专题16 近代物理初步（专题讲解课）-【第一梯队】2026年高考物理二轮专题突破教用课件

该高中物理高考复习课件聚焦“近代物理初步”专题，覆盖光电效应、能级跃迁与电离、结合能及核能计算三大高考核心题型，依据高考评价体系梳理各考点权重，归纳Ek-ν图像分析、能级跃迁能量计算等常考题型，体现备考的系统性和针对性。 课件亮点在于真题典例精解与应试方法拓展，如通过光电效应I-U图像分析遏止电压、结合能计算中质量亏损应用，培养学生科学思维（模型建构、科学推理）和物理观念（能量观念），提供核能计算五种方法等突破策略，助力学生掌握答题技巧，为教师高效复习教学提供清晰指导。

专题十六　近代物理初步 高考物理 新高考专用 题型方法 目 录 题型54　光电效应 题型55　能级跃迁与电离 题型56　结合能、比结合能及核能计算 目 录 题型54　光电效应 知识图解 一、光电效应中的Ek-ν图像 题型方法 目 录 目 录 二、光电效应中的I-U图像 目 录 目 录 三、光电效应中的Uc-ν图像 目 录 目 录 典例1　如图1所示,分别用a、b两种材料做K极进行光电效应实验研究,闭合开关,用频 率为ν的入射光照射K极,且保持入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电 压U变化关系图像如图2所示,且两线平行,已知普朗克常量为h。下列说法正确的是  ( )  　          B     典例精解 A.图线a、b的斜率k是普朗克常量h B.图线a、b的斜率k是电子电荷量e C.材料a的逸出功W1=hν+E0 D.材料a、b的逸出功之比为1∶2 目 录 目 录 解析　根据光电效应方程可得Ek=hν-W0,根据动能定理可得eU=Ekm-Ek,联立可得Ekm=eU +hν-W0,可知图线a、b的斜率k是电子电荷量e,A错误,B正确。根据Ekm=eU+hν-W0,设材 料a、b的逸出功分别为W1、W2,根据题图2可知E0=hν-W1,2E0=hν-W2,可得W1=hν-E0,W2=h ν-2E0,则材料a、b的逸出功之比 = > = ,C、D错误。 目 录 目 录 典例2    (多选)采用如图甲所示电路可研究光电效应规律,现分别用a、b两束单色光照 射光电管,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图乙所示。下列说法 正确的是 ( ) A.实验中当灵敏电流表有示数时将滑片P向右滑动, 则电流表示数一定不会减小 B.照射阴极材料时,a光照射时逸出的光电子的最大初动能大 C.照射阴极材料时,b光照射时逸出的光电子的最大初动能大 D.若a光的光子能量为5 eV,图乙中Uca=-2 V,则光电管的阴极材料的逸出功为4.8×10-19 J (e=1.6×10-19 C)     ACD     目 录 目 录 解析　由题图甲可知光电管接正向电压,当灵敏电流表有示数时,滑片P向右滑动,光电 管两端正向电压增大,原来因电压不足未到达阳极的光电子能够到达阳极,所以电流表 示数一定不会减小,A正确。由题图乙可知,a光的遏止电压小于b光的遏止电压(点拨:U ca的绝对值小于Ucb的绝对值),根据动能定理有eUc=Ekm,可得eUca=Ekma、eUcb=Ekmb,所以Ek ma<Ekmb,即照射阴极材料时,b光照射时逸出的光电子的最大初动能大,B错误,C正确。已 知a光的光子能量hν=5 eV,根据动能定理Ekm=hν-W0a以及eUc=Ekm可得W0a=3 eV,其中1 eV =1.6×10-19 J,所以W0a=4.8×10-19 J(点拨:单位不统一时注意换算单位),D正确。 目 录 目 录 方法拓展    1.当光电管加正向电压时,有助于光电子向阳极运动形成光电流,加反向电 压则阻碍光电子运动。 2.应用爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0和动能定理eUc=Ekm分析遏止电压、光子能量 等物理量来求解光电子最大初动能和逸出功等。 3.从光电流I与电压U的关系图像中获取关键信息,例如遏止电压(光电流为零时的反向 电压的绝对值)。若逸出功相同,遏止电压反映了光电子最大初动能的大小,遏止电压 越大,光电子最大初动能越大,利用图像中不同光的遏止电压差异,结合光电效应相关公 式进行比较和计算。 目 录 目 录 题型55　能级跃迁与电离 知识图解 一、能级跃迁与电离   目 录 目 录 二、高能级向低能级跃迁释放光子种类 1.大量氢原子从高能级向低能级跃迁释放光子种类:计算公式 ,因为每个氢原子都有 可能从该高能级跃迁到比它低的任意能级,从n个能级中选2个能级(一个是起始的高能 级,一个是跃迁到的低能级)的组合数就代表了可能的跃迁情况,即释放光子的种类数。 也可以用作图法,以从n=4能级跃迁为例: 目 录 目 录 2.单个氢原子从高能级n向低能级跃迁最多释放n-1种不同能量(频率)的光子。 以从n=4能级跃迁为例: 目 录 目 录 典例    1995年科学家“制成”了反氢原子,它是由一个反质子和一个围绕反质子运动 的正电子组成的,反质子和质子有相同的质量,带有等量异种电荷。反氢原子和氢原子 有相同的能级分布,氢原子能级图如图所示。下列说法正确的是 ( ) A.反氢原子光谱与氢原子光谱不相同 B.处于基态的反氢原子的电离能是13.6 eV C.处于基态的反氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁 D.在反氢原子谱线中,从n=2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长     B     典例精解 目 录 目 录 解析　已知反氢原子和氢原子有相同的能级分布,光谱是由原子能级跃迁产生的,所以 能级之间的跃迁情况相同,因此反氢原子光谱与氢原子光谱相同,A错误。处于基态的 反氢原子,其电离能就是将正电子从基态(能量E1=-13.6 eV)激发到无穷远处(能量为0) 所需的能量,即13.6 eV,B正确。从基态跃迁到n=2能级,需要吸收的能量E2-E1=-3.4 eV-(- 13.6 eV)=10.2 eV,从基态跃迁到n=3能级,需要吸收的能量E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12. 09 eV,而给定的光子能量为11 eV,不等于上述任何一个能级差,所以处于基态的反氢原 子不能吸收11 eV的光子发生跃迁,C错误。根据ε=h 知,光子能量越小波长越长,从n=2 能级跃迁到基态辐射光子的能量不是最小,波长不是最长,D错误。 目 录 目 录 方法拓展    1.光谱是由能级之间的跃迁产生的,能级相同则跃迁情况相同,光谱也就相 同。 2.能级跃迁的能量条件:原子吸收或辐射光子时,光子能量必须等于两个能级之间的能 量差才能发生跃迁。例如,从基态跃迁到n=2能级,需要吸收的能量等于n=2能级与基态 能级的能量差。 3.光子能量与波长的关系:由于光子能量ε=h ,所以光子能量与波长成反比。在能级跃 迁中,辐射或吸收光子的能量变化决定了波长的长短,能量越小波长越长。 4.仔细研究给定的能级图,确定各能级的能量值,以及能级之间的能量差。这有助于判 目 录 目 录 断原子在不同能级之间跃迁所需的能量,以及辐射或吸收光子的能量情况。 5.原子电离对光子的能量要求:当原子吸收光子时,如果光子的能量大于或等于原子的 电离能,原子就有可能发生电离。例如,对于氢原子基态(能量为-13.6 eV),若光子能量ε ≥13.6 eV,氢原子就可能吸收光子而电离。碰撞电离粒子能量:一个具有足够动能的粒 子(例如电子、离子等)与原子碰撞时,如果粒子传递给原子中的电子的能量大于或等 于其电离能,原子就会发生电离。 目 录 目 录 题型56　结合能、比结合能及核能计算 知识图解 一、借助跃迁能级图示理解结合能 1.图中虚线表示组成某原子核前对应的所有自由核子的总质量对应的能级,实线表示 形成对应原子核后的总质量对应的能级,两能级间的高度差表示核反应前后的能量变 化。两能级间向下的箭头表示自由核子形成原子核的过程,该过程中发生了质量亏损, 释放了能量。 目 录 目 录 2.两能级间向上的箭头表示将原子核内结合在一起的所有核子拆分为自由核子的过 程,该过程需要外界给予原子核能量,其最小的数值等于形成原子核过程中所释放的能 量,该过程质量增加。 目 录 目 录 二、从“建”的角度阐述比结合能大小与原子核稳定性等方面的关联性 目 录 目 录 某种原子核的比结合能越大,则图中实线与虚线间的高度差越大,说明“建”该种原子核的过程中平均每个自由核子释放的能量会更多,也就意味着“拆”这种原子核的过程要平均对每个核子给予更多的能量,这也就说明该种原子核本身的核子结合得非常紧密,其原子核自身更稳定;由于在“建”各种原子核前的自由核子的平均质量几乎是相同的,根据爱因斯坦提出的物体的质量与其能量的关系可知,图中实线与虚线能级间的间距越大时,就说明了“建”该原子核的过程中平均每个自由核子质量亏损越大,因而形成该原子核后其核子的平均质量会越小。 目 录 目 录 三、用图解法说明结合能和比结合能 目 录 目 录 典例　硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术,其原理是进入癌细胞内的硼核 B吸收慢 中子,转变成锂核(Li)和α粒子,释放出γ射线。已知核反应过程中质量亏损为Δm,核反应 放出的能量一部分为γ射线的能量E0,锂核的比结合能为E1,α粒子的比结合能为E2,普朗 克常量为h,真空中光速为c。   典例精解 (1)写出核反应方程并求出释放的能量ΔE; (2)求γ射线的频率; (3)求硼核的比结合能E。 目 录 目 录 解析    (1)根据质量数守恒与电荷数守恒,核反应方程为 B n Li He,已知核反应过 程中质量亏损为Δm,根据爱因斯坦质能方程可得释放的能量ΔE=Δmc2。 (2)因为γ射线的能量为E0,可得γ射线的频率ν= 。 (3)锂核的核子数为7,其结合能为7E1,α粒子的核子数为4,其结合能为4E2。根据能量守 恒定律,硼核的结合能等于锂核和α粒子的结合能之和减去核反应释放的总能量,即EB= 7E1+4E2-Δmc2,硼核的核子数为10,则硼核的比结合能E= = 。 答案    (1 B n Li He    Δmc2    (2)     (3)  目 录 目 录 方法拓展　计算核能的五种方法 方法1　利用爱因斯坦质能方程计算 爱因斯坦质能方程E=mc2是核能计算的依据。在核反应中,反应前后若有质量亏损Δm, 则放出的能量ΔE=Δmc2。 方法2　利用阿伏加德罗常数计算 若要求宏观质量的物体中所有原子核在核反应中所释放的总核能,则利用核反应方程 及其比例关系和阿伏加德罗常数求解较为方便。设n为原子核的物质的量、NA为阿伏 加德罗常数、ΔE为一次核反应释放的核能,先应用爱因斯坦质能方程计算出ΔE,再乘 以参加反应的原子核的总数目N=nNA= NA即可求得核能。 目 录 目 录 方法3　利用原子质量单位u与电子伏特的关系计算 1 u=1.66×10-27 kg,所以E=mc2=1.66×10-27 kg×(2.998×108 m/s)2≈1.492×10-10 J,又因为1 eV= 1.602×10-19 J,所以1原子质量单位(u)约相当于931 MeV能量,用核子结合成原子核时质 量亏损的原子质量单位数乘931 MeV,即可求出核能。 方法4　利用比结合能计算 若已知发生核反应前后核子的比结合能,则可以根据关系式“原子核的结合能=核子的 比结合能×核子数”计算核能。 方法5　利用动量守恒定律和能量守恒计算 在核反应中一般遵循四个守恒,即质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒和能量守恒。 在无光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将全部转化为新生核和新粒子的动能,因 此可以利用动量守恒定律和能量守恒计算核能。 目 录 目 录 $