重难点17 近代物理-2025年高考物理 热点 重点 难点 专练（江苏专用）

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【情境解读】
【高分技巧】
1．解答光电效应及其图像类问题的两条规律及分析技巧
1）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）光电效应的四类图像分析
Ⅰ、最大初动能与入射光频率的关系图线
①截止频率（极限频率） ：图线与ν轴交点的横坐标
②逸出功：图线与轴交点的纵坐标的绝对值
③普朗克常量：图线的斜率
Ⅱ、遏止电压与入射光频率的关系图线
①截止频率：图线与横轴的交点的横坐标
②遏止电压：随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即 （注：此时两极之间接反向电压）
Ⅲ、颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系
①遏止电压：图线与横轴的交点的横坐标的绝对值
②饱和电流：电流的最大值
③最大初动能：
Ⅳ、颜色不同时，光电流与电压的关系
①遏止电压、
②饱和电流
③最大初动能，
2．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）原子从某一能级电离时，所吸收的能量可以大于或等于这一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能。
3）光谱线条数的确定方法
①一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（n－1）。
②一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数。
3．核能的计算方法
1）根据计算时， 的单位是“kg”，c的单位是“m/s”， 的单位是“J”。
2）根据计算时， 的单位是“u”， 的单位是“MeV”。
3）根据核子比结合能来计算核能:
原子核的结合能=核子的比结合能×核子数。
核反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放（或吸收）的核能。
（建议用时：40分钟）
1．（2020·江苏·高考真题）“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是（ ）
A．I增大，增大B．I增大，减小
C．I减小，增大D．I减小，减小
【答案】B
【解析】黑体辐射的实验规律如图
特点是，随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以减小。故选B。
2．（2020·江苏·统考高考真题）大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为和，则该激发态与基态的能量差为_____，波长为的光子的动量为_____。（已知普朗克常量为h，光速为c）
【答案】
【解析】[1]根据可知波长越短，对应光子的频率越大，对应跃迁的能级差越大；可知最短波长对应基态到激发态的能量差最大，结合得
[2]波长为对应的光子动量为
3．（2021·江苏·统考高考真题）用“中子活化”技术分析某样品的成分，中子轰击样品中的产生和另一种粒子X，则X是（ ）
A．质子B．粒子C．粒子D．正电子
【答案】A
【解析】该核反应方程为，可知X是质子。故选A。
4．（2023·江苏·统考高考真题）“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：
（1）每个光子的动量p和能量E；
（2）太阳辐射硬X射线的总功率P。
【答案】（1），；（2）
【解析】（1）由题意可知每个光子的动量为
每个光子的能量为
（2）太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则
可得
所以t秒辐射光子的总能量
太阳辐射硬X射线的总功率
5．（2021·江苏·统考高考真题）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【解析】、光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值，可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。故选C。
6.（2022.江苏.高考真题） 上海光源通过电子-光子散射使光子能量增加，光子能量增加后（ ）
A．频率减小B．波长减小C．动量减小D．速度减小
【答案】B
【解析】根据可知光子的能量增加后，光子的频率增加，又根据，可知光子波长减小，故A错误，B正确；根据可知光子的动量增加；又因为光子质量不变，根据可知光子速度增加，故C错误，D错误。故选B。
7．（2024.江苏.高考真题）用粒子轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核反应方程式是，粒子X为（ ）
A．正电子B．中子
C．氘核D．氦核
【答案】D
【解析】根据质量数守恒可知X的质量数为
根据电荷守恒可知X的电荷数为，可知X为中子。故选D。
8.（2024.江苏.高考真题）在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种（ ）
A．λ1B．λ2C．λ3D．λ4
【答案】C
【解析】根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为的光子能量最大。故选C。
9．（2024.苏锡常镇四市.教学情况调研二）下列实验不能用光的粒子性解释的是（ ）
A．黑体辐射B．光电效应
C．康普顿效应D．电子束衍射
【答案】D
【解析】黑体辐射、光电效应、康普顿效应都说明光具有粒子性，能用光的粒子性解释，故ABC错误；电子束衍射说明电子具有波动性，不能用光的粒子性解释，故D正确。故选D。
10．（2024.江苏连云港.三模）正电子发射计算机断层扫描是核医学领域较先进的临床检查影像技术，使用作为原料产生正电子，其反应方程式为。真空中存在垂直于纸面的匀强磁场，某个静止的原子核在其中发生衰变，生成的硼核及正电子运动轨迹及方向如图所示，则（ ）
A．正电子动量大于硼核动量B．空间中磁场方向垂直纸面向外
C．半径较大的轨迹是正电子轨迹D．正电子运动周期大于硼核周期
【答案】C
【解析】静止原子核在其中发生衰变，生成的硼核及正电子，由动量守恒定律可得，可知正电子动量大小等于硼核动量，故A错误；由，解得，可知半径较大的轨迹是电荷量小的正电子轨迹，故C正确；由硼核及正电子运动方向，根据左手定则可知空间中磁场方向垂直纸面向里，故B错误；硼核的比正电子的大，由可知正电子运动周期小于硼核周期，故D错误。故选C。
11．（2024.江苏.姜堰、如东等三校.联考）如图所示，甲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，丙图为氢原子的能级图，丁图给出了几种金属的逸出功和极限频率关系。以下说法正确的是（ ）
A．若b光为绿光，c光可能是黄光
B．图甲所示的光电效应实验装置所加的是反向电压，由此可测得，
C．若b光光子能量为0.66eV，照射某一个处于激发态的氢原子，最多可以产生3种不同频率的光
D．若用能使金属铷发生光电效应的光，用它直接照射处于激发态的氢原子，一定可直接使该氢原子电离
【答案】C
【解析】根据爱因斯坦的光电效应方程有，根据遏止电压与光电子最大初动能之间的关系有，可见能够发生光电效应的光子，其频率越大，照射金属发生光电效应后的最大初动能越大，对应的遏止电压就越大，而根据图乙可知，b光所对应的遏止电压小于c光所对应的遏止电压，因此可得，而绿光的频率大于黄光的频率，因此若b光为绿光，c光不可能是黄光，故A错误；图甲所示的光电效应实验装置所加的是正向电压，不能测得、，故B错误；若b光光子能量为0.66eV，照射某一个处于激发态的氢原子，根据，可知照射后恰能被处于激发态的氢原子吸收使其跃迁到能级，而处于高能级的氢原子不稳定，将向外辐射能量重新跃迁回基态，而单个氢原子从高能级向基态跃迁时最多能辐射种频率的光子，因此可知，单个氢原子从能级跃迁至基态的过程中最多辐射3种频率的光子，故C正确；根据图丁中数据可知，金属铷的逸出功为，根据爱因斯坦的光电效应方程有，因此只要照射金属铷的光子能量大于其逸出功，就能使金属铷发生光电效应，而要使激发态的氢原子发生电离，则其吸收的能量最少也要等于其能级能量的绝对值，即最少要吸收3.40eV的能量才能使激发态的氢原子发生电离，因此能使金属铷发生光电效应的光不一定使该氢原子电离，除非其光子能量大于3.40eV，故D错误。故选C。
12．（2024.江苏海门.学情调研）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。若用光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．②光子的频率大于④光子的频率
B．①光子的动量与③光子的动量大小相等
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
【答案】B
【解析】由图可知，②光子的能量小于④光子的能量，根据，可知②光子的频率小于④光子的频率，故A错误；由图可知①光子的能量等于③光子的能量，则①光子的频率等于③光子的频率，①光子的波长等于③光子的波长，根据，可知①光子的动量与③光子的动量大小相等，故B正确；由图可知②光子的能量小于①光子的能量，则用②照射该金属不一定能发生光电效应，故C错误；根据光电效应方程，由于④光子的能量大于①光子的能量，则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，故D错误。故选B。
13．（2024.江苏.二模）如图所示，光电管通过电流表连接平行板电容器C，当光电管阴极K受到光的照射产生光电效应，关于此电路下列说法正确的是（ ）
A．当光照射光电管时电容器左极板带正电
B．光电管受到光的照射电流表有持续的电流
C．电容器原来不带电，光电管受到光照射时，电流表有方向向下的电流
D．光停止照射后，电流表有方向向上的电流
【答案】C
【解析】光电效应阴极K发出电子，到达电容器左极板，所以左极板带负电，故A项错误；当光电子到达电容器极板时，光电管上出现反向电压，当电容器两板间电压到达一定值时，即光电管间的电压达到反向截止电压时，光电子不会到达另一极，电容器不再被充电，即此时电路中将没有电流，故B项错误；在电容器开始充电之前，电容器上不带电。当发生光电效应时，光电管对电容器充电，回路有顺时针方向电流，即电流表有方向向下的电流，故C项正确；停止照射后，由于电路是断路，所以电容器不会放电，回路无电流，故D项错误。故选C。
14．（2024.江苏苏锡常镇.五月三模补偿训练）下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）

A．图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成功解释了光电效应
B．图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率是不连续的
C．图丙：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性
【答案】B
【解析】普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，爱因斯坦成功的解释了光电效应现象，A错误；
波尔提出自己的原子模型，他指出氢原子能级是分立的，解释了原子发射光子的频率是不连续的，B正确；卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，提出了自己的原子核式结构模型，C错误；衍射是波的典型特征，根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，D错误。
15.（2024.江苏.第二学期期初质量监测）小明用同一光电管在不同实验条件下做光电效应实验，得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示。关于本实验，下列说法中正确的是（ ）
A．甲光的频率比乙光的频率大
B．乙光的波长比丙光的波长大
C．乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大
D．甲光所产生光电子的最大初动能比丙光所产生光电子的最大初动能大
【答案】C
【解析】根据图像可知，甲丙的遏止电压相等，小于乙的遏止电压，根据，可知，甲光所产生光电子的最大初动能与丙光所产生光电子的最大初动能相等，故D错误；根据逸出功与截止频率的关系有由于逸出功与截止频率均由金属材料本身决定，实验中小明用的是同一光电管，则乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大，故C正确；根据光电效应方程有，结合上述有，由于甲的遏止电压小于乙的遏止电压，则甲光的频率比乙光的频率小，故A错误；结合上述可知，乙光的频率比丙光的频率大，根据，解得，可知，乙光波长比丙光的波长小，故B错误。故选C。
16.（2024.江苏南通.三模补偿训练）（，代表亚稳态同位素）是目前最广泛使用的核医药物，可用于甲状腺、骨骼、心肌、脑部等扫描检查。如图所示，铀核分裂得到的钼-99（）衰变成，其过程为：（为不带电荷且质量非常小或近乎零的反微中子），接着将取出，并由注射或口服等方法送入人体内，在特定器官或组织发生衰变，其过程为：，释放出射线作为医学检测分析的讯号。下列有关此核医药物的叙述正确的是（ ）

A．和两者具有相同的化学性质
B．衰变成过程中产生的是正电子
C．衰变半衰期越长，医学检测分析效果越明显
D．射线为核外电子从高能级向低能级跃迁时放射的光子
【答案】A
【解析】和两者为同位素。因此其化学性质相同，故A正确；由衰变方程，根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒，可知其衰变产物是电子，故B错误；衰变半衰期越长，则其衰变产生的射线就越微弱，因此医学检测分析效果越不明显，故C错误；该衰变为衰变，而衰变是原子核内的中子生成质子的同时产生电子，并伴随有能量的产生，即射线的产生，因此射线为原子核内部所产生的，故D错误。故选A。
17．（2024.江苏南京.三模补偿训练）如图甲所示为氢原子部分能级图，大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时，恰好发生光电效应，则下列说法正确的是（ ）
A．从n=2能级向n=1能级跃迁时辐射的光，也一定能使阴极K发生光电效应
B．用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射阴极K，阴极K的逸出功会变大
C．在光的频率不变的情况下，饱和电流不随入射光强度的变化而变化
D．用从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射n=4能级的氢原子，可以使其电离
【答案】D
【解析】由玻尔理论知n=3和n=1能级的能级差大于n=2和n=1能级的能级差，用从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时，恰好发生光电效应，若用从n=2能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射阴极K，不能使阴极K发生光电效应，A错误；逸出功由金属本身决定，与入射光频率大小无关，B错误；在入射光的频率不变的情况下，入射光越强，则单位时间逸出的光电子数越多，饱和电流越大，C错误；当处于n=4能级的氢原子吸收的能量大于或等于0.85eV时，将会被电离，n=3能级与n=2能级间的能量差大于0.85eV，D正确。故选D。
18．（2024.江苏苏州.八校联盟三模）2024年2月 19日中国科学家成功合成两种新的核素：锇160（）钨156（）。锇160发生α衰变发射出的高能粒子能使空气电离，钨156发生 β衰变（正电子）生成钽156（）。下列说法正确的是（ ）
A．不同温度下，锇160的半衰期不同
B．能使空气电离的高能粒子主要是γ射线
C．钨156发生β⁺衰变产生的新核与钨156是一对同位素
D．锇160发生α衰变产生的钨156的比结合能大于锇160的比结合能
【答案】D
【解析】半衰期与温度无关，故A错误；能使空气电离的高能粒子主要是射线，故B错误；由题意可知核反应方程为，由于钨156发生β⁺衰变产生的新核与钨156质子数不同，故二者不是同位素，故C错误；比结合能越大越稳定，自然衰变的产物比结合能会变大，故锇160发生α衰变产生的钨156的比结合能大于锇160的比结合能，故D正确。故选D。
19．（2024.江苏苏锡常镇.第二次教学情况调研）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是，半衰期是87.7年，有75%的原子核发生衰变需经过（ ）
A．43.85年B．87.7年C．175.4年D．263.1年
【答案】C
【解析】要使75%的原子核发生衰变需要经过两个半衰期，即，故选C。
20．（2024.江苏姜堰、如东.联考）2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核废水。核废水中的发生衰变时的核反应方程为，该反应过程中释放的核能为Q。设的结合能为，的结合能为，X的结合能为，则下列说法正确的是（ ）
A．衰变过程中放出的光子是由从高能级向低能级跃迁产生的
B．的平均核子质量大于的平均核子质量
C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为
D．该核反应过程中释放的核能
【答案】C
【解析】衰变过程中放出的光子是由生成的新核从高能级向低能级跃迁产生的，故A错误；核反应中，生成物的比结合能大于反应物的比结合能，而比结合能越大则平均核子质量越小，由于的比结合能大于的比结合，因此的平均核子质量小于的平均核子质量，故B错误；该核反应的过程中，根据爱因斯坦的质能方程可得。该核反应过程中的质量亏损可以表示为，故C正确；核反应的生成物总的结合能大于反应物总的结合能，该核反应过程中释放的核能，故D错误。故选C。
21．（2024.江苏.二模）我国是国际热核聚变研究领域的领先者之一。在某次核反应中，一个氘核和一个氚核结合生成一个氦核，并放出一个粒子。已知氘核的比结合能为，氚核的比结合能为，该核反应释放的核能为，真空中光速为c。
（1）写出核反应方程并求出质量亏损；
（2）求氦核的比结合能。
【答案】（1）；；（2）
【解析】（1）核反应方程为
根据质能方程，可得
解得
（2）依题意，可得
解得氦核的比结合能为
22．（2024.江苏省前中.一模）掌握并采用核聚变产生能源是核物理中最具有前景的研究方向之一、太阳上的一种核反应为两个氘核（）聚变成一个核。已知氘核的质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u。1u对应931.5MeV。
（1）写出该核反应方程；
（2）计算上述核反应中释放的核能（保留三位有效数字）；
（3）若两个氘核以相等的动能0.45MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化成动能，则反应中生成的核和中子的动能各是多少？
【答案】（1）；（2）；（3），
【解析】（1）核反应方程为
（2）设核反应的质量亏损为，则有
解得
（3）设核反应后核和中子的质量分别为3m、m，动量分别为、，动能分别为、，则有，，，
解得，
考点
三年考情分析
2025考向预测
考点1 能量量子化 光电效应 波粒二象性
考点2 考点2 原子结构
考点3 原子核核反应
2020年江苏题
2021年江苏题
2022年江苏题
2023年江苏题
2024年江苏题
高考对本部分内容的能力考查以识记为主，知识考查主要从对基本概念的理解、辨别方面进行，一般结合经典物理理论和现代科技最新成果的命题趋势较强，以选择题的形式出现。考查概率最大的考点分别是光电效应、氢原子的能级跃迁、核反应方程、半衰期等。