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專題13近代物理初步 第一部分 名師綜述 綜合分析近幾年的高考物理試題發(fā)現(xiàn)，試題在考查主干知識(shí)的同時(shí)，注重考查必修中的基本概念和基本規(guī)律。 考綱要求 1、知道什么是光電效應(yīng)，理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律；會(huì)利用光電效應(yīng)方程計(jì)算逸出功、極限頻率、最大初動(dòng)能等物理量；知道光的波粒二象性，知道物質(zhì)波的概念． 2、知道兩種原子結(jié)構(gòu)模型，會(huì)用玻爾理論解釋氫原子光譜；掌握氫原子的能級(jí)公式并能結(jié)合能級(jí)圖求解原子的躍遷問題。 3、掌握原子核的衰變、半衰期等知識(shí)；會(huì)書寫核反應(yīng)方程，并能根據(jù)質(zhì)能方程求解核能問題． 命題規(guī)律 1、光電效應(yīng)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)規(guī)律和光電效應(yīng)方程，光的波粒二象性和德布羅意波是理解的難點(diǎn)，也是考查的熱點(diǎn)，一般以選擇題形式出現(xiàn)，光電效應(yīng)方程可能會(huì)以填空題或計(jì)算題形式出現(xiàn)。 2、核式結(jié)構(gòu)、玻爾理論、能級(jí)公式、原子躍遷條件在選做題部分出現(xiàn)的幾率將會(huì)增加，可能單獨(dú)命題，也可能與其它知識(shí)聯(lián)合出題． 3、半衰期、質(zhì)能方程的應(yīng)用、計(jì)算和核反應(yīng)方程的書寫是高考的熱點(diǎn)問題，試題一般以基礎(chǔ)知識(shí)為主，較簡(jiǎn)單. 第二部分知識(shí)背一背 （1）光電效應(yīng) ① 光電效應(yīng)規(guī)律 (a)每種金屬都有一個(gè)極限頻率． (b)光子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大． (c)光照射到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的． (d)光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比． (2) 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 ①光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0. ②遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓Uc. ③截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)．不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率． ④逸出功：電子從金屬中逸出所需做功的最小值，叫做該金屬的逸出功． (3)光的波粒二象性 ①光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性． ②光電效應(yīng)說明光具有粒子性． ③光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性． (4)物質(zhì)波 任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng) (5)原子的核式結(jié)構(gòu) ①盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型 在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)． ②原子核的尺度：原子核直徑的數(shù)量級(jí)為10－15 m，原子直徑的數(shù)量級(jí)約為10－10 m. (6)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(yùn)動(dòng)，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(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.6310－34 J?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(yùn)動(dòng)相對(duì)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。 (7) 氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式 ①氫原子的能級(jí)圖 ②氫原子的能級(jí)公式： (n=1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1=－13.6 eV。 ③氫原子的半徑公式： (n=1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，其數(shù)值為r1=0.5310－10 m。 (8)原子核的組成 ①原子核由中子和質(zhì)子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。 ②原子核的核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝中子數(shù)＋質(zhì)子數(shù)。 ③X元素原子核的符號(hào)為，其中A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)。 （9）原子核的衰變 ①α衰變： ②β衰變： 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(shí)間．半衰期由核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。 （10）核反應(yīng)類型及核反應(yīng)方程 類型 可控性 核反應(yīng)方程典例 衰變 α衰變 自發(fā) β衰變 自發(fā) 人工轉(zhuǎn)變 人工控制 (盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子) He＋Be→6C＋n (查德威克發(fā)現(xiàn)中子) Al＋He→P＋n 約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子 P→Si＋e 重核裂變 比較容易進(jìn)行人工控制 92U＋n→54Xe＋Sr＋10n 輕核聚變 除氫彈外無法控制 H＋H→He＋n 說明： ①核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號(hào)連接。 ②核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。 第三部分 技能+方法 一、由Ek－ν圖象可以得到的信息: ①極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc. ②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值E=W0. ③普朗克常量：圖線的斜率k=h. 二、光電效應(yīng)中兩條線索 線索一：通過頻率分析：光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大。 線索二：通過光的強(qiáng)度分析：入射光強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→產(chǎn)生的光電子多→光電流大。 三、對(duì)光的波粒二象性、物質(zhì)波的考查 光既有波動(dòng)性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為： ①個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性． ②頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)． ③光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，往往表現(xiàn)為粒子性 ④由光子的能量E=hν，光子的動(dòng)量表達(dá)式也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長(zhǎng)λ。由以上兩式和波速公式c=λν還可以得出：E=pc。 四、解答氫原子能級(jí)躍遷問題的四點(diǎn)技巧 ①原子躍遷時(shí)，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級(jí)之間的能量差。 ②原子電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于某一能級(jí)能量的絕對(duì)值。 ③一群原子和一個(gè)原子不同，它們的核外電子向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射光子的種類 ④計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：因一般取無窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)參考面，故各能級(jí)的能量值均為負(fù)值； （2）原子躍遷的兩種類型 ①若是在光子的激發(fā)下引起原子躍遷，則要求光子的能量必須等于原子的某兩個(gè)能級(jí)差：原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷：吸收一定能量的光子，當(dāng)一個(gè)光子的能量滿足hν＝E末－E初時(shí)，才能被某一個(gè)原子吸收，使原子從低能級(jí)E初向高能級(jí)E末躍遷，而當(dāng)光子能量hν大于或小于（E末－E初）時(shí)都不能被原子吸收． ②若是在電子的碰撞下引起的躍遷，則要求電子的能量必須大于或等于原子的某兩個(gè)能級(jí)差：原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)．由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級(jí)的能量差值(E=Em－En)，均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷。 ③注意：當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時(shí)，也可以被氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能． 五、確定衰變次數(shù)的方法 ①設(shè)放射性元素經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素，則表示該核反應(yīng)的方程為 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m ②確定衰變次數(shù)，因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。 七、核能的計(jì)算方法 ①利用愛因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算核能：利用愛因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算核能，關(guān)鍵是求出質(zhì)量虧損，而求質(zhì)量虧損主要是利用其核反應(yīng)方程式，再利用質(zhì)量與能量相當(dāng)?shù)年P(guān)系求出核能。 ②利用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能：求宏觀物體原子核發(fā)生核反應(yīng)過程中所釋放的核能，一般利用核反應(yīng)方程及其比例關(guān)系和阿伏加德羅常數(shù)。 ③由動(dòng)量守恒和能量守恒計(jì)算核能：由動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律來求。 ④說明： （a）根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”． （b）根據(jù)ΔE＝Δm931.5 MeV計(jì)算．因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”． （c） 利用質(zhì)能方程計(jì)算核能時(shí)，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算． 第四部分 基礎(chǔ)練+測(cè) 一、單選題 1．如圖所示,a、b、c為某原子躍遷時(shí)所發(fā)出的三種譜線,從左向右的波長(zhǎng)依次增大,在下列各選項(xiàng)中,則可能正確圖是 A． B． C． D． 【答案】 B 【解析】 【詳解】 從第3能級(jí)躍遷到第1能級(jí)，能級(jí)差最大，放出的光子的頻率最大，波長(zhǎng)最短，該光為a光；從第3能級(jí)躍遷到第2能級(jí)，能級(jí)差最小，放出的光子頻率最小，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，該光的為c光，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤； 2．如圖,用導(dǎo)線將驗(yàn)電器與某種金屬板連接,用一束藍(lán)光照射金屬板時(shí)驗(yàn)電器金屬箔未張開,下列措施中可能使驗(yàn)電器金屬箔張開的是 A．換用強(qiáng)度更大的藍(lán)光照射 B．換用紅外線照射 C．換用極限頻率較大的金屬板 D．換用極限頻率較小的金屬板 【答案】 D 【解析】 【詳解】 A．能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤； B．紅外線的頻率小于藍(lán)光的頻率，則換用紅外線照射仍不能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤； CD．根據(jù)12mvm2=hγ-hγ0可知，換用極限頻率較小的金屬板可發(fā)生光電效應(yīng)，驗(yàn)電器金屬箔會(huì)張開，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確. 3．如圖所示為氫原子的能級(jí)圖。能量為12.75eV的光子照射一群處于基態(tài)的氫原子，氫原子發(fā)射出不同頻率的光波，其中最多包含有幾種不同頻率的光波（） A．6種 B．5種 C．4種 D．3種 【答案】 A 【解析】 【詳解】 用能量為12.75eV的光子照射一群處于基態(tài)的氫原子，原子能量為E=-13.6 eV +12.75eV=-0.85eV，知原子躍遷到第4能級(jí)，根據(jù)C42=6知，最多發(fā)射6種不同波長(zhǎng)的光子，故選A． 4．下列說法不正確的是（） A．α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng) B．放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性 C．盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為24He+714N→817O+11H D．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，那么質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，所釋放的核能為△E=（m1+m2-m3）c2 【答案】 D 【解析】 【詳解】 A.α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱。故A正確。 B.放射性元素的放射性與核外電子無關(guān)，故放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性。故B正確。 C.根據(jù)物理學(xué)史的知識(shí)可知盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為24He+714N→817O+11H。故C正確。 D.一個(gè)α粒子包含兩個(gè)兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，所以質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，所釋放的核能為△E=（2m1+2m2-m3）c2 5．2018年II月16日，第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過“修訂國(guó)際單位制”決議，正式更新包括國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量單位“千克”在內(nèi)的4項(xiàng)基本單位定義。新國(guó)際單位體系將于2019年5月20日世界計(jì)量日起正式生效。其中，千克將用普朗克常量(h)定義；安培將用電子電荷量（e）定義。以基本物理常數(shù)定義計(jì)量單位，可大大提高穩(wěn)定性和精確度。關(guān)于普朗克常量和電子電荷量的單位，下列正確的是 A．普朗克常量的單位為kg.m3 .s-2 B．普朗克常量的單位為kg-1 .m2. s-1 C．電子電荷量的單位為A．s D．電子電荷量的單位為A.s-1 【答案】 C 【解析】 【詳解】 由公式E=hv，可得h=E/v=Fs/v=mas/v，故普朗克常量h的單位為J/Hz，1J/Hz=1JS=1Kgm2s-1；由公式q=It，可得電荷量e的單位為C，1C=1As。故答案選C。 6．下列各種關(guān)于近代物理學(xué)的現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是 A．紫外線照射鋅板時(shí)，鋅板向外發(fā)射光電子的現(xiàn)象 B．a(chǎn)粒子轟擊金箔時(shí)，少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象 C．氫原子發(fā)光時(shí)，形成不連續(xù)的線狀光譜的現(xiàn)象 D．含鈾的礦物質(zhì)自發(fā)向外放出β射線（高速電子流）的現(xiàn)象 【答案】 D 【解析】 【詳解】 A為光電效應(yīng)現(xiàn)象，原子核外層電子吸收光子能量后從金屬表面逸出；B為α粒子的散射實(shí)驗(yàn)，少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)說明了原子的核式結(jié)構(gòu)；C中氫原子光譜不連續(xù)是其原子的能量狀態(tài)不連續(xù)導(dǎo)致的；D中含鈾的礦物質(zhì)自發(fā)向外放出的β射線叫β衰變，它來自原子核內(nèi)部，是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)了時(shí)放出的。故答案選D。 7．處在n=3能級(jí)的大量氫原子，在向較低能級(jí)躍遷過程中（　?。? A．最多能輻射出2種波長(zhǎng)的光 B．最多能輻射出3種波長(zhǎng)的光 C．從n=3能級(jí)直接躍遷到基態(tài)發(fā)出的光波長(zhǎng)最長(zhǎng) D．從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)發(fā)出的光頻率最高 【答案】 B 【解析】 【詳解】 AB．根據(jù)C32=3，所以這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光。故A錯(cuò)誤，B正確； C．從n=3能級(jí)直接躍遷到基態(tài)，能級(jí)差最大，頻率最大，釋放出的光子波長(zhǎng)最小，故C錯(cuò)誤； D．從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)，能級(jí)差最小，頻率最小，故D錯(cuò)誤； 8．關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是 A．大量光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性 B．光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子 C．光的波動(dòng)性是大量光子之間的相互作用引起的 D．波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著 【答案】 D 【解析】 【詳解】 光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，大量的光子波動(dòng)性比較明顯，個(gè)別光子粒子性比較明顯；光在傳播時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，而與物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)為粒子性，故AB錯(cuò)誤。光的波動(dòng)性與粒子性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的，故C錯(cuò)誤。波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著，選項(xiàng)D正確；故選D. 9．關(guān)于物理學(xué)史，下列說法錯(cuò)誤的是 A．伽利略通過斜面實(shí)驗(yàn)推斷出自由落體運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間均勻變化，他開創(chuàng)了研究自然規(guī)律的科學(xué)方法，這就是將數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法 B．牛頓在伽利略笛卡兒、開普勒等人研究的基礎(chǔ)上，采用歸納與演繹綜合與分析的方法，總結(jié)出了普遍適用的力學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律……牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律 C．奧斯特發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)線附近小磁針的偏轉(zhuǎn)，從而得出電流的磁效應(yīng)，首次揭示了電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng) D．愛因斯坦首先提出當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是以最小能量值為單位一份份地輻射或吸收的，這個(gè)不可再分的最小能量值叫做能量子 【答案】 D 【解析】 【詳解】 伽利略通過斜面實(shí)驗(yàn)推斷出自由落體運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間均勻變化，他開創(chuàng)了研究自然規(guī)律的科學(xué)方法，這就是將數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，選項(xiàng)A正確；牛頓在伽利略笛卡兒、開普勒等人研究的基礎(chǔ)上，采用歸納與演繹綜合與分析的方法，總結(jié)出了普遍適用的力學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律……牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律，選項(xiàng)B正確；奧斯特發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)線附近小磁針的偏轉(zhuǎn)，從而得出電流的磁效應(yīng)，首次揭示了電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，選項(xiàng)C正確；普朗克首先提出當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是以最小能量值為單位一份份地輻射或吸收的，這個(gè)不可再分的最小能量值叫做能量子，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；此題選擇不正確的選項(xiàng)，故選D. 10．下列說法正確的是 A．原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的總質(zhì)量，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損 B．玻爾認(rèn)為，原子中電子軌道是量子化的，能量也是量子化的 C．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬的截止頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0，若用波長(zhǎng)為λ(λ>λ0)的單色光照射該金屬，會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng) D．愛因斯坦提出質(zhì)能方程E=mc2，其中E是物體以光速c運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能 【答案】 B 【解析】 【詳解】 A. 原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的總質(zhì)量，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。故A錯(cuò)誤。 B. 玻爾原子模型：電子的軌道是量子化的，原子的能量也是量子化的，所以他提出能量量子化。故B正確。 C. 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬的截止頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0，根據(jù)v=cλ，結(jié)合光電效應(yīng)發(fā)生的條件可知，若用波長(zhǎng)為λ(λ>λ0)的單色光做該實(shí)驗(yàn)，其頻率變小，不好產(chǎn)生光電效應(yīng)。故C錯(cuò)誤。 D. 其中E是與物體相聯(lián)系的一切能量的總和，即不是單一的動(dòng)能，也不是單一的核能。故D錯(cuò)誤。 11．以下說法正確的是( ) A．普朗克提出了能量量子化觀點(diǎn) B．在探究求合力方法的實(shí)驗(yàn)中使用了理想實(shí)驗(yàn)法 C．湯姆孫提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說,后來由盧瑟福用α粒子散射實(shí)驗(yàn)給予了驗(yàn)證 D．牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律并應(yīng)用放大法測(cè)出引力常量G 【答案】 A 【解析】 【詳解】 A．普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象，第一次提出了能量量子化理論，故A正確； B．在探究求合力方法的實(shí)驗(yàn)中使用了等效替代法，故B錯(cuò)誤； C．盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)，故C錯(cuò)誤； D．牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，卡文迪許測(cè)出了萬有引力常量，故D錯(cuò)誤。 12．下列說法正確的是（） A．β射線是電子流，是原子的外層電子受激發(fā)而輻射產(chǎn)生的 B．放射性元素的半衰期與外界的溫度、壓強(qiáng)、體積、是否化合態(tài)都無關(guān) C．一個(gè)處于量子數(shù)為4能級(jí)的原子向各較低能級(jí)躍時(shí)可釋放6種不同頻率的光子 D．α、β和γ三種射線中，α射線的穿透能力最強(qiáng) 【答案】 B 【解析】 【詳解】 A．β射線是電子流，是從原子核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子而來的，所以選項(xiàng)A錯(cuò)； B．半衰期是元素本身的性質(zhì)，與外界所有條件無關(guān)，所以選項(xiàng)B正確； C．一個(gè)原子從量子數(shù)為4的能級(jí)向各較低能級(jí)躍遷最多能釋放3種不同頻率的光子，C錯(cuò)； D．三種射線中，γ射線穿透力最強(qiáng)，所以選項(xiàng)D錯(cuò)； 13．下列說法正確的是（） A．在關(guān)于物質(zhì)波的表達(dá)式ε=hv和p=hλ中，能量ε和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量，波長(zhǎng)λ和頻率ν是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量 B．90234Th（釷）核衰變?yōu)?1234Pa（鏷）核時(shí)，衰變前Th核質(zhì)量等于衰變后Pa核與β粒子的總質(zhì)量 C．根據(jù)玻爾理論，氫原子的核外電子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，要釋放一定頻率的光子，同時(shí)電子的動(dòng)能減小 D．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對(duì)于某種金屬，超過極限頻率的入射光的頻率越高，所產(chǎn)生的光電流就越強(qiáng) 【答案】 A 【解析】 【詳解】 A. 在關(guān)于物質(zhì)波的表達(dá)式ε=hv和p=hλ中，能量ε和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量，波長(zhǎng)λ和頻率ν是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量，故A正確。 B.由質(zhì)量數(shù)守恒可知，釷核衰變?yōu)殓h核，衰變前Th核質(zhì)量數(shù)等于衰變后Pa核與β粒子的質(zhì)量數(shù)之和，單是衰變前Th核質(zhì)量大于衰變后Pa核與β粒子的總質(zhì)量。故B錯(cuò)誤。 C.根據(jù)玻爾理論，氫原子的核外電子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，要釋放一定頻率的光子，庫(kù)侖力對(duì)電子做正功，所以電子的動(dòng)能增加，電勢(shì)能減小，故C錯(cuò)誤。 D. 對(duì)于某種金屬，超過極限頻率的入射光的頻率越高，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，所產(chǎn)生的光子的初動(dòng)能增大。故D錯(cuò)誤。 14．1934年，約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁核，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X：α+1327Al→n+X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為 A．15和28 B．15和30 C．16和30 D．17和31 【答案】 B 【解析】 【詳解】 根據(jù)核反應(yīng)遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的電荷數(shù)為2+13=15，質(zhì)量數(shù)為4+27-1=30，根據(jù)原子核的電荷數(shù)等于原子序數(shù)，可知X的原子序數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，選項(xiàng)B正確。 15．放射性元素92238U的衰變途徑有多種可能，其中一種途徑為92238U→α90XTh→β91YPa，下列關(guān)于該種衰變途徑的說法正確的是 A．衰變式中的X=234，Y=235 B．92238U→90XTh衰變的實(shí)質(zhì)是核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成了一個(gè)質(zhì)子 C．90XTh→91YPa衰變的實(shí)質(zhì)是核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成了一個(gè)質(zhì)子 D．衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，但能量不守恒 【答案】 C 【解析】 【詳解】 A項(xiàng)：由質(zhì)量數(shù)，電荷數(shù)守恒可得：x=238-4=234，y=x=234，故A錯(cuò)誤； B項(xiàng)：92238U→90xTh衰變的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生了α粒子，故B錯(cuò)誤； C項(xiàng)：90xTh→91yPa衰變的實(shí)質(zhì)是核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成了一個(gè)質(zhì)子，故C正確； D項(xiàng)：衰變過程中電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒，能量也守恒，故D錯(cuò)誤。 故選：C。 16．下列說法正確的是 A．用X射線和紫光照射同一金屬表面都能發(fā)生光電效應(yīng)，則用X射線照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能較小 B．根據(jù)玻爾原子理論，氫原子在輻射光子的同時(shí)，電子的軌道半徑也在連續(xù)地減小 C．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合為一個(gè)氘核，若質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別是m1、m2、m3,則放出的的能量是（m1+m2-m3）c2 D．若原子核發(fā)生一次β衰變，則該原子外層就失去一個(gè)電子 【答案】 C 【解析】 【詳解】 A、分別用X射線和紫光照射同一金屬表面都能發(fā)生光電效應(yīng)，X射線的頻率大，則用X射線照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能較大，A錯(cuò)誤； B、根據(jù)玻爾原子理論，氫原子在輻射光子的同時(shí)，電子的軌道半徑也在減小，但電子的軌道不是連續(xù)的，故B錯(cuò)誤； C、根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合為一個(gè)氘核，若質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，則放出的能量為（m1+m2-m3）c2．故C正確； D、β衰變的電子是原子核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來，不是來自外層電子。故D錯(cuò)誤。 17．下列與粒子相關(guān)的說法中正確的是 A．天然放射性現(xiàn)象中產(chǎn)生的α射線速度與光速相當(dāng)，貫穿能力很強(qiáng) B．比結(jié)合能越小的原子核中核子結(jié)合的越牢固 C．92238U(鈾238)核放出一個(gè)α粒子后就變?yōu)?0234Th(釷234) D．高速α粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子，核反應(yīng)方程為24He+714N→816O+01n 【答案】 C 【解析】 【詳解】 天然放射性現(xiàn)象中產(chǎn)生的射線，只有γ射線速度與光速相當(dāng)，貫穿能力很強(qiáng)，α射線速度為光速的十分之一，電離能力較強(qiáng)，穿透能力較弱，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核中核子結(jié)合的越牢固，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；鈾(238）核放出一個(gè)α粒子，電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4，則電荷數(shù)為90，質(zhì)量數(shù)為234，變?yōu)殁Q234，故C正確。高速α粒子轟擊氮核可從氮核中打出質(zhì)子，核反應(yīng)方程為24He+714N→817O+11H，故D錯(cuò)誤。故選C。 二、多選題 18．下列說法正確的是 A．只要入射光的強(qiáng)度足夠大，就會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) B．比結(jié)合能小的原子核，結(jié)合成比結(jié)合能大的原子核時(shí)一定放出核能 C．由玻爾理論可知，氫原子輻射出一個(gè)光子后，其電勢(shì)能減小，核外電子的動(dòng)能增大 D．天然放射現(xiàn)象中出現(xiàn)的α射線、β射線、γ射線都是高能量的電磁波 【答案】 BC 【解析】 【詳解】 能否發(fā)生光電效應(yīng)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，與入射光的頻率有關(guān)，則只要入射光的頻率足夠大，就會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；比結(jié)合能小的原子核，結(jié)合成比結(jié)合能大的原子核時(shí)一定放出核能，選項(xiàng)B正確；由玻爾理論可知，氫原子輻射出一個(gè)光子后，由高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，其電勢(shì)能減小，電子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑減小，根據(jù)ke2r2=mv2r可知，核外電子的動(dòng)能增大，選項(xiàng)C正確；天然放射現(xiàn)象中出現(xiàn)的α射線、β射線、γ射線，其中的γ射線是高能量的電磁波，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選BC. 19．用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S，用頻率為ν的光照射光電管時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(a,0)，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0，－b)，下列說法中正確的是(　　) A．普朗克常量為h＝ba B．?dāng)嚅_開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)為零 C．僅增加照射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能將增大 D．保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)保持不變 【答案】 AD 【解析】 【詳解】 根據(jù)Ekm=hv-W0得，縱軸截距的絕對(duì)值等于金屬的逸出功，等于b。當(dāng)最大初動(dòng)能為零時(shí)，入射光的頻率等于截止頻率，所以金屬的截止頻率為v0=a，那么普朗克常量為h=ba，故A正確；電鍵S斷開后，因光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電子存在最大初動(dòng)能，因此電流表G的示數(shù)不為零，故B錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，入射光的頻率與最大初動(dòng)能有關(guān)，與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯(cuò)誤；若保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，則光子數(shù)目不變，那么電流表G的示數(shù)會(huì)不變，故D正確。 20．2018年8月23日?qǐng)?bào)道，國(guó)家大科學(xué)工程——中國(guó)散裂中子源(CSNS)項(xiàng)目通過國(guó)家驗(yàn)收，投入正式運(yùn)行，并將對(duì)國(guó)內(nèi)外各領(lǐng)域的用戶開放。有關(guān)中子的研究，下面說法正確的是( ) A．中子和其他微觀粒子，都具有波粒二象性 B．盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程49Be+24He→612C+01n C．92235U在中子轟擊下生成3894St和54140Xe的過程中，原子核中平均核子質(zhì)量變小 D．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)所產(chǎn)生的 【答案】 ACD 【解析】 【詳解】 A、所有粒子都具有波粒二象性，故A正確； B、查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)是：49Be+24He→612C+01n，故B錯(cuò)誤； C、裂變反應(yīng)釋放出能量，根據(jù)質(zhì)能方程知，92235U在中子轟擊下生成3894St和54140Xe的過程中，釋放大量的能量，由質(zhì)量虧損，原子核中的平均核子質(zhì)量變小，故C正確； D、β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故D正確； 故選ACD。 21．以下說法正確的 A．一種元素具有放射性，與它是以單質(zhì)還是化合物存在有關(guān) B．14C（碳14）衰變可以用來進(jìn)行物質(zhì)年代的測(cè)定 C．普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一 D．盧瑟福通過分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子 【答案】 BC 【解析】 【詳解】 一種元素具有放射性，與它是以單質(zhì)還是化合物存在無關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)放射性元素的剩余質(zhì)量公式：m＝m0(12)tT可使用 14C（碳14）衰變進(jìn)行物質(zhì)年代的測(cè)定，選項(xiàng)B正確；普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一，選項(xiàng)C正確；盧瑟福通過分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選BC. 22．下列四幅圖涉及不同的物理知識(shí)，其中說法正確的是( ) A．圖甲：每種原子都有自己的特征譜線，故光譜分析可鑒別物質(zhì) B．圖乙：玻爾理論指出氫原子能級(jí)是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的 C．圖丙：盧瑟福通過分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子 D．圖?。焊鶕?jù)電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，可以說明電子具有粒子性 【答案】 AB 【解析】 【詳解】 圖甲：每種原子都有自己的特征譜線，故光譜分析可鑒別物質(zhì)，故A正確；圖乙：玻爾理論指出氫原子能級(jí)是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的，故B正確；圖丙：盧瑟福通過分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故C錯(cuò)誤；圖?。焊鶕?jù)電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，說明電子具有波動(dòng)性，故D錯(cuò)誤；故選AB。 23．根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法中正確的是(　　) A．微觀粒子有波動(dòng)性，宏觀物體沒有波動(dòng)性 B．宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性 C．宏觀物體的波動(dòng)性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)太長(zhǎng) D．速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯 【答案】 BD 【解析】 【詳解】 AB、任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到電子質(zhì)子大到行星太陽(yáng),都有一種波與之對(duì)應(yīng)這種波稱為物質(zhì)波 ,是波就具備波的特性——波動(dòng)性，故A錯(cuò)；B對(duì) C、宏觀物體的波動(dòng)性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)太短.故C錯(cuò)誤; D、質(zhì)子和電子都有波動(dòng)性,由λ=hp,可以知道,相同速度的電子和質(zhì)子,因?yàn)橘|(zhì)子的質(zhì)量較大,所以其物質(zhì)波波長(zhǎng)較短,所以電子的波動(dòng)性更為明顯.故D對(duì)； 故選BD 【點(diǎn)睛】 德布羅意波理論告訴我們,一切運(yùn)動(dòng)的微粒都有一種波與之對(duì)應(yīng),即一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性.電子有波動(dòng)性,但在一定的條件下才能表現(xiàn)出來. 24．科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)自然界存在四種相互作用，下列說法中，哪些是符合科學(xué)家的認(rèn)識(shí)的：( ) A．彈力應(yīng)該歸結(jié)為電磁力 B．原子核內(nèi)所有核子之間都存在核力的作用； C．摩擦力仍然是電磁力的一種表現(xiàn)形式； D．電磁力是比萬有引力更強(qiáng)的相互作用。 【答案】 ACD 【解析】 【詳解】 AC、電磁力是兩個(gè)帶電粒子或物體之間的相互作用力，兩個(gè)相互運(yùn)動(dòng)的電荷之間存磁力。力學(xué)中的彈力、摩擦力、浮力都屬于電磁力的范疇，故A、C正確； B、核力是短程力，作用范圍在1.510-15m，原子核的半徑數(shù)量級(jí)在10-15m，所以核力只存在于同一個(gè)原子核內(nèi)的相鄰的核子之間，兩個(gè)相鄰原子核之間的核子之間沒有核力，故B錯(cuò)誤； D、電磁力是存在于物質(zhì)和物質(zhì)間，以電磁力來維持物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，萬有引力其實(shí)是某種重物在空間中讓空間扭曲而類似吸引其他物質(zhì)的力，電磁力遠(yuǎn)大于萬有引力，故D正確； 故選ACD。 25．核泄漏中的钚（Pu）是一種具有放射性的元素，它可破壞細(xì)胞基因，增加患癌的風(fēng)險(xiǎn)。已知钚的一種同位素94239Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為94239Pu→X+24He+γ，則下列說法中正確的是（） A．衰變發(fā)出的γ射線是波長(zhǎng)很短的光子，穿透能力很強(qiáng) B．上述衰變方程中的X 含有143個(gè)中子 C．8個(gè)94239Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余4個(gè) D．衰變過程中總質(zhì)量不變 【答案】 AB 【解析】 衰變發(fā)出的γ放射線是頻率很大的電磁波，具有很強(qiáng)的穿透能力，不帶電。故A正確。根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒得，X的電荷數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，質(zhì)子數(shù)為94-2=92，則中子數(shù)為235-92=143．故B正確。半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)大量的原子核適用。故C錯(cuò)誤。在衰變的過程中，根據(jù)質(zhì)能方程知，有能量產(chǎn)生，則有質(zhì)量虧損，不過質(zhì)量數(shù)不變，故D錯(cuò)誤。故選AB。 【點(diǎn)睛】根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒得出X原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，從而得出中子數(shù)。半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)大量的原子核適用。 26．關(guān)于近代物理，下列說法正確的是(　　) A．α射線、β射線和γ射線都是高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子流 B．根據(jù)玻爾理論，氫原子輻射出一個(gè)光子后，氫原子電勢(shì)能減小，核外電子運(yùn)動(dòng)的加速度增大 C．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，釋放的能量是(2m1+2m2-m3)c2(c是真空中的光速) D．用不同頻率的光分別照射同一光電管，其遏止電壓是相同的 【答案】 BC 【解析】 【詳解】 α射線、β射線都是高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子流，γ射線是電磁波，不帶電，故A錯(cuò)誤；氫原子輻射出一個(gè)光子后，能量減小，軌道半徑減小，則電勢(shì)能減小，由ke2r2=ma知，加速度增大，故B正確；質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，質(zhì)量虧損△m=(2m1+2m2-m3)，根據(jù)質(zhì)能方程，釋放的能量為△E=△mc2=(2m1+2m2-m3)c2，故C正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程：Ekm=hν-W0，根據(jù)動(dòng)能定理：eU遏止=Ekm，聯(lián)立得：U遏止=hνe-W0e，故用不同頻率的光分別照射同一光電管，遏止電壓也不相同，故D錯(cuò)誤；故選BC。 27．鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)定名為核裂變.1947年中國(guó)科學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧在實(shí)驗(yàn)中觀察到鈾核也可能分裂為三部分或四部分，其概率大約是分裂為兩部分的概率的千分之三。關(guān)于鈾核的裂變，下列說法正確的是 A．裂變的產(chǎn)物不是唯一的 B．裂變的同時(shí)能放出2~3個(gè)或更多個(gè)中子 C．裂變能夠釋放巨大能量，每個(gè)核子平均釋放的能量在裂變反應(yīng)中比在聚變反應(yīng)中的大 D．裂變物質(zhì)達(dá)到一定體積（即臨界體積）時(shí)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去 【答案】 ABD 【解析】因鈾核也可能分裂為三部分或四部分，則裂變的產(chǎn)物不是唯一的，選項(xiàng)A正確；因裂變是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，則裂變的同時(shí)能放出2~3個(gè)或更多個(gè)中子，在重新轟擊鈾核發(fā)射裂變，選項(xiàng)B正確；核子在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多，但平均每個(gè)核子在聚變中釋放的能量一定大，故C錯(cuò)誤；裂變物質(zhì)達(dá)到一定體積（即臨界體積）時(shí)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去，選項(xiàng)D正確；故選ABD.