高考总复习物理专题十三专题资料包word版

曲一线2023版《5年高考3年模拟》B版第页专题十三近代物理初步一、选择题1.自然现象|(2022甘肃兰州二模)科学家发现太阳的核聚变反应区只是中心很小的一部分,由于太阳强大的引力和磁场的束缚,使太阳内部的能量可以向外持续稳定地释放,而不会像氢弹那样瞬间爆炸,这就是可控核聚变技术的由来。太阳内部核聚变反应的一种可能形式为

12H+13H→X+01n,设

12H、13H、X和

01n的质量分别为m1、m2、A.X是

2B.该核反应释放的核能为(m3+m4-m1-m2)c2C.核反应中比结合能较小的原子核变成了比结合能较大的原子核D.核反应中核子平均质量较小的原子核变成了核子平均质量较大的原子核答案C根据质量数守恒和电荷数守恒知X的质量数为4,电荷数为2,则X是

24He,故A错误;根据质能方程知,该核反应释放的核能为ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2,故B错误;核反应方程式中生成物比反应物稳定,则生成物的比结合能大于反应物的比结合能,即核反应中比结合能较小的原子核变成了比结合能较大的原子核,又知比结合能大的原子核核子的平均质量小,故C正确2.物理科技|(2022重庆二模)我国科学家通过一种功能纳米膜成功地从海水中大规模提取铀元素,这对于国家发展具有十分重要的战略意义。用中子

01n轰击铀核

92235U,铀核发生裂变,其中一种典型反应是

92235U+01nBa+36AKr+301n。若用mU、mn、mBa、mKr分别表示

92235U、01A.方程中Z=56,A=89B.方程中mU=mBa+mKr+2mnC.只要用中子轰击铀核,就一定会发生链式反应D.释放的核能为(mU-mBa-mKr)c2答案A根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒,有235+1=144+A+3,92=Z+36,解得A=89,Z=56,故A正确;重核裂变会释放核能,伴随质量亏损,有ΔE=Δm·c2=(mU-mBa-mKr-2mn)c2,故B、D错误;发生链式反应的条件为铀块的体积大于等于临界体积,故C错误。3.物理学史|(2022湖北模拟预测)(多选)丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难。在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下,他在1913年提出了自己的原子结构假说。如图为氢原子的电子轨道示意图,下列说法正确的是()A.电子离原子核越远,原子的总能量越大,氢原子的总能量是负值B.电子从n=3能级跃迁到n=4能级,电子的电势能增加,动能减少C.电子从n=5能级跃迁到n=4能级,电子电势能的减少量大于动能的增加量D.电子从n=5能级跃迁到n=4能级辐射的光子的能量比电子从n=3能级跃迁到n=4能级吸收的光子的能量大答案BC电子离原子核越远,原子的总能量越大,当规定离原子核无穷远处的电势能为零时,氢原子的总能量是负值,当没有规定零电势能的位置时,无法判断氢原子总能量的正负,A错误;电子从n=3能级跃迁到n=4能级,库仑力做负功,电子的电势能增加,动能减少,B正确;电子从n=5能级跃迁到n=4能级,库仑力做正功,电子的电势能减少,动能增加,还辐射出光子,因此电子电势能的减少量大于动能的增加量,C正确;根据玻尔理论可知,跃迁时辐射和吸收光子的能量由前后两个能级的能量差决定,电子从n=5能级跃迁到n=4能级辐射的光子的能量小于电子从n=3能级跃迁到n=4能级吸收的光子的能量,D错误。4.(2022山东聊城一模,1)如图,烟雾自动报警器的探测器中装有放射性元素镅241,其衰变方程为

95241Am→93237Np+24A.γ射线是光子流,不具有能量B.24He是α粒子C.93237Np比

D.冬天气温较低时,镅241的半衰期会变小答案Cγ射线是光子流,具有很强的能量,故A错误;24He是α粒子,根据α射线的特点可知,其有很强的电离本领,但贯穿本领较弱,故B错误;自发的衰变过程中释放能量,原子核的比结合能增大,所以

93237Np比

95241Am的原子核更稳定,故C正确;半衰期是由放射性元素本身决定的5.(2022山东烟台一模,7)有些元素的原子核有可能从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子核,从离原子核最近的K层电子中俘获电子,叫“K俘获”。现有一个铍原子核(47Be)发生了“K俘获”,生成一个新的原子核

ZAX,并放出一个不带电的、质量接近于零的中微子(νe),核反应方程为

47Be+-10e→ZAX+νe。关于铍原子核(47A.新原子核

ZAB.新原子核

ZAC.新原子核

ZAD.新原子核

ZA答案C根据电荷数守恒得,新原子核X的电荷数是3,且新原子核X带正电,故A错误;根据质量数守恒得,新原子核X的核子数是7,新原子核与铍核相比,电荷数少一个而核子数相同,所以是质子数少一个,中子数多一个,故B、D错误,C正确。6.(2022山东济宁一模,1)中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型,采用钚(94239Pu)作燃料,在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀(92238U),钚-239裂变释放出的快中子被再生区内的铀-238吸收,转变为铀-239,铀-239极不稳定,经过衰变,进一步转变为易裂变的钚-239,从而实现核燃料的“增殖”A.铀-239转变为钚-239,经过了3次β衰变B.铀-239发生衰变过程中,电荷数守恒,质量也守恒C.铀-239发生衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子D.钚(94239Pu)裂变生成两个中等质量的核答案C铀-239转变为钚-239,质量数不变,电荷数增加2,则经过了2次β衰变,选项A错误;铀-239发生衰变过程中,电荷数守恒,质量数也守恒,由于反应放出能量,则有质量亏损,选项B错误;铀-239发生β衰变,实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子,选项C正确;钚(94239Pu)裂变生成两个中等质量的核,反应放出核能,生成的新核更加稳定,则钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能,选项7.(2022山东泰安一模,1)2021年12月30日,中科院全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)在7000万摄氏度的高温下实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。若某次聚变反应是4个氢核

11H结合成1个氦核

24He,同时释放出正电子

10e。已知氢核的质量为mp,氦核的质量为mα,正电子的质量为me,A.(4mp-mα-me)c2B.(4mp-mα-2me)c2C.(4mp+mα-me)c2D.(4mp+mα-2me)c2答案B核聚变方程为411H→24He+210e,根据质能方程,可知核反应释放的能量ΔE=(4mp-mα-2me8.物理科技|[2022广东六校联考(四),1]硅光电池是利用光电效应原理制成的器件,下列表述正确的是()A.硅光电池是把电能转化为光能的一种装置B.逸出的光电子的最大初动能与入射光的强度有关C.在频率一定的情况下,光照强度越强,饱和光电流越大D.只要有光照射到硅光电池,就一定能够产生光电效应答案C硅光电池是利用光电效应将光能转化为电能的一种装置,故A错误;光电子的最大初动能与入射光的频率有关,随着入射光的频率增大而增大,与入射光的强度无关,故B错误;在频率一定的情况下,光照强度越强,逸出的光电子越多,饱和光电流越大,故C正确;只有当入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应,故D错误。思路总结光电效应的研究思路9.物理生活|(2022广东一轮复习联考,2)智能手机带有感光功能,可以自动调整屏幕亮度,其光线传感器的工作原理是光电效应。在光电效应中,当一定频率的光照射某种金属时,实验得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示,其横截距为a,纵截距为-b,元电荷为e。下列说法正确的是()A.遏止电压与入射光的频率成正比B.金属的截止频率为bC.金属的逸出功为ebD.普朗克常量h=ea答案C由eUc=Ekm=hν-W0得Uc=heν-W0e,入射光的频率与遏止电压成线性关系但不是成正比关系,故A错误;由公式W0=hν0,得金属的截止频率ν0=a,故B错误;结合图像得k=he=ba,W0e=b,故金属的逸出功W0=eb,普朗克常量h=10.物理生活|(2022广东汕头一模,1)如图烟雾自动报警器的探测器中装有放射性元素镅241,其衰变方程为

95241Am→

93237Np+A.γ射线是光子流,不具有能量B.24He是α粒子C.冬天气温较低,镅241的衰变速度会变慢D.镅241衰变过程要吸收能量,故

95241Am比

答案Bγ射线是光子流,具有能量,A错误;24He是α粒子,有很强的电离本领,B正确;镅241的衰变速度由原子核本身决定,与外界因素无关,C错误;镅241衰变过程要放出能量,故

93237Np比

11.物理科技|[2022广东综合能力测试(二),1]黄旭华是中国核潜艇研究设计专家、核潜艇之父,2019年获国家最高科学技术奖,核潜艇以核反应堆为动力来源,如图所示,反应堆的核反应方程式为

92235U+01n→56144Ba+36A.Kr有36个质子,89个中子B.56144Ba比

C.核反应前、后原子核的总质量保持不变D.镉棒插入深些会吸收更多反应生成的中子使反应减慢答案DKr有36个质子,中子个数为89-36=53,A错误;中等质量核的平均结合能比重核大,所以

56144Ba比

92235U的平均结合能大,B错误;重核裂变要放出能量,核反应前、后原子核的总质量减少,C错误12.(2022长沙新高考适应性考试,3)2021年5月28日,中科院合肥物质科学研究院升级改造后的可控核聚变装置创造了新的世界纪录。已知该装置内部发生的核反应方程为

12H+13H→24He+X,氘核的质量为m1,氚核的质量为m2,氦核的质量为m3,反应中释放的能量为E,A.X是质子B.X的质量为m1+m2-m3-EC.该反应属于α衰变D.氘核和氚核之间的库仑力表现为引力答案B根据电荷数和质量数守恒可知X是中子,故A错误;根据质能方程可得E=(m1+m2-m3-mX)c2,解得mX=m1+m2-m3-Ec2,故B正确;该反应属于核聚变反应,故C错误;氘核和氚核之间的库仑力表现为斥力,故13.(2022湖南新高考教学教研联盟第二次联考,1)近年来,石材的放射性问题几经媒体渲染,被炒得沸沸扬扬,根据2011年颁布的国家标准《建筑材料放射性核素限量》,将装修用到的石材放射性污染标准分为A、B、C三类。其中C类石材只适用于室外环境、墙面、道路装饰等,主要是因为C类石材中含有一定的铀元素,铀元素经过一系列的衰变,产生了一种具有放射性的惰性气体氡,氡气通过呼吸道进入人体肺部,对人体产生伤害。已知氡的半衰期为4天。根据所学知识,下列说法正确的是()A.原子核衰变过程中电荷数守恒,质量数不守恒B.16个氡原子核经过8天后,一定只剩下4个氡原子核了C.原子核发生一次α衰变,该原子核质量数减少4D.天然放射现象中发出的β射线是从原子核外放出的高速电子答案C原子核衰变过程中电荷数与质量数都守恒,A错误;半衰期具有统计意义,对大量的原子核适用,少数没有意义,故B错误;发生α衰变时,是原子核内部的2个质子和2个中子结合成一个α粒子释放出来,所以电荷数少2,质量数少4,C正确;β衰变所释放的电子来自原子核内部,是原子核中的一个中子转变为一个质子,从而有电子释放出来,故D错误。14.(2022岳阳二模,2)在火星上,太阳能电池板的发电能力有限,因此科学家用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是

94238Pu,具有天然放射性,半衰期为87.7年。94238Pu发生α衰变的核反应方程为94238Pu→XA.X原子核的中子数为141B.94238Pu原子核发生α衰变后产生的新核的比结合能比

C.10个

94238Pu原子核经过87.7年后一定还会剩余D.Pu的半衰期是由核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系答案D根据质量数和电荷数守恒可知,X原子核的中子数为(238-4)-(94-2)=142,故A错误;94238Pu原子核发生α衰变后产生的新核更稳定,所以新核的比结合能比

94238Pu核的比结合能大,故B错误;半衰期是针对大量原子核的统计规律,对少数原子核不适用,故C错误;半衰期是由原子核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系15.(2022部分区一模,1)下列说法中正确的是()A.为了解释光电效应规律,爱因斯坦提出了光子说B.卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子的能级结构C.在原子核人工转变的实验中,查德威克发现了质子D.玻尔通过对黑体辐射进行实验研究,创立了黑体辐射理论答案A爱因斯坦通过光电效应现象,提出了光子说,A对;卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子的核式结构,而玻尔提出了原子的能级结构,B错;在原子核人工转变的实验中,查德威克发现了中子,C错;普朗克通过对黑体辐射进行实验研究,创立了黑体辐射理论,D错。16.(2022南开二模,1)铀原子核既可发生衰变,也可发生裂变。其衰变方程为

92238U→90234Th+X,裂变方程为

92235U+01n→Y+3689Kr+301n,其中

92235U、

01n、Y、3689Kr的质量分别为A.92238U发生的是B.Y原子核中含有56个中子C.若提高温度,92238D.一个

92235U裂变时释放的能量为(m1-2m2-m3-m4答案D根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒,知X为氦原子核,92238U发生的是α衰变,A错误;Y的质量数A=235+1-89-3=144,电荷数Z=92-36=56,由原子核的组成特点可知,Y原子核中含有56个质子,中子数为144-56=88,B错误;半衰期与温度、压强等外界因素无关,C错误;由于核裂变的过程中释放能量,根据爱因斯坦质能方程得ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c217.(2022部分区二模,3)钠和钙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子的电荷量,则()A.钠的逸出功大于钙的逸出功B.图中直线的斜率为eC.在得到这两条直线时,必须保证入射光的光强相同D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到钠的光频率较低答案D根据Ekm=hν-W0=hν-hν0,又Ekm=eUc,解得Uc=heν-W0e=heν-hν0e,当遏止电压为0时,对应的频率为金属的极限频率,结合图可知钠的极限频率小,则钠的逸出功小于钙的逸出功,故A错误;根据Uc=heν-W0e,可知Uc-ν图线的斜率k=he,故B错误;根据Uc=heν-hν0e,知图线的特点与光的强度无关,故C错误;钠的逸出功小,18.(2022河西一模,1)下列核反应方程中,属于太阳内部核聚变反应的方程是()A.92238U→30B.714N+24HeC.92235U+01n→56D.12H+13H答案D

92238U→30234Th+24He是α衰变方程,A错;714N+

24He→817O+11H是原子核的人工转变方程,B错;92235U+

0119.(2022北京朝阳一模,3)如图所示是氢原子的能级图。大量氢原子从n=4的能级向低能级跃迁,下列说法正确的是()A.最多可发出6种不同频率的光子B.发出的光子最大能量是13.60eVC.从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光子频率最高D.这些氢原子只能吸收0.85eV的光子才能电离答案A处于n=4的能级向低能级跃迁,直至n=1的基态,能发出C42=6种不同频率的光子,A项正确。从n=4跃迁到n=1能级发出最大能量的光子,对应光子能量等于能级差E4-E1=(-0.85eV)-(-13.60eV)=12.75eV,B项错误。从n=4能级跃迁到n=3能级对应光子能量hν最小,即频率ν最小,C项错误。这些氢原子只要吸收光子能量大于等于0.85eV的光子都能电离20.(2022北京石景山一模,4)已知钠原子从b、c、d几个能级向a能级跃迁时辐射的光的波长分别为:589nm(b→a),330nm(c→a),285nm(d→a)。设最高能级为0,下列关于钠原子在这几个能量范围的能级图,可能正确的是()ABCD答案B根据光子能量公式E=hcλ,波长越长的光子,对应的能量越小,故由题意可知B21.(2022北京东城一模,1)2021年12月30日,我国全超导托卡马克核聚变实验装置实现了7000万摄氏度高温下1056秒长脉冲高参数等离子体运行,打破了自己保持的世界纪录,标志着我国在可控核聚变研究上处于世界领先水平。托卡马克内部发生的主要核反应的方程可能是()A.92238U→90B.1327Al+24HeC.714N+24HeD.12H+13H答案DA是α衰变,B、C为原子核的人工转变,D是核聚变,是把轻核结合成质量较大的核,并释放出核能的反应,符合题意。故选D。22.物理常识|(2022浙江余杭高级中学选考模拟,6)2021年4月23日,南海舰队一次性入列了三艘主战舰艇,其中战略导弹核潜艇长征18号艇的入列尤其引人注意。核潜艇以核反应堆作为动力源,关于核反应,下列说法正确的是()A.核反应方程

614C→714N+-10B.核反应方程

13H+12H→24He+01C.核反应方程

92235U+01n→56144Ba+D.核反应前后核子数量不变,所以核反应前后总质量不变答案B核反应方程

614C→714N+-10e,属于β衰变,虽然核内产生电子,但是电荷数仍守恒,选项A错误;核反应方程

13H+12H→24He+01n属于核聚变,是“人造太阳”核聚变原理,选项B正确;核反应方程

92235U+01n→56144Ba+368923.物理科技|(2022浙江缙云选考,15)(多选)电子显微镜与光学显微镜相比具有更高的分辨率,其原因是电子比可见光的波动性弱。在电子显微镜中,电子通过“静电透镜”实现会聚或发散。如图所示,某静电透镜区域的等势面为图中虚线,其中M、N两点电势φM>φN。现有一束正电子经电压U加速后,从M点沿垂直虚线的方向进入“透镜”电场,正电子运动过程中仅受电场力,最终穿过小孔。下列说法正确的是()A.进入“透镜”电场后正电子可能经过N点B.从进入“透镜”电场至穿过小孔的过程中,电场力对正电子做正功C.加速后的正电子,其物质波波长大于可见光波长D.保持加速电压U不变,将正电子换成质子,加速后质子的物质波波长小于原正电子的物质波波长答案BD进入“透镜”电场后正电子受到的电场力与电场方向相同,由图中等势面可知,正电子应向上穿过小孔,不会经过N点,A错误;正电子从进入“透镜”电场至穿过小孔的过程中,从电势高的位置运动到电势低的位置,且正电子带正电,故电场力对正电子做正功,B正确;由题意,正电子比可见光的波动性弱,即正电子的波长小于可见光波长,结合物质波波长表达式λ=hp可知加速后的正电子,其物质波波长变小,故加速后的正电子,其物质波波长肯定小于可见光波长,C错误;正电子经过加速电场后,由动能定理可得qU=12mv2,解得正电子动量为p=mv=2qmU,正电子的物质波波长为λ=hp=h2qmU,保持加速电压U不变,将正电子换成质子,由于质子电荷量与正电子电荷量相等24.物理科技|(2022江苏常州一模,2)核动力航空母舰因其性能强劲堪称海上霸主,它利用可控制核裂变释放的核能获得动力。有一种核裂变的方程为

92235U+01n→X+3894Sr+100A.X的核子数为141B.X的中子数为75C.核反应方程可以简化为

92235U→X+38D.X比

92235答案D根据质量数守恒可知,X的核子数为235+1-94-10×1=132,故A错误;根据电荷数守恒可知,X的质子数为92-38=54,中子数为132-54=78,故B错误;中子参与核反应,不能消去,故C错误;92235U反应生成X,释放能量,说明X比

92235U稳定规律应用核反应过程中释放能量时,新核的比结合能大于反应前核的比结合能,新产生的核更加稳定。25.物理科技|(2022江苏南京月考,3)碳14具有放射性。碳14呼气试验是临床上用于检测幽门螺旋杆菌感染的一种试验,具有敏感度高、特异性强、操作方便、安全、无创、简单、经济的特点。检查方法:口服标有碳14的尿素后,如果被检测人胃内存在幽门螺旋杆菌,胃中的尿素酶可将尿素分解为氨和含有碳14的二氧化碳,含有碳14的二氧化碳通过血液经呼气排出,定时收集呼出的气体,通过分析呼气中标有碳14的二氧化碳含量,即可判断患者是否存在幽门螺旋杆菌感染。已知碳14的衰变为β衰变,关于碳14,下列说法正确的是()A.高温高压可以改变碳14的半衰期B.β衰变与弱相互作用有关C.衰变过程要吸收能量D.β粒子为正电子答案B半衰期不受外界因素影响,故A错误;β衰变,即中子转变为质子和电子的原因与弱相互作用有关,故B正确;衰变过程是自然发生的过程,要放出能量,故C错误;本题中β粒子为电子,带负电,故D错误。二、非选择题26.物理探索|(2022北京西城二模)从19世纪末到20世纪初,通过对光电效应的研究,加深了对光的本性的认识。科学家利用如图所示的电路研究光电效应,图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K极受到光照时可能发射电子。已知电子电荷量为e,普朗克常量为h。(1)当有光照射K极时,电流表的示数为I,求经过时间t到达A极的电子数n。(2)使用普通光源进行实验时,电子在极短时间内只能吸收一个光子的能量。用频率为ν0的普通光源照射K极,可以发生光电效应。此时,调节滑动变阻器滑片,当电压表的示数为U时,电流表的示数减小为0。随着科技的发展,强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识,用强激光照射金属,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能。若用强激光照射K极时,一个电子在极短时间内能吸收n个光子,求能使K极发生光电效应的强激光的最低频率ν。(3)某同学为了解为什么使用普通光源进行光电效应实验时一个电子在极短时间内不能吸收多个光子,他查阅资料获得以下信息:原子半径大小数量级为10-10m;若普通光源的发光频率为6×1014Hz,其在1s内垂直照射到1m2面积上的光的能量约为106J;若电子吸收第一个光子能量不足以脱离金属表面时,在不超过10-8s的时间内电子将该能量释放给周围原子而恢复到原状态。为了进一步分析,他建构了简单模型:假定原子间没有缝隙,一个原子范围内只有一个电子,且电子可以吸收一个原子范围内的光子。请利用以上资料,解决以下问题。a.普朗克常量h取6.6×10-34J·s,估算1s内照射到一个原子范围的光子个数;b.分析一个电子在极短时间内不能吸收多个光子的原因。答案(1)Ite(2)ν0n-eUn