第1篇 专题6 第19课时 近代物理（Word教参）-【艺术生百日冲刺】2026高考物理艺术生基础生文化课成功方案

该高中物理讲义聚焦近代物理高考核心考点，涵盖光电效应规律及计算、玻尔理论与能级跃迁、原子核衰变及核能计算等内容，知识点按规律公式、图像分析、核反应类型等逻辑架构系统梳理，通过考点精析、方法总结（如光电效应四类图像解读）、真题讲解（2024-2025年高考题示例）等环节，帮助学生构建知识网络，突破重点难点。 讲义突出科学思维与模型建构，如光电效应中结合Ek-ν图像分析截止频率、普朗克常量，引导学生建立物理模型；能级跃迁部分通过氢原子光谱计算辐射光种类，强化科学推理能力。设置基础巩固与能力提升分层练习，配合例题即时反馈，保障复习效率，为教师把控复习节奏提供清晰路径，助力学生提升应考能力。

第19课时　近代物理 【目标要求】　1.理解光电效应的规律并能应用其计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.2.理解玻尔理论及能级跃迁规律.3.理解原子核的衰变、人工转变以及核能计算的知识． 内容 重要的规律、公式和二级结论 1.能量量子化、光电效应、光子、爱因斯坦光电效应方程 (1)普朗克提出能量子观点：ε＝hν；爱因斯坦提出光子的观点：光子的能量hν；光电效应方程：Ek＝hν－W0.遏止电压：Uce＝Ek；截止频率：νc＝；饱和光电流I：从阴极射出的光电子全部到达阳极时形成的电流． 2.光的波粒二象性、粒子的波粒二象性、物质波 (2)光既有波动性又有粒子性；光的干涉、衍射、偏振说明光具有波动性；光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性． (3)德布罗意指出：实物粒子也具有波动性；其波长λ＝. (4)电子束衍射实验证实了电子的波动性． 3.电子的发现、电子比荷的测定 (5)汤姆逊发现了电子，并粗略测出了电子的比荷；说明原子是可以再分的；电子比荷的精确测定是由密立根通过“油滴实验”完成的． 4.α粒子散射实验，原子的核式结构 (6)汤姆逊认为原子结构是“枣糕模型”． (7)卢瑟福的α粒子散射实验说明原子是核式结构模型． 5.氢原子光谱、氢原子的能级结构 (8)氢原子光谱是线状光谱，发光的波长是分立的，不连续的． (9)玻尔的氢原子能级结构假说：电子轨道量子化rn＝r1；原子的能量量子化En＝E1；原子发光的能量由能级差决定：hν＝En－Em. (10)大量原子由高能级n向低能级m跃迁时，会产生C种光． 续表 内容 重要的规律、公式和二级结论 6.原子核的组成 (11)贝克勒尔发现的天然放射性现象说明原子核是可再分的． 7.放射性、衰变、半衰期 (12)半衰期不随温度、压强和与其他元素化合而改变；半衰期具有统计意义，几个原子核不成立．m(剩)＝m0，注意发生衰变时，α、β粒子从物体中射出，但新核并未射出，故经过一个半衰期后，剩余的质量并未变成原质量的一半． 8.原子核的结合能、质量亏损、爱因斯坦质能方程 (13)结合能：核子结合成原子核所放出的能量． (14)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，也叫平均结合能；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固． (15)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和．质量较小的原子核结合为中等质量的原子核或者质量较大的原子核分裂为中等质量的原子核的核反应时，比结合能增大，发生质量亏损，释放核能． (16)爱因斯坦质能方程：E＝mc2. 热考一　光电效应 1.两条对应关系 (1)光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大． (2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大． 2．定量分析时应抓住三个关系式 (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)逸出功与截止频率的关系：W0＝hνc. 3．光电效应的四类图像分析 图像名称 图线形状 由图线直接(或间接)得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 Ek＝hν－hνc (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轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E (3)普朗克常量：图线的斜率k＝h 续表 图像名称 图线形状 由图线直接(或间接)得到的物理量 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：图线与横轴交点的横坐标 (2)饱和光电流Im：光电流的最大值 (3)最大初动能：Ek＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc1>Uc2，则ν1>ν2 (2)饱和光电流 (3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 续表 图像名称 图线形状 由图线直接(或间接)得到的物理量 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 (1)截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标 (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荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压) 【例1】　(2024·浙江1月选考)如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为vm.正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U.已知M、N间距为d(远小于板长)，电子的质量为m，电荷量为e，则(　　 ) A．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大 B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能mv＋eU C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmd D．M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零 【解析】　AB.根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到达N板时eU＝Ekm－mv 解得：Ekm＝eU＋mv，根据上述表达式可知，粒子到达N板时的动能与两极板间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，故AB错误；C.平行极板M射出的电子到达N板时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方向最大位移为y＝vmt，d＝×t2，解得：y＝vmd，故C正确；D.M、N间加反向电压电流表示数恰好为零时，则eUC＝mv，解得：UC＝，故D错误． 【答案】　C 【例2】　(2025·山东高考)在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能Ek的大小关系正确的是(　　) A．Ek1>Ek2>Ek3　　　B．Ek2>Ek3>Ek1 C．Ek3>Ek2>Ek1 D．Ek3>Ek1>Ek2 【解析】　根据光电子最大初动能与遏止电压的关系Ek＝eUc 根据图像有|Uc2|>|Uc3|>|Uc1| 故Ek2>Ek3>Ek1，B正确． 【答案】　B 【例3】　(多选)(2025·浙江1月选考)如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K.调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示．下列说法正确的是(　　) A．分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R的宽 B．P、Q产生的光电子在K处的最小德布罗意波长，P大于Q C．氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高 D．对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q 【解析】　由爱因斯坦光电效应方程得Ekm＝hν－W0，又由动能定理得－eUc ＝0－Ekm，整理得eUc＝hν－W0，由题图2可知，Q的截止电压大于R的，则Q的频率大于R的频率，由c＝λν可知，Q的波长小于R的波长，则分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R的窄，A错误；同理，Q产生的光电子的最大初动能比P的大，由德布罗意波长公式λ＝和p＝得λ＝，显然P产生的光电子在K处的最小德布罗意波长大于Q的，B正确；结合选项A分析，根据题图2可知Q的频率最大，由公式W0＝hν可知Q的光子能量最大，则由能级跃迁的频率条件hν＝En－Em可知，氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高，C正确；对应于题图2中的M点，P和Q的光电流相等，则单位时间到达阳极A的光电子数目相等，D错误． 【答案】　BC 热考二　玻尔理论 1．自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子． 光子的频率ν＝＝. 2．受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量． (1)光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差ΔE. (2)碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE. (3)大于电离能的光子被吸收，原子被电离． 【例4】　(2025·上海高考)一群氢原子处于n＝4能级的激发态，这些氢原子能够自发地跃迁到n＝2的较低能量状态，R为里德伯常量，c为真空中的光速，则在此过程中(　　) A．吸收光子，且光子的频率ν＝ Rc B．放出光子，且光子的频率ν＝ Rc C．吸收光子，且光子的频率ν＝ Rc D．放出光子，且光子的频率ν＝ Rc 【解析】　一群氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时向外放出光子，A、C错误；由巴耳末公式得＝R，其中n＝4，又c＝λν，联立解得ν＝Rc，D正确，B错误． 【答案】　D 【例5】　(2024·安徽高考)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征．图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(　　 ) A．1种　　　　　　　B．2种 C．3种 D．4种 【解析】　根据能级的跃迁特点可知，大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，总共有3种不同频率的光，其能量大小分别为： E1＝－1.51 eV－(－3.4) eV＝1.89 eV E2＝－1.51 eV－(－13.6) eV＝12.09 eV E3＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV 紫外光的光子能量大于3.11 eV，则辐射出的不同频率的紫外光有2种，故B正确，ACD错误． 【答案】　B 【例6】　(2025·北京师大附属实验中学模拟)如图所示，甲为演示光电效应的实验装置；乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线；丙图为氢原子的能级图；表格给出了几种金属的逸出功和极限频率关系．以下说法正确的是(　　 ) 几种金属逸出功和极限频率 金属 W0/ eV ν/1014Hz 钠 2.29 5.33 钾 2.25 5.44 铷 2.13 5.15 A.若b光为绿光，a光可能是紫光 B．若a光为绿光，c光可能是紫光 C.若c光光子能量为2.81 eV，用它照射由金属铷构成的阴极，所产生的大量具有最大初动能的光电子去撞击大量处于n＝3激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光 D．若c光光子能量为2.81 eV，用它直接照射大量处于n＝2激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光 【解析】　AB.由光电效应方程：Ek＝hν－W0及eUc＝Ek，联立解得：eUc＝hν－W0.即光束照射同一块金属的时候，只要遏止电压一样，说明入射光的频率一样，遏止电压越大，入射光的频率越大，因此可知a光和c光的频率一样，且均小于b光的频率，故若b光为绿光，a光不可能是紫光，故AB错误；C.若b光光子能量为2.81 eV，用它照射由金属铷构成的阴极，所产生的大量具有最大初动能的光电子的最大初动能：Ekm＝2.81 eV－2.13 eV＝0.68 eV.去撞击大量处于n＝3激发态的氢原子时，能量值最大可以达到：E＝Ekm＋E3＝0.68 eV－1.51 eV＝－0.83 eV.由于该能量值介于氢原子的第4能级与第5能级之间，可知该光电子与氢原子碰撞，可以使氢原子吸收0.66 eV的能量跃迁到n＝4的能级．当大量的处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可以产生C＝6种不同频率的光，故C正确；D.若b光光子能量为2.81 ev，用它直接照射大量处于n＝2激发态的氢原子，能量值最大可以达到：E＝Ekm＋E2＝0.68 eV－3.4 eV＝－2.72 eV.由于该能量值介于氢原子的第2能级与第3能级之间，可知该光电子与氢原子碰撞，氢原子不能吸收0.68 eV的能量发生跃迁，故D错误． 【答案】　C 热考三　原子核 1．原子核的衰变特点 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e 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 2H＋2n→He n→H ＋e 衰变规律 电荷数守恒、 质量数守恒 衰变次数的确定： ①若X→Y＋nHe＋me，则A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m ②因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数 2.核衰变规律：m＝m0，N＝N0，其中t为衰变的时长，τ为原子核的半衰期．衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子核无意义． 3．四种核反应类型的比较 类型 可控性 核反应方程举例 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) Be＋He→C＋n(查德威克发现中子) Al＋He→P＋n，P→Si＋e(约里奥－居里夫妇发现放射性同位素) 续表 类型 可控性 核反应方程举例 重核裂变 比较容易进行 人工 控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr ＋10n 轻核聚变 很难人工控制 H＋H→He＋n 注意：①所有核反应在反应前、后都遵守质量数守恒(质量不守恒)、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒(机械能不守恒). ②核反应通常是不可逆的，核反应方程中只能用单向箭头表示反应方向． 4．核能的三种计算方法 方法一 根据爱因斯坦质能方程，即ΔE＝Δmc2，Δm为质量亏损 方法二 根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，得ΔE＝Δm×931.5MeV/u，质量的单位是原子质量单位 方法三 结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算，此时要注意动量与动能的关系式p2＝2mEk的应用 【例7】　(2024·山东高考)2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池．已知Sr衰变为Y的半衰期约为29年；Pu衰变为U的半衰期约为87年．现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，下列说法正确的是(　　 ) A．Sr衰变为Y时产生α粒子 B．Pu衰变为U时产生β粒子 C．50年后，剩余的Sr数目大于Pu的数目 D．87年后，剩余的Sr数目小于Pu的数目 【解析】　A．核反应遵循质量数和电荷数守恒，Sr的衰变方程为Sr→Y＋e，衰变产生β粒子，故A错误；B.Pu的衰变方程为Pu→U＋He，衰变产生α粒子，故B错误；C.设两种元素衰变前的数目均为N0，经过50年后剩余的Sr的数目N1＝·N0，剩余的Pu的数目N2＝·N0，因此N1＜N2，故C错误；D.经过87年后剩余的Sr的数目N3＝·N0，剩余的Pu的数目N4＝·N0，因此N3＜N4，故D正确． 【答案】　D 【例8】　(2025·云南高考)2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破．碳14的衰变方程为6C→7N＋X，则(　　) A．X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的 B．X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的 C．X为质子，是由核内中子转化而来的 D．X为中子，是由核内质子转化而来的 【解析】　根据质量数和电荷数守恒有6C→7N＋e 可知X为电子，电子是在核内中子转化为质子的过程中产生的．故选A. 【答案】　A 【例9】　(2025·石家庄二模)2023年12月，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放．“人造太阳”内部发生的一种核反应方程为H＋H→He＋X，已知H的比结合能为E1，H的比结合能为E2，He的比结合能为E3，光在真空中的传播速度为c.下列说法正确的是(　　 ) A．核反应方程中X为电子 B．He的比结合能小于H的比结合能 C．核反应吸收的能量为E3－(E1＋E2) D．核反应中的质量亏损为 【解析】　A．根据质量数与电荷数守恒可知X的质量数A＝2＋3－4＝1，电荷数z＝1＋1－2＝0，所以X为n，故A错误；B.反应过程中释放大量热量，则总结合能增大，He的比结合能大于H的比结合能，故B错误；CD.核反应放出的能量为ΔE＝4E3－(2E1＋3E2)，由能量守恒可得4E3－(2E1＋3E2)＝Δmc2，解得Δm＝，故C错误，D正确． 【答案】　D [高考模拟冲关] 1．(2025·聊城一模)1947年，美国芝加哥大学教授威拉得·利比首次利用放射性元素C的衰变程度，准确测定了曾经有过生命的有机体的年代．威拉得·利比对于考古学、海洋学和地球科学做出了巨大的贡献，因此获得1960年诺贝尔奖．C能自发释放β射线，衰变方程为C→X＋β，其半衰期约为5730年．下列说法正确的是(　　 ) A．新核X比C少一个中子 B．当X数量是C数量的3倍时，C衰变所经历时间约为17190年 C．随着文物的出土，文物所在环境温度升高，会导致β衰变加快，检测不准 D．衰变产生的β粒子来自C的核外电子 【解析】　A．根据质量数和电荷数守恒可知，新核X的质量数为14，电荷数为7，则中子数为7，跟C相比，少一个中子，故A正确；B.根据半衰期公式：N＝N0，根据题意可得：＝，解得t＝2T＝2×5730年＝11460年，故B错误；C.半衰期与外界因素无关，根据题意C衰变所经历时间约为5730年，该时间并不会改变，故C错误；D.β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，而不是来自核外电子，故D错误． 【答案】　A 2．(2025·枣庄二模)核电池又叫“放射性同位素电池”，已用于心脏起搏器和人工心脏．以其能源的精细可靠，可在患者胸内连续安全使用10年以上．现有某型号核电池，内装150毫克钚(Pu).已知钚的半衰期为87.7年，钚衰变时会放出α射线和γ光子，生成新核X.下列说法正确的是(　　) A．生成的新核X的中子数为142 B．核电池的工作原理与核电站相同，都是核裂变释放的能量转化为电能 C．核电池装入人体后，温度升高，钚的半衰期将小于87.7年 D．经43.85年，150毫克的钚还能剩下75毫克 【解析】　A.由质量数和电荷数守恒可知新核X的质量数为A＝238－4＝234 电荷数为Z＝94－2＝92，则中子数为234－92＝142，故A正确；B.核电池的工作原理是利用α衰变放出的能量转化为电能，核电站是核裂变释放的能量转化为电能，故B错误；C.半衰期与原子所处的物理状态无关，与温度和化学状态无关，所以核电池装入人体后，温度升高，钚的半衰期不变，故C错误；D.钚的半衰期为87.7年，经43.85年，150毫克的钚还能剩下m＝m0×＝150×≈106毫克，故D错误，故选A. 【答案】　A 学科网（北京）股份有限公司 $