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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Hα、Hβ、Hγ和Hδ,都是氢原子中电子从量子数n2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.Hα对应的前后能级之差最小B.同一介质对Hα的折射率最大C.同一介质中Hδ的传播速度最大D.用Hγ照射某一金属能发生光电效应,则Hβ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。能级跃迁时辐射光子的能量E=hν=h𝑐𝜆,可得光子波长越长,光子频率越低、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Hα折射率最小,选项B错误;Hδ的波长最短,频率最高,对同一介质的折射率最大,由n=𝑐𝑣可得在介质中的传播速度最小,选项C错误;Hβ波长大于Hγ,故Hβ的频率小于Hγ的频率,故用Hγ照射某金属发生光电效应时,用Hβ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.12H+13H→24He+01nB.714N+24He→817O+11HC.24He+1327Al→1530P+01nD.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301nA-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1.63~3.10eV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.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.51eVA-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10.2eV,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1.89eV,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12.09eV,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:411H→24He+210e+2ν已知11H和24He的质量分别为mp=1.0078u和mα=4.0026u,1u=931MeV/c2,c为光速。在4个11H转变成1个24He的过程中,释放的能量约为()A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeVC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ΔE=Δmc2,而Δm=4mp-mα=4×1.0078u-4.0026u=0.0286u,又因1u=931MeV/c2,所以ΔE=0.0286×931MeV=26.6266MeV,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:Ek=hν-W0(2)最大初动能与遏止电压:Ek=eUc(3)逸出功与极限频率:W0=hνc-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①Im为饱和电流,由光照强弱决定。②Uc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νc②逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0③普朗克常量:图线的斜率k=h3.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λ1、λ2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U1和U2,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λ1λ2,则U1U2B.根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率C.用λ1照射时,光电子的最大初动能为eU1D.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解析:根据爱因斯坦光电效应方程,有:ℎ𝑐𝜆-W0=Ekm=eUc,因此若λ1λ2,则U1U2,故A错误;根据ℎ𝑐𝜆1-W0=eU1;ℎ𝑐𝜆2-W0=eU2,其中的W0=hνc,三式联立可求解h和νc,选项B错误;用λ1照射时,光电子的最大初动能为eU1,选项C正确;根据ℎ𝑐𝜆-W0=Ekm可知入射光的波长与光电子的最大初动能不成正比,故D错误。-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Ekm=eUc,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Ekm=eUc,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Ekm=hν-W0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(1)能级假设:氢原子En=𝐸1𝑛2(n为量子数)。(2)跃迁假设:吸收或释放的能量hν=Em-En(mn)。(3)轨道假设:氢原子rn=n2r1(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N=C𝑛2=𝑛(𝑛-1)2。(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1.61~3.10eV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13.6eV的能量D.氢原子处于n=2能级时,可吸收2.86eV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13.6eV-3.4eV=10.2eV3.10eV,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13.6eV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2.86eV能量的光子,-3.4eV+2.86eV=-0.54eV,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45eV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40.8eV,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