2022届二轮复习 专题八第3课时　近代物理初步和物理学史 课件（58张）

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本专题主要复习原子及原子核的结构、光电效应的规律和电路、能级和能级跃迁的规律、原子核的衰变和人工转变以及核能的计算等知识。
主要考查原子物理和能级跃迁；光电效应规律和电路；核反应和核能；物理学史和物理学思想方法等。
本专题以选择题形式命题，考查基本概念及规律，难度较小。
(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光______的增大而增大。(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9 s。(4)入射光线越强单位时间内发射的电子数越多。
(1)光电子的最大初动能Ek跟入射光子的能量hν和逸出功W0的关系为：Ek＝____________。
(1)氢原子能级图如图1所示。
(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时______的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时______的能量。(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。注意质量数与质量是两个不同的概念。(3)质能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比。
高考题型2　玻尔理论和能级跃迁
高考题型1　光电效应规律的理解
高考题型3　核反应和核能
高考题型4　物理学史和物理学思想方法
【例1】 (2021·广东六校第三次联考)如图2所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列说法正确的是(　　)
A.a、b、c三种光的频率各不相同B.b、c两种光的光强可能相同C.若b光为绿光，a光可能是紫光D.图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的读数可能增大解析　由光电效应方程及遏止电压的关系可得eUc＝Ek＝hν－W，b、c两种光的遏止电压相同，故频率相同，a光的遏止电压较小，频率较低，A错误；同一频率光的最大光电流与光强成正比，对比乙图可知，b光较强，B错误；由A的分析可知，a光频率较低，若b光为绿光，a光不可能是紫光，C错误；图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动，增大光电管两端电压，且为正向电压，电流表的读数可能增大，但不会超过饱和光电流，D正确。
【拓展训练1】 (2021·山东省第二次模拟)用如图3所示的实验装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为零，则在该实验中(　　)
A.光电子的最大初动能为1.05 eVB.光电管阴极的逸出功为1.7 eVC.开关S断开，电流表G示数为零D.当滑动触头向a端滑动时，电压表示数增大
解析　由题目可知，遏止电压Uc＝1.7 V，最大初动能Ek＝eUc＝1.7 eV，A错误；根据光电效应方程可知，逸出功W0＝hν－Ek＝1.05 eV，B错误；断开开关S，光电效应依然发生，有光电流，光电管、电流表、滑动变速器构成闭合回路，电流表中电流不为零，C错误；电源电压为反向电压，当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电压表示数增大，电流表中电流减小，D正确。
【拓展训练2】 (2021·湖南怀化市一模)甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图4中的a、b所示。下列判断正确的是(　　)
A.图线a与b不一定平行B.图线a与b的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系C.乙金属的极限频率小于甲金属的极限频率D.甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率大
解析　根据光电效应方程Ek＝hν－W0，图线的斜率代表普朗克常量，两直线一定平行，A错误；普朗克常量与入射光和金属材料均无关系，B正确；横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，也就是金属的极限频率，故乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率，C错误；甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率小，D错误。
【例2】 (2021·1月广东学业水平选择考适应性测试，1)原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光。下列说法正确的是(　　)A.频率相同的光子能量相同B.原子跃迁发射的光子频率连续C.原子跃迁只产生单一频率的光子D.激光照射金属板不可能发生光电效应
解析　根据E＝hν可知，频率相同的光子能量相同，故A正确；原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，光子的频率是不连续的，故B错误；原子在不同的轨道之间跃迁产生不同频率的光子，故C错误；根据Ek＝hν－W0可知，当激光光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电效应，故D错误。
【拓展训练3】 (2021·河北“五个一名校联盟”二模)氢原子能级图如图5所示，大量处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时会发出不同频率的光。下列说法正确的是(　　)
A.这些光中波长最长的光对应的光子能量为10.2 eVB.这些光中频率最高的光对应的光子能量为12.75 eVC.用这些光照射逸出功为3.20 eV的钙金属表面，能照射出光电子的光最多有4种D.用这些光照射逸出功为3.20 eV的钙金属表面，出射光电子初动能的最大值为8.19 eV
解析　这些光中波长最长的光，频率最小，能量最小，对应的光子能量为1.51 eV－0.85 eV＝0.66 eV，故A错误；这些光中频率最高的光对应的光子能量为13.6 eV－0.85 eV＝12.75 eV，故B正确；用这些光照射逸出功为3.20 eV的钙金属表面，能照射出光电子的光最多有3种，故C错误；用这些光照射逸出功为3.20 eV的钙金属表面，出射光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0＝12.75 eV－3.20 eV＝9.55 eV，故D错误。
【拓展训练4】 (2021·全国甲卷，17)如图6所示，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为(　　)
A.6 　　　B.8C.10 　　　D.14
解析　X的中子数为146，质子数为92，质量数为146＋92＝238，Y的中子数为124，质子数为82，质量数为124＋82＝206，质量数减少238－206＝32，发生α衰变的次数为32÷4＝8，发生β衰变的次数为82－(92－2×8)＝6，即在此过程中放射出电子的总个数为6，A正确。
A.44∶1 B.57∶44C.57∶22 D.57∶1
【例5】 关于物理学发展过程中的认识，下列说法正确的是(　　)
A.奥斯特发现了电流的磁效应，并发现了电磁感应现象B.法拉第在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化C.楞次发现了电流的磁效应，揭示了磁现象和电现象之间的联系D.在法拉第、纽曼、韦伯等人工作的基础上，人们认识到：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，后人称之为法拉第电磁感应定律
解析　奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了磁现象和电现象之间的联系，法拉第发现了电磁感应现象，故A、C错误；楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故B错误；纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，先后指出：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，后人称之为法拉第电磁感应定律，故D正确。
【拓展训练6】 (2021·新高考八省大联考广东区热身模拟)在物理学的研究及应用过程中所用思想方法的叙述正确的是(　　)
若使法线转过θ角，则M反射的光线旋转的角度为2θ，N反射的光线就旋转了4θ，那么投射到标尺上的光斑走过的距离就更大，故该实验观察测量结果采用的是微小变量放大法；用挤压玻璃瓶时微小的变化不易观察，但通过细管中水位的变化能够观察出来，是一种放大的思想；第三个装置都是球m，受到m对它的引力会使竖直悬线发生扭转，从而使镜面M的法线转过微小角度，从而电光源的投影会在标尺上移动一定距离，从而将微小形变放大，故都是利用放大的思想方法。这三个装置都是将微小形变进行放大，故都是利用放大的思想方法。故D正确。
1.(2021·新高考八省大联考广东区模拟热身)下列有关说法正确的是(　　)
A.库仑总结出库仑定律并首先准确测出了静电力常量B.牛顿总结出万有引力定律并首先测出了万有引力常量C.法拉第发现了电磁感应现象并总结出法拉第电磁感应定律D.伽利略根据理想斜面实验指出物体的运动不需要力来维持
解析　库仑通过库仑扭秤实验总结得出库仑定律，静电力常量不是库仑测出，故A错误；牛顿在前人研究的基础上发现和总结出万有引力定律，引力常量是后来卡文迪许通过实验测出的，故B错误；法拉第研究了电磁感应现象，纽曼和韦伯先后总结出法拉第电磁感应定律，故C错误；伽利略根据理想斜面实验指出物体的运动不需要力来维持，故D正确。
A.Y是氦核B.Y是质子C.再经过72万年，现有的铝26衰变一半D.再经过144万年，现有的铝26全部衰变
4.(2021·湖南省普通高中学业水平选择性考试，1)核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是(　　)
A.放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽B.原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒C.改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期D.过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害
A.67.3 d B.101.0 d C.115.1 d D.124.9 d
解析　原子核的衰变是由原子核内部因素决定的，与温度、压强等无关，因此半衰期不发生变化，A错误；根据质量数守恒可得中微子的质量数A＝30－30＝0，电荷数Z＝15－14－1＝0，可知中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0，B错误；根据该衰变的本质可知，正电子是由于质子衰变产生的，C错误；两个质子和两个中子结合成一个α粒子的过程中释放核能，根据质能方程和质量亏损可知两个质子与两个中子的质量之和一定大于α粒子的质量，D正确。
8.(2021·广东肇庆市第二次统一测试)关于光电效应，下列说法正确的是(　　)
A.只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应B.光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应C.照射时间越长光电子的最大初动能越大D.光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比
解析　根据光电效应规律，只有入射光的频率大于金属的截止频率，才可以使金属发生光电效应，A错误；光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应，B正确；光电子的最大初动能与照射时间无关，C错误；由Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能随入射光子的频率增大而增大，但不是成正比，D错误。
9.(2020·安徽淮北市一模)图2甲为研究光电效应的电路图，当用频率为ν的光照射金属阴极K时，通过调节光电管两端电压U，测量对应的光电流I，绘制了如图乙所示的I－U图像。已知电子所带电荷量为e，图像中遏止电压Uc、饱和光电流Im及入射光的频率ν、普朗克常量h均为已知量。下列说法正确的是(　　)
10.(2021·河北省高考模拟)用频率分别为ν和2ν的光照射某种金属材料，两种情况下测得的该金属材料发生光电效应的遏止电压之比为1∶3，已知普朗克常量为h，则该金属的逸出功为(　　)
11.(2021·湘豫名校4月联考)2021年1月12日消息，“北斗三号”氢原子钟性能碾压GPS系统原子钟，是世界上最先进的原子钟。如图3所示为氢原子能级图，让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，被激发的氢原子只辐射出三种不同波长的光a、b、c，波长λa