专题21 近代物理初步 课件-2026年高考物理二轮复习优质课件（全国通用）

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波动性和粒子性是光的两面,理解和运用是学习的两面。用努力折射知识之光,以积累实现能力跃 迁,将所有的烦恼全反射!
　 (2021北京,2,3分)如图所示的平面内,光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖,出射光为b、c两束单色光。下 列说法正确的是 (　　　)A.这是光的干涉现象B.在真空中光束b的波长大于光束c的波长C.玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率D.在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度
解析　光从一种介质进入另一种介质,传播方向发生改变的现象是光的折射现象,A错误。光束b、c入 射角相同,b的折射角小,由折射定律可知,玻璃砖对光束b的折射率大,C正确。由折射率大的光波长短, 可知真空中光束b的波长小于光束c的波长,B错误。由v= 知,折射率大的光在介质中的传播速度小,故光束b传播速度小,D错误。
　 探究1　拓展设问①设问1:常见的折射、干涉现象有哪些?②设问2:光在介质中的传播速度v、频率f、波长λ之间有什么关系?③设问3:单色光从一种介质进入另一种介质,哪些物理量不变?哪些物理量会发生变化?如何变化?④设问4:不同颜色的可见光,在同种介质中,频率、波长、折射率、波速、全反射临界角的大小关系分 别如何?⑤设问5:改变入射光a的入射角,b、c两束单色光会在玻璃砖圆形界面上发生全反射吗?⑥设问6:不同颜色的可见光,光子的能量相同吗?当发生光电效应时,光电子最大初动能和光子频率有 什么关系?⑦设问7:用b、c两束单色光照射同一金属材料,若c光能使金属材料发生光电效应,则b光也一定能使该
金属材料发生光电效应吗?
答案　①折射现象:海市蜃楼、沙漠蜃景、雨后彩虹、筷子在水中“折断”的现象等。干涉现象:肥皂泡上的彩色条纹、水面上的彩色油膜、杨氏双缝干涉实验条纹、牛顿环。②v=λf。③光的频率由光本身决定,所以光从一种介质进入另一种介质,频率不变,即周期不变。根据v= ,若光从光疏介质进入光密介质,光的传播速度变小,波长变短;反之,光的传播速度变大,波长变长。④
⑤不会。b、c两束单色光只会沿径向射出玻璃砖,从玻璃砖射入空气的入射角始终为0°。⑥不同颜色的可见光,光子的能量不同,光的频率越大,光子的能量越大。发生光电效应时,光电子最大 初动能与光子频率之间的关系满足爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,W0为发生光电效应材料对应的逸 出功,W0=hν0,ν0为发生光电效应材料对应的截止频率。⑦玻璃砖对b光的折射率较大,则b光的频率较大,b光对应的光子能量较大,若c光能使该金属材料发生 光电效应,则b光也一定能使该金属材料发生光电效应。
探究2　举一反三一题多问深挖透,考点拿捏快准稳!一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其横截面如图所示。一激光器从 罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45° 角时,恰好观察不到射向空气的折射光束。已知光在真空中的传播速度为c。求:
　 (1)液体的折射率n。(2)激光在液体中的传播速度v。(3)激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动过程中(发生全反射之前),对应空气中折射角如何 变化?折射光的强度如何变化?
　 (4)若换成波长更长的激光,当光束与竖直方向成45°角时,会有光束折射向空气中吗?(5)若换成折射率更大的液体,其他条件不变,当光束与竖直方向成45°角时,会有光束折射向空气中吗?(6)此情境中,若恰好观察不到射向空气的折射光束时,光束与竖直方向夹角未知,能利用测量长度的工 具测出液体的折射率吗? 
解析　(1)当入射角达到45°时,恰好等于全反射临界角C,根据 sin C= ,可得液体的折射率n= = = 。(2)根据n= ,可得激光在液体中的传播速度v= = c。(3)激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动过程中,光从液体射入空气中的入射角增大,对应空 气中折射角也增大,反射光的强度增大,而入射光的能量不变,所以折射光的强度减小。(4)若换成波长更长的光,在该液体中的折射率更小,对应的全反射临界角更大,当光束与竖直方向成45° 角时,并未发生全反射,所以会有光束折射向空气中。(5)若换成折射率更大的液体,光对应的全反射临界角更小,当光束与竖直方向成45°角时,已经发生全反 射,所以不会有光束折射向空气中。
(6)标记出恰好发生全反射时激光器的位置,设为Q。测出圆柱形罐体的直径D以及Q点与水平液面的距 离h,则sin C= ,n= = = ,代入测量数据即可求出液体的折射率。
　　通过上述“真题解码”,我们初步熟悉了本单元的部分核心知识。本单元专题1主要包括几何光 学和波动光学两大部分。几何光学中,光的折射是基础,光的全反射是难点,全反射临界角是核心,准确 地画出光路图然后利用几何知识解决问题是关键;波动光学中,光的干涉、衍射是重点,光的干涉条 件、发生明显衍射的条件、光的干涉现象中明暗条纹的判断及间距计算是基础,光的干涉现象的应用 是难点。本单元专题2为近代物理初步,高考对这部分内容的考查主要集中在爱因斯坦光电效应方程 的理解及应用、原子核的衰变、半衰期、核反应方程、核能的计算等方面,对于氢原子的能级图、能 级跃迁公式的应用也有涉及,题型多为选择题。本单元设立的几个“真题试练”可以帮助大家在备考 复习中清晰梳理和融会贯通相关的知识和方法。
(2024湖南,1,4分)量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是 (　　　)A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的B.光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表 面逸出C.康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分D.德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性
真题试练1:波粒二象性
解析　普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的,这个不可再分的最小能量值叫作能量子,A错误;紫光的 光子频率更高,光子能量更大,如果红光可以使某金属发生光电效应,则紫光一定也可以使该金属发生 光电效应,B正确;康普顿在研究石墨对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,C错误;德布罗意认为实物粒子也具有波粒 二象性,质子、电子等都具有波动性,D错误。
　 探究1　拓展设问①设问1:能否从能量守恒的观点来解释康普顿效应?②设问2:光电效应中哪些现象无法用经典电磁理论解释?③设问3:哪些现象可以证明实物粒子具有波动性?
答案　①设光子与电子作用前的频率为ν0,作用后的频率为ν,m0是电子的静质量,m是电子的动质量,则 由能量守恒可得hν0+m0c2=hν+mc2,又m= ,联立可知,由于m>m0,故ν0>ν,则会出现波长变长的射线。②按照经典电磁理论,不管光的频率如何,只要光照足够强,电子就可以获得足够的能量从而逸出金属 表面,无法解释光电效应存在截止频率;按照经典电磁理论,光照强度越大,电子逸出后初动能越大,而实 验现象则表明只要是同一种色光,无论光照强弱,逸出的光电子最大初动能都相同;按照经典电磁理论, 如果光照很弱,电子需要几分钟到几十分钟才能获得逸出金属表面所需的能量,而这个时间远远大于光 电效应发生的时间。③a.电子双缝干涉实验:当电子束通过双缝后,在接收屏上形成明暗相间的干涉条纹,证明了电子的波动 性。
b.电子束的晶体衍射实验:电子束通过晶体时会产生衍射图样,与X射线通过晶体的衍射现象一致,证明 了电子的波动性。c.电子显微镜成像:电子显微镜利用电子束的波动性(短波长特性)实现高分辨率成像,其原理涉及电子 衍射,证明了实物粒子的波动性。
1.黑体辐射　[2020江苏,12(1)]“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触 和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。 若人体温度升高,则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　　　)A.I增大,λ增大　　　　　B.I增大,λ减小C.I减小,λ增大　　　　　D.I减小,λ减小
解析　黑体辐射规律:温度升高,辐射强度I增大,I的极大值向波长短的方向偏移,B正确。
2.光电效应　(2024黑吉辽,8,6分)(多选)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出 光电子,并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面,逸出了光电子,若增加 此X光的强度,则 (　 　)A.该金属的逸出功增大B.X光的光子能量不变C.逸出的光电子最大初动能增大D.单位时间逸出的光电子数增多
解析　逸出功由金属材料本身决定,A错误。光子能量E=hν,由光子频率决定,B正确。由爱因斯坦光电 效应方程Ek=hν-W0可知,逸出的光电子最大初动能不变,C错误。光的强度增加,单位时间照射到金属表 面的光子数增加,单位时间逸出的光电子数增多,D正确。
3.波粒二象性　(2023浙江6月,15,3分)(多选)有一种新型光电效应量子材料,其逸出功为W0。 当紫外光照射该材料时,只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝,在 与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹,测得条纹间距为Δx。已知电子质量为m,普朗克常量为h,光速为 c,则 (　 　)A.电子的动量pe= B.电子的动能Ek= C.光子的能量E=W0+ D.光子的动量p= + 
解析　由题意知Δx= ,则pe= = ,A正确;根据p2=2mEk,可知Ek= ,B错误;根据爱因斯坦光电效应方程可知Ek=hν-W0,光子能量E=hν=W0+ ,C错误;而入射紫外光的光子动量为p= ,λ紫外= ,解得p= + ,D正确。
互动互探通过上述题目,你知道物质的波动性和粒子性之间的联系吗?
互动点拨1、联系①波粒二象性:所有微观粒子(如电子、光子等)同时具有粒子性和波动性,具体表现取决于实验条件。 粒子性的表现:光电效应(光子像粒子一样传递能量)、康普顿散射等实验中,能量和动量以离散形式传 递。波动性的表现:双缝干涉实验(电子或光子通过狭缝后在接收屏上形成干涉条纹)或衍射实验中,微 观粒子表现出波的叠加特性。②德布罗意波:德布罗意提出,任何粒子都具有波长和频率,即λ=h/p(λ为波长,h为普朗克常量,p为动量), 将粒子性与波动性通过数学公式统一。③概率波:波动性体现为概率波,描述粒子在空间中出现的概率分布;而粒子性则表现为局域化的能量 或动量交换。④互补性原理:玻尔提出,粒子性和波动性是同一实体的互补描述,无法同时观测到两者的完整表现。
2、常见问题纠正①“光子有时是粒子,有时是波”这种观点是不正确的,光具有波粒二象性,实验条件决定其表现的主 导特性。②“波动性是粒子集体行为”也是不正确的认识。即使单个粒子(如单个电子双缝实验)也会表现出 波动性。
(2022浙江6月,7,3分)图为氢原子的能级图。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10.80 eVB.n=3跃迁到n=1放出的光子动量最大C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D.用0.85 eV的光子照射,氢原子跃迁到n=4激发态
解析　氢原子在向低能级跃迁时放出光子,光子的能量等于两能级之间的能量差,氢原子处于n=3的激 发态,向基态跃迁时放出能量最大光子的能量为hν=E3-E1=12.09 eV,照射逸出功为2.29 eV的金属钠时, 根据爱因斯坦光电效应方程可知逸出光电子的最大初动能Ek=hν-W0=9.8 eV,A错误;氢原子从n=3跃迁 到n=1放出的光子频率ν最大,波长λ最小,根据p= 可知动量p最大,B正确;氢原子从n=3跃迁到n=2放出的光子能量小于金属钠的逸出功,所以只有2种频率的光子能使金属钠产生光电效应,C错误;n=3与n=4 的能级差为0.66 eV,用0.85 eV的光子照射,氢原子不能跃迁到n=4激发态,D错误。
　 探究1　拓展设问①设问1:大量氢原子处于n=3能级的激发态,用1.90 eV的光子照射,氢原子是否能发生电离?②设问2:为什么吸收的光子能量大于两能级差(小于电离能)时,原子不能跃迁。
答案　①能发生电离。原子在两个能级之间跃迁,吸收或释放的光子能量必须是两能级能量之差,但是 原子电离只需吸收的光子能量满足E≥E∞-En=0-En(即E≥0-E3=1.51 eV)即可。②原子的能量只能取一系列特定的值,发生跃迁时,吸收光子的能量必须等于两能级之差(如氢原子跃 迁需满足ΔE=En-Em),否则光子无法被原子吸收;光子的能量无法被原子“部分吸收”,若光子能量大于 能级差但未达到电离能,原子既无法跃迁到能级间的某能量态,也无法仅吸收跃迁所需能量,从而导致 光子能量无法被利用。
1.电离　(2022广东,5,4分)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第 n能级的能量为En= ,其中E1=-13.6 eV。如图是按能量排列的电磁波谱,要使n=20的氢原子吸收一个光子后,恰好失去一个电子变成氢离子,被吸收的光子是 (　　　) A.红外线波段的光子B.可见光波段的光子C.紫外线波段的光子
解析　由氢原子能级公式En= 知,E20=  eV=-3.4×10-2 eV,要使该能级的氢原子电离,要吸收的光子能量为3.4×10-2 eV,属于红外线波段的光子,A正确。
2.综合应用　(2021北京,14,3分)北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源,计划于2025 年建成。同步辐射光具有光谱范围宽(从远红外到X光波段,波长范围约为10-5 m~10-11 m,对应能量范围 约为10-1 eV~105 eV)、光源亮度高、偏振性好等诸多特点,在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域 已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时,会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射,这个现象最 初是在同步加速器上观察到的,称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109 eV,回旋 一圈辐射的总能量约为104 eV。下列说法正确的是 (　　　)A.同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样B.用同步辐射光照射氢原子,不能使氢原子电离C.蛋白质分子的线度约为10-8 m,不能用同步辐射光得到其衍射图样D.尽管向外辐射能量,但电子回旋一圈后能量不会明显减小
解析　氢原子发光的机理是核外电子的跃迁,由题意可知同步辐射的机理与氢原子发光的机理不同,A 错误。同步辐射光的能量范围约为10-1 eV~105 eV,大于13.6 eV的光一定能使氢原子电离,B错误。障碍 物的尺寸比波长小或相差不多时,会发生明显衍射,蛋白质分子的线度是10-8 m,同步辐射光波长范围约 为10-5 m~10-11 m,蛋白质分子的线度可能小于同步辐射光的波长,可以得到衍射图样,C错误。电子回旋 一圈辐射能量104 eV,单个电子能量约为109 eV,两能量值相差太大,电子回旋一圈后能量不会明显减小, D正确。
(2024山东,1,3分)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
真题试练3:原子核核反应
解析　由衰变方程 Sr Y e可知 Sr衰变为 Y时产生β粒子,A错误;由衰变方程 Pu U He可知 Pu衰变为 U时产生α粒子,B错误 Sr的半衰期比 Pu的半衰期小,则相同时间后,相同数目的 Sr和 Pu,剩余的 Sr数目小于 Pu的数目,C错误,D正确。
　 探究1　拓展设问①设问1: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,若经过87年 Sr和 Pu数目相同,则衰变前二者数目之比是多少?②设问2:为什么原子序数较大的原子核更容易发生衰变?
答案　①每经历一个半衰期就有半数原子核发生衰变,则剩余数目N与起初数目N0的关系为N=N0×  ,其中t为经历时间,τ为半衰期,故起初 Sr和 Pu的数目之比为4∶1。②库仑斥力与强相互作用力失衡,质子带正电,彼此间的库仑斥力随质子数(原子序数)Z的增加显著增 强,强相互作用力(核力)虽能抵消库仑斥力,但它是短程力,仅作用于相邻核子。随着原子核增大,质子 间的平均距离增大,核力的作用范围无法覆盖整个核,导致库仑斥力逐渐占据主导地位。因此中等质量 原子核(如铁Z=26)的核子平均结合能(比结合能)最高,最稳定。重核的平均结合能较低,倾向于通过衰 变释放能量,向更稳定的状态转变,这就是原子序数较大的原子核更容易发生衰变的原因。
1.质量数、电荷数守恒　(2025黑吉辽蒙,8,6分)(多选)某理论研究认为 M原子核可能发生双β衰变,衰变方程为 M Ru+ e。处于第二激发态的 Ru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=100B.y=2C.γ1的频率比γ2的大D.γ1的波长比γ2的大
解析　根据质量数守恒和电荷数守恒,可知A=100,y=2,A、B正确;根据ε=hν可知,γ1比γ2能量大,所以γ1的 频率比γ2的频率大,C正确;根据c=λν可知,波长与频率成反比,γ1的波长比γ2的波长小,D错误。
2.反粒子　(2025北京,13,3分)自然界中物质是常见的,反物质并不常见。反物质由反粒子构 成,它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等;反氢原子由正电子和反质 子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等,电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与 的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是(　　　)A.已知氢原子的基态能量为-13.6 eV,则反氢原子的基态能量也为-13.6 eVB.一个中子可以转化为一个质子和一个正电子C.一对正负电子等速率对撞,湮灭为一个光子D.反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
解析　氢原子基态能量由电子与质子共同决定,反氢原子由正电子和反质子构成,能级结构不变,其基 态能量仍为-13.6 eV,A正确。若中子转化为质子和正电子,即 p e,不符合电荷数守恒,B错误。正、负电子等速率对撞湮灭时,总动量为零,需产生至少两个光子以保证动量守恒,单个光子无法满足 动量守恒,C错误。核聚变朝着比结合能增大的方向进行,即放出能量,D错误。
3.核反应与电磁场结合　(2023新课标,18,6分)一电子和一α粒子从铅盒上的小孔O竖直向上射 出后,打到铅盒上方水平放置的屏幕P上的a和b两点,a点在小孔O的正上方,b点在a点的右侧,如图所 示。已知α粒子的速度约为电子速度的 ,铅盒与屏幕之间存在匀强电场和匀强磁场,则电场和磁场方向可能为(　　　) A.电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向里B.电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向外C.电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向里D.电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向外
解析　假设电子打在a点,即其所受电场力与洛伦兹力大小相等,方向相反,故eE=evB,由于α粒子的速度v'小于电子的速度v,所以2eE>2ev'B,α粒子经过小孔后向右偏转,即其所受合力方向向右,由于α粒子带正 电,所以电场方向水平向右,A、B错误。电子所受电场力水平向左,则其所受洛伦兹力水平向右,则磁场 方向垂直纸面向里,D错误,C正确。假设α粒子打在a点,同样可以得出C正确。
　 考查形式　近代物理初步部分的特点是“点多面宽”“考点分散”,在高考中常考查对基础知识的识记与理解,例 如物理学史(原子内部结构的发现历程)、经典实验(如α粒子散射实验、光电效应实验、氢原子光谱实 验等)及基本规律(如能级跃迁、核反应方程、质能方程等)。侧重对实验现象和结论的考查,而非实验 细节,例如:α粒子散射实验证明原子核式结构;光电效应验证光的粒子性;玻尔理论解释氢原子光谱规律 等。常见情境　高考中常以现代科技应用(如核电站、医学影像、半导体技术、激光等)为背景,但核心仍是考查基础 知识。高频考点　
高频考点相对集中,如原子结构的考查集中在原子的核式结构、玻尔理论与氢原子跃迁(光子发射与吸 收条件);原子结构与核反应的考查集中在核反应方程配平(α衰变、β衰变、人工转变、裂变/聚变)、质 能方程(ΔE=Δmc2);波粒二象性的考查集中在光电效应方程(Ek=hν-W0)、德布罗意波长(λ= )。
1.(2025湖南,1,4分)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　原子核衰变释放能量,有质量亏损,新核总质量小于原核总质量,A错误;大量放射性元素的原子 核有半数发生衰变所需的时间为元素的半衰期,必须是大量原子核的统计规律,B正确;放射性元素的半 衰期由原子核本身的性质决定,与温度、压强等物理条件无关,也与原子核所处的化学状态(如单质态 或化合态)无关,C、D错误。
2.(2025安徽,1,4分)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 Th)俘获x个中子 n),并发生y次β衰变,转化为易裂变的铀核 U),则 (　　　)A.x=1,y=1　　　　　B.x=1,y=2C.x=2,y=1　　　　　D.x=2,y=2
解析　核反应方程可表示为 Th+ n U+ e,可得232+x=233、90=92-y,解得钍核俘获中子的数目x=1、β衰变的次数y=2,B正确。
3.(2025广东,3,4分)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EkC.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　只有甲发射光电子,说明甲发生了光电效应,乙没有发生光电效应,满足ν>ν甲且νν乙,而与入射光光强无关,C错误。
4.研究光电效应的电路如图所示,用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极 板K,极板发射出的光电子形成的光电流I与A、K之间的电压U的关系图像如图乙所示。关于1、2、3 三条曲线,下列说法正确的是 (　　　) 　 A.1、3为用黄光照射时得到的曲线,曲线1对应的黄光较强B.1、3为用黄光照射时得到的曲线,曲线3对应的黄光较强C.2、3为用黄光照射时得到的曲线,曲线2对应的黄光较强
D.2、3为用黄光照射时得到的曲线,曲线3对应的黄光较强
解析　根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,结合动能定理有eUc=Ek,可得Uc= - ,则光的频率越大,对应的遏止电压越大,遏止电压相等说明光的频率相等,蓝光频率较大,故2为用蓝光照射时得到的曲线, 1和3为用黄光照射时得到的曲线,C、D错误;根据光电效应实验现象可知单位时间内光子数越多,光电 流越大,对于同一种光,光照强度越大,单位时间内光子数越多,故曲线1为用强黄光照射时得到的曲线,B 错误,A正确。
5.(2025陕晋青宁,5,4分)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.10λC. λ　　　　　D. λ
解析　电子由静止被加速,eU=Ek,电子的德布罗意波长λ= ,电子的动量p= ,联立解得λ= ;故 = = ,即其德布罗意波长λ'= λ,C正确。
6.(2025甘肃,1,4分)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　因为ΔE31=E3-E1=48.37 eV50 eV,所以He+离子吸收电子能量后最高 可跃迁至n=3能级,He+离子从n=3能级向低能级跃迁可辐射出3种谱线,其中从n=3能级向n=2能级跃迁 时释放的能量最小,ΔEmin=E3-E2=7.56 eV,根据ΔE=hν和c=λν可知从n=3能级向n=2能级跃迁辐射的电磁 波频率最小,波长最大。C正确。
7.(2023山东,1,3分)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空,对提升我国导 航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系,原子吸收频率为ν0 的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ,然后自发辐射出频率为ν1的光子,跃迁到钟跃迁的上能级2, 并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1,实现受激辐射,发出钟激光,最后辐射出频率为ν3的光子回 到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为 (　　　) A.ν0+ν1+ν3　　　　　B.ν0+ν1-ν3C.ν0-ν1+ν3　　　　　D.ν0-ν1-ν3
解析　利用图示能级关系及能级跃迁理论可知光子的能量关系是hν0=hν1+hν2+hν3,解得ν2=ν0-ν1-ν3,D正 确。
8.(2025福建,6,6分)(多选)核反应方程为 H H He n+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,发生核反应,设反应释放的能量几乎全部转化为 He与 n的动能,则 (　 　)A.该反应有质量亏损B.该反应为核裂变C n获得的动能约为14 MeVD He获得的动能约为14 MeV
解析　该核反应过程中质量数守恒,释放能量,故有质量亏损,A正确。该反应是核聚变反应,B错误。在 真空中,该反应动量守恒,由于相撞前氘核与氚核动量大小相等,方向相反,系统总动量为零,反应后氦核 与中子的动量也大小相等,方向相反,由Ek= 得,核反应后粒子获得的动能之比EkHe∶Ekn=mn∶mHe=1∶4,而两个粒子获得的总动能为17.6 MeV,故 n获得的动能Ekn= ×17.6 MeV=14.08 MeV He获得的动能EkHe= ×17.6 MeV=3.52 MeV,C正确,D错误。
9.(2024北京,13,3分)产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖,阿秒(as)是时间单位,1 as=1×10-18 s。阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光,提供了阿秒量级的超快“光快门”, 使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100 as的阿秒光脉冲,持续时间内至少 包含一个完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s。下列说法正确的 是 (　　　)A.对于0.1 mm宽的单缝,此阿秒光脉冲比波长为550 nm的可见光的衍射现象更明显B.此阿秒光脉冲和波长为550 nm的可见光束总能量相等时,阿秒光脉冲的光子数更多C.此阿秒光脉冲可以使能量为-13.6 eV(-2.2×10-18 J)的基态氢原子电离D.为了探测原子内电子的动态过程,阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
解析　由波的形成原理易知,振动一个周期,波传播一个波长的距离,故波长λ=cT≤3.0×108×100×10-18 m =30 nm,该波长跟550 nm相比,与0.1 mm=105 nm的偏差更大,波发生明显衍射现象的条件是波长与狭缝 (或障碍物)的尺寸相差不多或比狭缝(或障碍物)的尺寸稍大,所以该脉冲波通过0.1 mm的单缝时发生的 衍射现象不如550 nm的可见光的明显,A错误。根据E=Nhν=Nh 可知,能量相等时波长较短的阿秒光脉冲的光子数更少,B错误。hν=h ≥6.6×10-34×  J=6.6×10-18 J>2.2×10-18 J,故此阿秒光脉冲能使基态氢原子电离,C正确。研究原子内电子的动态过程中,超短脉冲光束对电子的状态进行曝光产生一个虚 拟快门,对电子进行高速摄影,此时的时间分辨能力由超短脉冲光束的持续时间所决定,故阿秒光脉冲 持续时间越短,获取的“帧”画面越多,研究得越精细,D错误。