专题2近代物理——原子物理（讲）-2021年高考物理一轮讲练测（解析版）.docx

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1、专题近代物理原子物理【讲】考点风向标第一部分：考点梳理考点一、光电效应规律和光电效应方程的应用考点二、光电效应的图象分析考点三、光的波粒二象性、物质波考点四、氢原子的能级及能级跃迁考点五、原子核的衰变半衰期考点六、核反应类型及核反应方程考点七、核力与核能的计算考点一、光电效应规律和光电效应方程的应用1对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。(4)光电子不是光子，而是电子。2两条对应关系(1)光强大光子数目多发射光电子多光电流大；(2)光子频率高光子能量大

2、光电子的最大初动能大。3定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：EkhW0。(2)最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc。(3)逸出功与极限频率的关系：W0h0。4区分光电效应中的四组概念(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能。(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。（典例应用1）(多选)改编现用某一光电管

3、进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生【解析】：产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A正确。饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B错误。光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C正确。减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D错误。【答案】：AC（典例应用2）

4、某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料()材料钠铜铂极限波长(nm)541268196A仅钠能产生光电子B仅钠、铜能产生光电子C仅铜、铂能产生光电子 D都能产生光电子解析：由题图可知，该光源发出的光的波长大约在20 nm到440 nm之间，而三种材料中，极限频率最大的铂的极限波长是196 nm，大于20 nm，所以该光源能使三种材料都产生光电效应，选项D正确。答案：D（典例应用3）(多选)改编现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的

5、光强度变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大C保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生D遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关解析：在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确；根据EkmhW可知，对于同一光电管，逸出功W不变，当频率变高，最大初动能Ekm变大，因此B正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此C错误；由EkmeUc和EkmhW，得hWeUc，遏止电压只与入射光频率有关，与入射光强无关，因此D正确。答案：ABD（典例应用4

6、）(多选)在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为、2的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为21。普朗克常量用h表示，光在真空中的速度用c表示。则()A光电子的最大初动能之比为21B该金属的截止频率为C该金属的截止频率为D用波长为的单色光照射该金属时能发生光电效应【解析】解析：由于在两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为21，由Ekmv可知，光电子的最大初动能之比为41，A错误；又由hWEk知，hWmv，hWmv，又v12v2，解得Wh，则该金属的截止频率为，B正确，C错误；只有光的波长小于或等于3时才能发生光电效应，D正确。【答案】：BD（典例应用5）(多选)在光电效应

7、实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是()A若ab，则一定有UaUbB若ab，则一定有EkaEkbC若UaUb，则一定有EkaEkbD若ab，则一定有haEkahbEkb【解析】：光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eUEk，根据光电效应方程可知EkhW0，若ab，则EkaEkb，UaUb，选项A错误，选项B正确；若UaUb，则EkaEkb，选项C正确；由光电效应方程可得W0hEk，则haEkahbEkb，选项D错误。【答案】：BC考点二、光电效应的图象分析1

8、由Ek 图象可以得到的信息(1)极限频率：图线与轴交点的横坐标c。(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值EW0。(3)普朗克常量：图线的斜率kh。2由I U图象可以得到的信息(1)遏止电压Uc：图线与横轴的交点的绝对值。(2)饱和光电流Im：电流的最大值。(3)最大初动能：EkmeUc。3由Uc 图象可以得到的信息(1)截止频率c：图线与横轴的交点。(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大。(3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即hke。(注：此时两极之间接反向电压)（典例应用6）如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象。由图象可知

9、()A该金属的逸出功等于EB该金属的逸出功等于h0C入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为ED入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为【解析】：由爱因斯坦光电效应方程EkhW0知，当0时W0Ek，故W0E，A项对；而Ek0时，hW0即W0h0，B项对；入射光的频率为20时产生的光电子的最大初动能Ekm2h0h0h0E，C项对；入射光的频率为时，不会发生光电效应，D错。【答案】：ABC（典例应用7）在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)如图所示。则可判断出()A甲光的频率大于乙光的频率B乙光的波长大于丙光的波长

10、C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能【解析】：由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，对于甲、乙两种光，反向截止电压相同，因而频率相同，A错误；丙光对应的反向截止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C、D均错，B正确。【答案】：B（典例应用8）在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量和所用材料的逸出功可表示为()ebBekebCekeb Dek【解析】：光电效应中，入射光子能量h，

11、克服逸出功W0后多余的能量转换为电子动能，反向遏制电压eUhW0，整理得U，斜率即k，所以普朗克常量hek，截距为b，即ebW0，所以逸出功W0eb。故选项B正确。【答案】：B考点三、光的波粒二象性、物质波实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述大量的光子在传播时，表现出波的性质光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的光的波动性不同于宏观观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质少量或个别光子清楚地显示出光的粒子性粒子的含义是“不连续”“一份一

12、份”的光子不同于宏观观念的粒子波动性和粒子性的对立、统一光子说并未否定波动说，Ehh中，和就是波的概念（典例应用9）(多选)图甲为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样，可以看出每一个电子都是一个点；如图乙为该小组利用70 000多个电子通过双缝后的干涉图样，为明暗相间的条纹。则对本实验的理解正确的是()A图甲体现了电子的粒子性B图乙体现了电子的粒子性C单个电子运动轨道是确定的D图乙中明条纹是电子到达概率大的地方【解析】：题图甲中的每一个电子都是一个点，说明少数粒子体现粒子性，到达的位置不同，说明单个电子的运动轨道不确定，A正确，C错误；题图乙中明暗相间的条纹说明大量的粒子表现为波动性

13、，B错误；明条纹是电子到达概率大的地方，D正确。【答案】：AD（典例应用10）下列说法中正确的是()A实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性B康普顿效应说明光子既有能量又有动量C光是高速运动的微观粒子，单个光子不具有波粒二象性D宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动【解析】：由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长非常小，实际很难观察到波动性，但仍具有波粒二象性，A、D错误；康普顿效应说明光子除了具有能量之外还有动量，B正确；波粒二象性是光子的特性，单个光子也具有波粒二象性，C错误。【答案】：B（典例应用11）光子的能量与其()A频率成正比B波长成正比C速度成正比 D速度

14、平方成正比【解析】：由Eh、c得Ehh，可见光子的能量与其频率成正比、与其波长成反比，A正确，B错误。由于任意能量的光子在真空中传播的速度都是相同的，故C、D皆错误。【答案】：A方法总结波粒二象性的三个易错点(1)光子表现为波动性，并不否认光子具有粒子性。(2)宏观物体也具有波动性。(3)微观粒子的波动性与机械波不同，微观粒子的波是概率波。考点四、氢原子的能级及能级跃迁1定态间的跃迁满足能级差(1)从低能级(n)跃迁,高能级(m)吸收能量。hEmEn(2)从高能级(m)跃迁,低能级(n)放出能量。hEmEn2电离电离态与电离能电离态：n，E0基态电离态：E吸0( eV) eV。激发态电离态：E

15、吸0EnEn如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。（典例应用12）如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是()。【解析】：由hhE初E末可知该原子跃迁前后的能级差越大，对应光线的能量越大，波长越短。由图知a对应光子能量最大，波长最短，c次之，而b对应光子能量最小，波长最长，故C正确。【答案】：C（典例应用13）(多选)图示为氢原子能级图以及从n3、4、5、6能级跃迁到n2能级时辐射的四条光谱线，已知从n3跃迁到n2的能级时辐射光的波长为656 nm，下列叙述正确的有()A四条谱线中

16、频率最大的是H。B用633 nm的光照射能使氢原子从n2跃迁到n3的能级C一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线D如果H可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，H也可以使该金属发生光电效应【解析】：频率最大的光子对应的能量最大，即跃迁时能量差最大，故从n6跃迁到n2的频率最大，选项A正确；原子跃迁过程中，吸收光子的能量应刚好等于两能级的能量差，选项B错误；从n3向低能级跃迁时，可以是从32、21或者是31，即有三种频率不同的光子，选项C正确；光电效应与光照的时间无关，H光子的能量最大，故其他光子不一定可以使该金属产生光电效应，选项D错误。【答案】：A

17、C（典例应用14）氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时 ()A氢原子的能量减小，电子的动能增大B氢原子的能量增大，电子的动能增大C氢原子的能量减小，电子的动能减小D氢原子的能量增大，电子的动能减小【解析】：电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小；根据km，可知半径越小，动能越大，故B、C、D错误，A正确。【答案】：A（典例应用15）(多选)如图为氢原子能级图，可见光的光子能量范围为 eV，则下列说法正确的是()A大量处在n3能级的氢原子向n2能级跃迁时，发出的光是紫外线B大量处在n4能

18、级的氢原子向低能级跃迁过程中会发出红外线C大量处在n4能级的氢原子向低能级跃迁时，最容易表现出衍射现象的是由n4向n3能级跃迁辐射出的光子D用能量为 eV的电子轰击，可以使基态的氢原子受激发【解析】：从n3跃迁到n2，能量差为 eV，属于可见光，则A错；从n4跃迁到n3，能量差小于 eV，会发出红外线，则B对；从n4跃迁到低能级，只有到n3时能量差最小，辐射出光子的波长最大，波动性最明显，则C对；用 eV的电子轰击，基态氢原子吸收部分动能而受激发，则D正确。【答案】：BCD方法总结解答氢原子能级图和原子跃迁问题应注意(1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hEmEn决定，波长可由公式c

19、求得。(2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)。(3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。用数学中的组合知识求解：NC。利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。考点五、原子核的衰变半衰期1衰变规律及实质(1)衰变、衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子2H2nHenHe匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(2)射线：射线经常是伴随着衰变或衰变同时产生的。其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的

20、能量(原子核处于激发态)而辐射出光子。2确定衰变次数的方法若XYnHeme则AA4n，ZZ2nm解以上两式即可求出m和n。2 半衰期(1)公式：N余N原，m余m原。(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。（典例应用16）一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为UThHe。下列说法正确的是()A衰变后钍核的动能等于粒子的动能B衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量【解析】：衰变过程遵守动量守恒定律，故选项

21、A错，选项B对。根据半衰期的定义，可知选项C错。衰变释放核能，有质量亏损，故选项D错。【答案】：B（典例应用17）目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素。比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出、射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是()A氡的半衰期为天，若取4个氡原子核，经天后就剩下一个原子核了B衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱D发生衰变时，生

22、成核与原来的原子核相比，中子数减少了4【解析】：半衰期遵循统计规律，对单个或少数原子核是没有意义的，A错误。根据3种射线的特性以及衰变实质可知B正确，C、D错误。【答案】：B（典例应用18）(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是()A该古木的年代距今约5 700年B12C、13C、14C具有相同的中子数C14C衰变为14N的过程中放出射线D增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变【解析】：古木样

23、品中14C的比例正好是现代样品的二分之一，说明该古木恰好经历了一个半衰期的时间，故A正确。12C、13C、14C具有相同的质子数、不同的中子数，故B错。14C的衰变方程为：CNe，可见C正确。放射性元素的半衰期与外界因素无关，故D错。【答案】：AC（典例应用19）静止的Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示，大、小圆半径分别为R1、R2，则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值判断正确的是()BiBiHeBiPoeCR1R2841DR1R22074【解析】：发生衰变之后，两个粒子的动量大小相同，速度相反，运动轨迹是内切圆，说明两个粒子的电性相反，选项A错误，B正确；洛伦兹力充当向心力qv

24、Bm、r，半径之比等于电荷量的反比，即R1R2841，选项C正确，D错误。【答案】：BC方法总结半衰期的三点提醒(1)半衰期是一个统计规律，对少数原子核不适用；(2)原子核质量减少一半与原子核有半数发生衰变概念不同；(3)半衰期的大小是由原子核内部自身因素决定的，与外部条件无关。考点六、核反应类型及核反应方程1核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发92U90 Th_He衰变自发90 Th91Pae人工转变人工控制7NHe8OH(卢瑟福发现质子)HeBe6Cn(查德威克发现中子)AlHePn(约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时探测到正电子)PSie重核裂变比较容易进行人工控制92

25、Un56BaKr3n92Un54XeSr10n轻核聚变除氢弹外无法控制HHHen2.解答有关核反应方程问题的技巧(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子(H)、中子(n)、粒子(He)、粒子(01e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。(2)熟悉核反应的四种基本类型衰变、人工转变、裂变和聚变。(3)掌握核反应方程遵守的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，所以要理解并应用好质量数守恒和核电荷数守恒的规律。(4)明白核反应过程是不可逆的核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接。（典例应用20）我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在

26、国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是()HHHenNHeOHHeAlPnUnBaKr3n【解析】：A对：两个轻核结合成质量较大的原子核。B错：原子核的人工转变。C错：原子核的人工转变。D错：重核裂变。【答案】：A（典例应用21）(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是UnBaKr3n。下列说法正确的有()A上述裂变反应中伴随着中子放出B铀块体积对链式反应的发生无影响C铀核的链式反应可人工控制D铀核的半衰期会受到环境温度的影响【解析】：由题干中的裂变反应式可以看出，有中子n放出，所以选项A正确；根据铀核裂变知识可知，

27、铀块体积必须大于或等于临界体积后，裂变链式反应才能发生，选项B错误；通常人们可以利用镉棒吸收中子，从而达到控制链式反应的目的，选项C正确；半衰期与周围环境及所处状态无关，故选项D错误。【答案】：AC（典例应用22）(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有()HHHen是核聚变反应HHHen是衰变UnBaKr3n是核裂变反应UnXeSr2n是衰变【解析】：A、B所列反应是核聚变，不是衰变，衰变要放出电子，故A对，B错；C、D两种反应都是核裂变，故C对，D错。【答案】：AC（典例应用23）(多选)一静止的铝原子核Al俘获一速度为107 m

28、/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si*。下列说法正确的是()A核反应方程为pAlSi*B核反应过程中系统动量守恒C核反应过程中系统能量不守恒D硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致【解析】：质子p即H，核反应方程为pAlSi*，A项正确；核反应过程遵循动量守恒定律，B项正确；核反应过程中系统能量守恒，C项错误；设质子的质量为m，则Si的质量为28m，由动量守恒定律有mv028mv，得v m/s105 m/s，方向与质子的初速度方向相同，故D项正确。【答案】：ABD考点七、核力与核能的计算1 应用质能方程解题的流程图（1）根据Emc2计算时，m的单位是“kg”，

29、c的单位是“m/s”，E的单位是“J”。(2)根据Em MeV计算时m的单位是“u”，E的单位是“MeV”。2根据比结合能来计算核能：原子核的结合能比结合能核子数。3根据能量守恒和动量守恒计算。（典例应用24）(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有()He核的结合能约为14 MeVHe核比Li核更稳定C两个H核结合成He核时释放能量U核中核子的平均结合能比Kr核中的大【解析】：A错：He核有4个核子，由比结合能图线可知，He核的比结合能约为7 MeV，其结合能约为28 MeV。B对：比结合能越大，原子核越稳定。C对：两个H核结合成He核时，核子的比结合能变大，结合时

30、要放出能量。D错：由比结合能图线知，U核中核子平均结合能比Kr核中的小。【答案】：BC（典例应用25）大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：HHHen。已知H的质量为 6 u，He的质量为 0 u，n的质量为 7 u,1 u931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为()A MeVB MeVC MeV D MeV【解析】：在核反应方程HHHen中，反应前物质的质量m12 6 u 2 u，反应后物质的质量m2 0 u 7 u 7 u，质量亏损mm1m2 5 u。则氘核聚变释放的核能为E931 5 MeV MeV，选项B正确。【答案】：B（典例应用26）(多选)某次用中子轰击U原子核的核反应方程为UnYXe10n，U、n、Y、Xe的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c。下列说法正确的是()A该反应过程中的质量亏损为m19m2m3m4B该反应过程中释放的能量为(m19m2m3m4)c2C该核反应属于聚变DY原子核中含有36个中子【解析】：该过程中，质量亏损为m1m210m2m3m4m19m2m3m4，选项A正确；根据爱因斯坦质能方程，该反应过程中释放的能量为(m19m2m3m4)c2，选项B错误；该反应属于裂变反应，选项C错误；Y原子核中含有的中子数为235921(13638)1036，选项D正确。【答案】：AD