专题5 第13讲 近代物理（PPT课件）-【正禾一本通】2026年高考物理二轮专题复习高效讲义

物 理 高三二轮专题复习高效讲义 高三二轮专题复习高效讲义 物 理 1 专题五 PPT下载 http:///xiazai/ 光学 热学 近代物理 2 第13讲　近代物理 热点1　光电效应及相关图像 考向1　光电效应的现象分析 考向2 光电效应的图像问题 热点2　原子结构与玻尔理论 考向1　玻尔理论和能级跃迁　　　　　 考向2 光电效应和能级跃迁的综合 热点3　核反应与核能 考向1　原子核的衰变与半衰期　　　　　 考向2 核反应与核能　　 课下巩固检测练（十三） 近代物理 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 谢谢观看 建构知识体系 【明·误区】 【记·结论】 1.光电效应现象中，误认为光强越大，光电子的初动能越大。 2．误认为只要光照时间足够长，就一定能发生光电效应现象。 3．误认为光电管两端所加的正向电压越大，光电流就越大。 4．混淆光的粒子性和波动性，误认为两种性质是矛盾的。 5．不能正确利用原子的核式结构解释α粒子散射实验的结果。 1.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大。 2．大于截止频率的光照射金属时，光电流与入射光强度成正比。 3．波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强。 4．原子核半径的数量级为10-15 m，原子半径的数量级是10-10 m。 5．若原子吸收实物粒子的能量，则只要大于能级差就可以跃迁。 【明·误区】 【记·结论】 6．分析能级跃迁时不能区分吸收实物粒子和光子能量的不同。 7．对半衰期的理解错误，将半衰期公式应用于“几个”原子核的衰变。 8．混淆核反应方程的类别，认为质量数守恒与质量亏损矛盾。 9．误认为结合能越大，比结合能就越大 6．电子在离核较远的轨道上运动时，动能越小，势能越大，总能量越大。 7．一群处于n激发态的氢原子向低能级跃迁时，可能辐射的光谱线条数N＝。 8．天然放射现象中，α射线的电离作用最强，贯穿本领最弱，γ射线的电离作用最弱，贯穿本领最强。 9．半衰期公式：m余＝m原，m原为衰变前的质量，m余为未发生衰变的质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 10．比结合能越大，表示核子结合得越牢固，原子核越稳定。 11．β衰变：质量数不变，质子数增加1，即β衰变不影响质量数。 12．1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)的能量 【例1】 (2025·广东高考)有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为Ek，下列说法正确的是(　　) A．使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子 B．使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek C．频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子 D．频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek 解析：选B。使用频率更小的光，其频率更是低于乙的极限频率，更不可能使乙发射光电子，故A错误；根据Ek＝hν－W0，可知使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek，故B正确；频率不变，减弱光强，不可能使乙发射光电子，故C错误；频率不变，减弱光强，仍能使甲发射光电子，其最大初动能仍等于Ek，故D错误。 [总结提升]光电效应的“两组对应”和“三个关系” (1)两组对应关系 (2)三个关系式 最大初动能与入射光频率的关系 Ek＝hν－W0 最大初动能与遏止电压的关系 Ek＝eUc 逸出功与截止频率的关系 W0＝hνc 【例2】 (多选)(2025·浙江高考)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：选BC。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的遏止电压大于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A项分析，根据题图2可知Q的频率最大，由公式E＝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。 【例3】 某同学用如图甲所示电路研究光电效应中遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，Uc ­ν图像如图乙所示。电子的电荷量为e，下列说法正确的是(　　 ) A．普朗克常量h＝ B．该金属的逸出功为 C．入射光频率越高，金属的极限频率越高 D．入射光的频率为ν2，电压表示数为U1时，增加入射光的强度，则电流表有示数 解析：选B。由Uc ­ν图像可知，金属的极限频率为ν1，由光电效应方程得Ek＝hν2－hν1，又有Ek＝eU1，整理得h＝，故A错误；因为该金属的极限频率为ν1，所以其逸出功为W＝hν1＝ν1，故B正确；对于同一种金属来说，其极限频率是固定值，不会发生改变，故C错误；由Uc ­ν图像可知，当入射光的频率为ν2时，遏止电压为U1，而电压表示数也为U1，所以此时所加反向电压为遏止电压，增大入射光的强度并不会使电流表有示数，故D错误。 [总结提升]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 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 图像名称 图线形状 由图线直接(或间接)得到的物理量 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 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)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】 (2025·甘肃高考)利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。He＋离子相对基态的能级图(设基态能量为0)如图所示。用电子碰撞He＋离子使其从基态激发到可能的激发态，若所用电子的能量为50 eV，则He＋离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为(　　 ) A．n＝4→n＝3能级 B．n＝4→n＝2能级 C．n＝3→n＝2能级 D．n＝3→n＝1能级 解析：选C。根据题意可知，用能量为50 eV的电子碰撞He＋离子，可使He＋离子跃迁到n＝3能级和n＝2能级，由ΔE＝Em－En＝hν＝h可知，波长最长的谱线对应的跃迁为n＝3→n＝2能级，故C正确。 [总结提升]受激跃迁与电离 (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，即E外≥ΔE。 (3)原子从某一能级电离时，所吸收的能量可以大于或等于这一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能。 【例2】 (2025·四川内江三模)氢原子的能级图如图所示。大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠。下列说法正确的是(　　 ) A．逸出光电子的最大初动能为12.09 eV B．从n＝3跃迁到n＝1放出的光子波长最长 C．用0.86 eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态 D．有2种频率的光子能使金属钠产生光电效应 解析：选D。大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，其中从n＝3跃迁到n＝1放出的光子能量最大，频率最大，波长最小；从n＝3跃迁到n＝1放出的光子能量为hν＝E3－E1＝12.09 eV，根据光电效应方程可知，逸出光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0＝12.09 eV－2.29 eV＝9.8 eV，故A、B错误；根据E4－E3＝0.66 eV，可知用0.86 eV的光子照射，氢原子不可以跃迁到n＝4激发态，故C错误；大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠，根据E3－E1＝12.09 eV，E2－E1＝10.2 eV，E3－E2＝1.89 eV，可知有2种频率的光子能使金属钠产生光电效应，故D正确。 【例1】 (2025·安徽高考)2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核俘获x个中子（），并发生y次β衰变，转化为易裂变的铀核，则(　　) A．x＝1，y＝1 B．x＝1，y＝2 C．x＝2，y＝1 D．x＝2，y＝2 解析：选B。由题意可得核反应方程为＋＋e，由质量数和电荷数守恒可得232＋x＝233，90＝92－y，解得x＝1，y＝2，故B正确。 [总结提升]衰变次数的确定方法 方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。 方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。 【例2】 (2025·河南高考)由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素和。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知和的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现和的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中和的原子个数比约为(　　) A．1∶4 B．1∶2 C．3∶4 D．1∶1 解析：选B。n总＝n1＋n2，又106天＝2×53天，106天≪139万年，由题意得n总＝n1＋n2，可得，故B正确。 【例3】 (2024·浙江高考)已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1，氘核摩尔质量为2 g·mol-1，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是(　　) A．核反应方程式为＋He＋ B．氘核的比结合能比氦核的大 C．氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变 D．4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV 解析：选D。根据核反应过程遵循质量数守恒和电荷数守恒可知，该核反应方程式为＋He＋，A错误；比结合能越大，原子核越稳定，又聚变反应的生成物比反应物更稳定，故氦核的比结合能大于氘核的，B错误；氘核与氚核要想发生核聚变反应，应使它们之间的距离达到10-15 m以内，C错误；一个氘核和一个氚核发生核聚变反应亏损的质量Δm＝(2.014 1＋3.016 1－4.002 6－1.008 7)u＝0.018 9 u，则一个氘核参与聚变释放的能量ΔE＝0.018 9×931.5 MeV≈17.6 MeV，4 g氘完全参与聚变释放出的能量E＝D正确。 [总结提升]核能的计算方法 (1)根据ΔE＝Δmc2计算，其中Δm的单位是“kg”，ΔE的单位是“J”。 (2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算，其中Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。 (3)根据核子、比结合能计算。核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，就是该次核反应释放(或吸收)的核能。 (4)如果核反应时释放的核能全部以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增加量即为释放的核能。 【基础练】 1．(2025·广西高考)已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13 eV、2.25 eV、2.29 eV、3.20 eV。用光子能量为2.20 eV的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是(　　) A．铷 B．钾 C．钠 D．钙 解析：选A。当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量，若金属表面的电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，成为光电子。由题意可知照射这些金属的单色光的光子能量只大于金属铷的逸出功，故能逸出光电子的金属是铷，故A正确。 2．(2025·湖南高考)关于原子核衰变，下列说法正确的是(　　) A．原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量 B．大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期 C．放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长 D．采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期 解析：选B。衰变释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，存在质量亏损，则新核总质量小于原核质量，A错误；根据半衰期的定义可知，大量某放射性元素的原子核经过一个半衰期后有半数发生衰变，B正确；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，C、D错误。 3．(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：选B。由|Uc2|＞|Uc3|＞|Uc1|和eUc＝Ekm，可得Ek2＞Ek3＞Ek1，故B正确。 4．(多选)(2025·海南名校联考)铯是一类致癌物，是铯133的同位素，其半衰期约为30年，发生β衰变的同时会发出γ射线。下列说法正确的有(　　 ) A．100个铯137原子核经过30年一定有50个发生衰变 B．铯137发生β衰变时，辐射出的电子来自原子核内 C．提高环境温度与压强，铯137的半衰期会变小 D．铯137发生β衰变的核反应方程为＋ 解析：选BD。半衰期是统计规律，对于少数原子核不适用，故A错误；铯137发生β衰变时，是原子核发生衰变造成的，故B正确；原子核的半衰期由原子核内部本身的因素决定，跟所处的物理、化学状态无关，所以铯137的半衰期不会发生变化，故C错误；此核反应方程满足电荷数和质量数守恒，故D正确。 5．(2025·河南名校联考)太阳能光伏发电将光能转换成电能，其原理是光电效应。如图所示为某金属材料发生光电效应时，光电子的最大初动能Ekm与入射光波长λ的关系图像，图像与横轴的交点为a，图像的虚线部分无限趋近Ekm＝－b这条直线，普朗克常量为h，则光在真空中的速度为(　　 ) A． B． C． D． 解析：选B。由爱因斯坦光电效应方程得Ekm＝－W0，根据题图可知W0＝b，当λ＝a时，Ekm＝0，得W0＝，联立解得c＝，故B正确。 6．(2025·河南考前预测)中国环流二号“人造太阳”装置中的核反应方程为＋―→X＋，已知、、X的比结合能分别为E1、E2、E3，下列说法正确的是(　　 ) A．该核反应也叫链式反应，是目前核电站的主要核反应 B．X为 C．E1、E2、E3中E3最小 D．该核反应释放的能量为4E3－2E1－3E2 解析：选D。该反应为核聚变，不是链式反应，核电站的核反应主要是核裂变，故A错误；根据质量数、电荷数守恒，可知X的质量数为4、电荷数为2，则X是，故B错误；核反应生成物更稳定，故E3最大，故C错误；释放能量为ΔE＝4E3－2E1－3E2，故D正确。 【综合练】 7．(2025·陕晋青宁卷)我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜TH－F120实现了超高分辨率成像，其分辨率提高是利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物理性质。一个静止的电子经100 V电压加速后，其德布罗意波长为λ，若加速电压为10 kV，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为(　　) A．100λ B．10λ C．λ D．λ 解析：选C。由eU＝，可得其德布罗意波长λ＝，又U＝100 V，U′＝10 kV，则可得λ′＝λ，故C正确。 8．(2025·湖北高考)PET(正电子发射断层成像)是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素(如的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。的衰变方程为→X＋＋，其中是中微子。已知的半衰期是110分钟。下列说法正确的是(　　) A．X为 B．该反应为核聚变反应 C．1克经110分钟剩下0.5克 D．该反应产生的在磁场中会发生偏转 解析：选C。设X的质量数为A，电荷数为Z，则由质量数和电荷数守恒可知，18＝A＋0＋0，9＝Z＋1＋0，解得A＝18，Z＝8，X为，A错误；核聚变反应是指两个或多个较轻的原子核结合成一个或多个较重的原子核的过程，则该反应不是核聚变反应，B错误；根据m＝可知，1克经110分钟剩下0.5克，C正确；中微子不带电荷，所以其在磁场中不会发生偏转，D错误。 9．(多选)(2025·黑吉辽蒙卷)某理论研究认为原子核可能发生双β衰变，衰变方程为→ ＋e。处于第二激发态的 原子核先后辐射能量分别为0.590 8 MeV和0.539 5 MeV的γ1、γ2两光子后回到基态。下列说法正确的是(　　) A．A＝100 B．y＝2 C．γ1的频率比γ2的大 D．γ1的波长比γ2的大 解析：选ABC。核反应方程遵循质量数守恒、电荷数守恒，则有100＝A、42＝44＋y(－1)，解得y＝2，A、B正确；由题意可知γ1的能量大于γ2的能量，由公式E＝hν可知，γ1的频率大于γ2的频率，C正确；由公式c＝λν可知，γ1的波长比γ2的波长短，D错误。 10．(多选)(2025·浙江金华三模)如图所示，一光电管的阴极用截止频率为6×1014 Hz的某种金属制成。现用频率为1015 Hz的紫外线照射阴极，当光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1 V时，光电流达到饱和状态，此时电流表的示数为0.56 μA。已知普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s。下列同学的判断正确的是(　　 ) A．阴极K金属的逸出功是2.652×10-19 J B．光电管每秒从K极逸出的光电子数为3.5×1012个 C．光电子的最大初动能为3.978×10-19 J D．电子到达A极的最大动能约为6.0×10-19 J 解析：选BD。由题可知，金属的截止频率νc＝6×1014 Hz，故金属的逸出功W0＝hνc＝3.978×10-19 J，A错误；光电管每秒逸出的电荷量q＝It＝5.6×10-7 C，故每秒逸出的光子数n＝＝3.5×1012 个，B正确；根据光电效应方程可知，光子的最大初动能Ek＝hν－W0＝6.63×10-34×1015 J－3.978×10-19 J＝2.652×10-19 J，C错误；根据动能定理可得eU＝Ekmax－Ek，代入数据解得电子到达A极的最大动能Ekmax＝eU＋Ek＝1.60×10-19×2.1 J＋2.652×10-19 J＝6.012×10-19 J≈6.0×10-19 J，D正确。 11．(多选)(2025·福建高考)某核反应方程为＋He＋＋17.6 MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生该核反应，设反应释放的能量(远大于碰前氘核和氚核的动能)全部转化为He与的动能，则(　　) A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变 n获得的动能约为14 MeV He获得的动能约为14 MeV 解析：选AC。题中核反应释放能量，由爱因斯坦质能方程可知，该反应有质量亏损，A正确；题中核反应为两个轻核结合成质量较大的核，所以该反应为核聚变，B错误；动量大小相等、方向相反的氘核与氚核相撞，由动量守恒定律可知，生成的氦核与中子的动量大小相等、方向相反，设两者的动量大小为p，由能量守恒定律有＝17.6 MeV，其中M＝4m，所以中子获得的动能Ek1＝＝14.08 MeV≈14 MeV，氦核获得的动能Ek2＝＝3.52 MeV，C正确，D错误。 【创新练】 12．(2025·重庆高考)在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为p。普朗克常量为h，光速为c，则(　　 ) A．光子的波长为 B．该原子吸收光子后质量减少了 C．该原子吸收光子后德布罗意波长为 D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态 解析：选C。光子能量公式为E＝，解得波长λ＝，故A错误；原子吸收光子后，能量增加E，根据质能方程有Δm＝，可知质量应增加而非减少，故B错误；德布罗意波长公式为λ＝，题目明确吸收后原子动量为p，因此波长为，故C正确；吸收光子跃迁需光子能量严格等于能级差，波长更长的光子能量更低，无法满足跃迁条件，故D错误。 $