1、专题五近代物理初步近三年全国卷考情统计高考必备知识概览常考点全国卷全国卷全国卷原子的能级跃迁2019T14光电效应问题2018T172017T19原子核的衰变问题2017T15核能的计算问题2017T172019T151(2019全国卷)氢原子能级示意图如图所示光子能量在 1.63 eV3.10 eV 的光为可见光要使处于基态(n1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()A12.09 eV B10.20 eVC1.89 eV D1.51 eV题眼点拨 由氢原子的能级图可知，要辐射光子必定要满足能级差；“光子能量在 1.63 eV3.10 eV 的光为可见光”说明了可
2、见光的范围解析：因为可见光光子的能量范围是 1.63 eV3.10 eV，所以氢原子至少要被激发到 n3 能级，要给氢原子提供的能量最少为 E(1.5113.60)eV12.09 eV，即选项 A 正确答案：A2(2019全国卷)太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环，循环的结果可表示为411H42He201e2已知11H 和42He 的质量分别为 mp1.007 8 u 和 m4.002 6 u，1 u931 MeV/c2，c 为光速在 4 个11H 转变成 1 个42He 的过程中，释放的能量约为()A8 MeV B16 MeVC26 MeV D52 MeV题眼点拨 由方程“411H4
3、2He201e2”可知 m4mpm，由质能方程可求出释放的能量解析：核反应质量亏损 m41.007 8 u4.002 6 u0.028 6 u，释放的能量 E0.028 6931 MeV26.6 MeV，选项 C 正确答案：C3(2018全国卷)用波长为 300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.281019 J已知普朗克常量为 6.631034 Js，真空中的光速为 3.00108 ms1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A11014 Hz B81014 HzC21015 Hz D81015 Hz题眼点拨“用波长为 300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表
4、面的最大初动能为 1.281019 J”说明由光电效应方程 EkhW0 可求得逸出功；“锌产生光电效应的单色光的最低频率”说明要求的频率为截止频率解析：由光电效应方程 EkhW0hh0，代入数据解得 081014Hz.答案：B4(2018全国卷)1934 年，约里奥居里夫妇用 粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核元素 X：2713AlnX，X 的原子序数和质量数分别为()A15 和 28 B15 和 30C16 和 30 D17 和 31题眼点拨 核反应方程2713AlnX，质量数和电荷数守恒解析：根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X 的电荷数为 21315，质量数为
5、427130，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知 X 的原子序数为 15，质量数为 30，选项 B 正确答案：B5(2017全国卷)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电氘核聚变反应方程是：21H21H32He10n.已知21H 的质量为 2.013 6 u，32He的质量为 3.015 0 u，10n 的质量为 1.008 7 u，1 u931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A3.7 MeV B3.3 MeVC2.7 MeV D0.93 MeV题眼点拨 要求氘核聚变反应中释放的核能，先求亏损的质量，再利用质能方程可求得结果解析：氘核聚变反应的质量亏损为
6、 m22.013 6 u(3.015 0 u1.008 7 u)0.003 5 u，释放的核能为 Emc20.003 5931 MeV/c2c23.3 MeV，选项 B 正确答案：B命题特点与趋势1本专题 2017 年新调为高考必考内容，从近几年高考试题可以看出无论 2017 年前的选考还是 2017 年至2019 年的必考，题型都以选择题为主，命题点多集中在光电效应、核反应方程、核能的计算，难度不大，多以识记型为主2从 2017 年高考题可以看出，选择题选考时的五个选项，变成四个选项，由选考时的涉及面广、全的命题思想向选项中考查某一知识点转变，如 2017 全国卷的 17题只集中考查核能的计
7、算，2019 全国卷的 14 题集中考查玻尔模型解题要领1熟悉教材中常见实验现象及理论解释2加强基本概念、规律的理解和记忆3注重核反应方程、核能中的简单计算题的训练考点 1 光电效应1光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应；(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大；(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过 109s；(4)饱和光电流的大小与入射光的强度有关，入射光强度越大，饱和光电流越大2光电效应方程(1)表达式：hEkW0 或 EkhW0；(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是 h，这些能量
8、的一部分用来克服金属的逸出功 W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能 Ek.3光电效应的研究思路(1)两条线索(2)两条对应关系光强大光子数目多发射光电子多光电流大；光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大(多选)(2017全国卷)在光电效应实验中，分别用频率为 a、b 的单色光 a、b 照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为 Ua 和 Ub、光电子的最大初动能分别为 Eka 和 Ekb.h 为普朗克常量下列说法正确的是()A若 ab，则一定有 UaUbB若 ab，则一定有 EkaEkbC若 UaUb，则一定有 EkaEkbD若 ab，则一定有 haEkahbEkb题眼点拨“同种金属”说明逸
9、出功相同；“遏止电压为 Ua 和 Ub、最大初动能分别为 Eka 和 Ekb”说明eUaEka，eUbEkb.解析：设该金属的逸出功为 W，根据爱因斯坦光电效应方程有 EkhW，同种金属的 W 不变，则逸出光电子的最大初动能随 的增大而增大，B 项正确；又 EkeU，则最大初动能与遏止电压成正比，C 项正确；根据上述有 eUhW，遏止电压 U 随 增大而增大，A项错误；又有 hEkW，W 相同，则 D 项错误答案：BC解决光电效应类问题的“3 点注意”注意 1：决定光电子初动能大小的是入射光的频率，决定光电流大小的是入射光光强的大小注意 2：由光电效应发射出的光电子由一极到达另一极，是电路中产
10、生光电流的条件注意 3：明确加在光电管两极间的电压对光电子起到了加速作用还是减速作用对点训练考向 光电效应的规律1(2019北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流表中给出了 6 次实验的结果组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04040弱中强2943600.90909第二组4566.06060弱中强2740552.92929由表中数据得出的论断中不正确的是()A两组实验采用了不同频率的入射光B两组实验所用的金属板材质不同C若入射光子的能量为 5.0 eV，逸出光电子的最大动能为 1.9 eV
11、D若入射光子的能量为 5.0 eV，相对光强越强，光电流越大解析：由于光子的能量 Eh，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A 项正确；由爱因斯坦光电效应方程 hWEk，可求出两组实验的逸出功均为 3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B 项错误；由 hWEk，逸出功 W3.1 eV 可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为 1.9 eV，C 项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故 D 项正确答案：B考向 光电效应的图象问题2(2019宜昌第二次联考)爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的
12、规律而获得 1921 年的诺贝尔物理学奖某种金属逸出光电子的最大初动能 Ekm 与入射光频率 的关系如图所示，其中 0 为极限频率从图中可以确定的是()A当入射光频率 0，即只有入射光的频率大于金属的极限频率时才会有光电子逸出，故 A 错误；金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，其大小 Wh0，故 B 错误；根据爱因斯坦光电效应方程 EkmhW，可知光电子的最大初动能 Ekm 与入射光的强度无关，但入射光越强，光电流越大，只要入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，故 C 错误；根据爱因斯坦光电效应方程 EkmhW，可知：Ekm h，故 D 正确答案：D考点 2 原子能级和能级
13、跃迁1玻尔理论的三条假设(1)轨道量子化：核外电子只能在一些分立的轨道上运动(2)能量量子化：原子只能处于一系列不连续的能量状态(3)吸收或辐射能量量子化：原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子2跃迁规律(1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量(2)受激跃迁：低能级高能级，吸收能量光照(吸收光子)：光子的能量等于能级差 hE；碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外E.大于电离能的光子可被吸收将原子电离(3)一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时，可能辐射出光谱线条数：NC2n.如图为氢原子的能级图，以下判断正确的是()A大量氢原子从 n3 的激发态向低能级跃迁时
14、，能产生 3 种频率的光子B氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量减少C当氢原子从 n5 的能级跃迁到 n3 的能级时，要吸收光子D从氢原子的能级图可知原子发射光子的频率也是连续的题眼点拨“从 n3 的激发态向低能级跃迁”产生的光子数 C233；“核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道”说明从低能级向高能级跃迁，需吸收光子，能量增加解析：根据 C233 可知，一群处于 n3 能级的氢原子向低能级跃迁，辐射的光子频率最多为 3 种，选项 A正确；氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量增大，选项 B 错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时放
15、出光子，选项 C 错误；玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，选项 D 错误答案：A解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧1原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差2原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能3一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)，而一群氢原子跃迁发出可能的光谱线种类可用 NC2nn（n1）2求解4计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位 1 eV1.61019 J.对点训练考向 核式结构的建立3人们在研究原子结构时提出过许多模型，其
16、中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示下列说法中正确的是()A 粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B科学家通过 粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C科学家通过粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D科学家通过 粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型解析：粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型答案：B考向 能级跃迁4(2019青岛模拟)如图为氢原子的能级图，已知可见光光子的能量范围为 1.623.11 eV，金属钠的逸出功是 225 eV，现有大量处于 n4 能级的氢原子
17、下列说法正确的是()A氢原子跃迁时最多可发出 6 种可见光B氢原子跃迁时发出的可见光均能使金属钠发生光电效应C氢原子跃迁时发出的可见光使金属钠发生光电效应得到光电子的最大初动能为 0.3 eVD氢原子跃迁时发出的可见光使金属钠发生光电效应得到光电子的最大初动能为 10.98 eV解析：根据 C246 知，大量处于 n4 能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出 6 种不同频率的光子，因为可见光的光子能量范围为 1.623.11 eV，满足此范围的有：n4 到 n2，n3 到 n2，所以氢原子跃迁时最多可发出 2 种可见光，故 A 错误；氢原子从 n4 能级向 n2 能级跃迁时，辐射的光子能量为0.
18、85 eV(3.4 eV)2.55 eV，从 n3 能级向 n2 能级跃迁时，辐射的光子能量为1.51 eV(3.4 eV)1.89 eV2.25 eV，故 B错误；根据 EkhW0，氢原子跃迁时发出的可见光使金属钠发生光电效应得到光电子的最大初动能为 Ek2.55 eV2.25 eV0.3 eV，故 C 正确，D 错误答案：C考点 3 原子核的衰变1天然放射现象(1)三种射线名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领 射线氦核42He2e4u最强 最弱 射线电子 01ee11 840u较强 较强 射线 光子00最弱 最强(2)放射性同位素的应用与防护放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同
19、位素两类，放射性同位素的化学性质相同应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等；防护：防止放射性对人体组织的伤害2原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变原子核放出 粒子或 粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变分类 衰变：AZXA4Z2Y42He 衰变：AZX AZ1Y 01e 衰变：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生 衰变，有的发生 衰变，同时伴随着 辐射两个典型的衰变方程 衰变：238 92U234 90Th42He 衰变：234 90Th234 91Pa 01e(2)半衰期定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的
20、，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系(3)公式：N 余N 原12t，m 余m 原12t(t 表示衰变时间，表示半衰期)(2017全国卷)一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核，衰变方程为238 92U234 90Th42He.下列说法正确的是()A衰变后钍核的动能等于 粒子的动能B衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小C铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间D衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量题眼点拨“静止的铀核”说明铀核衰变前初动量为零，衰变后钍核与 粒子总动量也为零解析：静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和 粒子的动量等大
21、反向，即 pThp，B 项正确；因此有 2mThEkTh 2mEk，由于钍核和 粒子的质量不等，因此衰变后钍核和 粒子的动能不等，A 项错误；半衰期是有半数铀核衰变所用的时间，并不是一个铀核衰变所用的时间，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此 D 项错误答案：B衰变次数的确定方法1确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素AXX 经过 n 次 衰变和 m 次 衰变后，变成稳定的新元素AZY，则表示该核反应的方程为AZXAZYn42Hem 01e.根据质量数守恒和电荷数守恒可列：AA4n ZZ2nm由以上两式联立解得 nAA4，mAA2ZZ由
22、此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组2因为 衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定 衰变的次数，然后根据衰变规律确定 衰变的次数对点训练考向 对衰变规律的理解5(2019洛阳模拟)关于放射性元素的衰变，下列说法正确的是()A放射性是原子序数大于或等于 83 的少数元素才有的B原子核发生 衰变，说明原子核内存在电子C射线不一定来自原子核，也有可能是核外电子D1 g 239 94Pu 经过一个半衰期后剩余 0.5 g 239 94Pu 没有发生衰变解析：原子序数大于或等于 83 的元素，都能自发地放出射线，故 A 错误原子核发生 衰变，是核内的中子转化为质子时放出的电子，而不是原子
23、核内就存在电子，选项 B 错误；射线都是由原子核内放出的，不是核外电子，选项 C 错误；1 g 239 94Pu 经过一个半衰期后会有半数发生衰变，即剩余 0.5 g 239 94Pu 没有发生衰变，选项 D正确答案：D考向 对半衰期的理解6(多选)(2018太原模拟)钍234 90Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤234 91Pa，同时伴随有 射线产生，其方程为234 90Th234 91Pax，钍的半衰期为 24 天则下列说法正确的是()A一块纯净的钍 234 矿石经过 24 天，矿石的质量仅剩下原来质量的一半Bx 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C 射线是钍原子核发生
24、衰变后产生的镤 234 的原子核释放的D 射线具有很强的电离作用，对人体细胞破坏能力较大解析：一块纯净的钍 234 矿石经过 24 天，钍核有半数发生衰变，不是矿石的质量仅剩下原来质量的一半，故A 错误；根据质量数、电荷数守恒得出 x 是电子，其产生的本质是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的，所以 B 正确；钍原子核发生衰变后产生的镤 234 的原子核处于激发态，不稳定，向基态跃迁的过程以 射线的形式向外释放能量，所以 C 正确；射线具有很强的穿透本领，电离作用很弱，所以 D 错误答案：BC考点 4 核反应方程和核能计算1核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程
25、的基础质子(11H)、中子(10n)、粒子(42He)、粒子(01e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒2核能的计算方法(1)根据 Emc2 计算时，m 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，E 的单位是“J”(2)根据 Em931.5(MeV)计算时，因 1 原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV 的能量m 的单位是“u”，所以 E 的单位是“MeV”(3)根据核子比结合能来计
26、算核能原子核的结合能核子比结合能核子数 一个静止的原子核abX 经 衰变放出一个 粒子并生成一个新核，粒子的动能为 E0.设衰变时产生的能量全部变成 粒子和新核的动能，则在此衰变过程中的质量亏损为()A.E0c2 B.E0（a4）c2C.（a4）E0c2D.aE0（a4）c2题眼点拨“一个静止的原子核abX 经 衰变放出一个 粒子并生成一个新核”说明原子核abX 衰变前后动量守恒；“衰变时产生的能量全部变成 粒子和新核的动能”说明质量亏损产生的能量全部变成新核的动能解析：因为衰变过程中动量守恒，所以 粒子和新核的动量大小相等由 Ek p22m1m，可得新核与 粒子的动能之比为 4a4，因此衰变
27、释放的总能量为 aE0a4，由质能方程 Emc2 可得质量亏损 maE0（a4）c2.答案：D1在求解核反应中的动量守恒时，常出现以下错误(1)核反应中产生的新核和粒子的质量数的确定；(2)在列动量守恒式时，是否考虑放出的光子的动量；(3)核反应中动能并不守恒2可以从以下几点防范(1)根据核反应规律，确定新核和粒子的质量数；(2)根据题给条件明确是否考虑光子的动量；(3)若为放能核反应，反应后的动能等于反应前的动能与释放的核能之和对点训练7(多选)(2019天津卷)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018 年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到 1 亿度，为人类开发利用核聚变能源
28、奠定了重要的技术基础下列关于聚变的说法正确的是()A核聚变比核裂变更为安全、清洁B任何两个原子核都可以发生聚变C两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加解析：与核裂变相比轻核聚变更为安全、清洁，A 正确；自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，不是任意两个原子核都能发生核聚变，B 错误；两个轻核发生聚变结合成质量较大的核时，放出巨大的能量，根据 Emc2 可知，聚变反应中存在质量亏损，则总质量较聚变前减少，C 错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减少，所以核子的比结合能增加，D 正确答案：AD8(2019江苏卷)100 年前，卢瑟福用 粒子轰击氮核打出了质子后来，人们用 粒子轰击6028Ni 核也打出了质子：42He6028Ni6229Cu11HX，该反应中的 X 是_(选填“电子”“正电子”或“中子”)此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能目前人类获得核能的主要方式是_(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)解析：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得 X 的质量数为 1，电荷数为零，所以 X 是中子目前人类获得核能的主要方式是核裂变答案：(1)中子(2)核裂变