2020届高三物理二轮复习近代物理初步

二轮复习近代物理初步1．光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9s.(4)当入射光的频率大于或等于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．2．光电效应方程(1)光电子的最大初动能Ek跟入射光子的能量hν和逸出功W0的关系为：Ek＝hν－W0.(2)极限频率νc＝W0h.3．氢原子能级图(1)氢原子能级图如图1所示．图1(2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数：N＝C2n＝nn－12.4．原子核的衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程AZX→A－4Z－2Y＋42HeAZX→AZ＋1Y＋0－1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一整体射出核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒5.核能(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量．(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．注意质量数与质量是两个不同的概念．(3)质能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比．例1(2019·安徽合肥市第二次质检)下列说法正确的是()A．中子与质子结合成氘核时吸收能量B．卢瑟福的α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的C．入射光照射到某金属表面发生光电效应，若仅减弱该光的强度，则不可能发生光电效应D．根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道，原子的能量减少，电子的动能增加答案D解析中子与质子结合成氘核时有质量亏损，释放能量，故A错误；卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子的核式结构模型，故B错误；发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的极限频率，若仅减弱该光的强度，只影响单位时间内发出光电子的数目，光的频率不变，则一定能发生光电效应，故C错误；根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后，原子的能量减少，电子的电势能减少，动能增加，故D正确．拓展训练1(2019·湖南衡阳市第一次联考)下列有关近代物理内容的叙述，正确的是()A．天然放射现象中的β射线是原子核外电子跃迁时辐射出的B．结合能越大的原子核越稳定C．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也一定不能使该金属发生光电效应D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的能量减小答案C解析天然放射现象中的β射线是原子核内的中子转化为质子时辐射出的，故A错误；比结合能越大的原子核越稳定，故B错误；从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光的能量大于从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光的能量，前者尚且不能使该金属发生光电效应，后者也就更加不能，故C正确；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半经较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能变大，原子的能量增大，故D错误．例2(2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图2所示．光子能量在1.63eV～3.10eV的光为可见光．要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()图2A．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.51eV答案A解析因为可见光光子的能量范围是1.63eV～3.10eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，故选项A正确．拓展训练2(2019·四川省综合能力提升卷(三))氢原子的能级图如图3所示，一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是()图3A．氢原子可能发出3种不同频率的光B．已知钾的逸出功为2.22eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子C．氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小D．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出的光的频率最高，波长最短答案D解析一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即3→2,2→1，选项A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为E32＝－1.51eV－(－3.40eV)＝1.89eV2.22eV，故不能从金属钾的表面打出光电子，选项B错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，能级差最小，释放的光子能量最小，选项C错误；氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时，能级差最大，辐射出的光的频率最高，波长最短，故D正确．拓展训练3(2019·广西桂林市、贺州市、崇左市3月联合调研)氢原子能级图如图4所示，大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出的光子中，发现有两种频率的光子能使金属A产生光电效应，则下列说法正确的是()图4A．大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁时，只辐射两种频率的光子B．从n＝3激发态直接跃迁到基态时放出的光子一定能使金属A发生光电效应C．一个氢原子从n＝3激发态跃迁到基态时，该氢原子能量增大D．一个氢原子从n＝3激发态跃迁到基态时该氢原子核外电子动能减小答案B解析大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁时，有3→1,3→2和2→1三种情况，所以跃迁过程中将释放出3种频率的光子，故A错误；由题意可知：有两种频率的光子能使金属A产生光电效应，而所放出的光子中，n＝3跃迁到基态辐射的光子频率最大，则一定能使金属A发生光电效应，故选项B正确；根据玻尔理论，氢原子从激发态跃迁到基态时，放出能量，核外电子的动能增大，电势能减小，氢原子总能量减小，故选项C、D错误．例3(多选)(2019·江西省重点中学协作体第一次联考)一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图5甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图象如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是()图5A.图乙中的c光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的B．图乙中的b光光子能量为12.09eVC．动能为1eV的电子能使处于第4能级的氢原子电离D．阴极金属的逸出功可能为W0＝6.75eV答案BCD解析6种光子中，只有三种能使阴极发生光电效应，由题图乙可知a光的频率最大，c光的频率最小，故a光子是氢原子由能级4向基态跃迁的产物，b光子是氢原子由能级3向基态跃迁的产物，c光子是氢原子由能级2向基态跃迁的产物，故b光子的能量ΔEb＝－1.51eV－(－13.6eV)＝12.09eV，A错误，B正确；处于第4能级的氢原子电离至少需要吸收0.85eV的能量，故动能为1eV的电子能使处于第4能级的氢原子电离，C正确；c光子的频率最小，则跃迁产生c光子的能级差ΔEc＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，根据爱因斯坦光电效应方程，Ek＝hν－W0，要想发生光电效应，需满足W0ΔEc，故逸出功W0可能等于6.75eV，D正确．拓展训练4(2019·四川广元市第二次适应性统考)分别用频率为ν和2ν的甲、乙两种单色光照射某金属，逸出光电子的最大初动能之比为1∶3，已知普朗克常量为h，真空中光速为c，电子电荷量为e.下列说法正确的是()A．用频率为2ν的单色光照射该金属，单位时间内逸出的光电子数目一定较多B．用频率为14ν的单色光照射该金属也能发生光电效应C．甲、乙两种单色光照射该金属，只要光的强弱相同，对应的光电流的遏止电压就相同D．该金属的逸出功为12hν答案D解析光照射金属，金属单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度有关；用频率为2ν的单色光照射该金属，单位时间内逸出的光电子数目不一定多，故A项错误；根据爱因斯坦光电效应方程可得，Ek1＝hν－W0、Ek2＝2hν－W0，又Ek1Ek2＝13，联立解得：W0＝12hν.频率为14ν的单色光光子能量为14hν，小于W0，则用频率为14ν的单色光照射该金属不能发生光电效应，故B项错误，D项正确；甲、乙两种单色光照射该金属，逸出光电子的最大初动能不同，对应的光电流的遏止电压不同，故C项错误．拓展训练5(多选)(2019·福建厦门市上学期期末质检)利用光电管研究光电效应的实验电路如图6所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()图6A．改用紫外光照射K，电流表中没有电流通过B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大C．若将滑动变阻器的滑片移到A端，电流表中一定无电流通过D．若将滑动变阻器的滑片向B端移动，电流表示数可能不变答案BD解析用频率为ν的可见光照射阴极K，能发生光电效应，则该可见光的频率大于阴极材料的极限频率，紫外光的频率大于可见光，故用紫外光照射K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；滑动变阻器的滑片移到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D正确．例4(2019·全国卷Ⅱ·15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子－质子循坏，循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2ν，已知11H和42He的质量分别为mp＝1.0078u和mα＝4.0026u,1u＝931MeV/c2，c为光速．在4个11H转变成1个42He的过程中，释放的能量约为()A．8MeVB．16MeVC．26MeVD．52MeV答案C解析核反应质量亏损Δm＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，释放的能量ΔE＝0.0286×931MeV≈26.6MeV，选项C正确．拓展训练6(2019·河南郑州市第二次质量预测)1933年至1934年间，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发生的核反应方程为2713Al＋42He→3015P＋10n，反应生成物3015P像天然放射性元素一样衰变，放出正电子e，且伴随产生中微子AZν，核反应方程为3015P→3014Si＋01e＋AZν.则下列说法正确的是()A．当温度、压强等条件变化时，放射性元素3015P的半衰期随之变化B．中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0C．正电子产生的原因可能是核外电子转变成的D．两个质子和两个中子结合成一个α粒子，则质子与中子的质量之和一定等于α粒子的质量答案B解析放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项A错误；根据质量数和电荷数守恒可知，中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0，选项B正确；正电子产生的原因是核内的质子转化为中子时放出的，选项C错误；两个质子和两个中子结合成一个α粒子要释放能量，根据质能方程及质量亏损可知，两个质子与两个中子的质量之和大于α粒子的质量，选项D错误．例5(2019·湖南衡阳市第二次联考)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7所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2，则下列说法正确的是()图7A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变B．径迹2可能是衰变后新核的径迹C．若衰变方程是23892U→23490Th＋42He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2D．若衰变方程是23892U→23490Th＋42He，则r1∶r2＝1∶45答案D解析原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子的动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则可知，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，所以该原子核发生的是α衰变，故A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，原子核衰变生成的