2023年高考物理二輪復(fù)習(xí)教案：近代物理（含解析）

專題12近代物理

【要點提煉】

L光電效應(yīng)兩條對應(yīng)關(guān)系

(1)光越強(qiáng)(一定頻率)一光子數(shù)目越多一發(fā)射光電子越多一飽和光電流越大。

(2)光子頻率越高一光子能量越大一光電子的最大初動能越大。

2.光電效應(yīng)定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式

⑴愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hv-Woo

(2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek=eU"

(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：Wo=/zvco

3.玻爾理論的基本內(nèi)容

能級假設(shè)：氫原子能級及=,〃=1,2,3,…)，〃為量子數(shù)。

躍遷假設(shè)：hv=Em-E=(m>n)o

軌道量子化假設(shè)：氫原子的電子軌道半徑外=序n(“=1,2,3,…)，〃為量子數(shù)。

4.定態(tài)間的躍遷一滿足能級差

⑴從低能級(〃小)躍遷到高能級(〃大)，吸收能量，hv=E"大

⑵從高能級(〃大)躍遷到低能級(〃小)，放出能量，hv=E"大

5.氫原子電離

(1)電離態(tài)：〃=8,E=Oa

⑵基態(tài)一電離態(tài)：E吸=0-Ei=O-(—13.6eV)=13.6eV。

n=2一電離態(tài):E吸=0-E2=0—(—3.4eV)=3.4eVo

如果吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還具有動能。

6.核反應(yīng)方程的書寫

(1)核反應(yīng)過程一般不可逆，所以核反應(yīng)方程中用“一”表示方向而不能用等號代替。

(2)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，但核反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化(質(zhì)

量虧損)且釋放出核能。

(3)核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能只依據(jù)兩個守恒規(guī)律憑空杜撰出生成物來

寫核反應(yīng)方程。

7.核衰變問題

(1)核衰變規(guī)律：N余=機(jī)余=加原?(1丁。表示衰變時間，7■表示半衰期)，半衰

期由核內(nèi)部自身的因素決定，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)；是對大量原子核的行

為做出的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用。

(2)a衰變和P衰變次數(shù)的確定方法

方法一：由于B衰變不改變質(zhì)量數(shù)，故可以先由質(zhì)量數(shù)守恒確定a衰變的次數(shù)，再根據(jù)

電荷數(shù)守恒確定P衰變的次數(shù)。

方法二：設(shè)a衰變次數(shù)為x,B衰變次數(shù)為y,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒列方程組求

解。

8.核能的計算方法

(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)虧損的質(zhì)量乘以真空中光速c的平方，即AE=A

mc2(J)o

(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u而當(dāng)于931.5兆電子伏(MeV)能量，用核反應(yīng)的質(zhì)量虧損的原

子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV,即AE=AmX93L5MeV/u。

(3)如果核反應(yīng)時釋放的核能是以動能形式呈現(xiàn)的，則核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動能的增量即為

釋放的核能。

【高考考向1光電效應(yīng)能級躍遷】

命題角度1光電效應(yīng)的分析及其規(guī)律的應(yīng)用

例1.（2022?河北?高考真題）如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓4與入射光頻率

口的實驗曲線，該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實驗測定了普朗克

常量瓦由圖像可知（）

A.鈉的逸出功為〃匕B,鈉的截止頻率為8.5xl（）MHz

C.圖中直線的斜率為普朗克常量〃D,遏止電壓4與入射光頻率U成正比

【答案】A

【詳解】A.根據(jù)遏止電壓與最大初動能的關(guān)系有

根據(jù)電效應(yīng)方程有

&^=如-叱）

當(dāng)結(jié)合圖像可知，當(dāng)。。為。時，解得

嘰=牝

A正確；

B.鈉的截止頻率為*根據(jù)圖像可知，截止頻率小于8.5X1OMHZ,B錯誤；

C.結(jié)合遏止電壓與光電效應(yīng)方程可解得

一呸

ee

可知，圖中直線的斜率表示4h,c錯誤；

e

D.根據(jù)遏止電壓與入射光的頻率關(guān)系式可知，遏止電壓a與入射光頻率U成線性關(guān)系，不是成正比，D

錯誤。

故選Ao

反思?xì)w納J光電效應(yīng)的四類圖象分析

由圖線直接（或間接）得到的物理

圖象名稱圖線形狀

量

①極限頻率：圖線與V軸交點的

橫坐標(biāo)Vc

最大初動能Ek與入射光

②逸出功：圖線與Ek軸交點的

頻率V的關(guān)系圖線:二

縱坐標(biāo)的絕對值Wo=\-E\=E

③普朗克常量：圖線的斜率左=

h

續(xù)表

圖象名稱圖線形狀由圖線直接（或間接）得到的物理量

①遏止電壓伉：圖線與橫軸交點

顏色相同、強(qiáng)度

I____強(qiáng)光（黃）的橫坐標(biāo)

，----弱光（黃）

不同的光，光電

幺

1.(U②飽和光電流/m：電流的最大值

流與電壓的關(guān)系

③最大初動能：Ek=eUc

①遏止電壓Ucl、Uc2

顏色不同的光，

一黃光

,二一藍(lán)光②飽和光電流

光電流與電壓的

a1％oLI

③最大初動能：Eki=eUci,Ek2=

關(guān)系

eUc2

①極限頻率入：圖線與橫軸的交點

遏止電壓Uc與入

的橫坐標(biāo)值

射光頻率V的關(guān)

②逸出功Wo：Wo=hv

6LVc/Vc

系圖線

③普朗克常量力：等于圖線的斜率

與電子電荷量的乘積，即人=氏

:拓展訓(xùn)練】

1-1.（2022?江蘇?高考真題）上海光源通過電子-光子散射使光子能量增加，光子能量增加后（）

A.頻率減小B,波長減小C.動量減小D.速度減小

【答案】B

【詳解】AB.根據(jù)E=如可知光子的能量增加后，光子的頻率增加，又根據(jù)

可知光子波長減小，故A錯誤，B正確；

CD.根據(jù)

h

p=—

A

可知光子的動量增加；又因為光子質(zhì)量不變，根據(jù)。3加可知光子速度增加，故C錯誤，D錯誤。

故選Bo

1-2.（2022?全國?高考真題）一點光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長約為6xlCf7m的

光，在離點光源距離為R處每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3x10”個。普朗克常量為捫=6.63x10一

34

J.soR約為（）

A.1xio2mB.3x102mC.6x102mD.9x102m

【答案】B

【詳解】一個光子的能量為

E=hv

V為光的頻率，光的波長與頻率有以下關(guān)系

C=Av

光源每秒發(fā)出的光子的個數(shù)為

pPA

n=——=----

hvhe

尸為光源的功率，光子以球面波的形式傳播，那么以光源為原點的球面上的光子數(shù)相同，此時距光源的距

離為R處，每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3x101"個，那么此處的球面的表面積為

S=4TTR2

則

-=3xl014

聯(lián)立以上各式解得

7?~3xio2m

故選Bo

命題角度2氫原子能級躍遷

例2.(2022?重慶?高考真題)如圖為氫原子的能級示意圖。已知藍(lán)光光子的能量范圍為2.53~2.76eV,紫

光光子的能量范圍為若使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍(lán)光，不輻射紫光，則激

2.76~3.10eVo

發(fā)氫原子的光子能量為()

V

〃e

8

554

40.85

30L.51

2

3.40

1------------------------13.60

A.10.20eVB.12.09eVC.12.75eVD.13.06eV

【答案】C

【詳解)由題知使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍(lán)光，不輻射紫光，則由藍(lán)光光子能量范圍可知

從氫原子從〃=4能級向低能級躍遷可輻射藍(lán)光，不輻射紫光(即從〃=4,躍遷到〃=2輻射藍(lán)光)，則

需激發(fā)氫原子到n=4能級，則激發(fā)氫原子的光子能量為

\E=E4-E1=12.75eV

故選Co

反思?xì)w納能級躍遷問題的四點注意

。n(n-1)

(D一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，最多可輻射出N=Cl=―2一種不同頻

率的光。

(2)一個氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，最多可輻射出(〃-1)種不同頻率的光。

(3)如果氫原子的躍遷是吸收實物粒子的動能發(fā)生的，只要其動能大于或等于兩能級間的

能量差即可。

(4)氫原子在兩定態(tài)間躍遷時，入射光子的能量必須等于兩定態(tài)的能量差才會被吸收。

:拓展訓(xùn)練】

2.-1.（2022?浙江?高考真題）如圖為氫原子的能級圖。大量氫原子處于”=3的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷時

放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29eV的金屬鈉。下列說法正確的是（）

n￡/eV

00---------------------------0

5----------------------0.54

4----------------------0.85

3----------------------1.51

2----------------------3.40

1---------------------13.6

A.逸出光電子的最大初動能為10.80eV

B.w=3躍遷到放出的光子動量最大

C.有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)

D.用0.85eV的光子照射，氫原子躍遷到H=4激發(fā)態(tài)

【答案）B

【詳解】A.從w=3躍遷到n=l放出的光電子能量最大，根據(jù)

Ek=E-W0

可得此時最大初動能為

Ek=9.8eV

故A錯誤；

B.根據(jù)

hhv

p=—=—

Ac

E=hv

又因為從"=3躍遷到放出的光子能量最大，故可知動量最大，故B正確；

C.大量氫原子從"=3的激發(fā)態(tài)躍遷基態(tài)能放出C；=3種頻率的光子，其中從〃=3躍遷到"=2放出的光

子能量為

AE,=3.4eV-1.51eV=1.89eV<2.29eV

不能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)，其他兩種均可以，故C錯誤；

D,由于從〃=3躍遷到〃=4能級需要吸收的光子能量為

AE=1.51eV-O.85eV=O.66eV豐O.85eV

所以用0.85eV的光子照射，不能使氫原子躍遷到”=4激發(fā)態(tài)，故D錯誤。

故選Bo

2-2.（2022?北京?高考真題）氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子（）

A.放出光子，能量增加B,放出光子，能量減少

C.吸收光子，能量增加D.吸收光子，能量減少

【答案】B

【詳解】氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子放出光子，且放出光子的能量等于兩能級之差，能

量戒少。

故選Bo

【高考考向2衰變核反應(yīng)與核能的計算】

命題角度工衰變及核反應(yīng)的深入理解與分析

例3.（2022,湖北?高考真題）上世紀(jì)四十年代初，我國科學(xué)家王逢昌先生首先提出證明中微子存在的實驗

方案：如果靜止原子核:Be俘獲核外K層電子e,可生成一個新原子核X,并放出中微子“，即

:Be+_；e-X+卜，。根據(jù)核反應(yīng)后原子核X的動能和動量，可以間接測量中微子的能量和動量，進(jìn)而確

定中微子的存在。下列說法正確的是（）

A.原子核X是;LiB.核反應(yīng)前后的總質(zhì)子數(shù)不變

C.核反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)不同D.中微子乙的電荷量與電子的相同

【答案】A

【詳解】AC.根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有，X的質(zhì)量數(shù)為7,電荷數(shù)為3,可知原子核X是:Li,A

正確、C錯誤；

B.由選項A可知，原子核X是:Li,則核反應(yīng)方程為：Be+_；e一;Li+°ve,則反應(yīng)前的總質(zhì)子數(shù)為

4,反應(yīng)后的總質(zhì)子數(shù)為3,B錯誤；

D.中微子不帶電，則中微子嗔的電荷量與電子的不相同，D錯誤。

故選Ao

反思?xì)w納J明確“三個易錯易混點”

（1）半衰期是統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核無意義。

（2）Y射線是伴隨著a衰變和P衰變由新核躍遷而產(chǎn)生的能量形式。

（3）。射線不是核外電子組成的，而是核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化成了一個質(zhì)子和一個電子，電

子射出形成B射線。

:拓展訓(xùn)練】

3-1.（2022?全國?高考真題）兩種放射性元素的半衰期分別為力和4,在f=0時刻這兩種元素的原子核總

數(shù)為N,在t=時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為:，則在公牝時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為

（）

A.上B心C心D心

12986

【答案】C

【詳解】根據(jù)題意設(shè)半衰期為%的元素原子核數(shù)為X另一種元素原子核數(shù)為"，依題意有

x+y=N

經(jīng)歷2%后有

11N

—x+—y=—

423

聯(lián)立可得

x=—N2,y1=—N

33

在/=書。時，原子核數(shù)為X的元素經(jīng)歷了4個半衰期，原子核數(shù)為y的元素經(jīng)歷了2個半衰期，則此時未

衰變的原子核總數(shù)為

11N

故選C。

3-2.（2022?遼寧?高考真題）2022年1月，中國錦屏深地實驗室發(fā)表了首個核天體物理研究實驗成果。表

明我國核天體物理研究已經(jīng)躋身國際先進(jìn)行列。實驗中所用核反應(yīng)方程為X+窘Mg瞽Al,己知X、

%Mg、的質(zhì)量分別為嗎、叫、m3,真空中的光速為c,該反應(yīng)中釋放的能量為E。下列說法正確的

是（）

A.X為笊核;HB.X為炭核;H

C.E=（%+m,+〃4）。2D.￡=（〃?]+〃4

【答案】D

【詳解】AB.根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為1,為氣核:H,AB錯

誤；

CD.根據(jù)質(zhì)能方程可知，由于質(zhì)量虧損核反應(yīng)放出的能量為

22

E=Amc=(mA+m2—m3)c

C錯誤、D正確。

故選D。

3-3.（2022.浙江.高考真題）秦山核電站生產(chǎn)1C的核反應(yīng)方程為i：N+：nf2C+X,其產(chǎn)物1C的衰變方

程為］C-i；N+』e。下列說法正確的是（）

A.X是;HB.1C可以用作示蹤原子

C來自原子核外D.經(jīng)過一個半衰期，10個2c將剩下5個

【答案】AB

【詳解】A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)子數(shù)為1,中子數(shù)為1,即為;H,故A正確；

B.常用的示蹤原子有：IC,1O,汨，故B正確；

C由原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子，電子被釋放出來，所以為來自原子核內(nèi)，故

C錯誤

D.半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對于大量原子核衰變是成立的，個數(shù)較少時規(guī)律不成立，故D錯誤。

故選ABO

命題角度2核能的分析與計算

例4.（2022?浙江?高考真題）2021年12月15日秦山核電站迎來了安全發(fā)電30周年，核電站累計發(fā)電約

6.9、10久\/\/小，相當(dāng)于減排二氧化碳六億多噸。為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民

供熱。下列說法正確的是（）

A.秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量

B,秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為27.6kg

C.核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度

D.反應(yīng)堆中存在*U+-Ba+Kr+3：n的核反應(yīng)

【答案】CD

【詳解】A.秦山核電站利用的是重核裂變變釋放的能量，故A錯誤；

B.原子核虧損的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化為電能時，約為

6.9x10"x1000x3600

△m蕓kg?27.6kg

c(3x108)2

核電站實際發(fā)電還要考慮到核能的轉(zhuǎn)化率和利用率，則原子核虧損的質(zhì)量大于27.6kg,故B錯誤；

C.核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒能吸收中子的特性，通過中子的數(shù)量控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，故C正確；

D.反應(yīng)堆利用鈾235的裂變，生成多個中核和中子，且產(chǎn)物有隨機(jī)的兩分裂、三分裂，即存在

fBa+Kr+3jn的核反應(yīng)，故D正確；

故選CDO

反思?xì)w納)核能的理解與計算

(1)比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。

(2)核能的計算方法

①根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)的質(zhì)量虧損的千克數(shù)乘以真空中光速c的平方，即

AE=Amc2(J)o

②根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5兆電子伏(MeV)能量，用核反應(yīng)的質(zhì)量虧損的原

子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV,§PAE=AmX931.5(MeV)o

③如果核反應(yīng)時釋放的核能是以動能形式呈現(xiàn)的，則核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動能的增量即為

釋放的核能。

④根據(jù)平均結(jié)合能計算核能，原子核的結(jié)合能=平均結(jié)合能X核子數(shù)。

:拓展訓(xùn)練】

4-L(2022.青海,海東市第一中學(xué)二模)我國中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所有一座有

“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST),2021年12月30日晚，這臺裝置創(chuàng)造了

一個世界之最——在7000萬攝氏度的高溫下實現(xiàn)1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運行，為人類開發(fā)利

用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于核聚變的說法正確的是()

A.核聚變比核裂變更清潔

B.核聚變過程中，質(zhì)量、能量都不守恒

c.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加

D.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能減少

【答案】A

【詳解】A.核聚變的原料是氫元素，聚變后的產(chǎn)物是氮元素，相對于核裂變的原料鈾元素來說更清潔，

A項正確；

B.核聚變的過程中質(zhì)量不守恒，但能量守恒，B項錯誤；

CD,兩個輕核發(fā)生聚變時釋放能量，根據(jù)質(zhì)能方程知，聚變后的質(zhì)量會有虧損并以能量的形式釋放出去

了，故聚變后質(zhì)量會減小，核反應(yīng)的生成物比反應(yīng)物更穩(wěn)定，核子的比結(jié)合能增加，CD項錯誤。

故選Ao

4-2.（2022?遼寧模擬預(yù)測）2021年5月28日，我國“人造太陽’’打破世界紀(jì)錄，成功實現(xiàn)1.2億攝氏

度運行101秒。其結(jié)構(gòu)如圖所示，在“人造太陽”周圍，距“人造太陽”中心L處有半徑均為廠的球面

形狀（可近似為圓形）能量接收裝置，“人造太陽”內(nèi)部發(fā)生的笊-笳聚變的核反應(yīng)方程為

+d；He+e；n,釋放出的能量都轉(zhuǎn)化為原子核的動能，最終被能量接收裝置吸收并輸出，經(jīng)時間/

測得反應(yīng)物的質(zhì)量減少了△加，記光速為金則下列說法正確的是（）

球面能量

接收裝置

-人造太陽

A.；He的比結(jié)合能比:H的小

B.方程中未知量滿足。=2"

C.一次笊-笳聚變釋放的能量為Amc?

D.單個接收裝置對外輸