專題13 近代物理初步 【母題來(lái)源一】2020年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試物理（全國(guó)卷）【母題原題】（2020·新課標(biāo)全國(guó)卷）氫原子能級(jí)示意圖如圖所示。光子能量在1.63 eV3.10 eV的光為可見(jiàn)光。要使處于基態(tài)（n=1）的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見(jiàn)光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為A12.09 eVB10.20 eVC1.89 eV D1.5l eV【答案】A【解析】由題意可知，基態(tài)（n=1）氫原子被激發(fā)后，至少被激發(fā)到n=3能級(jí)后，躍遷才可能產(chǎn)生能量在1.63eV3.10eV的可見(jiàn)光。故。故本題選A。【母題來(lái)源二】2020年全國(guó)普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理（全國(guó)卷）【母題原題】（2020·新課標(biāo)全國(guó)卷）太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為，已知和的質(zhì)量分別為和，1u=931MeV/c2，c為光速。在4個(gè)轉(zhuǎn)變成1個(gè)的過(guò)程中，釋放的能量約為A8 MeVB16 MeVC26 MeVD52 MeV【答案】C【解析】由知，=，忽略電子質(zhì)量，則：，故C選項(xiàng)符合題意?！灸割}來(lái)源三】2020年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試物理（天津卷）【母題原題】（2020·天津卷）如圖為、三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系。由、組成的復(fù)色光通過(guò)三棱鏡時(shí)，下述光路圖中正確的是【答案】C【解析】由光電效應(yīng)的方程，動(dòng)能定理，兩式聯(lián)立可得，故截止電壓越大說(shuō)明光的頻率越大，則有三種光的頻率，則可知三種光的折射率的關(guān)系為，因此光穿過(guò)三棱鏡時(shí)b光偏折最大，c光次之，a光最小，故選C，ABD錯(cuò)誤。【母題來(lái)源四】2020年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試物理（天津卷）【母題原題】（2020·天津卷）我國(guó)核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”2020年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度，為人類開(kāi)發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說(shuō)法正確的是A核聚變比核裂變更為安全、清潔B任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變C兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加【答案】AD【解析】核聚變的最終產(chǎn)物時(shí)氦氣無(wú)污染，而核裂變會(huì)產(chǎn)生固體核廢料，因此核聚變更加清潔和安全，A正確；發(fā)生核聚變需要在高溫高壓下進(jìn)行，大核不能發(fā)生核聚變，故B錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)會(huì)放出大量的能量，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系可知反應(yīng)會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，故C錯(cuò)誤；因聚變反應(yīng)放出能量，因此反應(yīng)前的比結(jié)合能小于反應(yīng)后的比結(jié)合能，故D正確?！灸割}來(lái)源五】2020年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試物理（浙江選考）【母題原題】（2020·浙江選考）一個(gè)鈹原子核（）俘獲一個(gè)核外電子（通常是最靠近原子核的K殼層的電子）后發(fā)生衰變，生成一個(gè)鋰核（ ），并放出一個(gè)不帶電的質(zhì)量接近零的中微子e，人們把這種衰變稱為“K俘獲”。靜止的鈹核發(fā)生零“K俘獲”，其核反應(yīng)方程為已知鈹原子的質(zhì)量為MBe=7.016929u，鋰原子的質(zhì)量為MLi=7.016004u，1u相當(dāng)于9.31×102MeV。下列說(shuō)法正確的是A中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零B鋰核（）獲得的動(dòng)能約為0.86MeVC中微子與鋰核（）的動(dòng)量之和等于反應(yīng)前電子的動(dòng)量D中微子與鋰核（）的能量之和等于反應(yīng)前電子的能量【答案】AC【解析】反應(yīng)方程為，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零，A正確；根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)量減少，為釋放的核能，不是鋰核獲得的動(dòng)能，B錯(cuò)誤；衰變過(guò)程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，故反應(yīng)前后動(dòng)量守恒，故中微子與鋰核（）的動(dòng)量之和等于反應(yīng)前電子的動(dòng)量，C正確；由于反應(yīng)過(guò)程中存在質(zhì)量虧損，所以中微子與鋰核（）的能量之和小于反應(yīng)前電子的能量，D錯(cuò)誤?！灸割}來(lái)源六】2020年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試物理（江蘇卷）【母題原題】（2020·江蘇卷）100年前，盧瑟福用粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子后來(lái)，人們用粒子轟擊核也打出了質(zhì)子：；該反應(yīng)中的X是 （選填“電子”“正電子”或“中子”）此后，對(duì)原子核反應(yīng)的持續(xù)研究為核能利用提供了可能目前人類獲得核能的主要方式是 （選填“核衰變”“核裂變”或“核聚變”）。【答案】中子 核裂變【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：X應(yīng)為：即為中子，由于衰變是自發(fā)的，且周期與外界因素?zé)o關(guān)，核聚變目前還無(wú)法控制，所以目前獲得核能的主要方式是核裂變。【命題意圖】本題考查近代物理知識(shí)中的一個(gè)重要考點(diǎn)玻爾理論，意在考查考生的理解能力?！究荚嚪较颉拷锢聿糠郑婕暗目键c(diǎn)較多，主要有光電效應(yīng)、波粒二象性、原子結(jié)構(gòu)、玻爾理論、衰變、核反應(yīng)和核能等，主要以選擇題的形式命題，可能單獨(dú)命題，但更多的是通過(guò)多個(gè)選項(xiàng)命制綜合題。【得分要點(diǎn)】光電效應(yīng) 波粒二象性主要考查方向有以下幾個(gè)方面，其主要破解方法也一并總結(jié)如下：1、由Ek圖象可以得到的信息:（1）極限頻率：圖線與軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)c.（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.2、光電效應(yīng)中兩條線索線索一：通過(guò)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(guò)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。3、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(guò)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=h，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和波長(zhǎng)。由以上兩式和波速公式c=還可以得出：E=pc。玻爾理論的主要考查方向有以下幾個(gè)方面，其主要破解方法也一并總結(jié)如下：（1）原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)需要吸收能量，而從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)則會(huì)以光子的形式向外放出能量。不論是吸收能量還是放出能量，這個(gè)能量值不是任意的，而是等于發(fā)生躍遷的這兩個(gè)能級(jí)間的能量差，即h=Em-En。（2）原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)出光子的種類：當(dāng)單個(gè)氫原子自發(fā)輻射，由量子數(shù)為 n（n1）的能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)最多只能形成（n-1）條譜線，或者說(shuō)產(chǎn)生（n-1）種不同頻率的光子；當(dāng)大量處于第n激發(fā)態(tài)的原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多可輻射種光子。（3）原子躍遷時(shí)電子動(dòng)能、原子勢(shì)能和原子能量的變化（與天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同）：當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力引力做正功，電子動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能減小，原子能量減?。划?dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫(kù)侖引力引力做負(fù)功，電子動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能增大，原子能量增大。原子核、核反應(yīng)方程主要考查方向有以下幾個(gè)方面，其主要破解方法也一并總結(jié)如下：1、確定衰變次數(shù)的方法（1）設(shè)放射性元素經(jīng)過(guò)n次衰變和m次衰變后，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：AA4n，ZZ2nm（2）確定衰變次數(shù)，因?yàn)樗プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)。2、核能的計(jì)算方法（1）利用愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算核能：利用愛(ài)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(guò)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(lái)求。（4）說(shuō)明：根據(jù)Emc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”根據(jù)Em×931.5 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)m的單位是“u”，E的單位是“MeV”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1（2020·福建省福州市八校期末）物理學(xué)家通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的深入觀察和研究，獲得正確的科學(xué)認(rèn)知，推動(dòng)物理學(xué)的發(fā)展。下列說(shuō)法符合事實(shí)的是A湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了“原子的核式結(jié)構(gòu)模型”B盧瑟福用粒子轟擊獲得反沖核，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子C查德威克發(fā)現(xiàn)了天然放射性現(xiàn)象，說(shuō)明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)D普朗克提出的“光子說(shuō)”成功解釋了光電效應(yīng)【答案】B【解析】A、湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，盧瑟福提出了“原子的核式結(jié)構(gòu)模型”，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B、盧瑟福用粒子轟擊獲得反沖核，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，選項(xiàng)B正確；C、貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射性現(xiàn)象，說(shuō)明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D、愛(ài)因斯坦提出的“光子說(shuō)”成功解釋了光電效應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2（2020·天津市河?xùn)|區(qū)二模）現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)常使用射線測(cè)重儀測(cè)量產(chǎn)品的規(guī)格，下列核反應(yīng)方程中屬于衰變的是ABCD【答案】B【解析】A是輕核聚變的核反應(yīng)方程，未生成電子，不符合題意；B是天然放射的核反應(yīng)方程，生成電子，屬于衰變，符合題意；C是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，未生成電子，不符合題意；D是天然放射的核反應(yīng)方程，未生成電子，不符合題意。3（2020·內(nèi)蒙古集寧一中月考）如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，已知可見(jiàn)光光子的能量范圍約為1.623.11 eV，則下列說(shuō)法正確的是A大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可發(fā)出6種不同頻率的可見(jiàn)光B用能量為10.3 eV的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子可使氫原子向高能級(jí)躍遷C用可見(jiàn)光照射大量處于基態(tài)的氫原子可使氫原子向高能級(jí)躍遷D處于基態(tài)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離【答案】B【解析】A、大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可發(fā)出種不同頻率的光子，因?yàn)榭梢?jiàn)光的光子能量范圍約為1.62 eV3.11 eV，滿足此范圍的有：n=4到n=2，n=3到n=2所以發(fā)出2種不同頻率的可見(jiàn)光。故A錯(cuò)誤。B、從基態(tài)躍遷到n=2的能級(jí)需要的能量E0=E2E1=3.4 eV（13.6 eV）=10.2 eV，由于氫原子與電子發(fā)生碰撞時(shí)可以吸收部分的能量，所以用能量為10.3 eV的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子可以使氫原子吸收10.2 eV能量向n=2能級(jí)躍遷。故B正確。C、從基態(tài)躍遷到n=2的能級(jí)需要的能量：E0=E2E1=3.4 eV（13.6 eV）=10.2eV，而可見(jiàn)光的最大能量為3.11 eV，所以用可見(jiàn)光照射大量處于基態(tài)的氫原子不可能使氫原子向高能級(jí)躍遷。故C錯(cuò)誤；D、根據(jù)玻爾理論，處于基態(tài)的氫原子只能吸收特定頻率的光子的能量，故D錯(cuò)誤。4（2020·重慶市南開(kāi)中學(xué)高三第四次考試）以下關(guān)于物理學(xué)的發(fā)展史，不正確的表述是A愛(ài)因斯坦提出的光子說(shuō)成功解釋了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律B盧瑟福對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的研究，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型C居里夫婦發(fā)現(xiàn)釙、鐳等都具有放射性D查德威克通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子【答案】D【解析】愛(ài)因斯坦提出的光子說(shuō)成功解釋了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，選項(xiàng)A正確；盧瑟福對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的研究，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)B正確；居里夫婦發(fā)現(xiàn)釙、鐳等都具有放射性，選項(xiàng)C正確；查德威克通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中子，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；此題選擇不正確的選項(xiàng)，故選D。5（2020·天津市紅橋區(qū)質(zhì)量檢測(cè)）下列說(shuō)法正確的是A原子核發(fā)生衰變時(shí)要遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒的規(guī)律B射線是高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子流，穿透能力很強(qiáng)C氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子D發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比【答案】C【解析】A原子核發(fā)生衰變時(shí)要遵守電荷守恒和質(zhì)量數(shù)守恒的規(guī)律，若釋放核能，質(zhì)量有虧損，故A錯(cuò)誤；B射線是高速運(yùn)動(dòng)的氦原子核，穿透能力較小，故B錯(cuò)誤；C由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)只能輻射特定頻率的光子，故C正確；D光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，不是正比關(guān)系。故D錯(cuò)誤。6（2020·黑龍江省哈爾濱市三模）在我們的生活中，日常用品、裝飾材料、周?chē)膸r石、食鹽、香煙等都不同程度地含有放射性元素。其中香煙中含有釙（），具有放射性，其衰變方程為：，半衰期為138天，則下列說(shuō)法正確的是A該衰變中釋放出的射線的穿透能力強(qiáng)于射線的穿透能力B釙（）衰變過(guò)程中會(huì)釋放出能量C質(zhì)量為m的釙核經(jīng)過(guò)276天，剩余的釙核的質(zhì)量為D若采用提高溫度的方法，可以改變釙（）的半衰期【答案】B【解析】A射線的穿透能力弱于射線的穿透能力，A錯(cuò)誤；B釙（）衰變過(guò)程中產(chǎn)生質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程可知，會(huì)釋放能量，B正確；C質(zhì)量為m的釙核經(jīng)過(guò)276天，兩個(gè)半衰期，每經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期質(zhì)量變?yōu)樵瓉?lái)的一半，所以經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期質(zhì)量變?yōu)樵瓉?lái)的，C錯(cuò)誤；D半衰期不會(huì)隨著溫度而改變，D錯(cuò)誤。7（2020·湘贛十四校高三二模）關(guān)于原子核的衰變，下列說(shuō)法正確的是A射線是電子流，是原子核外電子的一種自發(fā)的放射現(xiàn)象B對(duì)天然放射性元素加熱，其半衰期將變短C原子核發(fā)生衰變時(shí)，衰變前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒D任何元素都有可能發(fā)生衰變【答案】C【解析】射線是原子核發(fā)生衰變產(chǎn)生的，是核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)放出的負(fù)電子，不是原子核外電子電離產(chǎn)生的，故A錯(cuò)誤；半衰期的大小由原子核內(nèi)部因素決定，與溫度、壓強(qiáng)等因素?zé)o關(guān)，故B錯(cuò)誤；原子核在衰變的過(guò)程中電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，故C正確；有些原子核不穩(wěn)定，可以自發(fā)地衰變，但不是所有元素都可能發(fā)生衰變，故D錯(cuò)誤。8（2020·湖南省懷化市二模）下列說(shuō)法正確的是A衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)釋放出一個(gè)電子B實(shí)驗(yàn)表明，只要照射光的強(qiáng)度足夠大，就一定能發(fā)生光電效應(yīng)C釷的半衰期為24天，1 g釷經(jīng)過(guò)120天后還剩0.2 gD根據(jù)玻爾的原子理論，氫原子從n5的激發(fā)態(tài)躍遷到n3的激發(fā)態(tài)時(shí)，核外電子動(dòng)能減小【答案】A【解析】A、衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)釋放出一個(gè)電子，故A正確；B、根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，發(fā)生光電效應(yīng)的條件與光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；C、釷的半衰期為24天，1 g釷經(jīng)過(guò)120天后，發(fā)生5次衰變，根據(jù)mm0（）5 g0.03125 g，故C錯(cuò)誤；D、據(jù)玻爾的原子理論，氫原子從n5的激發(fā)態(tài)躍遷到n3的激發(fā)態(tài)時(shí)，庫(kù)侖力提供向心力，向心力增加，速度變大電子動(dòng)能增加，故D錯(cuò)誤。9（2020·陜西省西安中學(xué)期末）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，小強(qiáng)同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線（甲光、乙光、丙光），如圖所示。則可判斷出A甲光的頻率大于乙光的頻率B乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能小于丙光的光電子最大初動(dòng)能【答案】BD【解析】A根據(jù)截可知入射光的頻率越高，對(duì)應(yīng)的截止電壓截越大，甲光、乙光的截止電壓相等，所以甲光、乙光的頻率相等，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B丙光的截止電壓大于乙光的截止電壓，所以丙光的頻率大于乙光的頻率，則乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)，故選項(xiàng)B正確；C截止頻率是針對(duì)發(fā)生光電效應(yīng)物體的，不是針對(duì)入射光的，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D丙光的截止電壓大于甲光的截止電壓，根據(jù)截可知甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能小于丙光的光電子最大初動(dòng)能，故選項(xiàng)D正確。