重難點16 近代物理初步-2025年高考物理熱點重點難點專練（黑吉遼專用）-試卷下載-教習網(wǎng)

【考點概覽】
【高分技巧】
一、光電效應及其規(guī)律
1．光電效應的研究思路
(1)兩條線索
(2)兩條對應關系
eq \x(光照強度)→eq \x(\a\al(光子數(shù),目多))→eq \x(\a\al(發(fā)射光,電子多))→eq \x(\a\al(光電,流大))
eq \x(光子頻率高)→eq \x(光電子能量大)→eq \x(\a\al(光電子的最,大初動能大))
2．光電效應的圖像
二、原子結構和能級躍遷
1．玻爾理論的三條假設
2.能級躍遷問題的四點注意
(1)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＝Ceq \\al(2,n)＝eq \f(n?n－1?,2)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(n－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，只要粒子動能大于(可能等于)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
三、原子核的衰變核反應與核能的計算
1．核衰變問題
(1)核衰變規(guī)律：m＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2))) eq \s\up15(eq \f(t,T1/2)) m0，N＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2))) eq \s\up15(eq \f(t,T1/2)) N0.
(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．求核能的三種方法
(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算．若Δm的單位是kg，計算時，c的單位是m/s，ΔE的單位是J；若Δm的單位是原子質(zhì)量單位u，利用1 u相當于931.5 MeV，用ΔE＝Δm×931.5 MeV進行計算，ΔE的單位是MeV，1 MeV＝1.6×10－13 J.
(2)根據(jù)比結合能計算．原子核的結合能＝比結合能×核子數(shù)．
(3)結合動量守恒定律和能量守恒定律進行分析計算，此時要注意動量、動能關系式p2＝2mEk的應用
（建議用時：40分鐘）
【考向一：光電效應及其規(guī)律】
1．（2024·遼寧·模擬預測）北京時間2023年10月3日傍晚，諾貝爾物理學獎揭曉。皮埃爾·阿戈斯蒂尼、費倫茨·克勞斯和安妮·呂利耶因在阿秒脈沖光方面所做出的貢獻獲獎。電子需要150阿秒才能繞氫原子核運行一周，微觀世界的時間尺度如圖所示。若光周期由飛秒到阿秒量級，下列說法正確的是（）
A．波長變短B．波長不變
C．周期變長D．光子能量不變
2．（2024·黑龍江·三模）在研究甲、乙兩種金屬的光電效應現(xiàn)象實驗中，光電子的最大初動能E?與入射光頻率ν的關系如圖所示，則下列說法正確的是（）
A．甲金屬的逸出功大于乙金屬的逸出功
B．兩條圖線與橫軸的夾角α和β可能不相等
C．若增大入射光的頻率，則所需遏止電壓隨之增大
D．若增大入射光的強度，但不改變?nèi)肷涔獾念l率，則光電子的最大初動能將增大
3．（2024·遼寧·模擬預測）如圖所示，在研究光電效應的實驗中，將某種單色光照射到光電管的陰極K上，開始時滑動觸頭P位于足夠長的電阻絲的中央，下列說法正確的是（）
A．滑動觸頭向左移動，電流表示數(shù)一直變大
B．滑動觸頭向右移動，電流表示數(shù)可能先變大后不變
C．滑動觸頭向左移動到某位置處，僅增大光照強度，電流表示數(shù)一定增大
D．滑動觸頭向左移動到某位置處，僅增大單色光的頻率，電流表示數(shù)一定增大
4．（2024·遼寧·一模）研究光電效應的電路圖如圖（a）所示，現(xiàn)用某一頻率的單色光照射陰極K，改變滑動變阻器滑片P的位置，記錄微安表的示數(shù)I和對應電壓表的示數(shù)U，然后將電源的正負極對調(diào)，重復上述過程，作出圖像如圖（b）所示。已知電子的電荷量大小為e，普朗克常量為h，則下列說法正確的是（）
A．入射光的頻率為
B．陰極K的逸出功為
C．從陰極K逸出的光電子最大初動能為
D．圖（b）中電壓大小與入射光的頻率成正比
5．（2022·吉林、黑龍江·高考）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6 × 10 - 7m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3 × 1014個。普朗克常量為h = 6.63 × 10 - 34J?s。R約為（）
A．1 × 102mB．3 × 102mC．6 × 102mD．9 × 102m
6．（多選）（2024·遼寧鞍山·二模）如圖，某種太陽能電池的主體部分由P型半導體和N型半導體結合而成。當太陽光照射到該材料上時，材料吸收光子發(fā)生內(nèi)光電效應，電子從材料內(nèi)部由P型向N型一側移動，從而在兩端形成電勢差。已知該材料中的電子至少需要吸收一個能量為E的光子才能發(fā)生內(nèi)光電效應，普朗克常量為h，光速為c，則（）
A．太陽光的強度越弱，則通過負載的電流越小
B．通過負載的電流方向從下至上
C．能使該材料發(fā)生內(nèi)光電效應的最長波長為
D．改用紫外線照射該材料，則不能發(fā)生光電效應
7．（多選）（2024·遼寧、吉林、黑龍江·高考）X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發(fā)出光電子，并對光電子進行分析的科研儀器，用某一頻率的X光照射某種金屬表面，逸出了光電子，若增加此X光的強度，則（）
A．該金屬逸出功增大B．X光的光子能量不變
C．逸出的光電子最大初動能增大D．單位時間逸出的光電子數(shù)增多
8．（多選）（2024·吉林長春·模擬預測）如圖（a），一束光沿半圓形玻璃磚半徑射到平直界面MN上，折射后分為兩束單色光A和B；如圖（b）所示，讓A光、B光分別照射同一光電管的陰極，A光照射時恰好有光電流產(chǎn)生，則（）
A．若用B光照射光電管的陰極，一定有光電子逸出
B．若增大入射角，A光比B光先發(fā)生全反射
C．若A光、B光分別射向同一單縫衍射裝置，B光在屏上形成的中央亮條紋較寬
D．若A光、B光均是氫原子躍遷產(chǎn)生，則B光對應的氫原子躍遷前后兩個能級的能量差較大
9．（2024·吉林·一模）如圖，真空中足夠大的鋁板M與金屬板N平行放置，通過電流表與電壓可調(diào)的電源相連。一束波長。的紫外光持續(xù)照射到M上，光電子向各個方向逸出。已知鋁的逸出功，光速，普朗克常量。
（1）求光電子的最大初動能（計算結果保留兩位有效數(shù)字）；
（2）調(diào)節(jié)電壓使電流表的示數(shù)減小到0時，M、N間的電壓為；當電壓為時，求能到達N的光電子中，初速度與M之間夾角的最小值。
【考向二：原子結構和能級躍遷】
10．（2024·黑龍江哈爾濱·模擬預測）19世紀末至20世紀初是近代物理學發(fā)展的黃金時代。杰出物理學家們的研究成果直接推動了“近代物理學”的建立和發(fā)展。以下關于物理知識的描述哪一個是正確的（）
A．貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，圖1為產(chǎn)生的三種射線在電場中偏轉情況，其中③線代表的射線穿透能力最強
B．一群處于能級的氫原子向低能級躍遷，最多可以放出3種不同頻率的光子
C．圖3為康普頓效應的示意圖，入射光子與靜止的電子發(fā)生碰撞，碰后散射光的波長變短
D．圖4展示了粒子散射實驗的現(xiàn)象，據(jù)此現(xiàn)象，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子
11．（2024·黑龍江雙鴨山·模擬預測）氫原子的能級圖如圖甲所示，大量處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，釋放出頻率不同的光子。其中頻率最高的光照射圖乙電路中光電管K極時，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示，電壓大于后微安表示數(shù)保持不變，已知電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，金屬鎢的逸出功為4.54eV。下列說法正確的（）
A．大量處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能放出2種不同頻率的光子
B．圖乙中滑片P在Ob間，當電壓表的示數(shù)大于時，微安表示數(shù)為0
C．若圖乙中K極金屬為鎢，則圖甲中釋放的光子只有一種可以在乙圖中發(fā)生光電效應
D．當電路中電壓恰好等于時，到達A板的光電子最大速度大小為
12．（2024·黑龍江·二模）氫原子的能級如圖所示，一群處于能級的氫原子向較低能級躍遷時會發(fā)出頻率不同的光，這些光照射在逸出功為3.34eV的鋅板上，下列說法正確的是（）
A．氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜
B．這群氫原子最多能發(fā)出三種不同頻率的光
C．從躍遷到能級時發(fā)出的光波長最短
D．僅有兩種頻率的光能使鋅板發(fā)生光電效應
13．（2024·黑龍江吉林·模擬預測）北斗二期導航系統(tǒng)的“心臟”是上海天文臺自主研發(fā)的星載氫原子鐘，它是利用氫原子能級躍遷時輻射出來的電磁波去控制校準石英鐘的。如圖為氫原子能級圖，則下列說法正確的是（）
A．氫原子從低能級向高能級躍遷時輻射光子
B．大量處于能級的氫原子向低能級躍遷時，形成的線狀光譜總共有3條亮線
C．大量處于能級的氫原子輻射出來的光子中，波長最長的光子能量為0.66eV
D．用大量能量為3.6eV的光子持續(xù)照射處于基態(tài)的氫原子，可使其電離
14．（2023·遼寧·高考）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，相應能級躍遷放出的光子分別設為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應，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
D．用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek
15．（2024·遼寧·三模）食鹽被灼燒時會發(fā)出黃光，主要是由食鹽蒸氣中鈉原子的能級躍遷造成的。在鈉原子光譜的四個線系中，只有主線系的下級是基態(tài)，在光譜學中，稱主線系的第一組線（雙線）為共振線，鈉原子的共振線是有名的黃雙線（波長分別為589.0nm和589.6nm）。已知普朗克常量．元電荷，光速，下列說法正確的是（）
A．玻爾理論能解釋鈉原子的光譜現(xiàn)象
B．鈉原子處于高能級是因為從火中吸收了能量
C．黃雙線均能使逸出功為2.25eV的金屬發(fā)生光電效應
D．太陽光譜中有黃光，說明太陽中有鈉元素
16．（2024·遼寧·模擬預測）1885年巴爾末對當時已知的在可見光區(qū)的四條譜線進行了研究，四條譜線波長分別為：、，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長能夠用一個公式表示。如果采用波長的倒數(shù)，這個公式可以寫做．式中叫做里德伯常量。這個公式后來稱為巴爾末公式，它所確定的這一組譜線稱為巴耳末系。公式中的只能取整數(shù)，不能連續(xù)取值。已知氫原子基態(tài)能量為，氫原子的能級公式為，式中稱為量子數(shù)，普朗克常量，光速。（以下結果均保留2位有效數(shù)字）
（1）求出里德伯常量的數(shù)值；
（2）已知金屬鈉的截止頻率為，電子電量為，通過計算求出用上述巴耳末系中的4條可見光照射金屬鈉，發(fā)生光電效應時光電子的最大初動能為多少。
【考向三：原子核的衰變核反應與核能的計算】
17．（2024·黑龍江·三模）2023年6月7日，甘肅省的針基反應堆獲得運行許可證，正式開始運行，有效期為10年。（針核）經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變后變成能（鉛核），則（）
A．x=5，y=4B．x=6，y=4
C．x=6，y=5D．x=5，y=3
18．（2024·遼寧沈陽·模擬預測）利用的天然放射性，在醫(yī)學研究中用于檢測身體異常。質(zhì)量為的，經(jīng)時間后剩余質(zhì)量為，其圖線如圖所示，由此可知的半衰期等于（）
A．B．
C．D．
19．（2024·黑龍江·模擬預測）2023年8月25日，我國新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行，創(chuàng)造了新的運行紀錄。此裝置（如圖所示）中發(fā)生的核反應方程為，下列判斷正確的是（）
A．此核反應為衰變 B．X帶負電
C． γ來自 D．該反應過程吸收能量
20．（2024·吉林·模擬預測）下列關于原子物理知識說法正確的是（）
A．甲圖為氫原子的能級結構圖，氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時，放出能量
B．乙圖中重核裂變產(chǎn)生的中子能使核裂變反應連續(xù)的進行，稱為鏈式反應，其中一種核裂變反應方程為
C．丙圖為光電效應中光電子最大初動能與入射光頻率的關系圖線，不同頻率的光照射同種金屬發(fā)生光電效應時，圖線的斜率不相同
D．兩個輕核結合成質(zhì)量較大的核，核子的比結合能增加
21．（2024·吉林·一模）研究表明原子核核子的平均質(zhì)量（原子核的質(zhì)量除以核子數(shù)）與原子序數(shù)有如圖所示的關系。一般認為大于鐵原子核質(zhì)量數(shù)（56）的為重核，小于則是輕核。下列對該圖像的理解正確的是（）
A．從圖中可以看出，F(xiàn)e原子核最穩(wěn)定
B．從圖中可以看出，重核A裂變成原子核B和C時，需要吸收能量
C．從圖中可以看出，輕核D和E發(fā)生聚變生成原子核F時，需要吸收能量
D．從圖中可以看出，重核隨原子序數(shù)的增加，比結合能變大
22．（2024·黑龍江哈爾濱·模擬預測）心臟起搏器使用核能電池“氚電池”供電。氚電池利用氚核衰變產(chǎn)生的核能轉化為電能，其最大輸出功率與電池中可發(fā)生衰變的物質(zhì)的多少有關。已知氚核（）發(fā)生衰變的半衰期為15年，當電池中氚的含量低于初始值的25%時便無法正常工作。這種核能電池的壽命大約是（）
A．20年B．25年C．30年D．45年
23．（2024·遼寧·一模）2023年7月1日《光明網(wǎng)》消息，南非人文科學研究委員會金磚國家研究中心原主任、知名學者加雅·喬希發(fā)表評論文章，譴責日本核廢水排海將對人類產(chǎn)生毀滅性影響。核廢水中包含63種放射性物質(zhì)，除了氚之外，廢水中還含有銫-137、銫-134、鍶-90、鈷-60、碘-129、釘-106等放射性核素。放射性沉降物還可以通過食物鏈進入人體，其中碘-129的半衰期長達1570萬年，鍶-90的半衰期為28.79年；銫-137發(fā)生β衰變，衰變過程中放出β粒子生成鋇-137，銫-137的半衰期約30年。關于核輻射與核反應，下列說法正確的是（）
A．核污水中的銫-137在30年后對環(huán)境沒有不良影響
B．銫-137的衰變方程為
C．銫-137的結合能小于鋇-137的結合能
D．銫-137衰變過程中不一定有質(zhì)量虧損
24．（2024·吉林·三模）如圖，某放射性元素的原子核靜止在勻強磁場中的點，該原子核發(fā)生衰變后，放出一個粒子和一個新核，它們速度方向與磁場方向垂直，軌跡的半徑之比為，重力、阻力和庫侖力均不計，說法正確的是（）
A．粒子和新核的動量比為
B．放射性元素原子核的電荷數(shù)是90
C．可能的核反應方程為
D．衰變前原子核的比結合能大于衰變后新核的比結合能
25．（2024·黑龍江·模擬預測）核污染水里含64種放射性元素，其中的發(fā)生衰變時的核反應方程為，該核反應過程中放出的能量為E。設的比結合能為，的比結合能為，X的比結合能為，已知光在真空中的傳播速度為c，的半衰期為138天，下列說法正確的是（）
A．該核反應中發(fā)生了衰變
B．該核反應過程中放出的能量
C．100個原子核經(jīng)過138天，還剩50個原子核未衰變
D．該核反應過程中的質(zhì)量虧損可以表示為
26．（2024·遼寧·模擬預測）2023年12月14日，中核集團核工業(yè)西南物理研究院與國際熱核聚變實驗堆ITER總部簽署協(xié)議，宣布新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”面向全球開放，邀請全世界科學家來中國集智公關，共同追逐“人造太陽”夢想。該“人造太陽”中的一種核反應是一個氘核與一個氚核結合成一個氦核并釋放出一個粒子，同時釋放能量用來發(fā)電。氘核的質(zhì)量為m1，氚核的質(zhì)量為m2，氦核的質(zhì)量為m3，反應中釋放的核能為ΔE，光速為c。
（1）寫出上述“人造太陽”核反應方程；
（2）求出釋放出的粒子的質(zhì)量m4；
（3）若此裝置中的另一種核反應的方程是，已知、核的比結合能分別為，試求此核反應過程中釋放的核能。
27．（2024·黑龍江齊齊哈爾·三模）在火星上太陽能電池板發(fā)電能力有限，因此科學家們用放射性材料——作為發(fā)電能源為火星車供電（中的Pu是）。已知衰變后變?yōu)楹鸵粋€X粒子。若靜止的在磁感應強度大小為B的勻強磁場中發(fā)生衰變，X粒子的速度大小為v，方向與勻強磁場的方向垂直，在磁場中做勻速圓周運動。已知X粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q。
（1）寫出發(fā)生衰變的核反應方程；
（2）在磁場中的圓周運動可等效成一個環(huán)形電流，求做圓周運動的周期T和環(huán)形電流大小I；
（3）磁矩是描述環(huán)形電流特征的物理量，把粒子做圓周運動形成的環(huán)形電流與圓環(huán)面積的乘積叫做粒子的回旋磁矩，用符號μ表示。試推導粒子回旋磁矩μ的表達式。
28．（2024·黑龍江哈爾濱·模擬預測）如圖，O處的α粒子源能不斷地向右發(fā)射速度為 v0的α粒子，假設α粒子和核堆中靜止的核都能對心正碰并發(fā)生核反應。核反應的生成物均能從小孔Q進入板間垂直于紙面的勻強磁場（方向未知），磁感應強度的大小為，其中m為一個質(zhì)子（或中子）的質(zhì)量（設原子核的質(zhì)量等于各核子的質(zhì)量和），e為一個質(zhì)子的電荷量，d為板間距。已知生成物進入磁場后分別打在 M、N兩點，O、P、Q、M在同一水平線上，打在N點的粒子，速度偏向角為37°（sin37°=0.6）。不計粒子重力和粒子間的相互作用力（核反應過程除外）。
（1）補全α粒子與核發(fā)生核反應的方程：+→______+
（2）簡要說明，打在M、N兩點的分別是哪種粒子并判斷板間磁場的方向；
（3）假設每秒鐘發(fā)生n次核反應，擊中M點的粒子有 75%被板吸收，25%以原速率反彈，求M點每秒鐘受到的撞擊力多大。
三年考情分析
2025考向預測
2024?（遼寧、吉林、黑龍江）T8?光電效應現(xiàn)象
2023?（遼寧）T6?能級躍遷
2022?遼寧T2?愛因斯坦質(zhì)能方程與核反應方程
2023?（吉林、黑龍江）T6?愛因斯坦質(zhì)能方程
2022?（吉林、黑龍江）T17?光輻射模型
本專題屬于新高考考查內(nèi)容，主要考查光電效應、能級躍遷和核反應方程，試題難度不大，本部分內(nèi)容常與光學相結合，如光的全反射、衍射和干涉。復習過程中主要關注科技前沿——新發(fā)現(xiàn)且應用于生產(chǎn)生活的元素，有時也與電場和磁場相綜合，多以選擇題形式出現(xiàn)，屬于簡單題。
圖線形狀
圖像名稱
由圖線直接(間接)得到的物理量
最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線
①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標ν0
②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0＝|－E|＝E
③普朗克常量：圖線的斜率k＝h
顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系圖線
①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點
②飽和光電流Im：電流的最大值
③最大初動能：Ekm＝eUc
顏色不同時，光電流與電壓的關系圖線
①遏止電壓Uc1、Uc2
②飽和光電流
③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線
①截止頻率ν0：圖線與橫軸的交點
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量的乘積，即h＝ke.(注：此時兩極之間接反向電壓)
軌道量子化
核外電子只能在一些分立的軌道上運動
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＝eq \f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)
吸收或輻射能量量子化
原子在兩個能級之間躍遷時只能吸收或輻射一定頻率的光子，hν＝Em－En(m>n)

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