第16章 核心素养提升-【金版教程】2025年高考物理一轮复习解决方案课件PPT（新教材）

第十六章　核心素养 提升 目录 1 2 科学思维提炼 素养提升集训 科学思维提炼 目录 1．理想模型法：黑体。 2．转换法 (1)观察和研究光电效应的实验； (2)测量阴极射线粒子的比荷的实验； (3)发现和观察放射性的实验； (4)观察和研究三种射线性质的实验。 3．极限法：光电效应实验中极限频率、遏止电压、饱和电流的测量。 目录 4．归纳法 (1)光电效应实验结论的总结； (2)从阴极射线的研究到电子的发现过程； (3)衰变中半衰期的提出。 5．类比、联想的思维：德布罗意关于物质波概念的提出。 6．推理法 (1)从光电效应实验结果的分析到爱因斯坦光电效应方程的得出； (2)强相互作用存在和作用范围的定性推出。 目录 7．实验、推理、假设法结合 (1)黑体辐射研究中，普朗克关于“能量子”概念的提出； (2)爱因斯坦关于“光子”概念的提出； (3)原子“枣糕模型”的提出、卢瑟福原子核式结构模型的提出、玻尔原子理论的提出； (4)卢瑟福关于“中子”的提出过程。 8．对比法：三种射线性质的比较。 目录 素养提升集训 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 选择题(本题共11小题) 1．(2022·湖南高考)关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是(　　) A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征 B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律 C．光电效应揭示了光的粒子性 D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 解析　玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的分立特征，但不足之处在于保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，没有完全揭示微观粒子运动的规律，A、B错误；光电效应揭示了光的粒子性，C正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的波动性，D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 2．(2023·浙江1月选考)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为(　　) A.eq \f(4NL2hν,R2η) B.eq \f(2NL2hν,R2η) C.eq \f(ηL2hν,4R2N) D.eq \f(ηL2hν,2R2N) 解析　设该天体发射频率为ν光子的功率为P，由题意可知Pt×eq \f(πR2,4πL2)×η＝Nhνt，解得P＝eq \f(4NL2hν,R2η)，故选A。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 解析　由题意，设铯原子钟利用的两能级的能量差为ΔE＝1×10－5 eV＝1×10－5×1.60×10－19 J＝1.60×10－24 J，由光子能量的表达式ε＝hν及ε＝ΔE可得，跃迁发射的光子的频率为ν＝eq \f(ε,h)＝eq \f(ΔE,h)＝eq \f(1.60×10－24,6.63×10－34) Hz≈2.41×109 Hz，则跃迁发射的光子的频率量级为109 Hz，故选C。 3．(2023·新课标卷)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 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 4．(多选)μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用，如图所示为μ氢原子的能级示意图。假定光子能量为ε的一束光照射容器中大量处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，若普朗克常量为h，则(　　) A．ε＝h(ν1＋ν2) B．ε＝h(ν1－ν4＋ν5) C．ε＝h(ν2＋ν4) D．ε＝h(ν6－ν3) 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 解析　设大量μ氢原子吸收光子后从n＝2能级跃迁到能量较高的m能级，然后从m能级向低能级跃迁时，发出的不同频率的光子种类有Ceq \o\al(2,m)＝eq \f(m（m－1）,2)＝6，解得m＝4，即大量μ氢原子吸收光子后先从n＝2能级跃迁到n＝4能级，然后从n＝4能级向低能级跃迁。由题意知，发出光子的频率对应的能级跃迁过程如图，由图可知ε＝E4－E2＝hν3＝h(ν1＋ν2)＝h(ν1－ν4＋ν5)＝h(ν6－ν4)，故A、B正确，C、D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 解析　根据I＝eq \f(q,t)＝eq \f(ne,t)，可得产生的电子数为n＝eq \f(It,e)＝eq \f(5.0×10－8×3.2×104,1.6×10－19)＝1.0×1016个，因一个氚核eq \o\al(3,1)H发生β衰变产生一个电子，可知在这段时间内发生β衰变的氚核eq \o\al(3,1)H的个数为1.0×1016个，故选B。 5．(2020·山东高考)氚核eq \o\al(3,1)H发生β衰变成为氦核eq \o\al(3,2)He。假设含氚材料中eq \o\al(3,1)H发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2×104 s时间内形成的平均电流为5.0×10－8 A。已知电子电荷量为1.6×10－19 C，在这段时间内发生β衰变的氚核eq \o\al(3,1)H的个数为(　　) A．5.0×1014 B．1.0×1016 C．2.0×1016 D．1.0×1018 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 6．一群处于n＝4能级的氢原子，向低能级跃迁发出多种光，用这束光照射图甲电路的阴极K。阴极K为金属钙，其逸出功为3.20 eV。氢原子能级如图乙所示，则下列说法正确的是(　　) A．该光束中能使K发生光电效应的光有4种 B．光电子的最大初动能为9.55 eV C．光电子到达A时动能的最大差值为2.55 eV D．向右滑动触头P，电流表示数一定变大 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 解析　一群处于n＝4能级的氢原子，向低能级跃迁，只有n＝4能级跃迁到n＝1能级，n＝3能级跃迁到n＝1能级，n＝2能级跃迁到n＝1能级，这三种情况辐射出的光子能量大于金属钙的逸出功，可知能使K发生光电效应的光只有3种，故A错误；一氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级时辐射出的光子能量最大，为hνm＝－0.85 eV－(－13.6) eV＝12.75 eV，由爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能Ekm＝hνm－W0＝12.75 eV－3.20 eV＝9.55 eV，故B正确； 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 光电子从K极逸出时，动能最大值为Ekm，最小值为0，经过同一加速电压，动能变化量相同，则光电子到达A时的动能的最大差值为ΔEkm＝Ekm－0＝9.55 eV，故C错误；向右滑动触头P，只有在光电流未达到饱和值前，正向电压越大，光电流越大，达到饱和电流之后，正向电压增大，则光电流不变，所以电流表示数不一定变大，故D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 7．如图所示，是某种火灾报警装置的工作电路图，它的核心部件为紫外线光电管，其中A为阳极，K为阴极，发生火灾时c、d端有输出电压实施报警。已知地表附近太阳光中紫外线光子能量介于3.1～3.9 eV之间，明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2 eV之间。几种金属单质的逸出功如下表所示，若光电管阴极K材料选用金属铝，则下列说法正确的是(　　) 金属单质 钾 钠 锌 铝 逸出功/eV 2.25 2.29 3.34 4.21 A．太阳光照射时c、d端有输出电压 B．明火照射时c、d端有输出电压 C．若阴极K材料选用金属锌，能实现有效报警 D．明火中紫外线波长越长，光电子的最大初动能越大 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 解析　因为太阳光中紫外线光子能量介于3.1～3.9 eV之间，小于金属铝的逸出功4.21 eV，故太阳光照射时，不发生光电效应，c、d端没有输出电压，A错误；明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2 eV之间，大于金属铝的逸出功，故明火照射时，发生光电效应，c、d端有输出电压，B正确；若阴极K材料选用金属锌，已知金属锌的逸出功为3.34 eV，则当太阳光照射时，发生光电效应，c、d端有输出电压，也能报警，但不能实现有效报警，C错误；根据E＝heq \f(c,λ)，明火中紫外线波长越长，光子能量越小，根据Ekm＝hν－W0，则光电子的最大初动能越小，D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 解析　设Y的电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应中电荷数守恒和质量数守恒，可知第一个核反应方程的电荷数和质量数满足Z＋7＝m＋8，A＋14＝n＋17，第二个核反应方程的电荷数和质量数满足m＋3＝2Z，n＋7＝2A，联立解得Z＝2，A＝4，故D正确。 8．(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中 X＋eq \o\al(14,7)N―→Y＋eq \o\al(17,8)O Y＋eq \o\al(7,3)Li―→2X X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则(　　) A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2 C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 解析　设在t＝0时刻，半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有x＋y＝N，在t＝2t0时刻，两种元素分别经历了2个半衰期和1个半衰期，有eq \f(1,22)x＋eq \f(1,2)y＝eq \f(N,3)，联立可得x＝eq \f(2,3)N，y＝eq \f(1,3)N，在t＝4t0时刻，两种元素分别经历了4个半衰期和2个半衰期，尚未衰变的原子核总数为N′＝eq \f(1,24)x＋eq \f(1,22)y＝eq \f(N,8)，故选C。 9．(2022·全国甲卷)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为eq \f(N,3)，则在t＝4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为(　　) A.eq \f(N,12) B.eq \f(N,9) C.eq \f(N,8) D.eq \f(N,6) 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 10．(2023·北京市昌平区高三下二模)“北京正负电子对撞机”是我国第一台高能加速器，也是高能物理研究的重大科技基础设施。一对速率相同的正、负电子(动能极小，可忽略)正碰后湮灭生成两个γ光子，反应方程为eq \o\al(　0,＋1)e＋eq \o\al(　0,－1)e→2γ。已知单个电子的静止质量为me，电荷量为e，光速为c，普朗克常量为h。下列说法正确的是(　　) A．单个光子的能量为mec B．光子的频率为eq \f(mec2,h) C．两个光子的频率可以不同 D．两个光子的运动方向可能相同 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 解析　根据题意可知，碰撞前，正、负电子的总动量为零，根据碰撞过程动量守恒可知，产生的两个光子的总动量也为零，即两个光子的动量方向相反、大小相等，所以两个光子的运动方向相反，又光子的动量p＝eq \f(h,λ)，c＝λν，可得ν＝eq \f(pc,h)，则两个光子的频率相同，故C、D错误；两个光子的频率ν相同，根据ε＝hν可知，两个光子的能量相同，该反应过程的质量亏损Δm＝2me，根据ΔE＝Δmc2可得，该反应释放的能量ΔE＝2mec2，则单个光子的能量为ε＝eq \f(ΔE,2)＝mec2，根据ε＝hν可得，光子的频率为ν＝eq \f(mec2,h)，A错误，B正确。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 11．(多选)1899年，俄国物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”。已知频率为ν的光子的动量为eq \f(hν,c)，式中h为普朗克常量，c为光速。光对物体单位面积的压力叫辐射压强或光压。某二氧化碳气体激光器发出的激光功率为P＝1000 W，该光束垂直射到某平整元件上，其光束截面积为S＝1.00 mm2，该激光的波长为λ，光速c＝3×108 m/s，且c＝λν，则(　　) A．该激光器单位时间内发出的光子数可表示为eq \f(Pλ,hc) B．该激光器单位时间内发出的光子数可表示为eq \f(Pλ,h) C．该光束可能产生的最大光压约为667 Pa D．该光束可能产生的最大光压约为6.67 Pa 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 解析　该激光器发出的单个光子的能量为ε＝hν＝heq \f(c,λ)，则单位时间内该激光器发出的光子数为N＝eq \f(P,ε)＝eq \f(Pλ,hc)，故A正确，B错误；如果光束垂直平面照射且被完全反射，则光子的动量改变量为最大，单位时间内光子的动量变化量Δp＝Np－(－Np)＝2Neq \f(hν,c)，根据动量定理，光子受到的平均作用力F＝Δp，又c＝λν，得F＝eq \f(2P,c)，又由牛顿第三定律知，光束对平面的作用力大小F′＝F，该光束产生的最大光压为p压＝eq \f(F′,S)，联立可得p压＝eq \f(2P,cS)＝6.67 Pa，故C错误，D正确。 　　　　　　　　　　　　　 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