（新课标）2020高考物理二轮总复习 第一部分 专题突破方略 专题五 近代物理初步 1.5 近代物理

专题五近代物理初步高频考点1光电效应与玻尔理论高频考点2核反应方程与核能的计算栏目导航专题限时训练[知识体系构建]高频考点1光电效应与玻尔理论〉〉视角一光电效应[例1](2019·全国卷Ⅰ)氢原子能级示意图如图所示．光子能量在1.63～3.10eV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()A．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.51eV答案：A解析：氢原子从高能级向基态跃迁时，所辐射光子能量最小值为：E＝－3.40eV－(－13.6eV)＝10.2eV＞3.10eV，故可知要产生可见光，氢原子吸收能量后，最起码要跃迁到n＞2能级；由于E′＝E3－E2＝－1.51eV－(－3.40eV)＝1.89eV，有1.63eV＜E′＜3.10eV，故可知要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，氢原子最起码应该跃迁到n＝3能级．则氢原子吸收的最小能量为：Emin＝E3－E1＝－1.51eV－(－13.6eV)＝12.09eV，故A正确，B、C、D错误．故选A.[规律方法]解决光电效应类问题的三点注意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．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．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．〉〉视角二玻尔理论[例2](多选)如图为氢原子的能级图，已知可见光的光子的能量范围为1.63～3.10eV，锌板的电子逸出功为3.34eV，那么对氢原子在能级跃迁的过程中辐射或吸收光子的特征认识正确的是()A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板，一定不能产生光电效应现象B．用能量为11.0eV的自由电子轰击氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C．处于n＝2能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线D．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离答案：BD解析：氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的最小能量为10.2eV，大于锌板电子逸出功，照射金属锌板一定能产生光电效应现象，故A错误；用能量为11.0eV的电子轰击，基态的氢原子吸收的能量可以等于10.2eV，可以使处于基态的氢原子跃迁到n＝2能级，故B正确；紫外线光子的最小能量为3.10eV，处于n＝2能级的氢原子的电离能为3.4eV，故光子能量低于3.4eV的紫外线不能被n＝2能级的氢原子吸收，故C错误；处于n＝3能级的氢原子的电离能为1.51eV，故处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离，故D正确．[规律方法]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.3．一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N＝C2n＝nn－12.4．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1eV＝1.6×10－19J.1．(多选)(2018·天津模拟)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是()A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案：AC解析：发生光电效应时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比，保持入射光的频率不变，使入射光的光强变大，会使饱和光电流变大，入射光的频率不能决定饱和光电流的大小，选项A正确，B错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，选项C正确；能否发生光电效应要看入射光的频率是否达到光照射的金属的极限频率，如果入射光的频率小于这种金属的极限频率，不会发生光电效应，即不会有光电流产生，选项D错误．2．(多选)(2017·全国卷Ⅲ)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νaνb，则一定有UaUbB．若νaνb，则一定有EkaEkbC．若UaUb，则一定有EkaEkbD．若νaνb，则一定有hνa－Ekahνb－Ekb答案：BC解析：由爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，又由动能定理有Ek＝eU，当νaνb时，EkaEkb，UaUb，A错误，B正确；若UaUb，则有EkaEkb，C正确；同种金属的逸出功不变，则W＝hν－Ek不变，D错误，所以选BC.3．(多选)图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图象，下列说法正确的是()A．由图线①③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大B．由图线①②③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压与入射光的频率有关C．遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应答案：ABC解析：由图线①③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，选项A正确；根据光电效应方程可得Ek＝hν－W0＝eUc，可知入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，所以对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，选项B正确；根据最大初动能Ek＝eUc可知，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，选项C正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光的强度无关，选项D错误．〉〉视角一原子核及其衰变[例3](2019·郑州质检)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v，核反应方程为3015P→3014Si＋01e＋AZv.则下列说法正确的是()高频考点2核反应方程与核能的计算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粒子原子核的质量，D错误．[规律方法]1．α衰变与β衰变次数的确定方法(1)方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数．(2)方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数和电荷数守恒列方程求解．2．不同元素的半衰期是不一样的，用τ表示半衰期，m0与N0表示衰变前的质量和原子核数，m和N表示衰变后的质量和原子核数，t表示衰变时间，则m＝(12)tτm0或mm0＝(12)tτ，N＝(12)tτN0或NN0＝(12)tτ〉〉视角二核反应方程与核能[例4](2019·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子－质子循环，循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2v，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：根据质能方程ΔE＝Δm·c2，得ΔE＝(4mp－mα－2me)·c2，因核反应前后质量亏损约为Δm＝(1.0078×4－4.0026)u＝0.0286u，故释放的能量约为ΔE＝931MeV/c2×0.0286·c2≈26MeV，C正确，A、B、D错误．[规律方法]解决核反应方程与核能计算问题的方法1．掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律．2．掌握常见的主要核反应方程式，并知道其意义．3．熟记常见的基本粒子的符号，如质子、中子、α粒子等．4．进行核能计算时注意单位的对应，若Δm用kg做单位，则ΔE用J做单位；若Δm用u做单位，则ΔE用eV做单位，且1u对应931.5MeV.4．(2018·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X，核发反应方程为：α＋2713Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为()A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31答案：B解析：根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2＋13＝15，质量数为4＋27－1＝30，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30，选项B正确．5．(多选)(2019·湖南省六校联考)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核(AZX)发生了一次α衰变．放射出的α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示．下列说法正确的是()A．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙B．新核Y在磁场中做圆周运动的半径RY＝2Z－2RC．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为Bq22πmD．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损Δm＝ABqR22mA－4c2答案：BCD解析：由动量守恒可知衰变后产生的α粒子与新核Y运动方向相反，所以在磁场中两轨迹圆外切，根据qvB＝mv2R可得R＝mvqB，可知α粒子半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动的方向相同，丁图正确，选项A错误；由R＝mvqB可知RYR＝2Z－2，得RY＝2Z－2R，选项B正确；圆周运动的周期T＝2πmqB，环形电流I＝qT＝Bq22πm，选项C正确；对α粒子由洛伦磁力提供向心力qvB＝mv2R可得v＝qBRm，由质量关系可知衰变后新核Y的质量M＝A－44m，由衰变过程中动量守恒得Mv′－mv＝0，v'＝mvM，系统增加的能量ΔE＝12Mv′2＋12mv2，由质能方程可得ΔE＝Δmc2，联立解得衰变过程中的质量亏损Δm＝AqBR22mA－4c2，选项D正确．6．(2016·全国卷Ⅱ)在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案的标号)A.146C→147N＋0－1eB.3215P→3216S＋0－1eC.23892U→23490Th＋42HeD.147N＋42He→178O＋11HE.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210nF.31H＋21H→42He＋10n答案：CA、BEF解析：α衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A、B均为β衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变过程．7．若23592U俘获一个中子裂变成9038Sr及13654Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.0439u、89.9077u和135.9072u，中子质量为1.0087u．(1u＝1.6606×10－27kg,1u相当于931.5MeV)(1)写出铀核裂变的核反应方程．(2)求9.2kg纯铀235完全裂变所释放的能量．(结果保留两位有效数字)答案：(1)2