2020年高考物理纠错笔记：近代物理初步

一、三种射线在电场和磁场中偏转时的特点 （1）不论在电场还是在磁场中，γ 射线总是做匀速直线运动，不发生偏转； （2）在匀强电场中，α 粒子和 β 粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β 粒子的偏移大； （3）在匀强磁场中，α 粒子和 β 粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β 粒子的轨道 半径小，偏转大。 二、用光子说解释光电效应 （1）光照射金属时，电子吸收一个光子（形成光电子）的能量后，动能立即增大，不需要累计能量的 过程； （2）电子从金属表面逸出，首先需克服金属表面原子核的引力做功（逸出功 W），要使入射光子的能 量不小于 W，对应频率 为极限频率； （3）电子吸收光子的能量 hν 后，一部分消耗于克服核的引力做功（即 W），剩余部分转化为初动能， 即 。只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能。对于确定的金属，W 是一定的， 故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大。 三、氢原子能级图及原子跃迁 氢原子的能级图（如图所示） （1）能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态； （2）横线左端的数字“1、2、3···”表示量子数，右端的数字“–13.6、–3.4···”表示氢原 子的能级； （3）相邻横线间的间距，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能极差越小； （4）带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为： ； （5）能级越高，量子数越大，轨道半径越大，电子的动能越小，但原子的能量肯定随能级的升高而变大； =W h ν 21 2 mv h Wν= − m nh E Eν = −（6）原子跃迁发出的光谱线条数 ，是对于一群氢原子而言，而不是一个。 四、原子核的衰变规律 1．衰变：设想元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变。 2．衰变规律：电荷数和质量数都守恒。 （1）α 衰变： ，α 衰变的实质是某元素的原子核放出由两个质子和两个中子组成的 粒子（即氮）。 （2）β 衰变： ，β 衰变的实质是某元素的原子核内一个中子变为一个质子时放射出 一个电子； （3）γ 辐射；γ 辐射是伴随 α 和 β 衰变发生的。γ 辐射不改变原子核的电荷数和质量数。其实质 是放射性原子核在发生 α 衰变和 β 衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐 射出光子。 3．半衰期及确定衰变次数的方法 （1）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫做这种元素的半衰期； （2）确定衰变次数的方法：设放射性元素 经过 m 次 α 衰变、n 次 β 衰变后，变成稳定的新元素 ，则表示核反应的方程为 。 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 ， 两式联立得 ， 由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。 五、核反应类型及核反应方程的书写 类型 可控性 核反应方程 α 衰变 自发 衰变 β 衰变 自发 2 ( 1)C 2n n nN −= = 4 4 2 2X Y HeA A Z Z − −→ + 0 1 1X Y eA A Z Z + −→ + XA Z YA Z ′ ′ 4 0 2 1X Y He+ eA A Z Z m n′ ′ −→ + 4A A m′= + 2Z Z m n′= + − 4 A Am ′−= 2 A An Z Z ′− ′= + − 238 234 4 92 90 2U Th+ He→ 234 234 0 90 91 1Th Pa e−→ +人工转变 人工控制 重核裂变 比较容易进行人工控制 轻核聚变 很难控制 如图所示，P 为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成 a、b、c 三束，下列 判断正确的是 A．a 为 α 射线、b 为 β 射线 B．a 为 β 射线、b 为 γ 射线 C．若增大放射源的温度，则其半衰期减小 D．若增大放射源的温度，则其半衰期增大 不清楚三种射线带点情况导致本题错解。 根据 三种射线的带电性质以及带电粒子在电场中受力特点；半衰期由原子核本身决 定。 射线为氦核，带正电， 射线为电子流，带负电， 射线为高频电磁波，故根据电荷所受电场力特点 可知：a 为 射线、b 为 射线、c 为 射线，故 A 错误 B 正确；半衰期由原子核本身决定，与外界因素无 关，故 CD 错误。答案：B。 14 4 17 1 7 2 8 1 4 9 12 1 2 4 6 0 27 4 30 1 13 2 15 0 30 30 0 15 14 1 N He O H He Be C n Al He P n P Si e+ + → + → → + + → + → + ⋅ （卢瑟福发现质子） （查德威克发现质子） （约里奥 居里夫妇发现放射 性同位素，同时发现正电子） 235 1 144 89 1 92 0 56 36 0U n Ba Kr 3 n+ → + + 235 1 136 90 1 92 0 54 38 0U n Xe Sr 10 n+ → + + 1 3 4 1 1 1 2 0H H He n+ → + α β γ、 、 α β γ β γ α1．关于下列四幅图说法正确的是 A． 玻尔认为原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的 B． 光电效应实验说明了光具有粒子性，爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了 光电效应方程 C． a 为 β 射线、b 为 γ 射线、c 为 α 射线，且 b 射线的电离能力最强 D． 汤姆孙发现少数 α 粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间 范围，并提出了原子的核式结构模型 【答案】B 【解析】A． 由图和玻尔理论知道，电子的轨道不是任意的，电子有确定的轨道，故 A 错误；B． 光电 效应实验说明了光具有粒子性，爱因斯坦在光的粒子性和普朗克量子理论的基础上，提出了光子学说， 建立了光电效应方程，故 B 正确；C． 根据左手定则，a 为 α 射线、b 为 γ 射线、c 为 β 射线，且 a 射线的电离能力最强，b 射线的穿透能力最强，故 C 错误；D． 卢瑟福发现少数 α 粒子发生了较大偏转， 说明原子的几乎全部质量和所有正电荷主要集中在很小的核上，提出了原子的核式结构模型，故 D 错误。 故选 B。 如图所示的电路中，K、A 是密封在真空玻璃管中的两个电极。现用光入射到 K，发现电流表有读数。 调节滑动变阻器滑片的位置，可以改变 K、A 两极间电压。下列说法不正确的是A．保持入射光不变，滑片从 O 点向 B 点滑动的过程中，电流表读数会逐渐增大继而几乎不变 B．保持入射光不变，滑片从 B 点向 O 点滑动到某一位置，电流表读数可能为零 C．用频率不同的光入射，电流表读数为零时的电压表读数不同 D．用频率相同但光强不同的光入射，电流表读数的最大值不同 不知道光照频率与光电流大小的关系导致本题错解。 A．保持入射光不变，滑片从 O 点向 B 点滑动的过程中，正向电压增大，电流表读数会逐渐 增大，当达到饱和电流时，继续增大电压，电流不变，故 A 项与题意不相符；B．保持入射光不变，滑片从 B 点向 O 点滑动到某一位置，光电管两端电压减小，即正向电压减小，即使正向电压为 0，电流表读数也不 为 零 ， 故 B 项 与 题 不 相 符 ； C ． 要 使 电 流 表 读 数 为 0 ， 在 光 电 管 两 端 为 截 止 电 压 ， 由 ，可知电流表读数为零时的电压表读数不同，故 C 项与题意相符；D．光强不同， 即单位时间逸出的光电子数不同，饱和光电流不同，故 D 项与题意相符。 1．如图所示为光电管的示意图，光照时两极间可产生的最大电压为 0.5 V。若光的波长约为 6×10－7 m，普 朗克常量为 h，光在真空中的传播速度为 c，取 hc=2×10－25J·m，电子的电荷量为 1.6×10－19 C，则下 列判断正确的是 A．该光电管 K 极的逸出功大约为 2.53×10－19 J B．当光照强度增大时，极板间的电压会增大 C．当光照强度增大时，光电管的逸出功会减小 2 0 1 2ceU mv h Wν= = −D．若改用频率更大、强度很弱的光照射时，两极板间的最大电压可能会减小 【答案】A 【解析】该光电管 K 极的逸出功大约为 ， 选项 A 正确；当光照强度增大时，极板间的电压不变，选项 B 错误；光电管的逸出功由材料本身决定， 与光照强度无关，选项 C 错误；在光电效应中，根据光电效应方程知，Ekm=hv–W0，改用频率更大的光 照射，光电子的最大初动能变大，两极板间的最大电压变大，故 D 错误；故选 A。 氢原子的能级如图，当氢原子从 n=4 的能级跃迁到 n=2 的能级时，辐射出光子 a，当氢原子从 n=3 的能 级跃迁到 n=1 的能级时，辐射出光子 b，则下列判断正确的是 A．光子 a 的能量大于光子 b 的能量 B．光子 a 的波长小于光子 b 的波长 C．b 光比 a 光更容易发生衍射现象 D．若 a 为可见光，则 b 有可能为紫外线 不能正确理解原子跃迁时释放能量的问题导致本题错解。 ABC、氢原子从 n=4 的能级跃迁到 n=2 的能级的能级差小于从 n=3 的能级跃迁到 n=1 的能级 时的能级差，根据 Em-En=hγ，知，光子 a 的能量小于光子 b 的能量。所以 a 光的频率小于 b 光的频率，a 光的波长大于 b 光的波长，a 光比 b 光更容易发生衍射现象，故 ABC 不符合题意；D． 因为 a 光的频率小于 b 光的频率，所以若 a 为可见光，则 b 有可能为紫外线，故 D 符合题意。 1．如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于 n=4 的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干 个不同频率的光，关于这些光，下列说法正确的是A．波长最大的光是由 n=4 能级跃迁到 n=1 能级产生的 B．频率最小的光是由 n=4 能级跃迁到 n=3 能级产生的 C．这些氢原子总共可辐射出 3 种不同的频率的光 D．从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级电子动能减小 【答案】B 【解析】由 n=4 能级跃迁到 n=1 能级的能级差最大，所以辐射的光子频率最大，波长最小，故 A 错误； 由 n=4 能级跃迁到 n=3 能级的能级差最小，所以辐射的光子频率最小，故 B 正确；由 可知这些氢 原子总共可辐射 6 种不同频率的光子，故 C 错误；电子从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级辐射出的光子的能量， 根据引力提供向心力 ，可知，电势能减小，但动能增加，故 D 错误。所以 B 正确，ACD 错误。 某些放射性元素如 的半衰期很短，在自然界很难被发现，可以在实验室使用人工的方法发现。 已知 经过一系列 α 衰变和 β 衰变后变成 ，下列说法正确的是 A． 的原子核比 的原子核少 28 个中子 B．衰变过程中共发生了 4 次 α 衰变和 7 次 β 衰变 C．衰变过程中共有 4 个中子转变为质子 D．若 继续衰变成新核 ，需放出一个 α 粒子 不清楚衰变之间的规律导致本题错解。 的原子核比 少 10 个质子，质子数和中子数总共少 237–209=28，所以 的 原子核比 少 18 个中子，故 A 错误；令 衰变为 需要经过 x 次 α 衰变和 y 次 β 衰变，根 据质量数和电荷数守恒则有：93=2x–y+83，4x=237–209，所以解得：x=7，y=4，即衰变过程中共发生了 7 次 α 衰变和 4 次 β 衰变，故 B 错误；衰变过程中共发生了 7 次 α 衰变和 4 次 β 衰变，所以衰变过程 中共有 4 个中子转变为质子，故 C 正确；根据衰变前后质量数守恒可知，不可能放出一个 α 粒子，故 D 237 93 Np 237 93 Np 209 83 Bi 209 83 Bi 237 93 Np 209 83 Bi 210 83 Bi 209 83 Bi 237 93 Np 209 83 Bi 237 93 Np 209 83 Bi 237 93 Np错误。答案：C。 1．下列关于核反应及衰变的表述正确的有 A．β 衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的 B． 中，X 表示 C． 是轻核聚变 D．一群氢原子从 n=3 的能级向低能级跃迁时只能辐射出两种不同频率的光子 【答案】C 【解析】A、 衰变中产生的 射线实际上是原子核中的中子转变成质子，而放出电子，故选项 A 错误； B、根据质量数和电荷数守恒得 中 的质量数为 17+1−14=4，质子数 8+1−7=2，所 以 表示 ，故选项 B 错误；C、轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核， 是 轻核聚变，故选项 C 正确；D、一群氢原子从 的能级向低能级跃迁时，会辐射 种不同频率的 光，故选项 D 错误。 秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座 30 万千瓦压水堆核电站。在一次核反应中一个 中子轰击 变成 、 和若干个中子，已知 、 、 的比结合能分别为 7.6 MeV、 8.4 MeV、8.7 MeV，则 A．该核反应方程为 B．要发生该核反应需要吸收能量 C． 比 更稳定 D．该核反应中质量增加 不能正确书写反应方程式导致本题错解。 A．该核反应方程为 ，选项 A 错误；B． 发生该核反应需要 放出能量，选项 B 错误；C． 比 的比结合能大，则更稳定，选项 C 正确；D． 该核反应中放出 能量，则有质量亏损，质量减小，选项 D 错误。 235 1 136 90 1 92 0 54 38 0U n Xe Sr 10 n+ → + + 90 38Sr 136 54 Xe 14 17 1 7 8 1X N O H+ → + 2 3He 2 3 4 1 1 1 2 0H H He n+ → + β β 14 17 1 7 8 1X N O H+ → + X X 4 2 He 2 3 4 1 1 1 2 0H H He n+ → + 3n = 2 3C 3= 235 92 U 136 54 Xe 90 38Sr 235 92 U 136 54 Xe 90 38Sr 235 1 136 90 90 1 92 0 54 38 38 0U n Xe Xe Sr 9 n+ → + + + 90 38Sr 136 54 Xe1．我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变 项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】 是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变 反应，故 A 正确； 是卢瑟福发现质子的核反应，他用 α 粒子轰击氮原子核，产 生氧的同位素——氧 17 和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故 B 错误； 是小居里夫妇用 α 粒子轰击铝片时发现了放射性磷（磷 30），属于人工 核反应，故 C 错误； 是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故 D 错 误。 1．与光电效应有关的几组易混概念对比 （1）光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向 各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金 属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。光电子的初动能 小于等于光电子的最大初动能。 （2）光电流与饱和电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的 增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压 大小无关。 2 3 4 1 1 1 2 0H H He n+ → + 14 4 17 1 7 2 8 1N He O H+ → + 4 27 30 1 2 13 15 0He Al P n+ → + 235 1 144 89 1 92 0 56 36 0U n Ba Kr 3 n+ → + + 2 3 4 1 1 1 2 0H H He n+ → + 14 4 17 1 7 2 8 1N He O H+ → + 4 27 30 1 2 13 15 0He Al P n+ → + 235 1 144 89 1 92 0 56 36 0U n Ba Kr 3 n+ → + +（3）入射光强与光子能量：入射光强度指单位之间内照射到金属表面单位面积上的总能量。 （4）光的强度与光子能量：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光 电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的 正比关系。 2．核反应书写规范要求 （1）必须遵守电荷数守恒、质量数守恒定律。有些核反应方程还要考虑到能量守恒及动量守恒。 （2）核反应方程中的箭头“→”表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号。 （3）书写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造。 （4）在写核反应方程时，应先将已知原子核与已知粒子符号填入核反应方程一般形式的适当位置上， 然后根据质量数守恒和电荷数守恒计算出未知核（或未知粒子）的电荷数和质量数，最后根据未知核（或 未知粒子）的电荷数确定它们是哪种元素（或哪种粒子），并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上 它们的符号。 1．用同一光电管研究 a、b、c 三束单色光产生的光电效应，得到光电流 I 与光电管两极间的电压 U 的关系 曲线如图所示，由此可判断 A．a、b、c 光的频率关系为 νa>νb>νc B．a、b、c 光的频率关系为 νa=νb