模块十五:近代物理
考点1 光电效应 波粒二象性
1.(2017·全国卷Ⅲ,19)(多选)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb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νa>νb,则一定有Ua D.若νa>νb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb 【解析】由光电效应方程可知Ek=hν-W0,该动能又会在遏止电压下恰好减为零,则eU=hν-W0,其中W0为逸出功,同种金属的W0 相同,若νa>νb,则Ua>Ub,故A项错误;若νa>νb,根据Ek=hν-W0,可得Eka>Ekb,故B项正确;若Ua 【答案】BC 2.(2017·北京卷,18)2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.6×10 J·s,真空光速c=3×10 m/s)( )。 -34 8 -9 A.10 J B.10 J C.10 J D.10 J -21-18-15-12 【解析】由E=hν,ν=【答案】B ,可得E=h=1.98×10-18 J,所以B项正确。 3.(2015·江苏卷,12)(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有( )。 A.光电效应现象揭示了光的粒子性 B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等 【解析】黑体辐射的实验规律只能用光的粒子性解释,普朗克用能量子理论分析黑体辐射,结果与事实完全相符,故C项错误; 由于Ek=mv2,p=mv,因此p=,质子和电子动能相等,但质量不等,故动量p也不等,再根据德布罗意波的波长 λ=可知,德布罗意波的波长λ也不同,故D项错误。 【答案】AB 考点2 原子结构 氢原子光谱 1.(2014·全国卷Ⅱ,35)(多选)在人类对微观世界进行探索的过程中,科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是( )。 A.密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值 B.贝克勒尔通过对天然放射现象的研究,发现了原子中存在原子核 C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素 D.卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子 E.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验,发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的,并测出了该粒子的比荷 【解析】密立根通过油滴实验测出了基本电荷的电荷量,A项正确;卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型,并发现了原子中心有一个核,B、D两项错误;居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素,并因此获得了诺贝尔奖,C项正确;汤姆孙通过研究阴极射线,发现了电子,并测出了电子的比荷,E项正确。 【答案】ACE 2.(2016·海南卷,17)(多选)下列说法正确的是( )。 A.爱因斯坦在光的粒子性的基础上,建立了光电效应方程 B.康普顿效应表明光子只具有能量,不具有动量 C.玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律 D.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 E.德布罗意指出微观粒子的动量越大,其对应的波长就越长 【解析】爱因斯坦提出了光子假说,建立了光电效应方程,故A项正确;康普顿效应表明光不仅具有能量,还具有动量,故B项错误;玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律,故C项正确;卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型, 故D项正确;微观粒子的德布罗意波长λ=【答案】ACD ,其中p为微观粒子的动量,故动量越大,对应的波长就越短,E项错误。 3.(2015·浙江卷自选,14)以下说法正确的是( )。 A.所有原子核中的质子数和中子数都相等 B.在核反应中,质量数守恒、电荷数守恒 C.氢原子从高能级向低能级跃迁时能辐射出γ射线 D.只要光照射金属电极的时间足够长,就能发生光电效应 【解析】原子核中的质子数和中子数不一定相等,例如一种元素可能有多种同位素,即质子数相同,但中子数不同,A项错误。在核反应中,虽然有质量亏损,但质量数、电荷数仍然守恒,B项正确。γ射线是原子核反应中伴随着α或β射线产生的,C项错误。光电效应能否发生只与照射光的频率有关,与照射时间无关,D项错误。 【答案】B 考点3 天然放射现象 核反应 核能 1.(2017·全国卷Ⅰ,17)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H H He n。已知H的质量为2.0136 uHe的质量为3.0150 un的质量为1.0087 u,1 u=931 MeV/c。氘核聚变反应 2 中释放的核能约为( )。 A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV 【解析】氘核聚变反应的质量亏损Δm=2.0136 u×2-3.0150 u-1.0087 u=0.0035 u,由爱因斯坦质能方程可得释放的核能 E=0.0035×931 MeV≈3.3 MeV,B项正确。 【答案】B 2.(2017·全国卷Ⅱ,15)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为 A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能 UThHe。下列说法正确的是( )。 B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间 D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 【解析】衰变过程动量守恒,生成的钍核的动量与α粒子的动量等大反向,根据Ek=,可知衰变后钍核的动能小于α 粒子的动能,所以B项正确,A项错误;半衰期是一半数量的铀核衰变所需要的时间,C项错误;衰变过程放出能量,质量发生亏损,D项错误。 【答案】B 3.(2017·天津卷,1) 我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是( )。 AHHHen BNHeOH CHeAlPn DUnBaKr+n 【解析】 HHHeBa HeAlKr+n是核聚变反应方程,A项正确P NHeOH是原子核的人工 转变反应方程,B项错误 U【答案】A n n是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程,C项错误 n是铀核裂变的反应方程,D项错误。 近代物理知识的特点是“点多面宽”“考点分散”,其中重点内容有光电效应、波粒二象性、原子能级结构、能级公式、 核反应方程及规律、质能方程及核能、相关物理史、光子论等内容。高考对本模块的考查主要是从对基本概念的理解、辨别方面进行的,也有简单的计算;题型主要以选择题为主,命题有以下特点: (1)结合近代物理实验现象考查波粒二象。 (2)通过光电效应实验考查对光电效应规律的理解及光电效应方程的应用,有时还结合电场知识或图象来考查。 (3)考查原子核式结构模型和氢原子的跃迁、原子跃迁规律的理解及光子的发射与吸收规律。 (4)考查三种粒子的物理性质和半衰期的理解与计算。 (5)考查对爱因斯坦质能方程的理解与核能的计算,及原子核的裂变与聚变。 (6)与磁场中带电粒子的运动、动量守恒、能的转化与守恒等知识综合考查;同时,有的试题还以与现代科学技术有着密切联系的近代物理为背景来考查原子物理的重点知识。 《考试大纲》将“选修3-5”调整为必考内容后,对本章知识的考查难度应该不会有太大变化,但考查范围很有可能会扩大。此外,原子物理属于前沿科学知识,复习时应侧重对基本概念和规律的理解和识记。 考点1 光电效应 波粒二象性 1 黑体与黑体辐射 普朗克能量子假说 (1)黑体与黑体辐射 ①黑体:如果某种物质能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是绝对黑体。 ②黑体辐射:辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。 (2)普朗克能量子假说 ①定义:普朗克认为,带电微粒辐射或吸收能量时,只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍,这个不可再 分的最小能量值ε叫作能量子。 ②大小:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h是普朗克常量,数值h=6.626×10-34 J·s(一般h取6.63×10-34 J·s)。 1.1 黑体辐射的规律如图所示,从图中可以看出,随着温度的降低,各种波长的辐射强度都 (选填“增大”“减小”或“不 变),辐射强度的极大值向波长 (选填“较长”或“较短”)的方向移动。 【答案】减小 较长