第15講近代物理

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「陰極射線、式粒子散射實驗、原子核式結構

光的頻率H遏止電壓）

一氫原子光譜、玻爾理論{[j&

最大初動能一光子能量T光電效應h

「

近

波天然放射現象、三種射線

E^hv—Wo￡=hv粒

代原原子核的組成：中子、質子

二

光的強度T飽和光電流戶-物子

象物

性衰變、半衰期

理

一理

光子動量T康普頓效應卜原-人工核轉變-電荷數守恒、

子核反應

核一裂變_質量數守恒

卜=、—物質波T電子的衍射和干涉P一聚變一

2

匚核力一（比）結合能一質量虧損、核能：AE=Amc

一試做?高考真題探明高考考向

1.（2024?河北鬲考1題）鋰是新能源汽車、儲能和信息通信等新興產業的關鍵材料。研究表明，鋰元素主要來自

宇宙線高能粒子與星際物質的原子核產生的散裂反應，其中一種核反應方程為/C+；H-4Li+2汨+X,式中的X

為（）

A.JnB°e

一1

C.?eD.^He

2.（2024?北京高考1題）已知社234的半衰期是24天，貝U1g鈕234經過48天后，剩余鈕234的質量為（）

A.0gB.0.25g

C.0.5gD.0.75g

3.（2024?江蘇高考5題）在某原子發生的躍遷中，輻射如圖所示的4種光子，其中只有一種光子可使某金屬發生

光電效應，是（）

，

A.AA2

C.Z3D.M

4.（2024?北京高考13題）產生阿秒光脈沖的研究工作獲得2023年的諾貝爾物理學獎，阿秒（as）是時間單位，1

as=lX10-18s,阿秒光脈沖是發光持續時間在阿秒量級的極短閃光，提供了阿秒量級的超快“光快門”，使探測

原子內電子的動態過程成為可能。設有一個持續時間為100as的阿秒光脈沖，持續時間內至少包含一個完整的光

波周期。取真空中光速c=3.0X108向$,普朗克常量〃=6.6X10-34j.s,下列說法正確的是（）

A.對于0.1mm寬的單縫，此阿秒光脈沖比波長為550nm的可見光的浴射現象更明顯

B.此阿秒光脈沖和波長為550nm的可見光束總能量相等時，阿秒光脈沖的光子數更多

C.此阿秒光脈沖可以使能量為-13.6eV（-2.2X10-18J）的基態氫原子電離

D.為了探測原子內電子的動態過程，阿秒光脈沖的持續時間應大于電子的運動周期

洞悉?高頻考點精研典型例題

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考點一光電效應及其圖像

1.光電效應兩條對應關系

（1）光子頻率高一光子能量大一>光電子的最大初動能大。

（2）光照強度大（同種頻率的光）一光子數目多一發射光電子多一光電流大。

2.定量分析時應抓住三個關系式

愛因斯坦光電效應方程Ek=hv-Wo

最大初動能與遏止電壓的關系Ek=eUc

逸出功與截止頻率的關系Wo=hvc

3.光電效應的四類圖像分析

圖像名稱圖線形狀由圖線直接（或間接）得到的物理量

1/（1）截止頻率：圖線與V軸交點的橫坐標Vc

最大初動能Ek與入射光頻率vJ/,（2）逸出功：圖線與瓦軸交點的縱坐標的絕對值版=1-

0V

的關系圖線EI=E

（3）普朗克常量：圖線的斜率上=〃

Ek—hv—hvc

圖像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a：圖線與橫軸交點的橫坐標

1強光（黃）

顏色相同、強度不同的光，光，^光（黃）（2）飽和光電流幾：光電流的最大值

電流與電壓的關系（3）最大初動能:

a。uEk=eUc

（1）遏止電壓Ucl>Uc2,則V1>V2

顏色不同時，光電流與電壓的

-1（2）飽和光電流

關系

a“2。u（3）最大初動能Eki=eai,Ek2=eUc2

（1）截止頻率收：圖線與橫軸的交點的橫坐標

遏止電壓a與入射光頻率v的

（2）普朗克常量九等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即〃

關系圖線

=ke（注：此時兩極之間接反向電壓）

0VcV

【例1】（2024?黑龍江哈爾濱三模）在研究甲、乙兩種金屬的光電效應現象實驗中，光電子的最大初動能同與

入射光頻率v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a和￡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，但不改變入射光的頻率，則光電子的最大初動能將增大

嘗試解答

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【例2】（2024?海南高考8題）利用如圖所示的裝置研究光電效應，單刀雙擲開關S與1接通，用頻率為vi的

光照射光電管，調節滑動變阻器，使電流表的示數剛好為0,此時電壓表的示數為仿，已知電子電荷量絕對值為

e,普朗克常量為人下列說法正確的是（）

A.其他條件不變，增大光強，電壓表示數增大

B.改用比vi更大頻率的光照射，調整電流表的示數為零，此時電壓表示數仍為Ui

C.其他條件不變，使開關S與2接通，電流表示數仍為零

D.光電管陰極材料的截止頻率收=vi—羋

h

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

【例3】（2024?浙江1月選考11題）如圖所示，金屬極板M受到紫外線照射會逸出光電子，最大速率為小。

正對"放置一金屬網N,在M、N之間加恒定電壓U。已知M、N間距為“（遠小于板長），電子的質量為〃?，電

荷量為e,則（）

A.M、N間距離增大時電子到達N的動能也增大

B.只有沿x方向逸出的電子到達N時才有最大動能Gn"m2+eU

C.電子從M到N過程中y方向位移大小最大為vmd舊

D.M、N間加反向電壓耍時電流表示數恰好為零

4e

嘗試解答___________________

考點二原子結構與玻爾理論

1.原子結構與玻爾理論

電子的發現.

,

湯

原

姆

子氫原子能級圖

孫ot粒子r

結E/eV

模散射實區二354

構

型-0.85

-1.51

-3.4

實驗結果.7

n

乙=/1-13.6?

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2.原子能級躍遷問題的解題技巧

(1)原子躍遷時，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AE=〃v=IEv-E^Io

(2)原子電離時，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值。

(3)一個處于第n能級的氫原子躍遷發出可能的光譜線條數最多為〃一1。

(4)一群氫原子躍遷發出可能的光譜線條數的兩種求解方法

①用數學中的組合知識求解：N="「。

②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。

(5)計算氫原子能級躍遷放出或吸收光子的頻率和波長時，要注意各能級的能量值均為負值，且單位為電子伏

特，計算時需換算單位，1eV=l.6X10—19j。

【例4】(2024?安徽高考1題)大連相干光源是我國第一臺高增益自由電子激光用戶裝置，其激光輻射所應用

的玻爾原子理論很好地解釋了氫原子的光譜特征。圖為氫原子的能級示意圖，已知紫外光的光子能量大于3.11

eV,當大量處于〃=3能級的氫原子向低能級躍遷時，輻射不同頻率的紫外光有()

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

【例5】(2024,浙江6月選考10題)玻爾氫原子電子軌道示意圖如圖所示，處于〃=3能級的原子向低能級躍

遷，會產生三種頻率為V31、V32和也1的光，下標數字表示相應的能級。已知普朗克常量為〃，光速為正確的是

A.頻率為V31的光，其動量為也

he

B.頻率為V31和V21的兩種光分別射入同一光電效應裝置，均產生光電子，其最大初動能之差為加32

C.頻率為V31和V21的兩種光分別射入雙縫間距為4、雙縫到屏的距離為7的干涉裝置，產生的干涉條紋間距之差為

d儂

D.若原子從〃=3躍遷至〃=4能級，入射光的頻率V34'＞也苫

h

嘗試解答

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考點三原子核及其衰變

1.原子核的衰變

2.衰變次數的確定方法

方法T先由質量數守恒確定a衰變的次數，然后再根據電荷數守恒確定B衰變的次數。

方法二設a衰變次數為x,P衰變次數為乃根據質量數守恒和電荷數守恒列方程組求解。

【例6】（2024?廣西高考4題）近期，我國科研人員首次合成了新核素餓一160和鴇一156（；：w）。

7674

若鉞一160經過1次a衰變，鴇一156經過1次仗衰變（放出一個正電子），則上述兩新核素衰變后的新核有相同的

（）

A.電荷數B.中子數

C.質量數D.質子數

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

【例7】（2024?山東高考1題）2024年是中國航天大年，神舟十八號、嫦娥六號等已陸續飛天，部分航天器裝

載了具有抗干擾性強的核電池。已知羽Sr衰變為工丫的半衰期約為29年；：：Pu衰變為卷氣的半衰期約為87

年。現用相同數目的羽Sr和蒙Pu各做一塊核電池，下列說法正確的是（）

A.患Sr衰變為翁Y時產生a粒子

B.馥8pu衰變為234U時產生0粒子

C.50年后，剩余的欒r數目大于敘Pu的數目

D.87年后,剩余的翡Sr數目小于豺8pu的數目

嘗試解答_____________________________________________________________________________________________

考點四核反應與核能

1.核反應方程

（1）四種基本類型：衰變、人工轉變、重核裂變和輕核聚變。

（2）兩個規律：質量數守恒和電荷數守恒。

（3）核反應方程只能用箭頭連接并表示反應方向，不能用等號連接。

2.三類計算核能的方法

（1）根據A￡=△加c2計算時，△加的單位是“kg”，c的單位是“m/s”,AE的單位是“J”。

（2）根據"1=公加*931.5\16丫計算時，△他的單位是“u”，的單位是“MeV”。

（3）根據核子比結合能來計算核能：原子核的結合能=核子比結合能X