适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题7近代物理初步课件

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1.(2023湖北卷)2022年10月,我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据如图所示的氢原子能级图,可知此谱线来源于太阳中氢原子(　　)A.n=2和n=1能级之间的跃迁B.n=3和n=1能级之间的跃迁C.n=3和n=2能级之间的跃迁D.n=4和n=2能级之间的跃迁
解析 由能级图可知n=2和n=1的能级之间的能量差为ΔE=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,与探测到的谱线对应的光子能量相等,故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。选项A正确。
2.(2023辽宁卷)原子处于磁场中,某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示,相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应,且逸出光电子的最大初动能为Ek,则(　　)A.①和③的能量相等B.②的频率大于④的频率C.用②照射该金属一定能发生光电效应D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
解析 ①和③光子跃迁能级差相等,故①和③的能量相等,选项A正确;②光子跃迁能级差小于④光子跃迁能级差,根据E=hν,可得②的频率小于④的频率,选项B错误;同理②光子的频率小于①光子的频率,用②照射该金属不一定能发生光电效应,选项C错误;④光子的频率大于①光子的频率,用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek,选项D错误。
3.(2022全国甲卷)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0,在t=0时刻,这两种元素的原子核总数为n,在t=2t0时刻,尚未衰变的原子核总数为 ,则在t=4t0时刻,尚未衰变的原子核总数为(　　)
4.(2022湖南卷)1932年,查德威克用未知射线轰击氢核,发现这种射线是由质量与质子质量大致相等的中性粒子(即中子)组成。如图所示,中子以速度v0分别碰撞静止的氢核和氮核,碰撞后氢核和氮核的速度分别为v1和v2。设碰撞为弹性正碰,不考虑相对论效应,下列说法正确的是(　　)A.碰撞后氮核的动量比氢核的小B.碰撞后氮核的动能比氢核的小C.v2大于v1D.v2大于v0
5.(2023全国乙卷)2022年10月,全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴,其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断,该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048 J。假设释放的能量来自物质质量的减少,则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108 m/s)(　　)A.1019 kgB.1024 kgC.1029 kgD.1034 kg
【方法规律归纳】1.理解光电效应现象的两条主线 本质是电子,不是光子(1)光较强→光子数目多→发射光电子多→饱和光电流大;(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。2.光电效应规律的三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。(2)最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。(3)逸出功与截止频率的关系:W0=hνc。温馨提示 金属越活跃,逸出功越小,越容易发生光电效应。
3.光电效应的三类图像(1)最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像
(2)遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像
(3)光电流与电压的关系图像
[典例1](命题点2)图甲是研究光电效应的电路图。某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电压UAK的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图乙所示。
则下列说法正确的是(　　)A.甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能B.单位时间内甲光照射光电管发出光电子比乙光的少C.用强度相同的甲、丙光照射该光电管,则单位时间内逸出的光电子数相等D.对于不同种金属,若照射光频率不变,则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系
解析 当光照射到K极时,如果入射光的频率足够大(大于K极金属的截止频率),就会从K极发出光电子。当反向电压增加到某一值时,电流表A中电流就会变为零,此时 mv2=eUc,式中v表示光电子的最大初速度,e为电子的电荷量,Uc为遏止电压,根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的光子能量较大,故丙光的频率较大,但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大,A错误。对于甲、乙两束频率相同的光来说,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多,B错误。
对甲、丙两束不同频率的光来说,强度相同时单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等,由于丙光的光子频率较高,每个光子的能量较大,所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数就较少,所以单位时间内发出的光电子数就较少,C错误。对于不同金属,若照射光频率不变,根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,知Ek与金属的逸出功为线性关系,D正确。
拓展(1)典例1中若仅增大电源的电动势则电流表的示数一定增大吗?(2)典例中若仅将电源的正、负极对调,则电流表的示数一定为零吗?
答案 (1)不一定。当电流达到饱和电流时,电流表的示数就不再增大。(2)不一定。正负极对调后,光电子做减速运动,电子若不能到达A极,则电流表的示数为0,否则就不为0。
【对点训练】1.(2023广东广州一模)(命题点1)如图所示,放映电影时,强光照在胶片上,一方面,将胶片上的“影”投到屏幕上;另一方面,通过声道后的光照在光电管上,随即产生光电流,喇叭发出与画面同步的声音。电影实现声音与影像同步,主要应用了光电效应的下列哪一条规律(　　)A.光电效应的发生时间极短,光停止照射,光电效应立即停止B.入射光的频率必须大于金属的截止频率,光电效应才能发生C.光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光的频率增大而增大D.当入射光的频率大于截止频率时,光电流的强度随入射光的强度增大而增大
解析 电影实现声音与摄像同步,主要应用了光电效应中的规律是光电效应的发生时间极短,光停止照射,光电效应立即停止,依据该原理实现声音与影像同步,故A正确,B、C、D错误。
2.(2023江苏泰州高考调研卷)(命题点2)下图是研究光电效应的实验原理图,某实验小组用光强相同(即单位时间照射到单位面积的光的能量相等)的红光和紫光分别照射阴极K,移动滑片P分别得到红光和紫光照射时,光电管的光电流I与电势差UKA的关系图像可能正确的是(　　)
解析 当UkA>0时,电场力使电子减速,光电流为0时的电压即为遏止电压,根据所学知识可知紫光频率高于红光,紫光遏止电压较大,所以在UkA轴的正半轴的交点大于红光。单位时间内红光的光子数多,所以红光的饱和光电流大,故A正确,B、C、D错误。
【方法规律归纳】1.原子的核式结构模型　　　　　　　　 原子核在原子中心有一个很小的核,原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。温馨提示 原子核式结构模型是由卢瑟福α粒子散射实验得出的。
2.原子能级跃迁的五个关键问题(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ΔE=hν=|E初-E末|。　　　 实物粒子的碰撞也能使原子电离(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)一个处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1。(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。①用数学中的组合知识求解:②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。(5)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时,要注意各能级的能量值均为负值,且单位为电子伏特,计算时需换算单位,1 eV=1.6×10-19 J。
[典例2](命题点2)处于基态的一群氢原子被一束单色光照射后,最多能发出6种频率的光,氢原子的能级图如图所示,如果用这束光照射某一金属,测得从该金属中射出电子的最大初动能为10.54 eV,则该金属的逸出功是(　　) eVB.12.1 eV eV
答案 C解析 因受到激发后的氢原子能辐射出6种不同频率的光子,故氢原子是从n=4的能级跃迁,所以此束光的光子能量ε=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,用此种光子照射该金属,可得逸出功W0=ε-Ek=2.21 eV,故C正确。
【对点训练】3.(多选)(命题点1)下图为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图,图中的显微镜可在圆周轨道上转动,通过显微镜前相连的荧光屏可以观察α粒子在各个角度的散射情况,下列说法正确的是(　　)A.α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子核后产生的反弹B.在图中A、B两位置分别进行观察,相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多C.卢瑟福选用不同的金箔作为α粒子散射的靶,观察到的实验结果基本相似D.卢瑟福根据此实验得出原子的核式结构模型
解析 α粒子发生散射的主要原因是受到金原子核的库仑力作用,A错误。放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数较少,而放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多,B错误。选用不同金箔作为α粒子散射的靶,观察到的实验结果基本相似,故C正确。卢瑟福根据此实验得出原子的核式结构模型,D正确。
4.(多选)(命题点2)下图为氢原子能级图以及氢原子从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线,已知氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射光子的波长为656 nm,下列叙述正确的有(　 　)A.四条谱线中频率最大的是HδB.用633 nm的光照射能使氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时,最多产生3种谱线D.如果用能量为10.3 eV的电子轰击,可以使基态的氢原子受激发
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,故氢原子从n=6能级跃迁到n=2能级时辐射光子的频率最大,选项A正确。在氢原子跃迁过程中,吸收光子的能量应刚好等于两能级的能量差,波长为633 nm的光子能量大于n=2能级与n=3能级之间的能量差,选项B错误。一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时,可以是3→2、2→1或者3→1,即有3种频率不同的谱线,选项C正确。如果用10.3 eV的电子轰击,基态氢原子吸收部分能量而受激发,选项D正确。
易错点评①本题的易错之处在于不会应用氢原子能级和玻尔理论解释问题。②原子吸收光子的能量和实物粒子能量的方式不相同。
【方法规律归纳】1.原子核衰变的实质和半衰期(1)衰变实质α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;β衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子,再将电子射出;γ衰变伴随着α衰变或β衰变同时发生,不改变原子核的质量数与电荷数,以光子形式释放出衰变过程中产生的能量。
温馨提示 ①半衰期永不变;②半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。
2.书写核反应方程式的三点注意(2)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,由于核反应不可逆,所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒。
3.核力和结合能(1)核力是强相互作用的一种表现。　　　 　短程力(2)核力的作用范围在1.5×10-15 m之内。 (3)每个核子只跟它的相邻核子间有核力作用。(4)核子结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量,叫作原子核的结合能,亦称核能。(5)原子核的结合能与核子数之比,叫作比结合能,也叫作平均结合能。温馨提示 ①核子数越多,结合能越大,比结合能不一定越大。②比结合能越大,原子核结合得越牢固。
4.核能计算的三种方法(1)根据爱因斯坦质能方程,用核反应亏损的质量乘以真空中光速c的二次方,即ΔE=Δmc2。(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量,用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以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。温馨提示 爱因斯坦质能方程表明质量和能量有着紧密联系,但不是相互转化。
[典例3](多选)(2022浙江卷)(命题点2)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011 kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是(　　)A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kgC.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
【对点训练】5.(命题点1)2021年3月三星堆遗址出土了大量文物,进一步证实了中国历史上商代的存在。考古人员对“祭祀坑”中出土的炭屑样本通过14C年代检测法进行了分析,进而推算出年代。14C的衰变方程为 下列说法正确的是(　　)A.14C发生的是α衰变B.14C衰变时电荷数守恒,但质量数不守恒C.14C的半衰期不会受到阳光、温度、气候变化等自然环境因素影响D.生物体中以CaCO3形式存在的14C半衰期比单质14C的半衰期更长
解析 14C衰变时电荷数和质量数都守恒,由此可知X为 ,所以14C发生的是β衰变,A、B错误。半衰期是由核内部自身的因素决定的,与原子所处的化学状态和外部条件均无关,C正确,D错误。
6.(2023山东省实验中学模拟)(命题点1、2)2021年4月,中国科学院近代物理研究所研究团队首次合成新核素铀 ,并在重核区首次发现强的质子与中子相互作用导致α粒子形成的概率显著增强的现象,这有助于促进对原子核α衰变过程中α粒子预形成物理机制的理解。以下说法正确的是(　　)