2019年高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题13近代物理初步含解.docx
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1、试题为word版 下载可打印编辑专题13 近代物理初步第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现,试题在考查主干知识的同时,注重考查必修中的基本概念和基本规律。考纲要求1、知道什么是光电效应,理解光电效应的实验规律;会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量;知道光的波粒二象性,知道物质波的概念2、知道两种原子结构模型,会用玻尔理论解释氢原子光谱;掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题。3、掌握原子核的衰变、半衰期等知识;会书写核反应方程,并能根据质能方程求解核能问题命题规律1、光电效应现象、实验规律和光电效应方程,光的波粒二象性和德布罗意波是理解的难点,也
2、是考查的热点,一般以选择题形式出现,光电效应方程可能会以填空题或计算题形式出现。2、核式结构、玻尔理论、能级公式、原子跃迁条件在选做题部分出现的几率将会增加,可能单独命题,也可能与其它知识联合出题3、半衰期、质能方程的应用、计算和核反应方程的书写是高考的热点问题,试题一般以基础知识为主,较简单.第二部分知识背一背(1)光电效应光电效应规律(a)每种金属都有一个极限频率(b)光子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的频率增大而增大(c)光照射到金属表面时,光电子的发射几乎是瞬时的(d)光电流的强度与入射光的强度成正比(2) 爱因斯坦光电效应方程光电效应方程:EkhW0.遏止电压:使光电流减
3、小到零的反向电压Uc.截止频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)不同的金属对应着不同的极限频率逸出功:电子从金属中逸出所需做功的最小值,叫做该金属的逸出功(3)光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性光电效应说明光具有粒子性光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的波粒二象性(4)物质波任何一个运动着的物体,小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应,其波长(5)原子的核式结构卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外绕核旋转原子核的尺度:原子核直径的数量级为
4、1015 m,原子直径的数量级约为1010 m.(6)玻尔理论定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hEmEn.(h是普朗克常量,h6.631034 Js)轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的。(7) 氢原子的能级、能级公式氢原子的能级图氢原子的能级公式: (n=1,2,3,),其中E1为基态能量,其数值为E1=13.6 eV。氢原子的半径公式
5、: (n=1,2,3,),其中r1为基态半径,其数值为r1=0.531010 m。(8)原子核的组成原子核由中子和质子组成,质子和中子统称为核子。原子核的核电荷数质子数,原子核的质量数中子数质子数。X元素原子核的符号为,其中A表示质量数,Z表示核电荷数。(9)原子核的衰变衰变:衰变:半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间半衰期由核内部本身的因素决定,跟原子所处的物理或化学状态无关。(10)核反应类型及核反应方程类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发衰变自发人工转变人工控制(卢瑟福发现质子)HeBe6Cn(查德威克发现中子)AlHePn约里奥居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子PS
6、ie重核裂变比较容易进行人工控制92Un54XeSr10n轻核聚变除氢弹外无法控制HHHen说明:核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接。核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒。第三部分技能+方法由Ek图象可以得到的信息:极限频率:图线与轴交点的横坐标c.逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的值E=W0.普朗克常量:图线的斜率k=h.二、光电效应中两条线索线索一:通过频率分析:光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大。线索二:通过光的强度分析:入射光强度大光子数目多产生的光电子多光电流大。三、对光的波粒二象性、物质波的考查光既有波动性,又有粒子性,两者
7、不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为:个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果往往表现为波动性频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时,往往表现为粒子性由光子的能量E=h,光子的动量表达式也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长。由以上两式和波速公式c=还可以得出:E=pc。四、解答氢原子能级跃迁问题的四点技巧原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。原子电
8、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。一群原子和一个原子不同,它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类计算时应注意: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;(2)原子跃迁的两种类型若是在光子的激发下引起原子跃迁,则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差:原子从低能级向高能级跃迁:吸收一定能量的光子,当一个光子的能量满足hE末E初时,才能被某一个原子吸收,使原子从低能级E初向高能级E末跃迁,而当光子能量h大于或小于(E末E初)时都不能被原子吸收若是在电子的碰撞下引起的跃迁,则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差:原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子
9、)的能量而被激发由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=EmEn),均可使原子发生能级跃迁。注意:当光子能量大于或等于13.6 eV时,也可以被氢原子吸收,使氢原子电离;当氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV,氢原子电离后,电子具有一定的初动能五、确定衰变次数的方法设放射性元素经过n次衰变和m次衰变后,变成稳定的新元素,则表示该核反应的方程为根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程:AA4n,ZZ2nm确定衰变次数,因为衰变对质量数无影响,先由质量数的改变确定衰变的次数,然后再根据衰变规律确定衰变的次数。七、核能的计算方法利用爱因斯坦的质能
10、方程计算核能:利用爱因斯坦的质能方程计算核能,关键是求出质量亏损,而求质量亏损主要是利用其核反应方程式,再利用质量与能量相当的关系求出核能。利用阿伏加德罗常数计算核能:求宏观物体原子核发生核反应过程中所释放的核能,一般利用核反应方程及其比例关系和阿伏加德罗常数。由动量守恒和能量守恒计算核能:由动量守恒定律和能量守恒定律来求。说明:(a)根据Emc2计算,计算时m的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,E的单位是“J”(b)根据Em931.5 MeV计算因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量,所以计算时m的单位是“u”,E的单位是“MeV”(c)利用质能方程计算核能时,不能用质量数
11、代替质量进行计算第四部分基础练+测一、单选题1下列说法正确的是A、和三种射线中,射线的穿透能力和电离能力均最强B92235U+01n3890Sr+54136Xe+x01n是核裂变方程,其中x = 10C发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能就越大D放射性元素的原子核每放出一个 粒子,就减少一个质子,增加一个中子【答案】 B【解析】【详解】A、和三种射线中,射线的穿透能力最强但电离能力最弱,故A错;B、92235U+01n3890Sr+54136Xe+x01n是核裂变方程,根据电荷数和质量数守恒可求得x = 10,故B对;C、发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光的
12、频率有关,频率越高则最大初动能就越大,与入射光的强度无关,故C错;D、按照电荷数和质量数守恒可知放射性元素的原子核每放出一个粒子,就减少一个中子,增加一个质子,故D错2在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示,己知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是( )A原子核可能发生的是衰变,也可能发生的是衰变B径迹2可能是衰变后新核的径迹C若是衰变,则1和2的径迹均是逆时针方向D若衰变方程是92238U90234Th+24He,则r1:r2=1:45【答案】 D【解析】【详解】原子核衰变过程系统动量守恒,由动量守恒定律可知,衰
13、变生成的两粒子动量方向相反,粒子速度方向相反,由左手定则知:若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆,若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆,所以为电性相同的粒子,可能发生的是衰变,但不是衰变;若是衰变,生成的两粒子电性相同,图示由左手定则可知,两粒子都沿顺时针方向做圆周运动,故AD错误;核反应过程系统动量守恒,原子核原来静止,初动量为零,由动量守恒定律可知,原子核衰变后生成的两核动量P大小相等、方向相反,粒子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:qvB=mv2r,解得:r=mvqB=PBq,由于P、B都相同,则粒子电荷量q越大,其轨道半径r越小,由于新核的电荷量大于粒
14、子的电荷量,则新核的轨道半径小于粒子的轨道半径,则半径为r1的圆为放出新核的运动轨迹,半径为r2的圆为粒子的运动轨迹,且:r1:r2=2:90=1:45,故D正确,B错误;3己知金属锌的逸出功为3.34eV,普朗克常量为6.6310-34Js,真空中的光速为3.0108m/s。图为氢原子最低的四个能级,则氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的最短波长及其照射锌扳逸出电子的最大初动能分别为A1.010-7m,9.4leVB1.210-7m,9.4leVC1.210-7m,6.86cVD1.010-7m,6.86eV【答案】 A【解析】【详解】氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的最短波长,对应着
15、从n=4到n=1的跃迁,则hc=E4-E1,解得=hcE4-E1=6.6310-343.0108-0.85-(-13.6)1.610-19m=1.010-7m;照射锌板逸出电子的最大初动能分别为Ekm=(E4-E1)-W逸出功=13.6-0.85-3.34=9.41eV,故选A.4某放射性元素原子核的衰变方程为ZAXZ+1AY+M,将该原子核静置于匀强磁场中,衰变后的新核Y和产生的粒子M在匀强磁场中做匀速圆周运动。新核Y与粒子M运动径迹如图所示,其中正确的是()ABCD【答案】 C【解析】【详解】AB由衰变方程可知粒子M为电子,带负电,新核Y带正电,以衰变后新核Y的方向为正方向,设新核Y的动量
16、为p,粒子M的动量为p,则由动量守恒可得:0=p+p;则两核动量大小相等,方向相反,速度方向相反;根据左手定则可知两核洛伦兹力方向相同,故AB错误;CD由洛伦兹力提供向心力可知:qvB=mv2R由可知:R=mvqB=pqB由题意可知,qYqM,则知:RYRM,故C正确,D错误。5下列说法正确的是( )A天然放射性现象表明了原子内部是有复杂的结构B一个氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中,该氢原子辐射光子,总能量减少C某放射性元素由单质变为化合物后,其半衰期会变短D目前核电站的能量主要来自轻核的聚变【答案】 B【解析】【详解】天然放射性现象表明了原子核是有复杂的结构,选项A错误;根据玻尔理论,一个
17、氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中,该氢原子辐射光子,总能量减少,选项B正确;某放射性元素的半衰期与元素所处的化合状态无关,选项C错误;目前核电站的能量主要来自重核的裂变,选项D错误;故选B.6下列有关黑体辐射和光电效应的说法中正确的是A在黑体辐射中,随着温度的升高,各种频率的辐射强度都增加,辐射强度极大值向频率较低的方向移动B普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说C用一束绿光照射某金属,能产生光电效应,现把这束绿光遮住一半,则没有光电子飞出D在光电效应现象中,光电子的最大初动能与入射光的频率成正比【答案】 B【解析】【详解】在黑体辐射中,随着温度的升高,各种频率的辐射强度都增加,辐射强度
18、极大值向波长较短,频率较高的方向移动,选项A错误;普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说,选项B正确;用一束绿光照射某金属,能产生光电效应,现把这束绿光遮住一半,则仍能发生光电效应有光电子飞出,选项C错误;在光电效应现象中,光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大,但非成正比关系,选项D错误;故选B.7下列说法正确的是( )A衰变现象说明原子核外存在电子B氢原子从基态向较高能量态跃迁时,电子的动能减小C只有入射光的波长大于金属的极限波长,光电效应才能产生D粒子散射实验表明核外电子轨道是量子化的【答案】 B【解析】【详解】A:衰变时射线是从原子核内部发出来的,不是由原子核外的电子释放出来的
19、。故A项错误。B:电子绕氢原子核做圆周运动时,据ke2r2=mv2r得,v=ekmr;氢原子从基态向较高能量态跃迁,电子与氢原子核的距离增大,电子做匀速圆周运动的半径增大,电子的线速度减小,动能减小。故B项正确。C:只有入射光的频率大于该金属的极限频率,即入射光的波长小于该金属的极限波长时,光电效应才能产生。故C项错误。D:粒子散射实验表明原子具有核式结构,不能说明核外电子轨道是量子化的。故D项错误。8太阳辐射到地球表面的功率约为1400W/m2 .其中包含了各种波长的红外线、可见光、紫外线等,以可见光部分最强。作为一种简化,我们认为太阳光全部是平均波长600nm(1nm=10-9m)的黄绿光
20、,每秒至少有5个这样的光子进入人眼才能引起视觉,人眼睛的瞳孔约为10mm2,则人眼能看到最远的与太阳相同的恒星与地球距离为多少倍的日地距离:(已知普朗克常数h=6.63x10-34J.s)A9104B9107C91010D91014【答案】 B【解析】【详解】设日地距离为r,则P0=P4r2;设人眼到最远的与太阳相同的恒星的距离为R,则P1S0t=5hc0,其中P1=P4R2,解得:P1=5hc0S0t=56.6310-34310860010-91010-61W=1.6610-13W,则Rr=P0P1=14001.6610-139107;故选B.9用a、b两种光照射同一种光电管时均能发生光电效
21、应,且a光产生的光电子的遏止电压大于b光产生的光电子的遏止电压,则Ab光比a光具有更明显的粒子性Bb光产生的光电子最大初动能较大C单色光a的光子动量比单色光b的光子动量大D若a光能使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级,则b光也有可能使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级【答案】 C【解析】【详解】因a光产生的光电子的遏止电压大于b光产生的光电子的遏止电压,则a光照射产生的最大初动能较大,a光的光子频率较大,波长小,由p=h可知,单色光a的光子动量比单色光b的光子动量大,a光比b光具有更明显的粒子性,选项C正确,AB错误;因a光光子能量较大,若a光能使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级,则b光不一
22、定能使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级,选项D错误;故选C.10如图所示是研究光电效应现象的实验装置,现用氢原子从n=4能级往n=2能级跃光束迁时辐射出的光照射金属电极K发现波长分别为1和2的两种光子能使金属电极K发生光电效应,其中12,则:A波长为1的光子是氢原子从n=4能级直接跃迁到n=2能级辐射出来的B波长为1的光子照射时,光电子的最大初动能更大C波长为2的光子照射时,正向电压越大,光电流的饱和值越大D波长为2的光子照射时,增大光照强度,光电流的饱和值随之增大【答案】 D【解析】【详解】A、根据频率较小的光子的波长较大可知波长为1的光子频率v1小于波长为2的光子频率v2,根据Em-En
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