2019届高三物理二轮复习教师用书：第一部分专题五近代物理初步

专题五

考点一
光电效应及其规律
1.[考查光电效应的实验规律]
关于光电效应的实验规律，下列说法正确的是(　　)
A．所有的光照射金属都能发生光电效应
B．发生光电效应时，对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数就越多
C．发生光电效应时，增大入射光的频率，单位时间内发射的光电子数增多
D．光照在某金属表面，不发生光电效应时，只要增加入射光的强度，就会发生光电效应
解析：选B　光电效应存在极限频率，只有入射光的频率高于金属的极限频率时才能发生光电效应，选项A错误；由实验现象可知，当发生光电效应时，入射光的强度越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数就越多，选项B正确；增大入射光的频率，会增大光电子的最大初动能，但不会改变单位时间内发射的光电子数，选项C错误；光照在某金属表面，不发生光电效应，说明入射光的频率低于该金属的极限频率，由实验现象可知，即使再增加入射光的强度，也不能发生光电效应，选项D错误。
2．[考查爱因斯坦光电效应方程]
[多选]某同学利用如图所示的实验装置来研究光电效应现象。某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中的电流刚好为零，此时电压表显示的电压值U称为遏止电压。根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ekm。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极K，测到的遏止电压分别为U1和U2，设光电子质量为m，电荷量为e，下列说法正确的是(　　)
A．频率为ν1的单色光照射阴极K时光电子的最大初速度为v1m＝
B．阴极K金属的逸出功为W0＝hν1－eU1
C．普朗克常量h＝
D．阴极K金属的极限频率为νc＝
解析：选ABC　当加上遏止电压U1时，有mv1m2＝eU1，所以v1m＝ ，选项A正确；联立mv1m2＝eU1和mv1m2＝hν1－W0，可得W0＝hν1－eU1　①，选项B正确；当用频率为ν2的光照射时，同理有W0＝hν2－eU2　②，联立①②两式可得普朗克常量h＝，选项C正确；当用频率等于极限频率的光照射阴极K时，产生的光电子的最大初动能为零，则由光电效应方程可得hνc－W0＝0，又因为h＝，W0＝hν1－eU1，联立可得νc＝，选项D错误。
3．[考查光电效应图像]
[多选]用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法正确的是(　　)

A．普朗克常量为h＝
B．断开开关S后，电流表G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变
解析：选AB　由公式Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝，故A正确；断开开关S后，初动能大的光电子，也可能到达阳极，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光电子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误。
4．[考查对波粒二象性的理解]
[多选]关于物质的波粒二象性，下列说法正确的是(　　)
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道
C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的
D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
解析：选ABC　由德布罗意波可知A、C正确；运动的微观粒子，达到的位置具有随机性，而没有特定的运动轨道，B正确；由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，D错误。
考点二
原子结构与波尔理论
5.[考查对玻尔理论的理解]
[多选]氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上，下列说法正确的是(　　)
A．核外电子受力变小
B．原子的能量减少
C．氢原子要吸收一定频率的光子
D．氢原子要放出一定频率的光子
解析：选BD　根据F＝k得，轨道半径减小，则核外电子受力变大，故A错误；核外电子由离原子核较远轨道跃迁到离原子核较近轨道，原子能量减少，故B正确；因为原子能量减少，可知氢原子放出一定频率的光子，故C错误，D正确。
6．[考查氢原子能级跃迁理论]如图所示为氢原子的部分能级图，以下判断正确的是(　　)
A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子
B．欲使处于基态的氢原子被激发，可用12.09 eV的光子照射
C．一个氢原子从n＝4的能级跃迁到基态时，最多可以辐射出6种不同频率的光子
D．用从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射金属铂(逸出功为6.34 eV)时不能发生光电效应
解析：选B　要使n＝3能级的氢原子发生跃迁，吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，或大于1.51 eV能量的任意频率的光子，故A错误；根据玻尔理论，用12.09 eV的光子照射时，吸收光子后氢原子的能量为12.09 eV＋(－13.6) eV＝－1.51 eV，所以能从基态发生跃迁，跃迁到第3能级，故B正确；一个氢原子从n＝4的能级跃迁到基态时，最多可以辐射出3种不同频率的光子，故C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量E＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV＞6.34 eV，故可以发生光电效应，故D错误。





考点三
原子核及其衰变
7.[考查三种射线的特征]
某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线，让这三种射线进入磁场，运动情况如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大
B．射线C中的粒子是原子核的重要组成部分
C．射线A中的粒子一定带正电
D．射线B中的粒子的穿透性最弱
解析：选C　半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故A错误；由题图可知射线C中的粒子为电子，而原子核带正电，故B错误；由左手定则可知，射线A中的粒子一定带正电，故C正确；射线B为γ射线，穿透性最强，故D错误。
8．[考查α、β衰变次数的计算]
在一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为(　　)
A．6次　　　　　　　　　 B．10次
C．22次 D．32次
解析：选A　一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A正确。
9．[考查对半衰期的理解与计算]
14C是碳的一种半衰期为5 730年的放射性同位素，2010年2月科学家发现了曹操墓，若考古工作者探测到其棺木中14C的含量约为原来的，则该古木死亡的时间距今大约为 (　　)
A．22 900年 B．11 400年
C．5 700年 D．1 900年
解析：选D　假设古木死亡时14C的质量为m0，现在的质量为m，从古木死亡到现在所含14C经过了n个半衰期，由题意可知：＝n＝，所以n＝，即古木死亡的时间距今约为5 730×年＝1 910年，D正确。
10．[考查原子核的人工转变]
[多选]卢瑟福通过用α粒子(He)轰击氮核(N)的实验，首次实现了原子核的人工转变，则下列有关的说法中正确的是(　　)
A．该核反应的方程为
B．通过此实验发现了质子
C．原子核在人工转变的过程中，电荷数可以不守恒
D．在此实验中，核子反应前的总质量一定等于反应后的总质量
解析：选AB　由质量数守恒和电荷数守恒，即可写出核反应方程：，选项A正确；在这个核反应中产生了质子，选项B正确；在原子核的人工转变过程中，其电荷数守恒，选项C错误；由于在核反应中是质量数守恒，而非质量守恒，故选项D错误。
11．[考查物理学史]
关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有(　　)
A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内
B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
C．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释光谱的分立特征和原子的稳定性
D．玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，说明玻尔提出的原子定态概念是错误的
解析：选B　汤姆孙发现电子后，猜想出原子内的正电荷均匀分布在原子内，提出了枣糕式原子模型，故A错误；卢瑟福根据α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，提出了原子核式结构模型，故B正确；卢瑟福提出的原子核式结构模型，无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故C错误；玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，由于原子是稳定的，故玻尔提出的原子定态概念是正确的，故D错误。
考点四
爱因斯坦质能方程　核能的计算
12.[考查核反应类型]
对下列各原子核变化的方程，表述正确的是(　　)
A.H＋H→He＋n是核聚变反应
B.H＋H→He＋n是α衰变
C.Se→Kr＋2e是核裂变反应
D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是β衰变
解析：选A　H＋H→He＋n，属于核聚变反应，A正确，B错误；Se→Kr＋2e是β衰变，C错误；U＋n→Xe＋Sr＋2n是核裂变反应，D错误。
13．[考查核反应方程、质能方程的应用]
在核反应方程H＋H→He＋X中，已知H的质量为2.013 6 u，H的质量为3.018 0 u，He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u。则下列说法中正确是(　　)
A．X是中子，该反应释放能量
B．X是质子，该反应释放能量
C．X是中子，该反应吸收能量
D．X是质子，该反应吸收能量
解析：选A　根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：X的质量数为1，核电荷数为0，所以X是中子；反应前质量为2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反应后质量为4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u，即得核反应后质量亏损，所以该反应释放能量。故A正确。
14．[考查重核裂变反应]
[多选]核电站中采用反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能。反应堆中一种可能的核反应方程式是U＋n→Nd＋Zr＋x＋y，设U核质量为m1，中子质量为m2，Nd核质量为m3，Zr核质量为m4，x质量为m5，y质量为m6，那么，在所给的核反应中(　　)
A．x可能是3H，y可能是11e
B．x可能是3n，y可能是8e
C．释放的核能为(m1＋m2－m3－m4－m5－m6)c2
D．释放的核能为(m3＋m4＋m5＋m6－m1－m2)c2
解析：选BC　根据质量数和电荷数守恒，若x是3H，y是11e，则质量数不守恒，若x是3n，y是8e，则满足质量数和电荷数守恒，故A错误、B正确；根据能量转化可知反应前的质量大于反应后的质量，因为反应时一部分质量转化为能量释放出去了，故C正确、D错误。
15．[考查轻核聚变反应]
[多选]太阳能量的来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核(H)结合成1个氦核同时放出2个正电子。下表中列出了部分粒子的质量
粒子名称
质子 (p)
α粒子
正电子(e)
中子(n)
质量/u
1.007 3
4.001 5
0.000 55
1.008 7
以下说法正确的是(　　)
A．核反应方程为4H→He＋2e
B．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 kg
C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.43×10－29 kg
D．聚变反应过程中释放的能量约为4.0×10－12 J
解析：选ACD　由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得4H→He＋2e，故A正确。反应中的质量亏损为Δm＝4mp－mα－2me＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55)u＝0.026 6 u＝4.43×10－29 kg，故C正确，B错误。由质能方程得ΔE＝Δmc2＝4.43×10－29×(3×108)2 J≈4.0×10－12 J，故D正确。


释疑4大考点
考点一　光电效应及其规律
高考对光电效应及其规律的考查经常从三个方面进行，即光电效应的实验规律、爱因斯坦对光电效应现象的解释、光电效应方程的应用及其图像。对于光电效应现象的解释问题，要注意饱和电流、遏止电压和截止频率产生的原因；对于光电效应方程及其应用问题，则要注意如何根据光电效应方程求解金属的逸出功W、截止频率ν以及普朗克常量h等。建议对本考点多加关注。
(一)理清知识体系

(二)深化规律内涵
1．理解光电效应现象。如诊断卷第1题，光电效应存在极限频率，发生光电效应时，增大入射光的强度，单位时间内逸出的光电子数将增加，但不会增大光电子的最大初动能；只有增大入射光的频率，才会增大光电子的最大初动能。
2．掌握光电效应现象的两个重要关系
(1)遏止电压Uc与入射光频率ν、逸出功W0间的关系：Uc＝ν－；
(2)截止频率νc与逸出功W0的关系：hνc＝W0，据此求出截止频率νc。
在分析诊断卷第2题应明确以下两点：①当加上遏止电压时，具有最大初动能的光电子刚好到达阳极A，此时光电子克服电场力做的功刚好等于光电子的最大初动能；②当用频率等于极限频率的光照射阴极K时，光电子的最大初动能为零。
3．Ek­ν图线是一条倾斜直线，但不过原点，其与横轴、纵轴交点的坐标值(绝对值)分别表示极限频率和金属逸出功。如诊断卷第3题，由题图可知，W0＝b，νc＝a，由W0＝hνc可得h＝，A正确。
[题点全练]
1．[多选](2018·潍坊二模)2017年度中国10项重大科学进展中，位列榜首的是实现千公里级量子纠缠和密钥分发，创新性地突破了多项国际领先的关键技术。下列与量子理论有关的说法正确的是(　　)
A．德布罗意首先提出了量子理论
B．玻尔在研究氢原子结构时引入了量子理论
C．爱因斯坦认为光子能量是量子化的，光子能量E＝hν
D．根据量子理论，增大光的照射强度光电子的最大初动能增加
解析：选BC　普朗克首先提出了量子理论，选项A错误；玻尔在研究氢原子结构时引入了量子理论，成功揭示了氢原子光谱，选项B正确；爱因斯坦认为光子能量是量子化的，光子能量E＝hν，选项C正确；根据爱因斯坦光电效应理论，增大光的频率光电子的最大初动能增加，选项D错误。
2．(2018·新乡模拟)如图甲所示，用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i随电压表示数U的变化图像如图乙所示，已知普朗克常量为h，光电子带电荷量为e。下列说法中正确的是(　　)

A．入射光越强，光电子的能量越高
B．光电子的最大初动能为hν0
C．该金属的逸出功为hν0—eUc
D．用频率为的光照射该金属时不可能发生光电效应
解析：选C　根据光电效应的规律可知，入射光的频率越大，则逸出光电子的能量越大，与光强无关，选项A错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能为Ekm＝hν0－W逸出功，选项B错误；由题图乙可知Ekm＝eUc，则该金属的逸出功为hν0－eUc，选项C正确；频率为的光的能量为hν＝eUc，当大于金属的逸出功(hν0－eUc)时，同样可发生光电效应，选项D错误。
3.(2019届高三·宜昌第二次联考)爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是(　　)
A．当入射光频率ν10.2 eV，若用12.7 eV的电子撞击氢原子，可将部分能量传给氢原子使之跃迁，它在辐射时产生的光可使该金属发生光电效应，故D项正确。
12．(2018·西安八校联考)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设规模。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险。已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu→X＋He＋γ，下列有关说法正确的是(　　)
A．X原子核中含有92个中子
B．100个Pu经过24 100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大的能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
解析：选D　由方程式可计算X原子核为U，原子核含质子92个，中子143个，故A项错误；放射性元素的衰变规律是统计规律，对大量的原子核衰变才有意义，100个原子核过少，不一定在半衰期后只剩余一半，故B项错误；衰变时释放巨大能量，即有能量损失，根据E＝mc2，应有质量亏损，总质量减少，故C项错误；射线γ是光子流，穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板，故D项正确。
13．(2018·衡水中学模拟)用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系，电流计G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙所示，则(　　)

A．通过电流计G的电流方向由d到c
B．电压U增大，光电流I一定增大
C．用同频率的光照射K极，光电子的最大初动能与光的强弱无关
D．光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应
解析：选C　电流方向与逃逸出来的电子运动方向相反，所以通过电流计G的电流方向由c到d，故A错误；由题图乙可知，当U增大到一定程度后，光电流不再随U的增大而增大(即达到饱和电流)，故B错误；用同频率的光照射K极，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，光电子的最大初动能与光的频率有关，与光的强弱无关，故C正确；光电管两端电压U为零时，光电效应照样发生，故D错误。
14．[多选](2018·武汉质检)我国自主研发的钍基熔盐是瞄准未来20～30年后核能产业发展需求的第四代核反应堆，是一种液态燃料堆，使用钍铀核燃料循环，以氧化盐为冷却剂，将天然核燃料和可转化核燃料熔融于高温氯化盐中，携带核燃料在反应堆内部和外部进行循环。钍232不能直接使用，需要俘获一个中子后经过2次β衰变转化成铀233再使用，铀233的一种典型裂变方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n。已知铀233的结合能为E1、钡142的结合能为E2、氪89的结合能为E3，则(　　)
A．铀233比钍232少一个中子
B．铀233、钡142、氪89三个核中氪89的结合能最小，比结合能却最大
C．铀233、钡142、氪89三个核中铀233的结合能最大，比结合能也最大
D．铀233的裂变反应释放的能量为ΔE＝E1－E2－E3
解析：选AB　设钍核的电荷数为a，则钍232俘获一个中子后经过2次β衰变转化成铀233，则a＝92－2＝90，则钍232中含有中子数为232－90＝142，铀233含有中子数为233－92＝141，则铀233比钍232少一个中子，选项A正确；铀233、钡142、氪89三个核中氪89质量数最小，结合能最小，因核子数较小，则比结合能却最大，选项B正确，C错误；铀233的裂变反应中释放的能量等于生成物的结合能减去反应物的结合能，选项D错误。
15．正电子发射计算机断层扫描(PET CT)，其原理是借助于示踪剂(正电子放射线药物)可以聚集到病变部位的特点来发现疾病的。PET CT常用核素氧15标记，其半衰期仅有2分钟。对含氧元素的物质照射20 MeV～50 MeV的X射线，激发原子核边缘的中子，可以产生氧15正电子核素。下列说法正确的是(　　)
A．用30 MeV的X射线照射氧16时，生成氧15的同时释放出中子
B．氧15发生正电子衰变时，生成的新核含有9个中子
C．经过10分钟，氧15的含量减小为原来的
D．将氧15置于回旋加速器中，其半衰期可能发生变化
解析：选A　用30 MeV的X射线照射氧16时，生成氧15的同时释放出中子，故A正确。氧15产生正电子衰变，O→e＋N，生成的新核有8个中子，故B错误。经过10分钟，即经过5个半衰期，剩余氧15的含量m＝m05＝m0，故C错误。改变元素所处的物理环境和化学状态，不改变半衰期，故D错误。
16．(2018·湖南师大附中大联考)某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q。其方程为X→Y＋Z，并假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能，其中Z的速度为v，以下结论正确的是(　　)
A．Y原子核的速度大小为v
B．Y原子核的动能是Z原子核的动能的倍
C．Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大(c为光速)
D．Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能
解析：选D　设Y原子核的速度大小为v′，由动量守恒有：0＝Dv′－Fv，所以v′＝v，所以A错误；Y原子核的动能为EkY＝v2，Z原子核的动能为EkZ＝Fv2，动能之比为，所以B错误；因为放出能量，有质量亏损，所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小，结合能之和比X的大，故C错误，D正确。