2020江苏高考物理二轮讲义：专题六　近代物理





真题再现
1.(2019·高考江苏卷)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni→Cu＋H＋X，该反应中的X是________(选填“电子”“正电子”或“中子”)．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”).
解析：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为零，所以X是中子．目前人类获得核能的主要方式是核裂变.
答案：中子　核裂变
2.(2019·高考江苏卷)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7 m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2 J．求每个脉冲中的光子数目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s.计算结果保留一位有效数字)
解析：光子能量ε＝
光子数目n＝
代入数据得n＝5×1016.
答案：见解析
考情分析


命题研究
本模块在江苏卷中的题型为选择题，难度不大．从内容来看，对于光电效应、氢原子的能级结构、核反应方程的书写、核能的计算问题的考查比较频繁．从整体命题趋势上看，高考对本部分的命题基本会保持原有命题思路，仍将以光电效应、能级跃迁、核反应方程、核能的分析与计算为命题重点

　光电效应现象
【高分快攻】
1．对光电效应规律的解释
对应规律
对规律的解释
极限频率νc
电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功W0，要使照射光子能量不小于W0，对应的频率νc＝即极限频率
最大初动能
电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，所以光电子的最大初动能只随照射光的频率增大而增大，与照射光强度无关
瞬时性
光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的时间
饱和电流
当发生光电效应时，增大照射光强度，包含的光子数增多，照射金属时产生的光电子增多，因而饱和电流变大
2.光电效应的研究思路
(1)两条线索

(2)两条对应关系
①光强大→光子数目多→发射光电子多→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.
【典题例析】
(2019·高考北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．
组
次
入射光子的
能量/eV
相对光强
光电流大小/mA
逸出光电子的
最大动能/eV
第
一
组
1
2
3
4.0
4．0
4．0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0．9
0．9
第
二
组
4
5
6
6.0
6．0
6．0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2．9
2．9
由表中数据得出的论断中不正确的是(　　)
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
[解析]　由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为1.9 eV，C项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确．
[答案]　B
【题组突破】
角度1　对光电效应规律的理解
1．1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是 (　　)
A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属一定发生光电效应
解析：选A.根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A正确，D错误；根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错误；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错误．
角度2　光电效应方程和图象问题
2．小明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．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.

(1)图甲中电极A为光电管的____(填“阴极”或“阳极”)；
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________ J.
解析：(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极．
(2)由题图可知，铷的截止频率νc为5.15×1014Hz，逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J.
(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由Ek＝hν－hνc得，光电子的最大初动能为Ek＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014J≈1.23×10－19J.
答案：(1)阳极
(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确]
3．41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确]
(3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确]

解决光电效应类问题的“3点注意”
注意1：决定光电子最大初动能大小的是入射光的频率，决定光电流大小的是入射光光强的大小．
注意2：由光电效应发射出的光电子由一极到达另一极，是电路中产生光电流的条件．
注意3：明确加在光电管两极间的电压对光电子起到了加速作用还是减速作用．　
　原子能级和能级跃迁
【高分快攻】
1．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
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发射一定频率的光子
2.解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧
(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．
(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可能的光谱线条数最多为(n－1)，而一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数可用N＝C＝求解．
(4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位1 eV＝1.6×10－19 J.
【典题例析】
(2018·高考天津卷)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n＝2的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定(　　)
A．Hα对应的前后能级之差最小
B．同一介质对Hα的折射率最大
C．同一介质中Hδ的传播速度最大
D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能
[解析]　Hα的波长最长，频率最低，由跃迁规律可知，它对应的前后能级之差最小，A项正确；由频率越低的光的折射率越小知，B项错误；由折射率n＝可知，在同一介质中，Hα的传播速度最大，C项错误；当入射光频率大于金属的极限频率可以使该金属发生光电效应现象，因νHβ