2020年高考物理二轮复习 专题五 近代物理初步课件

专题五近代物理初步高考对光电效应及其规律的考查经常从三个方面进行，即光电效应的实验规律、爱因斯坦对光电效应现象的解释、光电效应方程的应用及其图像。对于光电效应现象的解释问题，要注意饱和电流、遏止电压和截止频率产生的原因；对于光电效应方程及其应用问题，则要注意如何根据光电效应方程求解金属的逸出功W、截止频率ν以及普朗克常量h等。建议对本考点多加关注。考点一光电效应及其规律释疑4大考点理清知识体系深化规律内涵1．理解光电效应现象。如诊断卷第1题，光电效应存在极限频率，发生光电效应时，增大入射光的强度，单位时间内逸出的光电子数将增加，但不会增大光电子的最大初动能；只有增大入射光的频率，才会增大光电子的最大初动能。2．掌握光电效应现象的两个重要关系(1)遏止电压Uc与入射光频率ν、逸出功W0间的关系：Uc＝heν－W0e；(2)截止频率νc与逸出功W0的关系：hνc＝W0，据此求出截止频率νc。在分析诊断卷第2题应明确以下两点：①当加上遏止电压时，具有最大初动能的光电子刚好到达阳极A，此时光电子克服电场力做的功刚好等于光电子的最大初动能；②当用频率等于极限频率的光照射阴极K时，光电子的最大初动能为零。3．Ek­ν图线是一条倾斜直线，但不过原点，其与横轴、纵轴交点的坐标值(绝对值)分别表示极限频率和金属逸出功。如诊断卷第3题，由题图可知，W0＝b，νc＝a，由W0＝hνc可得h＝ba，A正确。[题点全练]1．(2019·天一大联考)如图所示为光电管的示意图，光照时两极间可产生的最大电压为0.5V。若光的波长约为6×10－7m，普朗克常量为h，光在真空中的传播速度为c，取hc＝2×10－25J·m，电子的电荷量为1.6×10－19C，则下列判断正确的是()A．该光电管K极的逸出功大约为2.53×10－19JB．当光照强度增大时，极板间的电压会增大C．当光照强度增大时，光电管的逸出功会减小D．若改用频率更大、强度很弱的光照射时，两极板间的最大电压可能会减小解析：该光电管K极的逸出功大约为W＝hcλ－Ue＝2×10－256×10－7J－0.5×1.6×10－19J＝2.53×10－19J，选项A正确；当光照强度增大时，极板间的电压不变，选项B错误；光电管的逸出功由材料本身决定，与光照强度无关，选项C错误；在光电效应中，根据光电效应方程知，Ekm＝hν－W0，改用频率更大的光照射，光电子的最大初动能变大，两极板间的最大电压变大，选项D错误。答案：A2．(2019·河北唐山联考)用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。则下列说法中正确的是()A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝1.2×10－19J解析：题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc与入射光频率ν，因此光电管左端应接电源负极，故选项A错误；当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中，则电压增大，光电流增大，当电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，故选项B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故选项C错误；根据图像可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014Hz，根据hνc＝W0，则可求出该金属的逸出功大小W0＝6.63×10－34×5.15×1014J＝3.41×10－19J，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，则最大初动能为：Ekm＝6.63×10－34×7.0×1014J－3.41×10－19J＝1.2×10－19J，故选项D正确。答案：D3．(2019·福州质检)研究光电效应现象的实验装置如图(a)所示，用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K时，测得相应的遏止电压分别为U1和U2，产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图(b)所示。已知电子的质量为m，电荷量为－e，黄光和蓝光的频率分别为ν1和ν2，且ν1ν2。则下列判断正确的是()A．U1U2B．图(b)中的乙线是对应黄光照射C．根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率D．用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eU2解析：根据光电效应方程则有：Ekm1＝hν1－W0＝eU1，Ekm2＝hν2－W0＝eU2，由于蓝光的频率ν2大于黄光的频率ν1，则有U1＜U2，所以题图(b)中的乙线是对应蓝光照射；用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eU2，阴极K金属的极限频率ν0＝W0h＝ν2－eU2h，故D正确，A、B、C错误。答案：D本考点是对原子结构模型及原子光谱问题的考查，题型为选择题，难度一般，主要考查考生的理解和分析能力。建议考生自学为主。考点二原子结构与玻尔理论理清知识体系掌握解题思路1．按照玻尔的氢原子模型，电子在各轨道上稳定运动时，有ke2r2＝mv2r，可得12mv2＝ke22r，可知，氢原子的核外电子向靠近原子核的轨道跃迁时，电子动能增大，库仑力增大，库仑力做正功，系统电势能减少，原子能量减少。如诊断卷第5题，由以上理论可知，B、D正确。2．一群处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为C2n，而一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为n－1。氢原子在能级之间发生跃迁时，吸收或放出的光子频率是某些特定值，但使处于某能级的氢原子发生电离，吸收的能量或光子的频率可以是高于某一特定值的任意值。如诊断卷第6题。[题点全练]1．(2019·全国卷Ⅰ)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．1.51eV解析：可见光光子能量范围为1.63～3.10eV，则氢原子能级差应该在此范围内，可简单推算如下：2、1能级差为10.20eV，此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89eV，此值属于可见光光子的能量，符合题意。氢原子处于基态，要使氢原子达到第3能级，需提供的能量为－1.51eV－(－13.60eV)＝12.09eV，此值也是提供给氢原子的最少能量，选项A正确。答案：A2．(2019·青岛模拟)如图为氢原子的能级图，已知可见光光子的能量范围为1.62～3.11eV，金属钠的逸出功是2.25eV，现有大量处于n＝4能级的氢原子。下列说法正确的是()A．氢原子跃迁时最多可发出6种可见光B．氢原子跃迁时发出的可见光均能使金属钠发生光电效应C．氢原子跃迁时发出的可见光使金属钠发生光电效应得到光电子的最大初动能为0.3eVD．氢原子跃迁时发出的可见光使金属钠发生光电效应得到光电子的最大初动能为10.98eV解析：根据C24＝6知，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光子，因为可见光的光子能量范围为1.62～3.11eV，满足此范围的有：n＝4到n＝2，n＝3到n＝2，所以氢原子跃迁时最多可发出2种可见光，故A错误；氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光子能量为－0.85eV－(－3.4eV)＝2.55eV，从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光子能量为－1.51eV－(－3.4eV)＝1.89eV＜2.25eV，故B错误；根据Ek＝hν－W0，氢原子跃迁时发出的可见光使金属钠发生光电效应得到光电子的最大初动能为Ek＝2.55eV－2.25eV＝0.3eV，故C正确，D错误。答案：C3．(2019·成都二诊)氢原子的能级示意图如图所示，一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是()A．氢原子可能发出3种不同频率的光B．已知钾的逸出功为2.22eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子C．氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小D．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时，产生的光的频率最高，波长最短解析：一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即3→2,2→1，选项A错误；氢原子能从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为E32＝－1.51eV－(－3.40eV)＝1.89eV2.22eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子不能从金属钾的表面打出光电子，选项B错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，能级差最小，释放的光子能量最小，选项C错误；从n＝3的能级跃迁到n＝1的能级时，能级差最大，辐射出的光的频率最高，波长最短，故D正确。答案：D本考点常考原子核α衰变和β衰变的规律、三种射线的特性及半衰期问题的有关计算，多以选择题的形式命题，难度一般，考生只要记忆并理解相关知识，再做一些对应练习，便可轻松应对。建议考生适当关注即可。考点三原子核及其衰变理清知识体系辨析两类问题1．α粒子、β粒子、γ射线粒子分别为42He、0－1e、光子，它们的组成不同，特性不同，在电场、磁场中的偏转规律也不同。如诊断卷第7题，射线C中的粒子受洛伦兹力向右，由左手定则可判断其带负电，应为β射线，但它不是原子核的组成部分。2．α衰变和β衰变次数的确定方法：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。如诊断卷第8题，α衰变的次数m＝238－2064＝8，由92－2×8＋n＝82可得β衰变次数n＝6，故A正确。[题点全练]1．(2019·济宁二模)铀核(23592U)经过m次α衰变和n次β衰变变成铅核(20782Pb)。关于该过程，下列说法正确的是()A．m＝5B．n＝4C．铀核(23592U)的比结合能比铅核(20782Pb)的比结合能大D．铀核(23592U)的衰变过程的半衰期与温度和压强有关解析：由题意可知衰变方程为：23592U→20782Pb＋mα＋nβ，则235＝207＋4m，解得m＝7，又92＝82＋7×2－n，得n＝4，故A错误，B正确；原子核的结合能与核子数之比称作比结合能，铀核(23592U)的比结合能比铅核(20782Pb)的比结合能小，故C错误；铀核(23592U)衰变过程的半衰期与温度和压强无关，由原子核内部因素决定，故D错误。答案：B2．(2019·河南平顶山联考)钴60(6027Co)是金属元素钴的放射性同位素，发生一次β衰变后放出γ射线，产生新的原子核X，则下列说法正确的是()A．原子核X的电荷数为26B．原子核X的中子数比质子数多4C．β粒子是钴60原子核最外层电子D．γ射线由钴60原子核释放解析：6027Co发生一次β衰变，产生新原子核的电荷数为28，质量数为60，因此中子数为32，中子数比质子数多4，选项A错误，B正确；β粒子来源于钴60原子核，选项C错误；γ射线由钴60衰变后产生的新核释放，选项D错误。答案：B3．(2019·湖南衡阳联考)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别r1、r2，则下列说法正确的是()A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变B．径迹2可能是衰变后新核的径迹C．若衰变方程是23892U→23490Th＋42He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2D．若衰变方程是23892U→23490Th＋42He，则r1∶r2＝1∶45解析：原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子的动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则可知，若生成的两粒子电性相反，则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以为电性相同的粒子，故A错误；粒子在磁场中做匀