備考2025高考物理“二級(jí)結(jié)論”精析與培優(yōu)爭(zhēng)分練講義-17.近代物理（教師版）

17.近代物理——備考2025高考物理“二級(jí)結(jié)論”精析與培優(yōu)爭(zhēng)分練一、光電效應(yīng)（1）基本概念和規(guī)律的理解①光電效應(yīng)方程：理解：能量守恒——②截止頻率：理解：，入射光子能量大于逸出功才可能打出電子③遏止電壓：理解：使最有可能到達(dá)陽(yáng)極的光電子剛好不能到達(dá)陽(yáng)極的反向電壓（2）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的圖象①飽和光電流——將所有光電子收集起來(lái)形成的電流；②橫截距——遏止電壓Uc：光電流消失時(shí)的反向電壓。例題1.（2024·重慶·二模）某種光伏電池的工作原理如圖所示。半徑為的透明導(dǎo)電的球殼為陽(yáng)極A，球形感光材料為陰極K。現(xiàn)用動(dòng)量為的黃光照射K極，K極能發(fā)射出最大初動(dòng)能為的光電子。已知電子電荷量為，光速為，普朗克常量為，忽略光電子重力及之間的相互作用。下列說(shuō)法正確旳是（）A．入射光子的波長(zhǎng)為B．陰極感光材料的逸出功為C．若僅增大入射光強(qiáng)度，電壓表的示數(shù)將增大D．若用紫光照射K極，電壓表的最大示數(shù)將小于【答案】B【解析】A．根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式可知入射光子的波長(zhǎng)為故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程有解得陰極感光材料的逸出功為故B正確；CD．隨著K極逸出的光電子運(yùn)動(dòng)到A極，A、K之間的電壓逐漸增大，若K電極逸出的最大動(dòng)能的光電子恰好運(yùn)動(dòng)不到A電極，兩極間電壓達(dá)到最大，再增大入射光強(qiáng)度電壓表示數(shù)不再增大，根據(jù)動(dòng)能定理有兩極間的最大電壓為若用紫光照射K極，可知初動(dòng)能增大，則有故CD錯(cuò)誤。故選B。二、玻爾理論(1)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)可能輻射出的光譜線條數(shù)：N＝Ceq\o\al(2,n)(2)原子躍遷時(shí)，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級(jí)的能量差．(3)原子電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于某一能級(jí)能量的絕對(duì)值．氫原子任一能級(jí)：例題2.如圖所示為氫原子的能級(jí)示意圖，現(xiàn)有大量處于能級(jí)的氫原子，用某種頻率的單色光照射后，這些氫原子能輻射出10種頻率的光，用這些輻射的光子照射逸出功為3.2eV的金屬鈣。下列說(shuō)法正確的是（）A．氫原子被單色光照射后躍遷到能級(jí)B．單色光光子的能量為2.55eVC．照射鈣金屬時(shí)有4種光能使金屬鈣發(fā)生光電效應(yīng)D．從金屬鈣中逃逸出來(lái)的光電子的最大初動(dòng)能為7.0eV【答案】C【解析】A．被照射后的氫原子能輻射10種不同頻率的光子，有解得所以氫原子躍遷到能級(jí)，故A錯(cuò)誤；B．單色光光子的能量故B錯(cuò)誤；C．當(dāng)氫原子從其他能級(jí)躍遷到能級(jí)時(shí)輻射的光子照射金屬鈣都能發(fā)生光電效應(yīng)，共有4種光，故C正確；D．當(dāng)氫原子從能級(jí)躍遷到能級(jí)時(shí)輻射的光子能量最大，有此光照射金屬鈣逃逸出來(lái)的光電子的最大初動(dòng)能最大，有故D錯(cuò)誤。故選C。三、衰變①衰變：②β衰變：規(guī)律：計(jì)算衰變次數(shù)的技巧——先由質(zhì)量數(shù)變化計(jì)算衰變次數(shù)，再由電荷數(shù)變化、衰變次數(shù)列方程計(jì)算β衰變次數(shù)。

磁場(chǎng)中的衰變：外切圓是α衰變，內(nèi)切圓是β衰變，半徑與電量成反比。四種核反應(yīng)類型及其遵循的三大規(guī)律（質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、能量守恒）類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)92238U→90234Th＋24Heβ衰變自發(fā)90234Th→91234Pa＋－10e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?14N＋24He→817O＋11H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)24He＋49Be→612C＋01n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)1337Al＋24He→1530P＋01n(約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子)1530P→1430Si＋10e重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋301n92235U＋01n→54136Xe＋3890Sr＋1001n輕核聚變除氫彈外無(wú)法控制12H＋13H→24He＋01n例題3.（2024·廣東·二模）2023年12月，江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司正式發(fā)布全球首型、世界最大核動(dòng)力集裝箱船船型設(shè)計(jì)，它采用了第四代釷基堆型熔鹽反應(yīng)堆，具有更高的安全性、更少的核廢料、更長(zhǎng)的使用壽命和更廣泛的能源應(yīng)用前景。在該反應(yīng)堆中，釷（）核經(jīng)過(guò)一系列的衰變最終變成了鉛（）核，下列說(shuō)法正確的是（

）A．釷核包含有90個(gè)質(zhì)子和140個(gè)中子B．釷核的結(jié)合能小于鉛核的結(jié)合能C．釷核衰變?yōu)殂U核經(jīng)歷了6次衰變和4次衰變D．釷核衰變?yōu)殂U核需要吸收能量【答案】C【解析】A．釷核包含有90個(gè)質(zhì)子，而其質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和，則可知其中子數(shù)為（個(gè)）故A錯(cuò)誤；B．結(jié)合能等于比結(jié)合能與核子數(shù)的乘積，雖然釷核的比結(jié)合能稍小于鉛核的比結(jié)合能，但釷核的核子數(shù)多于鉛核，使得釷的結(jié)合能大于鉛核的結(jié)合能，故B錯(cuò)誤；C．釷核變?yōu)殂U核，核子總數(shù)減少了24，說(shuō)明發(fā)生了6次衰變，同時(shí)將導(dǎo)致質(zhì)子數(shù)減少12，實(shí)際質(zhì)子數(shù)減少了8，說(shuō)明還發(fā)生了4次衰變，故C正確；D．釷核為天然放射性元素，其能自發(fā)的進(jìn)行衰變，而自發(fā)進(jìn)行的衰變反應(yīng)都是釋放核能的反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。故選C。四、核能核能的計(jì)算（1）質(zhì)量虧損是指反應(yīng)前后體系靜止質(zhì)量的差值；（2）記住一個(gè)結(jié)論：1u=931.5MeV。例題4.（2024·河北石家莊·二模）2023年12月，新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”面向全球開放?！叭嗽焯?yáng)”內(nèi)部發(fā)生的一種核反應(yīng)方程為，已知的比結(jié)合能為，的比結(jié)合能為，的比結(jié)合能為，光在真空中的傳播速度為c。下列說(shuō)法正確的是（）A．核反應(yīng)方程中X為電子B．的比結(jié)合能小于的比結(jié)合能C．核反應(yīng)吸收的能量為D．核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為【答案】D【解析】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知X為，故A錯(cuò)誤；B．核反應(yīng)方程式中，生成物比反應(yīng)物穩(wěn)定，則的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能，故B錯(cuò)誤；CD．核反應(yīng)放出的能量為由能量守恒可得解得故C錯(cuò)誤，D正確。故選D。五、半衰期N余＝N原，m余＝m原.例題5.（2024·浙江嘉興·二模）如圖所示的射線測(cè)厚儀采用放射性元素作為放射源，其發(fā)生β衰變的半衰期為6h。則該測(cè)厚儀（）A．衰變產(chǎn)物為B．衰變的原因是弱相互作用C．用于監(jiān)測(cè)與控制鋼板厚度的最佳選擇是β射線D．20g放射源經(jīng)12h后剩余物質(zhì)的質(zhì)量為5g【答案】B【解析】A．β衰變放出的粒子是電子，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，衰變產(chǎn)物為，故A錯(cuò)誤；B．發(fā)生β衰變的原因是弱相互作用，故B正確；C．用于監(jiān)測(cè)與控制鋼板厚度的最佳選擇是射線，故C錯(cuò)誤；D．20g放射源經(jīng)12h后剩余5g的未發(fā)生衰變，但剩余物質(zhì)的質(zhì)量大于5g，故D錯(cuò)誤。故選B。（建議用時(shí)：60分鐘）一、單選題1．2023年4月12日，中國(guó)“人造太陽(yáng)”一全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）成功實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行403秒，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，其內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)方程為，則（）A．該反應(yīng)為β衰變B．X為中子C．X為質(zhì)子D．He的結(jié)合能比H的結(jié)合能小【答案】B【解析】根據(jù)反應(yīng)過(guò)程滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X為中子；該反應(yīng)為核聚變；原子序數(shù)越大的原子核的結(jié)合能越大，則的結(jié)合能比的結(jié)合能大。故選B。2．我國(guó)于2024年1月研發(fā)出全球首款民用核電池.該核電池利用半衰期約為100年的鎳63來(lái)工作，其衰變方程為：Ni→Y+X，則（）A．X是電子 B．X是粒子C．Y與Ni是同位素 D．Y的中子數(shù)為29【答案】A【解析】AB．根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知鎳63的衰變方程是故A正確，B錯(cuò)誤；CD．同位素是質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的同一元素的不同原子，Y的質(zhì)子數(shù)是29，與Ni不是同位素，Y的中子數(shù)為故CD錯(cuò)誤。故選A。3．1899年，蘇聯(lián)物理學(xué)家列別捷夫首先從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光射到物體表面上時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力”，和大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞類似，將產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，這種壓力會(huì)對(duì)物體表面產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”。某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的探測(cè)器，利用太陽(yáng)光的“光壓”為探測(cè)器提供動(dòng)力，以使太陽(yáng)光對(duì)太陽(yáng)帆的壓力超過(guò)太陽(yáng)對(duì)探測(cè)器的引力，將太陽(yáng)系中的探測(cè)器送到太陽(yáng)系以外。假設(shè)質(zhì)量為m的探測(cè)器正朝遠(yuǎn)離太陽(yáng)的方向運(yùn)動(dòng)，帆面的面積為S，且始終與太陽(yáng)光垂直，探測(cè)器到太陽(yáng)中心的距離為r，不考慮行星對(duì)探測(cè)器的引力。已知：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從太陽(yáng)單位面積輻射的電磁波的總能量與太陽(yáng)絕對(duì)溫度的四次方成正比，即，其中T為太陽(yáng)表面的溫度，為常量。引力常量為G，太陽(yáng)的質(zhì)量為M，太陽(yáng)的半徑為R，光子的動(dòng)量，光速為c。下列說(shuō)法正確的是（）A．常量的單位為B．t時(shí)間內(nèi)探測(cè)器在r處太陽(yáng)帆受到太陽(yáng)輻射的能量C．若照射到太陽(yáng)帆上的光一半被太陽(yáng)帆吸收一半被反射，探測(cè)器太陽(yáng)帆的面積S至少為D．若照射到太陽(yáng)帆上的光全部被太陽(yáng)帆吸收，探測(cè)器在r處太陽(yáng)帆受到的太陽(yáng)光對(duì)光帆的壓力【答案】D【解析】A．P0是單位時(shí)間從太陽(yáng)單位面積輻射的電磁波的能量，所以單位為，則則常量的單位為故A錯(cuò)誤；B．t時(shí)間內(nèi)探測(cè)器在r處太陽(yáng)帆受到太陽(yáng)輻射的能量故B錯(cuò)誤；C．輻射到太陽(yáng)帆的光子的總數(shù)一半光子被吸收，一半反射，則有其中聯(lián)立可得故C錯(cuò)誤；D．若照射到太陽(yáng)帆上的光全部被太陽(yáng)帆吸收，則有可得探測(cè)器在r處太陽(yáng)帆受到的太陽(yáng)光對(duì)光帆的壓力故D正確。故選D。4．某無(wú)毒放射性元素的半衰期為2天，為估算某水庫(kù)的庫(kù)容，取該元素的5mL水溶液，測(cè)得溶液每分鐘衰變次。將水溶液倒入水庫(kù)，8天后可視為溶液已均勻分布，在水庫(kù)中取水樣，測(cè)得水樣每分鐘衰變20次。則該水庫(kù)中水的體積約為（）A． B．C． D．【答案】A【解析】因1立方米的水經(jīng)過(guò)8天，即4個(gè)半衰期后測(cè)得水樣每分鐘衰變20次，可知8天前1立方米的水每分鐘衰變次數(shù)為次，則水庫(kù)中水的體積故選A。5．下列有關(guān)光電效應(yīng)的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．愛(ài)因斯坦提出了光電效應(yīng)理論B．甲圖實(shí)驗(yàn)中讓鋅板帶負(fù)電，光照后，驗(yàn)電器張角會(huì)變小C．乙圖中光電子到達(dá)A板的速度越大，則光電流越大D．乙圖光電流的大小與入射光束的光強(qiáng)有關(guān)【答案】C【解析】A．愛(ài)因斯坦提出了光子說(shuō)理論，并成功地解釋了光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，故A正確；B．由于事先使鋅板帶負(fù)電，驗(yàn)電器張開一定的角度，鋅板表面的自由電子溢出后，驗(yàn)電器的指針張角變小，故B正確；C．當(dāng)達(dá)到飽和光電流以后，繼續(xù)增加光電管兩端的電壓，即增加光電子到達(dá)A板的速度，光電流不變，故C錯(cuò)誤；D．當(dāng)光電管兩端的電壓不變，即光電子到達(dá)A板的速度不變，入射光越強(qiáng)，光子數(shù)越多，光電流越大，則光電流的大小與入射光束的光強(qiáng)有關(guān)，故D正確。本題選錯(cuò)誤的，故選C。6．某發(fā)射星云可認(rèn)為完全由氫原子構(gòu)成，其發(fā)光機(jī)理可簡(jiǎn)化為：能量為12.09eV的紫外光子照射該星云時(shí)，會(huì)使其氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的氫原子會(huì)輻射光子。氫原子能級(jí)圖如圖所示，部分顏色的可見光光子能量范圍見下表，則觀測(cè)到該星云的顏色是（）顏色紅黃藍(lán)紫能量范圍（eV）1.62～1.992.07～2.202.78～2.902.90～3.11A．紅色 B．黃色 C．藍(lán)色 D．紫色【答案】A【解析】根據(jù)題意可知，此為大量氫原子躍遷的過(guò)程，而基態(tài)氫原子吸收紫外光子后發(fā)生躍遷，躍遷后的能量為可知躍遷后的氫原子處于能級(jí)，而躍遷后的氫原子并不穩(wěn)定，會(huì)向外輻射光子，再次躍遷回基態(tài)，其躍遷方式可以從能級(jí)躍遷至能級(jí)，再由能級(jí)躍遷至能級(jí)，或直接由能級(jí)躍遷至能級(jí)，由此可知?dú)湓訌哪芗?jí)向基態(tài)躍遷的過(guò)程中會(huì)輻射3種頻率的光子。從能級(jí)躍遷至能級(jí)釋放的能量為從能級(jí)躍遷至能級(jí)釋放的能量由能級(jí)躍遷至能級(jí)釋放的能量對(duì)比表中各種色光光子能量范圍可知，從能級(jí)躍遷至能級(jí)時(shí)輻射的能量在紅光光子能量范圍內(nèi)，其他兩種躍遷所輻射的光子能量均不在所給色光光子能量范圍內(nèi)，因此，觀測(cè)到該星云的顏色為紅色。故選A。7．放射性同位素?zé)犭姍C(jī)是各種深空探測(cè)器中最理想的能量源，它不受溫度及宇宙射線的影響，使用壽命可達(dá)十幾年。我國(guó)的火星探測(cè)車用放射性材料器作為燃料，其原理為發(fā)生衰變時(shí)將釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能，衰變方程為，以和分別表示的電荷數(shù)和中子數(shù)，下列判斷正確的是（）A．， B．，C．， D．，【答案】C【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷守恒定律，可知的電荷數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為234，電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)加中子數(shù)，所以中子數(shù)為142，即，故選C。8．2023年12月7日，錦屏大設(shè)施正式投入科學(xué)運(yùn)行，是我國(guó)又一項(xiàng)“國(guó)之重器”，其主要功能是為前沿物理科學(xué)研究提供不受宇宙射線影響的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。當(dāng)宇宙射線中的高能粒子撞擊地球大氣層中大氣原子核時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次粒子簇射．一宇宙射線中的粒子與大氣中氮原子核發(fā)生作用的核反應(yīng)方程為。下列說(shuō)法中正確的是（

）A．該核反應(yīng)為衰變 B．X粒子由湯姆孫發(fā)現(xiàn)C．該核反應(yīng)中X為光子 D．該核反應(yīng)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)也守恒【答案】D【解析】AC．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知反應(yīng)方程式中的X為，故AC錯(cuò)誤；B．質(zhì)子是由盧瑟福通過(guò)粒子轟擊氮原子時(shí)發(fā)現(xiàn)的，而電子是由湯姆孫發(fā)現(xiàn)的，故B錯(cuò)誤；D．核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，故D正確。故選D。二、多選題9．用紫外光照射一種新型材料時(shí)，只產(chǎn)生動(dòng)能和動(dòng)量單一的相干電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，觀測(cè)到相鄰明條紋間距為Δx的干涉現(xiàn)象，普朗克常量為h，雙縫到屏的距離為L(zhǎng)，下列說(shuō)法正確的是（）A．電子束的波長(zhǎng)B．電子的動(dòng)量C．僅減小照射光的波長(zhǎng)，電子束形成的干涉條紋間距將變大D．與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波被稱為德布羅意波，也叫做物質(zhì)波【答案】BD【解析】A．根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式可得故A錯(cuò)誤；B．電子的動(dòng)量為故B正確；C．僅減小照射光的波長(zhǎng)，電子束形成的干涉條紋間距將變小，故C錯(cuò)誤；D．與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波被稱為德布羅意波，也叫做物質(zhì)波，故D正確。故選BD。10．如圖所示為氫原子的能級(jí)圖。大量處于能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)分別輻射出種不同頻率的光子。已知，則（）A．一定等于2B．若，則可能有C．若大量氫原子從能級(jí)躍遷到基態(tài)發(fā)出的光有兩種可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則大量氫原子從能級(jí)躍遷到基態(tài)發(fā)出的光可能有4種可使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)D．一個(gè)處于能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷，最多可輻射5種頻率的光【答案】BC【解析】AB．根據(jù)大量氫原子從至能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)分別能發(fā)出1、3、6、10、15、21種不同頻率的光子，則有即，若則有，，故A錯(cuò)誤，B正確；C．大量氫原子從能級(jí)躍遷到基態(tài)發(fā)出3種光，有兩種可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則該金屬的逸出功即則大量氫原子從能級(jí)躍遷到基態(tài)發(fā)出的光可能有4種可使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故C正確；D．一個(gè)處于能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷，最多可輻射4種頻率的光，故D錯(cuò)誤。故選BC。11．“夢(mèng)天號(hào)”實(shí)驗(yàn)艙攜帶世界首套可相互比對(duì)的冷原子鐘組發(fā)射升空，對(duì)提升我國(guó)導(dǎo)航定位、深空探測(cè)等技術(shù)具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級(jí)體系，原子吸收波長(zhǎng)為的光子從基態(tài)能級(jí)躍遷至激發(fā)態(tài)能級(jí)，然后自發(fā)輻射出波長(zhǎng)為的光子，躍遷到“鐘躍遷”的上能級(jí)，并在一定條件下躍遷到“鐘躍遷”的下能級(jí)，并輻射出波長(zhǎng)為的光子，實(shí)現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出波長(zhǎng)為的光子回到基態(tài)。則（）A．該鐘激光的光子的能量B．該鐘激光的光子的動(dòng)量C．該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的波長(zhǎng)D．該鐘激光可以讓極限波長(zhǎng)為的金屬材料發(fā)生光電效應(yīng)【答案】AB【解析】A．該鐘激光的光子的能量為A正確；B．該鐘激光的光子的動(dòng)量為B正確；C．原子吸收波長(zhǎng)為的光子從基態(tài)能級(jí)Ⅰ躍遷到激發(fā)態(tài)能級(jí)Ⅱ，則有且從激發(fā)態(tài)能級(jí)向下躍遷到基態(tài)的過(guò)程有聯(lián)立可得C錯(cuò)誤；D．由題意可知，該金屬材料的極限頻率為該鐘激光的頻率為由此可知，即不能讓該金屬材料發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，D錯(cuò)誤。故選AB。12．下列對(duì)于原子及原子核結(jié)構(gòu)