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专题十七　近代物理
[考情分析]
高考命题点 高考广东卷 其他高考卷(供参考)
1.光电效应现象 广东卷T3 广西卷 T1，河北卷 T13，山东卷 T1，江苏卷 T12　 黑吉辽卷T8，海南卷T8
2.玻尔理论和能级跃迁　波粒二象性 广东卷T5 甘肃卷 T1，重庆卷 T6　 新课标卷T17，湖南卷T1，安徽卷T1，江西卷T2，江苏卷T5　 海南卷T10，新课标卷T16，河北卷T1，山东卷T1，辽宁卷T6，湖北卷T1，江苏卷T15
3.原子核的衰变与半衰期 广东卷T1 河南卷 T6，湖北卷 T1，黑吉辽蒙卷 T8　 山东卷T1，广西卷T4　 海南卷T1，重庆卷T6
4.核反应与核能的计算 广东卷T2 广东卷T1 安徽卷 T1，北京卷 T13，福建卷 T6，海南卷 T1，云南卷 T1　 湖北卷T2，河北卷T1，福建卷T1，海南卷T2，甘肃卷T1，江苏卷T3　 北京卷T3，福建卷T9，湖南卷T1，天津卷T3
命题点1　光电效应现象
考向1　光电效应的规律
1．两条线索
2．两个关系
(1)光照强度大→光子数目多→饱和光电流大；
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
　(2025·广东卷，T3)有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为Ek，下列说法正确的是(　　)
A．使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子
B．使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek
C．频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子
D．频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek
[解析]　光电效应发生的条件是入射光的频率大于金属的截止频率，由于甲的逸出功小于乙的逸出功，所以甲的截止频率小于乙的截止频率，当使用某频率的光分别照射甲、乙时，只有甲发射光电子，发生光电效应现象，所以该光的频率大于甲的截止频率，小于乙的截止频率，故使用频率更小的光，乙肯定不会发射光电子，若频率更小的光的频率仍大于甲的截止频率，则甲仍能发射光电子，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，甲发射的光电子的最大初动能小于之前的最大初动能，A错误，B正确；由A、B项分析可知频率不变，减弱光强，光的频率仍小于乙的截止频率，仍不能使乙发射光电子，甲发射的光电子的最大初动能不变，C、D错误。
[答案]　B
　(2025·江苏卷，T12)江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为W0，普朗克常量为h。
(1)求该金属的截止频率ν0。
(2)若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能Ek。
[解析]　(1)在光电效应中，金属的截止频率对应光电子的最大初动能为0，可得hν0－W0＝0
解得ν0＝。
(2)由光电效应方程可得hν－W0＝Ek
解得Ek＝hν－W0。
[答案]　(1)　(2)hν－W0
考向2　光电效应图像的理解
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 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Im1、Im2：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)最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 Uc＝－ (1)截止频率νc：图线与横轴交点的横坐标(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)
　(2025·湖北部分市州联考)爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是(　　)
　　
A．在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板也一定有光电子飞出
B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大
C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大
D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量
[解析]　是否能发生光电效应取决于入射光的频率与金属的逸出功的关系，红光频率小于紫外线频率，则改用强度更大的红光照射锌板不一定有光电子飞出，故A错误；当正向电压达到一定时，光电流达到饱和，再增大电压时，光电流保持不变，故B错误；金属的逸出功取决于金属本身，与入射光频率无关，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，题图丁中的图线斜率就是普朗克常量，故D正确。
[答案]　D
　(2025·江苏南通市、泰州市、镇江市、盐城市第一次调研)用图示装置研究光电效应的规律，ν为入射光的频率，Uc为遏止电压，I为电流表示数，U为电压表示数。下列反映光电效应规律的图像可能正确的是(　　)
[解析]　根据光电效应方程得Ekm＝hν－W0，又因为Ekm＝eUc，解得Uc＝ν－，则遏止电压Uc与入射光子频率ν的关系图线是不过原点的直线，对于不同的金属逸出功W0不同，即截距不同，但两图线的斜率相同，故A、B错误；根据题中给定的图像，在发生光电效应的前提条件下，当电压表电压为0时，电流表示数不能为0，且存在饱和光电流，所以I－U图像不能过原点，故C正确，D错误。
[答案]　C
命题点2　玻尔理论和能级跃迁　波粒二象性
分类 自发跃迁 高能级→低能级，释放能量，发出光子hν＝Em－En(m>n)
受激跃迁 低能级→高能级，吸收能量①光照(吸收光子)：小于电离能的光子的能量必须恰好等于能级差，hν＝Em－En；大于电离能的光子被吸收，将原子电离。②碰撞、加热等：只要入射粒子的能量大于或等于能级差即可，E外≥Em－En
电离 电离态：n＝∞，E＝0
电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量
考向1　波粒二象性
　量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子理论的说法正确的是(　　)
A．光电效应实验中，用绿光照射可以让电子逸出，则改用黄光照射也可以让电子逸出
B．普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
C．康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射后有波长大于原波长的射线
D．德布罗意认为电子具有波动性，但是质子不具有波动性
[解析]　产生光电效应的条件是光的频率大于金属的截止频率，黄光的频率小于绿光，若绿光能使金属发生光电效应，则黄光不一定能使该金属发生光电效应，即改用黄光照射不一定可以让电子逸出，故A错误；普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，不是连续的，故B错误；石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒，光子和电子碰撞后，电子获得一定的动量，光子动量变小，根据λ＝可知波长变长，故C正确；德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，故D错误。
[答案]　C
　(2025·重庆卷，T6)在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为p。普朗克常量为h，光速为c，则(　　)
A．光子的波长为
B．该原子吸收光子后质量减少了
C．该原子吸收光子后德布罗意波长为
D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态
[解析]　由光子能量公式E＝，解得波长λ＝，故A错误；原子吸收光子后，能量增加E，根据质能方程Δm＝可知，质量应增加而非减少，故B错误；由德布罗意波长公式λ＝知，吸收光子后原子动量为p，因此波长为，故C正确；吸收光子跃迁需光子能量严格等于能级差，波长更长的光子能量更低(E′＝[答案]　C
考向2　玻尔理论和能级跃迁
　(2025·甘肃卷，T1)利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。He＋离子相对基态的能级图(设基态能量为0)如图所示。用电子碰撞He＋离子使其从基态激发到可能的激发态，若所用电子的能量为50 eV，则He＋离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为(　　)
A．n＝4→n＝3能级　　 B．n＝4→n＝2能级
C．n＝3→n＝2能级 D．n＝3→n＝1能级
[解析]　根据题意可知，用能量为50 eV的电子碰撞
He＋离子，可使He＋离子跃迁到n＝3能级和n＝2能级，由ΔE＝Em－En＝hν＝h可知，波长最长的谱线对应的跃迁为n＝3→n＝2能级。
[答案]　C
　(2025·山东烟台市、德州市、东营市高考诊断)如图为氢原子能级图，一群处于基态的氢原子吸收某种频率的光子后，跃迁到同一激发态上，再向低能级跃迁时可以辐射6种不同频率的光子。下列说法正确的是(　　)
A．辐射光中频率最高的光子能量为12.09 eV
B．辐射光中波长最短的光子能量为0.31 eV
C．辐射光中波长最长的光子能量为0.66 eV
D．处于基态的氢原子吸收光子的能量为13.06 eV
[解析]　原子从激发态向低能级跃迁时可以辐射6种不同频率的光子，可知原子处于n＝4的激发态，辐射光中频率最高的光子对应从4→1的跃迁，光子能量为(－0.85 eV)－(－13.6 eV)＝12.75 eV，则辐射光中波长最短的光子能量为12.75 eV，A、B错误；辐射光中波长最长的光子对应从4→3的跃迁，辐射的光子的能量为(－0.85 eV)－(－1.51 eV)＝0.66 eV，C正确；处于基态的氢原子吸收光子的能量为(－0.85 eV)－(－13.6 eV)＝12.75 eV ，D错误。
[答案]　C
命题点3　原子核的衰变与半衰期
　(2025·湖北卷，T1)PET(正电子发射断层成像)是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素(如F)的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。F的衰变方程为F→X＋e＋ν，其中ν是中微子。已知F的半衰期是110分钟，下列说法正确的是(　　)
A．X为O
B．该反应为核聚变反应
C．1克F经110分钟剩下0.5克F
D．该反应产生的ν在磁场中会发生偏转
[解析]　设X的质量数为a，电荷数为b，根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒，可得a＝18，b＝8，X为O，A错误；该反应为正β衰变，不是核聚变，B错误；1 gF经过一个半衰期，质量变为原来的，还剩下0.5 g，C正确；ν的电荷数为0，在磁场中不受洛伦兹力，不会发生偏转，D错误。
[答案]　C
　(多选)(2025·黑吉辽蒙卷，T8)某理论研究认为，Mo原子核可能发生双β衰变，衰变方程为Mo―→Ru＋ye。处于第二激发态的Ru原子核先后辐射能量分别为0.590 8 MeV和0.539 5 MeV的γ1、γ2两光子后回到基态。下列说法正确的是(　　)
A．A＝100
B．y＝2
C．γ1的频率比γ2的大
D．γ1的波长比γ2的大
[解析]　根据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒有A＝100，y＝2，A、B正确；根据光子能量E＝hν＝h可知，γ1光子的频率大于γ2光子的频率，γ1光子的波长小于γ2光子的波长，C正确，D错误。
[答案]　ABC
　(多选)(2025·深圳中学一模)实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生某种衰变，衰变产生的新核与释放出的粒子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图，则(　　)
A．轨迹1是新核的
B．轨迹2是新核的
C．磁场方向垂直于纸面向里
D．磁场方向垂直于纸面向外
[解析]　衰变后新核和粒子的运动方向相反，由洛伦兹力提供向心力和左手定则可知，新核和粒子的电性相反，新核带正电荷，则粒子带负电荷，发生的是β衰变，释放出的粒子为电子，根据动量守恒新核和粒子的动量大小相等，方向相反，在磁场中运动时有qvB＝m，整理得r＝＝，电子的电荷量小于新核的电荷量，所以其运动半径大于新核的运动半径，判断出轨迹2是新核的，A错误，B正确；根据电子的运动方向，由左手定则可知，磁场方向垂直于纸面向里，C正确，D错误。
[答案]　BC
命题点4　核反应与核能的计算
1．根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空中光速的平方，即核反应产生的核能ΔE＝Δmc2。
2．根据1 u相当于931.5 MeV，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即核反应产生的核能ΔE＝Δm×931.5 MeV。
　(多选)(2025·福建卷，T6)某核反应方程为H＋H―→He＋n＋17.6 MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生该核反应，设反应释放的能量(远大于碰前氘核和氚核的动能)全部转化为He与n的动能，则(　　)
A．该反应有质量亏损
B．该反应为核裂变
C．n获得的动能约为14 MeV
D．He获得的动能约为14 MeV
[解析]　该反应过程中释放出核能，故该反应有质量亏损，A正确；该反应是轻核聚变，B错误；碰撞过程由动量守恒定律有mnvn＝mαvα，解得vn＝4vα，又Ek＝mv2，则Ekα∶Ekn＝1∶4，由题意得Ekα＋Ekn＝17.6 MeV，联立解得Ekα＝3.52 MeV，Ekn＝14.08 MeV，C正确，D错误。
[答案]　AC
　(2025·海南海口市调研)嫦娥六号除了太阳能板之外，还带了一块“核电池”。该核电池中一个静止的原子核Po发生了一次α衰变，放射出的氦核He质量为m，速度的大小为v，生成的新核Pb质量为M。
(1)写出该衰变的核反应方程。
(2)若该核反应过程中释放的核能全部转化为动能，求衰变过程释放的核能。
[解析]　(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可得该衰变的核反应方程Po→He＋Pb。
(2)由动量守恒定律有0＝Mv′－mv
由能量守恒定律可知，该衰变过程释放的核能
ΔE＝Mv′2＋mv2
联立解得ΔE＝。
[答案]　(1)Po→He＋Pb　(2)1．(2025·安徽卷，T1)2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核(Th)俘获x个中子(n)，并发生y次β衰变，转化为易裂变的铀核(U)，则(　　)
A．x＝1，y＝1 B．x＝1，y＝2
C．x＝2，y＝1 D．x＝2，y＝2
解析：选B。由题意可知该核反应方程为Th＋xn→U＋ye，根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒得x＝233－232＝1，y＝92－90＝2，B正确。
2．(2025·湖南卷，T1)关于原子核衰变，下列说法正确的是(　　)
A．原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量
B．大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期
C．放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长
D．采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期
解析：选B。原子核衰变释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，存在质量亏损，则新核总质量小于原核质量，故A错误；根据半衰期的定义可知，大量某放射性元素的原子核经过一个半衰期后有半数发生衰变，故B正确；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C、D错误。
3．(2025·云南卷，T1)2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为C→N＋X，则(　　)
A．X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的
B．X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的
C．X为质子，是由核内中子转化而来的
D．X为中子，是由核内质子转化而来的
解析：选A。设X的质量数为A，电荷数为Z，核反应方程遵循质量数守恒、电荷数守恒，则有14＝14＋A，6＝7＋Z，解得A＝0，Z＝－1，则X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的，A正确。
4．在追求清洁高效能源的道路上，科学家们正致力于开发一种新型钻石电池，利用人造钻石安全包裹一定量放射性同位素C，利用C的β衰变来产生电能，下列说法正确的是(　　)
A．改变环境温度不会使的半衰期变长
B．C的比结合能大于衰变产物的比结合能
C．C的衰变产物为N
D．β衰变放出的电子来自C的核外电子
解析：选A。外界条件不会引起原子核半衰期发生变化，所以改变环境温度不会使C的半衰期变长，故A正确；衰变反应时释放能量，新核更稳定，新核的比结合能更大，所以C的比结合能小于衰变产物的比结合能，故B错误；根据电荷数守恒、质量数守恒，可得核反应方程为C→N＋e，故C错误；衰变辐射出粒子，来自C核内的中子转变成质子时放出的电子，不是原子核外的电子，故D错误。
5．(2025·山东卷，T1)在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能Ek的大小关系正确的是(　　)
A．Ek1>Ek2>Ek3 B．Ek2>Ek3>Ek1
C．Ek3>Ek2>Ek1 D．Ek3>Ek1>Ek2
解析：选B。因为|Uc2|>|Uc3|>|Uc1|，－eUc＝Ek，所以Ek2>Ek3>Ek1，故B正确。
6．(2025·广州市普通高中二模)某同学利用如图(a)所示的电路研究光电效应．他分别使用蓝光和强弱不同的黄光照射同一光电管，得到光电流和光电管两端电压之间的关系如图(b)所示，则三次实验中(　　)
A．实验1用的是强黄光
B．实验2用的是弱黄光
C．实验1光电子最大初动能最大
D．实验3光电子最大初动能最大
解析：选A。根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，又因为eUc＝Ek，整理可得Uc＝ν－，由题图(b)可知，实验1和3用的光的截止电压相同且较小，所以为频率较小的黄光，光电子的最大初动能相同且较小，又因为实验1饱和光电流大，所以为强黄光，故A正确，C、D错误；实验2用的光的截止电压较大，所以为频率较大的蓝光，故B错误。
7．(2025·安徽黄山市第一次质检)大量基态氢原子被特定频率的光照射后，辐射出三种不同频率的光，如图为氢原子能级图，则入射光子的能量为(　　)
A．10.2 eV B．12.09 eV
C．12.75 eV D．13.06 eV
解析：选B。根据题意知氢原子受激发后辐射出3种频率的光，则由C＝3，解得n＝3，原子受激发后跃迁到n＝3能级，则入射光子的能量E＝E3－E1＝12.09 eV。
8．(2025·陕晋青宁卷，T5)我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜TH F120实现了超高分辨率成像，其分辨率提高是利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物理性质。一个静止的电子经100 V电压加速后，其德布罗意波长为λ，若加速电压为10 kV，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为(　　)
A．100λ B．10λ
C．λ D．λ
解析：选C。设电子经电压U＝100 V加速后速度达到v1，由动能定理得eU＝mv－0，电子的动量p1＝mv1，德布罗意波长λ＝，当加速电压U′＝10 kV＝100U时，有eU′＝mv－0，p2＝mv2，λ′＝，解得λ′＝，C正确。
9．(多选)(2025·福建泉州市质量检测)我国首颗探日卫星“羲和号”获得太阳多种谱线，研究发现，太阳谱线包含氢原子光谱。氢原子能级如图，现有大量氢原子从n＝4能级自发地向低能级跃迁。已知金属锡的逸出功为4.42 eV，则大量氢原子(　　)
A．从n＝4向n＝1能级跃迁发出光的频率最大
B．从n＝4向n＝1能级跃迁发出光的频率最小
C．从n＝4向n＝2能级跃迁发出的光，能使锡发生光电效应
D．从n＝4向n＝2能级跃迁发出的光，不能使锡发生光电效应
解析：选AD。根据题图，由ΔE＝En－Em＝hν可知n＝4到n＝1的能级差最大，对应光子的能量最大，因此其频率也最大，故A正确，B错误；氢原子从n＝4向n＝2能级跃迁发出的光子的能量为2.55 eV，小于锡的逸出功4.42 eV，所以氢原子从n＝4向n＝2能级跃迁发出的光，不能使锡发生光电效应，故C错误，D正确。
10．(2025·江苏苏锡常镇四市教学情况调研)如图所示为玻尔氢原子电子轨道示意图。一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是(　　)
A．一共能产生3种不同的光子
B．一共能产生4种不同的光子
C．其中从能级n＝4跃迁到n＝1产生的光子动量最小
D．其中从能级n＝4跃迁到n＝1产生的光子能量最大
解析：选D。一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，一共能产生6种不同的光子，A、B错误；由氢原子的辐射条件可知，从能级n＝4跃迁到能级n＝1产生的光子能量最大，因而辐射光子的频率也最大，对应的波长最小，根据p＝，可知氢原子从能级n＝4跃迁到能级n＝1产生的光子的动量也最大，故C错误，D正确。
11．(2025·北京卷，T13)自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是(　　)
A．已知氢原子的基态能量为－13.6 eV，则反氢原子的基态能量也为－13.6 eV
B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子
C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子
D．反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
解析：选A。氢原子基态能量由电子与质子决定，反氢原子由正电子和反质子构成，电荷结构相同，能级结构不变，基态能量仍为－13.6 eV，故A正确；若中子衰变(β＋衰变)生成质子、正电子，即n→p＋e，不符合电荷数守恒，故B错误；正、负电子对撞湮灭时，总动量为零，需产生至少两个光子以保证动量守恒，单个光子无法满足动量守恒，故C错误；核聚变通常释放能量(如普通氘核聚变)，反氘核聚变遵循相同规律，应释放能量而非吸收，故D错误。
12．2025年1月20日，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)，首次实现1亿摄氏度1 066秒的高约束模等离子体运行。若在此次核聚变反应中是氘与氚聚变成氦，已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol－1，氘核摩尔质量为2 g/mol，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程式为H＋H→He＋n
B．氘核的比结合能比氦核的大
C．5 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
D．氘核与氚核的间距达到10－10 m就能发生核聚变
解析：选C。核反应方程式为H＋H→He＋n，故A错误；生成物氦核更稳定，比结合能更大，故氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；一个氘核与一个氚核聚变反应释放的能量ΔE＝(2.014 1＋3.016 1－4.002 6－1.008 7)u＝0.018 9 u＝0.018 9×931.5 MeV≈17.6 MeV，5 g氘完全参与聚变释放出能量E＝NAΔE≈2.64×1025 MeV，所以5 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV，故C正确；氘核与氚核发生核聚变，要使它们的间距达到10－15 m以内，故D错误。
13．(2025·广东信息卷)如图甲所示，一束复色光从空气射向一个球状玻璃后被分成了a、b两束单色光，分别将这两束单色光射向图乙所示装置，仅有一束光能使该装置发生光电效应。调节滑片P的位置，当电流表示数恰为零时，电压表示数为Uc。已知该种金属的极限频率为ν0，电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则(　　)
A．a光在玻璃中的传播速度比b光小
B．增大图甲中的入射角，b光的出射光先消失
C．b光的光子能量为hν0＋eUc
D．保持光强不变，滑片P由图示位置向左移，电流表示数变大
解析：选C。由光路可知，b光的偏折程度较大，可知b光的折射率较大，根据v＝可知，b光在玻璃中的传播速度比a光小，故A错误；由光路可知光线第二次射到界面时的入射角等于第一次射到界面时的折射角，则增大题图甲中的入射角，两种光都不会发生全反射，即均不会消失，故B错误； b光的折射率较大，则频率较大，能使装置发生光电效应的是b光，根据eUc＝Ekm＝hν－hν0，可得光子能量hν＝hν0＋eUc，故C正确；保持光强不变，滑片P由图示位置向左移，光电管反向电压变大，则电流表示数变小，故D错误。(共45张PPT)
专题十七　近代物理
命题点1　光电效应现象
01
　考向1　光电效应的规律
1．两条线索
2．两个关系
(1)光照强度大→光子数目多→饱和光电流大；
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
　　　(2025·广东卷，T3)有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为Ek，下列说法正确的是(　　)
A．使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子
B．使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek
C．频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子
D．频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek
B
[解析]　光电效应发生的条件是入射光的频率大于金属的截止频率，由于甲的逸出功小于乙的逸出功，所以甲的截止频率小于乙的截止频率，当使用某频率的光分别照射甲、乙时，只有甲发射光电子，发生光电效应现象，所以该光的频率大于甲的截止频率，小于乙的截止频率，故使用频率更小的光，乙肯定不会发射光电子，若频率更小的光的频率仍大于甲的截止频率，则甲仍能发射光电子，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，甲发射的光电子的最大初动能小于之前的最大初动能，A错误，B正确；
由A、B项分析可知频率不变，减弱光强，光的频率仍小于乙的截止频率，仍不能使乙发射光电子，甲发射的光电子的最大初动能不变，C、D错误。
　　　(2025·江苏卷，T12)江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为W0，普朗克常量为h。
(1)求该金属的截止频率ν0。
(2)若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能Ek。
[解析]　由光电效应方程可得hν－W0＝Ek
解得Ek＝hν－W0。
[答案]　hν－W0
　考向2　光电效应图像的理解
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
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
图像名称 图线形状 由图线直接(或间接)
得到的物理量
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Im1、Im2：光电流的最大值
(3)最大初动能：Ek＝eUc
图像名称 图线形状 由图线直接(或间接)
得到的物理量
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)最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
图像名称 图线形状 由图线直接(或间接)
得到的物理量
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系
(1)截止频率νc：图线与横轴交点的横坐标
(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)
　　　(2025·湖北部分市州联考)爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是(　　)
A．在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板也一定有光电子飞出
B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大
C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大
D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量
D
[解析]　是否能发生光电效应取决于入射光的频率与金属的逸出功的关系，红光频率小于紫外线频率，则改用强度更大的红光照射锌板不一定有光电子飞出，故A错误；
当正向电压达到一定时，光电流达到饱和，再增大电压时，光电流保持不变，故B错误；
金属的逸出功取决于金属本身，与入射光频率无关，故C错误；
根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，题图丁中的图线斜率就是普朗克常量，故D正确。
　　　(2025·江苏南通市、泰州市、镇江市、盐城市第一次调研)用图示装置研究光电效应的规律，ν为入射光的频率，Uc为遏止电压，I为电流表示数，U为电压表示数。下列反映光电效应规律的图像可能正确的是(　　)
C
根据题中给定的图像，在发生光电效应的前提条件下，当电压表电压为0时，电流表示数不能为0，且存在饱和光电流，所以I－U图像不能过原点，故C正确，D错误。
命题点2　
玻尔理论和能级跃迁　波粒二象性
02
分 类

自发
跃迁
高能级→低能级，释放能量，发出光子hν＝Em－En(m>n)
受激
跃迁
低能级→高能级，吸收能量
①光照(吸收光子)：小于电离能的光子的能量必须恰好等于能级差，hν＝Em－En；大于电离能的光子被吸收，将原子电离。
②碰撞、加热等：只要入射粒子的能量大于或等于能级差即可，E外≥Em－En
电离

电离态：n＝∞，E＝0
电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量
　考向1　波粒二象性
　　　量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子理论的说法正确的是(　　)
A．光电效应实验中，用绿光照射可以让电子逸出，则改用黄光照射也可以让电子逸出
B．普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
C．康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射后有波长大于原波长的射线
D．德布罗意认为电子具有波动性，但是质子不具有波动性
C
[解析]　产生光电效应的条件是光的频率大于金属的截止频率，黄光的频率小于绿光，若绿光能使金属发生光电效应，则黄光不一定能使该金属发生光电效应，即改用黄光照射不一定可以让电子逸出，故A错误；
普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，不是连续的，故B错误；
德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，故D错误。
C
　考向2　玻尔理论和能级跃迁
　　　(2025·甘肃卷，T1)利用电子与离子的碰撞可以研究
离子的能级结构和辐射特性。He＋离子相对基态的能级图
(设基态能量为0)如图所示。用电子碰撞He＋离子使其从基
态激发到可能的激发态，若所用电子的能量为50 eV，则
He＋离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为(　　)
A．n＝4→n＝3能级　　 B．n＝4→n＝2能级
C．n＝3→n＝2能级 D．n＝3→n＝1能级
C
　　　(2025·山东烟台市、德州市、东营市高考诊断)如图为氢原子能级图，一群处于基态的氢原子吸收某种频率的光子后，跃迁到同一激发态上，再向低能级跃迁时可以辐射6种不同频率的光子。下列说法正确的是(　　)
A．辐射光中频率最高的光子能量为12.09 eV
B．辐射光中波长最短的光子能量为0.31 eV
C．辐射光中波长最长的光子能量为0.66 eV
D．处于基态的氢原子吸收光子的能量为13.06 eV
C
[解析]　原子从激发态向低能级跃迁时可以辐射6种不同频率的光子，可知原子处于n＝4的激发态，辐射光中频率最高的光子对应从4→1的跃迁，光子能量为(－0.85 eV)－(－13.6 eV)＝12.75 eV，则辐射光中波长最短的光子能量为12.75 eV，A、B错误；
辐射光中波长最长的光子对应从4→3的跃迁，辐射的光子的能量为(－0.85 eV)－(－1.51 eV)＝0.66 eV，C正确；
处于基态的氢原子吸收光子的能量为(－0.85 eV)－(－13.6 eV)＝12.75 eV ，D错误。
命题点3　原子核的衰变与半衰期
03
C
该反应为正β衰变，不是核聚变，B错误；
ABC
[解析]　根据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒有A＝100，y＝2，A、B正确；
　　　(多选)(2025·深圳中学一模)实验观察到，静止在匀强磁
场中A点的原子核发生某种衰变，衰变产生的新核与释放出的
粒子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图，
则(　　)
A．轨迹1是新核的
B．轨迹2是新核的
C．磁场方向垂直于纸面向里
D．磁场方向垂直于纸面向外
BC
根据电子的运动方向，由左手定则可知，磁场方向垂直于纸面向里，C正确，D错误。
命题点4　核反应与核能的计算
04
1．根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm)的千克数乘以真空中光速的平方，即核反应产生的核能ΔE＝Δmc2。
2．根据1 u相当于931.5 MeV，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即核反应产生的核能ΔE＝Δm×931.5 MeV。
AC
[解析]　该反应过程中释放出核能，故该反应有质量亏损，A正确；
该反应是轻核聚变，B错误；
(2)若该核反应过程中释放的核能全部转化为动能，求衰变过程释放的核能。(共25张PPT)
复习效果自测
B
2．(2025·湖南卷，T1)关于原子核衰变，下列说法正确的是(　　)
A．原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量
B．大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期
C．放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长
D．采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期
B
解析：原子核衰变释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，存在质量亏损，则新核总质量小于原核质量，故A错误；
根据半衰期的定义可知，大量某放射性元素的原子核经过一个半衰期后有半数发生衰变，故B正确；
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C、D错误。
A
解析：设X的质量数为A，电荷数为Z，核反应方程遵循质量数守恒、电荷数守恒，则有14＝14＋A，6＝7＋Z，解得A＝0，Z＝－1，则X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的，A正确。
A
衰变辐射出粒子，来自C核内的中子转变成质子时放出的电子，不是原子核外的电子，故D错误。
5．(2025·山东卷，T1)在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能Ek的大小关系正确的是(　　)
A．Ek1>Ek2>Ek3
B．Ek2>Ek3>Ek1
C．Ek3>Ek2>Ek1
D．Ek3>Ek1>Ek2
解析：因为|Uc2|>|Uc3|>|Uc1|，－eUc＝Ek，所以Ek2>Ek3>Ek1，故B正确。
B
6．(2025·广州市普通高中二模)某同学利用如图(a)所示的电路研究光电效应．他分别使用蓝光和强弱不同的黄光照射同一光电管，得到光电流和光电管两端电压之间的关系如图(b)所示，则三次实验中(　　)

A．实验1用的是强黄光
B．实验2用的是弱黄光
C．实验1光电子最大初动能最大
D．实验3光电子最大初动能最大
A
实验2用的光的截止电压较大，所以为频率较大的蓝光，故B错误。
7．(2025·安徽黄山市第一次质检)大量基态氢原子被特定频率的光照射后，辐射出三种不同频率的光，如图为氢原子能级图，则入射光子的能量为(　　)
A．10.2 eV
B．12.09 eV
C．12.75 eV
D．13.06 eV
B
C
9．(多选)(2025·福建泉州市质量检测)我国首颗探日卫星“羲和号”获得太阳多种谱线，研究发现，太阳谱线包含氢原子光谱。氢原子能级如图，现有大量氢原子从n＝4能级自发地向低能级跃迁。已知金属锡的逸出功为4.42 eV，则大量氢原子(　　)
A．从n＝4向n＝1能级跃迁发出光的频率最大
B．从n＝4向n＝1能级跃迁发出光的频率最小
C．从n＝4向n＝2能级跃迁发出的光，能使锡发生光电效应
D．从n＝4向n＝2能级跃迁发出的光，不能使锡发生光电效应
AD
解析：根据题图，由ΔE＝En－Em＝hν可知n＝4到n＝1的能级差最大，对应光子的能量最大，因此其频率也最大，故A正确，B错误；
氢原子从n＝4向n＝2能级跃迁发出的光子的能量为2.55 eV，小于锡的逸出功4.42 eV，所以氢原子从n＝4向n＝2能级跃迁发出的光，不能使锡发生光电效应，故C错误，D正确。
10．(2025·江苏苏锡常镇四市教学情况调研)如图所示为玻尔氢原子电子轨道示意图。一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是(　　)
A．一共能产生3种不同的光子
B．一共能产生4种不同的光子
C．其中从能级n＝4跃迁到n＝1产生的光子动量最小
D．其中从能级n＝4跃迁到n＝1产生的光子能量最大
D
解析：一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，一共能产生6种不同的光子，A、B错误；
11．(2025·北京卷，T13)自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是(　　)
A．已知氢原子的基态能量为－13.6 eV，则反氢原子的基态能量也为－13.6 eV
B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子
C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子
D．反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
A
解析：氢原子基态能量由电子与质子决定，反氢原子由正电子和反质子构成，电荷结构相同，能级结构不变，基态能量仍为－13.6 eV，故A正确；


正、负电子对撞湮灭时，总动量为零，需产生至少两个光子以保证动量守恒，单个光子无法满足动量守恒，故C错误；
核聚变通常释放能量(如普通氘核聚变)，反氘核聚变遵循相同规律，应释放能量而非吸收，故D错误。
C
生成物氦核更稳定，比结合能更大，故氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；
氘核与氚核发生核聚变，要使它们的间距达到10－15 m以内，故D错误。
13．(2025·广东信息卷)如图甲所示，一束复色光从空气射向一个球状玻璃后被分成了a、b两束单色光，分别将这两束单色光射向图乙所示装置，仅有一束光能使该装置发生光电效应。调节滑片P的位置，当电流表示数恰为零时，电压表示数为Uc。已知该种金属的极限频率为ν0，电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则(　　)
A．a光在玻璃中的传播速度比b光小
B．增大图甲中的入射角，b光的出射光先消失
C．b光的光子能量为hν0＋eUc
D．保持光强不变，滑片P由图示位置向左移，电流表示数变大
C
由光路可知光线第二次射到界面时的入射角等于第一次射到界面时的折射角，则增大题图甲中的入射角，两种光都不会发生全反射，即均不会消失，故B错误；
b光的折射率较大，则频率较大，能使装置发生光电效应的是b光，根据eUc＝Ekm＝hν－hν0，可得光子能量hν＝hν0＋eUc，故C正确；
保持光强不变，滑片P由图示位置向左移，光电管反向电压变大，则电流表示数变小，故D错误。

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