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(共62张PPT)
专题整合提升
专题16
近代物理
【知识网络构建】
1、提炼必备知识
2、突破高考热点
3、链接高考真题
4、课时跟踪训练
1、提炼必备知识
6.原子核的组成 (12) 贝克勒尔发现的天然放射性现象说明原子核是可再分的。
7.放射性、衰变、半衰期 (13) 半衰期不随温度、压强和与其他元素化合而改变；半衰期具有统计意义，对几个原子核没有意义。
8.原子核的结合能、质量亏损、爱因斯坦质能方程 (14) 结合能：核子结合成原子核所放出的能量。
(15) 比结合能：原子核的结合能与核子数之比，也叫平均结合能；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固。
(16) 质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和。
(17) 爱因斯坦质能方程：E＝mc2。
热点二　原子结构及能级跃迁
热点一　光电效应及光的波粒二象性
热点三　核反应与核能
2、突破高考热点
1.光电效应两条对应关系
(1)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
(2)光照强度大(同种频率的光)→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
2.定量分析时应抓住三个关系式
爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0
最大初动能与遏止电压的关系 Ek＝eUc
逸出功与截止频率的关系 W0＝hνc
3.光电效应的四类图像分析
图像名称 图线形状 由图线直接(或间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 Ek＝hν－hνc (1)截止频率：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W0＝|－E|＝E
(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标
(2)饱和光电流Im：光电流的最大值
(3)最大初动能：Ek＝eUc
颜色不同时，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc1>Uc2，则ν1>ν2
(2)饱和光电流
(3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 (1)截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标
(2)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)
例1 (2023·河北高三统考)光电继电器是一种利用光电效应工作的仪器。当光照射到光电管阴极时，阴极会逸出光电子，此时放大器中有电流流过，进而使得电磁继电器工作，实现自动控制。下列说法正确的是(　　)
A.只要入射光的强度足够大，光电管就能发生光电效应，与光的频率无关
B.保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，放大器中的电流将变小
C.若将电源的正负极对调，放大器中的电流将减为零
D.若入射光的频率为ν，阴极材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，则电子逸出时的动能为hν－W0
B
图1
解析　根据光电效应的条件可知，入射光的频率必须大于或等于阴极金属的截止频率才能发生光电效应，A错误；保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，则单位时间照射到阴极单位面积上的入射光的光子数目减少，即阴极单位时间单位面积上接收到的光子数将减少，故而阴极单位时间内逸出的电子数减少，放大器中的电流也将减小，B正确；若将电源的正负极对调，电源将提供反向减速电压，该反向电压可能没有达到遏止电压，电流不一定为零，C错误；根据Ek＝hν－W0可知，hν－W0为光电子的最大初动能，实际上电子逸出时的动能可能比hν－W0小，D错误。
训练1 (2023·湖南模拟预测)某实验小组研究光电效应规律时，用不同频率的光照射同一光电管并记录数据，得到遏止电压与频率的关系图线如图2甲所示，当采用绿色强光、绿色弱光、紫色弱光三种光照射同一光电管时，得到的光电流与电压的关系如图乙所示。已知电子的电荷量为e，结合图中数据可知(　　)
A
图2
训练2 (2023·1月浙江选考，11)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为(　　)
A
图3
3.一个和一群氢原子跃迁的区别
例2 (2023·湖南模拟预测)原子钟通过氢原子能级跃迁而产生的电磁波校准时钟，已运用于中国的北斗导航系统中，对导航精度的提高起到了很大的作用。氢原子能级示意图如图4所示，则下列说法正确的是(　　)
A.用10.3 eV的光子照射处于基态的氢原子可以使处于基态
的氢原子发生跃迁
B.一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射出6种
不同频率的光子
C.现用光子能量介于10.0～12.75 eV范围内的光去照射一群
处于基态的氢原子，在照射光中可能被处于基态的氢原子
吸收的光子能量只有4种
D.用氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂所产生的光电子的最大初动能为6.41 eV
D
图4
解析　若10.3 eV的光子照射处于基态的氢原子后能被氢原子吸收，则此时氢原子的能量值E＝－13.6 eV＋10.3 eV＝－3.3 eV，由能级图可知，氢原子没有该能级，所以10.3 eV的光子不可以使处于基态的氢原子发生跃迁，A错误；一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光子，B错误；由能级图可知，用10.0～12.75 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种，C错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量E41＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，由光电效应方程有Ek＝hν－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，D正确。
训练3 (2023·江苏扬州市期末)如图5所示为氢原子的能级图，现有大量的氢原子处于n＝3的激发态，当氢原子从n＝3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，下列说法正确的是(　　)
A.由于跃迁所发射的光谱线仅有2条
B.光子a的能量大于光子b的能量
C.光子a的动量小于光子b的动量
D.用光子能量为0.7 eV的光照射可被吸收
C
图5
1.核衰变问题
2.核能的计算方法
(1)根据ΔE＝Δmc2计算，其中Δm的单位是“kg”，ΔE的单位是“J”。
(2)根据ΔE＝Δm×931.5 (MeV)计算，其中Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。
(3)根据核子、比结合能计算，原子核的结合能＝原子核的比结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。
(4)如果核反应时释放的核能全部以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增加量即为释放的核能。
例3 (多选)(2023·辽宁抚顺一模)如图6所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知某车间采用放射性同位素铢－192作为放射源，其化学符号是Ir，原子序数是77，通过β衰变放出γ射线，产生新核X，半衰期为74天，适合透照钢板厚度10～100 mm，已知钢板厚度标准为30 mm，下列说法正确的是(　　)
BD
图6
A.一个X的质量约等于一个电子的质量
B.该反应吸收的能量约为17.6 MeV
C.该反应生成物的结合能小于反应物的结合能之和
D.动能相同的一个X和一个电子，电子的德布罗意波长比X的德布罗意波长长
D
图7
A
AC
图8
3、链接高考真题
D
1.(2023·山东卷，1)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图9所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(　　)
图9
A.ν0＋ν1＋ν3 B.ν0＋ν1－ν3
C.ν0－ν1＋ν3 D.ν0－ν1－ν3
解析　原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故D正确。
A
2.(2023·辽宁卷，6)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂，某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图10所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则(　　)
图10
A.①和③的能量相等
B.②的频率大于④的频率
C.用②照射该金属一定能发生光电效应
D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
解析　由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级，又释放的能量等于两能级的能量差，所以①和③的能量相等，A正确；由题图可知②的能量比④的能量小，则由公式E＝hν可知②的频率小于④的频率，B错误；用①照射某金属表面时能发生光电效应现象，但由于②的能量小于①，所以用②照射该金属时不一定能发生光电效应，C错误；用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为Ek，由于④的能量大于①，则由Ek＝hν－W0可知，用④照射该金属逸出光电子的最大初动能一定大于Ek，D错误。
AC
3.(多选)(2023·海南卷，10)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则(　　)
C
（限时：35分钟）
4、课时跟踪训练
A
1.(2023·湖北卷，1)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据如图1所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(　　)
A级　基础保分练
图1
A.n＝2和n＝1能级之间的跃迁
B.n＝3和n＝1能级之间的跃迁
C.n＝3和n＝2能级之间的跃迁
D.n＝4和n＝2能级之间的跃迁
解析　由题图可知n＝2和n＝1的能级之间的能量差值为ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，与探测器探测到的谱线能量相等，可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁，故A正确。
2.(2022·山东卷，1)碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(　　)
B
C
4.(2023·湖南卷，1)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是(　　)
A
解析　相同质量的核燃料，轻核聚变要比重核裂变质量亏损更多，根据爱因斯坦质能方程可知，轻核聚变放出的核能更多，A正确，D错误；根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的产物之一为中子，而不是电子，B错误；铀235为核裂变的主要燃料，C错误。
5.(2023·北京西城十五中校考)如图2所示为氢原子的能级示意图，则下列说法正确的是(　　)
D
A.n＝2能级的氢原子电离至少需要10.20 eV的能量
B.n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级需要吸收
0.85 eV的能量
C.大量处于基态的氢原子吸收某频率的光子跃迁
到n＝3能级时，可向外辐射两种不同频率的光子
D.用氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为2.25 eV的金属时，逸出的光电子的最大初动能为10.5 eV
图2
6.(多选)(2023·6月浙江选考，15)有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx，已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则(　　)
AD
7.(2023·贵州铜仁统考模拟)原子核的比结合能是原子核稳定程度的量度，原子核的比结合能曲线如图3所示，根据该曲线，下列说法正确的是(　　)
C
图3
8.(2023·湖南模拟预测)用如图4甲所示的光电管研究光电效应实验。用某波长的绿光照射阴极K，实验测得的电流表示数I与电压表示数U的变化规律如图乙所示。光电管的阴极材料的极限频率νc＝4.54×1014 Hz，电子的电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则(　　)
C
A.阴极K每秒钟发射的光电子数为4.0×1013个
B.光电子飞出阴极K时的最大初动能为9.6×10－19 J
C.入射光的波长约为0.50 μm
D.若改用紫光照射阴极K，饱和光电流一定变大
图4
B
图5
10.(2023·江苏徐州模拟预测)氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图6甲所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图乙和图丙所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图丁所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是(　　)
D
A.图甲中的Hα对应的是Ⅰ
B.图乙中的干涉条纹对应的是Ⅱ
C.Ⅰ的光子动量小于Ⅱ的光子动量
D.P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示
数比Ⅱ的大
B级　提能增分练
图6
11.(2023·浙江杭州高三期末)某实验小组要测量金属铝的逸出功，经讨论设计出如图7所示实验装置，实验方法是：把铝板放置在水平桌面上，刻度尺紧挨着铝板垂直桌面放置，灵敏度足够高的荧光板与铝板平行，并使整个装置处于竖直向上、电场强度为E的匀强电场中；让波长为λ的单色光持续照射铝板表面，将荧光板向下移动，发现荧光板与铝板距离为d时，荧光板上刚好出现辉光。已知普朗克常量为h，光在真空中传播速度为c，电子电荷量为e，质量为m。下列说法正确的是(　　)
C
图7
12.(2023·四川绵阳南山中学校考)用a、b两种可见光照射同一光电效应装置，测得的光电流和电压的关系图像如图8甲所示，图乙为氢原子的能级图。已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，下列说法正确的是(　　)
B
A.a光的波长比b光的小
B.单色光a的光子动量比单色光b的光子动
量小
C.用大量E＝12.7 eV的光子去照射基态的
氢原子可以得到两种可见光
D.若a光是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时发出的光，则b光是氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光
图8

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