完整版届高三物理二轮复习习题专题五近代物理初步Word版含答案.docx

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完整版届高三物理二轮复习习题专题五近代物理初步Word版含答案

专题五近代物理初步

[高考定位]

1．考查内容

（1）光电效应、方程、最大初动能、逸出功。

（2）原子结构、氢原子光谱、氢原子能级跃迁。

（3）天然放射现象、原子核的组成、衰变、半衰期、核反应方程、质能方程。

2．题型、难度

高考对本专题的考查形式为选择题或填空题，且每年必考难度中档。

1．（多选）在光电效应试验中，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。

下列说法正确是

A．若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub

B．若νa＞νb，则一定有Eka＞Kkb

C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb

D．若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb

解析　由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，由动能定理可得：

Ekm＝eU，所以当νa＞νb时，Ua＞Ub，Eka＞Ekb。

故A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故C正确；由光电效应方程可得：

金属的逸出功W＝hνa－Ekb，故D错误。

答案　BC

2．如图5－1所示，我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。

下列核反应方程中属于聚变反应的是

图5－1

A.H＋H→He＋n

B.N＋He→O＋H

C.He＋Al→P＋n

D.U＋n→Ba＋Kr＋3n

解析　H＋H→He＋n是一个氚核与一个氚核结合成一个氚核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；N＋He→O＋H是卢瑟福发现质子的核反应，他用α粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素——氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；He＋Al→P＋n是小居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷（磷30），属于人工核反应，故C错误；U＋n→Ba＋Kr＋3n是一种典型的轴核裂变，属于裂变反应，故D错误。

答案　A

3．一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

解析　根据动量守恒可知，生成的钍核的动量与α粒子的动量等大反向，选项B正确；根据Ek＝可知，衰变后钍核的动能小于α粒子的动能，选项A错误；铀核的半衰期等于一半数量的铀核衰变需要的时间，而放出一个α粒子所经历的时间是一个原子核衰变的时间，故两者不等，选项C错误；由于该反应放出能量，由质能方程可知，衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误；故选B。

答案　B

4．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。

氚核聚变反应中释放的核能约为

A．3.7MeV　　　　　　　　B．3.3MeV

C．2.7MeVD．0.93MeV

解析　根据质能方程，释放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.0035u，则

ΔE＝0.0035×931.5MeV＝326025MeV≈3.3MeV，故B正确，A、C、D错误。

答案　B

考点一　光电效应

【必记要点】

1．光电效应的实验规律

（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）当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。

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最大初动能Ek＝mv2。

3．由Ek－ν图象（如图5－2）可以得到的信息

图5－2

（1）极限频率：

图线与ν轴交点的横坐标νc。

（2）逸出功：

图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0。

（3）普朗克常量：

图线的斜率k＝h。

4．由I－U图象（如图5－3）可以得到的信息

图5－3

（1）遏止电压Uc：

图线与横轴的交点的绝对值。

（2）饱和光电流Im∶电流的最大值。

（3）最大初动能：

Ek＝eUc。

[例1]　（多选）（2018·安徽江淮十校联考）如图5－4所示，将锌板与一验电器相连，用频率为ν的紫外线照射锌板，去掉光源后，验电器指针保持一定偏角，下列判断中正确的是

图5－4

A．用一带负电（带电荷量较少）的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小

B．使验电器指针回到零后，改用强度更大的紫外线照射锌板，验电器指针偏角将比原来大

C．使验电器指针回到零后，改用红外线照射锌板，只要强度足够大，验电器指针也会偏转

D．若用频率为ν的紫外线照射锌板，产生的光电子最大初动能为Ek，则改以频率为2ν的紫外线照射，光电子的最大初动能为2Ek

[审题探究]

（1）验电器与锌板所带电荷的电性相同。

（2）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但并非成正比。

[解析]　用紫外线照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小，故选项A正确；紫外线的光强度越大，单位时间从锌板发射的光电子数越多，锌板和验电器所带正电荷越多，验电器指针偏角越大，故选项B正确；红外线的频率小于锌板极限频率，无论红外线光强多大，锌板都不会发生光电效应，故选项C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，Ek2＝2hν－W0，则Ek2≠2Ek，Ek2＝Ek＋hν，故选项D错误。

[答案]　AB

【题组训练】

1．（光电效应产生的条件）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是

A．改用频率更小的紫外线照射

B．改用X射线照射

C．改用强度更大的原紫外线照射

D．延长原紫外线的照射时间

解析　某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关，不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X射线的频率比紫外线频率高，所以本题答案为B。

答案　B

2．（多选）（光电效应的规律）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

E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关

解析　根据光电效应实验得出的结论：

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；故A正确、B错误；根据爱因斯坦光电效应方程得：

入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C正确；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，若低于截止频率，则没有光电流产生，故D错误、E正确。

答案　ACE

3．（多选）（光电效应方程的应用）用如图5－5所示的装置研究光电效应现象，所用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零；移动变阻器的触头c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是

图5－5

A．光电子的最大初动能始终为1.05eV

B．开关S断开后，电流表G中有电流流过

C．当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电流增大

D．改用能量为2.5eV的光子照射，移动变阻器的触头c，电流表G中也可能有电流

解析　该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，可知光电子的最大初动能为1.7eV，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，得W0＝1.05eV，故选项A错误；开关S断开后，用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故选项B正确；当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，则到达中心电极的电子的数目减少，电流减小，故选项C错误；改用能量为2.5eV的光子照射，2.5eV大于1.05eV，仍然可以发生光电效应，移动变阻器的触头c，电流表G中可能有电流，故选项D正确。

答案　BD

考点二　原子的核式结构、玻尔理论

【必记要点】

1．α粒子散射实验：

绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的α粒子散射实验的分析图角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图5－6所示。

图5－6

2．原子的核式结构模型：

原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。

3．氢原子光谱

（1）光谱分类

图5－7

（2）氢原子光谱的实验规律：

巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R（n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1）。

4．氢原子的能级结构，能级公式

（1）玻尔理论

①定态：

原子只能处于一系列不连续的能量状态中。

②跃迁：

原子从一种定态向另一种定态跃迁时放出（或吸收）光子的能量hν＝Em－En。

（2）氢原子的能级公式：

En＝E1（n＝1,2,3。

…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV。

（3）氢原子的半径公式：

rn＝n2r1（n＝1,2,3，…），其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m。

5．氢原子的能级图

能级图如图5－8所示

图5－8

【题组训练】

1．（多选）（α粒子散射实验）如图5－9所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是

图5－9

A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多

B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些

C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光

D．放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少

答案　AD

2．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则

A．吸收光子的能量为hν1＋hν2

B．辐射光子的能量为hν1＋hν2

C．吸收光子的能量为hν2－hν1

D．辐射光子的能量为hν2－hν1

解析　由题意可知：

Em－En＝hν1，Ek－En＝hν2。

因为紫光的频率大于红光的频率，所以ν2＞ν1，即k能级的能量大于m能级的能量，氢原子从能级k跃迁到能级m时向外辐射能量，其值为Ek－Em＝hν2－hν1，故只有D项正确。

答案　D

3．（多选）氢原子能级如图5－10，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656nm。

以下判断正确的是

图5－10

A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656nm

B．用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级

C．一群处于n＝3能级上的氢原子向