专题15 近代物理初步高频考点（必考部分）-巧学高考物理热点快速突破

专题15 近代物理初步高频考点（必考部分）-巧学高考物理热点快速突破

‎【高考命题热点】2017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=hv ‎2.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和W0，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（），即最大初动能与入射光频率成线性关系。‎ ‎ 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 ‎ nc=W0/h ‎6.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 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：‎ 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，从而发现了电子（负电子：）。‎ ‎2.粒子散射实验和原子核结构模型 ‎ （1）粒子散射实验：1909年，卢瑟福 ‎ ①装置：‎ ‎ ②现象：‎ ‎ a. 绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。‎ ‎ b. 有少数粒子发生较大角度的偏转 ‎ c. 有极少数粒子的偏转角超过了90度，有的几乎达到180度，即被反向弹回。‎ ‎3.几个考点 ‎①卢瑟福的粒子散射，说明了原子具有核式结构。‎ ‎②汤姆孙发现电子，说明了原子可再分或原子有复杂结构 ‎③放射性现象，说明了原子核具有复杂结构 ‎4.玻尔理论 ‎ （1）经典电磁理论不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三个假设：‎ ‎①定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的 ‎②跃迁假设：电子跃迁辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由Em-En =hv严格决定 ‎ ③轨道量子化假设，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。 ‎ ‎（2）玻尔的氢子模型：‎ ‎①氢原子的能级公式和轨道半径公式： 氢原子中电子在第几条可能轨道上运动时，氢原子的能量En，和电子轨道半径rn分别为：‎ ‎②氢原子的能级图：n=3、4、5、6跃迁到n=2为可见光，频率由大到小射线>X光>紫外线>可见光 其中射线来源于原子核，X光来源于核外内层电子跃迁，紫外线、可见光及红外线 来源于最外层电子跃迁 ‎ ‎ ‎ 其中n=1的定态称为基态。n=2以上的定态，称为激发态。‎ ‎③光子，n=3跃迁到n=1发出三种光子（）,则 ‎（2）玻尔模型只能解释氢原子，不能解释其他原子 三、原子核的组成 ‎1.天然放射现象的发现：1896年法国物理学家贝克勒耳首次发现，居里夫人继续研究发现了钋和镭 ‎ 成 份 组 成 性 质 电离作用 贯穿能力 射线 氦核组成的粒子流 很 强 很 弱 射线 高速电子流 较 强 较 强 射线 高频光子 很 弱 很 强 ‎2.衰变：电荷数和质量数守恒，但质子数和中子数不守恒 ‎ 注：只有放射性元素才能发生衰变，元素周期表中原子序数≥83都具有放射性，原子序数＜83的部分元素有放射性。‎ 类 型 衰变方程 规 律 衰变 新核 衰变 新核 ‎ 射线是伴随衰变放射出来的高频光子流，衰变不能同时发生。‎ ‎ 在衰变中新核质子数多一个，而质量数不变是由于 射线是具有放射性元素原子核内的一个中子转变为一个质子时同时释放产生的 ‎（）。‎ ‎ 半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间，称该元素的半衰期。‎ 半衰期与物理及化学环境无关。‎ ‎3.放射性的应用与防护 放射性同位素 人工放射性同位素1000多种，天然的只有40多种 ‎ 正电子的发现：用粒子轰击铝时，发生核反应。‎ ‎1934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里 （小居里） 发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷 ‎ 发生+衰变，放出正电子：‎ ‎ 与天然的放射性物质相比，人造放射性同位素：‎ ‎①放射强度容易控制 ‎②可以制成各种需要的形状 ‎③半衰期更短 ‎④放射性废料容易处理 放射性同位素的应用 A、由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹 B、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制 C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电 D、利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等 ‎ E、作为示踪原子：用于工业、农业及生物研究等.‎ ‎4.核力与结合能 质量亏损 核力是短程力、核力具有饱和性、核力与具有电荷无关性 ‎ 比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。‎ 结合能：要把原子核内凭借核力结合在一起的核子（质子、中子）分开所需吸收的能量。‎ 比结合能（平均结合能） ，即结合能大的，比结合能不一定大。‎ 质量亏损：核聚变与核裂变都会放出能量，质量都会减少，核电站与原子弹为核裂变，氢弹与太阳内部为核聚变 爱因斯坦质能方程 E=mc2 ΔE=Δm·c2‎ ‎1uc2=931.5MeV (表示1u 的质量变化相当于931.5MeV的能量改变)‎ ‎5.核反应方程 Ⅰ. 熟记一些实验事实的核反应方程式。‎ ‎（1）卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现质子：‎ ‎（2）贝克勒耳发现天然放射现象：‎ α衰变 ‎ β衰变 ‎ ‎（3） 查德威克用α粒子轰击铍核打出中子 ‎ ‎（4） 小居里（约里奥-居里）发现正电子 和 ‎（5） 轻核聚变 ‎ ‎（6） 重核裂变 ‎ Ⅱ. 熟记一些粒子的符号 ‎ α粒子（）、质子（）、中子（）、负电子（）、正电子（）、氘核（）、氚核（）‎ ‎6．重核裂变 核聚变Ⅰ ‎ 释放核能的途径——裂变和聚变 ‎ （1）裂变反应：‎ ‎ ①裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。‎ ‎ 例如：‎ ‎ ②链式反应：在裂变反应用产生的中子，再被其他铀核浮获使反应继续下去。‎ ‎ 链式反应的条件：‎ ‎ ③裂变时平均每个核子放能约1MeV能量 ‎ 1kg全部裂变放出的能量相当于2500吨优质煤完全燃烧放出能量 ‎ （2）聚变反应：‎ ‎ ①聚变反应：轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。‎ ‎ 例如： ‎ ‎ ②平均每个核子放出3MeV的能量 ‎ ③聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温 答案 P80‎ 热点突破提升练十五 1. 一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为。下列 说法正确的是（ ）‎ A．衰变后钍核的动能等于粒子的动能 B．衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小 C．铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间 D．衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 ‎2.大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是。已知的质量为，的质量为，的质量为，。氘核聚变反应中释放的核能约为（ ）‎ A. B. C. D. ‎ 3. ‎(多选)在光电效应实验中，分别用频率为、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和、光电子的最大初动能分别为和。h为普朗克常 量。下列说法正确的是（ ）‎ A．若，则一定有 B．若，则一定有 C．若，则一定有 D．若，则一定有 ‎4.(多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是（ ） ‎ ‎ A．只增大入射光的频率，金属逸出功将减小 B．只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变 C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大 D．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短 ‎ E．只增大入射光的强度，单位时间内逸出的光电子数目将增多 ‎5．(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________。(填正确答案标号)‎ 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 E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关 ‎6．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________。(填正确答案标号)‎ A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n ‎7．(多选)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是________。(填正确答案标号)‎ A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值 B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核 C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素 D．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子 E．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷 ‎8.(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．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强 E．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.(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是（ ） ‎ A、电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B、β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C、人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D、人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 E、光电效应实验中光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 ‎10.(多选)下列说法正确的是（ ）‎ A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应 B．汤姆孙发现电子，表明原子具有复杂结构 C．卢瑟福发现了中子，查德威克发现了质子 D．一束光照射到某金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短 E．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 ‎ 的动能减少，原子总能量增大 ‎11.(多选)如图所示是氢原子四个能级的示意图，当氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射一定频率的光子，则以下说法正确的是(　　)‎ A．一个处于n＝3能级的氢原子，自发跃迁时最多能辐射出三种不同频率的光子 B．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小 C．n＝4能级的氢原子自发跃迁时，辐射光子的能量最大为12.75 eV D．一个处于基态的氢原子可以吸收任意频率的光子后跃迁到高能级 E．氢原子辐射光子后能量减小，核外电子动能增大 ‎12.(多选)关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是（ ）‎ ‎ A. 光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子 ‎ B. 用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率 ‎ C. 对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关 ‎ D. 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 E. 康普顿效应说明光具有粒子性 ‎13.(多选)下列说法正确的是（ ）‎ ‎ A．光电效应现象说明光具有粒子性 ‎ B．轻核聚变时释放能量，重核裂变时吸收能量 ‎ C．太阳辐射出的能量主要来自太阳内部的裂变反应 ‎ D．卢瑟福根据α粒子的散射实验提出了原子的核式结构 ‎ E．β衰变释放出的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的 ‎14.(多选)以下是有关近代物理内容的若干叙述：其中正确的有（ ）‎ A．的半衰期是5天，12 g经过15天后还有1.5g未衰变 B．结合能越大，原子核越稳定 C．光电效应揭示了光具有粒子性 D．放射性元素放射出的α射线、β射线和γ射线，电离能力最强的是γ射线 E．关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象 ‎15.(多选)下列说法中正确的是（ ） ‎ ‎ A. 原子的核式结构学说，是卢瑟福根据天然放射实验提出来的 ‎ B. 用升温、加压的方法和化学的方法都不能改变原子核衰变的半衰期 ‎ C. 一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太长 ‎ D. 铀235一种可能的裂变方式为：‎ ‎ E. 重核裂变时释放能量，会出现质量亏损，但生成物的总质量数仍等于反应前系统的总 ‎ 质量数