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专题五近代物理-2-命题热点考题统计命题规律第13讲近代物理热点一原子结构2019卷Ⅰ,14近代物理包括光电效应、原子和原子核。这一部分的复习要点有光电效应及其规律、原子的能级跃迁、原子核的衰变规律、核反应方程的配平与书写、质量亏损和核能的计算、原子物理部分的物理学史和α、β、γ三种射线的特点及其应用等。高考中一般以选择题形式考查。热点二光电效应2017卷Ⅲ,19;2018卷Ⅱ,17热点三核反应与衰变2017卷Ⅰ,17;2017卷Ⅱ,15;2018卷Ⅲ,14;2019卷Ⅱ,15第13讲近代物理-4-知识脉络梳理规律方法导引-5-知识脉络梳理规律方法导引1.能级跃迁(1)辐射条件:hν=Em-En。(2)辐射光谱线条数:一群处于量子数为n的激发态的氢原子,可辐射出的光谱线条数N=。2.光电效应(1)光电效应规律。(2)光电效应方程:hν=Ek+W0。3.核反应、核能的计算(1)两个守恒:质量数守恒、电荷数守恒。(2)质能方程:E=mc2。C𝑛2-6-命题热点一命题热点二命题热点三原子结构重点考查氢原子能级结构和能级公式,以选择题形式出现。例1(多选)右图为氢原子的能级图。现有大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁,下列说法正确的是()A.氢原子由n=3跃迁到n=2能级时,其核外电子的动能将减小B.这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光C.这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2eVD.氢原子由n=3跃迁到n=1产生的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应BD-7-命题热点一命题热点二命题热点三思维导引-8-命题热点一命题热点二命题热点三解析:根据玻尔理论,核外电子轨道半径越小,则速度越大,动能越大,氢原子由n=3跃迁到n=2能级时,轨道半径减小,则动能将增大,A错误;由于有大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁,故可产生=3种不同频率的光,B正确;这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV,C错误;氢原子由n=3跃迁到n=1辐射出的光子能量为-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV,大于金属铂的逸出功6.34eV,能发生光电效应,D正确。C32-9-命题热点一命题热点二命题热点三规律方法原子能级跃迁问题的解题技巧(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,即ΔE=hν=|E初-E末|。(2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值。(3)一群氢原子和一个氢原子不同,氢原子核外只有一个电子,这个电子在某时刻只能处在某一个确定的轨道上,在某段时间内,由这一轨道跃迁到另一轨道时,可能的情况只有一种,但是如果有大量的氢原子,它们的核外电子向基态跃迁时就会有各种情况出现了,发射光子的种类(4)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时,要注意各能级的能量值均为负值,且单位为电子伏特(eV),计算时需换算单位,1eV=1.6×10-19J。N=C𝑛2=𝑛(𝑛-1)2。-10-命题热点三命题热点一命题热点二光电效应重点考查光电效应规律和爱因斯坦光电效应方程,以选择题形式出现。例2(多选)在光电效应实验中,用频率为ν的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是()A.入射光增强,光电流增大B.入射光减弱,光电效应现象消失C.改用频率小于ν的光照射,一定不发生光电效应D.改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能变大AD-11-命题热点三命题热点一命题热点二解析:入射光增强,单位时间内逸出的光电子数增加,因此光电流增大,选项A正确;能否发生光电效应与入射光的频率有关,与强弱无关,选项B错误;当入射光的频率小于ν,但大于极限频率时仍能发生光电效应,选项C错误;由Ekm=hν-W,增加入射光的频率,光电子的最大初动能变大,选项D正确。-12-命题热点三命题热点一命题热点二例3(多选)(2017·全国卷Ⅲ)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb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Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是()A.若νaνb,则一定有UaUbB.若νaνb,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有EkaEkbD.若νaνb,则一定有hνa-Ekahνb-Ekb思维导引BC-13-命题热点三命题热点一命题热点二解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eU=0-Ek,得eU=hν-W0,A错,B、C正确;若νaνb,则一定有hνa-Eka=hνb-Ekb=W0,D错。-14-命题热点三命题热点一命题热点二规律方法光电效应的研究思路(1)两条线索:(2)两条对应关系:光照强→光子数目多→发射光电子多→光电流大光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大-15-命题热点三命题热点二命题热点一核反应与衰变重点考查核反应方程的书写,原子核的衰变及半衰期,结合能和核能的计算,以选择题或计算题形式出现。例4(2017·全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为92238U→90234Th+24He。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B-16-命题热点三命题热点二命题热点一解析:静止的铀核发生衰变,衰变过程中动量守恒,所以衰变后α粒子的动量和钍核的动量大小相等、方向相反,故选项B正确;由于m钍mα,根据Ek=可知,钍核的动能小于α粒子的动能,故选项A错误;半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,并不是放出一个α粒子所经历的时间,故选项C错误;铀核发生α衰变过程中有质量亏损,衰变后α粒子与钍核的质量和小于衰变前铀核的质量,故选项D错误。𝑝22𝑚-17-命题热点三命题热点二命题热点一例5(2019·山东潍坊调研)核泄漏中的钚(Pu)是一种放射性元素,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94239Pu的半衰期为24100年,其衰变方程为94239Pu→X+24He+γ,下列有关说法正确的是()A.X原子核中含有92个中子B.100个94239Pu经过24100年后一定还剩余50个C.由于衰变时释放巨大能量,根据E=Δm·c2,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D-18-命题热点三命题热点二命题热点一思维导引-19-命题热点三命题热点二命题热点一解析:根据电荷数守恒、质量数守恒知,X的电荷数为92,质量数为235,则中子数为143,A错误;半衰期是根据统计规律得出的,对大量的原子核适用,对少量的原子核并不适用,B错误;由于衰变时释放出巨大能量,根据E=Δm·c2,可知衰变过程总质量减小,C错误;衰变发出的γ射线的实质是频率很高、波长很短的电磁波,具有很强的穿透能力,D正确。-20-命题热点三命题热点二命题热点一规律方法衰变及核反应方程的书写(1)原子核的衰变①衰变实质:α衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核;β衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子;γ衰变伴随着α衰变或β衰变同时发生,不改变原子核的质量数与电荷数,以光子形式释放出衰变过程中产生的能量。②衰变的快慢由原子核内部因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关;半衰期是统计规律,对个别、少数原子核无意义。-21-命题热点三命题热点二命题热点一(2)核反应方程的书写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一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能。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凭空杜撰出生成物来写核反应方程。-22-12345怎样得高分1.(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J,已知普朗克常量为6.63×10-34J·s,真空中的光速为3.00×108m·s-1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A.1×1014HzB.8×1014HzC.2×1015HzD.8×1015HzB-23-12345怎样得高分2.图甲所示为氢原子的能级,图乙为氢原子的光谱。已知谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2能级时的辐射光,则谱线b可能是氢原子在下列哪种情形跃迁时的辐射光()甲氢原子的光谱图下的数值和短线是波长的标尺乙-24-12345怎样得高分A.从n=5的能级跃迁到n=3的能级B.从n=4的能级跃迁到n=3的能级C.从n=5的能级跃迁到n=2的能级D.从n=3的能级跃迁到n=2的能级答案:C-25-12345怎样得高分3.(多选)图甲是光电效应的实验装置图,图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像,下列说法正确的是()甲乙-26-12345怎样得高分A.由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和光电流越大B.由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说,其遏止电压与入射光的频率有关C.遏止电压越大,说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大D.不论哪种颜色的入射光,只要光足够强,就能发生光电效应答案:ABC-27-12345怎样得高分4.放射性同位素钍90232Th经一系列α、β衰变后生成氡86220Rn。以下说法正确的是()A.每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2B.每经过一次β衰变原子核的质子会增加1个C.放射性元素钍90232Th的原子核比氡86220Rn原子核的中子数少4个D.钍90232Th衰变成氡86220Rn一共经过2次α衰变和3次β衰变B-28-12345怎样得高分5.(2019·全国卷Ⅱ)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-29-12345怎样得高分核反应方程及核能的计算【典例示范】一个静止的氡核86222Rn放出一个α粒子后衰变为钋核84218Po。假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能,不计光子的动量。已知m氡=222.08663u、mα=4.0026u、m钋=218.0766u,1u相当于931.5MeV的能量。(1)写出上述衰变方程;(2)求出发生上述衰变放出的能量;(3)确定钋核与α粒子的动能。-30-12345怎样得高分思维流程步骤1:氡核86222Rn的衰变方程86222Rn→84218Po+24He步骤2:氡核86222Rn衰变放出的能量质量亏损Δm=222.08663u-4.0026u-218.0766u=0.00743u,ΔE=Δmc2=0.00743×931.5MeV=6.92MeV。-31-12345怎样得高分步骤3:钋核与α粒子动能的计算设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋,动量分别为pα、p钋,由能量守恒定律得ΔE=Ekα+Ek钋。不计光子的动量,由动量守恒定律得0=pα+p钋,又Ek=p22m,故Ekα∶Ek钋=218∶4,联立解得Ek钋=0.12MeV,Ekα=6.80MeV。步骤4:结论(1)86222Rn→84218Po+24He(2)6.92MeV(3)0.12MeV6.80MeV分析推理:能量守恒定律和动量守恒定律。-32-12345怎样得高分以题说法核反应方程及核能的计算(1)掌握核反应方程中的守恒。①质量数守恒。②电荷数守恒。(2)核能的计算方法。①根据爱因斯坦质能方程,即ΔE=Δmc2(J)。②根据1原子质量单位(u)相当于931.5MeV能量,即ΔE=Δm×931.5(MeV)。③如果核反应时释放的核能是以动能形