2021新高考物理二轮复习专题限时集训13近代物理初步

专题限时集训(十三)(建议用时：40分钟)1．(多选)(2020·全国卷Ⅰ·T19)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有()A．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(1,0)n＋X1B．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(1,0)n＋X2C．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3X3D．eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(6,3)Li→eq\o\al(3,1)H＋X4BD[根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知选项A中的X1质量数是3，电荷数是2，A项错误；选项B中的X2质量数是4，电荷数是2，代表α粒子，B项正确；选项C中的X3质量数是1，电荷数是0，代表中子，C项错误；选项D中的X4质量数是4，电荷数是2，代表α粒子，D项正确。]2．如图所示为核子平均质量与原子序数的关系。下列与原子核有关的说法正确的是()A．原子核的结合能越大，原子核就越稳定B．由图可知，原子核D与E聚变成原子核F时，要吸收热量C．A裂变时产生的γ射线能使某金属表面逸出光电子，则增大γ射线的照射强度能增大逸出光电子的最大初动能D．核衰变时α粒子是由核内2个质子与2个中子结合在一起形成的D[原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，故A错误；原子核D与E结合属于轻核聚变，放出能量，故B错误；γ射线的频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越大，与光照强度无关，故C错误；核衰变时α粒子是由核内2个质子与2个中子结合在一起形成的，故D正确。]3．图中四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是()甲：α粒子散射实验示意图乙：链式反应示意图丙：氢原子能级示意图丁：汤姆孙气体放电管示意图A．图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子B．图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能C．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构C[题图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构模型，故A错误。题图乙：用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能，故B错误。题图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确。题图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子也有一定的结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内部还有复杂结构，故D错误。]4．(2020·安徽示范高中联考)He＋、Li2＋等离子具有与氢原子类似的原子结构模型，又称为“类氢离子”。He＋从能级N跃迁到能级M，释放频率为ν1的光子，从能级P跃迁到能级M，吸收频率为ν2的光子，且ν1>ν2，则它从能级N跃迁到能级P时()A．吸收频率为ν1＋ν2的光子B．释放频率为ν1＋ν2的光子C．吸收频率为ν1－ν2的光子D．释放频率为ν1－ν2的光子B[He＋从能级N跃迁到能级M，释放频率为ν1的光子，说明能级N的能量大于能级M的能量，且两能级能量差为hν1，同理能级P的能量小于能级M的能量，且两能级能量差为hν2，所以从能级N跃迁到能级P释放光子，且光子的能量为h(ν1＋ν2)，故B正确。]5．(原创题)(多选)如图所示为氢原子的能级示意图，已知大量处于n＝2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光子，用这些光照射逸出功为1.90eV的金属铯，下面说法正确的是()A．n＝2能级氢原子受到照射后跃迁到n＝5能级B．能使金属铯逸出光电子的光子频率有4种C．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75eVD．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.85eVBD[大量处于n＝2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光子，根据大量氢原子跃迁，产生的光子种类N＝Ceq\o\al(2,n)可知，n＝2能级的氢原子受到照射后跃迁到n＝4能级，A错误；这群处于n＝4激发态的氢原子共能辐射出6种不同频率的光子，由图可知，氢原子从n＝4能级到n＝3能级跃迁时放出的能量为0.66eV，小于金属铯的逸出功，不能使金属铯发生光电效应逸出光电子，同理氢原子从n＝3能级到n＝2能级跃迁时放出的能量为1.89eV，小于金属铯的逸出功，不能使金属铯发生光电效应逸出光电子，所以能使金属铯逸出光电子的光子频率有4种，B正确；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级发出的光子频率最高，光子能量为13.60eV－0.85eV＝12.75eV，根据光电效应方程得逸出光电子的最大初动能为Ekm＝hν－W0＝12.75eV－1.90eV＝10.85eV，C错误，D正确。]6．(2020·泰安市高三5月模拟考试)激光在“焊接”视网膜的眼科手术中有着广泛的应用。在一次手术中，所用激光的波长λ＝6.6×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2J。已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，光速c＝3×108m/s，则每个脉冲中的光子数目是()A．3×1016B．3×1012C．5×1016D．5×1012C[由光子能量公式、波长与频率的关系可得，每个光子的能量E1＝hν＝eq\f(hc,λ)，E＝NE1，代入数据联立解得，每个脉冲中的光子数目是N＝5×1016，C正确。]7．(2020·山东烟台第一次联考)秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。在一次核反应中一个中子轰击eq\o\al(235,92)U变成eq\o\al(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr和若干个中子，已知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr的比结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则()A．该核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋9eq\o\al(1,0)nB．要发生该核反应需要吸收能量C．eq\o\al(90,38)Sr比eq\o\al(136,54)Xe更稳定D．该核反应中质量增加C[该核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n，选项A错误；用一个中子轰击eq\o\al(235,92)U发生核反应，该核反应会释放出能量，选项B错误；eq\o\al(90,38)Sr比eq\o\al(136,54)Xe的比结合能大，更稳定，选项C正确；该核反应中放出能量，有质量亏损，质量减小，选项D错误。]8．(2020·临沂市、枣庄市6月高三联考)现代技术的发展促进了人们对原子、原子核的认识，下列说法正确的是()A．β衰变说明原子核内部存在自由电子B．核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收能量C．汤姆孙根据α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型D．卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HD[β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，A错误；核反应过程中如果核子的平均质量减小，即发生质量亏损，会释放能量，B错误；卢瑟福根据α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，C错误；卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，D正确。]9．(2020·山东新高考名校联系)物理学家查德威克在用α粒子轰击铍eq\o\al(9,4)Be的两种产物中发现了中子，由于中子不带电，所以容易打进原子核内，引起核反应。如果速度为2.3×107m/s的中子击中静止的氮核eq\o\al(14,7)N，核反应方程是eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(n,m)B＋eq\o\al(4,2)He，产生的氦核(eq\o\al(4,2)He)的速度大小是8.0×106m/s，方向与碰前中子的速度方向在同一直线上，以反应前中子的速度方向为正方向。下列说法正确的是()A．α粒子轰击铍发生的核反应方程是eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,6)C＋eq\o\al(1,0)nB．m－n＝6C．新核eq\o\al(n,m)B的速度约为－4.1×105m/sD．新核eq\o\al(n,m)B的速度约为－8.2×105m/sD[根据电荷数守恒和质量数守恒可知eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，A错误；同理可知n－m＝6，B错误；用m1、m2和m3分别表示中子(eq\o\al(1,0)n)、氦核(eq\o\al(4,2)He)和新核的质量，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3，代入数值得v3≈－8.2×105m/s，C错误，D正确。]10．(原创题)(多选)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计的示数恰为零，此时电压表的示数U称为遏止电压，根据遏止电压U，可以计算出光电子的最大初动能Ek。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m、电荷量为e，则下列关系式正确的是()A．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v＝eq\r(\f(2eU1,m))B．阴极金属的逸出功W0＝hν1－eU1C．阴极金属的截止频率νc＝eq\f(U1ν2－U2ν1,U1－U2)D．普朗克常量h＝eq\f(eU1－U2,ν2－ν1)AB[用频率为ν1的单色光照射阴极时，光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得－eU1＝0－eq\f(1,2)mv2，则光电子的最大初速度v＝eq\r(\f(2eU1,m))，故A正确；根据爱因斯坦光电效应方程得hν1＝eU1＋W0①，hν2＝eU2＋W0②，由①得阴极金属的逸出功W0＝hν1－eU1，联立①②解得普朗克常量h＝eq\f(eU1－U2,ν1－ν2)，故B正确，D错误；阴极金属的截止频率νc＝eq\f(W0,h)＝eq\f(hν1－eU1ν1－ν2,eU1－U2)，故C错误。]11．(多选)(2020·江西南昌入学摸底测试)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流的大小与入射光的强度、频率等物理量的关系。图中A、K两极板间的电压大小可调，电源的正、负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射K，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。由图可知()甲乙A．单色光a和c的频率相同，但a更强些B．单色光a和c的频率相同，但c更强些C．单色光b的频率大于a的频率D．单色光b的频率小于a的频率AC[根据遏止电压与光电子最大初动能的关系有eUc＝eq\f(1,2)mv2，由爱因斯坦光电效应方程有eq\f(1,2)mv2＝hν－W0，又a、c图线与横轴交于同一点，可知单色光a和c的频率相同，由于a的饱和光电流大于c的，说明单色光a照射K产生的光电子数目大于单色光c照射K产生的光电子数目，所以单色光a更强些，选项A正确，B错误；根据遏止电压与光电子最大初动能的关系有eUc＝eq\f(1,2)mv2，又U2>U1，可知单色光b照射K产生光电子的最大初动能大于单色光a照射K产生光电子的最大初动能，由爱因斯坦光电效应方程有eq\f(1,2)mv2＝hν－W0，可知单色光b的频率大于单色光a的频率，选项C正确，D错误。]12．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应为：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，其中氘核的质量为2.0136u，氦核的质量为3.0150u，中子的质量为1.0087u。(1u相当于931.5MeV的能量)求：(1)核反应中释放的核能；(2)在两个氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。[解析](1)由质能方程得ΔE＝Δm×931.5MeV＝(2×2.0136－3.0150－1.0087)×931.5MeV≈3.26MeV。(2)设氦核和中子的动量大小分别为pHe、pn，动能分别为EkHe、Ekn。由动量守恒定律有0＝pHe－pn则其动能EkHe＝eq\f(1,2)mHeveq\o\al(2,He)＝eq\f(p\o\al(2,He),2mHe)Ekn＝eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,n)＝eq\f(p\o\al(2,n),2mn)由能量守恒得2Ek＋ΔE＝EkHe＋Ekn联立以上几式解得EkHe≈0.99MeV，Ekn≈2.97MeV。[答案](1)3.26MeV(2)2.97MeV0.99MeV13．(2018·全国卷Ⅱ·T17)用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J。已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015HzB[根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－hν0，代入数据解得ν0≈8×1014Hz，B正确。]14．(多选)(2020·全国卷Ⅲ·T19)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→X＋eq\o\al(1,0)n。X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋eq\o\al(0,1)e。则()A．X的质量数与Y的质量数相等B．X的电荷数比Y的电荷数少1C．X的电荷数比eq\o\al(27,13)Al的电荷数多2D．X的质量数与eq\o\al(27,13)Al的质量数相等AC[根据电荷数守恒和质量数守恒，可知eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→X＋eq\o\al(1,0)n方程中X的质量数为30，电荷数为15，再根据X→Y＋eq\o\al(0,1)e方程可知Y的质量数为30，电荷数为14，故X的质量数与Y的质量数相等，X的电荷数比Y的电荷数多1，X的电荷数比eq\o\al(27,13)Al的电荷数多2，X的质量数比eq\o\al(27,13)Al的质量数多3，选项A、C正确，B、D错误。]15．(多选)(2019·浙江高考