高考物理二轮复习光学热学和近代物理专题十八近代物理初步和物理学史课件（60页PPT）

(共60张PPT)
专题十八　近代物理初步
和物理学史
[专题复习定位]
1．原子及原子核的结构。　2.光电效应的规律、电路和图像的理解。　
3.玻尔理论的基本内容，能级和能级跃迁的规律。　4.原子核的衰变和人工转变以及核能的计算等知识。
高考真题再现
命题点1　光电效应　波粒二象性
1．(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。
√
3．(多选)(2024·黑吉辽卷，T8)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则(　 　)
A．该金属逸出功增大
B．X光的光子能量不变
C．逸出的光电子最大初动能增大
D．单位时间逸出的光电子数增多
√
√
解析：金属的逸出功是金属的固有属性，仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属逸出功不变，故A错误；
根据ε＝hν可知增加此X光的强度，X光的光子能量不变，故B正确；
根据Ekm＝hν－W0可知逸出的光电子最大初动能不变，故C错误；
增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的光子变多，则单位时间逸出的光电子数增多，故D正确。
4．(2024·湖南卷，T1)量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是(　 　)
A．普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
B．光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
C.康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
D．德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性
√
解析：普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，故A错误；
产生光电效应的条件是光的频率大于金属的截止频率，紫光的频率大于红光，若红光能使某金属发生光电效应，可知紫光也能使该金属发生光电效应，故B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。
命题点2　玻尔理论和能级跃迁
5．(2024·安徽卷，T1)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
√
6．(2023·辽宁卷，T6)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(　 　)

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①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，A正确；
因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据E＝hν可知②的频率小于④的频率，B错误；
因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，C错误；
因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时逸出光电子的最大初动能为Ek，根据Ekm＝hν－W逸出功可知，用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，D错误。
√
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。
√
√
该反应为正β衰变，不是核聚变，B错误；
√
√
√
√
√
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；
题型分类讲练
题型一　光电效应　波粒二象性
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·广西卷，T1)已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13 eV、2.25 eV、2.29 eV、3.20 eV。用光子能量为2.20 eV的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是(　 　)
A．铷　　　　　　　　 B．钾
C．钠 D．钙
解析：当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量，若金属表面的电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，成为光电子。由题意可知照射这些金属的单色光的光子能量只大于金属铷的逸出功，故能逸出光电子的金属是铷，A正确。
√
用如图所示的光电管研究光电效应的规律，分别用
a、b、c三束单色光照射图中的光电管阴极K，先闭合开关S
接1，调节滑动变阻器的滑片位置，使电流计G的示数达到
最大值Ia、Ib、Ic，读数大小Ic>Ia>Ib；然后将开关S接2，再次调节滑动变阻器的滑片位置，使电流计G的指针示数恰好为零，记录三种情况下电压表的示数Ua、Ub、Uc，读数大小Ua>Ub＝Uc。下列说法不正确的是(　 　)
A．三种光的频率一定大于阴极K的极限频率
B．c光的强度一定大于b光的强度
C．a光的频率一定大于b光的频率
D．a光照射光电管逸出光电子的动能一定大于b光照射光电管逸出光电子的动能
√
解析：由题意可知，三种光都能产生光电效应，由产生光电效应的条件可知，三种光的频率一定大于阴极K的极限频率，A正确，不符合题意；
由题意可知，最大光电流Ic>Ia>Ib，由于照射光频率一定时，最大光电流仅与光的强度有关，因此c光的强度一定大于b光的强度，B正确，不符合题意；
由C选项分析可知，a光照射光电管阴极K，逸出光电子的最大初动能一定大于b光照射光电管逸出光电子的最大初动能，但a光照射光电管逸出光电子的动能不一定大于b光照射光电管逸出光电子的动能，D错误，符合题意。
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
　某小组用a、b两种单色光照射同一光电管探究光电效应，得到光电流I与光电管所加电压U的关系如图所示，下列说法正确的是(　 　)

A.b光照射时逸出的光电子最大初动能较大
B.增强a光的强度，遏止电压Uca也增大
C.a光的频率大于b光的频率
D.a光的波长小于b光的波长
√
解析：根据eUc＝Ekm可知，b光的遏止电压较大，则b光照射时逸出的光电子最大初动能较大，A正确；
根据hν＝W0＋Ekm、eUc＝Ekm可知，光强与遏止电压无关，B错误；
由B选项分析可知，a光的频率小于b光的频率，C错误；
　(2023·新课标卷，T16)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10－5 eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，元电荷e＝1.60×10－19 C)(　 　)
A.103 Hz　　　　　　　 B．106 Hz
C.109 Hz D．1012 Hz
√
　(2023·湖北卷，T1)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)。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(　 　)

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，故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。
　(2023·山东卷，T1)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。如图所示的是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(　 　)
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向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EI＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3。
　图甲为氢原子能级图，图乙为氢原子的光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可见光区的四条谱线，其中Hβ谱线是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射产生的，下列说法正确的是(　 　)

A.这四条谱线中，Hα谱线光子频率最大
B.氢原子的发射光谱属于连续光谱
C.用能量为3.5 eV的光子照射处于n＝2激发态的氢原子，氢原子不发生电离
D.若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是Hδ
√
氢原子的发射光谱属于线状光谱，B错误；
处于n＝2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4 eV的能量，C错误；
频率越大的光子越容易使金属产生光电效应，题图乙中Hδ谱线波长最小，频率最大，Hδ光能量最大，若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是Hδ，D正确。
题型三　核反应与核能的计算
考向1　原子的衰变与核反应方程
1．衰变规律及实质
√
核反应生成的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力很弱，B错误；
核反应过程放出能量，发生质量亏损，故反应物的质量之和大于生成物的质量之和，D错误。
(2)求反冲的钍核的动能Ek2。
考向2　核能的计算
1．根据爱因斯坦质能方程可知，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求核能，即ΔE＝Δmc2。
2．根据1 u相当于931.5 MeV可知，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求核能，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。
√