近代物理初步 -2021年高考物理【熱點(diǎn)·重點(diǎn)·難點(diǎn)】（新高考版）（解析版）

2021年高考物理【熱點(diǎn)?重點(diǎn)?難點(diǎn)】專(zhuān)練(新高考專(zhuān)用)

重難點(diǎn)14近代物理初步

【知識(shí)梳理】

一、氫原子光譜、氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式

1.原子的核式結(jié)構(gòu)

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

(2)a粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909?1911年，英國(guó)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)a粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)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(shuō)它們幾乎被"撞''了回來(lái)。

(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)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(zhǎng)展開(kāi)，獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。

(2)光譜分類(lèi)

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(shí)驗(yàn)規(guī)律

巴耳末線系是氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)公式;(〃=3,4,5,…)，R是里

德伯常量，K=1.10x107m->,〃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(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〃v=E“一6。(〃是普朗克常量，"=6.63x10-34j.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(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。

4.氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式

(1)氫原子的能級(jí)

能級(jí)圖如圖所示

8“E/eV

5-0

4=-0.54

3—0.85

--1.51

2

-3.40

1------------------------------------13.60

(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑

1

①氫原子的能級(jí)公式：E?=^E\("=1,2,3,…)，其中0為基態(tài)能量，其數(shù)值為目=-13.6eV。

②氫原子的半徑公式：2=層外(〃=1,2,3,…)，其中n為基態(tài)半徑，又稱(chēng)玻爾半徑，其數(shù)值為八

=0.53x1010m。

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(shuō)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(jiàn)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、。射線、丫射線。

(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(lèi)，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(duì)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(chēng)為原子核的衰變。

(2)分類(lèi)

a衰變：2X-23Y+3He

B衰變：9X-zAY+Je

(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(wú)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(diǎn):

①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；

②核力是短程力，作用范圍在L5xlOFm之內(nèi)；

③每個(gè)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(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱(chēng)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(chēng)做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。

(2)特點(diǎn):

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(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=〃?c2,原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小△,〃，這就是質(zhì)量虧損。

由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能

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(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過(guò)程。

(2)典型的裂變反應(yīng)方程：

贊U+6n—>絮Kr+第Ba+34n。

(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(guò)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(guò)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：

汨+iHT?He+8n+17.6MeV

【命題特點(diǎn)】

考查以選擇題為主，主要是識(shí)記光電效應(yīng)、玻爾理論、原子核衰變、核反應(yīng)和核能基本概念和基本

結(jié)論。

【限時(shí)檢測(cè)】（建議用時(shí)：30分鐘）

一、單選題

1.（2021?湖北宜昌市?高三月考）2020年12月4日14時(shí)02分，新一代“人造太陽(yáng)”裝置——中國(guó)環(huán)

流器二號(hào)M裝置（HL-2M）在成都建成并實(shí)現(xiàn)首次放電，標(biāo)志著中國(guó)自主掌握了大型先進(jìn)托卡馬克

裝置的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行技術(shù)，其發(fā)生的可控核聚變方程為：；He+：Hf；Li+X（X表示某種粒

子），則下列說(shuō)法正確的是（）

A.X為質(zhì)子B.該核反應(yīng)不存在質(zhì)量虧損

C.該核反應(yīng)是我國(guó)秦山核電站利用核能的方式D.；Li原子核比：He原子核穩(wěn)定

【答案】D

【解析】

A.根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,為中子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B.該核反應(yīng)放出能量，存在質(zhì)量虧損，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；

C.我國(guó)秦山核電站利用核能的方式是重核裂變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D.該核反應(yīng)放出能量，貝1Li原子核比；He原子核穩(wěn)定，選項(xiàng)D正確。

故選D。

2.（2021?湖南高三月考）下列說(shuō)法正確的是（）

A.放射性元素?zé)o論是以單質(zhì)還是化合物的形式存在，其半衰期不變，說(shuō)明元素的放射性與核外電

子無(wú)關(guān)

B.某種天然放射性元素及其人工放射性同位素可以有相同的半衰期

C.組成原子核的核子之間存在的核力是短程力，且與電荷有關(guān)

D.居里夫婦發(fā)現(xiàn)經(jīng)a粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷，核反應(yīng)方程為：：He+j；Al-＞「P

【答案】A

【解析】

A.放射性元素的存在形式、環(huán)境溫度、外界壓強(qiáng)等因素都不會(huì)影響原子核的結(jié)構(gòu)，元素的化學(xué)

性質(zhì)與核外電子有關(guān)，半衰期與核外電子無(wú)關(guān)，A正確；

B.天然放射性元素的半衰期比其人工放射性同位素的半衰期長(zhǎng)得多，B錯(cuò)誤；

C.核力與電荷無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤；

D.居里夫婦發(fā)現(xiàn)經(jīng)a粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷，核反應(yīng)方程為

;He+[Alf[P+；n

D錯(cuò)誤。

故選Ao

3.（2021.重慶高三月考?）由于放射性元素”Np的半衰期很短，所以在自然界中一直未被發(fā)現(xiàn)，只

是在使用人工的方法制造后才被發(fā)現(xiàn)。已知一個(gè)”Np原子核經(jīng)過(guò)一系列a衰變和p衰變后變成

瞪Bi,下列說(shuō)法正確的是（）

A.衰變過(guò)程中共發(fā)生了7次a衰變和6次夕衰變

B.一次衰變過(guò)程可以同時(shí)放出a粒子、4粒子和丫粒子

C.岑Np的半衰期與任意一個(gè)Np原子核發(fā)生衰變的時(shí)間相等

D.■Np的人工放射性同位素比天然放射性物質(zhì)半衰期更短，放射性廢料更容易處理

【答案】D

【解析】

A.根據(jù)衰變的過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，衰變過(guò)程中發(fā)生a衰變的次數(shù)為

空匚紇7（次）

4

夕衰變的次數(shù)為

2x7-（93—83）=4（次）

A錯(cuò)誤；

B.一個(gè)原子核在一次衰變中要么是a衰變、要么是“衰變，同時(shí)伴隨y射線的產(chǎn)生，可以同時(shí)放出

a粒子和丫粒子或者夕粒子和丫粒子，不能同時(shí)放出三種粒子，B錯(cuò)誤；

C.半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)少數(shù)原子核不適用，C錯(cuò)誤；

D.與天然放射性物質(zhì)相比，；？Np的人工放射性同位素的放射強(qiáng)度容易控制，還可以制成各種所需

的形狀，特別是它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，因此放射性廢料更容易處理，D正確。

故選D。

4.（2021?山西陽(yáng)泉市?高三期末）利用圖a裝置，某同學(xué)用甲、乙、丙三束色光分別照射同一光電管,

研究光電流/與所加電壓U之間的關(guān)系，得到如圖b所示的圖象。則下列說(shuō)法正確的是（）

A.甲光的波長(zhǎng)大于乙光的波長(zhǎng)B.乙光的頻率小于丙光的頻率

C.甲光的光強(qiáng)小于乙光的光強(qiáng)D.甲光產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能最大

【答案】B

【解析】

根據(jù)光電效應(yīng)方程得

和=%+線?,=%+4。

所以有甲乙的頻率相等，內(nèi)光的頻率最大。甲乙的波長(zhǎng)也相等。因?yàn)榧坠獾娘柡凸怆娏鬏^大，所以

甲光光強(qiáng)大于乙光。丙光頻率最大，所以丙光產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能最大。

故選B。

二、多選題

5.（2020?全國(guó)高三專(zhuān)題練習(xí)）下列說(shuō)法正確的是（）

A.水面上的油膜在陽(yáng)光照射下會(huì)呈現(xiàn)彩色，這是由光的薄膜干涉造成的

B.拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，會(huì)在鏡頭前加裝偏振片以增加透射光的強(qiáng)度

C.狹義相對(duì)論認(rèn)為：光在真空中的傳播速度會(huì)隨光源和觀察者所在參考系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而改變

D.橫波在傳播過(guò)程中，相鄰的波峰通過(guò)同一質(zhì)點(diǎn)所用的時(shí)間為一個(gè)周期

【答案】AD

【解析】

A.水面上的油膜在陽(yáng)光照射下會(huì)呈現(xiàn)彩色，這是由光的薄膜干涉造成的，A正確；

B.拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加裝一個(gè)偏振片以減弱反射光的強(qiáng)度，使照片清晰，B

錯(cuò)誤；

C.狹義相對(duì)論認(rèn)為光在真空中的傳播速度不會(huì)隨光源和觀察者所在參考系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而改變，C錯(cuò)

誤；

D.橫波在傳播過(guò)程中，相鄰的波峰通過(guò)同一質(zhì)點(diǎn)所用的時(shí)間為一個(gè)周期，D正確。

故選AD。

6.（2021?湖北鄂州市?高三期末）真空中a、b兩種單色光的波長(zhǎng)比兒"產(chǎn)生1,則“、匕兩種光

A.光子能量之比反:瓦=1：k

B.若都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能之比為EZk

C.入射到同一雙縫干涉裝置上，則干涉條紋間距之比為乂：%=4：1

D.從玻璃入射到空氣中，兩種光的臨界角之比C“：Ch=l:k

【答案】AC

【解析】

A.根據(jù)光子的能量表達(dá)式有

E=h-

2

光子的能量與波長(zhǎng)成反比，所以光子能量之比瓦：氏=1：h則A正確；

B.根據(jù)光電效應(yīng)方程有

Ek=巧一卬。

光電子最大初動(dòng)能與光子的能量是線性關(guān)系不是正比關(guān)系，所以B錯(cuò)誤；

C.由干涉條紋間距的公式有

L,

Ax=—X

d

干涉條紋間距與波長(zhǎng)成正比，所以干涉條紋間距之比為此：△的=%：1,則C正確；

D.根據(jù)全反射的臨界角公式有

.「1

sinC=—

n

雖然波長(zhǎng)與折射率成反比，但是臨界角的正弦值才與折射率成正比，所以臨界角與波長(zhǎng)的關(guān)系也不

是反比關(guān)系，則D錯(cuò)誤；

故選AC,

三、解答題

7.(2021?全國(guó)高三專(zhuān)題練習(xí))據(jù)報(bào)道，俄科學(xué)家成功合成了具有極強(qiáng)放射性的117號(hào)新元素，該元

素目前尚未被命名，是在實(shí)驗(yàn)室人工創(chuàng)造的最新的超重元素。新元素有兩種同位素，其中一種有176

個(gè)中子，而另一種有177個(gè)中子，則：

(1)該元素兩種同位素的原子核的核電荷數(shù)各為多少？原子的核外電子數(shù)各為多少？

(2)該元素兩種同位素的原子核的質(zhì)量數(shù)各為多少？

(3)若用X表示117號(hào)元素的元素符號(hào)，該元素的兩種同位素用原子核符號(hào)如何表示？

【答案】⑴均為117,均為117；(2)293,294；⑶常X,常X

【解析】

(1)元素的原子序數(shù)等于該元素原子核的核電荷數(shù)，等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)。故117號(hào)元素的核電荷數(shù)和核

內(nèi)質(zhì)子數(shù)均為117,原子呈中性，故核外電子數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，也為117。

(2)原子核的質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和，故該元素中子數(shù)為176的原子核的質(zhì)量數(shù)為117+176

=293,中子數(shù)為177的原子核的質(zhì)量數(shù)為117+177=294。

(3)元素符號(hào)一