第二講近代物理通覽知識明要點研學考點提能力目錄索引0102突破熱點聚素養03通覽知識明要點研學考點提能力考點一光電效應及其圖像高考風向標考點考題明細考查頻度光電效應及其圖像2024黑吉遼卷,8;2024浙江1月選考,11;2024海南卷,8;2024上海卷,6;2023海南卷,10;2023浙江6月選考,15;2023江蘇卷,14;2022河北卷,4地方卷:3年8考命題角度1光電效應規律的理解及應用1.光電效應兩條對應關系(1)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大;(2)光照強度大(同種頻率的光)→光子數目多→發射光電子多→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=hν-W0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W0=hνc例1(2024廣東廣州二模)如圖所示,光電管接入電路,用紫外線照射光電管陰極時,發生了光電效應,回路中形成電流。下列說法正確的是(

)A.電流方向為a→R→bB.電流方向為b→R→aC.光照時間越長,光電子的最大初動能越大D.入射光越強,光電子的最大初動能越大解析

電子從光電管陰極逸出,電子帶負電,與電流方向相反,故電流方向為b→R→a,A錯誤,B正確;逸出光子的最大動能只與入射光的頻率有關,故C、D錯誤。B命題角度2光電效應的圖像問題(1)最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖像(2)遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖像

(3)光電流與電壓的關系圖像

例2(2024山東濟南一模)用不同波長的光照射光電管陰極探究光電效應的規律時,根據光電管的遏止電壓Uc與對應入射光的波長λ作出的Uc-圖像如圖所示。已知光電子的電荷量大小為e,光速為c,下列說法正確的是(

)C波長越長,光子能量越小,光電子的最大初動能不會隨λ的增大而增大,D錯誤。拓展衍生1.(多選)(2024黑吉遼卷)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發出光電子,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.該金屬的逸出功增大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增多答案

BD解析

考查光電效應。金屬的逸出功僅與金屬自身有關,增加此X光的強度,該金屬的逸出功不變,故A錯誤;根據光子能量公式ε=hν可知增加此X光的強度,X光的光子能量不變,故B正確;根據愛因斯坦光電效應方程知Ekm=hν-W0,可知逸出的光電子最大初動能不變,故C錯誤;增加此X光的強度,單位時間照射到金屬表面的光子變多,則單位時間逸出的光電子數增多,故D正確。2.圖甲為光電效應實驗的電路圖,利用不同頻率的單色光a、b進行光電效應實驗,測得光電管兩極間所加電壓U與光電流I的關系如圖乙所示。則這兩種光(

)A.照射該光電管時,a光使其逸出的光電子最大初動能比b光使其逸出的光電子最大初動能大B.從同種玻璃射入空氣發生全反射時,a光的臨界角比b光的臨界角大C.通過同一裝置發生雙縫干涉,b光的相鄰條紋間距比a光的相鄰條紋間距大D.在同一介質中傳播時,b光的速度比a光的速度大B考點二原子結構和能級躍遷高考風向標考點考題明細考查頻度原子結構和能級躍遷2024江蘇卷,5;2024安徽卷,1;2024浙江1月選考,12;2023新課標卷,16;2023山東卷,1;2023遼寧卷,6;2023湖北卷,1;2022湖南卷,1;2022廣東卷,5;2022浙江6月選考,7;2022海南卷,11全國卷:3年1考地方卷:3年10考1.原子結構

2.原子能級躍遷問題的解題技巧(1)原子躍遷時,所吸收或輻射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)原子從某一能級電離時,所吸收的能量大于或等于這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n-1。(4)一群處于第n能級的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,計算時需換算單位,1eV=1.6×10-19J。例3

圖甲為氫原子能級圖,圖乙為氫原子的光譜,Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可見光區的四條譜線,其中Hβ譜線是氫原子從n=4能級躍遷到n=2能級輻射產生的,下列說法正確的是(

)A.這四條譜線在同種介質中Hδ譜線折射率最大B.根據玻爾氫原子模型,基態氫原子的電子動能最小C.用能量為3.5eV的光子照射處于n=2激發態的氫原子,氫原子不發生電離D.若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種光能使某金屬產生光電效應,那一定是Hα甲乙A基態氫原子的電子軌道半徑最小,動能最大,B錯誤;處于n=2能級的氫原子電離至少需要吸收3.4

eV的能量,故能量為3.5

eV的光子能使處于n=2激發態的氫原子電離,C錯誤;頻率越大的光子越容易使金屬產生光電效應,圖中Hδ譜線波長最小,頻率最大,Hδ光能量最大,若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種光能使某金屬產生光電效應,那一定是Hδ,D錯誤。拓展衍生3.(2023遼寧卷)原子處于磁場中,某些能級會發生劈裂。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答案

A解析

①和③光子躍遷能級差相等,故①和③的能量相等,選項A正確;②光子躍遷能級差小于④光子躍遷能級差,根據E=hν,可得②的頻率小于④的頻率,選項B錯誤;同理②光子的頻率小于①光子的頻率,用②照射該金屬不一定能發生光電效應,選項C錯誤;④光子的頻率大于①光子的頻率,用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能大于Ek,選項D錯誤。4.(2022廣東卷)目前科學家已經能夠制備出能量量子數n較大的氫原子。氫原子第n能級的能量為En=,其中E1=-13.6eV。下圖是按能量排列的電磁波譜,要使n=20的氫原子吸收一個光子后,恰好失去一個電子變成氫離子,被吸收的光子是(

)A.紅外線波段的光子 B.可見光波段的光子C.紫外線波段的光子 D.X射線波段的光子A解析

要使處于n=20的氫原子吸收一個光子后恰好失去一個電子變成氫離子,則需要吸收光子的能量為E=0-=0.034

eV,則被吸收的光子是紅外線波段的光子,選項A正確。考點三核反應和核能高考風向標考點考題明細考查頻度核反應和核能2024全國甲卷,14;2024山東卷,1;2024廣東卷,2;2024河北卷,1;2024湖北卷,2;2024北京卷,1;2024江蘇卷,3;2024廣西卷,4;2024浙江1月選考,7;2024福建卷,1;2024上海卷,9;2024海南卷,2;2024甘肅卷,1;2023全國甲卷,15;2023全國乙卷,16;2023湖南卷,1;2023廣東卷,1;2023浙江6月選考,5;2023海南卷,1;2022山東卷,1;2022遼寧卷,2;2022海南卷,2;2022湖北卷,1;2022浙江6月選考,14;2022浙江1月選考,14全國卷:3年3考地方卷:3年22考命題角度1原子核及其衰變

溫馨提示

衰變次數確定的兩種方法(1)先由質量數守恒確定α衰變的次數,然后再根據電荷數守恒確定β衰變的次數;(2)設α衰變次數為x,β衰變次數為y,根據質量數和電荷數守恒列方程組求解。例4(2024湖南邵陽模擬)自然界中一些放射性重元素往往會發生一系列連續的遞次衰變,又稱為放射系或衰變鏈。每個放射性衰變系都有一個半衰期很長的始祖核素,經過若干次連續衰變,直至生成一個穩定核素。已知

的衰變鏈如圖所示。下列判斷正確的是(

)A.圖中的橫坐標表示核電荷數,縱坐標表示核子數D命題角度2核反應方程與核能的計算1.書寫核反應方程的三點注意(1)分清四種類型:衰變、人工轉變、重核裂變和輕核聚變。(2)掌握兩個規律:質量數守恒和電荷數守恒。(3)寫對連接符號: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.核能計算的三種方法體現能量和質量的對應關系,不是二者可以相互轉化(1)根據ΔE=Δmc2計算時,Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”。(2)根據ΔE=Δm×931.5MeV計算時,Δm的單位是“u”,ΔE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×核子數。解析

本題考查核反應方程。根據電荷數守恒和題目給定的選項可知Y為

,再根據質量數守恒得,A=243+54-2=295,選項C正確。C下列說法正確的是(

)A.由于釋放核能,所以衰變過程質量數不守恒答案

D拓展衍生

答案

D6.(2023湖南卷)2023年4月13日,中國“人造太陽”反應堆中科院環流器裝置(EAST)創下新紀錄,實現403秒穩態長脈沖高約束模等離子體運行,為可控核聚變的最終實現又向前邁出了重要的一步。下列關于核反應的說法正確的是(

)A.相同質量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多C.核聚變的核反應燃料主要是鈾235D.核聚變反應過程中沒有質量虧損答案

A解析

核聚變是輕核的聚變,相同質量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多,A正確,C錯誤;氘氚核聚變反應遵守電荷數守恒和質量數守恒,B錯誤;核聚變反應有質量虧損,D錯誤。突破熱點聚素養情境解讀新教材、新高考、新情境:近代物理在科技中的應用涉及近代物理的STSE情境主要有關于光電效應、玻爾能級躍遷理論、原子核衰變、核反應等考點,如非接觸式體溫測量儀、霓虹燈發光原理、我國自主研發的氫原子鐘、

“人造太陽”等。考向分析本部分主要考查光電效應方程及圖像、氫原子能級躍遷規律、原子核的衰變、核反應和核能的計算等考點。案例探究典例

地鐵靠站時列車車體和屏蔽門之間安裝有光電傳感器。如圖甲所示,若光線被乘客阻擋,電流發生變化,工作電路立即報警。如圖乙所示,光線發射器內大量處于n=3激發態的氫原子向低能級躍遷時,輻射出的光中只有a、b兩種可以使該光電管陰極逸出光電子。圖丙為a、b光單獨照射光電管時產生的光電流I與光電管兩端電壓U的關系圖線。甲乙丙已知光電管陰極材料的逸出功為2.55eV,可見光光子的能量范圍是1.62~3.11eV,下列說法正確的是(

)A.光線發射器中發出的光有兩種為可見光B.題述條件下,光電管中光電子飛出陰極時的