人教版高考物理专题复习　微专题18　近代物理初步（二轮专题）(共42张PPT)

(共42张PPT)
大单元五　机械振动与机械波　光学 热学 原子物理
微专题18　近代物理初步
一图通·构建知识图谱
[例1]　(2024·海南卷)利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关S接1时，用频率为ν1的光照射光电
管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为
0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量
为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　)
题点通·突破高频考点
波粒二象性
A．其他条件不变，增大光强，电压表示数增大
B．改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U1
C．其他条件不变，使开关S接2，电流表示数仍为零
D．光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－
√
D　[当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程得eU1＝hν1－W0，故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；若改用比ν1更大频率的光照射时，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表示数大于U1，故B错误；其他条件不变时，使开关S接2，此时hν1＞W0，可发生光电效应，且加正向电压，故电流表示数不为零，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程eU1＝hν1－W0，其中W0＝hνc，联立解得，光电管阴极材料的截止频率为νc＝ν1－，故D正确。故选D。]
规律方法：
1．光电效应的产生
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 (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
2．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
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)饱和电流Im：光电流的最大值
(3)最大初动能
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)饱和电流
(3)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)
[针对训练1]　(2025·重庆卷)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
√
C　[光子能量公式为E＝，解得波长λ＝，故A错误；原子吸收光子后，能量增加E，根据质能方程得质量应增加而非减少，故B错误；德布罗意波长公式为λ＝，题目明确吸收后原子动量为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，无法满足跃迁条件，故D错误。故选C。]
[针对训练2]　(2025·湖南·模拟预测)如图甲为研究光电效应的实验电路，图乙横坐标为实验中A、K间的电压U(A电势高于K为正)，纵坐标为入射光的频率ν，图乙中BC为平行于U轴的直线，CD是一条倾斜的直线，BCD沿ν轴向上的区域表示能产生光电流的区域。下列说法正确的是(　　)
A．BC对应的为滑片P在Oa之间的数据
B．CD对应的为滑片P在Ob之间的数据
C．若能产生光电流，电压为一定值时，仅增大光照强度，光电流一定增大
D．BC段光照强度为一定值时，增大电压，光电流一定增大
√
C　[根据光电效应特点可知，BC段对应正向电压，即滑片P在Ob之间的数据，CD段对应滑片P在Oa之间的数据，故A、B错误；电压为一定值时，增大光照强度，单位时间内产生的光电子增多，光电流一定增大，故C正确；BC段光照强度为一定值时，增大电压，光电流可能增大，若已经达到饱和电流，则增大电压，光电流不再增大，故D错误。故选C。]
[例2]　(2023·河北卷)2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳Hα谱线精细结构。Hα是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，
其对应的能级跃迁过程为(　　)
原子能级跃迁
A．从∞跃迁到n＝2　　
B．从n＝5跃迁到n＝2
C．从n＝4跃迁到n＝2
D．从n＝3跃迁到n＝2
D　[Hα是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据ν＝，可知Hα是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件hν＝En－E2，可见能级差越小，频率越低，波长越长。故Hα对应的能级跃迁过程为从n＝3跃迁到n＝2。故选D。]
√
规律方法：高能级向低能级跃迁释放光子种类
1．大量氢原子从高能级向低能级跃迁释放光子种类：计算公式为，因为每个氢原子都有可能从该高能级跃迁到比它低的任意能级，从n个能级中选2个能级(一个是起始的高能级，一个是跃迁到的低能级)的组合数就代表了可能的跃迁情况，即释放光子的种类数。
也可以用作图法，以从n＝4能级跃迁为例：
2．单个氢原子从高能级n向低能级跃迁最多释放n－1种不同能量(频率)的光子。
以从n＝4能级跃迁为例：
[针对训练1]　(2024·安徽卷)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n＝3能级的
氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外
光有(　　)
A．1种 B．2种
C．3种 D．4种
√
B　[大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的光子种类为＝3种，辐射出光子的能量分别为ΔE1＝E3－E1＝
－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－
(－3.4 eV)＝1.89 eV，ΔE3＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝
10.2 eV，其中ΔE1＞3.11 eV，ΔE2＜3.11 eV，ΔE3＞3.11 eV，所以辐射不同频率的紫外光有2种。故选B。]
[针对训练2]　(2025·湖北·模拟预测)一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是(　　)
A．图乙中的b光光子能量为10.2 eV
B．图乙中的c光是氢原子由第4能级向第2能级跃迁发出的
C．动能为1 eV的电子不能使处于第4能级的氢原子电离
D．阴极金属的逸出功可能为W0＝6.75 eV
√
D　[一群处于第4能级的氢原子向低能级跃迁，只能测得3条电流随电压变化的图像，即只有三种光子发生了光电效应现象，即4→1、3→1和2→1跃迁的光子，由题图乙可知a光的遏止电压最高，c光的遏止电压最低，可知a光的能量最高，c光能量最低，故c光是氢原子由第2能级向基态跃迁发出的，故B错误；由B中分析可知，b光是3→1跃迁产生的，其能量为12.09 eV，故A错误；动能为1 eV的电子能量大于第4能级的氢原子电离所需的最小能量0.85 eV，故能使处
于第4能级的氢原子电离，故C错误；由玻尔理论知，由第4能级跃迁的光子能量分别为12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、
1.89 eV、0.66 eV，由于只有三种光子发生光电效应，则金属的逸出功必然大于2.55 eV小于10.2 eV，故逸出功可能为W0＝6.75 eV，故D正确。故选D。]
[例3]　(2025·河南·模拟预测)(多选)铀238是一种重要的放射性同位素，半衰期约为45亿年，其应用涵盖核能、军事及科研领域，其衰变的核反应方程为He，并伴随有γ射线产生，则关于该核反应方程，下列说法正确的是(　　)
核反应及核能计算
A．若要缩短铀238的半衰期，可使其处于高温、高压的环境
B．γ射线是由核放出
C．该衰变为β衰变
D．若的结合能为的结合能为的结合能为E3，则该核反应方程释放的能量为E2＋E3－E1
√
√
BD　[衰变是原子核层次的反应，与外界物理环境无关，故A错误；γ射线是由于衰变后新核处于高能级，当新核由高能级向低能级跃迁时，对外放出，故B正确；该衰变是α衰变，故C错误；核反应方程释放的能量＝生成物的结合能(E2＋E3)－反应物的结合能(E1)，故D正确。故选BD。]
规律方法：
1．核反应
类型 可控性 核反应方程典例
衰变 α衰变 自发
β衰变 自发
类型 可控性 核反应方程典例
人工核转变
类型 可控性 核反应方程典例
重核裂变 比较容易进行人工控制
轻核聚变 很难法控制
注：原子核衰变时，质量数守恒、电荷数守恒；与衰变过程一样，在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。但核衰变或核反应后总质量一般会发生变化，即有质量亏损。
2．核衰变问题
(1)核衰变规律：m余＝m原，N余＝N原。
(2)α衰变和β衰变次数的确定方法
①方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数守恒确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。
②方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数守恒和电荷数守恒列方程组求解。
3．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。核反应中反应后生成的所有新核的总结合能与反应前系统内所有原子核的总结合能之差，就是该次核反应所释放的核能。比如：
设A的比结合能为E1，B的比结合能为E2，C的比结合能为E3，把A拆分为2个质子和1个中子，外界提供的能量E结A＝3E1，把B拆分为1个质子和1个中子，外界提供的能量E结B＝2E2，3个质子和2个中子结合成C，向外界释放的能量E结C＝5E3，整个过程向外释放的能量ΔE＝5E3－(3E1＋2E2)。
[针对训练1]　(2025·安徽卷)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()俘获x个中子 ()，并发生y次β衰变，转化为易裂变的铀核 ()，则(　　)
A．x＝1，y＝1　　　 B．x＝1，y＝2
C．x＝2，y＝1 D．x＝2，y＝2
√
[针对训练2]　(2024·山东卷)2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知衰变为的半衰期约为29年；衰变为的半衰期约为87年。现用相同数目的和各做一块核电池，下列说法正确的是
(　　)
A．衰变为时产生α粒子
B．衰变为时产生β粒子
C．50年后，剩余的数目大于的数目
D．87年后，剩余的数目小于的数目
√
< <，C错误，D正确。]
D　[质量数守恒、电荷数守恒
谢 谢！