專題15-物理學(xué)史及近代物理(解析版)

2020年高考物理二輪復(fù)習(xí)熱點(diǎn)題型與提分秘籍專題15物理學(xué)史及近代物理題型一光電效應(yīng)【典例分析1】(2020·山西運(yùn)城模擬)美國物理學(xué)家密立根利用如圖甲所示的電路研究金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系，描繪出圖乙中的圖象，由此算出普朗克常量h，電子電荷量用e表示，下列說法正確的是()A．入射光的頻率增大，測遏止電壓時(shí)，應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片P向M端移動(dòng)B．增大入射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能也增大C．由Uc－ν圖象可知，這種金屬截止頻率為νcD．由Uc－ν圖象可求普朗克常量表達(dá)式為h＝eq\f(U1e,ν1－νc)【參考答案】CD【名師解析】：.入射光的頻率增大，光電子的最大初動(dòng)能增大，遏止電壓增大，根據(jù)光電效應(yīng)方程得出Uc－ν的關(guān)系式，通過關(guān)系式得出斜率、截距表示的含義．入射光的頻率增大，光電子的最大初動(dòng)能增大，則遏止電壓增大，測遏止電壓時(shí)，應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)，A錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，B錯(cuò)誤；根據(jù)Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(hνc,e)，圖線的斜率k＝eq\f(h,e)＝eq\f(U1,ν1－νc)，則h＝eq\f(U1e,ν1－νc)，當(dāng)遏止電壓為零時(shí)，ν＝νc，C、D正確．【提分秘籍】求解光電效應(yīng)問題的五個(gè)關(guān)系與四種圖象(1)五個(gè)關(guān)系①逸出功W0一定時(shí)，入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動(dòng)能。②入射光的頻率一定時(shí)，入射光的強(qiáng)度決定著單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來的光電子數(shù)。③愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0。④光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管用實(shí)驗(yàn)的方法測得，即Ek＝eUc，其中Uc為遏止電壓。⑤光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功。它與極限頻率νc的關(guān)系是W0＝hνc。(2)四種光電效應(yīng)的圖象圖象名稱圖線形狀由圖線直接(或間接)得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線(1)極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc(2)逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)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：圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)(2)飽和光電流Im：電流的最大值(3)最大初動(dòng)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(2)飽和光電流(3)最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線(1)極限頻率νc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值(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【突破訓(xùn)練】1.(2019·哈爾濱三中二模)(多選)圖甲是研究光電效應(yīng)的電路圖，圖乙是用a、b、c光照射光電管得到的I-U圖線，Uc1、Uc2表示遏止電壓，下列說法正確的是()A．在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流一直會增加B．a(chǎn)、c光的頻率相等C．光電子的能量只與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)，而與入射光的頻率無關(guān)D．a(chǎn)光的波長大于b光的波長【答案】BD【解析】在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流會先增加后不變，A錯(cuò)誤；當(dāng)光電流為零時(shí)，光電管兩端加的電壓為遏止電壓，根據(jù)eUc＝hν－W0，入射光的頻率越高，對應(yīng)的遏止電壓Uc越大，a、c兩光的遏止電壓相等，且小于b光的遏止電壓，所以a、c兩光的頻率相等且小于b光的頻率，根據(jù)λ＝eq\f(c,ν)，可知a光的波長大于b光的波長，B、D正確；光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)，C錯(cuò)誤。2.(2019·河北唐山一模)用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為5.15×1014Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。則下列說法中正確的是() A．欲測遏止電壓，應(yīng)選擇電源左端為正極B．當(dāng)電源左端為正極時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)，電流表的示數(shù)持續(xù)增大C．增大照射光的強(qiáng)度，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能一定增大D．如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝7.00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ekm＝1.2×10－19J【答案】D【解析】要用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量銣的遏止電壓Uc，光電管兩端應(yīng)接反向電壓，即電源左端為負(fù)極，A錯(cuò)誤；當(dāng)電源左端為正極時(shí)，將滑動(dòng)變阻器的滑片從圖示位置向右滑動(dòng)的過程中，則電壓增大，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)A極的光電子數(shù)量增大，電流增大，當(dāng)電流達(dá)到飽和值后，將不再增大，即電流表讀數(shù)的變化是先增大，后不變，故B錯(cuò)誤；光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率和金屬的逸出功有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯(cuò)誤；根據(jù)圖乙可知，銣的截止頻率νc＝5.15×1014Hz，根據(jù)hνc＝W0，可求出該金屬的逸出功大小W0＝6.63×10－34×5.15×1014J＝3.41×10－19J，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，當(dāng)入射光的頻率為ν＝7.00×1014Hz時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ekm＝6.63×10－34×7.0×1014J－3.41×10－19J＝1.2×10－19J，故D正確。題型二原子結(jié)構(gòu)和能級躍遷【典例分析1】(2020·河南省鄭州市月考)如圖所示為氫原子能級的示意圖，下列有關(guān)說法正確的是()A．處于基態(tài)的氫原子吸收10.5eV的光子后能躍遷至n＝2能級B．大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)，最多可輻射出3種不同頻率的光C．若用從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出的光，照射某金屬時(shí)恰好發(fā)生光電效應(yīng)，則用從n＝4能級躍遷到n＝3能級輻射出的光，照射該金屬時(shí)一定能發(fā)生光電效應(yīng)D．用n＝4能級躍遷到n＝1能級輻射出的光，照射逸出功為6.34eV的金屬鉑產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為6.41eV【參考答案】D【名師解析】處于基態(tài)的氫原子吸收10.2eV的光子后能躍遷至n＝2能級，不能吸收10.5eV的光子，A錯(cuò)誤；大量處于n＝4能級的氫原子，最多可以輻射出Ceq\o\al(2,4)＝6種不同頻率的光，B錯(cuò)誤；從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出的光的能量值大于從n＝4能級躍遷到n＝3能級輻射出的光的能量值，用從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出的光，照射某金屬時(shí)恰好發(fā)生光電效應(yīng)，則用從n＝4能級躍遷到n＝3能級輻射出的光，照射該金屬時(shí)一定不能發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤；處于n＝4能級的氫原子躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的輻射光的光子能量為E＝E4－E1＝－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程，照射逸出功為6.34eV的金屬鉑產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為Ekm＝E－W＝12.75eV－6.34eV＝6.41eV，D正確。【提分秘籍】原子能級躍遷問題的解題技巧(1)原子躍遷時(shí)，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差，即ΔE＝hν＝|E初－E末|。(2)原子電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值。(3)一群氫原子和一個(gè)氫原子不同，氫原子核外只有一個(gè)電子，這個(gè)電子在某時(shí)刻只能處在某一個(gè)確定的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由這一軌道躍遷到另一較低能級軌道時(shí)，可能的情況只有一種，所以一個(gè)氫原子從n能級躍遷發(fā)射出光子的最多可能種類N＝n－1。但是如果有大量n能級的氫原子，它們的核外電子向低能級躍遷時(shí)就會有各種情況出現(xiàn)了，發(fā)射光子的種類N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)。(4)計(jì)算氫原子能級躍遷放出或吸收光子的頻率和波長時(shí)，要注意各能級的能量值均為負(fù)值，且單位為電子伏，計(jì)算時(shí)需換算單位，1eV＝1.6×10－19J。(5)氫原子能量為電勢能與動(dòng)能的總和，能量越大，軌道半徑越大，勢能越大，動(dòng)能越小。【突破訓(xùn)練】1.(2019·福建南平二模)氫原子能級如圖所示，則下列說法正確的是()A．氫原子能級越高原子的能量越大，電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑越大，動(dòng)能也越大B．用動(dòng)能為12.3eV的電子射向一群處于基態(tài)的氫原子，原子有可能躍遷到n＝2的能級C．用光子能量為12.3eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，氫原子有可能躍遷到n＝2的能級D．用光子能量為1.75eV的可見光照射大量處于n＝3能級的氫原子時(shí)，氫原子不能發(fā)生電離【答案】B【解析】根據(jù)玻爾理論，氫原子能級越高原子的能量越大，電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑越大，根據(jù)keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)可知?jiǎng)幽茉叫。珹錯(cuò)誤；因12.3eV大于n＝1和n＝2之間的能級差10.2eV，則用動(dòng)能為12.3eV的電子射向一群處于基態(tài)的氫原子，原子有可能躍遷到n＝2的能級，B正確；因12.3eV不等于n＝1和n＝2之間的能級差，則用光子能量為12.3eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，光子不能被氫原子吸收，則氫原子不能躍遷到n＝2的能級，C錯(cuò)誤；用光子能量為1.75eV的可見光照射大量處于n＝3能級的氫原子時(shí)，1.75eV>0－(1.51eV)，氫原子能發(fā)生電離，D錯(cuò)誤。2.(2019·山東日照高考模擬)氫原子的能級如圖，一群氫原子處于n＝4能級上。當(dāng)氫原子從n＝4能級躍遷到n＝3能級時(shí)，輻射光的波長為1884nm，下列判斷正確的是()A．一群氫原子從n＝4能級向n＝1能級躍遷時(shí)，最多產(chǎn)生4種譜線B．從高能級向低能級躍遷時(shí)，氫原子核一定向外放出能量C．氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級時(shí)，輻射光的波長大于1884nmD．用氫原子從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射的光照射W逸＝6.34eV的鉑，能發(fā)生光電效應(yīng)【答案】D【解析】一群處于n＝4能級上的氫原子向n＝1能級躍遷時(shí)最多產(chǎn)生Ceq\o\al(2,4)＝6種譜線，故A錯(cuò)誤；從高能級向低能級躍遷時(shí)，氫原子一定向外放出能量，但原子核不向外放出能量，故B錯(cuò)誤；氫原子從n＝4能級躍遷到n＝3能級輻射的光子能量小于從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射的光子能量，可知從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射的光子波長小于1884nm，故C錯(cuò)誤；氫原子從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射的光子的能量值：E12＝E2－E1＝－3.40eV－(－13.60eV)＝10.20eV，故用該光照射W逸＝6.34eV的鉑，能發(fā)生光電效應(yīng)，D正確。3．(2019·山東省“評價(jià)大聯(lián)考”三模)如圖所示為氫原子能級圖，現(xiàn)有大量氫原子從n＝4的能級發(fā)生躍遷，產(chǎn)生一些不同頻率的光，讓這些光照射一個(gè)逸出功為2.29eV的鈉光電管，以下說法正確的是()A．這些氫原子可能發(fā)出3種不同頻率的光B．能夠讓鈉光電管發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的有4種光子C．光電管發(fā)出的光電子與原子核發(fā)生衰變時(shí)飛出的電子都是來源于原子核內(nèi)部D．鈉光電管在這些光照射下發(fā)出的光電子再次轟擊處于基態(tài)的氫原子，可以使氫原子躍遷到n＝3的能級【答案】B【解析】大量氫原子從n＝4能級躍遷能產(chǎn)生6種不同頻率的光，故A錯(cuò)誤；其中能讓鈉光電管發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的有4種光子，即為氫原子從n＝2能級躍遷到n＝1能級，從n＝3能級躍遷到n＝1能級，從n＝4能級躍遷到n＝1能級，從n＝4能級躍遷到n＝2能級輻射出的光子，故B正確；光電子來自于金屬板原子核外的自由電子，故C錯(cuò)誤；氫原子從n＝4能級向n＝1能級發(fā)生躍遷，輻射光能量最大，當(dāng)該光照射鈉光電管時(shí)，逸出的光電子的最大能量為E＝－0.85eV－(－13.60eV)－2.29eV＝10.46eV，而氫原子從n＝1能級躍遷到n＝3能級，需要吸收的能量為E′＝－1.51eV－(－13.60eV)＝12.09eV，因10.46eV<12.09eV，故用該光電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，不能使之躍遷到n＝3能級，故D錯(cuò)誤。題型三原子核的衰變、核反應(yīng)與核能【典例分析1】．(2020·山東濟(jì)寧育才中學(xué)模擬)eq\o\al(60,27)Co衰變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)e，其半衰期為5.27年。已知eq\o\al(60,27)Co、eq\o\al(60,28)Ni、eq\o\al(0,－1)e的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，下列說法正確的是()A．該核反應(yīng)中釋放的能量為(m2＋m3－m1)c2B．該核反應(yīng)中釋放出的γ射線的穿透本領(lǐng)比β粒子強(qiáng)C．若有16個(gè)eq\o\al(60,27)Co原子，經(jīng)過5.27年后一定只剩下8個(gè)eq\o\al(60,27)Co原子D．β粒子是eq\o\al(60,27)Co核外的電子電離形成的【參考答案】B【名師解析】根據(jù)質(zhì)能方程可知核反應(yīng)中釋放的能量為(m1－m2－m3)c2，故A錯(cuò)誤；根據(jù)三種射線的特點(diǎn)，可知γ射線的穿透本領(lǐng)比β粒子強(qiáng)，故B正確；半衰期是對大量原子才成立的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，對個(gè)別的原子沒有意義，故C錯(cuò)誤；根據(jù)β衰變的本質(zhì)可知，β粒子是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故D錯(cuò)誤?！镜淅治?】．(2020·河北衡水統(tǒng)測)一放射性原子核X靜止在與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場中，衰變后產(chǎn)生的原子核Y及粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，則()A．此次衰變可能為β衰變B．Y的質(zhì)子數(shù)比X的質(zhì)子數(shù)小4C．Y的中子數(shù)比X的中子數(shù)小4D．軌跡2為Y的運(yùn)動(dòng)軌跡【參考答案】D.【名師解析】：衰變瞬間粒子和原子核Y速度方向相反，根據(jù)軌跡圖可知，兩者在切點(diǎn)處受到的洛倫茲力方向相反，而兩者處于同一磁場中，根據(jù)左手定則可判斷出兩者帶同種電荷，即X發(fā)生的是α衰變，A錯(cuò)誤；Y的質(zhì)子比X的質(zhì)子數(shù)小2，Y的中子數(shù)比X的中子數(shù)小2，B、C錯(cuò)誤；衰變過程遵循動(dòng)量守恒定律，可得粒子和Y的動(dòng)量大小相等、方向相反，結(jié)合qvB＝meq\f(v2,r)可得電荷量越大，運(yùn)動(dòng)半徑越小，故軌跡2為Y的運(yùn)動(dòng)軌跡，D正確．【提分秘籍】1.原子核的衰變問題(1)衰變實(shí)質(zhì)：α衰變是原子核中的2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氦核并射出；β衰變是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，再將電子射出；γ衰變伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)發(fā)生，不改變原子核的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)，以光子形式釋放出衰變過程中的多余能量。(2)核衰變規(guī)律：，其中t為衰變的時(shí)長，τ為原子核的半衰期。衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)；半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對個(gè)別、少數(shù)原子核無意義。(3)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。2．三種射線(1)α射線：穿透能力最弱，電離作用最強(qiáng)。(2)β射線：穿透能力較強(qiáng)，電離作用較弱。(3)γ射線：穿透能力更強(qiáng)，電離作用更弱。3．核反應(yīng)方程(1)核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)、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。核反應(yīng)過程一般不可逆，所以核反應(yīng)方程中用“→”表示方向而不能用等號代替。(2)核反應(yīng)類型①衰變α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e②原子核的人工轉(zhuǎn)變質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H中子的發(fā)現(xiàn)：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn)：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e③重核裂變例如：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。④輕核聚變例如：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n。4．核能的計(jì)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ΔE＝Δmc2(J)。(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5兆電子伏(MeV)的能量，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ΔE＝Δm×931.5(MeV)。(3)如果核反應(yīng)時(shí)釋放的核能是以動(dòng)能形式呈現(xiàn)，則核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量即為釋放的核能?！就黄朴?xùn)練】1.(2019·四川廣元三診改編)釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)(TMSR)是第四代核能系統(tǒng)之一。其中釷基核燃料鈾由較難裂變的釷吸收一個(gè)中子后經(jīng)過若干次β衰變而來；鈾的一種典型裂變產(chǎn)物是鋇和氪。以下說法正確的是()A．題中釷核eq\o\al(232,90)Th變成鈾核的核反應(yīng)方程為eq\o\al(232,90)Th＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(233,90)Th，eq\o\al(233,90)Th→eq\o\al(233,92)U＋2eq\o\al(0,－1)eB．釷核衰變的快慢由原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件決定C．釷核eq\o\al(232,90)Th中有90個(gè)中子，142個(gè)質(zhì)子D．在鈾核裂變成鋇和氪的核反應(yīng)中，核子的比結(jié)合能減小【答案】A【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知，釷核eq\o\al(232,90)Th變成鈾核的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(232,90)Th＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(233,90)Th，eq\o\al(233,90)Th→eq\o\al(233,92)U＋2eq\o\al(0,－1)e，A正確；原子核的半衰期由核內(nèi)部自身因素決定，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)，故B錯(cuò)誤；釷核eq\o\al(232,90)Th中有90個(gè)質(zhì)子，232－90＝142個(gè)中子，C錯(cuò)誤；重核裂變的過程中釋放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核子的比結(jié)合能增大，故D錯(cuò)誤。2.(2019·湖南衡陽二模)在勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)原來靜止的原子核，由于衰變放射出某種粒子，結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓1和2的徑跡照片如圖所示，已知兩個(gè)相切圓的半徑分別r1、r2，則下列說法正確的是()A．原子核可能發(fā)生α衰變，也可能發(fā)生β衰變B．徑跡2可能是衰變后新核的徑跡C．若衰變方程是eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，則衰變后新核和射出的粒子的動(dòng)能之比為117∶2D．若衰變方程是eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，則r1∶r2＝1∶45【答案】D【解析】原子核衰變過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，由動(dòng)量守恒定律可知，衰變生成的兩粒子的動(dòng)量大小相等方向相反，粒子速度方向相反，由左手定則可知，若生成的兩粒子電性相反，則在磁場中的徑跡為內(nèi)切圓，若生成的兩粒子電性相同，則在磁場中的徑跡為外切圓，題中原子核衰變放出的新核與粒子電性相同，故該原子核發(fā)生的是α衰變，A錯(cuò)誤；原子核衰變生成的兩核動(dòng)量p大小相等方向相反，粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：qvB＝meq\f(v2,r)，解得：r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，由于p、B相同，則粒子電荷量q越大，軌道半徑越小，由于新核的電荷量大，所以新核的軌跡半徑小于粒子的軌跡半徑，所以徑跡1為粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡，B錯(cuò)誤；原子核衰變生成的兩核動(dòng)量p大小相等方向相反，由動(dòng)能與動(dòng)量的關(guān)系Ek＝eq\f(p2,2m)，可知新核和射出的粒子的動(dòng)能之比等于質(zhì)量的反比，即為2∶117，故C錯(cuò)誤；由r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)可得，r1∶r2＝2∶90＝1∶45，故D正確。3.(2019·河南鄭州二模)1933年至1934年間，約里奧·居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔時(shí)，發(fā)生的核反應(yīng)方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，反應(yīng)生成物eq\o\al(30,15)P像天然放射性元素一樣衰變，放出正電子eq\o\al(0,1)e，且伴隨產(chǎn)生中微子eq\o\al(A,Z)ν，核反應(yīng)方程為eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(A,Z)ν。則下列說法正確的是()A．當(dāng)溫度、壓強(qiáng)等條件變化時(shí)，放射性元素eq\o\al(30,15)P的半衰期隨之變化B．中微子的質(zhì)量數(shù)A＝0，電荷數(shù)Z＝0C．正電子產(chǎn)生的原因可能是核外電子轉(zhuǎn)變成的D．兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，則質(zhì)子與中子的質(zhì)量之和一定等于α粒子的質(zhì)量【答案】B【解析】放射性元素的半衰期與外界因素?zé)o關(guān)，A錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，中微子的質(zhì)量數(shù)A＝0，電荷數(shù)Z＝0，B正確；正電子產(chǎn)生的原因是核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子時(shí)放出的，C錯(cuò)誤；兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子要釋放能量，根據(jù)質(zhì)能方程及質(zhì)量虧損可知，兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子的質(zhì)量之和大于α粒子的質(zhì)量，故D錯(cuò)誤。2.(2019·山東威海三模)土壤和大氣中含有放射性元素釙210，它可以通過根部吸收或表面吸附的途徑進(jìn)入植物的組織中，煙葉中含量較高。釙210可以通過吸煙的途徑進(jìn)入吸煙者體內(nèi)，其半衰期為138天。8mg釙210經(jīng)過414天后還剩下()A．4mg B．2mgC．1mg D．0【答案】C【解析】釙210的半衰期是138天，經(jīng)過414天后，即經(jīng)過3個(gè)半衰期，釙210剩余的質(zhì)量：m＝m0(eq\f(1,2))3＝8×eq\f(1,8)mg＝1mg，故C正確。5.(2019·長春質(zhì)量監(jiān)測)(多選)2017年1月9日，大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)工程獲得國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。大多數(shù)原子核發(fā)生核反應(yīng)的過程中都伴著中微子的產(chǎn)生，例如核裂變、核聚變、β衰變等。下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是()A.eq\o\al(234,90)Th衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn，經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變B.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是α衰變方程，eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e是β衰變方程C.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核裂變方程，也是氫彈的核反應(yīng)方程D．高速運(yùn)動(dòng)的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H【答案】AD【解析】eq\o\al(234,90)Th衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn，由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，該反應(yīng)經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變，故A正確；eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變方程，eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e是β衰變方程，故B錯(cuò)誤；eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核裂變方程，不是氫彈的核反應(yīng)方程，故C錯(cuò)誤；高速運(yùn)動(dòng)的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，故D正確。題型四物理學(xué)史及物理學(xué)思想方法【典例分析1】(2020·山東濰坊市下學(xué)期高考模擬)在物理學(xué)中用比值法定義物理量是一種很重要的方法．下列物理量的表達(dá)式不是由比值法定義的是()A．加速度定義式a＝eq\f(Δv,Δt) B．點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度E＝keq\f(Q,r2)C．磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(F,IL) D．電阻R＝eq\f(U,I)【參考答案】B【名師解析】加速度定義式a＝eq\f(Δv,Δt)，用速度的變化量與時(shí)間的比值來定義加速度，表示速度變化快慢的物理量，是用比值法定義的物理量，故選項(xiàng)A不符合題意；點(diǎn)電荷之間的作用力根據(jù)庫侖定律有：F＝keq\f(Qq,r2)，則根據(jù)場強(qiáng)的公式可以得到點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度公式為：E＝eq\f(F,q)＝keq\f(Q,r2)，可知點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度E＝keq\f(Q,r2)，不是由比值法定義，是根據(jù)場強(qiáng)公式推導(dǎo)出的，故選項(xiàng)B符合題意；磁感應(yīng)強(qiáng)度公式B＝eq\f(F,IL)，是比值法定義，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與安培力F、電流I及導(dǎo)線長度L均無關(guān)，故C不符合題意；電阻R＝eq\f(U,I)，即電阻與電壓無關(guān)，與電流也無關(guān)，是屬于比值法定義，故D不符合題意．【典例分析2】(2020·山東臨沂市2月質(zhì)檢)2018年3月14日，著名物理學(xué)家斯蒂芬·威廉·霍金逝世，引發(fā)全球各界悼念．在物理學(xué)發(fā)展的歷程中，許多物理學(xué)家的科學(xué)研究為物理學(xué)的建立做出了巨大的貢獻(xiàn)．關(guān)于下列幾位物理學(xué)家所做科學(xué)貢獻(xiàn)的敘述中，正確的是()A．卡文迪許將行星與太陽、地球與月球、地球與地面物體之間的引力規(guī)律推廣到宇宙中的一切物體，得出萬有引力定律B．法拉第通過長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)線周圍存在磁場C．查德威克用α粒子轟擊Be原子核發(fā)現(xiàn)了中子D．愛因斯坦的光子說認(rèn)為，只要光照時(shí)間足夠長，所有電子最終都能逸出金屬表面成為光電子【參考答案】C【名師解析】牛頓將行星與太陽、地球與月球、地球與地面物體之間的引力規(guī)律推廣到宇宙中的一切物體，得出萬有引力定律，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；奧斯特通過長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)線周圍存在磁場，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；查德威克用α粒子轟擊Be原子核發(fā)現(xiàn)了中子，選項(xiàng)C正確；愛因斯坦的光子說認(rèn)為，能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的頻率有關(guān)，與光照時(shí)間無關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【提分秘籍】一重要物理思想方法歸納1．理想模型法為了便于進(jìn)行物理研究或物理教學(xué)而建立的一種抽象的理想客體或理想物理過程，突出了事物的主要因素、忽略了事物的次要因素．理想模型可分為對象模型(如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、理想變壓器等)、條件模型(如光滑表面、輕桿、輕繩、勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場等)和過程模型(在空氣中自由下落的物體、拋體運(yùn)動(dòng)、勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、恒定電流等)．2．極限思維法就是人們把所研究的問題外推到極端情況(或理想狀態(tài))，通過推理而得出結(jié)論的過程．在用極限思維法處理物理問題時(shí)，通常是將參量的一般變化推到極限值，即無限大、零值、臨界值或特定值的條件下進(jìn)行分析和討論．如公式v＝eq\f(Δx,Δt)中，當(dāng)Δt→0時(shí)，v是瞬時(shí)速度．3．理想實(shí)驗(yàn)法也叫作實(shí)驗(yàn)推理法，就是在物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加上合理的科學(xué)的推理得出結(jié)論的方法就叫作理想實(shí)驗(yàn)法，這也是一種常用的科學(xué)方法．如由伽利略斜面實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出牛頓第一定律等．4．微元法微元法是指在處理問題時(shí)，從對事物的極小部分(微元)分析入手，達(dá)到解決事物整體目的的方法．它在解決物理學(xué)問題時(shí)很常用，思想就是“化整為零”，先分析“微元”，再通過“微元”分析整體．5．比值定義法就是用兩個(gè)基本物理量的“比”來定義一個(gè)新的物理量的方法，特點(diǎn)是A＝eq\f(B,C)，但A與B、C均無關(guān)．如a＝eq\f(Δv,Δt)、E＝eq\f(F,q)、C＝eq\f(Q,U)、I＝eq\f(q,t)、R＝eq\f(U,I)、B＝eq\f(F,IL)、ρ＝eq\f(m,V)等．6．放大法在物理現(xiàn)象或待測物理量十分微小的情況下，把物理現(xiàn)象或待測物理量按照一定規(guī)律放大后再進(jìn)行觀察和測量，這種方法稱為放大法．常見的方式有機(jī)械放大、電放大、光放大．7．控制變量法決定某一個(gè)現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化的因素很多，為了弄清事物變化的原因和規(guī)律，必須設(shè)法把其中的一個(gè)或幾個(gè)因素用人為的方法控制起來，使它保持不變，研究其他兩個(gè)變量之間的關(guān)系，這種方法就是控制變量法．比如探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，就用了控制變量法．8．等效替代法在研究物理問題時(shí)，有時(shí)為了使問題簡化，常用一個(gè)物理量來代替其他所有物理量，但不會改變物理效果．如用合力替代各個(gè)分力，用總電阻替代各部分電阻等．9．類比法也叫“比較類推法”，是指由一類事物所具有的某種屬性，可以推測與其類似的事物也應(yīng)具有這種屬性的推理方法．其結(jié)論必須由實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)，類比對象間共有的屬性越多，則類比結(jié)論的可靠性越大．如研究電場力做功時(shí)，與重力做功進(jìn)行類比；認(rèn)識電流時(shí)，用水流進(jìn)行類比；認(rèn)識電壓時(shí)，用水壓進(jìn)行類比．二、重要物理學(xué)史歸納總結(jié)科學(xué)家國籍主要貢獻(xiàn)伽利略意大利①1638年，論證較重物體不會比較輕物體下落得快；②伽利略理想實(shí)驗(yàn)指出：在水平面上運(yùn)動(dòng)的物體，若沒有摩擦，將保持這個(gè)速度一直運(yùn)動(dòng)下去；③伽利略在教堂做禮拜時(shí)發(fā)現(xiàn)擺的等時(shí)性，惠更斯根據(jù)這個(gè)原理制成歷史上第一座自擺鐘；④伽利略在1683年出版的《兩種新科學(xué)的對話》一書中，運(yùn)用“觀察→假設(shè)→數(shù)學(xué)推理”的方法，詳細(xì)地研究了拋體運(yùn)動(dòng)牛頓英國①以牛頓三大運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)建立牛頓力學(xué)；②1687年在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》上發(fā)表萬有引力定律，建立行星定律理論的基礎(chǔ)開普勒德國17世紀(jì)提出開普勒三大定律卡文迪許英國1798年利用扭秤裝置比較準(zhǔn)確地測出了萬有引力常量G庫侖法國①1785年，庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學(xué)中著名的庫侖定律；②靜電力常量的數(shù)值是在電荷量的單位得到定義之后，后人通過庫侖定律計(jì)算得出的續(xù)表科學(xué)家國籍主要貢獻(xiàn)密立根美國通過油滴實(shí)驗(yàn)測定了元電荷的數(shù)值，e＝1.6×10－19C富蘭克林美國①解釋了摩擦起電的原因；②通過風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證閃電是電的一種形式，把天電與地電統(tǒng)一起來，并發(fā)明避雷針歐姆德國通過實(shí)驗(yàn)得出歐姆定律昂尼斯荷蘭大多數(shù)金屬在溫度降到某一值時(shí)，都會出現(xiàn)電阻突然降為零的現(xiàn)象——超導(dǎo)現(xiàn)象焦耳英國①與俄國物理學(xué)家楞次先后各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱效應(yīng)的規(guī)律，稱為焦耳—楞次定律；②能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)者之一楞次俄國1834年楞次確定感應(yīng)電流方向的定律——楞次定律奧斯特丹麥1820年，發(fā)現(xiàn)電流可以使周圍的磁針產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，稱為電流的磁效應(yīng)洛倫茲荷蘭提出運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生了磁場和磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有作用力(洛倫茲力)的觀點(diǎn)笛卡兒法國①在《哲學(xué)原理》中比較完整地第一次表述了慣性定律；②第一個(gè)明確地提出了“動(dòng)量守恒定律”安培法國①發(fā)現(xiàn)了安培定則；②發(fā)現(xiàn)電流相互作用的規(guī)律；③提出分子電流假說法拉第英國①在1821年，法拉第在重復(fù)奧斯特“電生磁”實(shí)驗(yàn)時(shí)，制造出人類歷史上第一臺最原始的電動(dòng)機(jī)；②1831年發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，使人類的文明跨進(jìn)了電氣化時(shí)代；③提出用電場線描述電場、用磁感線描述磁場亨利美國最大的貢獻(xiàn)是在1832年發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象盧瑟福英國①進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，并提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；②用α粒子轟擊氮核，第一次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子玻爾丹麥量子力學(xué)的先驅(qū)，吸取普朗克、愛因斯坦的量子概念，提出原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論貝克勒爾法國發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，說明原子核也有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)查德威克英國在α粒子轟擊鈹核時(shí)發(fā)現(xiàn)中子(原子核人工轉(zhuǎn)變的實(shí)驗(yàn))，由此人們認(rèn)識到原子核的組成居里夫人法國發(fā)現(xiàn)了放射性更強(qiáng)的釙和鐳【突破訓(xùn)練】1．(2019·甘肅蘭州市第一次診斷)關(guān)于物理學(xué)家和他們對物理學(xué)的貢獻(xiàn)，下列說法正確的是()A．愛因斯坦提出了光的電磁說B．麥克斯韋預(yù)言并證實(shí)了電磁波的存在C．玻爾建立了量子理論，并成功解釋了各種原子的發(fā)光原理D．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型【答案】D【解析】麥克斯韋提出了光的電磁說，認(rèn)為光是一種電磁波，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在，赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；玻爾結(jié)合普朗克的量子概念、愛因斯坦的光子概念和盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型提出了玻爾理論，成功解釋了氫原子的發(fā)光原理；但由于過多保留了經(jīng)典電磁學(xué)的理論，不能很好地解釋其他原子的發(fā)光現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故D項(xiàng)正確．2.關(guān)于物理概念的建立和物理規(guī)律的形成，下列說法不正確的是()A．在定義“瞬時(shí)速度”的概念時(shí)，利用了微元法B．伽利略在研究“落體運(yùn)動(dòng)”時(shí)，利用了演繹法C．在建立“質(zhì)點(diǎn)”和“點(diǎn)電荷”的概念時(shí)，利用了假設(shè)法D．在萬有引力定律的建立過程中，除了牛頓以外，科學(xué)家第谷、開普勒、卡文迪許均做出了重要的貢獻(xiàn)【答案】C【解析】在定義“瞬時(shí)速度”的概念時(shí)，所用方法為將Δt時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度，當(dāng)Δt趨近于零時(shí)，即為瞬時(shí)速度，利用了微元法，故A正確；伽利略在研究“落體運(yùn)動(dòng)”時(shí)，是基于物體在斜面上的實(shí)際運(yùn)動(dòng)進(jìn)行合理的演繹外推得到的，故B正確；建立“質(zhì)點(diǎn)”和“點(diǎn)電荷”的概念時(shí)，利用的是理想模型的方法，故C錯(cuò)誤；第谷的天文觀測數(shù)據(jù)及開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律為萬有引力定律的建立奠定基礎(chǔ)，科學(xué)家卡文迪許測出了引力常量G，故D正確．本題選錯(cuò)誤的選項(xiàng)，故選C.3.2018