3—5模塊（必考點(diǎn)）

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(huì)和考生的關(guān)注，為了調(diào)整備考策略達(dá)到科學(xué)備考的目的，針對(duì)考綱的重大調(diào)整就拓展學(xué)習(xí)的廣度與深度做一專題輔導(dǎo)，供同學(xué)們復(fù)習(xí)時(shí)參考。

一、考情分析

1.本部分知識(shí)結(jié)構(gòu)

3.命題分析

物理選修3-5的內(nèi)容主要有：動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律，光電效應(yīng)和波粒二象性，原子結(jié)構(gòu)和原子核。選修3-5的內(nèi)容列為必考內(nèi)容分析：（1）選修3-5中動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律是物理學(xué)的重要規(guī)律，是解決動(dòng)力學(xué)問題的三大支柱之一（力的觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)、動(dòng)量觀點(diǎn)），為考生進(jìn)入大學(xué)理工科學(xué)習(xí)奠定更好的基礎(chǔ)。（2）選修3-5中的光電效應(yīng)和波粒二象性，原子結(jié)構(gòu)和原子核是20世紀(jì)后近代物理的重要內(nèi)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(nèi)容列為必考內(nèi)容后，高考理綜試卷中物理部分最有可能出現(xiàn)如下變化中之一：（1）選擇題出一道原子物理，計(jì)算題含動(dòng)量，例如可以在力學(xué)計(jì)算題中加入碰撞模型；在電磁感應(yīng)計(jì)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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)中加入帶電微粒的碰撞等。（2）選擇題出一道動(dòng)量，計(jì)算題含原子物理，例如將恒星的熱核反應(yīng)與天體演化、太陽能的利用、天體運(yùn)動(dòng)等綜合為一題考查。（3）將選修3-5的內(nèi)容的考查濃縮成一個(gè)綜合性的選擇題；（4）在實(shí)驗(yàn)題中考查驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。

5.命題預(yù)測(cè)

預(yù)計(jì)2017年高考對(duì)本模塊動(dòng)量命題一般采用以下三種形式：一是設(shè)置碰撞模型，結(jié)合能量守恒定律、動(dòng)能定理等重點(diǎn)知識(shí)考查；二是設(shè)置板塊模型，結(jié)合功能關(guān)系、動(dòng)能定理等重點(diǎn)知識(shí)考查；三是以速度圖象給出解題信息，結(jié)合動(dòng)量守恒定律、動(dòng)量定理、能量守恒定律、動(dòng)能定理等重點(diǎn)知識(shí)考查。對(duì)本模塊原子物理命題：一是單獨(dú)命題考查氫原子光譜，或能級(jí)（包括波爾理論、光的發(fā)射和吸收），或光電效應(yīng)；二是將氫原子光譜、能級(jí)、光電效應(yīng)有機(jī)結(jié)合綜合考查；三是把氫原子光譜、能級(jí)、光電效應(yīng)作為選擇題的某些選項(xiàng)，與原子核物理、原子結(jié)構(gòu)的其他知識(shí)結(jié)合考查；四是將對(duì)原子核物理相關(guān)知識(shí)的考查與能級(jí)、光電效應(yīng)結(jié)合，以達(dá)到一題考查多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，增大高考試題覆蓋面的目的。

選修3-5的內(nèi)容列為必考內(nèi)容后，為了平穩(wěn)過渡，作為考綱調(diào)整后的首次高考命題，預(yù)計(jì)必考題中應(yīng)該只是增加含有選修3-5的內(nèi)容元素，總體難度將會(huì)保持不變。

二、考點(diǎn)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(diǎn)1：氫原子光譜

例1.關(guān)于物質(zhì)的吸收光譜和明線光譜之間的關(guān)系，下列說法中正確的是（ ）

A.吸收光譜和明線光譜的產(chǎn)生方法不同，它們的譜線互不相關(guān)

B.同種物質(zhì)吸收光譜中的暗線跟它明線光譜中的明線相對(duì)應(yīng)

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(duì)應(yīng)

D.明線光譜與吸收光譜都可以用于光譜分析，以鑒別物質(zhì)和確定化學(xué)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(diǎn)評(píng)：用光柵或棱鏡可以把光按波長(zhǎng)展開，獲得光的波長(zhǎng) （頻率）和強(qiáng)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(xù)譜：有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜。

考點(diǎn)2：氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式

例2.圖1為氫原子的能級(jí)圖，大量處于某一激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，可能發(fā)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(jí)開始躍遷，這些光子能發(fā)出的頻率數(shù)n==10種。頻率最小的光子是從n=5能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)，其能量為Emin=-0.54 eV-（-0.85 eV）=0.31 eV。只有選項(xiàng)A正確。

點(diǎn)評(píng)：氫原子由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，此類問題可分為三種情況：①光子照射氫原子，當(dāng)光子的能量小于電離能時(shí)，只能滿足光子的能量為兩定態(tài)間能級(jí)差時(shí)才能被吸收。②光子照射氫原子，當(dāng)光子的能量大于電離能時(shí)，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(dòng)能。③當(dāng)粒子與原子碰撞（如電子與氫原子碰撞）時(shí)，由于實(shí)物的動(dòng)能可全部或部分被氫原子吸收，故只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子兩能級(jí)的能量差，就可以使原子受激發(fā)而向高能級(jí)躍遷。

考點(diǎn)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(guān)放射性知識(shí)的說法中正確的是（ ）

A.衰變成要經(jīng)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(gè)氡原子核，經(jīng)過7.6天后一定只剩下4個(gè)氡原子核

C.放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放出電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的

D.β射線與γ射線一樣是電磁波，但穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比γ射線弱

解析：由質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒知，選項(xiàng)A正確。少量原子核不適用衰變規(guī)律，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。β衰變方程為→→，選項(xiàng)C正確。β射線的實(shí)質(zhì)是高速電子流，不是電磁波，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案選AC。

點(diǎn)評(píng)：原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心存在一個(gè)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(zhì)量，帶負(fù)電荷的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。原子核的衰變：原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的變化稱為衰變。在原子核的衰變過程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒。半衰期：放射性元素的原子核的半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間，稱為該元素的半衰期。

考點(diǎn)4：放射性同位素

例4.關(guān)于放射性，下列說法錯(cuò)誤的是（ ）

A.放射線能殺傷癌細(xì)胞或阻止癌細(xì)胞分裂，對(duì)人體的正常細(xì)胞不會(huì)有傷害作用

B.對(duì)放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進(jìn)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(duì)可能有放射性污染的場(chǎng)所或物品進(jìn)行檢測(cè)是很有必要的

解析：放射線能殺傷癌細(xì)胞或阻止癌細(xì)胞分裂，但也會(huì)對(duì)人體的正常細(xì)胞有傷害，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。正因?yàn)榉派渚€具有傷害作用，選項(xiàng)B、C、D均正確。答案選A。

點(diǎn)評(píng)：放射性同位素的應(yīng)用：（1）利用它的射線：由于γ射線貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，可以用檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設(shè)備叫γ射線探傷儀。（2）作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究等。

考點(diǎn)5：核力、核反應(yīng)方程

例5.下列核反應(yīng)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(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。+++是重核裂變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核叫聚變，選項(xiàng)C正確。+是β衰變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案選C。

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

考點(diǎn)6：結(jié)合能、質(zhì)量虧損

例6.關(guān)于原子核的結(jié)合能，下面說法正確的是（ ）

A.用能量等于氘核結(jié)合能的光子照射靜止氘核，不可能使氘核分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子

B.在原子核中，比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固

C.在核反應(yīng)中，總體上，只有比結(jié)合能較小的原子核反應(yīng)成比結(jié)合能較大的原子核才會(huì)釋放核能

D.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

解析：核子結(jié)合成原子核與原子核分解為核子是逆過程，質(zhì)量的變化相等，能量的變化也相等，故用能量等于氘核結(jié)合能的光子照射靜止氘核，還要另給它們分離時(shí)所需要的足夠的動(dòng)能（光子方向有動(dòng)量），所以不可能使氘核分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，選項(xiàng)A正確。在原子核中，比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。在核反應(yīng)中，比結(jié)合能較小的核變成比結(jié)合能較大的核會(huì)放出核能，選項(xiàng)C正確。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，選項(xiàng)D正確。答案選ACD。

點(diǎn)評(píng)：原子核分解成核子時(shí)，也需要吸收同樣的能量，這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能。質(zhì)量虧損：原子分解為核子時(shí)，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時(shí)，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損。核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm，表明它們?cè)诨ハ嘟Y(jié)合過程中放出了能量：ΔE=Δmc2。愛因斯坦質(zhì)能方程： E=mc2式中c是真空中的光速，m是物體的質(zhì)量，E是物體的能量。

考點(diǎn)7：裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆

例7.在開發(fā)核聚變能（被人們形象地稱為“人造太陽”）的路上，中國(guó)已從“跟跑者”“并跑者”，成長(zhǎng)為具備強(qiáng)大國(guó)際輸出能力的“領(lǐng)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(guān)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(zhì)量虧損

B.核聚變反應(yīng)方程++中，表示質(zhì)子

C.裂變和聚變都釋放出巨大能量

D.氫彈的核反應(yīng)屬于裂變，原子彈的核反應(yīng)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(zhì)量的虧損，選項(xiàng)AC正確；核聚變反應(yīng)方程++中，表示中子，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；原子彈的核反應(yīng)屬于裂變，氫彈的核反應(yīng)屬于核聚變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案選AC。

點(diǎn)評(píng)：重核在一定條件下轉(zhuǎn)變成兩個(gè)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)，叫做原子核的裂變反應(yīng)。輕的原子核聚合成較重的原子核的反應(yīng)，稱為聚變反應(yīng)。

考點(diǎn)8：放射性的危害和防護(hù)

例8.下列事件中屬于核輻射給人類帶來環(huán)境災(zāi)難的是（ ）

A.2016年10月19日印度尼西亞爪哇海附近發(fā)生6.2級(jí)地震

B.1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍大量使用了貧鈾彈

C.2013年2月美國(guó)華盛頓州一處核設(shè)施發(fā)生核泄漏

D.1986年4月26日蘇聯(lián)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(huán)境災(zāi)難，故A錯(cuò)誤；貧鈾彈是一種新武器，其爆炸后所彌散的貧鈾將長(zhǎng)時(shí)間影響人類的生存環(huán)境，對(duì)人體產(chǎn)生慢性傷害，故B正確；核泄漏出高濃度的放射性物質(zhì)可傷害人體細(xì)胞，故C正確；蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站4號(hào)機(jī)組發(fā)生爆炸，泄露的能量相當(dāng)于200顆廣島原子彈，這是人類歷史上迄今為止最嚴(yán)重的核事故，造成了極嚴(yán)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(diǎn)評(píng)：放射性的防護(hù)：（1）在核電站的核反應(yīng)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(nèi)，并埋在深海里；（3）在生活中要有防范意識(shí)，盡可能遠(yuǎn)離放射源。

考點(diǎn)9：光電效應(yīng)

例9.用如圖2所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為0.2 mA。滑動(dòng)變阻器的觸點(diǎn)c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時(shí)，電流表讀數(shù)為0。則（ ）

A.光電管陰極的逸出功為1.8 eV

B.開關(guān)S斷開后，沒有電流流過電流表G

C.光電子的最大初動(dòng)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(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時(shí)，電流表示數(shù)為0，知道光電子點(diǎn)的最大初動(dòng)能為0.7 eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekmax=hv-W0，W0=1.8 eV，故A、C正確；開關(guān)S斷開后，用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，有光電子逸出，則有電流流過電流表，故B錯(cuò)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(fā)生光電效應(yīng)，無光電流，故D錯(cuò)誤。答案選AC。

點(diǎn)評(píng)：光電子的最大初動(dòng)能、光電流強(qiáng)度及入射光強(qiáng)度的關(guān)系：在光電效應(yīng)中，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)；“光電流強(qiáng)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(qiáng)度；“入射光的強(qiáng)度”指的是單位時(shí)間內(nèi)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(qiáng)度正比于單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積的光子數(shù)。溫馨提示：波粒二象性中所說的波是一種概率波，對(duì)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(xù)性，是一份能量。

考點(diǎn)10： 愛因斯坦光電效應(yīng)方程

例10.光電效應(yīng)中，從同一金屬逸出的電子動(dòng)能的最大值（ ）

A.只跟入射光的頻率有關(guān)

B.只跟入射光的強(qiáng)度有關(guān)

C.跟入射光的頻率和強(qiáng)度都有關(guān)

D.除跟入射光的頻率和強(qiáng)度有關(guān)外，還與光照的時(shí)間有關(guān)

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

點(diǎn)評(píng)：金屬中的電子吸收一個(gè)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(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能Ek=mv2，是能量守恒的必然結(jié)果。