3—5模塊（必考點）

張北春

2017年高考考試大綱將選修3-5模塊由選考改為必考，引起了社會和考生的關注，為了調整備考策略達到科學備考的目的，針對考綱的重大調整就拓展學習的廣度與深度做一專題輔導，供同學們復習時參考。

一、考情分析

1.本部分知識結構

3.命題分析

物理選修3-5的內容主要有：動量定理和動量守恒定律，光電效應和波粒二象性，原子結構和原子核。選修3-5的內容列為必考內容分析：（1）選修3-5中動量定理和動量守恒定律是物理學的重要規律，是解決動力學問題的三大支柱之一（力的觀點、能量觀點、動量觀點），為考生進入大學理工科學習奠定更好的基礎。（2）選修3-5中的光電效應和波粒二象性，原子結構和原子核是20世紀后近代物理的重要內容，量子理論把人們引入了微觀世界。

4.命題變化

選修3-5的內容列為必考內容后，高考理綜試卷中物理部分最有可能出現如下變化中之一：（1）選擇題出一道原子物理，計算題含動量，例如可以在力學計算題中加入碰撞模型；在電磁感應計算題以切割磁感線的兩桿相互作用模型命題；也可以在帶電粒子在電磁場中的運動中加入帶電微粒的碰撞等。（2）選擇題出一道動量，計算題含原子物理，例如將恒星的熱核反應與天體演化、太陽能的利用、天體運動等綜合為一題考查。（3）將選修3-5的內容的考查濃縮成一個綜合性的選擇題；（4）在實驗題中考查驗證動量守恒定律。

5.命題預測

預計2017年高考對本模塊動量命題一般采用以下三種形式：一是設置碰撞模型，結合能量守恒定律、動能定理等重點知識考查；二是設置板塊模型，結合功能關系、動能定理等重點知識考查；三是以速度圖象給出解題信息，結合動量守恒定律、動量定理、能量守恒定律、動能定理等重點知識考查。對本模塊原子物理命題：一是單獨命題考查氫原子光譜，或能級（包括波爾理論、光的發射和吸收），或光電效應；二是將氫原子光譜、能級、光電效應有機結合綜合考查；三是把氫原子光譜、能級、光電效應作為選擇題的某些選項，與原子核物理、原子結構的其他知識結合考查；四是將對原子核物理相關知識的考查與能級、光電效應結合，以達到一題考查多個知識點，增大高考試題覆蓋面的目的。

選修3-5的內容列為必考內容后，為了平穩過渡，作為考綱調整后的首次高考命題，預計必考題中應該只是增加含有選修3-5的內容元素，總體難度將會保持不變。

二、考點例析

（一）原子物理部分

2017年高考考試說明中的要求如下：

考點1：氫原子光譜

例1.關于物質的吸收光譜和明線光譜之間的關系，下列說法中正確的是（ ）

A.吸收光譜和明線光譜的產生方法不同，它們的譜線互不相關

B.同種物質吸收光譜中的暗線跟它明線光譜中的明線相對應

C.明線光譜與吸收光譜都是原子光譜，它們的特征譜線相對應

D.明線光譜與吸收光譜都可以用于光譜分析，以鑒別物質和確定化學組成

解析：明線光譜與吸收光譜都是原子的特征譜線，但是明線光譜叫原子光譜，吸收光譜不是原子光譜。答案選BD。

點評：用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光的波長 （頻率）和強度分布的記錄，即光譜。光譜分類：（1）線狀譜：有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫做線狀譜。（2）連續譜：有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續譜。

考點2：氫原子的能級結構、能級公式

例2.圖1為氫原子的能級圖，大量處于某一激發態的氫原子躍遷時，可能發出所有的光子中，其中頻率最高的光子能量為-0.96E1，以下判斷正確的是（ ）

A.頻率最小的光子的能量為0.31 eV，這些光子可具有10種不同的頻率

B.頻率最小的光子的能量為1.39 eV，這些光子可具有10種不同的頻率

C.頻率最小的光子的能量為0.31 eV，這些光子可具有5種不同的頻率

D.頻率最小的光子的能量為0.31 eV，這些光子可具有5種不同的頻率

解析：頻率最高的光子能量為-0.96E1，即En-E1=-0.96E1，則En=E1-0.96E1= -13.6 eV-0.96×（-13.6 eV）=-0.54 eV，即n=5，從n=5能級開始躍遷，這些光子能發出的頻率數n==10種。頻率最小的光子是從n=5能級躍遷到n=4能級，其能量為Emin=-0.54 eV-（-0.85 eV）=0.31 eV。只有選項A正確。

點評：氫原子由低能級向高能級躍遷，此類問題可分為三種情況：①光子照射氫原子，當光子的能量小于電離能時，只能滿足光子的能量為兩定態間能級差時才能被吸收。②光子照射氫原子，當光子的能量大于電離能時，任何能量的光子都能被吸收，吸收的能量一部分用來使電子電離，另一部分可用來增加電子離開核的吸引后的動能。③當粒子與原子碰撞（如電子與氫原子碰撞）時，由于實物的動能可全部或部分被氫原子吸收，故只要入射粒子的動能大于或等于原子兩能級的能量差，就可以使原子受激發而向高能級躍遷。

考點3：原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期

例3.下列有關放射性知識的說法中正確的是（ ）

A.衰變成要經過6次β衰變和8次α衰變

B.氡的半衰期為3.8天，若有16個氡原子核，經過7.6天后一定只剩下4個氡原子核

C.放射性元素發生β衰變時所釋放出電子是原子核內的中子轉化為質子時產生的

D.β射線與γ射線一樣是電磁波，但穿透本領遠比γ射線弱

解析：由質量數、電荷數守恒知，選項A正確。少量原子核不適用衰變規律，選項B錯誤。β衰變方程為→→，選項C正確。β射線的實質是高速電子流，不是電磁波，選項D錯誤。答案選AC。

點評：原子的核式結構模型：在原子中心存在一個很小的核，稱為原子核，原子核集中了原子所有正電荷和幾乎全部的質量，帶負電荷的電子在核外空間繞核旋轉。原子核的衰變：原子核由于放出某種粒子而轉變成新核的變化稱為衰變。在原子核的衰變過程中，電荷數和質量數守恒。半衰期：放射性元素的原子核的半數發生衰變所需要的時間，稱為該元素的半衰期。

考點4：放射性同位素

例4.關于放射性，下列說法錯誤的是（ ）

A.放射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，對人體的正常細胞不會有傷害作用

B.對放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進行處理

C.γ射線探傷儀中的放射源必須存放在特制的容器里，而不能隨意放置

D.對可能有放射性污染的場所或物品進行檢測是很有必要的

解析：放射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，但也會對人體的正常細胞有傷害，選項A錯誤。正因為放射線具有傷害作用，選項B、C、D均正確。答案選A。

點評：放射性同位素的應用：（1）利用它的射線：由于γ射線貫穿本領強，可以用檢查金屬內部有沒有砂眼或裂紋，所用的設備叫γ射線探傷儀。（2）作為示蹤原子：用于工業、農業及生物研究等。

考點5：核力、核反應方程

例5.下列核反應方程式中，表示核聚變過程的是（ ）

A.++

B.+ ++

C.+ +

D. +

解析：++是查德威克發現中子的核反應方程，選項A錯誤。+++是重核裂變，選項B錯誤。輕核結合成質量較大的核叫聚變，選項C正確。+是β衰變，選項D錯誤。答案選C。

點評：解決核反應方程這類問題的方法：一是要掌握核反應方程遵守質量數守恒和電荷數守恒的規律；二是要熟悉和掌握教材中出現的重要核反應方程式，并知道其意義；三是要熟記常見的基本粒子的符號，如質子、中子等等，另外還要注意在寫核反應方程時，不能無中生有，必須是確實存在、有實驗基礎的核反應。還需注意核反應通常是不可逆的，方程中只能用箭頭“→”連接并指示反應方向，而不是用等號“=”連接。

考點6：結合能、質量虧損

例6.關于原子核的結合能，下面說法正確的是（ ）

A.用能量等于氘核結合能的光子照射靜止氘核，不可能使氘核分解為一個質子和一個中子

B.在原子核中，比結合能越小表示原子核中的核子結合得越牢固

C.在核反應中，總體上，只有比結合能較小的原子核反應成比結合能較大的原子核才會釋放核能

D.核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結合能

解析：核子結合成原子核與原子核分解為核子是逆過程，質量的變化相等，能量的變化也相等，故用能量等于氘核結合能的光子照射靜止氘核，還要另給它們分離時所需要的足夠的動能（光子方向有動量），所以不可能使氘核分解為一個質子和一個中子，選項A正確。在原子核中，比結合能越大表示原子核中的核子結合得越牢固，選項B錯誤。在核反應中，比結合能較小的核變成比結合能較大的核會放出核能，選項C正確。核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結合能，選項D正確。答案選ACD。

點評：原子核分解成核子時，也需要吸收同樣的能量，這個能量叫做原子核的結合能。質量虧損：原子分解為核子時，質量增加；核子結合成原子核時，質量減少。原子核的質量小于組成原子核的核子的質量之和，叫做質量虧損。核子在結合成原子核時出現的質量虧損Δm，表明它們在互相結合過程中放出了能量：ΔE=Δmc2。愛因斯坦質能方程： E=mc2式中c是真空中的光速，m是物體的質量，E是物體的能量。

考點7：裂變反應和聚變反應、裂變反應堆

例7.在開發核聚變能（被人們形象地稱為“人造太陽”）的路上，中國已從“跟跑者”“并跑者”，成長為具備強大國際輸出能力的“領跑者”。重核裂變和輕核聚變是人類獲得核能的兩種主要途徑，關于裂變和聚變，在下列敘述中，正確的是（ ）

A.裂變過程和聚變過程都有質量虧損

B.核聚變反應方程++中，表示質子

C.裂變和聚變都釋放出巨大能量

D.氫彈的核反應屬于裂變，原子彈的核反應屬于核聚變

解析：裂變和聚變都釋放出巨大能量，都伴隨著質量的虧損，選項AC正確；核聚變反應方程++中，表示中子，選項B錯誤；原子彈的核反應屬于裂變，氫彈的核反應屬于核聚變，選項D錯誤。答案選AC。

點評：重核在一定條件下轉變成兩個中等質量的核的反應，叫做原子核的裂變反應。輕的原子核聚合成較重的原子核的反應，稱為聚變反應。

考點8：放射性的危害和防護

例8.下列事件中屬于核輻射給人類帶來環境災難的是（ ）

A.2016年10月19日印度尼西亞爪哇海附近發生6.2級地震

B.1991年海灣戰爭中，美軍大量使用了貧鈾彈

C.2013年2月美國華盛頓州一處核設施發生核泄漏

D.1986年4月26日蘇聯切爾諾貝利核電站爆炸

解析：地震不屬于核輻射給人類帶來的環境災難，故A錯誤；貧鈾彈是一種新武器，其爆炸后所彌散的貧鈾將長時間影響人類的生存環境，對人體產生慢性傷害，故B正確；核泄漏出高濃度的放射性物質可傷害人體細胞，故C正確；蘇聯切爾諾貝利核電站4號機組發生爆炸，泄露的能量相當于200顆廣島原子彈，這是人類歷史上迄今為止最嚴重的核事故，造成了極嚴重的后果。30年過去了，切爾諾貝利依然是一座死城，故D正確。答案選BCD。

點評：放射性的防護：（1）在核電站的核反應堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄；（2）用過的核廢料要放在很厚很厚的重金屬箱內，并埋在深海里；（3）在生活中要有防范意識，盡可能遠離放射源。

考點9：光電效應

例9.用如圖2所示的裝置研究光電效應現象，當用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時，電流表G的讀數為0.2 mA?；瑒幼冏杵鞯挠|點c，當電壓表的示數大于或等于0.7 V時，電流表讀數為0。則（ ）

A.光電管陰極的逸出功為1.8 eV

B.開關S斷開后，沒有電流流過電流表G

C.光電子的最大初動能為0.7 eV

D.改用能量為1.5 eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較小

解析：該裝置所加的電壓為反向電壓，發現當電壓表的示數大于或等于0.7 V時，電流表示數為0，知道光電子點的最大初動能為0.7 eV，根據光電效應方程Ekmax=hv-W0，W0=1.8 eV，故A、C正確；開關S斷開后，用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時發生了光電效應，有光電子逸出，則有電流流過電流表，故B錯誤；改用能量為1.5 eV的光子照射，由于光電子的能量小于逸出功，不能發生光電效應，無光電流，故D錯誤。答案選AC。

點評：光電子的最大初動能、光電流強度及入射光強度的關系：在光電效應中，光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，與入射光的強度無關；“光電流強度”指的是光電流的最大值（亦稱飽和值），它正比于入射光的強度；“入射光的強度”指的是單位時間內入射到金屬表面單位面積上的光子的總能量，在入射光頻率不變的情況下，光強度正比于單位時間內照射到金屬表面單位面積的光子數。溫馨提示：波粒二象性中所說的波是一種概率波，對大量光子才有意義。波粒二象性中所說的粒子，是指其不連續性，是一份能量。

考點10： 愛因斯坦光電效應方程

例10.光電效應中，從同一金屬逸出的電子動能的最大值（ ）

A.只跟入射光的頻率有關

B.只跟入射光的強度有關

C.跟入射光的頻率和強度都有關

D.除跟入射光的頻率和強度有關外，還與光照的時間有關

解析：由愛因斯坦光電效應方程Ek==hν-W0知，從同一金屬逸出的光電子的最大初動能僅與入射光的頻率有關，故僅A選項正確。答案選A。

點評：金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現為逸出后電子的最大初動能Ek=mv2，是能量守恒的必然結果。