專題近代物理初步

考情解讀

高考對(duì)本部分內(nèi)容考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方向：①原子的能級(jí)躍遷；②原子核的衰變規(guī)律；③核

反應(yīng)方程的書(shū)寫(xiě)；④質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算；⑤原子物理部分的物理學(xué)史和a、6、丫三種射線的特點(diǎn)及

應(yīng)用等.

選修命題會(huì)涉及有關(guān)原子、原子核或量子理論、動(dòng)量問(wèn)題，且動(dòng)量問(wèn)題一般以計(jì)算題的形式，其它問(wèn)題

則以填空或選擇性填空形式出現(xiàn).

重點(diǎn)知識(shí)梳理

知識(shí)點(diǎn)一、原子結(jié)構(gòu)模型

項(xiàng)目?jī)?nèi)容

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，電子的發(fā)現(xiàn)

湯姆生模型內(nèi)容:原子是一個(gè)球體,正電荷均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子樣鑲嵌在原

子里面

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：a粒子散射實(shí)驗(yàn)

核式結(jié)構(gòu)內(nèi)容：(1)原子的中心有一個(gè)很小的核，它集中了全部正電荷和幾乎所有質(zhì)量；

(2)電子繞核運(yùn)動(dòng)

軌道量子化:核外電子只能在一些分立的軌道上運(yùn)動(dòng),％=〃2rls=1、2、3…)

能量量子化:原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，及=々￡1("=1、2、3…)

玻爾模型

躍遷:原子從一個(gè)定態(tài)躍遷至另一個(gè)定態(tài)時(shí)輻射或吸收能量，%V=Em—En

特別提醒:(1)原子的躍過(guò)條件法「=￡初一E終只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情

況.

(2)至于實(shí)物粒子和原子碰撞情況,由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子

的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，也可以使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷.

知識(shí)點(diǎn)二、原子核的變化

1.幾種變化方式的比較

項(xiàng)目?jī)?nèi)容

a衰變:放出a粒子，是速度約為0.1c的氫核，貫穿本領(lǐng)最弱,電離作用最強(qiáng)

衰變

6衰變:放出B粒子，是速度約為0.99c的電子，貫穿本領(lǐng)較強(qiáng),電離作用較弱

丫衰變：放出丫光子，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，電離作用最弱

衰變

規(guī)律：經(jīng)一個(gè)半衰期質(zhì)量減半，m=mo(1y/r

原料:鈾2第U,用慢中子打擊時(shí)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

重核

裂變反應(yīng)條件:(1)鈾濃度足夠大；

(2)體積大于臨界體積

輕核反應(yīng)方程斤H+lHflHe+(in

聚變反應(yīng)條件:溫度達(dá)到幾百萬(wàn)度

2.各種放射線性質(zhì)的比較

質(zhì)量

種類本質(zhì)電荷(e)速度(c)電離性貫穿性

(U)

最弱，紙

a射線氮核4+20.1最強(qiáng)

能擋住

較強(qiáng)，穿兒

B射線電子1/1840-10.99較強(qiáng)

mm鋁板

最強(qiáng)，穿兒

1射線光子001最弱

cm鉛板

3.三種射線在電磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況比較

op丫a

?7B:=rXXXX

口二-?XXXX八

xyxE-------o

AXXXX

XX1XX_______y

由B*AIxIxTXTXT

甲乙丙

圖13-1

如圖13—1所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中都是B比a的偏轉(zhuǎn)大，丫不偏轉(zhuǎn)；區(qū)別是：在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)

軌跡是圓弧，在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線.如圖13—1丙圖中丫肯定打在。點(diǎn)；如果a也打在。點(diǎn)，則8

必打在。點(diǎn)下方；如果B也打在O點(diǎn)，則a必打在。點(diǎn)下方.

知識(shí)點(diǎn)三、核力與質(zhì)能方程的理解

1.核力的特點(diǎn)

(1)核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，在它的作用范圍內(nèi)，核力遠(yuǎn)大于庫(kù)侖力.

(2)核力是短程力，作用范圍在L5Xl(T5m之內(nèi).

(3)每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性.

2.質(zhì)能方程￡=機(jī)，的理解

(1)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是兩個(gè)不同的概念.核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)都守恒，但核反應(yīng)中依然有質(zhì)量虧損.

(2)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，質(zhì)量虧損也不是核子個(gè)數(shù)的減少，核

反應(yīng)中核子的個(gè)數(shù)是不變的.

(3)質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律，生成的Y射線雖然靜質(zhì)量為零，但動(dòng)質(zhì)量不為零，且虧損的質(zhì)

量以能量的形式輻射出去.

特別提醒：在核反應(yīng)中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)中核能的大小取決于質(zhì)量虧

損的多少，即

高頻考點(diǎn)突破

________________________________J

高頻考點(diǎn)一原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜

例1.圖示為氫原子能級(jí)圖以及從〃=3、4、5、6能級(jí)躍遷到〃=2能級(jí)時(shí)輻射的四條光譜線，已知從

"=3躍遷到〃=2的能級(jí)時(shí)輻射光的波長(zhǎng)為656mn,下列敘述正確的有()

nE/eV

x------------0

5I|~-0.54H8H7Hp

3Tl-L51

A.四條譜線中頻率最大的是HB

B.用633nm的光照射能使氫原子從〃=2躍遷到n=3的能級(jí)

C.一群處于〃=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多產(chǎn)生3種譜線

D.如果可以使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，只要照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，光的強(qiáng)度足夠大，Hp也可以使該金

屬發(fā)生光電效應(yīng)

【變式探究】下列有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認(rèn)識(shí)，其中正確的是（）

A.丫射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流

B.氫原子輻射光子后，其繞核運(yùn)動(dòng)的電子動(dòng)能增大

C.太陽(yáng)輻射能量的主要來(lái)源是太陽(yáng)中發(fā)生的重核裂變

DP氈Bi的半衰期是5天，100克2氈Bi經(jīng)過(guò)10天后還剩下50克

【變式探究】（多選）下列說(shuō)法正確的是（）

A.玻爾對(duì)氫原子光譜的研究導(dǎo)致原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立

B.可利用某些物質(zhì)在紫外線照射下發(fā)出熒光來(lái)設(shè)計(jì)防偽措施

C.天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的射線都能在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)

D.觀察者與波源互相遠(yuǎn)離時(shí)接收到波的頻率與波源頻率不同

高頻考點(diǎn)二天然放射現(xiàn)象核反應(yīng)核能

例2.（2019?天津卷）我國(guó)核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”2018年獲得重大突破，等離子體中心

電子溫度首次達(dá)到1億度，為人類開(kāi)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)于聚變的說(shuō)法正確

的是（）

A.核聚變比核裂變更為安全、清潔

B.任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變

C.兩個(gè)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(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加

【變式探究】一靜止的鈾核放出一個(gè)a粒子衰變成牡核，衰變方程為2馥U-2^5+夕He.下列說(shuō)法正確的

是（）

A.衰變后社核的動(dòng)能等于a粒子的動(dòng)能

B.衰變后鉉核的動(dòng)量大小等于a粒子的動(dòng)量大小

C.鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)a粒子所經(jīng)歷的時(shí)間

D.衰變后a粒子與社核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量

【變式探究】（多選）關(guān)于天然放射性，下列說(shuō)法正確的是.

A.所有元素都可能發(fā)生衰變

B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無(wú)關(guān)

C.放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性

D.a、B和丫三種射線中，Y射線的穿透能力最強(qiáng)

E.一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出a、B和丫三種射線

高頻考點(diǎn)三光電效應(yīng)

例3.（2019?天津卷）如圖為a、b、c三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系。由a、

b、c組成的復(fù)色光通過(guò)三棱鏡時(shí)，下述光路圖中正確的是（）

【變式探究】在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為心、々的單色光。、6照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)

的遏止電壓分別為“和3、光電子的最大初動(dòng)能分別為瓦“和Ekb.h為普朗克常量.下列說(shuō)法正確的是（）

/

A.若'fl>Vbt則一'定有Ua<Ub

B.若Va>「6，則一定有Eka>Ekb

C.若USUb,則一定有EkSEka

v

D.若Va>b>則一定有hVa—Eka>hVb—Ekb

【變式探究】2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”一一極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100

nm（lnm=l（F9m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖.大連光源因其光子的能量大、密度高，可

在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用.

一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎.據(jù)此判斷，能夠

電離一個(gè)分子的能量約為（取普朗克常量人=6.6X1（F34J?s,真空光速c=3X108mzs）（）

A.10-21JB.IO-18J

C.10—15JD.10-12J

【舉一反三】（多選）用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象.當(dāng)用光子能量為2.75eV的光照射到光電管

上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表G的示數(shù)不為零；移動(dòng)變阻器的觸頭c,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7V

時(shí)，電流表示數(shù)為0,則下列說(shuō)法正確的是（）

A.光電子的最大初動(dòng)能始終為1.05eV

B.光電管陰極的逸出功為1.05eV

C.當(dāng)滑動(dòng)觸頭向。端滑動(dòng)時(shí)，反向電壓增大，電流增大

D.改用能量為2.5eV的光子照射，移動(dòng)變阻器的觸頭c,電流表G中也可能有電流

【變式探究】（多選）用某單色光照射金屬鈦表面，發(fā)生光電效應(yīng).從鈦表面放出光電子的最大初動(dòng)能與

入射光頻率的關(guān)系圖線如圖所示.則下列說(shuō)法正確的是（）

A.鈦的逸出功為6.63X10-19J

B.鈦的極限頻率為L(zhǎng)OX。15Hz

C.光電子的最大初動(dòng)能為1.0X0-18j

D.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比

真題感悟

1.（2019?江蘇卷）100年前，盧瑟福用a粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子.后來(lái)，人們用a粒子轟擊嬰"核也打

出了質(zhì)子：,He+器NiftCu+；H+X；該反應(yīng)中的X是（選填“電子”“正電子"或沖子”）.此后,對(duì)原

子核反應(yīng)的持續(xù)研究為核能利用提供了可能.目前人類獲得核能的主要方式是（選填“核衰變”“核裂

變”或“核聚變”）。

2.（2019?新課標(biāo)全國(guó)n卷）太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子一質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為

4；H-；He+2：e+2v,已知;H和;He的質(zhì)量分別為%=1.0078u和%=4.0026u,ugSlMeVU,c為光速。在4

個(gè);H轉(zhuǎn)變成1個(gè);殺的過(guò)程中，釋放的能量約為（）

A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeV

3.（2019?浙江選考）一個(gè)鍍?cè)雍耍┓@一個(gè)核外電子（通常是最靠近原子核的K殼層的電子）

后發(fā)生衰變，生成一個(gè)鋰核（；萬(wàn)），并放出一個(gè)不帶電的質(zhì)量接近零的中微子味,人們把這種衰變稱為“K

俘獲”。靜止的被核發(fā)生零“K俘獲”，其核反應(yīng)方程為：8e+%已知鍍?cè)拥馁|(zhì)量為

AfBe=7.016929u,鋰原子的質(zhì)量為同口=7.016004“l(fā)u相當(dāng)于9.31xl（）2MeV。下列說(shuō)法正確的是（）

A.中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零

B.鋰核（3Zz）獲得的動(dòng)能約為0.86MeV

C.中微子與鋰核（）的動(dòng)量之和等于反應(yīng)前電子的動(dòng)量

D.中微子與鋰核（；萬(wàn)）的能量之和等于反應(yīng)前電子的能量

4.（2019?天津卷）我國(guó)核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”2018年獲得重大突破，等離子體中心電

子溫度首次達(dá)到1億度，為人類開(kāi)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)于聚變的說(shuō)法正確的

是（）

A.核聚變比核裂變更為安全、清潔

B.任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變

C.兩個(gè)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(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加

5.（2019?天津卷）如圖為a、b、c三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系。由a、b、

6.（2019?新課標(biāo)全國(guó)I卷）氫原子能級(jí)示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV?3.10eV的光為可見(jiàn)光。

要使處于基態(tài)（?=1）的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見(jiàn)光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為（）

百eV

8/?O)

485

3-O.51

-13.

24O

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

A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.51eV

7.（2018?全國(guó)卷II-17）用波長(zhǎng)為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.28/10-19j.已

知普朗克常量為6.63x10-34j,s,真空中的光速為3.00x108nrs。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約

為（）

A.lxlO14HzB.8x10"HzC.2xlO15HzD.8xl015Hz

8.（2018?全國(guó)卷111）1934年，約里奧?居里夫婦用a粒子轟擊鋁核召A1,產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X：

a+召Al-n+X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為（）

A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31

9.（2018?天津高考）國(guó)家大科學(xué)工程——中國(guó)散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，獲得

中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是

A.VN俘獲一個(gè)a粒子，產(chǎn)生牛。并放出一個(gè)粒子B.召A1俘獲一個(gè)a粒子，產(chǎn)生君P并放出一個(gè)粒子

CJgB俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生汨e并放出一個(gè)粒子D.gLi俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生汨e并放出一個(gè)粒子

1.12017?天津卷］我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這

是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是

A.汨+；H-；He+：nB.i；N+，He.1O+；H

11Zu/Zo1

C.:He+.Al->：；P+：nD.21u+：nT?嘿Ba+、Kr+3：n

2.【2017?新課標(biāo)I卷】大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將笊核聚變反應(yīng)釋放的能量用來(lái)發(fā)電。笊核聚變

反應(yīng)方程是：H+；H-；He+；n。已知；H的質(zhì)量為2.0136u,；He的質(zhì)量為3.0150u,的質(zhì)量為1.008

7u,1u=931MeV/c2=笊核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為

A.3.7MeVB.3.3MeVC.2.7MeVD.0.93MeV

3.【2017?江蘇卷】原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷中正確的有.

A.:He核的結(jié)合能約為14MeV

B.:He核比；Li核更穩(wěn)定

C.兩個(gè)；H核結(jié)合成：He核時(shí)釋放能量

D.核中核子的平均結(jié)合能比：，Kr核中的大

4.【2017?新課標(biāo)III卷】在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為v八%的單色光a、b照射到同種金屬上，測(cè)

得相應(yīng)的遏止電壓分別為“和”、光電子的最大初動(dòng)能分別為a和￡加/?為普朗克常量。下列說(shuō)法正確

的是

A.若則一定有Ua<Ub

B.若Va>Vb，則一定有Eva>E}d>

C.若Ua<Ub,則一定有Eka<Ekb

D.若Va>v”則一定有hva-Ei^hvb-Evb

5.12017?北京卷】2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”一一極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出

了波長(zhǎng)在100nm（lnm=10-9m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能

量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。

一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電

離一個(gè)分子的能量約為（取普朗克常量〃=6.6x10-34j$真空光速c=3xl08m/s）

A.10-21jB.10T8jc.10T5jD.1（）T2j

6.【2017?新課標(biāo)II卷】一靜止的鈾核放出一個(gè)a粒子衰變成牡核，衰變方程為空U-22Th+：He。

下列說(shuō)法正確的是

A.衰變后社核的動(dòng)能等于a粒子的動(dòng)能

B.衰變后社核的動(dòng)量大小等于a粒子的動(dòng)量大小

C.鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)a粒子所經(jīng)歷的時(shí)間

D.衰變后a粒子與鉉核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量

7.12017?江蘇卷】質(zhì)子（；H）和a粒子（：H）被加速到相同動(dòng)能時(shí)，質(zhì)子的動(dòng)量_____（選填“大于”、

“小于，，或，，等于，，）a粒子的動(dòng)量，質(zhì)子和a粒子的德布羅意波波長(zhǎng)之比為.

8.【2017?北京卷】（18分）在磁感應(yīng)強(qiáng)度為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次a

衰變。放射出的a粒子（：He）在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為&以機(jī)、q分別表示a粒子

的質(zhì)量和電荷量。

（1）放射性原子核用gX表示，新核的元素符號(hào)用Y表示，寫(xiě)出該a衰變的核反應(yīng)方程。

（2）a粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大小。

（3）設(shè)該衰變過(guò)程釋放的核能都轉(zhuǎn)為為a粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為求衰變過(guò)程的質(zhì)量虧

損Am。

1.[2016?全國(guó)I,35（1）,5分]（多選）現(xiàn)用一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光

電流產(chǎn)生.下列說(shuō)法正確的是（）

A.保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大

B.入射光的頻率變高，飽和光電流變大

C.入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大

D.保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生

E.遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān)

2.（2016?北京理綜，13,6分）處于〃=3能級(jí)的大量氫原子，向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射光的頻率有（）

A.1種B.2種C.3種D.4種

3.（2016?天津理綜，6,6分）（多選）物理學(xué)家通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的深入觀察和研究，獲得正確的科學(xué)認(rèn)知，推

動(dòng)物理學(xué)的發(fā)展，下列說(shuō)法符合事實(shí)的是（）

A.赫茲通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論

B.查德威克用a粒子轟擊將N獲得反沖核qO,發(fā)現(xiàn)了中子

C.貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象，說(shuō)明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)

D.盧瑟福通過(guò)對(duì)陰極射線的研究，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型

4.[2016?全國(guó)111,35（1）,5分]一靜止的鋁原子核召A1俘獲一速度為1.0x1071nzs的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱?/p>

激發(fā)態(tài)的硅原子核行Si*.下列說(shuō)法正確的是（）

A.核反應(yīng)方程為p+丑A1-皆Si*

B.核反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒

C.核反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)能量不守恒

D.核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和

E.硅原子核速度的數(shù)量級(jí)為IO,m/s,方向與質(zhì)子初速度的方向一致

5.[2016?江蘇物理，12C（1）]貝克勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如今原子核的放射性在眾

多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用.下列屬于放射性衰變的是（）

A.穌C1吟N+deBl如U+，n71331+38丫+2山

C*H+汨一夕He+JnD$He+召Al1君P+Jn

6.[2016?全國(guó)H,35（1）,5分]在下列描述核過(guò)程的方程中，屬于a衰變的是，屬于|3衰變的是

，屬于裂變的是,屬于聚變的是.（填正確答案標(biāo)號(hào)）

A.穌C-i^N+de

12

B超PT彩S+-9e

CP題U-2標(biāo)Th+狙e

DJ、N+夕HeT%O+]H

E.2松U+山一?*Xe+第Sr+26n

FJH+田一^He+Jn

13

專題近代物理初步

考情瞥讀

高考對(duì)本部分內(nèi)容考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方向：①原子的能級(jí)躍遷；②原子核的衰變規(guī)律；③核

反應(yīng)方程的書(shū)寫(xiě)；④質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算；⑤原子物理部分的物理學(xué)史和a、6、丫三種射線的特點(diǎn)及

應(yīng)用等.

選修命題會(huì)涉及有關(guān)原子、原子核或量子理論、動(dòng)量問(wèn)題，且動(dòng)量問(wèn)題一般以計(jì)算題的形式，其它問(wèn)題

則以填空或選擇性填空形式出現(xiàn).

重點(diǎn)知識(shí)梳理

知識(shí)點(diǎn)一、原子結(jié)構(gòu)模型

項(xiàng)目?jī)?nèi)容

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，電子的發(fā)現(xiàn)

湯姆生模型內(nèi)容:原子是一個(gè)球體,正電荷均勻分布在整個(gè)球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子樣鑲嵌在原

子里面

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：a粒子散射實(shí)驗(yàn)

核式結(jié)構(gòu)內(nèi)容：(1)原子的中心有一個(gè)很小的核，它集中了全部正電荷和幾乎所有質(zhì)量；

(2)電子繞核運(yùn)動(dòng)

軌道量子化:核外電子只能在一些分立的軌道上運(yùn)動(dòng),％=〃2rls=1、2、3…)

能量量子化:原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，及=々￡1("=1、2、3…)

玻爾模型

躍遷:原子從一個(gè)定態(tài)躍遷至另一個(gè)定態(tài)時(shí)輻射或吸收能量，%V=Em—En

特別提醒:(1)原子的躍過(guò)條件:力初一E終只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情

況.

(2)至于實(shí)物粒子和原子碰撞情況,由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子

的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，也可以使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷.

14

知識(shí)點(diǎn)二、原子核的變化

1.幾種變化方式的比較

項(xiàng)目?jī)?nèi)容

a衰變:放出a粒子，是速度約為0.1c的氫核，貫穿本領(lǐng)最弱,電離作用最強(qiáng)

衰變

6衰變:放出B粒子，是速度約為0.99c的電子，貫穿本領(lǐng)較強(qiáng),電離作用較弱

Y衰變：放出丫光子，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，電離作用最弱

衰變T

規(guī)律：經(jīng)一個(gè)半衰期質(zhì)量減半，m=m0^'

原料:鈾2第U,用慢中子打擊時(shí)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

重核

裂變反應(yīng)條件:(1)鈾濃度足夠大；

(2)體積大于臨界體積

輕核反應(yīng)方程斤H+lHflHe+(in

聚變反應(yīng)條件:溫度達(dá)到幾百萬(wàn)度

2.各種放射線性質(zhì)的比較

質(zhì)量

種類本質(zhì)電荷(e)速度(c)電離性貫穿性

(U)

最弱，紙

a射線氨核4+20.1最強(qiáng)

能擋住

較強(qiáng)，穿兒

B射線電子1/1840-10.99較強(qiáng)

mm鋁板

最強(qiáng)，穿兒

7射線光子001最弱

cm鉛板

3.三種射線在電磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況比較

3

回

乙丙

15

圖13-1

如圖13—1所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中都是B比a的偏轉(zhuǎn)大，丫不偏轉(zhuǎn)；區(qū)別是：在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)

軌跡是圓弧，在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線.如圖13—1丙圖中丫肯定打在。點(diǎn)；如果a也打在。點(diǎn)，則8

必打在。點(diǎn)下方；如果B也打在O點(diǎn)，則a必打在。點(diǎn)下方.

知識(shí)點(diǎn)三、核力與質(zhì)能方程的理解

1.核力的特點(diǎn)

(1)核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，在它的作用范圍內(nèi)，核力遠(yuǎn)大于庫(kù)侖力.

(2)核力是短程力，作用范圍在L5Xl(T5m之內(nèi).

(3)每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性.

2.質(zhì)能方程￡=機(jī)，的理解

(1)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是兩個(gè)不同的概念.核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)都守恒，但核反應(yīng)中依然有質(zhì)量虧損.

(2)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，質(zhì)量虧損也不是核子個(gè)數(shù)的減少，核

反應(yīng)中核子的個(gè)數(shù)是不變的.

(3)質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律，生成的Y射線雖然靜質(zhì)量為零，但動(dòng)質(zhì)量不為零，且虧損的質(zhì)

量以能量的形式輻射出去.

特別提醒：在核反應(yīng)中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)中核能的大小取決于質(zhì)量虧

損的多少，即

高頻考點(diǎn)突破

高頻考點(diǎn)一原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜

例1.圖示為氫原子能級(jí)圖以及從〃=3、4、5、6能級(jí)躍遷到〃=2能級(jí)時(shí)輻射的四條光譜線，已知從

"=3躍遷到〃=2的能級(jí)時(shí)輻射光的波長(zhǎng)為656mn,下列敘述正確的有()

nE/eV

8-------------0

5II--0.54H8H7HpHa

2-3.401~J-------------------ZTJ-

V、-L.L.-------------//___

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

A.四條譜線中頻率最大的是HB

B.用633nm的光照射能使氫原子從〃=2躍遷到n=3的能級(jí)

C.一群處于〃=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多產(chǎn)生3種譜線

D.如果可以使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，只要照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，光的強(qiáng)度足夠大，Hp也可以使該金

16

屬發(fā)生光電效應(yīng)

【答案】AC

【解析】頻率最大的光子對(duì)應(yīng)的能量最大，即躍遷時(shí)能量差最大，故從〃=6躍遷到〃=2的頻率最大,

選項(xiàng)A正確；原子躍遷過(guò)程中，吸收光子的能量應(yīng)剛好等于兩能級(jí)的能量差，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；從〃=3向低能

級(jí)躍遷時(shí)，可以是從3f2、2fl或者是3-1,即有三種頻率不同的光子，選項(xiàng)C正確；光電效應(yīng)與光照的

時(shí)間無(wú)關(guān)，H,光子的能量最大，故其他光子不一定可以使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.

【變式探究】下列有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認(rèn)識(shí)，其中正確的是（）

A.Y射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流

B.氫原子輻射光子后，其繞核運(yùn)動(dòng)的電子動(dòng)能增大

C.太陽(yáng)輻射能量的主要來(lái)源是太陽(yáng)中發(fā)生的重核裂變

DP媯Bi的半衰期是5天，100克2培Bi經(jīng)過(guò)10天后還剩下50克

【解析】Y射線是光子流，故A錯(cuò)誤；氫原子輻射光子后，由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，半徑減小，

繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能增大，故B正確；太陽(yáng)輻射能量主要來(lái)源是太陽(yáng)中發(fā)生的輕核聚變，故C錯(cuò)誤；100克

2媯Bi經(jīng)過(guò)10天即2個(gè)半衰期還剩下々X100克=25克，故D錯(cuò)誤.

22

【答案】B

【變式探究】（多選）下列說(shuō)法正確的是（）

A.玻爾對(duì)氫原子光譜的研究導(dǎo)致原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立

B.可利用某些物質(zhì)在紫外線照射下發(fā)出熒光來(lái)設(shè)計(jì)防偽措施

C.天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的射線都能在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)

D.觀察者與波源互相遠(yuǎn)離時(shí)接收到波的頻率與波源頻率不同

【解析】玻爾對(duì)氫原子光譜的研究完善了核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；紫外線有熒光效應(yīng)，故B

選項(xiàng)正確；天然放射現(xiàn)象中的/射線不帶電，在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；觀察者與波源

互相遠(yuǎn)離，由多普勒效應(yīng)可知接收到的頻率變小，故選項(xiàng)D正確.

【答案】BD

高頻考點(diǎn)二天然放射現(xiàn)象核反應(yīng)核能

例2.（2019?天津卷）我國(guó)核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”2018年獲得重大突破，等離子體中心

電子溫度首次達(dá)到1億度，為人類開(kāi)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)于聚變的說(shuō)法正確

的是（）

17

A.核聚變比核裂變更為安全、清潔

B.任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變

C.兩個(gè)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(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加

【答案】AD

【解析】核聚變的最終產(chǎn)物時(shí)氨氣無(wú)污染，而核裂變會(huì)產(chǎn)生固體核廢料，因此核聚變更加清潔和安全,

A正確；發(fā)生核聚變需要在高溫高壓下進(jìn)行，大核不能發(fā)生核聚變，故B錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)會(huì)放出大量的

能量，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系可知反應(yīng)會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，故C錯(cuò)誤；因聚變反應(yīng)放出能量，因此反應(yīng)前的比結(jié)合能

小于反應(yīng)后的比結(jié)合能，故D正確。

【變式探究】一靜止的鈾核放出一個(gè)a粒子衰變成鈕核，衰變方程為2遞U-2^5+夕He.下列說(shuō)法正確的

是（）

A.衰變后社核的動(dòng)能等于a粒子的動(dòng)能

B.衰變后鉉核的動(dòng)量大小等于a粒子的動(dòng)量大小

C.鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)a粒子所經(jīng)歷的時(shí)間

D.衰變后a粒子與鈕核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量

【答案】B

【解析】衰變過(guò)程遵守動(dòng)量守恒定律，故選項(xiàng)A錯(cuò)，選項(xiàng)B對(duì).根據(jù)半衰期的定義，可知選項(xiàng)C錯(cuò).a

衰變釋放核能，有質(zhì)量虧損，故選項(xiàng)D錯(cuò).

【變式探究】（多選）關(guān)于天然放射性，下列說(shuō)法正確的是.

A.所有元素都可能發(fā)生衰變

B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無(wú)關(guān)

C.放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性

D.a、B和丫三種射線中，丫射線的穿透能力最強(qiáng)

E.一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出a、8和丫三種射線

【解析】原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能發(fā)生衰變，而原子序數(shù)小于83的部分元素能發(fā)生衰變,

18

故A錯(cuò)；放射性元素的衰變是原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，與核外電子的得失及環(huán)境溫度無(wú)關(guān)，故B、C項(xiàng)

正確；在a、8、丫三種射線中，a、6為帶電粒子，穿透本領(lǐng)較弱，Y射線不帶電，具有較強(qiáng)的穿

透本領(lǐng)，故D項(xiàng)正確；一個(gè)原子核不能同時(shí)發(fā)生a和6衰變，故E項(xiàng)錯(cuò)誤.

【答案】BCD

高頻考點(diǎn)三光電效應(yīng)

例3.（2019?天津卷）如圖為a、b、c三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系。由a、

b、c組成的復(fù)色光通過(guò)三棱鏡時(shí)，下述光路圖中正確的是（）

【答案】C

【解析】由光電效應(yīng)的方程紇動(dòng)能定理e0=紇，兩式聯(lián)立可得ee,故截止電

壓越大說(shuō)明光的頻率越大，則有三種光的頻率為>匕>乜,則可知三種光的折射率的關(guān)系為%>%>%,

因此光穿過(guò)三棱鏡時(shí)b光偏折最大，c光次之，a光最小，故選C,ABD錯(cuò)誤。

【變式探究】在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為心、勺的單色光。、6照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)

的遏止電壓分別為〃和“、光電子的最大初動(dòng)能分別為和Eu.h為普朗克常量.下列說(shuō)法正確的是（）

A.若va>Vb,則一定有Ua<Ub

B.若",則一定有Eka>Ekb

C.若Ua〈Ub,則一定有EkSEkb

D.若",則一定有hva-Eka>h”—Ekb

【答案】BC

19

【解析】光電效應(yīng)中遏止電壓與最大初動(dòng)能之間的關(guān)系為eU=Ek,根據(jù)光電效應(yīng)方程可知Ek=〃v—

Wo,若va>Vb,則Eka>Ekb,Ua>Ub,選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；若Ua<Ub,則Eka<Eki,選項(xiàng)C正確；由

光電效應(yīng)方程可得wo=hv-Ek,則hva-Eka=hVb-Ekb，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.

【變式探究】2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”一一極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100

nmQnmnlOPm）附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖.大連光源因其光子的能量大、密度高，可

在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用.

一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎.據(jù)此判斷，能夠

電離一個(gè)分子的能量約為（取普朗克常量〃=6.6X1（F34J?s,真空光速c=3X108m/s）（）

A.IO、」B.IO-18J

C.10-15jD.10-12J

【答案】B

【解析】本題考查光子能量.由題意知，電離一個(gè)分子的能量等于照射分子的光子能量，E=hv=h￡-

A

=2X10-18J,故選項(xiàng)B正確.

【舉一反三】（多選）用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象.當(dāng)用光子能量為2.75eV的光照射到光電管

上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表G的示數(shù)不為零；移動(dòng)變阻器的觸頭c,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7V

時(shí)，電流表示數(shù)為0,則下列說(shuō)法正確的是（）

A.光電子的最大初動(dòng)能始終為1.05eV

B.光電管陰極的逸出功為1.05eV

C.當(dāng)滑動(dòng)觸頭向。端滑動(dòng)時(shí)，反向電壓增大，電流增大

D.改用能量為2.5eV的光子照射，移動(dòng)變阻器的觸頭c,電流表G中也可能有電流

【答案】BD

【解析】由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程及=人口一航可知，同種金屬的逸出功相同，所以光電子逸出后的

初動(dòng)能取決于獲得的能量，A錯(cuò)誤.當(dāng)電壓表示數(shù)大于或等于1.7V時(shí)，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明遏止電壓為1.7

V,由6。=1加聲，可求得光電管的逸出功為1.05eV,B正確.若光的頻率不變，反向電壓大于遏止電壓后

2

20

電路中就不再有電流，C錯(cuò)誤.當(dāng)入射光頻率超過(guò)截止頻率，且反向電壓小于遏止電壓，電路中就會(huì)有電流,

D正確.

【變式探究】（多選）用某單色光照射金屬鈦表面，發(fā)生光電效應(yīng).從鈦表面放出光電子的最大初動(dòng)能與

入射光頻率的關(guān)系圖線如圖所示.則下列說(shuō)法正確的是（）

A.鈦的逸出功為6.63X10-19j

B.鈦的極限頻率為1.0X。15Hz

C.光電子的最大初動(dòng)能為1.0X0-18j

D.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比

【答案】AB

【解析】當(dāng)最大初動(dòng)能為零時(shí)，入射光的頻率等于金屬的極限頻率，則入=1.0X1015Hz,可知逸出功

%=〃入-6.63X10-19J,故A、B正確.入射光的頻率越大，光電子的最大初動(dòng)能越大，根據(jù)該圖無(wú)法得

出光電子的最大初動(dòng)能，故C錯(cuò)誤.由圖可知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，不

是正比關(guān)系，故D錯(cuò)誤.

真題感悟

1.（2019?江蘇卷）100年前，盧瑟福用a粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子.后來(lái)，人們用a粒子轟擊毀"核也打

出了質(zhì)子：2He+^Ni^iCu+]H+X.該反應(yīng)中的X是（選填“電子”“正電子”或“中子”）.此后，對(duì)原

子核反應(yīng)的持續(xù)研究為核能利用提供了可能.目前人類獲得核能的主要方式是（選填“核衰變”“核裂

變”或“核聚變

【答案】中子核裂變

【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：X應(yīng)為：011即為中子，由于衰變是自發(fā)的，且周期與外界因素?zé)o

關(guān)，核聚變目前還無(wú)法控制，所以目前獲得核能的主要方式是核裂變；

2.（2019?新課標(biāo)全國(guó)II卷）太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子一質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為

4；H-；He+2；e+2v,已知;H和：He的質(zhì)量分別為%=1.0078u和%=4.0026u,山=93IMeVN,c為光速。在4

個(gè);H轉(zhuǎn)變成1個(gè):杳的過(guò)程中，釋放的能量約為（）

21

A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeV

【答案】C

【解析】由AE=A“C2知AE=（4x加廠加

_AE931xl06xl.6xl0-19J

荻不"1.7xlO-27kg?o.9xlO-3/g,忽略電子質(zhì)量，則：

2

AE=（4x1,0078,-4.0026,）.c”26MeV,故c選項(xiàng)符合題意;

3.（2019?浙江選考）一個(gè)鍍?cè)雍耍ǎ籅e）俘獲一個(gè)核外電子（通常是最靠近原子核的K殼層的電子）

后發(fā)生衰變，生成一個(gè)鋰核（；萬(wàn)），并放出一個(gè)不帶電的質(zhì)量接近零的中微子味,人們把這種衰變稱為“K

俘獲”。靜止的被核發(fā)生零“K俘獲”，其核反應(yīng)方程為：8e+%已知鍍?cè)拥馁|(zhì)量為

AfBe=7.016929u,鋰原子的質(zhì)量為同口=7.016004“l(fā)u相當(dāng)于9.31xl（）2MeV。下列說(shuō)法正確的是（）

A.中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零

B.鋰核（3Zz）獲得的動(dòng)能約為0.86MeV

C.中微子與鋰核（3Zz-）的動(dòng)量之和等于反應(yīng)前電子的動(dòng)量

D.中微子與鋰核（；萬(wàn)）的能量之和等于反應(yīng)前電子的能量

【答案】AC

7RB+Ge—7Tj+v

【解析】反應(yīng)方程為2,十-3口十Ve,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)和電荷數(shù)均為

零，A正確；根據(jù)質(zhì)能萬(wàn)程，質(zhì)量減少\e,,

為釋放的核能，不是鋰核獲得的動(dòng)能，B錯(cuò)誤；衰變過(guò)程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，故反應(yīng)前后動(dòng)量守恒，故中微

子與鋰核（上‘）的動(dòng)量之和等于反應(yīng)前電子的動(dòng)量，c