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第2讲近代物理初步1．(双选，2012年广东卷)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰变解析：衰变是一个核放出α粒子或β粒子的反应，而聚变是两个较轻的核聚合为一个较重的核的反应，裂变是重核俘获一个中子后分裂成两个较轻的核的反应，故A、B中的核反应为聚变，C、D中的核反应为裂变，故A、C正确．答案：AC2．(2012年天津卷)下列说法中正确的是()A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期B．由玻尔理论可知氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子C．从高空对地面进行遥感摄影，利用了紫外线良好的穿透能力D．原子和所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量解析：半衰期是原子的物理属性，不能采用物理或化学方法改变；氢原子从高能量的激发态跃迁到低能量的基态时放出能量，所以放出光子；高空遥感是利用红外线的；由于核子结合为原子核时能量增加，必然存在质量亏损．答案：B3．(2012年全国理综卷)23592U经过m次α衰变和n次β衰变后变成20782Pb，则()A．m＝7，n＝3B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9D．m＝14，n＝18解析：总衰变方程为23592U→m42He＋n0－1e＋20782Pb，则质量数守恒：235＝4m＋207，得m＝7；核电荷数守恒：92＝2m－n＋82，得n＝4.答案：B4．(2011年四川卷)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1答案：D解析：氢原子从m能级跃迁到n能级辐射能量，即Em－En＝hν1，氢原子从n能级跃迁到k能级吸收能量，即Ek－En＝hν2，氢原子从k能级跃迁到m能级，Ek－Em＝hν2＋En－hν1－En＝hν2－hν1，因紫光的频率ν2大于红光的频率ν1，所以EkEm，即辐射光子的能量为hν2－hν1，D正确．5．(双选，2010年广东卷)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()A.23892U→23490Th＋42He是α衰变B.147N＋42He→178O＋11H是β衰变C.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变D.8234Se→8236Kr＋20－1e是重核裂变解析：B为人工核转变，D为β衰变．答案：AC从近三年的高考试题来看，题目难度不大，考查形式是选择题，考查的范围相对稳定，密切结合课本．考查的主要知识：物理学史、光电效应、原子能级的跃迁、原子核的结构和衰变、半衰期、核反应方程(衰变、人工转变、裂变、聚变)和核能．在今后的复习中，应该抓住重点知识，如光电效应、核反应方程和原子能级的跃迁等，这些知识在广东高考中经常出现．光电效应【例1】(2011年福建卷)爱因斯坦提出了光量子的概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率v的关系如图5－2)－1所示，其中v0为极限频率．从图中可以确定的是(图5－2－1A．逸出功与v有关B．Ekm与入射光的强度成正比C．当vv0时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关答案：D深入理解光电效应现象，灵活运用光电效应方程解题，金属的逸出功只与金属的极限频率有关．解析：由爱因斯坦光电方程Ek＝hν－W和W＝hν0(W为金属的逸出功)，可得Ek＝hν－hν0，可见图象的斜率表示普朗克常量，D正确；只有ν≥ν0时才会发生光电效应，C错误；金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A错误；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B错误．1．(双选)如图5－2－2所示，电路中所有元件都完好，光照射到阴极上时，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是()图5－2－2A．入射光太弱C．光照时间短B．入射光波长太长D．电源正负极接反解析：在本题电路中形成电流的条件，一是阴极在光的照射下有光电子逸出，这决定于入射光的频率是否高于阴极材料的极限频率，与入射光的强弱、照射时间长短无关；二是逸出的光电子应能在电路中定向移动到达阳极．光电子能否到达阳极，应由光电子的初动能大小和两极间所加电压的正负和大小共同决定．一旦电压正负极接反，即使具有很大初动能的光电子也可能不能到达阳极，即使发生了光电效应现象，电路中也不能形成光电流，故该题的正确答案是B、D.答案：BD色光光子的能量范围/eV红橙黄绿蓝—靛紫1.61～2.002.00～2.072.07～2.142.14～2.532.53～2.762.76～3.10氢原子能级的跃迁【例2】氢原子部分能级的示意图如图5－2－3所示，不同色光的光子能量如下所示：处于某激发态的氢原子，发出光的谱线在可见光范围内仅)有2条，其颜色分别为(A．红、蓝—靛B．黄、绿C．红、紫D．蓝—靛、紫解析：如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出10.2eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09eV、10.2eV、1.89eV的三种光子，只有1.89eV属于可见光区；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV的六种光子，1.89eV和2.55eV属于可见光区，1.89eV的光子为红光，2.55eV的光子为蓝—靛，A正确．答案：A原子由能量较高的能级向能量较低的能级跃迁时放出光子，跃迁规律为：E较高－E较低＝hv.2．(双选)氢原子的部分能级如图5－2－3所示．已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间．由此可推知，氢原子()图5－2－3A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光解析：氢原子从高能级向n＝1能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为10.20eV，不在1.62eV到3.11eV之间，A正确；已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光的能量小于或等于3.40eV，B错误；从高能级向n＝3能级跃迁时，发出能量大于3.11eV的光的频率才比可见光高，C错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级的过程中，释放的光的能量等于1.89eV，介于1.62eV到3.11eV之间，所以是可见光，D正确．答案：AD原子核反应方程【例3】关于下列核反应或核衰变方程，说法正确的是()A.94Be＋42He→126C＋X，符号“X”表示中子B.147N＋42He→178O＋X，符号“X”表示中子C.2411Na→2412Mg＋0－1e是裂变D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是聚变解析：由核反应中质量数守恒、电荷数守恒可知A对、B错；C中的反应是衰变，D中的反应是裂变，C、D均错．答案：A核反应前后遵守电荷数和质量数守恒．3．原子核聚变可望给人类提供丰富的洁净能源．当氖等离子体被加热到适当高温时，氖核参与的几种聚变反应可能发生，并放出能量．这几种反应的总效果可以表示为：621H→k42He＋d11H＋210n＋43.15MeV，由平衡条件可知()A．k＝1，d＝4B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6D．k＝2，d＝3解析：由质量数守恒和电荷数守恒，分别有：4k＋d＝10,2k＋d＝6，解得k＝2，d＝2，正确选项为B.答案：B1．原子核反应一般可分为四类：天然放射性现象(α衰变、β衰变、γ衰变)、人工转变、重核裂变、轻核聚变．不管是哪一种核反应，都遵从质量数(或核子数)守恒和电荷数守恒，这是书写和检验核反应方程式的原则．2．原子由能量较高能级向能量较低能级跃迁时放出光子，跃迁规律为：Em－En＝hv.对于光子来说，它的频率与波长间的关系为c＝λv.应注意一群原子和一个原子跃迁的不同，一群氢原子就是处在n轨道上有若干个氢原子，某个氢原子向低能级跃迁时，可能从n能级直接跃迁到基态，产生一条谱线；另一n(n－1)个氢原子可能从n能级跃迁到某一激发态，产生另一条谱线，该氢原子再从这一激发态跃迁到基态，再产生一条谱线……由数学知识得到一群氢原子处于n能级时可能辐射的谱线条数为N＝2.然而原子系统一般处在能量最低的基态，要使其放出光子就必须先将原子系统激发到能量较高的激发态，这有两种办法，一是吸收光子，根据波尔理论，光子的能量必须等于两能级的能量之差；二是电子撞击，电子动能应不小于两能级能量之差．