3—5模块（必考点）

张北春

2017年高考考试大纲将选修3-5模块由选考改为必考，引起了社会和考生的关注，为了调整备考策略达到科学备考的目的，针对考纲的重大调整就拓展学习的广度与深度做一专题辅导，供同学们复习时参考。

一、考情分析

1.本部分知识结构

3.命题分析

物理选修3-5的内容主要有：动量定理和动量守恒定律，光电效应和波粒二象性，原子结构和原子核。选修3-5的内容列为必考内容分析：（1）选修3-5中动量定理和动量守恒定律是物理学的重要规律，是解决动力学问题的三大支柱之一（力的观点、能量观点、动量观点），为考生进入大学理工科学习奠定更好的基础。（2）选修3-5中的光电效应和波粒二象性，原子结构和原子核是20世纪后近代物理的重要内容，量子理论把人们引入了微观世界。

4.命题变化

选修3-5的内容列为必考内容后，高考理综试卷中物理部分最有可能出现如下变化中之一：（1）选择题出一道原子物理，计算题含动量，例如可以在力学计算题中加入碰撞模型；在电磁感应计算题以切割磁感线的两杆相互作用模型命题；也可以在带电粒子在电磁场中的运动中加入带电微粒的碰撞等。（2）选择题出一道动量，计算题含原子物理，例如将恒星的热核反应与天体演化、太阳能的利用、天体运动等综合为一题考查。（3）将选修3-5的内容的考查浓缩成一个综合性的选择题；（4）在实验题中考查验证动量守恒定律。

5.命题预测

预计2017年高考对本模块动量命题一般采用以下三种形式：一是设置碰撞模型，结合能量守恒定律、动能定理等重点知识考查；二是设置板块模型，结合功能关系、动能定理等重点知识考查；三是以速度图象给出解题信息，结合动量守恒定律、动量定理、能量守恒定律、动能定理等重点知识考查。对本模块原子物理命题：一是单独命题考查氢原子光谱，或能级（包括波尔理论、光的发射和吸收），或光电效应；二是将氢原子光谱、能级、光电效应有机结合综合考查；三是把氢原子光谱、能级、光电效应作为选择题的某些选项，与原子核物理、原子结构的其他知识结合考查；四是将对原子核物理相关知识的考查与能级、光电效应结合，以达到一题考查多个知识点，增大高考试题覆蓋面的目的。

选修3-5的内容列为必考内容后，为了平稳过渡，作为考纲调整后的首次高考命题，预计必考题中应该只是增加含有选修3-5的内容元素，总体难度将会保持不变。

二、考点例析

（一）原子物理部分

2017年高考考试说明中的要求如下：

考点1：氢原子光谱

例1.关于物质的吸收光谱和明线光谱之间的关系，下列说法中正确的是（ ）

A.吸收光谱和明线光谱的产生方法不同，它们的谱线互不相关

B.同种物质吸收光谱中的暗线跟它明线光谱中的明线相对应

C.明线光谱与吸收光谱都是原子光谱，它们的特征谱线相对应

D.明线光谱与吸收光谱都可以用于光谱分析，以鉴别物质和确定化学组成

解析：明线光谱与吸收光谱都是原子的特征谱线，但是明线光谱叫原子光谱，吸收光谱不是原子光谱。答案选BD。

点评：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长 （频率）和强度分布的记录，即光谱。光谱分类：（1）线状谱：有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。（2）连续谱：有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。

考点2：氢原子的能级结构、能级公式

例2.图1为氢原子的能级图，大量处于某一激发态的氢原子跃迁时，可能发出所有的光子中，其中频率最高的光子能量为-0.96E1，以下判断正确的是（ ）

A.频率最小的光子的能量为0.31 eV，这些光子可具有10种不同的频率

B.频率最小的光子的能量为1.39 eV，这些光子可具有10种不同的频率

C.频率最小的光子的能量为0.31 eV，这些光子可具有5种不同的频率

D.频率最小的光子的能量为0.31 eV，这些光子可具有5种不同的频率

解析：频率最高的光子能量为-0.96E1，即En-E1=-0.96E1，则En=E1-0.96E1= -13.6 eV-0.96×（-13.6 eV）=-0.54 eV，即n=5，从n=5能级开始跃迁，这些光子能发出的频率数n==10种。频率最小的光子是从n=5能级跃迁到n=4能级，其能量为Emin=-0.54 eV-（-0.85 eV）=0.31 eV。只有选项A正确。

点评：氢原子由低能级向高能级跃迁，此类问题可分为三种情况：①光子照射氢原子，当光子的能量小于电离能时，只能满足光子的能量为两定态间能级差时才能被吸收。②光子照射氢原子，当光子的能量大于电离能时，任何能量的光子都能被吸收，吸收的能量一部分用来使电子电离，另一部分可用来增加电子离开核的吸引后的动能。③当粒子与原子碰撞（如电子与氢原子碰撞）时，由于实物的动能可全部或部分被氢原子吸收，故只要入射粒子的动能大于或等于原子两能级的能量差，就可以使原子受激发而向高能级跃迁。

考点3：原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期

例3.下列有关放射性知识的说法中正确的是（ ）

A.衰变成要经过6次β衰变和8次α衰变

B.氡的半衰期为3.8天，若有16个氡原子核，经过7.6天后一定只剩下4个氡原子核

C.放射性元素发生β衰变时所释放出电子是原子核内的中子转化为质子时产生的

D.β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱

解析：由质量数、电荷数守恒知，选项A正确。少量原子核不适用衰变规律，选项B错误。β衰变方程为→→，选项C正确。β射线的实质是高速电子流，不是电磁波，选项D错误。答案选AC。

点评：原子的核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。原子核的衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化称为衰变。在原子核的衰变过程中，电荷数和质量数守恒。半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间，称为该元素的半衰期。

考点4：放射性同位素

例4.关于放射性，下列说法错误的是（ ）

A.放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用

B.对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理

C.γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置

D.对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的

解析：放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但也会对人体的正常细胞有伤害，选项A错误。正因为放射线具有伤害作用，选项B、C、D均正确。答案选A。

点评：放射性同位素的应用：（1）利用它的射线：由于γ射线贯穿本领强，可以用检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪。（2）作为示踪原子：用于工业、农业及生物研究等。

考點5：核力、核反应方程

例5.下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是（ ）

A.++

B.+ ++

C.+ +

D. +

解析：++是查德威克发现中子的核反应方程，选项A错误。+++是重核裂变，选项B错误。轻核结合成质量较大的核叫聚变，选项C正确。+是β衰变，选项D错误。答案选C。

点评：解决核反应方程这类问题的方法：一是要掌握核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒的规律；二是要熟悉和掌握教材中出现的重要核反应方程式，并知道其意义；三是要熟记常见的基本粒子的符号，如质子、中子等等，另外还要注意在写核反应方程时，不能无中生有，必须是确实存在、有实验基础的核反应。还需注意核反应通常是不可逆的，方程中只能用箭头“→”连接并指示反应方向，而不是用等号“=”连接。

考点6：结合能、质量亏损

例6.关于原子核的结合能，下面说法正确的是（ ）

A.用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核，不可能使氘核分解为一个质子和一个中子

B.在原子核中，比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固

C.在核反应中，总体上，只有比结合能较小的原子核反应成比结合能较大的原子核才会释放核能

D.核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能

解析：核子结合成原子核与原子核分解为核子是逆过程，质量的变化相等，能量的变化也相等，故用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核，还要另给它们分离时所需要的足够的动能（光子方向有动量），所以不可能使氘核分解为一个质子和一个中子，选项A正确。在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，选项B错误。在核反应中，比结合能较小的核变成比结合能较大的核会放出核能，选项C正确。核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，选项D正确。答案选ACD。

点评：原子核分解成核子时，也需要吸收同样的能量，这个能量叫做原子核的结合能。质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，表明它们在互相结合过程中放出了能量：ΔE=Δmc2。爱因斯坦质能方程： E=mc2式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量。

考点7：裂变反应和聚变反应、裂变反应堆

例7.在开发核聚变能（被人们形象地称为“人造太阳”）的路上，中国已从“跟跑者”“并跑者”，成长为具备强大国际输出能力的“领跑者”。重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，关于裂变和聚变，在下列叙述中，正确的是（ ）

A.裂变过程和聚变过程都有质量亏损

B.核聚变反应方程++中，表示质子

C.裂变和聚变都释放出巨大能量

D.氢弹的核反应属于裂变，原子弹的核反应属于核聚变

解析：裂变和聚变都释放出巨大能量，都伴随着质量的亏损，选项AC正确；核聚变反应方程++中，表示中子，选项B错误；原子弹的核反应属于裂变，氢弹的核反应属于核聚变，选项D错误。答案选AC。

点评：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。

考点8：放射性的危害和防护

例8.下列事件中属于核辐射给人类带来环境灾难的是（ ）

A.2016年10月19日印度尼西亚爪哇海附近发生6.2级地震

B.1991年海湾战争中，美军大量使用了贫铀弹

C.2013年2月美国华盛顿州一处核设施发生核泄漏

D.1986年4月26日苏联切尔诺贝利核电站爆炸

解析：地震不属于核辐射给人类带来的环境灾难，故A错误；贫铀弹是一种新武器，其爆炸后所弥散的贫铀将长时间影响人类的生存环境，对人体产生慢性伤害，故B正确；核泄漏出高浓度的放射性物质可伤害人体细胞，故C正确；苏联切尔诺贝利核电站4号机组发生爆炸，泄露的能量相当于200颗广岛原子弹，这是人类历史上迄今为止最严重的核事故，造成了极严重的后果。30年过去了，切尔诺贝利依然是一座死城，故D正确。答案选BCD。

点评：放射性的防护：（1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄；（2）用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里；（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。

考点9：光电效应

例9.用如图2所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA。滑动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表读数为0。则（ ）

A.光电管阴极的逸出功为1.8 eV

B.开关S断开后，没有电流流过电流表G

C.光电子的最大初动能为0.7 eV

D.改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小

解析：该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为0.7 eV，根据光电效应方程Ekmax=hv-W0，W0=1.8 eV，故A、C正确；开关S断开后，用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故B错误；改用能量为1.5 eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D错误。答案选AC。

点评：光电子的最大初动能、光电流强度及入射光强度的关系：在光电效应中，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关；“光电流强度”指的是光电流的最大值（亦称饱和值），它正比于入射光的强度；“入射光的强度”指的是单位时間内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率不变的情况下，光强度正比于单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数。温馨提示：波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。

考点10： 爱因斯坦光电效应方程

例10.光电效应中，从同一金属逸出的电子动能的最大值（ ）

A.只跟入射光的频率有关

B.只跟入射光的强度有关

C.跟入射光的频率和强度都有关

D.除跟入射光的频率和强度有关外，还与光照的时间有关

解析：由爱因斯坦光电效应方程Ek==hν-W0知，从同一金属逸出的光电子的最大初动能仅与入射光的频率有关，故仅A选项正确。答案选A。

点评：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek=mv2，是能量守恒的必然结果。