻爾原子理論的成功之處是第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域B．氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)可能輻射出γ射線C．氫原子從n＝6的能級向n＝2的能級躍遷時(shí)會輻射出紫外線D．如果Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那一定是Hδ3．[2023·金華十校4月模考](多選)如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，發(fā)出頻率不同的大量光子，其中頻率最高的光子照射到圖乙電路中光電管陰極K上時(shí)，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示．下列說法正確的是()A．光電管陰極K金屬材料的逸出功為7.0eVB．這些氫原子躍遷時(shí)共發(fā)出3種頻率的光C．若調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片能使光電流為零，則可判斷圖乙中電源右側(cè)為正極D．氫原子躍遷放出的光子中共有2種頻率的光子可以使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象命題點(diǎn)三衰變、核反應(yīng)與核能的計(jì)算1．核衰變問題(1)核衰變規(guī)律：m＝.(2)α衰變和β衰變次數(shù)的確定方法①方法一：由于β衰變不改變質(zhì)量數(shù)，故可以先由質(zhì)量數(shù)改變確定α衰變的次數(shù)，再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù)．②方法二：設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒列方程組求解．2．核能(1)核能獲取的三種途徑①重核裂變：例如(92②輕核聚變：例如12③核子結(jié)合成原子核放出核能：例如11(2)核能計(jì)算的三種方法①根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”．②根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”．③如果核反應(yīng)時(shí)釋放的核能全部是以動能形式呈現(xiàn)，則核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動能的增加量即為釋放的核能．考向1原子核的衰變例1[2023·浙江6月]“玉兔二號”裝有核電池，不懼漫長寒冷的月夜．核電池將94238Pu衰變釋放的核能一部分轉(zhuǎn)換成電能.94238Pu的衰變方程為94238A．衰變方程中的X等于233B.24HeC.94238Pu比D．月夜的寒冷導(dǎo)致94238Pu考向2核反應(yīng)例2[2023·湖南卷]2023年4月13日，中國“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，為可控核聚變的最終實(shí)現(xiàn)又向前邁出了重要的一步，下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是()A．相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多B．氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為12H+13HC．核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235D．核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損考向3核能例3[2023·浙江省十校聯(lián)考](多選)由俄羅斯、比利時(shí)和德國科學(xué)家組成的國際科研小組，首次在實(shí)驗(yàn)中觀察到了中子衰變的新方式——放射β衰變，即一個自由中子衰變成質(zhì)子(11p)和電子(-10e)同時(shí)放出質(zhì)量可視為零的反中微子(00νe)．該科研成果對粒子物理的研究有重要意義．已知電子質(zhì)量me＝9.1×10－31kg＝0.51MeV/c2，中子質(zhì)量mn＝939.57MeV/c2，質(zhì)子質(zhì)量mp＝938.27MeV/c2(c為光速，不考慮粒子之間的相互作用)．若某次一個靜止的中子衰變中放出的質(zhì)子動量p＝3×A．強(qiáng)相互作用是中子衰變成質(zhì)子和電子的原因B．中子衰變的核反應(yīng)式為01nC．中子衰變過程中電子和反中微子的總動能為0.7468MeVD．中子衰變過程中放出的質(zhì)子和電子，兩者的動量大小相等方向相反提升訓(xùn)練1.我國自主第三代核電“華龍一號”全球第4臺機(jī)組于2022年3月在巴基斯坦并網(wǎng)發(fā)電．中國核電推動我國“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，也為全球核電安全樹立了標(biāo)桿．關(guān)于核能，以下說法正確的是()A．核能是來自化學(xué)變化釋放的能量B．核能是原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)釋放的能量C．核能還不是安全、干凈的能源D．我國核電站利用了核聚變反應(yīng)釋放的能量2．[2023·浙江省杭州市測試](多選)14C發(fā)生放射性衰變?yōu)?4N和粒子X，半衰期約為5700年．已知14C、14N、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，14C、14N的比結(jié)合能分別為E1和E2，真空中的光速為c.植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少．下列說法正確的是()A．粒子X為電子B．全球變暖將加速14C的衰變C．14E1－14E2＝(m1－m2－m3)c2D．若某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物樣品的四分之一．該古木的年代距今約為11400年3．[2023·全國乙卷]2022年10月，全球眾多天文設(shè)施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠(yuǎn)鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻(xiàn)．由觀測結(jié)果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內(nèi)釋放的能量量級為1048J.假設(shè)釋放的能量來自于物質(zhì)質(zhì)量的減少，則每秒鐘平均減少的質(zhì)量量級為(光速為3×108m/s)()A．1019kgB．1024kgC．1029kgD．1034kg第14講近代物理命題分類剖析命題點(diǎn)一[例1]解析：氫原子發(fā)生能級躍遷，由Em－En＝hν＝hcλ可知，可見光Ⅰ的頻率大，波長小，可見光Ⅱ的頻率小，波長大．圖1中的Hα是四種可見光中頻率最小的，故不可能是可見光Ⅰ，A錯誤；圖2的干涉條紋的間距比圖3干涉條紋的間距窄，由Δx＝Ldλ可知圖2對應(yīng)的是波長較小的光，即Ⅰ，B錯誤；由公式p＝hλ可知，Ⅰ的光子動量大于Ⅱ的光子動量，C正確；P向a移動，電流表示數(shù)為零時(shí)，有eUc＝Ekm，又Ekm＝hν－W0，整理得eUc＝hν－W0，顯然入射光的頻率越大，電壓表的示數(shù)越大，所以Ⅰ對應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ答案：CD[例2]解析：由動能定理及光電效應(yīng)方程可得eUc＝12mv2＝hν－W化簡可得Uc＝heν－可知遏止電壓大小與入射光的頻率是一次函數(shù)關(guān)系，不成正比，故A錯誤；當(dāng)Uc＝0時(shí)，恰好發(fā)生光電效應(yīng)，對應(yīng)頻率為極限頻率，即圖線與橫軸交點(diǎn)，由題中數(shù)據(jù)無法確定該值與ν12關(guān)系，故飽和光電流只與入射光強(qiáng)度有關(guān)，與所加電壓無關(guān)，故C錯誤；將圖中數(shù)據(jù)代入光電效應(yīng)方程有，Uc1＝heν1－WUc2＝heν2－解得：h＝U其中e為電子的電荷量，故D正確．答案：D[提升訓(xùn)練]1．解析：同一種金屬，截止頻率是相同的，故A錯誤．光電子從光電管的陰極K逸出，流過電流表G的電流方向?yàn)閍到b，故B正確．根據(jù)eUc＝Ekm，乙光的遏止電壓最大，則所產(chǎn)生光電子的最大初動能最大，故C錯誤．由圖可知乙光的遏止電壓大于丙，則根據(jù)eUc＝Ekm＝hν－h(huán)ν0，則乙的頻率大于丙的頻率，若丙光為紫光，則乙光不可能是黃光，故D錯誤．答案：B2．解析：根據(jù)不同強(qiáng)度的紫光照射時(shí)電流大小，可知單位時(shí)間逸出的電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，故A正確；用綠光實(shí)驗(yàn)時(shí)，遏止電壓在0.02V～0.04V之間，不一定是0.04V，故B錯誤；用強(qiáng)度較高紫光實(shí)驗(yàn)時(shí)，不能確定飽和電流大小是否為14.8μA，故C錯誤；逸出功W0＝hν0(ν0是截止頻率)是由金屬的性質(zhì)決定的，與入射光頻率無關(guān)，故D錯誤．答案：A3．解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程可知Ek＝hν－W0＝hcλ－W只要光的波長小于某金屬的極限波長，就有光電子逸出，由題圖可知，該光源發(fā)出的光的波長大約在400nm到800nm之間，而三種材料中，極限頻率最小的鈉的極限波長是542nm，在400nm到800nm之間，所以該光源能使鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)；該光源發(fā)出的光的波長大于鎢、鉑的極限波長，鎢、鉑表面沒有電子逸出．故A正確，BCD錯誤．故選A.答案：A命題點(diǎn)二[例1]解析：由圖可知①和③對應(yīng)的躍遷能級差相同，可知①和③的能量相等，選項(xiàng)A正確；因②對應(yīng)的能級差小于④對應(yīng)的能級差，可知②的能量小于④的能量，根據(jù)E＝hν可知②的頻率小于④的頻率，選項(xiàng)B錯誤；因②對應(yīng)的能級差小于①對應(yīng)的能級差，可知②的能量小于①，②的頻率小于①，則若用①照射某金屬表面時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，用②照射該金屬不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C錯誤；因④對應(yīng)的能級差大于①對應(yīng)的能級差，可知④的能量大于①，即④的頻率大于①，因用①照射某金屬表面時(shí)能逸出光電子的最大初動能為Ek，根據(jù)Ekm＝hν－W逸出功，則用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能大于Ek，選項(xiàng)D錯誤．故選A.答案：A[例2]解析：a光的光子能量Ea＝E4－E2＝2.55eVb光的光子能量Eb＝E3－E2＝1.89eV根據(jù)E＝hc可知λb>λa，B錯誤；a光照射逸出功W0＝2.14eV的金屬時(shí)，由于Ea>W0能發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動能Ek＝Ea－W0＝0.41eV，A正確；輻射出b光時(shí)，電子做圓周運(yùn)動的半徑減小，動能增加，電場力做正功，電勢能減小，C錯誤；一個處于n＝4能級的氫原子自發(fā)躍遷時(shí)，釋放出不同頻率光的種類最多的情況為n＝4→n＝3→n＝2→n＝1，即最多能釋放3種頻率的光，D錯誤．故選A.答案：A[提升訓(xùn)練]1．解析：由圖甲可知，用波長在600nm到700nm之間的光照射萵苣種子，種子的萌發(fā)率最高，根據(jù)E＝hcλ可得光子的能量范圍為1.78～2.07eV，用一群處于n＝4能級的氫原子躍遷發(fā)出的不同波長的光分別照射萵苣種子，根據(jù)氫原子能級圖可知只有從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子的能量，在所計(jì)算的能量范圍內(nèi)，故B答案：B2．解析：由物理學(xué)史可知，玻爾原子理論的成功之處是第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域，A正確；γ射線是原子核受激發(fā)產(chǎn)生的，故氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)不可能輻射出γ射線，B錯誤；氫原子在n＝6的能量為E6＝－E162＝－0.38eV，則氫原子從n＝6的能級向n＝2的能級躍遷放出的能量為ΔE＝E6－E2＝3.02eV，根據(jù)ΔE＝hcλ解得λ＝411.6nm，由圖甲可知，該波長在可見光范圍內(nèi)，故不會輻射出紫外線，C錯誤；由于發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的頻率有關(guān)，頻率越大，越容易發(fā)生光電效應(yīng)，因?yàn)椴ㄩL越短，頻率越大，Hδ的波長最短，其頻率最大，故如果Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那一定是H答案：AD3．解析：由圖甲可知，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，發(fā)出頻率最高的光子的能量為E＝E3－E1＝12.09eV，根據(jù)圖丙可知，遏止電壓為Uc＝7V，則光電子的最大初動能Ek＝eUc＝7eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝E－W0，則光電管陰極K金屬材料的逸出功為W0＝E－eUc＝5.09eV，A錯誤；根據(jù)排列組合的規(guī)律可知，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，共發(fā)出3種頻率的光，B正確；光電子由陰極K向?qū)γ娴臉O板運(yùn)動，形成光電流，要阻止該電流，需要接反向電壓，則可判斷圖乙中電源左側(cè)為正極，C錯誤；通過A分析可知，只要光電子的能量大于5.09eV，就可以使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，由圖甲可知，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，有2種