专题17　近代物理-2022年高三物理二轮复习（命题规律知识荟萃经典例题精选习题）(江苏专用)（解析版）

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2022年高三物理二轮复习资料（命题规律+知识荟萃+经典例题+精选习题）（江苏专用）专题17　近代物理【命题规律】1、命题角度：（1）光电效应、能级跃迁；（2）原子核.2、常考题型：选择题【知识荟萃】★考向一、光电效应　能级跃迁1．光电效应两条对应关系（1）光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大；（2）光照强度大（同种频率的光）→光子数目多→发射光电子多→光电流大．2．定量分析时应抓住三个关系式爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0最大初动能与遏止电压的关系Ek＝eUc逸出功与截止频率的关系W0＝hνc 3.光电效应的四类图像分析图像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ν的关系图线Ek＝hν－hνc（1）截止频率：图线与ν轴交点的横坐标νc（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k＝h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Im1、Im2：光电流的最大值（3）最大初动能：Ek＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系（1）遏止电压Uc1>Uc2，则ν1>ν2（2）最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线（1）截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标（2）遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大，Uc＝－（3）普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke（注：此时两极之间接反向电压） 4..玻尔理论的三条假设轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态，En＝E1（n＝1，2，3，…）吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，hν＝Em－En（m>n） 5.解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧（1）原子跃迁时，所吸收或辐射的光子能量只能等于两能级的能量差．（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，剩余能量为自由电子的动能．（3）一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为（n－1），而一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数可用N＝C＝求解．★考向二、原子核1．核衰变问题（1）核衰变规律：m＝m0，N＝N0.（2）α衰变和β衰变次数的确定方法①方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数．②方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解．2．核能的计算方法（1）根据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2（J）．（2）根据1 u（原子质量单位）相当于931.5 MeV的能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 （MeV）．3．核反应方程中电荷数守恒，质量数守恒，有质量亏损．4．常见的核反应方程（1）α衰变：X→Y＋He（2个质子和2个中子结合成一整体射出）（2）β衰变：X→Y＋e（1个中子转化为1个质子和1个电子）（3）重核裂变：例如U＋n→Ba＋Kr＋3n（4）轻核聚变：例如H＋H→He＋n【经典例题】【例题1】天文物理学家认为，在太阳和类似结构的星体中，发生的核聚变反应中占优势的是质子—质子循环，又称克里奇菲尔德循环，该循环的核反应方程为：，，，其中X、Y分别为（　　）A． B． C． D．【答案】  C【解析】原子核核反应过程中，遵循质量数，电荷数守恒定律，可知X、Y分别为，所以C正确；ABD错误；故选C。【例题2】如图所示为氢原子的能级图，现有大量的氢原子处于n=3的激发态，当氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射出光子a；当氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时，辐射出光子b，下列说法正确的是（　　）A．由于跃迁所发射的谱线仅有2条 B．光子a的能量大于光子b的能量C．光子a的动量小于光子b的动量 D．用光子能量是0.7eV的光照射可被吸收【答案】  C【解析】A．因为大量处于n=3激发态的氢原子，跃迁时能释放种不同频率的光子，则跃迁所发射的谱线有3条，故A错误；B．由题意知当氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射出光子a的能量为当氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时，辐射出光子B的能量为所以光子a的能量小于光子b的能量，故B错误；C．由光子能量可知，光子a的波长大于光子b的波长，又因为可知，光子a的动量小于光子b的动量，故C正确；D．因为大量处于n=3激发态的氢原子，向高能级跃迁时吸收能量为两能级之差，经分析知用光子能量是0.7eV的光照射不能被吸收，故D错误。故选C。【例题3】科学家用直流高压加速器加速质子（H）轰击锂原子核X，得到两个氦核（），已知、Ｘ、的质量分别为、、光在真空中的速度为c，则（　　）A．X是 B．X核的中子数是4C．释放的核能 D．上述核反应的类型是核裂变【答案】  B【解析】AB．设锂原子核X的质量数和质子数分别为A和Z，则由题意可得核反应方程式为 由质量数守恒和电荷数守恒得 所以X是，且其中子数为4，故A错误，B正确；C．由质能方程得故C错误；D．核裂变是重核被粒子轰击发生的核反应，上述核反应的类型不是核裂变，故D错误。故选B。【例题4】在探究光电效应现象时，某同学分别用频率为ν1、ν2的两单色光照射密封真空管的钠阴极，钠阴极发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流，实验得到了两条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙），如图所示，已知U1=2U2，ν1>ν2，普朗克常量用h表示。则以下说法正确的是（　　）A．曲线甲为频率为ν1的光照射时的图像B．频率为ν1的光在单位时间内照射到钠阴极的光子数多C．两单色光的频率之比为2:1D．该金属的逸出功为h（2ν2-ν1）【答案】  D【解析】A．根据光是效应方程遏止电压与光电子最大初动能关系为联立可得则入射光的频率越大，遏止电压越大，所以曲线乙为频率为ν1的光照射时的图像，则A错误；B．由图像可知甲的饱和光电流比乙的大，甲的频率又比乙的频率小，所以频率为ν２的光在单位时间内照射到钠阴极的光子数多，则B错误；CD．由于U1=2U2联立解得所以C错误；D正确；故选D。【精选习题】一、单选题1．中科院近代物理研究所将Mg原子核加速后轰击Am原子核，成功合成了超重元素Bh，其核反应方程式为Mg+Am→Bh+4X，则方程式中X表示（　　）A．质子 B．中子 C．电子 D．氦核【答案】  B【解析】设X的电荷数为n，质量数为m，由核反应方程式遵循质量数守恒和电荷数守恒，有12+95=107+4n，26+243=265+4m，解得n=0，m=1，所以X为中子。故选B。2．放射性同位素Li（锂5）是不稳定的，它会分解成一个α粒子和一个质子。已知Li、α粒子、质子的质量分别为m1、m2、m3，真空中光速为c，则上述过程（　　）A．释放的能量为（m1-m2-m3）c2 B．释放的能量为（m2+m3-m1）c2C．吸收的能量为（m1-m2-m3）c2 D．吸收的能量为（m1+m2+m3）c2【答案】  A【解析】由不稳定的核变成稳定的核是放能反应。根据质能方程得故选A。3．我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应的方程为。已知氘核的质量为，中子的质量为，反应中释放的核能为，光速为c，下列说法正确的是（　　）A．X为B．X的比结合能比小C．X的质量为D．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的库仑斥力【答案】  D【解析】A．根据质量数及电荷数守恒得X为，A错误；B．该反应为放能反应，所以X的比结合能比大，B错误；C．根据质能方程得解得C错误；D．要使该聚变反应发生，必须克服两氘核间巨大的库仑斥力，D正确。故选D。4．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银金属的表面，都能发生光电效应对于这两个过程，可能相同的物理量是（　　）A．遏止电压 B．饱和光电流 C．光电子的最大初动能 D．逸出功【答案】  B【解析】同一束光照射不同的金属，一定相同的是入射光的光子能量，不同的金属，逸出功不同，根据光电效应方程知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一束光照射，光中的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的，故B正确ACD错误。故选B。5．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，其能级示意图如图所示。已知基态的氦离子能量，现有一群处于激发态的氦离子（　　）A．自发跃迁能释放3种频率的光子 B．能自发跃迁释放能量为的光子C．自发跃迁释放光子的最大能量为 D．自发跃迁到基态释放光子的波长最长【答案】  C【解析】A．一群处于激发态的氦离子自发跃迁能释放出种频率的光子，故A错误；B．一群处于激发态的氦离子，能自发跃迁释放的能量最小为从n=4能级跃迁到n=3能级释放的能量，即所以不能自发跃迁释放能量为的光子，故B错误；C．一群处于激发态的氦离子，能自发跃迁释放的能量最大为从n=4能级跃迁到n=1能级释放的能量，即故C正确 ；D．自发跃迁到基态释放光子的能量最大，波长最短，故D错误。故选C。6．原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是（　　）A．核的结合能约为15MeVB．核比核稳定C．核的结合能比核的大D．两个核结合成核时释放的能量等于的结合能【答案】  C【解析】A．核的比结合能大约为5MeV，核子数为6，则核的结合能大约为30MeV，故A错误；B．核比核的比结合能小，核比核更稳定。故B错误；C．核的比结合能大约为7MeV，核子数为235，则核的结合能大约为1645MeV，而核的比结合能大约为8.5MeV，核子数为89，则的结合能大约为756.5MeV，因此核的结合能比的大。故C正确。D．核的结合能等于2个质子和2个中子结合成时释放的能量，故D错误。故选C。7．下列关于放射性元素衰变的说法正确的是（　　）A．，钍核和粒子的结合能之和一定大于铀核的结合能B．钍核（）发生衰变时，新核中子数不变C．铀核（）衰变为（）的过程中，要经过8次衰变和4次衰变D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关【答案】  A【解析】A．钍核和粒子比铀核稳定，则钍核和粒子的平均结合能比铀核的大，所以钍核和粒子的结合能之和一定大于铀核的结合能，则A正确；B．钍核（）发生衰变时，中子数减少，质子数增加，质量数不变，所以B错误；C．铀核（）衰变为（）的过程中，要经过8次衰变和6次衰变，所以C错误；D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，所以D错误；故选A。8．2021年1月21日，包括中国科研人员在内的一支国际团队“拍摄”到了基于冷冻镜断层成像技术的新冠病毒的3D影像测得新冠病毒的平均尺度是，如图所示。波长为的光，其光子动量大小数量级为（普朗克常量为）（　　）A． B． C． D．【答案】  B【解析】根据德布罗意波长公式解得所以B正确；ACD错误；故选B。9．下列说法错误的是（　　）A．α射线能消除纺织过程产生的静电B．γ射线可用于探测高铁轨道是否有裂缝C．若质子、电子具有相同动能，则它们的物质波波长相等D．普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的【答案】  C【解析】A．α射线有较强的电离能力，所以能消除纺织过程产生的静电，则A正确，不符合题意；B．γ射线有较强的穿透能力，所以可用于探测高铁轨道是否有裂缝，则B正确，不符合题意；C．根据德布罗意波长公式，所以若质子、电子具有相同动量，则它们的物质波波长才相等，所以C错误，符合题意；D．普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的，所以D正确，不符合题意；故选C。10．1905年爱因斯坦提出光子说，对光电效应规律做出了解释，下列说法正确的是（   ）A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子B．电子吸收光子需要一定的积累能量的时间C．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子D．一个高能量的光子可以使两个电子从金属表面逸出，成为光电子【答案】  A【解析】A．金属表面的一个电子吸收一个能量大于其逸出功的光子，将从金属表面逸出，而不再继续吸收光子，A正确；B．电子只吸收能量大于自身逸出功的光子，且金属电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，能量小于电子本身逸出功的，吸收后的能量不能积累，B错误；C．若光子的能量小于电子的逸出功，电子将不可能逸出为光电子，C错误；D．一个电子只能吸收一个光子，形成光电子，D错误。故选A。二、解答题11．室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡．氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中。氡看不到，嗅不到，但它进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是除吸烟外导致肺癌的重大因素。静止的氡核放出一个粒子X后变成钋核，钋核的动能为0.33MeV，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能，则：（1）写出上述衰变的核反应方程；（2）求粒子X的动能。（保留两位有效数字）【答案】  （1）；（2）18MeV【解析】（1）（2）设钋核的质量为m1、速度为v1，粒子X的质量为m2、速度为v2，根据动量守恒定律有粒子X的动能=18MeV12．用速度大小为v的中子轰击静止的锂核（Li），发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看作m，光速为c。(1)写出核反应方程；(2)求氚核和α粒子的速度大小；(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损。【答案】  (1)；(2)；；(3)【解析】(1)由题意可得，该核反应方程为(2)由动量守恒定律得mv=-3mv1＋4mv2由题意得v1∶v2=7∶8解得，。(3)氚核和α粒子的动能之和为根据能量守恒定律，释放的核能为由爱因斯坦质能方程得，质量亏损为