高考物理二轮复习专题五光学热学近代物理初步第14讲近代物理课件（48页PPT）

(共48张PPT)
[复习目标]
1.理解光电效应的规律并能计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量。
2.理解玻尔理论及能级跃迁规律。
3.理解原子核的衰变、人工转变以及核能计算的知识。
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
(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。
(2)最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。
(3)逸出功与极限频率的关系:W0=hνc。
D
AB
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
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
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3]　(2025·甘肃卷)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
[例4]　(2025·陕西商洛模拟)科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子。按玻尔氢原子理论,氢原子的能级图如图所示,下列判断正确的是(　　)
A.用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子,可观测到
多种不同频率的光子
B.一个处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时,最多可能发出6条光谱
线
C.氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态需要吸收光子
D.氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时,电势能减小,动能增大
A
解析　由题图可知,用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子,氢原子可以跃迁到n=5的激发态,再向低能级跃迁时可以辐射出10种频率的光子,故A正确;一个处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时,最多可以辐射出3种频率的光子,即有3条光谱线,故B错误;氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态是从高能级向低能级跃迁,会辐射出光子,故C错误;氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时,轨道半径变大,电势能增大,动能减小,故D错误。
1.核反应方程
(1)四种基本类型:衰变、人工转变、重核裂变和轻核聚变。
(2)两个规律:质量数守恒和电荷数守恒。
(3)核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向,不能用等号连接。
2.原子核的衰变及半衰期
3.α衰变和β衰变次数的确定方法
方法一:由于β衰变不改变质量数,故可以先由质量数改变量确定α衰变的次数,再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。
方法二:设α衰变次数为x,β衰变次数为y,根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。
4.两类计算核能的方法
(1)根据ΔE=Δmc2计算时,Δm的单位是“kg”,c的单位是“ m/s”,ΔE的单位是“J”。
(2)根据ΔE=Δm×931.5 MeV计算时,Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。
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3.(2025·浙江湖州二模)用各种频率的光照射两种金属材料得到遏止电压Uc随光的频率ν变化的两条图线1、2,图线上有P和Q两点。下列说法正确的是(　　)
A.图线1、2一定平行
B.图线1对应金属材料的逸出功大
C.照射同一金属材料,Q对应的光比P对应的光产生
的饱和电流大
D.照射同一金属材料,P对应的光比Q对应的光发出
的电子初动能大
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4.(2025·山东卷)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　根据光电子最大初动能与遏止电压的关系
Ek=eUc,根据题图有Uc2>Uc3>Uc1,故Ek2>Ek3>Ek1,故选B。
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5.(2025·湖南怀化二模)γ射线探伤机(如图)的基本原理是利用放射性同位素产生的γ射线对材料进行穿透,通过探测材料反射、透射和吸收射线的能力,来判断其内部的缺陷和异常情况,是一种无损探伤检测设备,被广泛应用于工业探伤领域。下列有关γ射线及放射现象的说法正确的是(　　)
A.γ射线垂直磁场射入时,其运动轨迹不发生偏转,故γ射线的
本质是高速中子流
B.γ射线具有高穿透力、短波长的特点,故其电离作用非常强,
能穿透几十厘米厚的混凝土
C.原子核衰变过程中伴随着放射现象的发生,由于γ射线的产生,衰变前的质量数不等于衰变后的质量数之和
D.与天然放射性物质相比,人工放射性同位素具有放射强度容易控制、半衰期比较短、放射性废料容易处理等优点
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解析　γ射线的本质是光子流,故A错误;γ射线具有高穿透力,但是电离能力非常弱,故B错误;原子核发生衰变时,衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和,故C错误;人工放射性同位素与天然放射性物质相比具有放射强度容易控制、半衰期比较短、放射性废料容易处理等优点,故D正确。
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[能力提升练]
6.(2025·北京卷)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
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8.(2025·辽宁大连三模)如图甲所示的光电管是基于光电效应的一种光电转换器件,光电管可将光信号转换成电信号,在自动控制电路中有广泛应用。光电管的基本工作原理如图乙所示,当有光照在金属K极上时,电路导通;无光照射时,电路不通。下列说法正确的是(　　)
A.只要照射到金属K极上的光足够强电路就能导通
B.只有入射光的频率小于某一定值,电路才能导通
C.电路导通情况下,通过电阻的电流方向是从下向上
D.电路导通情况下,光照越强,电阻R上的电压越大
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解析　当入射光的频率大于截止频率时,金属K极就能发生光电效应,即电路可以导通,光强增大而频率小于截止频率则不会发生光电效应,电路不被导通,A、B错误;电路导通情况下,即光电子的运动方向向左,光电管内的电流方向向右,所以通过电阻的电流方向是从上向下,C错误;电路导通情况下,光照越强,电流越大,所以电阻R上的电压越大,D正确。
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9.(多选)(2025·浙江绍兴三模)如图甲所示,一束由P、Q两种频率的光组成的复色光照射阴极K,调节滑动变阻器,记录电流表与电压表的示数,并用图像表示两者的关系(图乙所示)。若用P、Q光单独照射,可得到遏止电压分别为U1、U2,饱和电流分别为I1、I2(I1大于I2);若用P、Q光分别照射处于第一激发态的氢原子,只有P光能使氢原子电离。下列说法正确的是(　　)
A.U0=U1+U2 B.U0=U1
C.I0=I1 D.I0=I1+I2
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解析　若用P、Q光分别照射处于第一激发态的氢原子,只有P光能使氢原子电离,可知P光的光子能量大于Q光的光子能量,根据Uce=Ekmax=hν-W逸出功,则P光的遏止电压较大,即U1>U2,则由P、Q两种频率的光组成的复色光照射阴极K时的遏止电压U0=U1;由P、Q两种频率的光组成的复色光照射阴极K时,单位时间逸出光电子数等于两种光产生的光电子数之和,可知饱和光电流I0等于两种光单独照射时的饱和光电流之和,即I0=I1+I2,故选B、D。
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11.(2025·河北石家庄二模)大量处在激发态n的氢原子向基态跃迁时能向外辐射三种波长不同的光子,三种光子的波长分别为λ1、λ2、λ3,且有λ1>λ2>λ3,波长为λ1的光能使某种金属发生光电效应现象。则下列说法正确的是(　　)
A.n=4
B.波长为λ3的光一定能使该金属发生光电效应现象
C.λ1=λ2+λ3
D.三种光复合而成的细光束由玻璃射入空气,入射角由0°逐渐增大时,波长为λ1的光先发生全反射
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