文档文本内容
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第51 讲 近代物理初步
目录
01 考情解码·命题预警...............................................................................................................................2
02 体系构建·思维可视...............................................................................................................................3
03 核心突破·靶向攻坚...............................................................................................................................4
考点一 光电效应 ........................................................................................................................4
知识点1 光电效应现像及规律...................................................................................................4
知识点2 与光电效应有关的五组概念对比.................................................................................4
知识点3 光电效应的研究思路...................................................................................................4
知识点4 光电效应中三个重要关系............................................................................................5
考向 光电效应的理解及规律
...................................................................................................5
考点二 光电效应的四类图像
.................................................................................................6
知识点 光电效应四类图像对比....................................................................................................6
考向 光电效应图像问题...............................................................................................................6
考点三 原子的核式结构 .............................................................................................................7
知识点 原子的核式结构模型......................................................................................................7
考向 原子的核式结构..................................................................................................................8
考点四 氢原子能级及能级跃迁 ...........................................................................................11
知识点1 玻尔的原子模型..........................................................................................................11
知识点2 能级跃迁的理解........................................................................................................11
考向1 玻尔理论的理解与计算...................................................................................................12
考向2 能级跃迁与光学结合......................................................................................................13
考点五 原子核的衰变与半衰期 ...........................................................................................14
知识点1 三种射线的比较..........................................................................................................14
知识点2 α 衰变、β 衰变...........................................................................................................14
考向 α、β 衰变的理解和计算................................................................................................15
考点六 核反应方程 ..................................................................................................................13
知识点 1. 核反应的四种类型..................................................................................................13
知识点2 核力、结合能、质量亏损..............................................................................................13
考向1 核力 结合能 比结合能.................................................................................................14
考向2 核反应的辨别与应用...................................................................................................15
04 真题溯源·考向感知.............................................................................................................................15
1
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考点
要求
考频
2025 年
2024 年
2023 年
（1）光电效应
（2）原子结构与
原子核
应用
高频
2025•安徽T1
2024.安徽T1
2023.全国乙.T3
考情分析：
1.命题形式：单选题非选择题
2.命题分析：高考对光电效应和波粒二象性、原子结构和原子核的考查较为频繁，大多以选择题中出现，
题目难度要求大多不是太高，较为基础。
3.备考建议：本讲内容备考时候，需理解光电效应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、最大初
动能、截止频率等物理量，会分析光电效应的图像问题，理解物质波的概念，理解光的波粒二象性。
4.命题情境：
①生活实践类：光电开关/自动门，太阳能电池板等；
②学习探究类：光电子能谱仪，激光器工作原理、光电效应实验现象解释等。
5.常用方法：图像法、公式法
复习目标：
1.理解和掌握光
效
的
律及光
效
方程。
电
应
规
电
应
2.理解和掌握光的波粒二象性
2
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3
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考点一 光电效应
知识点1 光电效应现像及规律
1．光电效应现象
(1)定义：在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子。
(2)产生条件：入射光的频率大于或等于金属的极限频率。
2．光电效应的三条规律
(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。
知识点2 与光电效应有关的五组概念对比
(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发
射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：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。
(3)光电流和饱和光电流：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。
(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E
＝hν。
(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是
简单的正比关系。
知识点3 光电效应的研究思路
(1)两条线索：
4
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(2)两条对应关系：
入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
知识点4 光电效应中三个重要关系
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。
(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。
(3)逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝ hνc。
考向 光电效应的理解及规律
例1（24-25 高三上·安徽多校·大联考）如图所示，用能量为4.5eV 的光照射光电管阴极，调节滑动变阻器，
当电压表的示数达到1.5V 时，微安表的示数恰好变为零。已知该光电管阴极材料在不同温度下的逸出功会
有微小变化，在实验温度下，其逸出功的理论值范围是2.8~3.0eV。以下说法中合理的是（ ）
A．本次实验中光电子的最大初动能为3.0eV
B．若将实验装置整体移至强磁场环境中，微安表的读数一定增大
C．考虑逸出功的理论变化范围，此次实验结果与理论值不完全相符
D．若换用光子能量为2.5eV 的光照射，且保证光强不变，微安表可能无示数
【变式训练】（24-25 高三下·安徽合肥一中&168 中学·4 月联考）下列说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦发现了光电效应，并提出相应理论，合理地解释了光电效应
B．康普顿效应表明光有波动性；光电效应说明光有粒子性
C．α 粒子散射实验中，α 粒子碰到电子会出现大角度散射
D．电子的波动是概率波
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考点二 光电效应的四类图像
知识点 光电效应四类图像对比
图像名称
图线形状
读取信息
最大初动能Ek与入射光频
率ν 的关系图线
①截止频率(极限
率
频
)：横轴截距
②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－
E|＝E
③普朗克常量：图线的斜率k＝h
遏止电压Uc与入射光频
率ν 的关系图线
①截止频率νc：横轴截距
②遏止电压Uc：随入射光频率的增大
而增大
③普朗克常量h：等于图线的斜率与
电子电荷量的乘积，即h＝ke
颜色相同、强度不同的
光，光电流与电压的关系
①遏止电压Uc：横轴截距
②饱和光电流Im：电流的最大值
③最大初动能：Ekm＝eUc
颜色不同时，光电流与电
压的关系
①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
考向 光电效应图像问题
例1（24-25 高三下·安徽合肥一中·最后一卷）氢原子的能级图如图甲所示，一群处于n=4 能级的氢原子，
发出不同频率的光，其中只有频率为
、
两种光可让图乙所示的光电管阴极K 发生光电效应。分别用
频率为
、
的两种光照射阴极K，测得光电流随电压变化的图像如图丙中a、b 所示，已知电子电量大
小为e、普朗克常量为h，则下列说法中错误的是（ ）
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A．这群处于
能级的氢原子，最多能发出6 种不同频率的光
B．频率为
光的光子能量为12.09eV
C．光电管阴极K 材料的逸出功可以表达为
D．光电管阴极K 材料的逸出功可能为10.09eV
【变式训练】（24-25 高三下·安徽六安一中·模拟预测）在光学天文望远镜中，光电倍增管利用光电效应将
微弱的光线信号转换为电子信号并进行放大。光电效应实验装置如图甲所示，用①、②、③三种单色光分
别照射光电管的阴极K，得到的光电流I 与光电管两端电压U 的关系如图乙所示。则（ ）
A．一切光照射到阴极K 都能发生光电效应
B．测量Uc的大小时，滑片P 应向a 端移动
C．③光的频率小于①光的频率
D．②光的强度大于①光的强度
考点三 原子的核式结构
知识点 原子的核式结构模型
1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。
2．α 粒子散射实验
(1)装置：1909—1911 年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α 粒子轰击金箔的实验，实验装置
如图所示。
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(2)现象：实验发现绝大多数α 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α 粒子发生了大角
度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。(如
所示
图
)
3．原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在
核里，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。
考向 原子的核式结构
例1（24-25 高三下·安徽六安一中·模拟预测）下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关
的是（ ）
A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象
B．
粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象
C．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象
D．含铀的矿物质自发向外放出
射线（高速电子流）的现象
【变式训练】（24-25 高三下·安徽合肥一中·素养拓展训练4）图中的（a）、（b）、（c）、（d）四幅图
涉及不同的原子物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．根据图（a）所示的三种射线在磁场中的轨迹，可以判断出“1”为
射线
B．如图（b）所示，发生光电效应时，入射光光强越强，光电子的最大初动能越大
C．玻尔通过图（c）所示的
粒子散射实验，揭示了原子核还可以再分
D．利用图（d）所示的氢原子能级示意图，可以解释氢原子光谱为何不是连续光谱
考点四 氢原子能级及能级跃迁
知识点1.玻尔的原子模型
（1）玻尔理论
①轨道量子化与定态：电子的轨道是 量子化 的。电子在这些轨道上绕核的运动是 稳定 的，不产生
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电磁辐射。因此，原子的能量也只能取一系列 特定 的值，这些量子化的能量值叫作 能级 。原子中
这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作 基态 ，其他的状态叫作 激发态 。
②频率条件：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个
定态的能量差决定，即hν＝ En－Em （m＜n，h 是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s）。
（2）氢原子的能级图
知识点2 能级跃迁的理解
1.（1）自发跃迁：高能级（n）
低能级（m）→放出能量，发射光子，hν＝En－Em。
（2）受激跃迁：低能级（m）
高能级（n）→吸收能量。
①光照（吸收光子）：光子的能量必须恰好等于能级差，hν＝En－Em。
注意 如果光子的能量大于电离能，光子也会被吸收，原子会发生电离。
②碰撞、加热等：只要入射粒子的能量大于或等于能级差即可，E 外≥En－Em。
2.电离的理解
（1）电离态：n＝∞，E＝0。
（2）电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。
例如，对于氢原子：
①基态→电离态：E 吸＝0－（－13.6 eV）＝13.6 eV，即为基态的电离能。
②n＝2→电离态：E 吸＝0－E2＝3.4 eV，即为n＝2 激发态的电离能。
如果吸收能量足够大，克服电离能后，电离出的自由电子还具有动能。
考向1 玻尔理论的理解与计算
例1（24-25 高三下·安徽六安一中·学业水平考试）氢原子部分能级示意图如题所示，不同色光的光子能量
如下表所示。
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色光
赤
橙
黄
绿
蓝—靛
紫
光子能量范围
（eV）
1.61~2.00
2.00~2.07
2.07~2.14
2.14~2.53
2.53~2.76
2.76~3.10
处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2 条，其颜色分别为（ ）
A．红、蓝靛
B．黄、绿
C．红、紫
D．蓝靛、紫
【变式训练】（24-25 高三·安徽合肥集团校·最后一卷）氢原子从能级A 跃迁到能级B，吸收频率
1的光
子，从能级A 跃迁到能级C 释放频率
2的光子，若
2＞
1则当它从能级C 跃迁到能级B 将（ ）
A．吸收频率为
2 +
1的光子
B．吸收频率为
2 −
1的光子
C．放出频率为
2 +
1的光子
D．放出频率为
2 −
1的光子
考向2 能级跃迁与光学结合
例2 （2025·安徽阜阳一中·高考模拟八）北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025 年建
成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X 光波段，波长范围约为10-5m～10-11m，对应能量范围约为
10-1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到
广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同
步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的
总能量约为104eV。下列说法正确的是（ ）
A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样
B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离
C．蛋白质分子的线度约为10-8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样
D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
【变式训练】（2025·安徽合肥八中·模拟预测）图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=4 的激发态，在
向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV 的金属钠，则（ ）
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A．用0.80eV 的光子照射n=4 能级的氢原子，可使氢原子电离
B．n=4 跃迁到n=1 放出的光子波长最长
C．有4 种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D．逸出光电子的最大初动能为12.75eV
考点五 原子核的衰变与半衰期
知识点1 三种射线的比较
知识点2 α 衰变、β 衰变
1.α 衰变、β 衰变的比较
2.衰变次数的计算方法
种类
α 射线
β 射线
γ 射线
组成
高速氦核流
高速电子流
光子流(高频电磁波)
电荷量
2e
-e
0
质量
4mp,
mp=1.67×10-27 kg
mp
1 836
静止质量为零
速度
0.1c
0.99c
c
在电场、
磁场中
偏转
与α 射线偏转方向相反
不偏转
贯穿本领
最弱,用纸能挡住
较强,能穿透几毫米的铝板
最强,能穿透几厘米的铅板
对空气的
电离作用
很强
较弱
很弱
衰变类型
α 衰变
β 衰变
衰变方程
Z
A X →Z −2
A −4Y +2
4He
Z
A X →Z +1
A
Y +-1
0 e
衰变实质
2 个质子和2 个中子结合成一个整体射出
1 个中子转化为1 个质子和1 个电子
21
1H+20
1n→2
4He
0
1n→1
1 H +-1
0 e
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
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若Z
A X →Z '
A 'Y+n2
4He+m-1
0 e
则A=A'+4n,Z=Z'+2n-m
解以上两式即可求出m 和n。
3..半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。
根据半衰期的概念,可总结出公式N 余=N 原
1
2
t
τ
,m 余=m 原
1
2
t
τ
。式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原
子数和质量,N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t 表示衰变时间,τ 表示半衰期。
考向 α、β 衰变的理解和计算
例1（24-25 高三下·安徽蚌埠二中·最后一卷）下列说法正确的是（ ）
A．
产物结合能大于反应物的结合能
B．光电效应中仅增强入射光的强度，饱和光电流及遏止电压将变大
C．用α 粒子轰击
得到了
和一种新的粒子，这种粒子是质子
D．某元素的半衰期为10 天，若有100 个此原子核，经过20 天将衰变75 个原子核
【变式训练】（2025·安徽六安一中·模拟预测）根据所学的物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．β 衰变的本质是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流
B．在核反应方程
中，X 是正电子
C．铀核（92
238U）衰变为铅核（82
206Pb）的过程中，要经过8 次α 衰变和6 次β 衰变
D．
是重核裂变，X 是α 粒子
考点六 核反应方程
知识点1 核反应的四种类型
1.核反应的四种类型
类型
可控性
核反应方程典例
衰变α 衰变
自发
92
238U →90
234Th+2
4He
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β 衰变
自发
90
234Th→91
234Pa+-1
0 e
人工转变
人工控制
7
14 N +2
4He→8
17O+1
1H(卢瑟福发现质子)
2
4He+4
9Be→6
12C +0
1n(查德威克发现中子)
13
27Al+2
4He→15
30 P+0
1n
(约里奥-居里夫妇发现放射性同位素)
15
30 P→14
30Si+1
0e
重核
裂变
比较容易进
行人工控制
92
235U +0
1n→56
144Ba+36
89Kr+30
1n
92
235U +0
1n→54
136Xe+38
90Sr+100
1n
轻核聚变
很难控制
1
2 H +1
3 H →2
4He+0
1n
2.核反应方程的书写
(1)熟记常见粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子(1
1H)、中子(0
1n)、α 粒子(2
4He)、β 粒子(-1
0
e)、正电子(1
0e)、氘核(1
2H)、氚核(1
3H)等。
(2)掌握核反应方程遵循的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据。由于核反应
不可逆,因此书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。
(3)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒。
知识点2 核力、结合能、质量亏损
1.核力
（1）定义：原子核中的核子之间存在的一种很强的相互作用力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳
定的原子核。
（2）特点
①核力是强相互作用的一种表现。
②核力是短程力，作用范围只有约10－15 m，即原子核的大小。
2.结合能
原子核是核子凭借 核力 结合在一起构成的，要把它们分开，也需要 能量 ，这就是原子核的结合能。
3.比结合能
（1）定义：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。
（2）特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核
越稳定。
4.质能方程、质量亏损
爱因斯坦质能方程E＝ mc2 。原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这就是质量亏损。质量亏损
表明，的确存在着原子核的 结合能 。
5.计算核能的三种方法
（1）根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，ΔE 的单位是“J”。
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（2）根据ΔE＝Δm×931.5 MeV 计算。因1 原子质量单位（u）相当于931.5 MeV 的能量，所以计算时
Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”。
（3）根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。
考向1 核力 结合能 比结合能
例1（2025·安徽合肥八中·模拟预测）1896 年，法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射性现象，推开了原
子世界的大门。关于原子物理，下列说法正确的是（ ）
A．
衰变释放出电子，说明原子核内有电子
B．原子核的比结合能越大，原子核越稳定
C．某放射性元素的半衰期为3 小时，4 个该元素的原子核经过3 小时之后变成2 个
D．科学家寻找“119 号”元素的方程为
，其中A=296
【变式训练1】（24-25 高三下·安徽九师联考·模拟）已知氕核质量为2.0141u，氚核质量为3.0161u，氦核
质量为4.0026u，中子质量为1.0087u，阿伏加德罗常数
，氘核摩尔质量为
，
相当于931MeV，核聚变反应方程式为
，下列说法正确的是（ ）
A．核聚变反应中每个核子释放的能量跟核裂变反应中相等
B．氘核的比结合能比氦核的小，氘核比氦核更稳定
C．氘核与氚核的间距达到
就能发生核聚变，聚变反应比裂变反应更安全，清洁
D．6g 的氘完全参与聚变释放出能量约为
【变式训练2】（2025·安徽·一模）钾
是一种自然存在的放射性同位素，可以发生
和
两种衰变。
发生
衰变的核反应方程为
，释放的核能为
；发生
衰变的核反应方程为
，释放的核能为
，且
。已知钾
的比结合能为E，若测得实验室中发生衰变部
分的钾
质量为m，下列说法正确的是（ ）
A．
原子核的质量小于
原子核的质量
B．
原子核的质量大于
原子核的质量
C．
的比结合能为
D．
考向2 核反应的辨别与应用
例2 （24-25 高三下·安徽芜湖安师大附中·模拟）下列图片及其相应描述正确的是（ ）
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A．图1 中的核反应是一种链式反应，其中
的质量大于
、
与一个中子的质量之和
B．图2 中三种射线中丙射线的贯穿本领最强
C．图3 中电子干涉图样证实了电子的粒子性
D．图4 中为使快中子减速，需将镉棒插入深些
【变式训练】（2025·安徽芜湖·二模）2025 年3 月28 日，中核集团新一代人造太阳“中国环流三号”，首
次实现原子核温度1.17 亿度、电子温度1.6 亿度的参数水平，标志着中国可控核聚变向工程化应用迈出重
要一步。下列关于轻核聚变说法正确的是（ ）
A．与核裂变相比，相同质量的核燃料，聚变反应中产生的能量比较少
B．“人造太阳”中的核反应方程为
，其中X 为中子
C．目前我国利用核聚变发电已进入实用阶段
D．轻核发生聚变后，比结合能减少，因此反应中释放能量
1．（2024·安徽·高考真题）大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用
的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于
，当大量处于
能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（ ）
A．1 种
B．2 种
C．3 种
D．4 种
2．（2023·全国乙卷·高考真题）2022 年10 月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国
的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射
线暴在1 分钟内释放的能量量级为
。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的
质量量级为（光速为
）
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