近代物理-2024年高考物理重難點復(fù)習(xí) （新高考專用）

重難點18近代物理

?命題趨勢

1.命題內(nèi)容方面：近代物理初步的主要考點包括:①氫原子光譜、氫原子能級結(jié)構(gòu)和能級公式;②原子核、

核反應(yīng)方程和核能;③光電效應(yīng)、愛因斯坦光電效應(yīng)方程。

2.命題形式注重板塊內(nèi)的知識綜合,知識跨度大。注重于物理學(xué)史的聯(lián)系，特別在考查核反應(yīng)方程時，一定

要注意必須是經(jīng)過證實了的核反應(yīng)才能寫出正確的核反應(yīng)方程,也因此才有原子核的衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變、

聚變等不同的說法。

3.特別要加深理解近代物理初步的有關(guān)知識的邏輯推理,如能級的知識主要是以氫原子為例進(jìn)行闡述的，

命題時可以通過其他原子來進(jìn)行研究性考查，量子論和物質(zhì)波的有關(guān)知識，高考命題時往往與動量守恒聯(lián)

系在一起，只有扎實掌握好近代物理初步的基礎(chǔ)知識、具備一定的綜合能力和較高的拓展遷移能力。

4.注重生活與近代物理相關(guān)的現(xiàn)象的解釋。

h重難詮釋

一、氫原子光譜、氫原子的能級、能級公式

1.原子的核式結(jié)構(gòu)

（1）電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。

（2）a粒子散射實驗：1909?1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用a粒子轟擊金箔

的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進(jìn)，但有少數(shù)a粒子發(fā)生了

大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90。，也就是說它們幾乎被“撞”了回來。

（3）原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集

中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。

2.光譜

（1）光譜

用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光的波長（頻率）和強度分布的記錄，即光譜。

（2）光譜分類

有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫做線狀譜。

有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜。

（3）氫原子光譜的實驗規(guī)律

巴耳末線系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式/=/?件一點），（〃=3,4,5,…），R是

里德伯常量，R=1.10xl07mx,。為量子數(shù)。

3.玻爾理論

(1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖

然繞核運動，但并不向外輻射能量。

(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由

這兩個定態(tài)的能量差決定，即E”(人是普朗克常量，/7=6.63xl。-34J.S)

(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)

的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。

4.氫原子的能級、能級公式

(1)氫原子的能級

能級圖如圖所示

“

8E/eV

5

4i|i-Qgi

3nillni----------------—1U.5.O1J

-3.40

1-13.60

(2)氫原子的能級和軌道半徑

1

①氫原子的能級公式：&=^Ei(n=l,2,3,…)，其中Ei為基態(tài)能量，其數(shù)值為Ei=-13.6eV。

②氫原子的半徑公式：Q=n2rl(n=l,2,3,...),其中白為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值

為ri=0.53xlC)F°m。

二、原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素

1.原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。

2.天然放射現(xiàn)象

(1)天然放射現(xiàn)象

元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復(fù)雜的

結(jié)構(gòu)。

(2)放射性和放射性元素

物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。

(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是a射線、|3射線、Y射線。

(4)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)

①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。

②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。

③防護(hù)：防止放射性對人體組織的傷害。

3.原子核的衰變

（1）衰變：原子核放出a粒子或0粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。

（2）分類

a衰變：?X-?二村十§He

B衰變：夕X玲zfiY+—?e

（3）半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，

跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。

三、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損

1.核力

（1）定義：

原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。

（2）特點:

①核力是強相互作用的一種表現(xiàn)；

②核力是短程力，作用范圍在1.5xl0-15m之內(nèi)；

③每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。

2.結(jié)合能

核子結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱

核能。

3.比結(jié)合能

（1）定義：

原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。

（2）特點：

不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越

穩(wěn)定。

4.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損

愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Am,這就是質(zhì)量虧

損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能隹:加成?。

四、裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆核反應(yīng)方程

1.重核裂變

（1）定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。

（2）典型的裂變反應(yīng)方程：

贊U+$n-槃Kr+甯Ba+3$n。

（3）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程。

（4）臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。

（5）裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。

（6）反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)層。

2.輕核聚變

（1）定義：兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫

熱核反應(yīng)。

（2）典型的聚變反應(yīng)方程：

?H+?H^He+Jn+17.6MeV

重難通關(guān)練

（建議用時：30分鐘）

一、單選題

1.（2023?云南保山?統(tǒng)考三模）如圖甲所示為不同溫度下的黑體輻射強度隨波長力的變化規(guī)律；乙圖中，

某種單色光照射到光電管的陰極上時，電流表有示數(shù)；丙圖為氫原子能級圖，有大量處于〃=5能級的氫原

子向低能級躍遷；丁圖為放射性元素14c剩余質(zhì)量m與原質(zhì)量的比值隨時間t的變化規(guī)律，下列說法正

確的是（）

A.甲圖中，隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向頻率較小的方向移動

B.乙圖中，用頻率更低的光照射光電管的陰極時，電流表一定沒有示數(shù)

C.丙圖中，從〃=5能級躍遷到"=4能級時產(chǎn)生的光子波長最小

D.丁圖中，14c的半衰期是5730年，則100gi4c經(jīng)過5730年還剩50gl4c

2.（2023?四川瀘州?統(tǒng)考一模）圖甲是氫原子的能級圖，一群處于"=5激發(fā)態(tài)的氫原子自發(fā)躍遷，輻射出

的光子中僅有一種能使圖乙中的光電管產(chǎn)生光電效應(yīng)，測得在電路中的光電流/與對應(yīng)光電管兩端電壓u

的關(guān)系如圖丙所示。則陰極K的逸出功死等于（）

甲乙丙

A.0.83eVB.2.57eVC.12.86eVD.13.26eV

3.我國計劃在2050年實現(xiàn)可控聚變能裝置"人造小太陽”的商業(yè)化，：H+：HHe+X是人造小太陽中的

核聚變方程，下列說法正確的是（）

A.核聚變方程中的X是中子，該反應(yīng)中的核燃料與當(dāng)前核電站采用的核燃料不同

B.原子核必須在超高溫下才能發(fā)生聚變，說明核聚變過程需要吸收能量

C.核聚變方程中的X是質(zhì)子，任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變

D.核反應(yīng)表明，原子核越重，比結(jié)合能越大

4.下列說法不正確的是（）

nE/eV

甲乙丙

A.圖甲中，當(dāng)弧光燈發(fā)出的光照射到鋅板上時，與鋅板相連的驗電器鋁箔有張角，證明光具有粒子性

B.圖乙為某金屬在光的照射下，光電子最大初動能線與入射光頻率v的關(guān)系圖像，當(dāng)入射光的頻率為

2%時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E

C.圖丙中，用從〃=2能級躍遷到“=1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉗，不能發(fā)生光電

效應(yīng)

D.丁圖中由原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系可知，若。和E能結(jié)合成尸，結(jié)合過程一定會

釋放能量

二、多項選擇題

5.（2022?浙江?校聯(lián)考一模）如圖所示四幅圖涉及不同的物理知識，其中說法正確的是（）

A.圖甲是電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，此實驗可以說明電子具有波動性

B.圖乙實驗中研究平行板電容器兩板間電壓變化時可以用直流電壓表代替靜電計

C.根據(jù)圖丙的氫原子能級圖可知處于基態(tài)的氫原子可以吸收一個能量為14eV的光子并電離

D.根據(jù)圖丁知每過3.8天氨222核質(zhì)量減半，與外界條件無關(guān)，生成的新核比結(jié)合能變小

6.下列四幅圖涉及到不同的物理知識，其中說法正確的是（）

A.盧瑟福通過分析甲圖中的a粒子散射實驗結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型

B.乙圖為布朗運動實驗，圖中顯示的是花粉顆粒的運動軌跡

C.丙圖表示磁場對a、尸和丫射線的作用情況，其中①是a射線，②是丫射線，③是夕射線

D.丁圖表示的核反應(yīng)屬于重核裂變，是目前人工無法控制的核反應(yīng)

三、解答題

7.二十世紀(jì)初，盧瑟福進(jìn)行a粒子散射實驗的研究，改變了人們對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

⑴如圖1所示，有兩個。粒子均以速度v射向金原子，它們速度方向所在的直線都不過金原子核中心。請

在圖1中分別畫出兩個a粒子此后的運動軌跡示意圖；

⑵如圖2所示，一個a粒子以速度v射向金原子，速度方向所在直線過金原子核中心。由于金原子受到周

邊其他金原子的作用，可將。粒子與一個金原子核的作用等效為與一個靜止的、質(zhì)量非常大的粒子發(fā)生彈

性碰撞。請推導(dǎo)說明。粒子與金原子核作用后速度的大小和方向；

⑶實驗發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)。粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但有極少數(shù)。粒子發(fā)生了大角度

偏轉(zhuǎn)（超過90。）。盧瑟福根據(jù)該實驗現(xiàn)象提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。為了研究問題的方便，可作如下假

設(shè)：

①將。粒子視為質(zhì)點，金原子視為球，金原子核視為球體；

②金箔中的金原子緊密排列，金箔厚度可以看成很多單原子層并排而成；

③各層原子核前后不互相遮蔽；

④大角度偏轉(zhuǎn)是a粒子只與某一層中的一個原子核作用的結(jié)果。如果金箔厚度為L金原子直徑為大

角度偏轉(zhuǎn)的。粒子數(shù)占總［粒子的比例為P,且P<<1。

。.請估算金原子核的直徑d;

6.上面的假設(shè)做了很多簡化處理，這些處理會對金原子核直徑d的估算產(chǎn)生影響。已知金箔的厚度約

10-7m,金原子直徑約l（r°m,金原子核直徑約請對“可認(rèn)為各層原子核前后不互相遮蔽”這一假

設(shè)的合理性做出評價。

a粒子一ua粒子

......................o金原子核0-.........................?金原子核

圖1圖2

8.硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù)，其原理是進(jìn)入癌細(xì)胞內(nèi)的硼核（；°B）吸收慢中子，轉(zhuǎn)變成鋰核

（；Li）和a粒子，釋放出/光子。已知核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損為加7,/光子的能量為綜，硼核的比結(jié)

合能為4，a粒子的比結(jié)合能為反，普朗克常量為3真空中光速為

（1）寫出核反應(yīng)方程并求出7光子的波長九；

（2）求核反應(yīng)放出的能量E及鋰核的比結(jié)合能生。

中子。核

0\自/

逐B(yǎng)核

?a粒子

培優(yōu)爭分練

（建議用時：30分鐘）

一、單選題

L（2024?陜西渭南?統(tǒng)考一模）2022年10月，我國自主研發(fā)的"夸父一號"太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射。“夸父

一號"太陽探測衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設(shè)波長為人若太陽均勻

地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面

積為S,衛(wèi)星離太陽中心的距離為R,普朗克常量為心光速為c,則太陽輻射硬X射線的總功率尸為

()

SNhcB兀R'NhcCNhcCTTR-A

D.--------

4乃R%'SA?siSNhc

2.（2024?河北邯鄲?統(tǒng)考二模）來自氫原子所發(fā)射的光譜線中有4種波長的光是可見光，其波長分別為：

410nm、434nm、486nm和656nm。它們是氫原子中的電子吸收光子能量躍遷至能級較高的激發(fā)態(tài)后，再

向n=2的能級躍遷時釋放出的譜線。對相關(guān)信息說法正確的是（）

A.氫原子只能通過吸收光子才能躍遷至能級較高的激發(fā)態(tài)

B.氫原子處于〃=2能級時為基態(tài)

C.氫原子可以吸收任何能量的光子而發(fā)生能級躍遷

D.這四種光子中410nm的光子能量最大

3.（2024?江西?校聯(lián)考二模）下列關(guān)于原子物理知識說法正確的是（）

A.甲圖為氫原子的能級結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時，放出能量

B.乙圖中重核裂變產(chǎn)生的中子能使核裂變反應(yīng)連續(xù)的進(jìn)行，稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，其中一種核裂變反應(yīng)方程

為3Uf》：Ba+案Kr+”n

C.丙圖為光電效應(yīng)中光電子最大初動能與入射光頻率的關(guān)系圖線，不同頻率的光照射同種金屬發(fā)生光

電效應(yīng)時，圖線的斜率相同

D.核反應(yīng)方程能e->；；Kr+2X中，X是質(zhì)子

4.（2023?陜西商洛?統(tǒng)考一模）第十四屆光電子產(chǎn)業(yè)博覽會于2023年7月在北京國家會議中心舉行，其中

光電繼電器是主要的展品之一，光電繼電器可以用于自動控制，如自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等，其

原理是光電效應(yīng)。圖為研究光電效應(yīng)的電路，滑片P的初位置在。點的正上方，用頻率為v的光照射陰極

K,將滑片P向a端移動，當(dāng)電壓表的示數(shù)為。時，微安表的示數(shù)恰好為0。己知普朗克常量為/?,陰極K

的截止頻率為〃?,光電子所帶的電荷量為-e,則陰極K的逸出功為（）

C.牝D.%（，+%）

5.（2024?云南昆明?統(tǒng)考一模）放射性同位素衰變的快慢有一定的規(guī)律，質(zhì)量為人的碳14c4。發(fā)生￡衰

m

變，經(jīng)過時間f后剩余碳14的質(zhì)量為m,其一-r圖線如圖所示。下列說法正確的是（）

mo

碳的衰變方程為4

A.碳14放出的夕粒子來自核外電子B.14*Cf：N+Ze

C.碳14的半衰期為11460年D.100個碳14原子經(jīng)過11460年后還剩25個

二、多選題

6.下列說法正確的是（）

七V

單縫A產(chǎn)生的衍射圖樣〃￡/o

8

5$4

4一0.5

0.1

3二L

.85

2-

3.4

-13.6

丙T

A.甲圖中，"彩超"利用多普勒效應(yīng)的原理測定血管中血液的流速

B.乙圖中，核電站的核反應(yīng)堆外面修建很厚的水泥層，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線

C.丙圖中，用同一裝置僅調(diào)節(jié)單縫寬度得到某單色光的兩幅衍射圖樣，可判定A的縫寬大于B的縫寬

D.丁圖中，由氫原子能級圖可知，某一氫原子從“=2能級向基態(tài)躍遷輻射的光子，有可能被另一個處

于"=2能級的氫原子吸收并使之電離

7.（2024?浙江?校聯(lián)考一模）下列關(guān)于來自課本的四幅插圖的描述符合事實的是（

金屬獎

甲

A.如圖甲所示為應(yīng)變片測力原理圖，當(dāng)自由端施力/變大時，上表面應(yīng)變片的電阻也變大

B.如圖乙為某分子在的速率分布圖像，當(dāng)溫度升高時各速率區(qū)間分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比都將

增加

C.如圖丙為方解石的雙折射現(xiàn)象，該現(xiàn)象說明方解石晶體具有各向異性

D.如圖丁為核反應(yīng)堆的原理圖，其中鎘棒的作用是將裂變過程中的快中子變成慢中子

8.如圖甲所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖像（直線與橫軸

的交點的橫坐標(biāo)為4.29,與縱軸的交點的縱坐標(biāo)為0.5）,如圖乙所示是氫原子的能級圖，下列說法正確的

是（）

E/eV

------------------------------0

--------------------------------0.54

--------------------------------0.85

--------------------------------1.51

--------------------------------3.40

--------------------------------13.6

A.根據(jù)該圖像能求出普朗克常量

B.該金屬的逸出功為1.82eV

C.該金屬的極限頻率為5.50x1014Hz

D.用71=4能級的氫原子躍遷到n=2能級時所輻射的光照射該金屬能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)

三、解答題

9.公元前212年，羅馬軍艦攻打希臘城邦敘拉古，如圖1所示。阿基米德設(shè)計了一種裝置，能夠用反射

鏡集中太陽光線，通過調(diào)整眾多反射鏡的位置