高考物理二轮复习热点题型专题15 物理学史及近代物理（2份打包，解析版+原卷版，可预览）

高考物理二轮复习热点题型与提分秘籍

专题15 物理学史及近代物理

题型一 光电效应　

【典例分析1】(2020·山西运城模拟)美国物理学家密立根利用如图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h，电子电荷量用e表示，下列说法正确的是(　　)

A．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动

B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大

C．由Uc－ν图象可知，这种金属截止频率为νc

D．由Uc－ν图象可求普朗克常量表达式为h＝

【提分秘籍】求解光电效应问题的五个关系与四种图象

(1)五个关系

①逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。

②入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。

③爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。

④光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc为遏止电压。

⑤光电效应方程中的W0为逸出功。它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。

(2)四种光电效应的图象

【突破训练】

1.(2019·哈尔滨三中二模)(多选)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a、b、c光照射光电管得到的I­U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，下列说法正确的是(　　)

A．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加

B．a、c光的频率相等

C．光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关

D．a光的波长大于b光的波长

2.(2019·河北唐山一模)用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。则下列说法中正确的是(　　)

A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极

B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大

C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大

D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ekm＝1.2×10－19 J

题型二 原子结构和能级跃迁

【典例分析1】(2020·河南省郑州市月考)如图所示为氢原子能级的示意图，下列有关说法正确的是(　　)

A．处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级

B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出3种不同频率的光

C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应

D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41 eV

【提分秘籍】原子能级跃迁问题的解题技巧

(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差，即ΔE＝hν＝|E初－E末|。

(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值。

(3)一群氢原子和一个氢原子不同，氢原子核外只有一个电子，这个电子在某时刻只能处在某一个确定的轨道上，在某段时间内，由这一轨道跃迁到另一较低能级轨道时，可能的情况只有一种，所以一个氢原子从n能级跃迁发射出光子的最多可能种类N＝n－1。但是如果有大量n能级的氢原子，它们的核外电子向低能级跃迁时就会有各种情况出现了，发射光子的种类N＝C＝。

(4)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时，要注意各能级的能量值均为负值，且单位为电子伏，计算时需换算单位，1 eV＝1.6×10－19 J。

(5)氢原子能量为电势能与动能的总和，能量越大，轨道半径越大，势能越大，动能越小。

【突破训练】

1.(2019·福建南平二模)氢原子能级如图所示，则下列说法正确的是(　　)

A．氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，动能也越大

B．用动能为12.3 eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n＝2的能级

C．用光子能量为12.3 eV的光照射一群处于基态的氢原子，氢原子有可能跃迁到n＝2的能级

D．用光子能量为1.75 eV的可见光照射大量处于n＝3能级的氢原子时，氢原子不能发生电离

2.(2019·山东日照高考模拟)氢原子的能级如图，一群氢原子处于n＝4能级上。当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1884 nm，下列判断正确的是(　　)

A．一群氢原子从n＝4能级向n＝1能级跃迁时，最多产生4种谱线

B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量

C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1884 nm

D．用氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射W逸＝6.34 eV的铂，能发生光电效应

3．(2019·山东省“评价大联考”三模)如图所示为氢原子能级图，现有大量氢原子从n＝4的能级发生跃迁，产生一些不同频率的光，让这些光照射一个逸出功为2.29 eV的钠光电管，以下说法正确的是(　　)

A．这些氢原子可能发出3种不同频率的光

B．能够让钠光电管发生光电效应现象的有4种光子

C．光电管发出的光电子与原子核发生衰变时飞出的电子都是来源于原子核内部

D．钠光电管在这些光照射下发出的光电子再次轰击处于基态的氢原子，可以使氢原子跃迁到n＝3的能级

题型三 原子核的衰变、核反应与核能

【典例分析1】．(2020·山东济宁育才中学模拟)Co衰变的核反应方程为Co→Ni＋e，其半衰期为5.27年。已知Co、Ni、e的质量分别为m1、m2、m3，下列说法正确的是(　　)

A．该核反应中释放的能量为(m2＋m3－m1)c2

B．该核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强

C．若有16个Co原子，经过5.27年后一定只剩下8个Co原子

D．β粒子是Co核外的电子电离形成的

【典例分析2】．(2020·河北衡水统测)一放射性原子核X静止在与纸面垂直的匀强磁场中，衰变后产生的原子核Y及粒子的运动轨迹如图，则(　　)

A．此次衰变可能为β衰变                        B．Y的质子数比X的质子数小4

C．Y的中子数比X的中子数小4                 D．轨迹2为Y的运动轨迹

【提分秘籍】

1.原子核的衰变问题

(1)衰变实质：α衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出；β衰变是原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，再将电子射出；γ衰变伴随着α衰变或β衰变同时发生，不改变原子核的质量数与电荷数，以光子形式释放出衰变过程中的多余能量。

(2)核衰变规律：，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)α衰变和β衰变次数的确定方法

①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。

②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。

2．三种射线

(1)α射线：穿透能力最弱，电离作用最强。

(2)β射线：穿透能力较强，电离作用较弱。

(3)γ射线：穿透能力更强，电离作用更弱。

3．核反应方程

(1)核反应方程遵循的规律

核反应方程遵循质量数、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能。核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“→”表示方向而不能用等号代替。

(2)核反应类型

①衰变

α衰变：X―→Y＋He

β衰变：X―→Y＋e

②原子核的人工转变

质子的发现：N＋He―→O＋H

中子的发现：Be＋He―→C＋n

人工放射性同位素的发现：Al＋He―→P＋n

P―→Si＋e

③重核裂变

例如：U＋n―→Ba＋Kr＋3n。

④轻核聚变

例如：H＋H―→He＋n。

4．核能的计算方法

(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2(J)。

(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)的能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)。

(3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。

【突破训练】

1.(2019·四川广元三诊改编)钍基熔盐堆核能系统(TMSR)是第四代核能系统之一。其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次β衰变而来；铀的一种典型裂变产物是钡和氪。以下说法正确的是(　　)

A．题中钍核Th变成铀核的核反应方程为Th＋n→Th，Th→U＋2e

B．钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定

C．钍核Th中有90个中子，142个质子

D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能减小

2.(2019·湖南衡阳二模)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆的半径分别r1、r2，则下列说法正确的是(　　)

A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变

B．径迹2可能是衰变后新核的径迹

C．若衰变方程是U→Th＋He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2

D．若衰变方程是U→Th＋He，则r1∶r2＝1∶45

3.(2019·河南郑州二模)1933年至1934年间，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发生的核反应方程为Al＋He→P＋n，反应生成物P像天然放射性元素一样衰变，放出正电子e，且伴随产生中微子ν，核反应方程为P→Si＋e＋ν。则下列说法正确的是(　　)

A．当温度、压强等条件变化时，放射性元素P的半衰期随之变化

B．中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0

C．正电子产生的原因可能是核外电子转变成的

D．两个质子和两个中子结合成一个α粒子，则质子与中子的质量之和一定等于α粒子的质量

2.(2019·山东威海三模)土壤和大气中含有放射性元素钋210，它可以通过根部吸收或表面吸附的途径进入植物的组织中，烟叶中含量较高。钋210可以通过吸烟的途径进入吸烟者体内，其半衰期为138天。8 mg钋210经过414天后还剩下(　　)

A．4 mg   B．2 mg 

C．1 mg   D．0

5.(2019·长春质量监测)(多选)2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生核反应的过程中都伴着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法正确的是(　　)

A.Th衰变为Rn，经过3次α衰变，2次β衰变

B.H＋H→He＋n是α衰变方程，Th→Pa＋e是β衰变方程

C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程

D．高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为He＋N→O＋H

题型四 物理学史及物理学思想方法

【典例分析1】(2020·山东潍坊市下学期高考模拟)在物理学中用比值法定义物理量是一种很重要的方法．下列物理量的表达式不是由比值法定义的是(　　)

A．加速度定义式a＝         B．点电荷电场强度E＝k

C．磁感应强度B＝         D．电阻R＝

【典例分析2】(2020·山东临沂市2月质检)2018年3月14日，著名物理学家斯蒂芬·威廉·霍金逝世，引发全球各界悼念．在物理学发展的历程中，许多物理学家的科学研究为物理学的建立做出了巨大的贡献．关于下列几位物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的是(　　)

A．卡文迪许将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出万有引力定律

B．法拉第通过长时间的实验研究发现了通电导线周围存在磁场

C．查德威克用α粒子轰击Be原子核发现了中子

D．爱因斯坦的光子说认为，只要光照时间足够长，所有电子最终都能逸出金属表面成为光电子

【提分秘籍】

一 重要物理思想方法归纳

1．理想模型法

为了便于进行物理研究或物理教学而建立的一种抽象的理想客体或理想物理过程，突出了事物的主要因素、忽略了事物的次要因素．理想模型可分为对象模型(如质点、点电荷、理想变压器等)、条件模型(如光滑表面、轻杆、轻绳、匀强电场、匀强磁场等)和过程模型(在空气中自由下落的物体、抛体运动、匀速直线运动、匀速圆周运动、恒定电流等)．

2．极限思维法

就是人们把所研究的问题外推到极端情况(或理想状态)，通过推理而得出结论的过程．在用极限思维法处理物理问题时，通常是将参量的一般变化推到极限值，即无限大、零值、临界值或特定值的条件下进行分析和讨论．如公式v＝中，当Δt→0时，v是瞬时速度．

3．理想实验法

也叫作实验推理法，就是在物理实验的基础上，加上合理的科学的推理得出结论的方法就叫作理想实验法，这也是一种常用的科学方法．如由伽利略斜面实验推导出牛顿第一定律等．

4．微元法

微元法是指在处理问题时，从对事物的极小部分(微元)分析入手，达到解决事物整体目的的方法．它在解决物理学问题时很常用，思想就是“化整为零”，先分析“微元”，再通过“微元”分析整体．

5．比值定义法

就是用两个基本物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法，特点是A＝，但A与B、C均无关．如a＝、E＝、C＝、I＝、R＝、B＝、ρ＝等．

6．放大法

在物理现象或待测物理量十分微小的情况下，把物理现象或待测物理量按照一定规律放大后再进行观察和测量，这种方法称为放大法．常见的方式有机械放大、电放大、光放大．

7．控制变量法

决定某一个现象的产生和变化的因素很多，为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，研究其他两个变量之间的关系，这种方法就是控制变量法．比如探究加速度与力、质量的关系，就用了控制变量法．

8．等效替代法

在研究物理问题时，有时为了使问题简化，常用一个物理量来代替其他所有物理量，但不会改变物理效果．如用合力替代各个分力，用总电阻替代各部分电阻等．

9．类比法

也叫“比较类推法”，是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也应具有这种属性的推理方法．其结论必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大．如研究电场力做功时，与重力做功进行类比；认识电流时，用水流进行类比；认识电压时，用水压进行类比．

二、重要物理学史归纳总结

续表

【突破训练】

1．(2019·甘肃兰州市第一次诊断)关于物理学家和他们对物理学的贡献，下列说法正确的是(　　)

A．爱因斯坦提出了光的电磁说

B．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在

C．玻尔建立了量子理论，并成功解释了各种原子的发光原理

D．卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型

2.关于物理概念的建立和物理规律的形成，下列说法不正确的是(　　)

A．在定义“瞬时速度”的概念时，利用了微元法

B．伽利略在研究“落体运动”时，利用了演绎法

C．在建立“质点”和“点电荷”的概念时，利用了假设法

D．在万有引力定律的建立过程中，除了牛顿以外，科学家第谷、开普勒、卡文迪许均做出了重要的贡献

3.2018年3月14日，英国剑桥大学著名物理学家斯蒂芬·威廉·霍金逝世，享年76岁，引发全球各界悼念．在物理学发展的历程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，为物理学的建立做出了巨大的贡献．在对以下几位物理学家所做的科学贡献的叙述中，正确的是(　　)

A．卡文迪许将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出万有引力定律，并测出了引力常量G的数值

B．根据玻尔理论，原子从激发态向基态跃迁时将释放出核能

C．布拉凯特利用云室照片发现，α粒子击中氮原子形成复核，复核不稳定，会放出一个质子

D．爱因斯坦的光子说认为，只要增加光照时间，使电子多吸收几个光子，所有电子最终都能跃出金属表面成为光电子

4.学习物理不仅要掌握物理知识，还要领悟并掌握处理物理问题的思想方法．在如图所示的几个实验中，研究物理问题的思想方法相同的是(　　)

A．甲、乙　　　　　　　 B．乙、丙

C．甲、丙  D．丙、丁

5.(多选)下列关于物理学史或物理方法的说法中正确的是(　　)

A．伽利略利用斜面研究自由落体运动时，使用了“外推”的方法，即当斜面的倾角为90°时，物体在斜面上的运动就变成了自由落体运动

B．运动的合成与分解是研究曲线运动的一般方法，该方法也同样适用研究匀速圆周运动

C．物理模型在物理学的研究中起了重要作用，其中“质点”“点电荷”“光滑的轻滑轮”“轻弹簧”等都是理想化模型

D．牛顿在发现万有引力定律的过程中使用了“月—地检验”

6．下列说法正确的是(　　)

A．“交流电的有效值”使用了平均思想法

B．探究导体的电阻与导体的材料、长度、粗细的关系时，使用了控制变量法

C．电场强度是用比值法定义的，电场强度与电场力成正比，与试探电荷的电荷量成反比

D．“如果电场线与等势面不垂直，那么电场强度沿着等势面方向就有一个分量，在等势面上移动电荷时电场力就要做功”，这里用到了归纳法