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第1部分专题突破方略专题八近代物理典题再现1.(2020·山东等级考模拟)2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年.1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为42He＋147N→m8X＋1nY.以下判断正确的是()A.m＝16，n＝1B．m＝17，n＝1C.m＝16，n＝0D．m＝17，n＝0解析：选B.由质量数和电荷数守恒可得：4＋14＝m＋1，2＋7＝8＋n，解得m＝17，n＝1.考情分析典题再现2.(2019·高考全国卷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：选A.因为可见光光子的能量范围是1.63～3.10eV，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.考情分析典题再现3.(2019·高考全国卷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解析：选C.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.考情分析命题研究本专题为高考全国卷必考内容，从近几年高考试题可以看出无论2017年前的选考，还是近两年的必考，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．命题特点由选考时的涉及面广、全的命题思想向集中考查某一知识点转变．山东模考对本模块的考查也比较多，还与电容器结合考查．在关注教材中的实验现象、规律的同时，要注重核反应方程、核能中的简单计算题的训练，还要加强本讲知识与生产、生活及科技应用相联系的习题的训练光电效应现象【高分快攻】1．对光电效应规律的解释对应规律对规律的解释极限频率νc电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功W0，要使照射光子能量不小于W0，对应的频率νc＝W0h即极限频率对应规律对规律的解释最大初动能电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，所以光电子的最大初动能只随照射光的频率增大而增大，与照射光强度无关瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的时间饱和电流当发生光电效应时，增大照射光强度，包含的光子数增多，照射金属时产生的光电子增多，因而饱和电流变大2.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.【典题例析】(2019·高考北京卷)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【题组突破】角度1对光电效应规律的理解1．1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是()A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属一定发生光电效应解析：选A.根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A正确，D错误；根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错误；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错误．角度2光电效应方程和图象问题2．小明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．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.(1)图甲中电极A为光电管的____(填“阴极”或“阳极”)；(2)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，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；(3)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＝___J.解析：(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的截止频率νc为5.15×1014Hz，逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J.(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由Ek＝hν－hνc得，光电子的最大初动能为Ek＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014J≈1.23×10－19J.答案：(1)阳极(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确]3．41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确](3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确]解决光电效应类问题的“3点注意”注意1：决定光电子最大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．原子能级和能级跃迁【高分快攻】1．玻尔理论的三条假设轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态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.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条数可用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.【典题例析】(2018·高考天津卷)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[解析]Hα的波长最长，频率最低，由跃迁规律可知，它对应的前后能级之差最小，A项正确；由频率越低的光的折射率越小知，B项错误；由折射率n＝cv可知，在同一介质中，Hα的传播速度最大，C项错误；当入射光频率大于金属的极限频率可以使该金属发生光电效应现象，因νHβνHγ，所以Hβ不一定能使该金属发生光电效应现象，D项错误．[答案]A【题组突破】1．如图所示为氢原子的能级图，现有一群处于n＝3能级的激发态的氢原子，则下列说法正确的是()A．能发出6种不同频率的光子B．波长最长的光是氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生的C．发出的光子的最小能量为12.09eVD．处于该能级的氢原子至少需吸收1.51eV能量的光子才能电离解析：选D.一群处于n＝3能级的激发态的氢原子能发出C23＝3种不同频率的光子，A错误；由辐射条件知氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子频率最大，波长最小，B错误；发出的光子的最小能量为E3－E2＝1.89eV，C错误；n＝3能级对应的氢原子能量是－1.51eV，所以处于该能级的氢原子至少需吸收1.51eV能量的光子才能电离，D正确．2．氢原子部分能级的示意图如图所示．不同色光的光子能量如下表所示．色光红橙黄绿蓝－靛紫光子能量范围(eV)1.61～2．002.00～2．072.07～2．142.14～2．532.53～2．762.76～3．10处于某激发态的氢原子，发射的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：选A.原子发光时放出的光子的能量等于原子能级差，先分别计算各能级差，再由小到大排序．结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89eV和2.55eV的光子属于可见光，分别属于红光和蓝－靛光的范围，故答案为A.原子核的衰变规律【高分快攻】1．衰变规律及实质衰变类型α衰变β衰变衰变方程MZX→M－4Z－2Y＋42HeMZX→MZ＋1Z＋0－1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒2.γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核42He＋2e4u最强最弱β射线电子0－1e－e11836u较强较强γ射线光子γ00最弱最强3.半衰期的理解(1)半衰期研究对象一定是大量的、具有统计意义的数量；(2)半衰期永不变；(3)半衰期的公式：N余＝N原12tτ，m余＝m原12tτ.【典题例析】(2017·高考全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为23892U→23490Th＋42He.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[解析]静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和α粒子的动量等大反向，即pTh＝pα，B项正确；因此有2mThEkTh＝2mαEkα，由于钍核和α粒子的质量不等，因此衰变后钍核和α粒子的动能不等，A项错误；半衰期是有半数铀核衰变所用的时间，并不是一个铀核衰变所用的时间，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此D项错误．[答案]B【题组突破】角度1对衰变规律的理解1.(多选)23892U是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图所示，下列说法正确的是()A．图中a是84，b是206B.20682Pb比23892U的比结合能大C．Y和Z是同一种衰变D．Y是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的解析：选ABC.由210aPo变到20682Pb，质量数少4，知发生了一次α衰变，则电荷数少2，所以a＝84，由210