专题18 近代物理（知识清单）（全国通用）2026年高考物理一轮复习讲练测

专题18 近代物理 目录 01知识脑图·学科框架速建 02考点精析·知识能力全解 【知能解读01】原子结构与波粒二象性 一、黑体辐射 二、能量子 三、光电效应 四、氢原子光谱 五、玻尔理论 六、波粒二象性 【知能解读02】原子核 一、原子核的组成 二、放射性元素的衰变 三、核力与结合能 四、质量亏损与核能 五、基本粒子 【核心考点】光电效应的理解 03 攻坚指南·高频考点突破 【重难点突破01】光电效应的图像问题 【重难点突破02】原子核衰变的类型判断和次数计算 04 避坑锦囊·易混易错诊疗 【易混易错01】半衰期的理解、计算和应用 【易混易错02】核反应的判断、方程与应用 05 通法提炼·高频思维拆解 【方法技巧01】氢原子能级跃迁与数学思想的结合 【方法技巧02】近代物理学史——相关粒子的发现和实验 01 原子结构与波粒二象性 一、黑体辐射 1. 热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。其特点是：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同。 2. 黑体：某种物体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，简称黑体。 【注意】黑体是一个理想化的物理模型，看上去不一定是黑的。绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。 3. 黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波。。 4. 黑体辐射规律：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值，随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如下图所示。 【跟踪训练】（2024·广西柳州·三模）下列说法中正确的是（　　） A．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关 B．爱因斯坦提出量子化理论，认为光本身是由一个个不可分割的能量子组成的 C．在电磁波谱中，紫外线的波长大于蓝光的波长 D．麦克斯韦建立了电磁场理论，预言并通过实验证实了电磁波的存在 二、能量子 1. 定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，例如可能是或2、3……，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子。 2. 表达式：，其中是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，称为普朗克常量，h＝6.626 070 15×10－34 J·s。 3. 能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化。 【注意】①物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。②在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。 【跟踪训练】（2025·甘肃甘南·模拟预测）下列说法正确的是（　　） A．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 B．紫光光子的能量比红光光子的能量大 C．不同频率的电磁波在真空中传播的速度不同 D．晶体不发射红外线 三、光电效应 1. 几个基本概念的理解 （1）光子与光电子 光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电。 光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。 （2）光电子的动能与光电子的最大初动能 只有金属表面的电子飞出原子核需要克服原子核的引力做功时，才具有最大初动能。 （3）光电流和饱和光电流 金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流。随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 （4）入射光强度与光子能量 入射光强度指指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。 （5）光的强度与饱和光电流 频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。 2. 光电效应现象 在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。如下图所示，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。 【注意】光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，从而使金属带上正电。 3. 光电效应的产生条件 能否发生光电效应，不取决于光的强度，而是取决于光的频率。只要照射光的频率大于该金属的极限频率，无论照射光强弱，均能发生光电效应。 4. 光电效应的规律 每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。 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。 光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过。 当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。 【跟踪训练】（2025·湖北·一模）爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（　　） A．在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板也一定有光电子飞出 B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大 C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量 四、氢原子光谱 1. 定义：把光用棱镜或光栅按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。 2. 分类 （1）线状谱：一条条的亮线。产生条件为稀薄气体发光形成的光谱。 （2）连续谱：连在一起的光带。产生条件为炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后，再色散形成的。 3. 特征谱线 气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光，不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线。 4. 氢原子光谱的实验规律 许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱是探索原子结构的一条重要途径。 巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式。巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。 氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。 【跟踪训练】（2025·海南·模拟预测）氢原子的光谱如图所示，图中的Hα、Hβ、Hγ、Hδ四条谱线都在可见光区。这四条谱线对应的光子能量最高的是（　　） A．Hα谱线 B．Hβ谱线 C．Hγ谱线 D．Hδ谱线 五、玻尔理论 1. 玻尔理论的几个重要概念： ①能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值。 ②基态：原子能量最低的状态。 ③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态。 ④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。 ⑤氢原子的能级公式：En＝E1 （n＝1，2，3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。 ⑥氢原子的半径公式：rn＝n2r1 （n＝1，2，3，…），其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 2. .玻尔原子模型的三条假设 （1）轨道量子化：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。 （2）能量量子化 ①电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。 ②由于原子的可能状态（定态）是不连续的，具有的能量也是不连续的。这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫作激发态。 （3）频率条件 原子从一种定态（设能量为）跃迁到另一种定态（设能量为）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定。 3. 玻尔理论对氢光谱的解析 解释巴耳末公式：巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。 解释氢原子光谱的不连续性：原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 解释不同原子具有不同的特征谱线：不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同。 解释气体导电发光：通常情况下，原子处于基态，非常稳定，气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态，处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态。 补充：氢原子的能级结构和跃迁问题的理解 （1）能级跃迁 处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为，而一个氢原子跃迁最多会出现种谱线。 原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定：（、是始末两个能级且，能级差越大，放出光子的频率就越高。 （2）使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子 ①光子：原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到能级时能量有余，而激发到能级时能量不足，则可激发到能级的问题。 当光子能量大于或等于时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。 ②实物粒子：原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值，就可使原子发生能级跃迁。 补充：原子跃迁时需要注意的几个问题 ①注意一群原子和一个原子 氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。 ②注意间接跃迁与直接跃迁 原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射（或吸收）光子的频率可能不同。 ③注意跃迁与电离 只适用于光子与原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况。对于光子与原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制，这是因为原子一旦电离，原子结构立即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论。如基态氢原子的电离能为，只要能量大于或等于的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。 【跟踪训练】（2025·宁夏吴忠·二模）1885年巴尔末对可见光区的四条光谱线进行研究并最终得到了如下公式，式子中的为里德伯常量，为辐射出的光的波长。如图所示为氢原子的能级图，氢原子第能级的能量为，其中是基态能量，。现对大量处于同一激发态的氢原子研究，已知此类氢原子能够辐射出六种不同频率的光子，普朗克常量为，真空中光速为，则下列说法中正确的是（　　） A．该类氢原子处于的激发态 B．其中光子频率最大的为 C．若用上述六种光子照射某一金属板时，有两种光子不能使其发生光电效应，则逸出电子的最大初动能之差可能为 D．里德伯常量为 六、波粒二象性 1. 康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。表达式为：p＝。 【注意】在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能变小，因此有些光子散射后波长变大。 2. 光的波粒二象性 （1）波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 表现：光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述。足够能量的光在传播时，表现出波的性质。 （2）粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。 表现：当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质。少量或个别光子容易显示出光的粒子性。 光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 3. 光的波粒二象性的表现规律： （1）数量上：个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性，光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。 （2）频率上：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象。 （3）传播与作用上：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。 （4）波动性与粒子性上：由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。 补充：对光的波粒二象性的理解 （1）光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的，光的波动性不同于宏观观念的波。 （2）粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光子不同于宏观观念的粒子。 （3）理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。由E＝hν和p＝可得波速和。 4. 物质波 概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。 物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。 补充：光的认识史 学说名称 内容要点 理论领域 微粒说 光是一群弹性粒子 宏观世界 波动说 光是一种机械波 宏观世界 电磁说 光是一种电磁波 微观世界 光子说 光是由一份一份光子组成的 微观世界 波粒二象性 光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性 微观世界 【跟踪训练】（2025高三·全国·专题练习）用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图（a）（b）（c）所示的图像，则（　　） A．图像（a）表明光具有波动性 B．图像（c）表明光具有粒子性 C．用紫外线观察不到类似的图像 D．实验表明光是一种概率波 02 原子核 一、原子核的组成 1. 原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。 2. 原子核的符号：原子核常用X表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的电荷数(原子序数)，如下图所示。 3. 同位素 同位素是具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置。 原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质。 同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数不同，所以它们的物理性质不同。 4. 天然放射现象 放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。 【跟踪训练】（2025·北京大兴·三模）下列物质中，本质不是电子的是（　　） A．阴极射线 B．射线 C．伦琴射线 D．光电子 二、放射性元素的衰变 1. 三种放射线 种类 α射线 β射线 γ射线 本质 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波) 电荷量 2e -e 0 质量 4mp, mp=1.67×10-27 kg 静止质量为零 速度 0.1c 0.99c c 在电场磁场中 偏转 与α射线偏转方向相反 不偏转 贯穿本领 最弱，用纸能挡住 较强，能穿透几毫米的铝板 最强，能穿透几厘米的铅板 对空气的 电离作用 很强 较弱 很弱 2. 原子核衰变 原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2。 进行β衰变时，质量数不变，电荷数加1。 补充：α衰变和β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变过程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 【注意】γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核具有过多的能量(核处于激发态)，从而辐射出光子。 补充：三种射线在电场、磁场中的偏转情况 在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不会偏转；在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不会偏离，如下图所示。 【跟踪训练】（2025·全国·模拟预测）下列核反应方程正确的是（　　） A．的衰变方程： B．粒子衰变的转化方程为： C．的衰变方程： D．核聚变方程： 三、核力与结合能 1. 核力 原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为强相互作用。 2. 核力的特点 （1）强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15m。 （2）距离增大时，强相互作用急剧减小，超过10－15m，相互作用不存在。 （3）核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 （4）核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。 3. 结合能 原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 4. 比结合能 原子核的结合能与核子数之比，叫做比结合能，也叫做平均结合能。比结合能的曲线如下图所示，从图中可看出，中等大小的核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等大小的核的比结合能要小。 补充：比结合能与原子核稳定的关系 （1）比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。 （2）核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。 （3）当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。 【跟踪训练】（2025·云南怒江·一模）核污水的排放会导致被污染的海水中放射性物质氚超标，其中氚的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．为中子 B．的质量大于的质量 C．的核子数小于的核子数 D．的比结合能大于的比结合能 四、质量亏损与核能 1. 质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。 2. 核能：核反应中放出的能量叫核能。 3. 质能方程：，该式表明物体的能量和质量之间存在着密切的联系。 质能方程的另一个表达形式是：。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。在有关核能的计算中，一定要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制。 补充：核能的计算方法 （1）根据质量亏损计算 ①根据爱因斯坦质能方程计算。其中的单位是千克，的单位是焦耳。 ②利用原子质量单位和电子伏特计算。 1原子质量单位相当于的能量，，其中的单位为，的单位为。 （2）利用平均结合能来计算 原子核的结合能=核子的平均结合能×核子数。 （3）利用核反应前后结合能之差来计算 核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。 【跟踪训练】（2025·江西·模拟预测）钇—90具有放射性，其原子核发生β衰变后能生成无辐射的（锆—90）。t=0时钇—90的质量为，经时间t后剩余钇—90的质量为，其图线如图所示。已知光在真空中的速度为c，下列说法正确的是（　　） A．中的Z=38 B．若则t=192.3h C．的比结合能大于的比结合能 D．质量为m0的钇—90在时间t内放出的核能为 五、基本粒子 1、常见基本粒子及其分类 分类 参与的相互作用 发现的粒子 说明 强子 参与强相互作用 质子、中子 强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又分为介子和重子两类 轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、子、子中微子、子、子中微子 未发现内部结构 规范玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子 光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用 希格斯玻色子 希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。 2012年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子。 夸克 1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由夸克构成的。 夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。 夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋或－。 意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。 【跟踪训练】（2025·浙江绍兴·模拟预测）下列说法正确的是（    ） A．牛顿被称为“近代物理的先驱者” B．卡文迪什被称为“称量地球质量的第一人” C．光子属于规范玻色子，它传递电磁相互作用 D．雷达使用微波段测定物体位置，利用的是它波长比较大容易衍射的特点 光电效应的理解 1. 光电管现象分析 电压情况 内容 图例 光电管加正向电压 P右移时，参与导电的光电子数增加；P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都参与了导电，光电流恰好达到最大值；P再右移时,光电流不再增大。 光电管加反向电压 P右移时，参与导电的光电子数减少；P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都不参与导电，光电流恰好为0，此时光电管两端加的电压为遏止电压；P再右移时,光电流始终为0。 2. 基本概念理解： （1）光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子。 （2）逸出功：要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功，用表示。不同种类的金属，其逸出功 的大小也不相同。 （3）截止频率 （4）遏止电压：使光电流减小到0的反向电压称为遏止电压。 （5）饱和光电流I：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流。随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 （6）最大初动能EK：电子吸收光子能量后,一部分克服阻碍作用做功,剩余部分转化为光电子的初动能,只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能,对于确定的金属，W0是一定的,所以光电子的最大初动能只随照射光频率的增大而增大,与照射光强度无关。 3. 光电效应的规律 每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。 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。 光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过。 当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。 4、光电效应方程：。 ①hν为光子的能量； ②W0为逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服原子核引力所做的功的最小值； ③Ek为光电子的最大初动能，即发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。 【注意】：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。 补充：光电效应的两条对应关系 （1）光越强（一定频率）→光子数目越多→发射光电子越多→饱和光电流越大。 （2）光子频率越高→光子能量越大→光电子的最大初动能越大。 注：单色光的强度I＝nhν，其中n是单位时间射到单位面积上的单色光光子数。 补充：光电效应定量分析三个关系式： （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。 补充：对光电效应方程的理解： 光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。 光电效应方程包含了产生光电效应的条件。若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即，亦即，，而恰好是光电效应的截止频率。 方程中的是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是范围内的任何数值。 【跟踪训练】（2025·安徽·模拟预测）如图所示，用能量为4.5eV的光照射光电管阴极，调节滑动变阻器，当电压表的示数达到1.5V时，微安表的示数恰好变为零。已知该光电管阴极材料在不同温度下的逸出功会有微小变化，在实验温度下，其逸出功的理论值范围是2.8~3.0eV。以下说法中合理的是（　　） A．本次实验中光电子的最大初动能为3.0eV B．若将实验装置整体移至强磁场环境中，微安表的读数一定增大 C．考虑逸出功的理论变化范围，此次实验结果与理论值不完全相符 D．若换用光子能量为2.5eV的光照射，且保证光强不变，微安表可能无示数 01 光电效应的图像问题 光电效应四类图像 图像名称 图线形状 考点 大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 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轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h 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：图线与横轴的交点 ②饱和光电流Im：电流的最大值 ③最大初动能：Ekm＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止电压Uc-ν的关系图线，表达式为：Uc＝ν－ ①截止频率νc：图线与横轴的交点 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke。(注：此时两极之间接反向电压) 【跟踪训练】（2025·山东济南·模拟预测）某种金属材料逸出光电子的最大初动能与入射光频率关系如图所示，已知电子所带电荷量为，则下列说法正确的是（　　） A．该金属的逸出功为零 B．当入射光的频率为时，遏止电压为 C．当入射光的频率为时，逸出光电子的最大初动能为 D．普朗克常量为，单位为 02 原子核衰变的类型判断和次数计算 1. 两种衰变类型 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变过程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 2. 确定原子核衰变次数的方法与技巧 (1)方法：设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为： X→Y＋nHe＋me． 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m． 以上两式联立解得：n＝，m＝＋Z′－Z． 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组． (2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。 【跟踪训练】（2025·安徽合肥·模拟预测）我国第一颗原子弹核反应物的主要成分是。是不稳定的，它经过若干次α衰变和β衰变最终成为稳定的元素Pb。已知Pb的同位素种类如下表所示，则衰变成Pb需要的α衰变和β衰变次数为（　　） A．6次α衰变，2次β衰变 B．7次α衰变，4次β衰变 C．8次α衰变，6次β衰变 D．9次α衰变，8次β衰变 01 半衰期的理解、计算和应用 1. 定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。 【注意】半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核，无半衰期可言。 2. 常用公式：n＝N，m＝M。 式中N、M表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n、m表示尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期． 3. 意义：表示放射性元素衰变的快慢． 4. 规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关． 5. 适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结． 6. 规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代． 补充：应用半衰期公式m＝M，n＝N的三点注意： (1)半衰期公式只对大量原子核才适用，对少数原子核是不适用的． (2)明确半衰期公式中m、M的含义及二者的关系；n、N的含义及二者的关系。 (3)明确发生衰变的原子核与新产生的原子核质量之间的比例关系，每衰变一个原子核，就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比。 【跟踪训练】（2025·甘肃白银·模拟预测）2025年3月，国内首款碳14核电池原型机“烛龙一号”研制成功。该核电池工作原理是：碳14衰变为氮14并释放粒子，半导体材料捕获这些粒子并转化为电流。碳14的半衰期长达5730年，下列说法正确的是（　　） A．当环境温度升高时，“烛龙一号”中碳14的半衰期会变长 B．经过5730年后，“烛龙一号”中的碳14将全部发生衰变 C．“烛龙一号”的使用寿命只有几十年 D．碳14衰变过程中，质量数和电荷数都守恒 02 核反应的判断、方程与应用 衰变、人工转变、裂变和聚变，如下表所示。 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋n (查德威克发现中子) Al＋He→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n 【跟踪训练】（2025·福建福州·模拟预测）2025年5月10日，中国自主研发的“人造太阳”装置“中国环流三号”首次在实验室里实现了1.17亿度的原子核温度和1.6亿度的电子温度，并直接输出了电力。这一成就意味着在直径不到10米的装置中，造出了一个比太阳核心温度还高8倍的“小太阳”，并且发电成本接近煤电水平，仅为0.18元/度。这一知识涉及高中物理课本中的“核聚变”，属于《原子物理》相关知识。下列关于原子物理相关知识说法正确的是（　　） A．为“核聚变”的核反应方程式 B．在反应中，钡核的比结合能比铀核的比结合能大 C．核反应属于α衰变 D．目前世界上主流的核电站都利用了“核聚变”的原理 01 氢原子能级跃迁与数学思想的结合 只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量时,原子才会吸收光子并跃迁到激发态，对于大于电离能的光子可被吸收，可将原子电离。 跃迁产生的谱线条数：①一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类：或者在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况画出并相加；②一个原子的核外电子向基态跃迁时发射最多光子的种类：。 能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由求得.若求波长可由公式求得。 能级之间发生跃迁时放出(吸收)的光子频率是不连续的。 【跟踪训练】（2025·河北·模拟预测）如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于的激发态向低能级跃迁。下列说法正确的是（　　） A．最多可辐射出3种不同频率的光 B．由能级跃迁到能级产生的光子能量为17eV C．由能级跃迁到能级产生的光子最容易发生衍射 D．辐射出的光中能让逸出功为3.6eV的金属发生光电效应的有2种 02 近代物理学史——相关粒子的发现和实验 1、最早发现的光电效应：1887年，赫兹研究电磁波实验中偶尔发现，接受电路间隙如果受到光照，更容易产生火花。 2、光电效应：证明光具有粒子性,表明光具有能量。 3、 康普顿效应：证明光具有粒子性,表明光具有动量。 4、光栅衍射(劳厄) ：证实伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。 5、电子束衍射实验(戴维孙、G.P.汤姆孙) ：证实电子的波动性。 6、汤姆孙的气体放电管：发现电子，测量电荷量但不很准确，在汤姆孙之前有两个人已经测量出阴极射线微粒的比荷。 7、密立根油滴实验：精确测量电子电荷量，发现电荷是量子化的。 8、α粒子散射实验：占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围。 9、线状光谱：说明原子只发出集中特定频率的光，发现电磁波发射或吸收的分力特性。 10、弗兰克-赫兹实验：证实原子中分立的能级的存在，证明汞原子的能量是量子化。 11、阴极射线：原子内部有结构。 12、天然放射现象：原子核内部结构信息。 13、居里夫妇：对铀和含铀的各种矿物进行深入研究。 14、质子：卢瑟福用α粒子轰击氮核，打出新粒子。 15、中子：卢瑟福预言中子的存在，查德威克证实。 16、X射线：伦琴在进行阴极射线的实验时第一次注意到放在射线管附近的氰亚铂酸钡小屏上发出微光。 17、第一次人工核反应： 18、新粒子的发现：1932年发现了正电子。1937年发现了μ子。1947年发现了K介子和π介子。20世纪60年代后发现超子。1983年在欧洲原子能研究中心(CERN)发现W及Z玻色子。 【跟踪训练】（2025·广东揭阳·模拟预测）如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等，则（　　） A．大多数α粒子几乎沿原方向返回 B．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论 C．在a、c两点金原子核对α粒子的库仑力相同 D．从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能先增大后减小 学科网（北京）股份有限公司1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题18 近代物理 目录 01知识脑图·学科框架速建 02考点精析·知识能力全解 【知能解读01】原子结构与波粒二象性 一、黑体辐射 二、能量子 三、光电效应 四、氢原子光谱 五、玻尔理论 六、波粒二象性 【知能解读02】原子核 一、原子核的组成 二、放射性元素的衰变 三、核力与结合能 四、质量亏损与核能 五、基本粒子 【核心考点】光电效应的理解 03 攻坚指南·高频考点突破 【重难点突破01】光电效应的图像问题 【重难点突破02】原子核衰变的类型判断和次数计算 04 避坑锦囊·易混易错诊疗 【易混易错01】半衰期的理解、计算和应用 【易混易错02】核反应的判断、方程与应用 05 通法提炼·高频思维拆解 【方法技巧01】氢原子能级跃迁与数学思想的结合 【方法技巧02】近代物理学史——相关粒子的发现和实验 01 原子结构与波粒二象性 一、黑体辐射 1. 热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。其特点是：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同。 2. 黑体：某种物体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，简称黑体。 【注意】黑体是一个理想化的物理模型，看上去不一定是黑的。绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。 3. 黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波。。 4. 黑体辐射规律：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值，随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如下图所示。 【跟踪训练】（2024·广西柳州·三模）下列说法中正确的是（　　） A．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关 B．爱因斯坦提出量子化理论，认为光本身是由一个个不可分割的能量子组成的 C．在电磁波谱中，紫外线的波长大于蓝光的波长 D．麦克斯韦建立了电磁场理论，预言并通过实验证实了电磁波的存在 【答案】A 【知识点】电磁场理论与电磁波的发现、紫外线的特性及作用、黑体与黑体辐射、能量子 【详解】A．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，选项A正确； B．普朗克提出量子化理论，但爱因斯坦认为光本身是由一个个不可分割的能量子hν组成的，故B错误； C．在电磁波谱中，紫外线的波长小于蓝光的波长，选项C错误； D．麦克斯韦建立了电磁场理论，预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，选项D错误。 故选A。 二、能量子 1. 定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，例如可能是或2、3……，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子。 2. 表达式：，其中是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，称为普朗克常量，h＝6.626 070 15×10－34 J·s。 3. 能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化。 【注意】①物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。②在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。 【跟踪训练】（2025·甘肃甘南·模拟预测）下列说法正确的是（　　） A．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 B．紫光光子的能量比红光光子的能量大 C．不同频率的电磁波在真空中传播的速度不同 D．晶体不发射红外线 【答案】AB 【知识点】电磁场理论与电磁波的发现、红外线的特性及作用、能量子 【详解】A．根据麦克斯韦电磁场理论，周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，故A正确； B．在可见光范围内，紫光的频率最大，红光的频率最小，光子的能量 可知，紫光光子的能量比红光光子的能量大，故B正确； C．各种频率的电磁波在真空中传播的速度都等于真空中的光速，故C错误； D．所有物体都发射红外线，晶体也发射红外线，故D错误。 故选AB 三、光电效应 1. 几个基本概念的理解 （1）光子与光电子 光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电。 光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。 （2）光电子的动能与光电子的最大初动能 只有金属表面的电子飞出原子核需要克服原子核的引力做功时，才具有最大初动能。 （3）光电流和饱和光电流 金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流。随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 （4）入射光强度与光子能量 入射光强度指指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。 （5）光的强度与饱和光电流 频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。 2. 光电效应现象 在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。如下图所示，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。 【注意】光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，从而使金属带上正电。 3. 光电效应的产生条件 能否发生光电效应，不取决于光的强度，而是取决于光的频率。只要照射光的频率大于该金属的极限频率，无论照射光强弱，均能发生光电效应。 4. 光电效应的规律 每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。 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。 光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过。 当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。 【跟踪训练】（2025·湖北·一模）爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（　　） A．在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板也一定有光电子飞出 B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大 C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量 【答案】D 【知识点】光电效应现象及其解释、光电效应的极限频率、爱因斯坦光电效应方程 【详解】A．由于红光的频率较小，所以在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板不一定有光电子飞出，故A错误； B．当达到饱和电流时，增大正向电压，则光电流不变，故B错误； C．金属的逸出功与入射光的频率无关，故C错误； D．根据爱因斯坦光电效应方程，所以该图线的斜率为普朗克常量，故D正确。 故选D。 四、氢原子光谱 1. 定义：把光用棱镜或光栅按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。 2. 分类 （1）线状谱：一条条的亮线。产生条件为稀薄气体发光形成的光谱。 （2）连续谱：连在一起的光带。产生条件为炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后，再色散形成的。 3. 特征谱线 气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光，不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线。 4. 氢原子光谱的实验规律 许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱是探索原子结构的一条重要途径。 巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式。巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。 氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。 【跟踪训练】（2025·海南·模拟预测）氢原子的光谱如图所示，图中的Hα、Hβ、Hγ、Hδ四条谱线都在可见光区。这四条谱线对应的光子能量最高的是（　　） A．Hα谱线 B．Hβ谱线 C．Hγ谱线 D．Hδ谱线 【答案】D 【知识点】光谱分析 【详解】根据 根据光谱线可知，谱线的波长最短，则谱线对应的光子能量最高。 故选D。 五、玻尔理论 1. 玻尔理论的几个重要概念： ①能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值。 ②基态：原子能量最低的状态。 ③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态。 ④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。 ⑤氢原子的能级公式：En＝E1 （n＝1，2，3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。 ⑥氢原子的半径公式：rn＝n2r1 （n＝1，2，3，…），其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 2. .玻尔原子模型的三条假设 （1）轨道量子化：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。 （2）能量量子化 ①电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。 ②由于原子的可能状态（定态）是不连续的，具有的能量也是不连续的。这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫作激发态。 （3）频率条件 原子从一种定态（设能量为）跃迁到另一种定态（设能量为）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定。 3. 玻尔理论对氢光谱的解析 解释巴耳末公式：巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。 解释氢原子光谱的不连续性：原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 解释不同原子具有不同的特征谱线：不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同。 解释气体导电发光：通常情况下，原子处于基态，非常稳定，气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态，处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态。 补充：氢原子的能级结构和跃迁问题的理解 （1）能级跃迁 处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为，而一个氢原子跃迁最多会出现种谱线。 原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定：（、是始末两个能级且，能级差越大，放出光子的频率就越高。 （2）使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子 ①光子：原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到能级时能量有余，而激发到能级时能量不足，则可激发到能级的问题。 当光子能量大于或等于时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。 ②实物粒子：原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值，就可使原子发生能级跃迁。 补充：原子跃迁时需要注意的几个问题 ①注意一群原子和一个原子 氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。 ②注意间接跃迁与直接跃迁 原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射（或吸收）光子的频率可能不同。 ③注意跃迁与电离 只适用于光子与原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况。对于光子与原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制，这是因为原子一旦电离，原子结构立即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论。如基态氢原子的电离能为，只要能量大于或等于的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。 【跟踪训练】（2025·宁夏吴忠·二模）1885年巴尔末对可见光区的四条光谱线进行研究并最终得到了如下公式，式子中的为里德伯常量，为辐射出的光的波长。如图所示为氢原子的能级图，氢原子第能级的能量为，其中是基态能量，。现对大量处于同一激发态的氢原子研究，已知此类氢原子能够辐射出六种不同频率的光子，普朗克常量为，真空中光速为，则下列说法中正确的是（　　） A．该类氢原子处于的激发态 B．其中光子频率最大的为 C．若用上述六种光子照射某一金属板时，有两种光子不能使其发生光电效应，则逸出电子的最大初动能之差可能为 D．里德伯常量为 【答案】AC 【知识点】爱因斯坦光电效应方程、玻尔理论对氢原子光谱的解释 【详解】A．由题可知该类氢原子能够辐射出六种不同频率的光子，根据，可得，故正确； B．由可知，光子频率越大则能级差越大，故最大频率的光子由第4能级跃迁到第1能级而来，由题可知 故光子的最大频率为，故B错误； C．由光电效应方程可知，光子频率越大则逸出电子最大初动能越大，由上述分析可知，有两种光子不能使该金属板发生光电效应，故逸出电子的最大初动能之差可能为，故C正确； D．分析知 （其中） 对比题干中的巴尔末公式   可得，，故错误。 故选AC。 六、波粒二象性 1. 康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。表达式为：p＝。 【注意】在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能变小，因此有些光子散射后波长变大。 2. 光的波粒二象性 （1）波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 表现：光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述。足够能量的光在传播时，表现出波的性质。 （2）粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。 表现：当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质。少量或个别光子容易显示出光的粒子性。 光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 3. 光的波粒二象性的表现规律： （1）数量上：个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性，光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。 （2）频率上：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象。 （3）传播与作用上：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。 （4）波动性与粒子性上：由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。 补充：对光的波粒二象性的理解 （1）光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的，光的波动性不同于宏观观念的波。 （2）粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光子不同于宏观观念的粒子。 （3）理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。由E＝hν和p＝可得波速和。 4. 物质波 概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。 物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。 补充：光的认识史 学说名称 内容要点 理论领域 微粒说 光是一群弹性粒子 宏观世界 波动说 光是一种机械波 宏观世界 电磁说 光是一种电磁波 微观世界 光子说 光是由一份一份光子组成的 微观世界 波粒二象性 光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性 微观世界 【跟踪训练】（2025高三·全国·专题练习）用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图（a）（b）（c）所示的图像，则（　　） A．图像（a）表明光具有波动性 B．图像（c）表明光具有粒子性 C．用紫外线观察不到类似的图像 D．实验表明光是一种概率波 【答案】D 【知识点】光的波粒二象性 【详解】A．图像（a）是一个个的亮点，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，说明光具有粒子性，故A错误； B．图像（c）有明显的明暗相间的干涉条纹，而干涉是波特有的性质，故表明光具有波动性，故B错误； C．紫外线也具有粒子性和波动性，所以用紫外线也可以观察到类似的图像，故C错误； D．因为单个光子所能到达的位置不能确定，但大量光子却表现出波动性，即光子到达哪个位置是一个概率问题，故实验表明光是一种概率波，故D正确。 故选D。 02 原子核 一、原子核的组成 1. 原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。 2. 原子核的符号：原子核常用X表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的电荷数(原子序数)，如下图所示。 3. 同位素 同位素是具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置。 原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质。 同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数不同，所以它们的物理性质不同。 4. 天然放射现象 放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。 【跟踪训练】（2025·北京大兴·三模）下列物质中，本质不是电子的是（　　） A．阴极射线 B．射线 C．伦琴射线 D．光电子 【答案】C 【知识点】发现阴极射线——电子的实验装置、α和β、γ三种射线的性质 【详解】A．阴极射线是高速电子流，本质为电子，A错误； B．射线是原子核衰变时释放的电子流，本质为电子，B错误； C．伦琴射线（X射线）是电磁波，本质为光子，而非电子，C正确； D．光电子是金属表面逸出的电子，本质为电子，D错误。 故选C。 二、放射性元素的衰变 1. 三种放射线 种类 α射线 β射线 γ射线 本质 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波) 电荷量 2e -e 0 质量 4mp, mp=1.67×10-27 kg 静止质量为零 速度 0.1c 0.99c c 在电场磁场中 偏转 与α射线偏转方向相反 不偏转 贯穿本领 最弱，用纸能挡住 较强，能穿透几毫米的铝板 最强，能穿透几厘米的铅板 对空气的 电离作用 很强 较弱 很弱 2. 原子核衰变 原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2。 进行β衰变时，质量数不变，电荷数加1。 补充：α衰变和β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变过程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 【注意】γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核具有过多的能量(核处于激发态)，从而辐射出光子。 补充：三种射线在电场、磁场中的偏转情况 在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不会偏转；在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不会偏离，如下图所示。 【跟踪训练】（2025·全国·模拟预测）下列核反应方程正确的是（　　） A．的衰变方程： B．粒子衰变的转化方程为： C．的衰变方程： D．核聚变方程： 【答案】B 【知识点】α衰变的特点、本质及其方程的写法、核反应方程的书写 【详解】A．Th-234的衰变方程应释放粒子（电子），原子序数应增加1，但选项A中产物Ra的原子序数减少2，并释放粒子（He），实为衰变，A错误； B．粒子衰变的本质是原子核内的中子转化为质子，同时释放出一个电子，转化方程为，B正确； C．N-14衰变后电荷数（7→8+1=9）和质量数（14→17+1=18）均不守恒，C错误； D．方程电荷数（92=56+36）和质量数（236=144+89+3）均守恒，但该反应是核裂变而非聚变，描述错误，D错误。 故选B。 三、核力与结合能 1. 核力 原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为强相互作用。 2. 核力的特点 （1）强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15m。 （2）距离增大时，强相互作用急剧减小，超过10－15m，相互作用不存在。 （3）核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 （4）核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。 3. 结合能 原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 4. 比结合能 原子核的结合能与核子数之比，叫做比结合能，也叫做平均结合能。比结合能的曲线如下图所示，从图中可看出，中等大小的核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等大小的核的比结合能要小。 补充：比结合能与原子核稳定的关系 （1）比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。 （2）核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。 （3）当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。 【跟踪训练】（2025·云南怒江·一模）核污水的排放会导致被污染的海水中放射性物质氚超标，其中氚的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．为中子 B．的质量大于的质量 C．的核子数小于的核子数 D．的比结合能大于的比结合能 【答案】B 【知识点】原子核的组成、β衰变的特点、本质及其方程的写法、结合能与比结合能 【详解】A．根据衰变过程中电荷数、质量数守恒可知为电子，故A错误； B．β衰变放出能量，质量亏损，所以的质量大于的质量，故B正确； C．核子数即质量数，和的质量数均为3，核子数相等，故C错误； D．比结合能越大，原子核越稳定。衰变中母核（）生成更稳定的子核（），因此的比结合能更大，故D错误。 故选B。 四、质量亏损与核能 1. 质量亏损：核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。 2. 核能：核反应中放出的能量叫核能。 3. 质能方程：，该式表明物体的能量和质量之间存在着密切的联系。 质能方程的另一个表达形式是：。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。在有关核能的计算中，一定要根据已知和题解的要求明确所使用的单位制。 补充：核能的计算方法 （1）根据质量亏损计算 ①根据爱因斯坦质能方程计算。其中的单位是千克，的单位是焦耳。 ②利用原子质量单位和电子伏特计算。 1原子质量单位相当于的能量，，其中的单位为，的单位为。 （2）利用平均结合能来计算 原子核的结合能=核子的平均结合能×核子数。 （3）利用核反应前后结合能之差来计算 核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。 【跟踪训练】（2025·江西·模拟预测）钇—90具有放射性，其原子核发生β衰变后能生成无辐射的（锆—90）。t=0时钇—90的质量为，经时间t后剩余钇—90的质量为，其图线如图所示。已知光在真空中的速度为c，下列说法正确的是（　　） A．中的Z=38 B．若则t=192.3h C．的比结合能大于的比结合能 D．质量为m0的钇—90在时间t内放出的核能为 【答案】B 【知识点】半衰期相关的计算、质能方程 【详解】原子核发生衰变的方程为 根据电荷数和质量数守恒可得，故A错误； 由图可知，从到恰好衰变一半，根据半衰期的定义可得半衰期 若，根据半衰期公式有 变形得解得 则，故B正确； C．衰变过程中会释放能量，原子核变得更稳定，比结合能越大的原子核越稳定，所以的比结合能小于的比结合能，故C错误； D．根据质能方程 其中 则 但这部分质量亏损对应的核能并不是全部放出，因生成的新核也需要一定的能量，所以在时间t内放出的核能小于，故D错误。 故选B。 五、基本粒子 1、常见基本粒子及其分类 分类 参与的相互作用 发现的粒子 说明 强子 参与强相互作用 质子、中子 强子有内部结构，由“夸克”构成；强子又分为介子和重子两类 轻子 不参与强相互作用 电子、电子中微子、子、子中微子、子、子中微子 未发现内部结构 规范玻色子 传递各种相互作用 光子、中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子 光子传递电磁相互作用，中间玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用 希格斯玻色子 希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。 2012年，欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机发现了希格斯玻色子。 夸克 1964年美国物理学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子是由夸克构成的。 夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。 夸克所带电荷：夸克所带的电荷是元电荷的＋或－。 意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。 【跟踪训练】（2025·浙江绍兴·模拟预测）下列说法正确的是（    ） A．牛顿被称为“近代物理的先驱者” B．卡文迪什被称为“称量地球质量的第一人” C．光子属于规范玻色子，它传递电磁相互作用 D．雷达使用微波段测定物体位置，利用的是它波长比较大容易衍射的特点 【答案】BC 【知识点】万有引力常量、电磁波的波长和频率的关系、null 【详解】A．伽利略被称为“近代物理的先驱者”，故A错误； B．卡文迪什通过实验测量并计算得出了引力常量的值，被称为“称量地球质量的第一人”，故B正确； C．光子属于规范玻色子，它传递电磁相互作用，故C正确； D．雷达使用微波段测定物体的位置，利用的是它的波长比较小不容易衍射的特点，故D错误。 故选BC。 光电效应的理解 1. 光电管现象分析 电压情况 内容 图例 光电管加正向电压 P右移时，参与导电的光电子数增加；P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都参与了导电，光电流恰好达到最大值；P再右移时,光电流不再增大。 光电管加反向电压 P右移时，参与导电的光电子数减少；P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都不参与导电，光电流恰好为0，此时光电管两端加的电压为遏止电压；P再右移时,光电流始终为0。 2. 基本概念理解： （1）光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子。 （2）逸出功：要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功，用表示。不同种类的金属，其逸出功 的大小也不相同。 （3）截止频率 （4）遏止电压：使光电流减小到0的反向电压称为遏止电压。 （5）饱和光电流I：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流。随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 （6）最大初动能EK：电子吸收光子能量后,一部分克服阻碍作用做功,剩余部分转化为光电子的初动能,只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能,对于确定的金属，W0是一定的,所以光电子的最大初动能只随照射光频率的增大而增大,与照射光强度无关。 3. 光电效应的规律 每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。 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。 光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过。 当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。 4、光电效应方程：。 ①hν为光子的能量； ②W0为逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服原子核引力所做的功的最小值； ③Ek为光电子的最大初动能，即发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。 【注意】：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。 补充：光电效应的两条对应关系 （1）光越强（一定频率）→光子数目越多→发射光电子越多→饱和光电流越大。 （2）光子频率越高→光子能量越大→光电子的最大初动能越大。 注：单色光的强度I＝nhν，其中n是单位时间射到单位面积上的单色光光子数。 补充：光电效应定量分析三个关系式： （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。 补充：对光电效应方程的理解： 光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。 光电效应方程包含了产生光电效应的条件。若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即，亦即，，而恰好是光电效应的截止频率。 方程中的是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是范围内的任何数值。 【跟踪训练】（2025·安徽·模拟预测）如图所示，用能量为4.5eV的光照射光电管阴极，调节滑动变阻器，当电压表的示数达到1.5V时，微安表的示数恰好变为零。已知该光电管阴极材料在不同温度下的逸出功会有微小变化，在实验温度下，其逸出功的理论值范围是2.8~3.0eV。以下说法中合理的是（　　） A．本次实验中光电子的最大初动能为3.0eV B．若将实验装置整体移至强磁场环境中，微安表的读数一定增大 C．考虑逸出功的理论变化范围，此次实验结果与理论值不完全相符 D．若换用光子能量为2.5eV的光照射，且保证光强不变，微安表可能无示数 【答案】D 【知识点】光电子的最大初动能 【详解】A．由遏止电压可知，光电子的最大初动能为，故A错误； B．强磁场并不会必然增加光电子数或其能量，无法保证微安表读数一定增大，故B错误； C．实验测得逸出功约为 正好在2.8~3.0eV的理论范围内，故C错误； D．若换用能量2.5eV的光照射，低于该材料2.8~3.0eV的逸出功，不能发生光电效应，则无光电子发射，微安表读数为零，故D正确。 故选D。 01 光电效应的图像问题 光电效应四类图像 图像名称 图线形状 考点 大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 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轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h 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：图线与横轴的交点 ②饱和光电流Im：电流的最大值 ③最大初动能：Ekm＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止电压Uc-ν的关系图线，表达式为：Uc＝ν－ ①截止频率νc：图线与横轴的交点 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke。(注：此时两极之间接反向电压) 【跟踪训练】（2025·山东济南·模拟预测）某种金属材料逸出光电子的最大初动能与入射光频率关系如图所示，已知电子所带电荷量为，则下列说法正确的是（　　） A．该金属的逸出功为零 B．当入射光的频率为时，遏止电压为 C．当入射光的频率为时，逸出光电子的最大初动能为 D．普朗克常量为，单位为 【答案】B 【知识点】光电子的最大初动能、爱因斯坦光电效应方程 【详解】A．根据光电效应方程 图像纵轴截距的绝对值表示金属逸出功，由图知，纵轴截距为 则逸出功 A错误； B．由光电效应方程 结合图像，当入射光频率为时， 代入数据即普朗克常量 当入射光频率为时，最大初动能 代入数据得 遏止电压，满足 化简得 B正确； C．当入射光的频率为时，最大初动能 代入数据得 C错误； D．由，得普朗克常量 但普朗克常量单位是，不是，D错误。 故选B。 02 原子核衰变的类型判断和次数计算 1. 两种衰变类型 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变过程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 2. 确定原子核衰变次数的方法与技巧 (1)方法：设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为： X→Y＋nHe＋me． 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m． 以上两式联立解得：n＝，m＝＋Z′－Z． 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组． (2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。 【跟踪训练】（2025·安徽合肥·模拟预测）我国第一颗原子弹核反应物的主要成分是。是不稳定的，它经过若干次α衰变和β衰变最终成为稳定的元素Pb。已知Pb的同位素种类如下表所示，则衰变成Pb需要的α衰变和β衰变次数为（　　） A．6次α衰变，2次β衰变 B．7次α衰变，4次β衰变 C．8次α衰变，6次β衰变 D．9次α衰变，8次β衰变 【答案】B 【知识点】计算发生α衰变和β衰变的次数 【详解】铀（）衰变为铅（Pb）时，设α衰变次数为x，β衰变次数为y，铅的质量数为A，由质量数守恒则有 电荷数守恒则有 代入选项可知，当，时， 故选B。 01 半衰期的理解、计算和应用 1. 定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期。 【注意】半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核，无半衰期可言。 2. 常用公式：n＝N，m＝M。 式中N、M表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n、m表示尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期． 3. 意义：表示放射性元素衰变的快慢． 4. 规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关． 5. 适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结． 6. 规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代． 补充：应用半衰期公式m＝M，n＝N的三点注意： (1)半衰期公式只对大量原子核才适用，对少数原子核是不适用的． (2)明确半衰期公式中m、M的含义及二者的关系；n、N的含义及二者的关系。 (3)明确发生衰变的原子核与新产生的原子核质量之间的比例关系，每衰变一个原子核，就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比。 【跟踪训练】（2025·甘肃白银·模拟预测）2025年3月，国内首款碳14核电池原型机“烛龙一号”研制成功。该核电池工作原理是：碳14衰变为氮14并释放粒子，半导体材料捕获这些粒子并转化为电流。碳14的半衰期长达5730年，下列说法正确的是（　　） A．当环境温度升高时，“烛龙一号”中碳14的半衰期会变长 B．经过5730年后，“烛龙一号”中的碳14将全部发生衰变 C．“烛龙一号”的使用寿命只有几十年 D．碳14衰变过程中，质量数和电荷数都守恒 【答案】D 【知识点】半衰期的概念、半衰期相关的计算 【详解】A．半衰期由核内部本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，故A错误； B．半衰期是指半数原子衰变的时间，所以经过5730年后，“烛龙一号”中的碳14只有一半发生衰变，故B错误； C．碳14的半衰期长达5730年，因此理论上“烛龙一号”使用寿命也长达几千年，故C错误； D．原子核衰变的过程中，质量数守恒，电荷数也守恒，故D正确。 故选D。 02 核反应的判断、方程与应用 衰变、人工转变、裂变和聚变，如下表所示。 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋n (查德威克发现中子) Al＋He→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n 【跟踪训练】（2025·福建福州·模拟预测）2025年5月10日，中国自主研发的“人造太阳”装置“中国环流三号”首次在实验室里实现了1.17亿度的原子核温度和1.6亿度的电子温度，并直接输出了电力。这一成就意味着在直径不到10米的装置中，造出了一个比太阳核心温度还高8倍的“小太阳”，并且发电成本接近煤电水平，仅为0.18元/度。这一知识涉及高中物理课本中的“核聚变”，属于《原子物理》相关知识。下列关于原子物理相关知识说法正确的是（　　） A．为“核聚变”的核反应方程式 B．在反应中，钡核的比结合能比铀核的比结合能大 C．核反应属于α衰变 D．目前世界上主流的核电站都利用了“核聚变”的原理 【答案】B 【知识点】α衰变的特点、本质及其方程的写法、结合能与比结合能、核裂变 【详解】A．铀−235吸收中子后裂变为钡和氪，属于核裂变而非核聚变，故A错误； B．核裂变产物的比结合能大于初始重核的比结合能，钡核比铀核更稳定，故B正确； C．该反应是α粒子轰击氮核的人工核反应，并非自发的α衰变，故C错误； D．目前核电站均基于核裂变技术，核聚变尚未商用，故D错误。 故选B。 01 氢原子能级跃迁与数学思想的结合 只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量时,原子才会吸收光子并跃迁到激发态，对于大于电离能的光子可被吸收，可将原子电离。 跃迁产生的谱线条数：①一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类：或者在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况画出并相加；②一个原子的核外电子向基态跃迁时发射最多光子的种类：。 能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由求得.若求波长可由公式求得。 能级之间发生跃迁时放出(吸收)的光子频率是不连续的。 【跟踪训练】（2025·河北·模拟预测）如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于的激发态向低能级跃迁。下列说法正确的是（　　） A．最多可辐射出3种不同频率的光 B．由能级跃迁到能级产生的光子能量为17eV C．由能级跃迁到能级产生的光子最容易发生衍射 D．辐射出的光中能让逸出功为3.6eV的金属发生光电效应的有2种 【答案】C 【知识点】光电效应的极限频率、定态和原子的能级结构、玻尔理论对氢原子光谱的解释 【详解】A．大量的氢原子处于的激发态向低能级跃迁，根据 可知最多可辐射出6种不同频率的光，故A错误； BC．辐射的光子能量分别为，，，，， 可知由能级跃迁到能级产生的光子频率最小，波长最大，则对应的光子最容易发生衍射，故B错误，C正确； D．由于以上分析可知，辐射出的光中能让逸出功为3.6eV的金属发生光电效应的有3种，故D错误。 故选C。 02 近代物理学史——相关粒子的发现和实验 1、最早发现的光电效应：1887年，赫兹研究电磁波实验中偶尔发现，接受电路间隙如果受到光照，更容易产生火花。 2、光电效应：证明光具有粒子性,表明光具有能量。 3、 康普顿效应：证明光具有粒子性,表明光具有动量。 4、光栅衍射(劳厄) ：证实伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。 5、电子束衍射实验(戴维孙、G.P.汤姆孙) ：证实电子的波动性。 6、汤姆孙的气体放电管：发现电子，测量电荷量但不很准确，在汤姆孙之前有两个人已经测量出阴极射线微粒的比荷。 7、密立根油滴实验：精确测量电子电荷量，发现电荷是量子化的。 8、α粒子散射实验：占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围。 9、线状光谱：说明原子只发出集中特定频率的光，发现电磁波发射或吸收的分力特性。 10、弗兰克-赫兹实验：证实原子中分立的能级的存在，证明汞原子的能量是量子化。 11、阴极射线：原子内部有结构。 12、天然放射现象：原子核内部结构信息。 13、居里夫妇：对铀和含铀的各种矿物进行深入研究。 14、质子：卢瑟福用α粒子轰击氮核，打出新粒子。 15、中子：卢瑟福预言中子的存在，查德威克证实。 16、X射线：伦琴在进行阴极射线的实验时第一次注意到放在射线管附近的氰亚铂酸钡小屏上发出微光。 17、第一次人工核反应： 18、新粒子的发现：1932年发现了正电子。1937年发现了μ子。1947年发现了K介子和π介子。20世纪60年代后发现超子。1983年在欧洲原子能研究中心(CERN)发现W及Z玻色子。 【跟踪训练】（2025·广东揭阳·模拟预测）如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等，则（　　） A．大多数α粒子几乎沿原方向返回 B．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论 C．在a、c两点金原子核对α粒子的库仑力相同 D．从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能先增大后减小 【答案】D 【知识点】电场力做功和电势能变化的关系、能量子、α粒子散射实验 【详解】A．根据α粒子散射现象可知，大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，故A错误； B．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，普朗克根据黑体辐射的规律第一次提出了能量量子化理论，故B错误； C．库仑力是矢量，虽大小相等，但其方向不同，故C错误； D．粒子受到电场力作用，根据电场力做功特点可知，α粒子从a经过b运动到c的过程中电场力先做负功后做正功，所以粒子的电势能先增大后减小，故D正确。 故选D。 学科网（北京）股份有限公司1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $