（新课标）2020版高考物理二轮复习 专题九 5 近代物理初步课件

专题九常用公式和结论5．近代物理初步[临考必背]1．光电效应(1)四条实验规律①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个频率，才能产生光电效应．②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．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极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比．(2)光子说：爱因斯坦认为光是不连续的，一份一份的，每一份就是一个光子，对应光子的能量ε＝hν.(3)三个表达式①爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0；②光电子的最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc；③逸出功与截止频率的关系：W0＝hνc.2.原子结构(1)电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现电子．(2)核式结构模型：卢瑟福根据α粒子散射实验现象推断出原子的核式结构．(3)玻尔理论：玻尔提出了三条假设：定态假设、跃迁假设、轨道量子化假设，成功地解释了氢原子光谱．(4)氢能级示意图如图所示(在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，即原子处于不同的能级)．①一群氢原子处于量子数为n的激发态时可能辐射出的光谱线条数：N＝C2n＝nn－12.②原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级的能量差．③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．原子核(1)衰变方程①α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42He(2个质子和2个中子结合成一整体射出)．②β衰变：AZX→AZ＋1Y＋0－1e(中子转化为质子和电子)．(2)半衰期①决定因素：由核本身的因素决定，与原子核所处的物理状态或化学状态无关．(3)(4)(5)核能的计算①若Δm以千克为单位，则ΔE＝Δmc2.②若Δm以原子的质量单位u为单位，则ΔE＝Δm×931.5MeV.质量亏损Δm：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差．[临考必清]1．在光电效应现象中，容易混淆光子与光电子、照射光的频率与极限频率、光电子的动能与最大初动能等概念．2．在氢原子跃迁中，混淆一个和一群处于激发态的氢原子发出的频率．3．研究能级跃迁问题时，将光子和实物粒子混淆．4．误认为半衰期的公式对少数原子核也成立．5．书写核反应方程时误将“→”写成“＝”．6．核反应中的质量亏损误认为这部分质量消失或质量转化为能量．7．混淆质量数与质量两个不同的概念．8．误以为一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线．9．误以为只要有核反应发生，就一定会释放出核能．[临考必练]1．下列说法正确的是()A．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型B．发生β衰变时，元素原子核的质量数不变，电荷数减1C．若使用某种频率的光不能使某金属发生光电效应，则需增大入射光光照强度才行D．结合能越大，原子核结构一定越稳定解析：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，建立了原子的核式结构模型，故A正确；β衰变时，元素原子核的质量数不变，电荷数增加1，故B错误；使某金属发生光电效应，需使入射光的频率大于极限频率，与入射光的光照强度无关，故C错误；比结合能越大，原子核结构一定越稳定，故D错误．答案：A2．下列说法正确的是()A．一群处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出10种不同频率的光B．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子，并提出了原子的核式结构学说C．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越大D．某放射性原子核经过2次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少了4个解析：根据C25＝10，可知一群处于n＝5能级激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出10种不同频率的光，故A正确；卢瑟福在α粒子散射实验中只是提出了原子的核式结构学说，故B错误；在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小，故C错误；每发生一次α衰变，质子数减少2个，每发生一次β衰变，质子数增加一个，所以经过2次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少3个，故D错误．答案：A3．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A．γ射线是高速运动的电子流B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.21083Bi的半衰期是5天，100克21083Bi经过10天后还剩下50克解析：γ射线是光子流，故A错误；氢原子辐射光子后，由高能级向低能级跃迁，半径减小，绕核运动的动能增大，故B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故C错误；100克21083Bi经过10天即2个半衰期还剩下(12)2×100克＝25克，故D错误．答案：B4.(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析：原子序数大于或等于83的元素，都能发生衰变，而原子序数小于83的部分元素能发生衰变，故A项错误；放射性元素的衰变是原子核内部结构的变化，与核外电子的得失及环境温度无关，故B、C项正确；一个原子核不能同时发生α和β衰变，故D项错误．答案：BC5．(多选)用如图所示的装置研究光电效应现象．当用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零；移动变阻器的触头c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是()A．光电子的最大初动能始终为1.05eVB．光电管阴极的逸出功为1.05eVC．当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电流增大D．改用能量为2.5eV的光子照射，移动变阻器的触头c，电流表G中也可能有电流解析：该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为零，说明光电子的最大初动能为1.7eV，根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，W0＝1.05eV，故A错误，B正确．当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，则到达阳极的电子的数目减小，电流减小，故C错误．改用能量2.5eV的光子照射，2.5eV仍然大于1.05eV，仍然可以发生光电效应，移动变阻器的触点c，只要反向电压小于1.45V，电流表G中就有电流，故D正确．答案：BD6．(多选)一种典型的铀核裂变是生成钡核和氪核，同时放出3个中子，核反应方程是23592U＋X→14456Ba＋8936Kr＋310n，已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，则下列说法正确的是()A．在核反应方程中，X粒子是中子B．在核反应方程中，X粒子是质子C.23592U、14456Ba和8936Kr相比，14456Ba的比结合能最大，它最稳定D.23592U、14456Ba和8936Kr相比，23592U的核子数最多，它的结合能最大解析：由质量数和电荷数守恒可得X为10n，即中子，选项A正确，B错误；从图中可知中等质量的原子核的比结合能最大，故8936Kr的比结合能最大，它最稳定，选项C错误；原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，则23592U、14456Ba和8936Kr相比，23592U的核子数最多，它的结合能最大，选项D正确．答案：AD7．(多选)如图所示，国际原子能机构2007年2月15日公布核辐射警示新标志，内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形．核辐射会向外释放三种射线：α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中，其中一个核放出一个α粒子，另一个核放出一个β粒子，得出如图所示的四条径迹，则()A．磁场的方向一定垂直于纸面向里B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子C．a为α粒子的径迹，d为β粒子的径迹D．b为α粒子的径迹，c为β粒子的径迹解析：衰变过程中满足动量守恒，释放的粒子与新核的动量大小相等、方向相反，根据带电粒子在磁场中的运动不难分析：若轨迹为外切圆，则为α衰变；若轨迹为内切圆，则为β衰变．又因为R＝mvqB知半径与电荷量成反比，可知B、D正确．答案：BD8．物理学家普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应．根据这一理论，在太阳内部每4个氢核(质子)转化成1个氦核(42He)和2个正电子(0＋1e)及两个中微子(ν)．在基本粒子物理学的标准模型中，中微子质量可忽略．已知氢原子质量为1.0078u，氦原子质量为4.0026u，电子的质量为0.0005u，中微子的能量为0.82MeV，1u的质量对应931.5MeV的能量，则该核聚变反应释放的能量为()A．26.64MeVB．25.71MeVC．24.78MeVD．27.34MeV解析：题中核反应为411H→42He＋20＋1e＋2ν.中微子质量可忽略，该核反应过程的质量亏损为Δm＝4m质子－(m氦核＋2me＋0)．因题中告诉的是原子质量，故需将包含的核外电子质量减掉，而m氢原子＝m质子＋me，m氦原子＝m氦核＋2me，代入上式得Δm＝4m氢原子－4me－m氦原子＝0.0266u，释放的能量为0.0266×931.5MeV≈24.78MeV，中微子的能量涵盖其中，故C项正确．答案：C9．(多选)下列说法正确的是()A．图甲中，当弧光灯发出的光照射到锌板上时，与锌板相连的验电器铝箔有张角，证明光具有粒子性B．图乙为某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，当入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为EC．图丙中，用从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂，不能发生光电效应D．丁图中由原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系可知，若D和E能结合成F，结合过程一定会释放能量解析：图甲中，光子带有能量使锌板中的电子吸收后脱离锌板，使锌板带正电，验电器铝箔张开，说明发生了光电效应，光电效应能说明光具有粒子性，A正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，结合图乙可知纵截距代表的是逸出功W0＝E＝hν0，当入射的频率为2ν0时，最大初动能为Ek＝2hν0－W0＝E，B正确；图丙中根据能级跃迁公式得出放出光子的能量hν＝E2－E1＝10.2eV6.34eV，所以能发生光电效应，C错误；丁图中D和E能结合成F属于轻核聚变，一定释放能量，D正确．故选A、B、D.答案：ABD10．(多选)核电站的核能来源于核的裂变，下列说法中正确的是()A.23592U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如13954Xe和9538Sr，反应方程式为23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210nB.23592U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短C．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理D．一个23592U核裂变的质量亏损为Δm＝0.2155u，则释放的核能约为201MeV解析：23592U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如13954Xe和9538Sr，反应方程式为23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210n，选项A正确；23592U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期不变，选项B错误；反应后的核废料还具有放射性，还需要进一步处理，选项C错误；一个23592U核裂变的质量亏损为Δm＝0.2155u，根据爱因斯坦质能方程可知，释放的核能约为ΔE＝Δmc2＝0.2155×931MeV≈201MeV，选项D正确．答案：AD