2025届高中物理三轮冲刺练习-专题五微专题19近代物理初步习题

微专题19近代物理初步1.光电效应的两条对应关系(1)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大；(2)光照强度大(同种频率的光)→光子数目多→发射光电子多→光电流大。2.光电效应的三类图像(1)Ek-ν图像①截止频率：图线与ν轴交点的横坐标νc。②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E。③普朗克常量：图线的斜率k=h。(2)光电流I与电压U的关系①遏止电压：Uc1>Uc2，则ν1>ν2。②最大初动能：Ek1=eUc1，Ek2=eUc2。(3)遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标值。②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大，Uc=hνe-W③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h=ke(注：此时两极之间接反向电压)。3.原子能级跃迁问题的解题技巧(1)原子跃迁时，所吸收或释放光子能量只能等于两能级之间的能量差，即ΔE=hν=|E初-E末|。(2)原子电离时，所吸收的能量只需满足大于或等于某一能级能量的绝对值。(3)一群处于第n能级的氢原子跃迁发出最多的光谱线条数N=Cn2=(4)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时，要注意各能级的能量值均为负值，且单位为电子伏特，计算时需换算单位，1eV=1.6×10-19J。4.α衰变和β衰变次数的确定方法(1)方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数的改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。(2)方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。5.核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘以真空中光速c的平方，即ΔE=Δmc2。(2)根据1u(原子质量单位)相当于931.5MeV的能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘931.5MeV，即ΔE=Δm×931.5(MeV)。(3)如果核反应时释放的核能全部是以动能形式呈现的，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。考点一光子的能量粒子的波动性1.(2024·湖南卷·1)量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是：A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的B.光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出C.康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分D.德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性2.(2024·江西卷·2)近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管(LED)，开创了国际上第三条LED技术路线。某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20eV(约3.52×10-19J)，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，则发光频率约为：A.6.38×1014Hz B.5.67×1014HzC.5.31×1014Hz D.4.67×1014Hz3.(2023·江苏卷·14)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：(1)(2分)每个光子的动量p和能量E；(2)(6分)太阳辐射硬X射线的总功率P。【点拨·提炼】1.光子和实物粒子都具有波粒二象性(1)光子的能量E=hν=hcλ(2)每一个运动着的粒子都有一种波与其对应，其波长λ=hp，其中p2.球面辐射模型设一个点光源或球光源辐射光子的功率为P0，它以球面波的形式均匀向外辐射光子，在一段很短的时间Δt内辐射的能量E=P0·Δt，到光源的距离为R处有个正对光源的面积为S的接收器，如图所示，则在Δt内接收器接收到的辐射光子能量E'=S4πR2E考点二光电效应4.(多选)(2024·黑吉辽·8)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则：A.该金属逸出功增大B.X光的光子能量不变C.逸出的光电子最大初动能增大D.单位时间逸出的光电子数增多5.(2024·海南卷·8)利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关，使S接1，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是：A.其他条件不变，增大光强，电压表示数增大B.改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U1C.其他条件不变，使开关S接2，电流表示数仍为零D.光电管阴极材料的截止频率νc=ν1-e6.(2024·湖北省重点高中智学联盟三模)爱因斯坦光电效应方程成功解释了光电效应现象。图中①、②两直线分别是金属A、B发生光电效应时的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像，普朗克常量为h，电子电荷量为e，则下列说法正确的是：A.金属B的逸出功比金属A的小B.①、②两直线的斜率均为hC.当用频率为9×1014Hz的光分别照射两金属A、B时，A中发出光电子的最大初动能较小D.当入射光频率ν不变时，增大入射光的强度，则遏止电压Uc增大考点三玻尔理论氢原子光谱7.(2024·安徽卷·1)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11eV，当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有：A.1种 B.2种 C.3种 D.4种8.(2024·浙江6月选考·10)玻尔氢原子电子轨道示意图如图所示，处于n=3能级的原子向低能级跃迁，会产生三种频率为ν31、ν32、ν21的光，下标数字表示相应的能级。已知普朗克常量为h，光速为c。正确的是：A.频率为ν31的光，其动量为EB.频率为ν31和ν21的两种光分别射入同一光电效应装置，均产生光电子，其最大初动能之差为hν32C.频率为ν31和ν21的两种光分别射入双缝间距为d、双缝到屏的距离为L的干涉装置，产生的干涉条纹间距之差为LcD.若氢原子从n=3能级跃迁至n=4能级，入射光的频率ν34'>E考点四核反应核能的计算9.(2024·湖北卷·2)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一，510B+01n→3aXA.a=7，b=1 B.a=7，b=2C.a=6，b=1 D.a=6，b=210.(2024·山东卷·1)2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知3890Sr衰变为3990Y的半衰期约为29年；94238Pu衰变为92234U的半衰期约为A.3890Sr衰变为3990B.94238Pu衰变为92234C.50年后，剩余的3890Sr数目大于D.87年后，剩余的3890Sr数目小于11.(2022·全国甲卷·17)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t=0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t=2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为N3，则在t=4t0A.N12 B.N9 C.N812.(多选)(2020·浙江7月选考·14)太阳辐射的总功率约为4×1026W，其辐射的能量来自聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1876.1MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(12H)和一个质量为2809.5MeV/c2的氚核(13H)结合为一个质量为3728.4MeV/c2的氦核(24He)，并放出一个A.X粒子是质子B.X粒子的质量为939.6MeV/c2C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109kgD.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6MeV/c2【点拨·提炼】有关核能的计算常用的质量单位：①kg②MeV/c2③u1u=931.5MeV/c2≈1.66×10-27kg1.(2024·山东青岛市三模)“玉兔二号”月球车于2022年7月5日后开始休眠。月球夜晚温度低至零下180℃，为避免低温损坏仪器，月球车携带的放射性元素钚94238Pu会不断衰变，释放能量为仪器保温。94238Pu通过以下反应得到：92238U+12H→93A.k=1，X为电子B.92238U+12C.94238Pu比结合能比D.93238Np衰变前的质量等于衰变后X和2.(2024·辽宁阜新市模拟)我国“北斗三号”采用了星载氢原子钟，该钟数百万年到一千万年才有1s误差。氢原子的部分能级结构如图所示，结合玻尔理论，下列说法正确的是：A.处于基态的氢原子只能吸收13.6eV的能量实现电离B.一个处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出6条光谱线C.用光子能量为10.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，可观测到多种不同频率的光子D.氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，电势能增大3.(2021·全国乙卷·17)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的。对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其mm0-t图线如图所示。从图中可以得到113A.67.3d B.101.0dC.115.1d D.124.9d4.(2024·浙江宁波市二模)斯特潘定律是热力学中的一个著名定律，其内容为：一个黑体表面单位面积辐射的功率与黑体本身的热力学温度T的四次方成正比，即P0=σT4，其中常量σ=5.67×10-8W/(m2·K4)。假定太阳和地球都可以看成黑体，不考虑大气层反射、吸收等因素。已知太阳表面平均温度约为6000K，地球表面平均温度约为300K，日地距离约为1.5×1011m，则太阳半径约为：A.3.8×107m B.7.5×107mC.3.8×108m D.7.5×108m

答案精析高频考点练1.B[普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，故A错误；紫光的频率大于红光，若红光能使金属发生光电效应，紫光也一定能使该金属发生光电效应，故B正确；石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒，光子和电子碰撞后，电子获得一定的动量，光子动量变小，根据λ=hp可知波长变长，故C错误；德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，故D错误。2.C[根据题意可知，辐射出的光子能量ε=3.52×10-19J，由光子的能量ε=hν得ν=εh≈5.31×1014Hz，故选C。3.(1)hλhcλ(2解析(1)由题意可知每个光子的动量为p=h每个光子的能量为E=hν=hc(2)太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t时间内发射总光子数为n，则ntN=可得n=4π所以t时间内辐射光子的总能量E'=nhcλ=太阳辐射硬X射线的总功率P=E't=4π4.BD[金属的逸出功是金属的自身固有属性，仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属逸出功不变，故A错误；根据光子能量公式ε=hν可知增加此X光的强度，X光的光子能量不变，故B正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0，可知增加此X光的强度，逸出的光电子最大初动能不变，故C错误；增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的光子变多，则单位时间逸出的光电子数增多，故D正确。]5.D[当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程得eU1=hν1-W0，故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表示数大于U1，故B错误；其他条件不变，使开关S接2，此时hν1>W0，可发生光电效应，故电流表示数不为零，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程得eU1=hν1-W0，其中W0=hνc，联立解得光电管阴极材料的截止频率为νc=ν1-eU1h，6.B[根据光电效应方程Ek=hν-W0可知，当Ek=0时，W0=hν；图像②对应的截止频率ν大，则金属B的逸出功大，A错误；根据Ek=hν-W0，Uce=Ek，解得Uc=hνe-W0e，可知①、②两直线的斜率均为he，B正确；当用频率为9×1014Hz的光分别照射两金属A、B时，图像①对应的遏止电压Uc大，则A中飞出光电子的最大初动能较大，C错误；当入射光频率ν不变时，增大入射光的强度，遏止电压Uc不变7.B[大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率光子的种类为C32辐射出光子的能量分别为ΔE1=E3-E1=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV>3.11eVΔE2=E3-E2=-1.51eV-(-3.4eV)=1.89eV<3.11eVΔE3=E2-E1=-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV>3.11eV所以辐射不同频率的紫外光有2种，故选B。]8.B[根据玻尔理论可知hν31=E3-E1则频率为ν31的光其动量为p=hλ=hν31c=根据爱因斯坦光电效应方程可知，其最大初动能分别为Ekm1=hν31-W0，Ekm2=hν21-W0最大初动能之差为ΔEkm=hν31-hν21=hν32，选项B正确；根据干涉条纹间距公式Δx=Ldλ=产生的干涉条纹间距之差为Δs=Lcdν31-Lcdν21=Lcd(若氢原子从n=3能级跃迁至n=4能级，则E4-E3=hν34'可得入射光的频率ν34'=E4-E39.B[由核反应方程中质量数和电荷数守恒可得10+1=a+4，5+0=3+b解得a=7，b=2，故选B。]10.D[根据质量数守恒和电荷数守恒可知3890Sr衰变为3990Y时产生电子，即β粒子根据质量数守恒和电荷数守恒可知94238Pu衰变为92234U时产生24He，即根据题意可知94238Pu的半衰期大于3890Sr的半衰期，相同数目的3890Sr和94238Pu经过相同的时间，3890S经过的半衰期的次数多，所以剩余的3811.C[根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有x+y=N，经历2t0后有14x+12y联立可得x=23N，y=1在t=4t0时，原子核数为x的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素经历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为n=124x+122y=N12.BC[该聚变反应方程为12H+13H→24He+01n，X为中子，故A错误；该核反应中质量的减少量Δm1=17.6MeV/c2，由质能方程知，m氘+m氚=m氦+mX+Δm1，代入数据知1876.1MeV/c2+2809.5MeV/c2=3728.4MeV/c2+mX+17.6MeV/c2，故mX=939.6MeV/c2，故B正确；太阳每秒辐射能量ΔE=PΔt=4×1026J，由质能方程知Δm=ΔEc2，故太阳每秒因为辐射损失的质量Δm=4×1026(3×108)2kg≈4