高三物理近代物理初步专题复习学案学生版.docx
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高三物理近代物理初步专题复习学案学生版
近代物理初步
知识网络
一、原子结构
【考情分析】
常考查光α粒子散射实验与原子核式结构，以及结合氢原子光谱考查玻尔原子模型、能级公式和原子的跃迁条件、规律等，有时可能与光电效应结合命题.
【精讲精练】
1.卢瑟福的核式结构模型
α粒子散射实验
2.玻尔模型
（1）能级和能级跃迁
①轨道量子化：
核外电子只能在一些分立的轨道上运动rn＝n2r1（n＝1,2,3，…）
②能量量子化：
原子只能处于一系列不连续的能量状态En＝（n＝1,2,3，…）
③辐射条件：
hν＝Em－En.
④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＝C.
（2）原子能级跃迁的三个关键问题
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级能量的绝对值．
③一群氢原子和一个氢原子不同．只有大量的处于n能级上的氢原子，发射光子的种类才有：
N＝C＝.
一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（n－1）．
【练1】（2015·高考安徽卷）如图所示是α粒子（氦原子核）被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是（ ）
A．M点 B．N点
C．P点D．Q点
【练2】（2016·北京市丰台区二模）关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是（ ）
A．氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大
B．氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子
C．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小
D．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小
【练3】（2018·北京海淀高三模拟）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
【练4】（2018·石家庄模拟）实验室考查氢原子跃迁时的微观效应．已知氢原子能级图如图所示，氢原子质量为mH＝1.67×10－27kg.设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n＝5的能级状态．
（1）求氢原子由高能级向低能级跃迁时，可能发射出多少种不同频率的光；
（2）若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用p＝表示（h为普朗克常量，ν为光子频率，c为真空中光速），求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率．（保留三位有效数字）
二、原子核
【考情分析】
1．该考点是高考中的热考点，主要考查核衰变规律、三种射线特性、核反应方程及核能的计算．
2．掌握核反应过程中必须遵守的两大守恒规律及核能计算的两种途径是关键．
3．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核的衰变不适用．
4．核反应过程中满足质量数守恒而不是质量守恒．
5．并不是生成物中有He的就是α衰变，有e的就是β衰变．
6．核裂变并不是“分解反应”
【精讲精练】
1．四种核反应
（1）衰变：
放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变化．
①α衰变方程：
X→Y＋He
α衰变实质：
2个质子和2个中子结合成一个氦核
②β衰变方程：
X→Y＋e
衰变实质：
1个中子转化为1个质子和1个电子
（2）原子核的人工转变：
用人工的方法，使原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．
①质子的发现：
N＋He→O＋H（卢瑟福）
②中子的发现：
Be＋He→C＋n（查德威克）
（3）裂变：
一个重核分裂成两个中等质量的核，这样的核反应叫作裂变．
U＋n→Ba＋Kr＋3n
（4）聚变：
两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作聚变．
H＋H→He＋n＋17.6MeV
2．书写核反应方程的原则及方法
（1）无论何种核反应方程，都必须遵守电荷数守恒和质量数守恒（注意：
不是质量守恒），有些核反应方程还要考虑能量守恒及动量守恒．
（2）核反应过程一般是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头“→”表示反应进行的方向，不能把箭头写成等号．
（3）核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空地只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．
3．计算核能的方法
（1）根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2（J）．
（2）根据1原子质量单位（u）相当于931.5兆电子伏（MeV）能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5（MeV）．
（3）如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能．
4.结合能、平均结合能
（1）结合能：
核子结合成原子核时放出的能量，或者原子核分解成核子时吸收的能量。
如：
（2）平均结合能（比结合能）：
核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量。
平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核越稳定。
（3）一些原子核的平均结合能
原子核
结合能/MeV
平均结合能/MeV
2.224
1.112
8.485
2.828
7.720
2.573
28.30
7.705
31.99
5.332
39.25
5.603
中等核子数的核（如Fe）
约8.5
重核（如U或Pu）
约7.6
（4）平均结合能曲线，由图像可看出
①核子数较小的轻核和核子数较大的重核，平均结合能都比较小。
中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示这些原子核较稳定。
②利用核能有两种方式：
一种是利用重核的分裂，另一种是利用轻核的的聚合。
【练5】（衰变射线性质）（2017·常德市高三模拟）某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线，让这三种射线进入磁场，运动情况如图12 3所示，下列说法正确的是（ ）
A．该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大
B．C粒子是原子核的重要组成部分
C．A粒子一定带正电
D．B粒子的穿透性最弱
【练6】（半衰期的理解）碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有（ ）
A. B．
C.D．
【练7】（核衰变综合）（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U→Th＋He.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
【练8】（人工转变）（2018·高考全国卷Ⅲ）1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：
α＋Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为（ ）
A．15和28 B．15和30
C．16和30D．17和31
【练9】（人工转变）（多选）（2016·高考全国卷Ⅲ改编）一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si，下列说法正确的是（ ）
A．核反应方程为p＋Al―→Si
B．核反应过程中系统动量守恒
C．核反应过程中系统能量不守恒
D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
【练10】（核反应方程式）（2016·高考全国卷Ⅱ）在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．（填正确答案标号）
A.C→N＋e
B.P→S＋e
C.U→Th＋He
D.N＋He→O＋H
E.U＋n→Xe＋Sr＋2n
F.H＋H→He＋n
【练11】（核反应方程式）现有四个核反应：
A.H＋H→He＋n
B.U＋n→X＋Kr＋3n
C.Na→Mg＋e
D.He＋Be→C＋n
①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．
②B中X的质量数为________，中子数为________．
【练12】（核能的计算）（2017·高考全国卷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：
H＋H→He＋n.已知H的质量为2.0136u,He的质量为3.0150u，n的质量为1.0087u，1u＝931MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为（ ）
A．3.7MeV B．3.3MeV
C．2.7MeVD．0.93MeV
三、光电效应
【考情分析】
1．该考点考查的重点是光电效应规律及爱因斯坦光电效应方程的应用．
2．复习中要注意掌握有关光电效应现象的四类图象的特点及图线的斜率、截距的意义．
3．不清楚光电效应的发生是光的频率决定还是光的强度决定易出错．
4．光电流、饱和光电流与光的强度、光电管两端的正向电压大小的关系不清易出错．
【精讲精练】
1．光电效应实验
⑴光电管：
把光信号转变为电信号的装置。
⑵遏止电压：
当加在光电管上的反向电压达到一定值时，光电流为零，这时的电压叫遏止电压。
由动能定理得eU=Ekm
光电流电压图像
⑶两个图像
2．规律
⑴极限频率ν0：
对于各种金属都存在一个极限频率，当入射光频率必须高于这个极限频率时，才能产生光电效应；如果入射光频率低于这个极限频率，无论光多么强，照射时间多么长，都不会产生光电效应。
⑵最大初动能Ekm：
光电子的最大初动能随着入射光频率的增加而增大，与入射光的强度无关。
光电效应方程：
hν=W+Ekm
⑶光电流强度∝入射光的强度：
当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的光电子数与与入射光的强度有关，光的强度越大，单位时间内从金属表面逸出的光电子数越多。
⑷瞬时性（t≤10-9S）：
入射光照到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的不超过10-9秒
3．光电效应的“两条线索”和“两个对应关系”
（1）两条线索：
（2）两条对应关系：
光强大→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．
4．光电效应图像问题
（1）Ekm－ν图象，表示了光电子的最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线，图甲中横轴上的截距是阴极金属的极限频率，纵轴上的截距表示了阴极金属的逸出功负值，直线的斜率为普朗克常量，图象的函数式：
Ek＝hν－W0.
（2）光电效应中的I－U图象，是光电流强度I随两极板间电压U的变化曲线，图乙中的Im是饱和光电流，Uc为遏止电压．
【练13】（光电效应实验）如图所示是研究光电管产生的电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的极限频率为ν0.现将频率为ν（大于ν0）的光照射在阴极上，则：
（1）________是阴极，阴极材料的逸出功等于________．
（2）加在A、K间的正向电压为U时，到达阴极的光电子的最大动能为____________，将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加，电流表的示数的变化情况是________________．
（3）为了阻止光电子到达阳极，在A、K间应加U反＝________的反向电压．
（4）下列方法一定能够增加饱和光电流的是________．
A．照射光频率不变，增加光强
B．照射光强度不变，增加光的频率
C．增加A、K电极间的电压
D．减小A、K电极间的电压
2019年，高三,高二,物理,全国卷,学案,辅导资料，通用版
【练14】（光电效应及方程）（多选）（2017·Ⅲ卷T19）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νa>νb，则一定有Ua＜Ub
B．若νa>νb，则一定有Eka＞Ekb
C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb
D．若νa>νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb
【练15】（光电效应及方程）（多选）（2016·Ⅰ卷T35
（1）改编）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是（ ）
A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
【练16】（光电效应方程）（2018·高考全国卷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．1×1014Hz B．8×1014Hz
C．2×1015HzD．8×1015Hz
【练17】（光电效Ek－ν图象）（多选）如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线（直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5）．由图可知（ ）
A．该金属的截止频率为4.27×1014Hz
B．该金属的截止频率为5.5×1014Hz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功为0.5eV
【练18】（光电效I－U图象）在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示．则可判断出（ ）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能
【练19】（光电效Uc－ν图象）（2015·高考全国卷Ⅰ）在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．
四、光的波粒二象性
理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子．由光子的能量E＝hν，光子的动量p＝表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：
表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.
【练20】（多选）（2015·高考全国卷Ⅱ改编）实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是（ ）
A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
【练21】（2018·太原质检）关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是（ ）
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道
C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的
D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
【练22】（结合能）（多选）关于原子核的结合能，下列说法正确的是_________。
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．铯原子核（
Cs）的结合能小于铅原子核（
Pb）的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
参考答案
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案
C
C
A
C
C
B
B
AB
B
题号
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
答案
BC
AC
B
AC
B
AC
D
ABC
4.解析：
（1）不同频率的光的种类为
N＝C＝＝10（种）．
（2）由动量守恒
mHvH＝p光子＝知：
当ν最大时，反冲速率vH最大
又hν＝E5－E1＝－0.54eV－（－13.6）eV＝13.06eV
＝2.090×10－18J
故vH＝＝m/s＝4.17m/s.
10.C、AB、E、F
11.：
（1）B
（2）①D B A ②144 88
13.答案：
（1）K hν0
（2）hν－hν0＋eU 逐渐增大，直至保持不变 （3） （4）A
19.解析：
根据光电效应方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝－，故＝k，b＝－，得h＝ek，W0＝－eb.
答案：
ek －eb
近代物理初步课时练习
1．（2018•河北“名校联盟”质监）下列选项中，说法正确的是：
A．卢瑟福提出核式结构模型，很好的解释了
粒子散射实验中的现象
B．电子穿过晶体时会产生衍射图样，这证明了电子具有粒子性
C．借助于能量子的假说，爱因斯坦得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合非常好
D．
射线是高速电子流，它的穿透能力比
射线和
射线都弱
2．（2018·三明模拟）按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（ ）
A．原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量也减小
B．原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小
C．原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小
D．原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大
3．（2018·江苏清江中学高三模拟）如图所示为氢原子的能级图，当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，辐射出光子a；当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出光子b，则下列说法中正确的是（ ）
A．光子a的能量大于光子b的能量
B．光子a的波长小于光子b的波长
C．b光比a光更容易发生衍射现象
D．在同种介质中，a光子的传播速度大于b光子的传播速度
4．（多选）（2018·东北三校联考）如图所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则下列关系式中正确的是（ ）
A．λ1<λ3B．λ3<λ2
C．λ3>λ2D．＝＋
5．
（2018·高考天津卷）国家大科学工程——中国散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台．下列核反应中放出的粒子为中子的是（ ）
A.7N俘获一个α粒子，产生8O并放出一个粒子
B.Al俘获一个α粒子，产生P并放出一个粒子
C.5B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子
D.Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子
6．（多选）（2018·湖北黄冈模拟）下列说法中正确的是（ ）
A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构
B.Th衰变成Pb要经过6次α衰变和4次β衰变
C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
D．升高放射性物质的温度，不可缩短其半衰期
7.（2018•肇庆市检测）一静止的氡核（
）放出一个α粒子衰变成钋核（
），衰变方程为
。
下列说法正确的是
A.衰变后钋核的速度大小等于α粒子的速度大小
B.衰变后钋核的动能小于α粒子的动能
C.氡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粒子与钋核的质量之和等于衰变前氡核的质量
8．由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界中一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列选项中正确的是（ ）
A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
B.Np经过衰变变成Bi，衰变过程可以同时放出α粒子、β粒子和γ粒子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D.Np的半衰期等于任一个Np原子核发生衰变的时间
9．（多选）人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是（ ）
A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量
B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能
C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大
D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度
10．（2018•河南八市一测）下列说法正确的是（）
A.β衰变总是伴随着α衰变发生的
B.
的半衰期为14天，则100个
原子经14天后还有50个
C.各种衰变都会发射高能粒子，衰变后产生的新核都处于低能级状态
D.无论是核聚变，海事核裂变，产生的新核比结合能都增加
11．（2018•湖南五市十校教改共同体）下列几幅图的有关说法中，不正确的是
A．甲图中少数
粒子发生了较大角度偏转，是由于原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B．乙图中射线乙是
射线，射线甲是由
粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷
C．丙图中强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点，说明发生光电效应时最大初动能与光的强度无关
D．丁图为粒子通过气泡室时的照片，通过照片可以分析粒子的动能、能量以及带电情况
12．（2015·高考海南卷）氢原子基态的能量为E1＝－13.6eV.大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为________eV（保留2位有效数字），这些光子可具有________种不同的频率．
13．（多选）（2018·陕西师大附中检测）用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器的指针偏转，b光照射时指针未偏转，以下说法正确的是（ ）
A．增大a光的强度，验电器的指针偏角一定减小
B．a光照射金属板时验电器的金属小球带负电
C．a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长
D．若a光是氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时产生的
14．（多选）（2018·河北保定模拟）如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是（ ）
A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流
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