适用于新高考新教材2024版高考物理二轮复习第一编核心专题突破专题6热学近代物理第二讲近代物理课件

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命题角度1光电效应规律的理解及应用1.光电效应两条对应关系(1)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大;(2)光照强度大(同种频率的光)→光子数目多→发射光电子多→光电流大。2.定量分析时应抓住三个关系式
命题角度2光电效应的图像问题(1)最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像
(2)遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像
(3)光电流与电压的关系图像
典例剖析例1　(命题角度1、2)(多选)(2023江苏南通模拟)体温枪的工作原理是利用光电效应,将光信号转换为电信号,从而显示出物体的温度。已知人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线,如图甲所示,用该红外光线照射光电管的阴极K时,电路中有光电流产生,光电流随电压变化的图像如图乙所示,另一种金属铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图丙所示,已知光在真空中传播的速度为3×108 m/s,则( 　　)
A.波长为10 μm的红外线在真空中的频率为3×1013 HzB.将阴极K换成金属铷,体温枪仍然能正常使用C.由图乙可知,该光电管的遏止电压为2×10-2 VD.当人体温度升高时,辐射红外线的强度将增大,饱和光电流减小
解析 根据c=λν,可得红外线的频率为ν= Hz=3×1013 Hz,A正确;根据eUc=hν-W0,由图丙可知金属铷的截止频率为5.1×1014 Hz,发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率,而红外线的频率小于金属铷的截止频率,故不会发生光电效应,体温枪不能正常使用,B错误;I=0时的电压为遏止电压,由图乙可知,该光电管的遏止电压为2×10-2 V,C正确;若人体温度升高,辐射红外线的强度增大,饱和光电流将增大,D错误。
练真题·明考向1.(命题角度1)(多选)(2023浙江6月选考)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(　　)
2.(命题角度1、2)(2022河北卷)密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线如图所示,该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程,并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知(　　)A.钠的逸出功为hνcB.钠的截止频率为8.5×1014 HzC.图中直线的斜率为普朗克常量hD.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
解析 根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=Ekmax,根据光电效应方程有Ekmax=hν-W0,结合图像可知,当Uc为0时,解得W0=hνc,A正确;钠的截止频率为νc,根据图像可知,截止频率小于8.5×1014 Hz,B错误;结合遏止电压与
电压与入射光的频率关系式可知,遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系,不是成正比,D错误。
练模拟·提能力1.(命题角度2)(2023江苏常州模拟)如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其截止频率ν1<ν2,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变化关系的图像是(　　)
解析 光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知,光电子到达A极时动能的最大值为Ekm=Ue+hν-hν截止,可知Ekm-U图像的斜率相同,均为e;截止频率越大,则图像在纵轴上的截距越小,因ν1<ν2,则选项C正确。
2.(命题角度1)(多选)(2023浙江高三模拟)研究光电效应的电路图如图所示。①、②两束单色光是由处在同一激发态的原子跃迁到Ⅰ态和Ⅱ态时产生的,若光束①通过窗口照射到阴极K,滑动变阻器的滑片滑到位置a时,电流表的读数恰好变为0;光束②通过窗口照射到阴极K,滑动变阻器的滑片滑到位置b时,电流表的读数恰好变为0,则下列说法正确的是(　　)
A.光束①产生的饱和电流一定小于光束②产生的饱和电流B.光束①产生的光电子的初动能一定小于光束②产生的光电子的初动能C.发生原子跃迁后对应能级的能量EⅠ>EⅡD.光束①和光束②通过同一狭缝时都能发生衍射现象
解析 光电子的初动能在0~Ekmax范围之间,因此光束①产生的光电子的初动能不一定小于光束②产生的光电子的初动能,B错误;根据图像可知,滑动变阻器的滑片滑到位置a时的减速电压小于滑到位置b时的减速电压,即光束①的遏止电压小于光束②的遏止电压,根据eU0=Ekmax=hν-W0可知,光束①的光子的能量小于光束②的光子的能量,根据hν=Em-En,由于①、②两束单色光是由处在同一激发态的原子跃迁到Ⅰ态和Ⅱ态时产生的,则发生原子跃迁后对应能级的能量EⅠ>EⅡ,C正确;衍射是光的基本特性,光束①和光束②通过同一狭缝时都能发生衍射现象,D正确;根据以上描述,光束①的光子的能量小于光束②的光子的能量,即光束①的光子的频率小于光束②的光子的频率,饱和电流与光照强度和光的频率有关,由于两种光的光照强度关系不确定,则光束①产生的饱和电流与光束②产生的饱和电流的关系也不确定,A错误。
考点二　原子结构和能级跃迁
命题角度2氢原子能级结构及跃迁(1)原子跃迁时,所吸收或辐射的光子能量只能等于两能级的能量差。(2)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。(3)一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为(n-1),而一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数可用 求解。
典例剖析例2　(命题角度1、2)(2023河北校联考模拟)为了解释氢原子的发光现象,玻尔于1913年提出了原子假说。如图所示,一电子绕氢原子核做匀速圆周运动,基态的轨道半径为r1,电子在该轨道上运动的动能为Ek1,基态原子的能量为E1,某激发态的轨道半径为r2,电子在该轨道上运动的动能为Ek2,该激发态原子的能量为E2。下列说法正确的是(　　)A.Ek2>Ek1B.电子可以在r1和r2之间的任意轨道上稳定运动C.处于该激发态的原子向基态跃迁时释放的光子频率为D.氢原子的上述能级跃迁释放能量的方式和氢弹释放能量的方式相同
练真题·明考向1.(命题角度2)(2023山东卷)“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+ν3B.ν0+ν1-ν3C.ν0-ν1+ν3D.ν0-ν1-ν3
解析 根据能级图可得hν0=hν1+hν2+hν3,解得ν2=ν0-ν1-ν3,选项A、B、C错误,D正确。
2.(命题角度2)(2022浙江6月选考)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
练模拟·提能力1.(命题角度1)(2023河南安阳模拟)物理教材中有很多经典的插图能够形象地表现出物理实验、物理现象及物理规律,下列四幅图涉及不同的物理知识或现象,下列说法正确的是(　　)
A.图甲中,卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,发现了质子和中子B.图乙中,在光的颜色保持不变的情况下,入射光的光照强度越大,饱和光电流越大C.图丙中,射线a由电子组成,射线b为电磁波,射线c由α粒子组成D.图丁中,链式反应属于轻核裂变
解析 图甲中,卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,得出了原子的核式结构模型,A错误;图乙中,在光的颜色保持不变的情况下,入射光的光照强度越大,饱和光电流越大,B正确;图丙中,由左手定则可知:射线a由α粒子组成,射线b为电磁波,射线c由电子组成,C错误;图丁中,链式反应属于重核裂变,D错误。
A.第2能级B.第3能级C.第4能级D.第6能级
考点三　核反应和核能的计算
命题角度1天然放射现象
温馨提示1.确定α衰变和β衰变次数的两种方法:①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.核反应的四种类型:①衰变;②人工转变;③重核裂变;④轻核聚变。
命题角度2核能的计算方法(1)根据ΔE=Δmc2计算时,Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”。
爱因斯坦质能方程表明质量和能量有着紧密联系,但不是相互转化
(2)根据ΔE=Δm×931.5 MeV计算时,Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能:原子核的结合能=核子比结合能×核子数。
比结合能越大,原子核结合得越牢固
典例剖析例3　(命题角度1)(2023湖南邵阳模拟)自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的递次衰变,又称为放射系或衰变链。每个放射性衰变系都有一个半衰期很长的始祖核素,经过若干次连续衰变,直至生成一个稳定核素。已知 的衰变链如图所示。下列判断正确的是(　　)
A.图中的横坐标表示核电荷数,纵坐标表示核子数
1.(命题角度1)(2022山东卷)碘125衰变时产生γ射线,医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天,若将一定质量的碘125植入患者病灶组织,经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(　　)
2.(命题角度2)(多选)(2022浙江1月选考)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011 kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是(　　)A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kgC.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
练模拟·提能力(命题角度2)(2023湖北荆州模拟)原子核的比结合能曲线如图所示,根据该曲线,下列判断正确的是(　　)
新教材、新高考、新情境:近代物理在科技中的应用
涉及近代物理的STSE情境主要有关于光电效应、玻尔能级跃迁理论、原子核衰变、核反应等考点,如非接触式体温测量仪、霓虹灯发光原理、我国自主研发的氢原子钟、月球探测器“嫦娥五号”中的“核电池”、 “人造太阳”等。
本部分主要考查光电效应方程及图像、氢原子能级跃迁规律、原子核的衰变、核反应和核能的计算等考点。
例题(2023湖南长沙高三统考)我国核能发展采取“三步走”战略——“热堆—快堆—聚变堆”。其中快堆采用易裂变的钚 )作燃料,在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀 );钚-239裂变成两个中等大小的核,同时释放出快中子,再生区内的铀-238吸收快中子后转变为铀-239,铀-239极不稳定,经过衰变,进一步转变为钚-239,从而实现核燃料的“增殖”,对我国实现低碳经济具有十分重要的意义。关于快堆内部的核反应,下列说法正确的是(　　)A.铀-239的比结合能小于钚-239的比结合能B.钚-239变成两个中等大小核的过程是α衰变C.冬天的气温低,铀-239的衰变速度会变慢D.铀-238吸收中子转变成铀-239,原子核内的质子数增加
解析 比结合能越大的原子核越稳定,铀-239衰变成钚-239,是由不稳定的铀-239生成较稳定的钚-239,所以铀-239的比结合能小于钚-239的比结合能,A正确;钚-239变成两个中等大小核的过程并未释放α粒子 ,不属于α衰变,B错误;原子核的半衰期不随物理环境和化学环境的改变而改变,只由原子核内部结构决定,C错误;铀-238吸收中子转变成铀-239,核内中子数增加,质子数不变,D错误。
角度拓展1(2023广东广州模拟)如图所示,放映电影时,强光照在胶片上,一方面,将胶片上的“影”投到屏幕上;另一方面,通过声道后的光照在光电管上,随即产生光电流,喇叭发出与画面同步的声音。电影实现声音与影像同步,主要应用了光电效应的下列哪一条规律(　　)
A.光电效应的发生时间极短,光停止照射,光电效应立即停止B.入射光的频率必须大于金属的截止频率,光电效应才能发生C.光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光频率的增大而增大D.当入射光的频率大于截止频率时,光电流的强度随入射光强度的增大而增大
解析 电影实现声音与影像同步,主要应用的规律是光电效应的发生时间极短,光停止照射,光电效应立即停止,依据该原理实现声音与影像同步,故A正确,B、C、D错误。