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专题五近代物理初步近三年全国卷考情统计高考必备知识概览常考点全国卷Ⅰ全国卷Ⅱ全国卷Ⅲ原子的能级跃迁2019·T14光电效应问题2018·T172017·T19原子核的衰变问题2017·T15核能的计算问题2017·T172019·T151．(2019·全国卷Ⅰ)氢原子能级示意图如图所示．光子能量在1.63eV～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[题眼点拨]由氢原子的能级图可知，要辐射光子必定要满足能级差；“光子能量在1.63eV～3.10eV的光为可见光”说明了可见光的范围．解析：因为可见光光子的能量范围是1.63eV～3.10eV，所以氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，即选项A正确．答案：A2．(2019·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2ν已知11H和42He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42He的过程中，释放的能量约为()A．8MeVB．16MeVC．26MeVD．52MeV[题眼点拨]由方程“411H→42He＋201e＋2ν”可知Δm＝4mp－mα，由质能方程可求出释放的能量．解析：核反应质量亏损Δm＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，释放的能量ΔE＝0.0286×931MeV＝26.6MeV，选项C正确．答案：C3．(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．8×1015Hz[题眼点拨]①“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”说明由光电效应方程Ek＝hν－W0可求得逸出功；②“锌产生光电效应的单色光的最低频率”说明要求的频率为截止频率．解析：由光电效应方程Ek＝hν－W0＝hν－hν0，代入数据解得ν0＝8×1014Hz.答案：B4．(2018·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核元素X：α＋2713Al→n＋X，X的原子序数和质量数分别为()A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31[题眼点拨]核反应方程α＋2713Al→n＋X，质量数和电荷数守恒．解析：根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2＋13＝15，质量数为4＋27－1＝30，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30，选项B正确．答案：B5．(2017·全国卷Ⅰ)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：21H＋21H→32He＋10n.已知21H的质量为2.0136u，32He的质量为3.0150u，10n的质量为1.0087u，1u＝931MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A．3.7MeVB．3.3MeVC．2.7MeVD．0.93MeV[题眼点拨]要求氘核聚变反应中释放的核能，先求亏损的质量，再利用质能方程可求得结果．解析：氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.0035×931MeV/c2×c2≈3.3MeV，选项B正确．答案：B命题特点与趋势1．本专题2017年新调为高考必考内容，从近几年高考试题可以看出无论2017年前的选考．还是2017年至2019年的必考，题型都以选择题为主，命题点多集中在光电效应、核反应方程、核能的计算，难度不大，多以识记型为主．2．从2017年高考题可以看出，选择题选考时的五个选项，变成四个选项，由选考时的涉及面广、全的命题思想向选项中考查某一知识点转变，如2017全国卷Ⅰ的17题只集中考查核能的计算，2019全国卷Ⅰ的14题集中考查玻尔模型．解题要领1．熟悉教材中常见实验现象及理论解释．2．加强基本概念、规律的理解和记忆．3．注重核反应方程、核能中的简单计算题的训练．考点1光电效应1．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应；(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大；(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s；(4)饱和光电流的大小与入射光的强度有关，入射光强度越大，饱和光电流越大．2．光电效应方程(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0；(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek.3．光电效应的研究思路(1)两条线索．(2)两条对应关系．①光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．(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Ua＜UbB．若νaνb，则一定有Eka＞EkbC．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜EkbD．若νaνb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb[题眼点拨]①“同种金属”说明逸出功相同；②“遏止电压为Ua和Ub、最大初动能分别为Eka和Ekb”说明eUa＝Eka，eUb＝Ekb.解析：设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A项错误；又有hν－Ek＝W，W相同，则D项错误．答案：BC解决光电效应类问题的“3点注意”注意1：决定光电子初动能大小的是入射光的频率，决定光电流大小的是入射光光强的大小．注意2：由光电效应发射出的光电子由一极到达另一极，是电路中产生光电流的条件．注意3：明确加在光电管两极间的电压对光电子起到了加速作用还是减速作用．[对点训练]考向光电效应的规律1．(2019·北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04．04．0弱中强2943600.90．90．9第二组4566.06．06．0弱中强2740552.92．92．9由表中数据得出的论断中不正确的是()A．两组实验采用了不同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大解析：由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1eV可知，若入射光子能量为5.0eV，则逸出光电子的最大动能为1.9eV，C项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确．答案：B考向光电效应的图象问题2．(2019·宜昌第二次联考)爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释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ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是()A．当入射光频率νν0时，会逸出光电子B．该金属的逸出功与入射光频率ν有关C．最大初动能Ekm与入射光强度成正比D．图中直线的斜率为普朗克常量h解析：要有光电子逸出，则光电子的最大初动能Ekm0，即只有入射光的频率大于金属的极限频率时才会有光电子逸出，故A错误；金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，其大小W＝hν0，故B错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，可知光电子的最大初动能Ekm与入射光的强度无关，但入射光越强，光电流越大，只要入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，可知：ΔEkmΔν＝h，故D正确．答案：D考点2原子能级和能级跃迁1．玻尔理论的三条假设(1)轨道量子化：核外电子只能在一些分立的轨道上运动．(2)能量量子化：原子只能处于一系列不连续的能量状态．(3)吸收或辐射能量量子化：原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子．2．跃迁规律(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量．(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量等于能级差hν＝ΔE；②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.③大于电离能的光子可被吸收将原子电离．(3)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出光谱线条数：N＝C2n.如图为氢原子的能级图，以下判断正确的是()A．大量氢原子从n＝3的激发态向低能级跃迁时，能产生3种频率的光子B．氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量减少C．当氢原子从n＝5的能级跃迁到n＝3的能级时，要吸收光子D．从氢原子的能级图可知原子发射光子的频率也是连续的[题眼点拨]①“从n＝3的激发态向低能级跃迁”产生的光子数C23＝3；②“核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道”说明从低能级向高能级跃迁，需吸收光子，能量增加．解析：根据C23＝3可知，一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，辐射的光子频率最多为3种，选项A正确；氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量增大，选项B错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时放出光子，选项C错误；玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，选项D错误．答案：A解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧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能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能．3．一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)，而一群氢原子跃迁发出可能的光谱线种类可用N＝C2n＝n（n－1）2求解．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，故各能级的能量值均为负值；能量单位1eV＝1.6×10－19J.[对点训练]考向核式结构的建立3．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示．下列说法中正确的是()A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型解析：α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型．答案：B考向能级跃迁4．(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