高考物理必备专题18之15 近代物理的联系实际的新情景问题（解析版）

专题15近代物理的最新“联系实际的新情景问题”1.（2022·湖北武汉市调考）2021年12月20日，16项国家科技重大专项之一—石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网发电，这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目。核电站铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，核反应方程是，已知铀核质量为m1，钡核质量为m2，氪核质量为m3，中子质量为m4，则该核反应释放的核能是（）A. B.C. D.【答案】D【解析】核反应中质量亏损为由质能方程，故选项D正确。2。（2022·广东华南师大附中高三综合测试）如图是工业生产中大部分光电控制设备（如夜亮昼熄的路灯）用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成。则对该装备，下列说法正确的是（）A.a端为电源负极B.流过电磁铁的电流是交流电C.电磁铁的原理是利用电流的磁效应D.只要有光照射光电管，回路中就有电流【答案】C【解析】电路中要产生明显的电流，则a端接电源的正极，阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁铁被磁化，将衔铁吸住；故A错误；流过电磁铁的电流方向不变，不是交流电，选项B错误；电磁铁的原理是利用电流的磁效应，选项C正确；根据光电效应的规律可知，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，产生光电流，故D错误。3.（2022·广东佛山市第二次模拟)通过检测发现三星堆遗址出土的文物，年代从公元前3000年延续至公元前1200年，跨越了近2000年，用实物展示了连绵5000年的中华文化。考古通常用C年代检测法推算出土文物的年代。C的衰变方程为C→N+X，下列说法正确的是（）A.衰变方程中的X是中子B.C需吸收能量才能发生衰变C.随着C的不断衰变，其半衰期会逐渐变长D.N与X的质量之和小于C的质量【答案】D【解析】根据质量数、电荷数守恒可补全该衰变方程有可知X为电子，A错误；衰变是可以自发发生的且在衰变过程中会释放能量，B错误；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，C错误；由于在衰变过程中要释放能量，质量要亏损，则N与X的质量之和小于C的质量，D正确。4.（2022·广东汕头市一模）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。下列说法正确的是（）A.是光子，不具有能量B.是粒子，有很强的电离本领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，故比的原子核更稳定【答案】B【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，的质量数和电荷数均为零，是光子，具有能量，选项A错误；是粒子，有很强电离本领，选项B正确；镅241的衰变速度与外界因素无关，选项C错误；镅241衰变过程要放出能量，故比的原子核更稳定，选项D错误。5..（2022·浙江1月卷·T14）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是（）A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kgC.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度D.反应堆中存在的核反应【答案】CD【解析】秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量，故A错误；原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6kg，故B错误；核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，故C正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在的核反应，故D正确；6.（2022·河北石家庄二模）如图为光电倍增管的原理图，管内由一个阴极K、一个阳极A和K、A间若干对倍增电极构成。使用时在阴极K、各倍增电极和阳极A间加上电压，使阴极K、各倍增电极到阳极A的电势依次升高。当满足一定条件的光照射阴极K时，就会有电子射出，在加速电场作用下，电子以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，电子能从这个倍增电极上激发出更多电子，最后阴极A收集到的电子数比最初从阴极发射的电子数增加了很多倍。下列说法正确的是（）A.光电倍增管适用于各种频率的光B.保持入射光不变，增大各级间电压，阳极收集到的电子数可能增多C.增大入射光的频率，阴极K发射出的所有光电子的初动能都会增大D.保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光光强不影响阳极收集到的电子数【答案】B【解析】只有满足一定频率的光照射时才能发生光电效应，从而逸出光电子，可知光电倍增管并不是适用于各种频率的光，选项A错误；保持入射光不变，增大各级间电压，则打到倍增极的光电子的动能变大，则可能有更多的光电子从倍增极逸出，则阳极收集到的电子数可能增多，选项B正确；增大入射光的频率，阴极K发射出的光电子的最大初动能变大，并不是所有光电子的初动能都会增大，选项C错误；保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光光强，则单位时间逸出光电子的数目会增加，则阳极收集到的电子数会增加，选项D错误。7．世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域。原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光。下列说法正确的是（）A．频率相同的光子能量相同 B．原子跃迁发射的光子频率连续C．原子跃迁只产生单一频率的光子 D．激光照射金属板不可能发生光电效应【答案】A【解析】A．根据可知，频率相同的光子能量相同，故A正确；B．原子从一个能量较高的能量态跃迁到另一个能量较低的能量态时，会对外辐射一定频率的光子；光子的能量由这两能量态的能量差决定，由于电子轨道是量子化、不连续的，原子能量也是量子化的，不同能量态之间的能量差也是不连续的，则光子的能量不会连续的，光子的频率是不连续的，故B错误；C．原子在不同的轨道之间跃迁时，由于能量差不同，从而会产生不同频率的光子，故C错误；D．根据爱因斯坦光电效应方程可知，当激光光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电效应，故D错误。故选A。8．如图为人们利用量子理论研制的电子显微镜拍摄到的铀酰微晶照片，放大了约1亿倍，这是光学显微镜做不到的。对于量子理论的建立过程，下列说法不符合事实的是（）A．U＋nBa＋Kr＋xn中的x＝3B．爱因斯坦光子说解释了光电效应现象，说明了光子具有能量和动量C．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型D．电子显微镜利用高速电子束的德布罗意波长比可见光更小提高了分辨能力【答案】B【解析】A．由质量数守恒得解得故A正确；B．爱因斯坦光子说解释了光电效应现象，说明了光子具有能量，而康普顿效应说明光子具有动量，故B错误；C．卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构学说，故C正确；D．电子显微镜利用高速电子束的德布罗意波长比可见光更小的规律提高了分辨能力，故D正确。故选B。9.（2022·广东省茂名市高州市第二次模拟）如2021年5月28日，中科院合肥物质科学研究院的可控核聚变装置全超导托卡马克（EAST）缔造了新的纪录，实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。已知该装置内部发生的核反应方程为：，已知、、和X的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u，1u相当于931.5MeV，则下列说法中正确的是（）A.X是质子B.该核聚变反应过程中释放的能量约为19.6MeVC.该反应中生成物的结合能之和大于反应物的结合能之和D.该反应存在质量亏损，根据△E=mc2可知，部分质量转化成了能量【答案】C【解析】根据质量数守恒和核电荷数守恒可知X是中子，A错误；根据爱因斯坦的质能方程B错误；核聚变反应是放热反应，生成物的结合能之和一定大于反应物的结合能之和，C正确；爱因斯坦的质能方程说明一定的质量与一定的能量相对应，质量和能量不能相互转化，D错误。10.（2022·全国高考乙卷试题）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h=6.63×10-34Js。R约为（）A.1×102m B.3×102m C.6×102m D.9×102m【答案】B【解析】一个光子的能量为E=hν，ν为光的频率，光的波长与频率有以下关系c=λν光源每秒发出的光子的个数为，P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个，那么此处的球面的表面积为S=4πR2，则，联立以上各式解得R≈3×102m，故选项B正确。11.（2022·安徽合肥市二模）2021年12月30日，在中科院合肥等离子体物理研究所内，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克实验装置（EAST）实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上该装置高温等离子体运行的最长时间。该装置内发生的核反应方程为，已知氘核（）的质量为2.0136u，X的质量为1.0087u，氦核（He）的质量为3.0150u，u为原子质量单位，1u相当于931MeV，下列关于该核反应的说法正确的是（）A.X为质子B.反应前后核总质量相等C.反应过程中中子数减少了1个D.反应过程中释放的核能【答案】D【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒知X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，故A、C错误；核反应放出能量，有质量亏损，可知反应后的质量小于反应前的质量，故B错误；反应过程中质量亏损为则释放的核能，故D正确12.（2022北京朝阳二模）氖泡可用于指示和保护电路。在玻璃管中有两个相同的板状金属电极，并充入低压氖气，在两极间接入电压使氖气导电，如果金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能使氖气发光。将氖泡、保护电阻和电压可调的电源按如图所示的电路连接。氖泡用黑纸包住，黑纸上留出一条狭缝使光可以照射到氖泡。发现在没有光照的暗室中，当电源电压为时，氖泡恰能发光；当电源电压为（）时，氖泡不发光，但同时用频率为的紫光照射氖泡，氖泡也恰能发光。两次实验中，氖泡恰能发光时回路中的电流可认为相等。已知普朗克常量为，电子电荷量为。下列说法正确的是（）A.若保持电压不变，用黄光照射氖泡，氖泡也能发光B.通过实验可知，紫光的光子能量C.通过实验可知，电极中的电子脱离金属至少需要的能量D.实验中必须使用直流电源才能观察到上述现象【答案】B【解析】如果金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能使氖气发光，假设恰好能让氖气发光的电子动能为，电极中的电子脱离金属至少需要的能量为，在没有光照的暗室中，当电源电压为时，氖泡恰能发光，设发光时电路电流为，保护电阻为，则有当电源电压为（）时，同时用频率为的紫光照射氖泡，氖泡也恰能发光，则有，联立解得，B正确；若保持电压不变，用黄光照射氖泡，由于黄光的频率小于紫光的频率，则黄光光子能量小于紫光光子能量，可知氖泡不能发光，A错误；通过实验可知，电极中的电子脱离金属需要的能量小于，C错误；实验中如果采用交流电源，当电压到达一定数值时，也能观察到上述现象，13.（2022·山东济南市一模）光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可以形成光电流。下表中记录了某同学进行光电管实验时的数据。次入射光子能量/eV相对光强饱和光电流大小/mA逸出光电子的最大初动能/eV14.0弱290.824.0中430.834.0强600.8由表中数据得出的以下论断中正确的是（）A.三次实验采用了不同频率的入射光B.三次实验光电管中的金属板材质不同C.若入射光子的能量为5.0eV，不论光强多大，饱和光电流一定大于60mAD.若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大初动能为1.8eV【答案】D【解析】入射光子的能量相同，根据可知三次实验采用了相同频率的入射光，故A错误；根据可知，最大初动能相同，则逸出功相同，因此金属板材质相同，故B错误；饱和光电流，只与光照强度有关，故C错误；根据，代入数据得，故D正确。14.（2022·河北石家庄三模）用如图甲所示的装置做氢气放电管实验观测到四种频率的可见光。已知可见光的光子能量在之间，氢原子能级图如图乙所示。下列说法正确的是（）A.观测到的可见光可能是氢原子由高能级向的能级跃迁时放出的B.能级的氢原子吸收上述某可见光后可能会电离C.大量氢原子从高能级向基态跃迁时会辐射出紫外线D.大量能级的氢原子最多能辐射出4种频率的光【答案】C【解析】因可见光光子能量在之间，所以观测到的可见光可能是氢原子由高能级向的能级跃迁时放出的，故A错误；能级的氢原子要吸收至少3.4eV的能量才可能电离，而可见光的光子能量在之间，故B错误；．当大量氢原子从n=2向基态跃迁时辐射出的能量为10.2eV，