2020高考物理冲刺复习-专题11 近代物理初步(讲)

一、光电效应1．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10－9 s。

(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。

2．三个概念(1)最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。

(2)饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。

(3)入射光强度：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。

3．光电效应方程(1)方程：E k＝hν－W0，光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压。

(2)极限频率：νc ＝W 0h 。

(3)逸出功：它与极限频率νc 的关系是W 0＝hνc 。

二、能级跃迁1．氢原子能级2．谱线条数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 ＝C 2n ＝n （n －1）2。

三、核反应和核能1．原子核衰变 衰变类型α衰变 β衰变 衰变方程 A Z X →A －4Z －2Y ＋42He A Z X → A Z ＋1Y ＋0－1e衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个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 →42He 10n →11H ＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(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。

(3)质能方程：E ＝mc 2，即一定的能量和一定的质量相联系。

2020年高考物理二轮热点专题训练----《近代物理初步》一单项选择题1.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122×100克＝25克，故D错误．【答案】B2.目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素．比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病．根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是()A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，α射线的穿透能力最强，电离能力最弱第 1 页共 12 页D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4【答案】B【解析】半衰期遵循统计规律，对单个或少数原子核是没有意义的，A错误．根据3种射线的特性及衰变实质可知B正确，C、D错误．3.一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为238 92U→234 90Th＋42He.下列说法正确的是()A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量【答案】B【解析】衰变过程遵守动量守恒定律，故选项A错，选项B对．根据半衰期的定义，可知选项C错．α衰变释放核能，有质量亏损，故选项D错．4.有关下列四幅图的说法正确的是()A．甲图中，球m1以速度v碰撞静止球m2，若两球质量相等，碰后m2的速度一定为v B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大C．丙图中射线1由β粒子组成，射线2为γ射线，射线3由α粒子组成D．丁图中，链式反应属于轻核聚变【答案】B第 2 页共 12 页【解析】甲图中只有发生弹性碰撞时，碰后m2的速度才为v，则A错误．丙图中射线1由α粒子组成，射线3由β粒子组成，射线2为γ射线，C项错误．丁图中，链式反应属于重核裂变，D错误．5.2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10－9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲．大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)()A．10－21 J B．10－18 JC．10－15 J D．10－12 J【答案】B【解析】本题考查光子能量．由题意知，电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量，E＝hν＝h cλ＝2×10－18J，故选项B正确．6.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．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239 94Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为239 94Pu→X＋42 He＋γ，下列说法中正确的是()A．X原子核中含有92个中子B．100个239 94Pu经过24 100年后一定还剩余50个C．由于衰变时释放巨大能量，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第 3 页共 12 页【答案】D【解析】根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可得，X原子核中含有92个质子，235个核子，则中子数为235－92＝143(个)，选项A错误；半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，100个239 94Pu经过24 100年后不一定还剩余50个，选项B错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减少，选项C错误；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，选项D正确．7.1934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：α＋2713Al→n＋X。

专题十一 近代物理初步高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方向：①原子的能级跃迁；②原子核的衰变规律；③核反应方程的书写；④质量亏损和核能的计算；⑤原子物理部分的物理学史和α、β、γ三种射线的特点及应用等．选修命题会涉及有关原子、原子核或量子理论、动量问题，且动量问题一般以计算题的形式，其它问题则以填空或选择性填空形式出现．知识点一、原子结构模型特别提醒:(1)原子的跃过条件:h ν＝E 初－E 终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况．(2)至于实物粒子和原子碰撞情况,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动能大于或等于原子某两定态能量之差,也可以使原子受激发而向较高能级跃迁.知识点二、原子核的变化1．几种变化方式的比较2.各种放射线性质的比较3.三种射线在电磁场中的偏转情况比较图13－1如图13－1所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线．如图13－1丙图中γ肯定打在O点；如果α也打在O点，则β必打在O点下方；如果β也打在O点，则α必打在O点下方．知识点三、核力与质能方程的理解1．核力的特点(1)核力是强相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力远大于库仑力．(2)核力是短程力,作用范围在1.5×10－15 m之内.(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性.2．质能方程E＝mc2的理解(1)质量数与质量是两个不同的概念.核反应中质量数、电荷数都守恒,但核反应中依然有质量亏损.(2)核反应中的质量亏损,并不是这部分质量消失或质量转化为能量,质量亏损也不是核子个数的减少,核反应中核子的个数是不变的.(3)质量亏损不是否定了质量守恒定律，生成的γ射线虽然静质量为零，但动质量不为零，且亏损的质量以能量的形式辐射出去．特别提醒：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，质量不守恒，核反应中核能的大小取决于质量亏损的多少，即ΔE＝Δmc2.高频考点一原子结构氢原子光谱例1．图示为氢原子能级图以及从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线，已知从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的波长为656 nm，下列叙述正确的有()A．四条谱线中频率最大的是HδB．用633 nm的光照射能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线D．如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，Hβ也可以使该金属发生光电效应【答案】AC【解析】频率最大的光子对应的能量最大，即跃迁时能量差最大，故从n＝6跃迁到n＝2的频率最大，选项A正确；原子跃迁过程中，吸收光子的能量应刚好等于两能级的能量差，选项B错误；从n＝3向低能级跃迁时，可以是从3→2、2→1或者是3→1，即有三种频率不同的光子，选项C正确；光电效应与光照的时间无关，Hδ光子的能量最大，故其他光子不一定可以使该金属产生光电效应，选项D错误．【变式探究】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122×100克＝25克，故D错误．【答案】B【变式探究】(多选)下列说法正确的是()A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立B．可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转D．观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同【解析】玻尔对氢原子光谱的研究完善了核式结构模型，选项A错误；紫外线有荧光效应，故B 选项正确；天然放射现象中的γ射线不带电，在电场或磁场中不发生偏转，选项C错误；观察者与波源互相远离，由多普勒效应可知接收到的频率变小，故选项D正确．【答案】BD高频考点二天然放射现象核反应核能例2．（2019·天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。

第3讲光电效应波粒二象性知识点一光电效应1.定义：在光的照射下从物体发射出的现象(发射出的电子称为光电子).2.产生条件：入射光的频率极限频率.3.光电效应规律(1)存在着饱和电流：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越多.(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关.当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应.(3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s.答案：1.电子 2.大于知识点二爱因斯坦光电效应方程1.光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε＝.2.逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的.3.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值.4.光电效应方程(1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝ .(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量有一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能.答案：1.hν 2.最小值 3.电子 4.hν－W 0知识点三 光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性.(2)光电效应说明光具有 性.(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 性.2.物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率 的地方，暗条纹是光子到达概率 的地方，因此光波又叫概率波.(2)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λ＝ ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量.答案：1.(1)波动 (2)粒子 (3)波粒二象2.(1)大 小 (2)h p(1)光子和光电子都是实物粒子.( )(2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应.( )(3)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功.( )(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比.( )(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性.( )(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律.( )(7)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性.( )(8)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性.( )答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×(7)√(8)√考点光电效应现象和光电效应方程的应用1.任何一种金属，都有一个与之对应的极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应；低于这个频率的光不能发生光电效应.所以判断光电效应是否发生应该比较题目中给出的入射光频率和对应金属的极限频率的大小.2.两条对应关系(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大.3.定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0.考向1 用光电管研究光电效应现象[典例1] (多选)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[解析] 根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A正确.由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B错误，C正确.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D 错误.[答案] AC考向2 爱因斯坦光电效应方程的应用[典例2] 在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为 .若用波长为λ(λ＜λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为 .(已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e 、c 和h )[解析] 设金属的截止频率为ν0，则该金属的逸出功W 0＝hν0＝h c λ0；对光电子，由动能定理得eU 0＝h c λ－W 0，解得U 0＝hc e ·λ0－λλλ0. [答案] hc λ0 hc e ·λ0－λλ0λ[变式1] 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实.光电效应实验装置示意图如图所示.用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应.换用同样频率ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在KA 之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U 可能是下列的(其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电量)( )A.U ＝hνe －W eB.U ＝2hνe －W eC.U ＝2hν－WD.U ＝5hν2e －W e答案：B 解析：同频率的光照射K 极，普通光不能使其发生光电效应，而强激光能使其发生光电效应，说明一个电子吸收了多个光子.设吸收的光子个数为n ，光电子逸出的最大初动能为E k ，由光电效应方程知：E k ＝nhν－W (n ≥2) ①；光电子逸出后克服减速电场做功，由动能定理知E k ＝eU ②.联立上述两式得U ＝nhνe－W e，当n ＝2时，即为B 选项，其他选项均不可能. 对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率.(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光.(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关.(4)光电子不是光子，而是电子.考点光电效应的图象分析 图象名称 图象形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc ②逸出功：图线与E k 轴交点的纵坐标的绝对值 W 0＝|－E |＝E③普朗克常量：图线的斜率k ＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压U c ：图线与横轴的交点②饱和光电流I m ：电流的最大值③最大初动能：E km ＝eU c颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压U c1、U c2②饱和光电流③最大初动能E k1＝eU c1，E k2＝eU c2遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc ：图线与横轴的交点②遏止电压U c ：随入射光频率的增大而增大②普朗克常量h ：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h ＝ke (注：此时两极之间接反向电压)k[典例3] (多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，由图可知( )A.该金属的截止频率为4.27×1014 HzB.该金属的截止频率为5.5×1014HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5 eV[解析] 图线在横轴上的截距为截止频率，A 正确，B 错误；由光电效应方程E k ＝hν－W 0，可知图线的斜率为普朗克常量，C 正确；金属的逸出功为W 0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19 eV ＝1.77 eV ，D 错误.[答案] AC考向2 对I ­U 图象的理解[典例4] (2017·甘肃兰州模拟)在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示，则可判断出( )A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能[解析] 由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和逸出功都相同，对于甲、乙两种光，反向截止电压相同，因而频率相同，A 项错误；丙光对应的反向截止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C 、D 项均错，只有B 项正确.[答案] B考向3 对U c ­ν图象的理解[典例5] 用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压U c 与入射光频率ν，得到U c ­ν图象如图所示，根据图象求出该金属的截止频率νc ＝ Hz ，普朗克常量h ＝ J·s.(已知电子电荷量e ＝1.6×10－19 C)[解析] 由题图线可知νc ＝5.0×1014 Hz ，又eU c ＝hν－W 0，所以U c ＝h e ν－W 0e.结合图线可得 k ＝h e ＝ 2.05.0×1014 V/Hz ，h ＝2.0×1.6×10－195.0×1014 J·s＝6.4×10－34 J·s. [答案] 5.0×1014 6.4×10－341.在U c ­ν图象中，图线与横轴的交点νc 表示截止频率，而在E k ­ν图象中，图线与横轴的交点νc 代表极限频率.2.普朗克常量记为h ，是一个物理常量，用以描述量子大小.在微观世界，每一个能量子的大小等于普朗克常量与频率的乘积，即E ＝hν.考点 光的波粒二象性、物质波1.从数量上看：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.2.从频率上看：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，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象.3.从传播与作用上看：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.4.波动性与粒子性的统一：由光子的能量E ＝hν、光子的动量表达式p ＝h λ也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的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ν和波长λ.5.理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子.考向1 对光的波粒二象性的理解[典例6] 物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果下列认识正确的是( )A.曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点B.单个光子的运动没有确定的轨道C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D.只有光子具有波粒二象性，微观粒子不具有波粒二象性[解析] 单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子的落点出现一定的规律性，落在某些区域的可能性较大，这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域.光具有波粒二象性，少数光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性.所以正确选项为B、C.不论光子还是微观粒子，都具有波粒二象性.[答案] BC考向2 对物质波的理解[典例7] (2017·浙江台州模拟)1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一.如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是( )A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性[解析] 由题意可知，亮条纹是电子到达概率大的地方，暗条纹是粒子到达概率小的地方，故A正确；电子是实物粒子，能发生衍射现象，该实验说明物质波理论是正确的，不能说明光子的波动性，故B、D正确，C错误.本题选错误的，故选C.[答案] C微观粒子中的粒子性与宏观概念中的粒子性不同，通俗地讲，宏观粒子运动有确定的轨道，能预测，遵守经典物理学理论，而微观粒子运动轨道具有随机性，不能预测，也不遵守经典物理学理论；微观粒子的波动性与机械波也不相同，微观粒子的波动性是指粒子到达不同位置的机会不同，遵守统计规律，所以这种波叫概率波.1.[对波粒二象性的理解](多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是( )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答案：ABC 解析：光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性.光的波长越长，波动性越明显；光的频率越高，粒子性越明显.而宏观物体的德布罗意波的波长太小，很难观察到波动性，并不是不具有波粒二象性，D错误.2.[对物质波的理解](多选)根据物质波理论，以下说法中正确的是( )A.只有微观粒子有波动性B.宏观物体具有波动性C.宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D.速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显答案：BD 解析：因一切运动的物体都具有波动性，故A选项错误，B选项正确；宏观物体的物质波波长很短，人们不易观察到它的波动性，C选项错误；速度相同的质子与电子相比，因电子质量较小，物质波波长更长，所以电子波动性更明显，故D选项正确.3.[对光电效应的理解](多选)对光电效应的解释正确的是( )A.金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C.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.由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应入射光的最低频率也不同答案：BD 解析：按照爱因斯坦的光子说，光的能量是由光的频率决定的，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大.但要使电子离开金属须使电子具有足够的动能.而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，但电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子，否则即使光的频率低，只要照射时间足够长，也会发生光电效应.电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小.4.[对光电效应的理解](多选)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )A.只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U0的数值B.保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C.不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D.图中入射光束的频率减小到某一数值f0时，无论滑片P怎样滑动，电流表示数都为零，则f0是阴极K的极限频率答案：BCD 解析：当只调换电源的极性时，电子从K到A减速运动，到A 恰好速度为零时对应电压为遏止电压，所以A 项错误.当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子的运动更快，由I ＝q t得电流表读数变大，B 项正确.只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确.当光束的频率为f 0时，无论P 怎样滑动，电流表示数都为零，说明未飞出光电子，则有W ＝hf 0，所以f 0为阴极K 的极限频率，D 项正确.5.[对光电效应方程的理解]用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k ­ν图象.已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV.若将二者的图线画在同一个E k ­ν坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是( )A BC D答案：A 解析：依据光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，E k ­ν图线的斜率代表普朗克常量h ，因此钨和锌的E k ­ν图线应该平行.图线的横轴截距代表截止频率ν0，而ν0＝W 0h，因此钨的截止频率小些，综上所述，A 图正确.6.[光电效应方程的应用]在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示.若该直线的斜率和截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为 ，所用材料的逸出功可表示为 .答案：ek －eb 解析：根据光电效应方程E km ＝hν－W 0及E km＝eU c 得U c ＝hνe －W 0e ，故h e ＝k ，b ＝－W 0e ，得h ＝ek ，W 0＝－eb .。

专题15 近代物理初步高频考点【高考命题热点】2020年新高考考纲修订后，选修3-5被列为必考内容，其中近代物理初步的内容主要以选择题的形式考查，主要涉及光电效应、氢原子光谱和能级、放射性元素的衰变和核反应。

【知识清单】 一、波粒二象性1.1900年普朗克能量子假说，电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的E=hv2.赫兹发现了光电效应，1905年，爱因斯坦解释了光电效应，提出光子说及光电效应方程3.光电效应①每种金属都有对应的c ν和W 0，入射光的频率必须大于这种金属极限频率才能发生光电效应。

②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大（0K W h E m -=ν），即最大初动能km E 与入射光频率v 成线性关系。

③入射光频率一定时，光电流强度与入射光强度成正比。

④光电子的发射时间一般不超过910-秒，与频率和光强度无关。

4.光电效应和康普顿效应说明光的粒子性，干涉（波的叠加，又分单缝干涉、双缝干涉、薄膜干涉）、衍射（波绕过障碍物继续传播的现象）、偏振说明光的波动性。

石墨对X 射线散射时，部分X 射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应，康普顿效应不仅表明光具有能量，还具有动量。

5.光电效应方程0W h E Km -=ν n c =W 0/h6.光的波粒二象性 物质波 概率波 不确定性关系①大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强． ②实物粒子也具有波动性 hεν=ph=λ 这种波称为德布罗意波，也叫物质波。

③从光子的概念上看，光波是一种概率波 ④不确定性关系：π4h p x ≥∆∆ 二、原子核式结构模型1.1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的研究，从4=n 3=n 2=n 1=n 0∞=n eV 85.0-eV 51.1-eV 4.3-eV6.13-而发现了电子（负电子：e 01-）。

第1讲 光电效应 波粒二象性[A 组 基础题组]一、单项选择题1．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。

这些照片说明( )A ．光只有粒子性没有波动性B ．光只有波动性没有粒子性C ．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D ．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性解析：光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D 正确。

答案：D2．下列说法不正确的是( )A ．动量相同的电子和质子，其德布罗意波长相同B ．光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量C ．康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量D ．黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的解析：根据物质波波长公式λ＝hp 可知，当质子和电子动量相同时，其德布罗意波长相同，A 正确；光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量，B 正确；康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量，C 正确；黑体辐射的实验规律说明在微观世界里能量是分立的，D 错误。

答案：D3．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( ) A ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变 B ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小 C ．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小 D ．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了解析：光的频率不变，表示光子能量不变，光的强度减弱，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，故A 正确。

答案：A4．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz 和5.44×1014Hz ，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( ) A ．波长 B ．频率 C ．能量D ．动量解析：根据爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－h ν0，因为钙的ν0大，所以从钙表面逸出的光电子的最大初动能E km 较小，由p ＝2mE km 知，该光电子的动量较小，根据λ＝hp 可知，波长较大，根据ε＝h ν及c ＝λν可知，频率和能量较小，B 、C 、D 错误，A 正确。

2020届高考二轮复习之核心考点系列之物理考点总动员【二轮精品】考点11 近代物理初步【命题意图】考查近代物理知识中一些基础知识，意在考查考生的理解能力【专题定位】高考对本专题内容考查的重点和热点有：①原子能级跃迁和原子核的衰变规律；②核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算；③原子物理部分的物理学史和α、β、γ三种射线的特点及应用等.【考试方向】近代物理部分，涉及的考点较多，主要有光电效应、波粒二象性、原子结构、玻尔理论、衰变、核反应和核能等，主要以选择题的形式命题，可能单独命题，但更多的是通过多个选项命制综合题。

【应考策略】由于本专题内容琐碎，考查点多，因此复习时应抓住主干知识，梳理出知识点，进行理解性记忆.【得分要点】光电效应波粒二象性主要考查方向有以下几个方面，其主要破解方法也一并总结如下：1、由Ek－ν图象可以得到的信息:（1）极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.（2）逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的值E=W0.（3）普朗克常量：图线的斜率k=h.2、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。

3、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，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：（1）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．（2）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．（3）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（4）由光子的能量E =h ν，光子的动量λhp =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ν和波长λ。

由以上两式和波速公式c =λν还可以得出：E =pc 。

高中物理专题：近代物理初步【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅰ卷）【母题原题】(多选)(2020·全国Ⅰ卷)下列核反应方程中,X 1、X 2、X 3、X 4代表α粒子的有( ) A ．2211101H +H n +X → B ．2311102H +H n +X →C ．23511448992056363U +n Ba +Kr +3X → D ．1630314n +Li H +X →【答案】BD【解析】α粒子为氦原子核42He,根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒可判断:A 选项中的X 1为32He,B 选项中的X 2为=42He,C 选项中的X 3为中子10n,D 选项中的X 4为42He,故选项B 、D 正确,A 、C 错误。

【母题来源二】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国Ⅱ卷）【母题原题】(2020·全国Ⅱ卷)氘核H 21可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式241112106H 2He 2H+2n+43.15MeV →+ 表示。

海水中富含氘,已知1 kg 海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M 的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知 1 kg 标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV= 1.6×10-13 J,则M 约为( ) A.40 kgB.100 kgC.400 kgD.1 000 kg 【答案】C【解析】6个氘核聚变可释放43.15 MeV 能量,故1 kg 海水中的氘核全部发生聚变释放的能量为Q1=43.15×1.6×10-13×221.0106⨯J,质量为M 的标准煤燃烧释放的热量为Q2=M×2.9×107 J,因Q1=Q2,解得M≈400 kg,C 正确,A 、B 、D 错误。

C ．阴极金属的截止频率νc ＝U1ν2－U2ν1U1－U2D ．普朗克常量h ＝e U1－U2ν2－ν1AB [用频率为ν1的单色光照射阴极时.光电子在电场中做减速运动.根据动能定理得－eU 1＝0－12mv 2.则光电子的最大初速度v ＝2eU1m.故A 正确；根据爱因斯坦光电效应方程得hν1＝eU 1＋W 0 ①.hν2＝eU 2＋W 0 ②.由①得阴极金属的逸出功W 0＝hν1－eU 1.联立①②解得普朗克常量h ＝eU1－U2ν1－ν2.故B 正确.D 错误；阴极金属的截止频率νc ＝W0h＝hν1－eU1ν1－ν2e U1－U2.故C 错误。

]13．(多选)如图所示是原子核的平均结合能(也称比结合能)与质量数的关系图象.通过该图象可以得出一些原子核的平均结合能.如16 8O 的核子平均结合能约为8 MeV.42He 的核子平均结合能约为7 MeV.根据该图象判断下列说法正确的是( )A ．随着原子质量数的增加.原子核的平均结合能增大 B.5626Fe 核最稳定C ．由图可知两个21H 核结合成42He 核会释放出能量D ．把16 8O 分成8个质子和8个中子比把16 8O 分成4个42He 要多提供约16 MeV 的能量 BC [由图可知随着原子质量数的增加.原子核的平均结合能先增大后减小.选项A 错误；5626Fe 核的平均结合能最大.是最稳定的.选项B 正确；两个平均结合能小的21H 结合成平均结合能大的42He 时.会释放出能量.选项C 正确；把16 8O 分成质子和中子需要提供的能量约为ΔE 1＝16×8 MeV＝128 MeV.将质子和中子结合成一个42He 所放出的能量约为ΔE 2＝4×7 MeV＝28 MeV.则将16 8O 分成4个42He 需要提供的能量约为ΔE ＝ΔE 1－4ΔE 2＝128 MeV －4×28 MeV＝16变成23992U.23992U很不稳定.很快发生β衰变变成23994Pu.23994Pu在裂变产生能量的同时.又不断地将23892U变成可用燃料23994Pu.核燃料越烧越多。

考点考纲要求专家解读光电效应Ⅰ1．波粒二象性部分的重点内容是光电效应现象、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。

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。

爱因斯坦光电效应方程Ⅰ氢原子光谱Ⅰ氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ原子核的组成、放射性、原子核衰变、半衰期Ⅰ放射性同位素Ⅰ核力、核反应方程Ⅰ结合能、质量亏损Ⅰ裂变反应和聚变反应、裂变反应堆Ⅰ射线的危害和防护Ⅰ重点名称重要指数重点1光电效应波粒二象性★★★重点2原子结构氢原子光谱★★★重点3原子核核反应核能★★★重点1光电效应波粒二象性【要点解读】一、光电效应1．与光电效应有关的五组概念对比（1）光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。

光子是光电效应的因，光电子是果。

（2）光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。

光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。

（3）光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。

（4）入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。

（5）光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。

2020届高考物理一轮复习——近代物理初步（高效演练）1.下列有关近代物理的说法正确的是( )A.卢瑟福的a 粒子散射实验使人们认识到原子是可以再分的B.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C.玻尔理论能成功解释所有原子光谱的实验规律D.天然放射现象说明了原子核内部是有结构的2.关于原子核的变化、核能及核力,下列说法正确的是( )A.核力是一种弱相互作用,只能发生在原子核内相邻核子之间B.某原子经过一次α衰变和两次β衰变后,核内质子数不变C.放射性原子核X 发生衰变,生成物的结合能一定小于X 的结合能D. 2351144891920563603U n Ba Kr n +→++是太阳内部发生的核反应之一3.1905年爱因斯坦提出光子假设，成功地解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理学奖。

下列关于光电效应的描述正确的是（ ）A.只有入射光的波长大于金属的极限波长才能发生光电效应B.金属的逸出功与入射光的频率和强度无关C.用同种频率的光照射发生光电效应时，逸出的光电子的初动能都相同D.发生光电效应时，保持入射光的频率不变，减弱入射光的强度，从光照射到金属表面到发射出光电子的时间间隔将明显增加4.23892U 可以先衰变成21083Bi ,然后再经一次衰变变成210X a (X 代表某种元素),21083Bi 也可以经一次衰变变成81Tl b ,最后再衰变成20682Pb ,衰变路径如图所示,下列说法正确的是( )A.过程①是β衰变,过程③是α衰变;过程②是β衰变,过程④是α衰变B.过程①是β衰变,过程③是α衰变;过程②是α衰变,过程④是β衰变C.过程①是α衰变,过程③是β衰变;过程②是β衰变,过程④是α衰变D.过程①是α衰变,过程③是β衰变;过程②是α衰变,过程④是β衰变5.如图所示为氢原子的能级结构示意图，一群氢原子处于n =3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，用这些光子照射逸出功为2.49eV 的金属钠。