2022年高考物理二轮复习热点题型与提分秘籍专题15 物理学史及近代物理(解析版).docx
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1、2020年高考物理二轮复习热点题型与提分秘籍专题15 物理学史及近代物理题型一 光电效应【典例分析1】(2020·山西运城模拟)美国物理学家密立根利用如图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系,描绘出图乙中的图象,由此算出普朗克常量h,电子电荷量用e表示,下列说法正确的是()A入射光的频率增大,测遏止电压时,应使滑动变阻器的滑片P向M端移动B增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大C由Uc图象可知,这种金属截止频率为cD由Uc图象可求普朗克常量表达式为h【参考答案】CD【名师解析】:.入射光的频率增大,光电子的最大初动能增大,遏止电压增大,根据光电效应方程得出Uc的关
2、系式,通过关系式得出斜率、截距表示的含义入射光的频率增大,光电子的最大初动能增大,则遏止电压增大,测遏止电压时,应使滑动变阻器的滑片P向N端移动,A错误;根据光电效应方程EkmhW0知,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,B错误;根据EkmhW0eUc,解得Uc,图线的斜率k,则h,当遏止电压为零时,c,C、D正确【提分秘籍】求解光电效应问题的五个关系与四种图象(1)五个关系逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。入射光的频率一定时,入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。爱因斯坦光电效应方程EkhW0。光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的
3、方法测得,即EkeUc,其中Uc为遏止电压。光电效应方程中的W0为逸出功。它与极限频率c的关系是W0hc。(2)四种光电效应的图象图象名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线(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W0|E|E(3)普朗克常量:图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc:图线与横轴交点的横坐标(2)饱和光电流Im:电流的最大值(3)最大初动能:EkeUc颜色不同时,光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc1、Uc2(2)饱和光电流(3)最大初动能Ek1eUc1,Ek2
4、eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线(1)极限频率c:图线与横轴的交点的横坐标值(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【突破训练】1.(2019·哈尔滨三中二模)(多选)图甲是研究光电效应的电路图,图乙是用a、b、c光照射光电管得到的IU图线,Uc1、Uc2表示遏止电压,下列说法正确的是()A在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流一直会增加Ba、c光的频率相等C光电子的能量只与入射光的强弱有关,而与入射光的频率无关Da光的波长大于b光的波长【答案】BD【解析】在光照条件不变的情况下,随着
5、所加电压的增大,光电流会先增加后不变,A错误;当光电流为零时,光电管两端加的电压为遏止电压,根据eUchW0,入射光的频率越高,对应的遏止电压Uc越大,a、c两光的遏止电压相等,且小于b光的遏止电压,所以a、c两光的频率相等且小于b光的频率,根据,可知a光的波长大于b光的波长,B、D正确;光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关,C错误。2.(2019·河北唐山一模)用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示,实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示,图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h6
6、.63×1034 J·s。则下列说法中正确的是()A欲测遏止电压,应选择电源左端为正极B当电源左端为正极时,滑动变阻器的滑片向右滑动,电流表的示数持续增大C增大照射光的强度,产生的光电子的最大初动能一定增大D如果实验中入射光的频率7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ekm1.2×1019 J【答案】D【解析】要用图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc,光电管两端应接反向电压,即电源左端为负极,A错误;当电源左端为正极时,将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中,则电压增大,单位时间内到达A极的光电子数量增大,电流增大,当电流达到饱和值
7、后,将不再增大,即电流表读数的变化是先增大,后不变,故B错误;光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关,与入射光的强度无关,故C错误;根据图乙可知,铷的截止频率c5.15×1014 Hz,根据hcW0,可求出该金属的逸出功大小W06.63×1034×5.15×1014 J3.41×1019 J,根据光电效应方程EkmhW0,当入射光的频率为7.00×1014 Hz时,光电子的最大初动能Ekm6.63×1034×7.0×1014 J3.41×1019 J1.2×1019 J,故
8、D正确。题型二 原子结构和能级跃迁【典例分析1】(2020·河南省郑州市月考)如图所示为氢原子能级的示意图,下列有关说法正确的是()A处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n2能级B大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多可辐射出3种不同频率的光C若用从n3能级跃迁到n2能级辐射出的光,照射某金属时恰好发生光电效应,则用从n4能级跃迁到n3能级辐射出的光,照射该金属时一定能发生光电效应D用n4能级跃迁到n1能级辐射出的光,照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41 eV【参考答案】D【名师解析】处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁
9、至n2能级,不能吸收10.5 eV的光子,A错误;大量处于n4能级的氢原子,最多可以辐射出C6种不同频率的光,B错误;从n3能级跃迁到n2能级辐射出的光的能量值大于从n4能级跃迁到n3能级辐射出的光的能量值,用从n3能级跃迁到n2能级辐射出的光,照射某金属时恰好发生光电效应,则用从n4能级跃迁到n3能级辐射出的光,照射该金属时一定不能发生光电效应,C错误;处于n4能级的氢原子跃迁到n1能级产生的辐射光的光子能量为EE4E10.85 eV(13.6 eV)12.75 eV,根据光电效应方程,照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为EkmEW12.75 eV6.34 eV6.4
10、1 eV,D正确。【提分秘籍】原子能级跃迁问题的解题技巧(1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差,即Eh|E初E末|。(2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值。(3)一群氢原子和一个氢原子不同,氢原子核外只有一个电子,这个电子在某时刻只能处在某一个确定的轨道上,在某段时间内,由这一轨道跃迁到另一较低能级轨道时,可能的情况只有一种,所以一个氢原子从n能级跃迁发射出光子的最多可能种类Nn1。但是如果有大量n能级的氢原子,它们的核外电子向低能级跃迁时就会有各种情况出现了,发射光子的种类NC。(4)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时,要注意
11、各能级的能量值均为负值,且单位为电子伏,计算时需换算单位,1 eV1.6×1019 J。(5)氢原子能量为电势能与动能的总和,能量越大,轨道半径越大,势能越大,动能越小。【突破训练】1.(2019·福建南平二模)氢原子能级如图所示,则下列说法正确的是()A氢原子能级越高原子的能量越大,电子绕核运动的轨道半径越大,动能也越大B用动能为12.3 eV的电子射向一群处于基态的氢原子,原子有可能跃迁到n2的能级C用光子能量为12.3 eV的光照射一群处于基态的氢原子,氢原子有可能跃迁到n2的能级D用光子能量为1.75 eV的可见光照射大量处于n3能级的氢原子时,氢原子不能发生电离【
12、答案】B【解析】根据玻尔理论,氢原子能级越高原子的能量越大,电子绕核运动的轨道半径越大,根据km可知动能越小,A错误;因12.3 eV大于n1和n2之间的能级差10.2 eV,则用动能为12.3 eV的电子射向一群处于基态的氢原子,原子有可能跃迁到n2的能级,B正确;因12.3 eV不等于n1和n2之间的能级差,则用光子能量为12.3 eV的光照射一群处于基态的氢原子,光子不能被氢原子吸收,则氢原子不能跃迁到n2的能级,C错误;用光子能量为1.75 eV的可见光照射大量处于n3能级的氢原子时,1.75 eV>0(1.51 eV),氢原子能发生电离,D错误。2.(2019·山东日
13、照高考模拟)氢原子的能级如图,一群氢原子处于n4能级上。当氢原子从n4能级跃迁到n3能级时,辐射光的波长为1884 nm,下列判断正确的是()A一群氢原子从n4能级向n1能级跃迁时,最多产生4种谱线B从高能级向低能级跃迁时,氢原子核一定向外放出能量C氢原子从n3能级跃迁到n2能级时,辐射光的波长大于1884 nmD用氢原子从n2能级跃迁到n1能级辐射的光照射W逸6.34 eV的铂,能发生光电效应【答案】D【解析】一群处于n4能级上的氢原子向n1能级跃迁时最多产生C6种谱线,故A错误;从高能级向低能级跃迁时,氢原子一定向外放出能量,但原子核不向外放出能量,故B错误;氢原子从n4能级跃迁到n3能级
14、辐射的光子能量小于从n3能级跃迁到n2能级辐射的光子能量,可知从n3能级跃迁到n2能级辐射的光子波长小于1884 nm,故C错误;氢原子从n2能级跃迁到n1能级辐射的光子的能量值:E12E2E13.40 eV(13.60 eV)10.20 eV,故用该光照射W逸6.34 eV的铂,能发生光电效应,D正确。3(2019·山东省“评价大联考”三模)如图所示为氢原子能级图,现有大量氢原子从n4的能级发生跃迁,产生一些不同频率的光,让这些光照射一个逸出功为2.29 eV的钠光电管,以下说法正确的是()A这些氢原子可能发出3种不同频率的光B能够让钠光电管发生光电效应现象的有4种光子C光电管发出
15、的光电子与原子核发生衰变时飞出的电子都是来源于原子核内部D钠光电管在这些光照射下发出的光电子再次轰击处于基态的氢原子,可以使氢原子跃迁到n3的能级【答案】B【解析】大量氢原子从n4能级跃迁能产生6种不同频率的光,故A错误;其中能让钠光电管发生光电效应现象的有4种光子,即为氢原子从n2能级跃迁到n1能级,从n3能级跃迁到n1能级,从n4能级跃迁到n1能级,从n4能级跃迁到n2能级辐射出的光子,故B正确;光电子来自于金属板原子核外的自由电子,故C错误;氢原子从n4能级向n1能级发生跃迁,辐射光能量最大,当该光照射钠光电管时,逸出的光电子的最大能量为E0.85 eV(13.60 eV)2.29 eV
16、10.46 eV,而氢原子从n1能级跃迁到n3能级,需要吸收的能量为E1.51 eV(13.60 eV)12.09 eV,因10.46 eV<12.09 eV,故用该光电子轰击处于基态的氢原子,不能使之跃迁到n3能级,故D错误。题型三 原子核的衰变、核反应与核能【典例分析1】(2020·山东济宁育才中学模拟)Co衰变的核反应方程为CoNie,其半衰期为5.27年。已知Co、Ni、e的质量分别为m1、m2、m3,下列说法正确的是()A该核反应中释放的能量为(m2m3m1)c2B该核反应中释放出的射线的穿透本领比粒子强C若有16个Co原子,经过5.27年后一定只剩下8个Co原子D粒
17、子是Co核外的电子电离形成的【参考答案】B【名师解析】根据质能方程可知核反应中释放的能量为(m1m2m3)c2,故A错误;根据三种射线的特点,可知射线的穿透本领比粒子强,故B正确;半衰期是对大量原子才成立的统计学规律,对个别的原子没有意义,故C错误;根据衰变的本质可知,粒子是原子核内的一个中子转变为质子时产生的,故D错误。【典例分析2】(2020·河北衡水统测)一放射性原子核X静止在与纸面垂直的匀强磁场中,衰变后产生的原子核Y及粒子的运动轨迹如图,则()A此次衰变可能为衰变 BY的质子数比X的质子数小4CY的中子数比X的中子数小4 D轨迹2为Y的运动轨迹【参考答案】D.【名师解析】:
18、衰变瞬间粒子和原子核Y速度方向相反,根据轨迹图可知,两者在切点处受到的洛伦兹力方向相反,而两者处于同一磁场中,根据左手定则可判断出两者带同种电荷,即X发生的是衰变,A错误;Y的质子比X的质子数小2,Y的中子数比X的中子数小2,B、C错误;衰变过程遵循动量守恒定律,可得粒子和Y的动量大小相等、方向相反,结合qvBm可得电荷量越大,运动半径越小,故轨迹2为Y的运动轨迹,D正确【提分秘籍】1.原子核的衰变问题(1)衰变实质:衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出;衰变是原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子,再将电子射出;衰变伴随着衰变或衰变同时发生,不改变原子核的质量数与电荷数
19、,以光子形式释放出衰变过程中的多余能量。(2)核衰变规律:,其中t为衰变的时长,为原子核的半衰期。衰变的快慢由原子核内部因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关;半衰期是统计规律,对个别、少数原子核无意义。(3)衰变和衰变次数的确定方法方法一:由于衰变不改变质量数,故可以先由质量数改变确定衰变的次数,再根据电荷数守恒确定衰变的次数。方法二:设衰变次数为x,衰变次数为y,根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。2三种射线(1)射线:穿透能力最弱,电离作用最强。(2)射线:穿透能力较强,电离作用较弱。(3)射线:穿透能力更强,电离作用更弱。3核反应方程(1)核反应方程遵循的规律核反应方程遵循质量数、电
20、荷数守恒,但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能。核反应过程一般不可逆,所以核反应方程中用“”表示方向而不能用等号代替。(2)核反应类型衰变衰变:XYHe衰变:XYe原子核的人工转变质子的发现:NHeOH中子的发现:BeHeCn人工放射性同位素的发现:AlHePnPSie重核裂变例如:UnBaKr3n。轻核聚变例如:HHHen。4核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程,用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方,即Emc2(J)。(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)的能量,用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV,即Em&
21、#215;931.5(MeV)。(3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现,则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。【突破训练】1.(2019·四川广元三诊改编)钍基熔盐堆核能系统(TMSR)是第四代核能系统之一。其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次衰变而来;铀的一种典型裂变产物是钡和氪。以下说法正确的是()A题中钍核Th变成铀核的核反应方程为ThnTh,ThU2eB钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定C钍核Th中有90个中子,142个质子D在铀核裂变成钡和氪的核反应中,核子的比结合能减小【答案】A【解析】根据质量数守恒与电荷数守恒可知,钍核Th变
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