近代物理压轴选择题、填空题（全国甲卷和Ⅰ卷）-2023年高考物理十年压轴真题与模拟题（原卷版）

近代物理压轴选择题、填空题（全国甲卷和I卷）

命题提律

高考物理近代物理压轴题是考查学生物理学科素养高低的试金石，表现为综合性强、求解

难度适中、对考生的综合分析能力解决物理问题的能力要求适中等特点。

一、命题范围

1.波粒二象性（压轴指数★★★）

①光电效应问题。结合结合光电效应的实验规律和光电效应方程解决。

②物质的波粒二象性、康普顿效应、能量量子化。

2、原子结构（压轴指数★★★★）

波尔的氢原子模型，能级图。

3、原子核（压轴指数★★★）

原子核的组成，放射性元素的衰变、核力与结合能、核能、质能方程、半衰期

二、命题类型

1.单一情境型。物理情境选自生活生产情境或学习探究情境，物理力学情境综合型试题的

物理模型有：氢原子能级图、放射性元素的衰变、原子核的人工转变、光电效应。

2.综合型问题。氢原子放射出的光与光电效应的结合问题。

历年五题

一、单选题

1.（2022•全国•统考高考真题）两种放射性元素的半衰期分别为2和％,在f=0时刻这两

N

种元素的原子核总数为N,在f=2/。时刻，尚未衰变的原子核总数为:，则在f=4f0时

刻，尚未衰变的原子核总数为（）

2.（2021•全国•高考真题）如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、夕衰变后，生成

稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为（）

3∙（2019∙全国•高考真题）氢原子能级示意图如图所示，光子能量在L63eV~3.10eV的光

为可见光，要使处于基态（XI）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子

提供的能量为（）

n£7eV

8----------------0

4-----------------0.85

3-----------------1.51

2-----------------3.4

1-----------------13.6

A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.51eV

4.（2017•全国•高考真题）大科学工程“人造太阳”主要是将笊核聚变反应释放的能量用来发

电。气核聚变反应方程是：：H+汨玲;He+：n。已知;H的质量为2.0136u,；He的质量

为3。1505）的质量为1.008731比9311\^^2。笊核聚变反应中释放的核能约为

（）

A.3.7MeVB.3.3MeVC.2.7MeVD.0.93MeV

二、多选题

5.（2020•全国,统考高考真题）下列核反应方程中，Xi,X2,X3,X4代表α粒子的有

（）

A.:H+：H-：n+X|B.:H+：H—：n+X?

C.∞U+>→'^Ba+SKr+3X3D.：n+；Ll：H+X4

6.（2016•全国•高考真题）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，

有光电流产生.下列说法正确的是（）

A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B.入射光的频率变高，饱和光电流变大

C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

E.遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关

7.（2014•全国•高考真题）关于天然放射性，下列说法正确的是

A.所有元素都可能发生衰变

B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关

C.放射性元素与别的元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性

D.a、6和l/三种射线中，y射线的穿透能力最强

E.一个原子核在一次衰变中可同量放出a、6和y三种射线

三、填空题

8.（2015•全国•高考真题）在某次光电效应实验中，得到的遏制电压Uo与入射光的频率U

的关系如图所示，若该直线的斜率和截距分别为A和8，电子电荷量的绝对值为明则普朗

克常量可表示为,所用材料的逸出功可表示为

9.（2013•全国•高考真题）一质子束入射到静止靶核Al上，产生如下核反应：

p+∏AI→X+n,式中P代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核.由反应式可

知，新核X的质子数为,中子数为.

1应存第咯

一、光电效应

1.光电效应的分析思路

通过频光子产生光电子的

⑴

率分析,能量大、最大初动能大

单位时间单位时光

/通过光

入射电

照到金属间产生

（2）的强度光强流

\分析）表面的光的光电大

度大

子数目多子多

2.光电效应图像

图像名称图线形状获取信息

①截止频率(极限频率)%:图线与

V轴交点的横坐标

最大初动能Ek与入7^

②逸出功版:图线与Ek轴交点的

射光频率V的关系图

纵坐标的绝对值W^-E=E

]0∖∖

线

③普朗克常量图线的斜率

h

①极止频率k图线与横轴的交

点的横坐标

k②遏止电压“：随入射光频率的

遏止电压UC与入射

增大而增大

光频率V的关系图线

C③普朗克常量等于图线的斜率

与电子电荷量的乘积，即〃=

h(注：此时两极之间接反向电压)

①遏止电压“：图线与横轴的交

颜色相同、强度不同

b.7一强光(黄)点的横坐标

纤二弱光(黄)

的光，光电流与电压

②饱和电流：电流的最大值；

的关系UOU

c③最大初动能：Ek=eUc

①遏止电压“I、Ikl

光

颜色不同时，光电流光②饱和电流

与电压的关系③最大初动能Ek∣=eG∣,E=

大k2

eUcz

二、光的波粒二象性与物质波

1.光的波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性.

(2)光电效应说明光具有粒子性.

(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性.

2.物质波

(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大

的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波.

(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，

h

其波长2=5P为运动物体的动量，/?为普朗克常量.

三、原子结构

1.电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子.

2.α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用a粒子轰击金箔的

实验，实验发现绝大多数a粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数a粒子发

生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90。，也就是说它们儿乎被“撞”了回来.

3.原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量

都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转.

四、玻尔理论能级跃迁

1.玻尔理论

(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动

是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射.

(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为b)跃迁到能量较低的定态轨道(能量

记为&,,〃?<〃)时，会放出能量为hv的光子,这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，

34

BPhv^En-Em.(h是普朗克常量，A=6.63×10^J∙s)

(3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的

定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的.

2.氢原子的能量和能级跃迁

(1)能级和半径公式：

①能级公式：f,,=^Eι(w=1,2,3-其中昂为基态能量，其数值为式=-13.6eV.

②半径公式：%=〃2心(〃=1,2,3,…)，其中八为基态轨道半径，其数值为八=0.53XIORm.

(2)氢原子的能级图，如图所示

3.两类能级跃迁

(1)自发跃迁：高能级一低能级，释放能量，发射光子.

U,AZ..∣,x∙÷-AEE询-E低

光子的频率V=丁=-J1—.

(2)受激跃迁：低能级一高能级，吸收能量.

吸收光子的能量必须恰好等于能级差hv=∖E.

4.光谱线条数的确定方法

(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为〃一L

(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N=C*1/.

5.电离

(1)电离态：n=∞,E=O.

(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量.

例如：氢原子从基态一电离态：

E啖=0一(一13.6eV)=13.6eV

(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能.

五、原子核的衰变及半衰期

1.原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的质子数.

2.天然放射现象

放射性元素自发地发出射线的现象,首先由贝克勒尔发现.天然放射现象的发现，说明原子

核具有复杂的结构.

3.三种射线的比较

名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领

a射线氢核IHe+2e4u最强最嵬

1

射线电子较强较强

B-Ye~e1837u

Y射线光子YOO最弱最强

4.原子核的衰变

(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.

(2)a衰变、β衰变

衰变类型a衰变P衰变

衰变方程-Xf沙NY+?He%XfzMY+-9e

2个质子和2个中子结合成

中子转化为质子和电子

衰变实质一个整体射出

2∣H+2⅛→lHeAn→∣H÷4e

衰变规律电荷数守恒、贡量数守恒

(3)γ射线：γ射线经常是伴随着a衰变或。衰变同时产生的.

5.半衰期

⑴公式:N金=NM(B)71",m余=m(g)7i”.

⑵影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的外部条件

(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无差(选填“有关”或“无关”).

6.放射性同位素的应用与防护

(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质

相同.

(2)应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等.

(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害.

六、核反应及核反应类型

1.核反应的四种类型

类型可控性核反应方程典例

a衰变自发2^U-→Wh+lHe

衰变

β衰变自发Wh→2^Pa+-9e

l^N+⅛He→'?O+∣H

(卢瑟福发现质子)

IHe+^Be->1？C+An

(查德威克发现中子)

人工转变人工控制

约里奥一居里夫妇

UAl+夕Hef即+An发现放射性同位

和Pf/Si++9e素，同时发现正电

子

2的U+Jn-嘿Ba+酷Kr+3⅛Q

重核裂变容易控制

2电U+An"UXe+戮Sr+1OAn

轻核聚变现阶段很难控制?H+m-⅛He+in

2.核反应方程式的书写

(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础.如质子(]H)、中子0n)、a粒子

©He)、β粒子(一肥)、正电子(+忖、笊核(汨)、瓶核GH)等.

(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒.

(3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“一”表示反应方向.

七、质量亏损及核能的计算

1.核力和核能

(1)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力.

(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量,叫作原子

的结合能，也叫核能.

(3)比结合能：原子核的结合能与核子数之比,叫作比结合能，也叫平均结合能.比结合能越

大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.

(4)核子在结合成原子核时出现质量亏损∖m,其对应的能量ΔΛ=&@.原子核分解成核子时

要吸收一定的能量，相应的质量增加吸收的能量为AE=Amc2

2.核能的计算方法

(1)根据计算，计算时△加的单位是“kg”，C的单位是“m/s”，∖E的单位是

“J”.

⑵根据Af=A机X931.5MeV计算.因1原子质量单位(U)相当于931.5MeV的能量，所以

计算时△加的单位是“u”，Af的单位是“MeV”.

(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能=核子比结合能X核子数.

模拟孩部)

一、单选题

1.如图所示为一价氨离子(He')的能级图，根据玻尔原子理论，下列说法正确的是

()

nE/eV

OO--------------------0

4-----------------------3.40

3-----------------------6.04

2----------------------13.6

1----------------------54.4

A.能级越高，氢离子越稳定

B.〃=1时，氮离子处于第一激发态

C.从〃=2跃迁至!|〃=1比从〃=3跃迁到〃=2辐射出的光子动量小

D.一个处于〃=4能级的氮离子跃迁到基态的过程中，可能辐射两种频率的光子

2.从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物

理量。他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Ue与入射光频率u,作出如图

乙所示的S-Y图像，图像与横轴的交点坐标为(。，0),其反向延长线与纵轴的交点坐标

为（0,功），由此算出普朗克常量心并与普朗克根据黑体辐射测出的力相比较，以检验爱

因斯坦光电效应方程的正确性。下列说法正确的是（）

A.入射光的频率越大，。的值越大B.入射光的频率越大，b的值越大

C.图甲中极板A连接电源的正极D.由乙图可求出普朗克常量。

3.用甲、乙两种单色光分别照射锌板，逸出的光电子的最大初动能分别为线、牛。已

知乙光的频率是甲光频率的∣∙,则锌板的逸出功为（）

35

A.EkB.-EkC.2EkD.-Ek

4.图中甲、乙、丙、丁四幅图涉及不同的原子物理知识，其中说法正确的是（）

丙丁

A.图甲说明少量电子的运动表现为波动性，大量电子的运动表现为粒子性

B.图乙的α粒子散射实验中，当显微镜放在。位置时，荧光屏上观察不到闪光

C.图丙中A、B、C分别表示不同能级间跃迁时释放出的光子，频率最低的是C光子

D.图丁中轧制钢板时需要动态监测钢板的厚度，探测器接收到的可能是a射线

5.关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（）

A.普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一

B.玻尔理论指出氢原子能级是分立的，并测出了氨原子光谱

C.卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子

D.根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性

6.这次波及全球的新冠病毒的尺寸约为IOOnm,由于最短可见光波长约为400nm,所以

我们无法用可见光捕捉病毒的照片。科学家用电子显微镜，即加速电场中的电子，使其表

现为波长远小于可见光的波。终于捕捉到了它的图像，正所谓越艳丽越有毒。已知电子的

质量为9'IOFkg,电子的电荷量为1.6xl（）T9c,普朗克常量为6.6X1（ΓMJ∙S,不考虑相对

应效应，则下列说法错误的是（）

A.电子显微镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常短

B.电子显微镜与加速电压有关，加速电压越高，则分辨率越低

C.若用相同动能的质子代替电子，也能拍摄到新冠病毒的3D图像

D.德布罗意长为0.2nm的电子，可由静止电子通过约37.8V的电压加速得到

7.氢原子的能级公式为：Z=-V£；（〃=1,2,3......）,其中以为基态能量。若处于〃=2

H"

能级的氢原子吸收频率为V的光子后恰好能发生电离，己知普朗克常量为/7,则（）

ElE,E.3E.

A.V=——LB.V=——LC.V=——lD.V=-------l

h2h4/z4〃

8.下列说法正确的是（）

A.α射线、。射线和丫射线是三种波长不同的电磁波

B.根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能和动能之和不守恒

C.分子势能随着分子间距离的增大，可能先增大后减小

D.只要对物体进行不断的冷却，就可以把物体的温度降为绝对零度

9.一群处于”=1（基态）的氢原子吸收频率为匕、％的两种光子后，分别跃迁到〃=根和

〃=P的两能级上（加<夕），其对应的能量分别为Em、Ep,处于机、P两能级的氢原子将

向低能级跃迁。已知普朗克常量为17,下列说法正确的是（）

A.V,>v2

B.按照玻尔原子理论的基本假设可知，处于，”能级的氢原子的核外电子离原子核远一些

C.匕、匕、Em和EP之间的关系式为Em-EP=M匕-崂）

D.大量处于，小P两能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射出“，（〃—）；P（PT）种光

子

10.有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光。图甲所示为

钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为5.09xl0∣4Hz的

黄光，可见光谱如图乙所示。锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为（）

4.04.55.05.56.06.57.07.58.0v/1014Hz

A.红色B.橙色C.绿色D.青色

11.幽门螺杆菌在胃中产生的尿素酶