2021高考物理二轮复习专题五近代物理初步第13讲近代物理初步课件

2021高考物理二轮复习专题五近代物理初步第13讲近代物理初步课件

专题五 　 近代物理初步 第 13 讲 　 近代物理初步 - 3 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 - 4 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 1 . ( 多选 )(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 亿摄氏度 , 为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是 ( 　　 ) A. 核聚变比核裂变更为安全、清洁 B. 任何两个原子核都可以发生聚变 C. 两个轻核结合成质量较大的核 , 总质量较聚变前增加 D. 两个轻核结合成质量较大的核 , 核子的比结合能增加 AD - 5 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : 核聚变相比核裂变生成物的半衰期小得多 , 核废料容易处理 , 更为安全、清洁 , 选项 A 正确 ; 只有两个质量数较小的原子核才可以聚变成一个中等质量数的原子核 , 并不是任何两个原子核都可以发生聚变 , 选项 B 错误 ; 聚变反应要放出核能 , 故生成的质量较大的核较聚变前发生质量亏损 , 但新核的核子结合得更牢固 , 比结合能变大 , 选项 C 错误 ,D 正确。 命题考点 结合能、比结合能 , 重核裂变。 能力要求 解答本题 的关键是知道原子核发生聚变时放出能量 , 比结合能增加 , 生成的原子核更稳固。 - 6 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 2 . (2018· 天津卷 ) 氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线 H α 、 H β 、 H γ 和 H δ , 都是氢原子中电子从量子数 n> 2 的能级跃迁到 n= 2 的能级时发出的光 , 它们在真空中的波长由长到短 , 可以判定 ( 　　 ) A.H α 对应的前后能级之差最小 B. 同一介质对 H α 的折射率最大 C. 同一介质中 H δ 的传播速度最大 D. 用 H γ 照射某一金属能发生光电效应 , 则 H β 也一定能 A - 7 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : 本题以氢原子能级跃迁模型为切入点 , 考查光的频率与折射率、传播速度的关系以及发生光电效应的条件等知识点。能级跃 能量越小 , 光谱线对应的能级差越小 , 选项 A 正确 ; 同一介质对频率最低的 H α 折射率最小 , 选项 B 错误 ;H δ 的波长最短 , 频率最高 , 对 同 一 误 ;H β 波长大于 H γ , 故 H β 的频率小于 H γ 的频率 , 故用 H γ 照射某金属发生光电效应时 , 用 H β 照射不一定能发生光电效应 , 选项 D 错误。 命题考点 氢原子光谱 , 原子的能级跃迁 , 光电效应。 能力要求 本题综合性较强 , 解答的 关键在于将原子的跃迁、氢原子光谱、光电效应知识相结合。 - 8 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 3 . (2017· 天津卷 ) 我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构 认证 , 这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是 ( 　　 ) “ 人造太阳 ” 核心部件首获国际 认证 A - 9 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : 核聚变是指质量小的原子核 , 比如氘和氚 , 在一定条件下互相聚合 , 生成新的质量更大的原子核 , 故 A 正确。 B 、 C 项 , 属于发现质子、中子的人工转变方程 ,D 项属于重核裂变方程 , 故 B 、 C 、 D 错。 命题考点 原子核的人工转变 , 裂变反应和聚变反应。 能力要求 解答本题 的关键在于正确认识聚变反应的本质。 - 10 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 4 . (2019· 全国卷 1) 氢原子能级示意图如图所示。光子能量在 1 . 63 ~ 3 . 10 eV 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 . 09 eV B.10 . 20 eV C.1 . 89 eV D.1 . 51 eV A - 11 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : 氢原子从能级 2 向能级 1 跃迁时 , 辐射的光子能量为 10 . 2 eV, 不是可见光。氢原子从能级 3 向能级 2 跃迁时 , 辐射的光子能量为 1 . 89 eV, 是可见光 , 所以只要把氢原子跃迁到能级 3 就可以辐射可见光。氢原子从能级 1 向能级 3 跃迁时 , 吸收的光子能量为 12 . 09 eV,A 正确 ,B 、 C 、 D 错误。 命题考点 原子的能级结构 , 原子的跃迁。 能力要求 本题的关键是掌握氢原子在能级跃迁时 , 吸收或辐射的光子能量与各能级差间的关系。 - 12 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 5 . (2019· 全国卷 2) 太阳内部核反应的主要模式可以用下面的反应方程式表示 : 能量约为 ( 　　 ) A.8 MeV B.16 MeV C.26 MeV D.52 MeV C 解析 : 本题考查质能方程和核反应的理解。忽略正电子质量 , 根据质能方程 Δ E= Δ mc 2 , 而 Δ m= 4 m p -m α = 4×1 . 007 8 u-4.002 6 u = 0.028 6 u, 又因 1 u = 931 MeV /c 2 , 所以 Δ E= 0 . 028 6×931 MeV = 26 . 626 6 MeV,C 正确 ,A 、 B 、 D 错误。 - 13 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 核能的计算。 能力要求 本题主要是考查核反应过程中的能量计算 , 会计算质量亏损 , 能够利用爱因斯坦质能方程进行 解答是 关键。 - 14 - 突破点一 突破点二 突破点三 光电效应 　 波粒二象性 考查方向 常以选择题形式考查。 突破方略 1 . 三个关系式 (1) 爱因斯坦光电效应方程 : E k =h ν -W 0 (2) 最大初动能与遏止电压 : E k =eU c (3) 逸出功与极限频率 : W 0 =h ν c - 15 - 突破点一 突破点二 突破点三 2 . 两个图像 (1) 光电流与电压的关系 , 如图乙所示 ① I m 为饱和电流 , 由光照强弱决定。 ② U c 为遏止电压 , 对应光电子的最大初动能 , 由光的频率决定。 - 16 - 突破点一 突破点二 突破点三 (2) 用图像表示光电效应方程 , 如图丙所示 丙 ① 极限频率 : 图线与 ν 轴的交点的横坐标 ν c ② 逸出功 : 图线与 E k 轴交点的纵坐标的绝对值 W 0 ③ 普朗克常量 : 图线的斜率 k=h 3 . 处理光电效应问题的两条线索 : 光的强弱和光的频率 (1) 光越强 → 光子数目多 → 发射光电子数多 → 光电流大 (2) 光子频率高 → 光子能量大 → 产生光电子的最大初动能大 - 17 - 突破点一 突破点二 突破点三 模型构建 【例 1 】 (2019· 广东中山一模 ) 如图所示 , 实验中分别用波长为 λ 1 、 λ 2 的单色光照射光电管的阴极 K, 测得相应的遏止电压分别为 U 1 和 U 2 , 设电子的质量为 m , 电荷量为 e , 真空中的光速为 c , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A . 若 λ 1 > λ 2 , 则 U 1 >U 2 B. 根据题述条件无法算出阴极 K 金属的极限频率 C. 用 λ 1 照射时 , 光电子的最大初动能为 eU 1 D. 入射光的波长与光电子的最大初动能成正比 C - 18 - 突破点一 突破点二 突破点三 - 19 - 突破点一 突破点二 突破点三 迁移训练 1 . (2019· 河南濮阳三模 ) 用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中 A 、 K 两极间的电压大小可调 , 电源的正负极也可以对调 , 分别用 a 、 b 、 c 三束单色光照射 , 调节 A 、 K 间的电压 U , 得到光电流 I 与电压 U 的关系如图乙所示 , 由图可知 ( 　　 ) - 20 - 突破点一 突破点二 突破点三 A. 单色光 a 和 c 的频率相同 , 且 a 光更弱些 , b 光频率最大 B. 单色光 a 和 c 的频率相同 , 且 a 光更强些 , b 光频率最大 C. 单色光 a 和 c 的频率相同 , 且 a 光更弱些 , b 光频率最小 D. 单色光 a 和 c 的频率不同 , 且 a 光更强些 , b 光频率最小 答案 : B 　 解析 : a 、 c 两单色光照射后遏止电压相同 , 根据 E km =eU c , 可知产生的光电子最大初动能相等 , 则 a 、 c 两单色光的频率相等 , 光子能量相等 , 由于 a 光的饱和光电流较大 , 则 a 光较强 , 单色光 b 照射后遏止电压较大 , 根据 E km =eU c , 可知 b 光照射后产生的光电子最大初动能较大 , 根据光电效应方程 E km =h ν -W 0 得 , b 光的频率大于 a 光的频率 , 故 A 、 C 、 D 错误 ,B 正确。 - 21 - 突破点三 突破点一 突破点二 氢原子模型与原子结构 考查方向 常以选择题形式考查。 突破方略 1 . 玻尔理论的基本内容 (2) 跃迁假设 : 吸收或释放的能量 h ν =E m -E n ( m>n ) 。 (3) 轨道假设 : 氢原子 r n =n 2 r 1 ( n 为量子数 ) 。 - 22 - 突破点三 突破点一 突破点二 2 . 解决氢原子能级跃迁问题的四个技巧 (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的绝对值。 (3) 一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时 , 可能辐射光子的种类 (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 , 故各个能级的能量值均为负值。 - 23 - 突破点三 突破点一 突破点二 模型构建 【例 2 】 ( 多选 )(2019· 福建福州期末 ) 氢原子能级如图所示 , 已知可见光光子的能量在 1 . 61 ~ 3 . 10 eV 范围内 , 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 氢原子由 n= 2 能级跃迁到 n= 1 能级 , 放出 的光子为可见光 B. 大量氢原子处于 n= 4 能级时 , 向 低能 级 跃迁能发出 6 种频率的光子 C. 处于基态的氢原子电离需要 释放 13 . 6 eV 的能量 D. 氢原子处于 n= 2 能级时 , 可吸收 2 . 86 eV 能量 的光子跃迁到高能级 BD - 24 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : 氢原子从 n= 2 能级跃迁到 n= 1 能级 , 释放的光子能量为 13 . 6 eV-3.4 eV=10.2 eV>3.10 eV, 不在可见光范围内 ,A 错误 ; 处于基态的氢原子电离要吸收至少 13.6 eV 的能量 ,C 错误 ; 大量处于 n= 4 能级的氢原子向低能级跃迁时 , 先从 n= 4 能级分别向下面的三个能级各画一条线 , 可画三条 ; 再从 n= 3 能级分别向下面两个能级各画一条线 , 可画两条 ; 再从 n= 2 能级出发 , 向下面一个能级画一条线 , 可画一条 ; 则总共可画 6 条 , 即能发出 6 种频率的光子 ,B 正确 ; 处于 n= 2 能级的氢原子 , 吸收 2 . 86 eV 能量的光子 ,-3.4 eV+2.86 eV=-0.54 eV, 跃迁到 n= 5 能级 ,D 正确。 - 25 - 突破点三 突破点一 突破点二 分析推理 (1) 使基态的氢原子电离需要吸收能量还是放出能量 ? (2) 氢原子在不同能级间跃迁 , 吸收光子的能量可以大于能级差吗 ? (1) 提示 : 吸收。 (2) 提示 : 不能 , 必须等于能级差。 - 26 - 突破点三 突破点一 突破点二 迁移训练 2 . (2019· 天津南开区二模 ) 已知氦离子 (He + ) 的能级图如图所示 , 根据能级跃迁理论可知 ( 　　 ) A. 氦离子 (He + ) 从 n= 4 能级跃迁到 n= 3 能级比从 n= 3 能级跃迁到 n= 2 能级辐射出光子的频率低 B. 大量处在 n= 3 能级的氦离子 (He + ) 向低能级 跃 迁 , 只能发出 2 种不同频率的光子 C. 氦离子 (He + ) 处于 n= 1 能级时 , 能吸收 45 eV 的 能 量 跃迁到 n= 2 能级 D. 氦离子 (He + ) 从 n= 4 能级跃迁到 n= 3 能级 , 需要 吸收 能量 A - 27 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : 由题图可知 , n= 4 和 n= 3 的能级差小于 n= 3 和 n= 2 的能级差 , 则从 n= 4 跃迁到 n= 3 能级释放的光子能量小于从 n= 3 跃迁到 n= 2 能级辐射的光子能量 , 所以从 n= 4 能级跃迁到 n= 3 能级比从 n= 3 能级跃迁到 n= 2 能级辐射出光子的频率低 , 故 A 正确 ; 大量处在 n= 3 能级的氦离子 (He + ) 向低能级跃迁 , 能发出 3 种不同频率的光子 , 故 B 错误 ; 吸收的光子能量等于两能级间的能级差 , 才能发生跃迁 , 从 n= 1 跃迁到 n= 2, 吸收的光子能量为 40 . 8 eV, 故 C 错误 ; 氦离子 (He + ) 从 n= 4 能级跃迁到 n= 3 能级 , 释放能量 , 故 D 错误。 - 28 - 突破点三 突破点一 突破点二 核反应与核能 考查方向 常以选择题形式考查。 突破方略 1 . 核反应方程的书写要求 (1) 核反应过程一般不可逆 , 所以核反应方程中用 “→” 表示方向而不能用等号代替。 (2) 核反应方程遵循质量数、电荷数守恒 , 但核反应前后的总质量会发生变化。 (3) 核反应的生成物一定要以实验为基础 , 不能只依据两个守恒规律而凭空杜撰出生成物。 - 29 - 突破点三 突破点一 突破点二 2 . 原子核的 衰变 (2) 衰变的快慢由原子核内部因素决定 , 与原子所处的物理、化学状态无关 ; 半衰期是统计规律 , 对个别、少数原子无意义。 - 30 - 突破点三 突破点一 突破点二 模型构建 【例 3 】 ( 多选 )(2019· 辽宁大连二模 ) 在足够大的匀强磁场中 , 静止 的 钠的 同位素 发生 衰变 , 沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后 , 变为一个新核 , 新核与放出的粒子在磁场中运动的轨迹均为圆 , 如图所示。下列说法正确的是 ( 　　 ) D. 新核沿顺时针方向 旋转 AB - 31 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : 根据动量守恒得知 , 放出的粒子与新核的速度方向相反 , 由左手定则判断得知 , 放出的粒子应带负电 , 是 β 粒子 , 所以发生的是 β 衰变 , 根据电荷数守恒、质量数守恒知 , 衰变方程为 小相等 , 两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动 , 因为新核的 电 径小于粒子的半径 , 所以轨迹 2 是新核的轨迹 , 选项 B 正确 ; 根据洛伦兹力提供向心力 , 由左手定则判断得知 , 新核要沿逆时针方向旋转 , 选项 D 错误。 - 32 - 突破点三 突破点一 突破点二 迁移训练 3 . (2019· 天津和平区月考 )2019 年 4 月 23 日 , 海军建军 70 周年阅兵式上 , 中国海军新型攻击核潜艇 093 改进型公开亮相。核潜艇以核反应堆作动力源。关于核反应 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) - 33 - 突破点三 突破点一 突破点二 D. 核反应前后核子数相等 , 所以生成物的质量等于反应物的质量之和 - 34 - 突破点三 突破点一 突破点二 答案 : C 　 解析 : β 衰变是原子核的衰变 , 与核外电子无关 , β 衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的 , 故 A 错误 ; 质量较小的核转化为质量较大的核 , 属于轻核聚变 , 是氢弹聚变原理 , 故 B 错误 ; 质量较大的核裂变为质量中等的核 , 属于重核裂变 , 是原子弹裂变反应原理 , 故 C 正确 ; 核反应前后核子数相等 , 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 , 故 D 错误。