2024年高考物理备考优生百日闯关系列专题13近代物理初步含解析

PAGEPAGE9专题13近代物理初步第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发觉，试题在考查主干学问的同时，留意考查必修中的基本概念和基本规律。考纲要求1、知道什么是光电效应，理解光电效应的试验规律；会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量；知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．2、知道两种原子结构模型，会用玻尔理论说明氢原子光谱；驾驭氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题。3、驾驭原子核的衰变、半衰期等学问；会书写核反应方程，并能依据质能方程求解核能问题．命题规律1、光电效应现象、试验规律和光电效应方程，光的波粒二象性和德布罗意波是理解的难点，也是考查的热点，一般以选择题形式出现，光电效应方程可能会以填空题或计算题形式出现。2、核式结构、玻尔理论、能级公式、原子跃迁条件在选做题部分出现的几率将会增加，可能单独命题，也可能与其它学问联合出题．3、半衰期、质能方程的应用、计算和核反应方程的书写是高考的热点问题，试题一般以基础学问为主，较简洁.其次部分精选试题一、单选题1．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是A．α粒子的散射试验 B．对阴极射线的探讨C．自然放射性现象的发觉 D．质子的发觉【答案】A【解析】卢瑟福提出原子的核式结构模型是依据a粒子的散射试验提出来的，A正确。2．托卡马克（Tokamak）是一种困难的环形装置，结构如图所示。环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变更的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加速，从而达到较高的温度。再通过其他方式的进一步加热，就可以达到核聚变的临界温度。同时，环形真空室中的高温等离子体形成等离子体电流，与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域形成闭合磁笼，将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行。已知真空室内等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，下列说法正确的是A．托卡马克装置中核聚变的原理和目前核电站中核反应的原理是相同的B．极向场线圈和环向场线圈的主要作用是加热等离子体C．欧姆线圈中通以恒定电流时，托卡马克装置中的等离子体将不能发生核聚变D．为了约束温度为T的等离子体，所须要的磁感应强度B必需正比于温度T【答案】C【解析】【详解】A、目前核电站中核反应的原理是核裂变，原理不同，故A错误；B、极向场线圈、环向场线圈主要作用是将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行，故B错误；C、欧姆线圈中通以恒定的电流时，产生恒定的磁场，恒定的磁场无法激发电场，则在托卡马克的内部无法产生电场，等离子体无法被加速，因而不能发生核聚变，故C正确。D、带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，则T∝12mv2，由洛伦兹力供应向心力，则qvB=m3．一对正、负电子可形成一种寿命比较短的称为“电子偶素”的新粒子。电子偶素中的正电子与负电子都以速率v绕它们连线的中点做圆周运动。假定玻尔关于氢原子的理论可用于电子偶素，电子的质量m、速率v和正、负电子间的距离r的乘积也满意量子化条件，即mvnrn=nh2π，式中n称为量子数，可取整数值1、2、3、，h为普朗克常量。已知静电力常量为k，电子质量为m、电荷量为eA．π2k2e4m【答案】C【解析】【分析】正电子与负电子都以速率v绕它们连线的中点做圆周运动，两者间的库仑力充当向心力；结合题中量子化的条件，可得n=1时正、负电子间的距离r1、电子的速率v1。求出【详解】设n=1时正、负电子间的距离为r1、电子的速率为v1，则ke2r12=mv12r12，由量子化条件可得mv1r1=h2π4．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En=E1n2，其中n＝2，3，4…A．氢原子跃迁到激发态后，核外电子动能增大，原子的电势能减小B．基态氢原子中的电子汲取一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为2(C．大量处于n＝3的激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出3种不同频率的光D．若原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时所产生的电磁波能使某金属发生光电效应，则原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时所产生的电磁波也肯定能使该金属发生光电效应【答案】C【解析】【详解】A、氢原子跃迁到激发态后，核外电子的动能减小，电势能增大，总能量增大，选项A错误；B、基态的氢原子中的电子汲取一频率为ν的光子被电离后，最大动能为Ekm＝hν－E1，设电子的最大速度为vm，则vm＝2(hν-E1)mC、大量处于n＝3的激发态的氢原子，向低能级跃迁可能辐射的光线的条数C32＝3种，选项从n＝6能级向n＝1能级跃迁产生的电磁波能使某金属发生光电效应，则从n＝6能级向n＝2能级跃迁产生的电磁波不肯定能使该金属发生光电效应，选项D错误．故选C5．如图所示，静止的92238U核发生衰变后生成反冲Th核，两个产物都在垂直于它们的速度方向的匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法错误的是：(A．衰变方程可表示为92B．Th核和粒子的圆周轨道半径之比为1:45C．Th核和粒子的动能之比为1:45D．Th核和粒子在匀强磁场中旋转的方向相同【答案】C【解析】【详解】由电荷守恒及质量守恒可知，衰变方程可表示为92238U→90234Th+24He，故A正确；粒子在磁场中运动，洛伦兹力作向心力，所以有，R=mvqB；而P=mv相同、B相同，故Th核和α粒子的圆周轨道半径之比RThRα=290=145，故B正确；由动量守恒可得衰变后v【点睛】此题类似反冲问题，结合动量守恒定律和轨道半径公式探讨；写衰变方程时要留意电荷、质量都要守恒即反应前后各粒子的质子数总和不变，相对原子质量总数不变，但前后结合能一般发生变更。6．紫外光电管是利用光电效应原理对油库等重要场所进行火灾报警的装置，其工作电路如图所示，其中A为阳极，K为阴极，只有当明火中的紫外线照耀到Κ极时，c、d端才会有信号输出。已知地球表面太阳光中紫外线波长主要在315nm-400nm之间，而明火中的紫外线波长主要在200nm-280nm之间，下列说法正确的是A．要实现有效报警，照耀光电管的紫外线波长应大于280nmB．明火照耀到搬时间要足够长，c、d端才有输出电压C．仅有太阳光照耀光电管时，c、d端输出的电压为零D．火灾报警时，照耀光电管的紫外线波长越大，逸出的光电子最大初动能越大【答案】C【解析】A、依据题意要实现有效报警，照耀光电管的紫外线波长应介于200nm-280nm之间，故A错；B、光电效应的发生具有瞬时性，故B错；C、仅有太阳光照耀光电管时，由于波长大于明火的波长即频率小于明火的频率，所以不能发生光电效应，回路中没有电流，cd段也就没有电压，故C正确；D、火灾报警时，照耀光电管的紫外线波长越大，则频率越小，那么逸出的光电子最大初动能就越小，故D错误；故选C7．关于原子核、原子核的衰变、核能，下列说法正确的是()A．原子核的结合能越大，原子核越稳定B．任何两个原子核都可以发生核聚变C．92238U衰变成82206Pb要经过8次βD．发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数削减了2【答案】D【解析】A．比结合能越大原子核越稳定，原子核的结合能越大，原子核不肯定越稳定，故A错误；B．入射光频率大于极限频率能产生光电子，故B正确；C．铀核92238U衰变为铅核82206Pb的过程中，α衰变一次质量数削减4个，次数n=238-2064=8；β衰变的次数为n=2×8-(92-82)=6，要经过8次αD．α粒子为氦核，由两个质子和两种中子组成，所以发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数削减了2，故D正确．故选：BD8．现在许多血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，将若干毫升含放射性元素锝（Tc）的注射液注入被检测者的动脉中，经过40分钟后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环匀称地分布到血液中，这时对被检测者的心脏进行造影。心脏血管正常的位置由于放射性物质随血液到达而有放射线射出；心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达，将无放射线射出。医生依据显像状况就可判定被检测者心脏血管有无病变，并判定病变位置。你认为检测所用放射性锝的半衰期应当最接近（）A．6分钟B．6小时C．6天D．6个月【答案】B【解析】试题分析：依据题意可知，将若干毫升含放射性元素锝（Tc）的注射液注入被检测者的动脉中，经过40分钟后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环匀称地分布到血液中，可知检测所用放射性锝的半衰期应当最接近6小时才合适，故选B．考点：半衰期【名师点睛】本题较简洁，学生对习题的信息量较大，增大了阅读的难度，但该题留意了结合生活来考查物理学问，是今后考试考查的方向，学生在学习中应留意搜集与物理相关的学问。9．从1907年起，密立根就起先测量金属的遏止电压CU（即图1所示的电路中电流表○G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压）与入射光的频率v，由此算出普朗克常量h，并与普朗克依据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。依据密立根的方法我们利用图示装置进行试验，得到了某金属的UC--v图像如图2所示。下列说法正确的是A．该金属的截止频率约为4．27×1014HzB．该金属的截止频率约为5．50×1014HzC．该图线的斜率为普朗克常量D．该图线的斜率为这种金属的逸出功【答案】A【解析】试题分析：设金属的逸出功为光电子的最大初动能Ek与遏止电压UC的关系是联立两式可得：可解得，即金属的截止频率约为Hz，在误差允许范围内，可以认为A正确；B错误。考点：光电效应。10．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是（c表示真空中的光速）（）A．（m1+m2-m3）cB．（m1-m2-m3）cC．（m1+m2-m3）c2D．（m1-m2-m3）c2【答案】C【解析】试题分析：依据质能方程ΔE=Δmc2知，核反应过程中释放的能量等于质量的考点：主要考查质能方程二、多选题11．静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，α粒子在磁场中运动的半径为R。则A．衰变方程可表示为ZAX→Z-2A-4Y+24He B．C．核Y在磁场中运动的半径为2RZ-2 D．核【答案】AC【解析】【详解】A．依据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程可表示为ZAX→B．此反应中放出的总能量为：∆E=（mx-my-mα）c2，可知核Y的结合能不等于（mx-my-mα）c2，选项B错误；C．依据半径公式r=mvqB，又mv=P（动量），则得r=PqB，在衰变过程遵守动量守恒，依据动量守恒定律得：0=PY-Pα，则PY=Pα，得半径之比为rYrαD．两核的动能之比：EkYEkα=12m12．如图为英国物理学家查德威克发觉中子的试验示意图，利用钋（84210Po）衰变放出的α粒子轰击铍(49Be)时产生了未知射线。查德威克曾用这种射线分别轰击氢原子(11H)和氮原子(714N），结果打出了一些氢核和氮核。他测量了被打出的氢核和氮核的速度，并认为速度最大昀氢核和氮核是由未知射线中的粒子分别与它们发生弹性正碰的结果，设氢核的最大速度为VHA．钋的衰变方程为84B．图中粒子A是中子C．未知粒子的质量为14vD．未知粒子的质量为14v【答案】BC【解析】【详解】依据质量数和电荷数守恒可知，A中的核反应是错误的，选项A错误；依据题意可知，图中不行见粒子A是中子，选项B正确；氢原子的质量为m，则氮核的质量为14m，设未知射线粒子的质量为m0，碰前速度为v0，则由动量守恒和能量守恒可知：m0v0=m0v1+mvH；12m0v02=12m0v113．在光电效应试验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照耀到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是A．若νa>νb，则肯定有Ua<UbB．若νa>νb，则肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，则肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，则肯定有hνa–Eka>hνb–Ekb【答案】BC【解析】【详解】依据光电效应方程Ekm=hv-W0知，va＞vb，逸出功相同，则Eka＞Ekb，又Ekm=eUc，则Ua＞Ub，故A错误，B正确。依据Ekm=eUc知，若Ua＜Ub，则肯定有Eka＜Ekb，故C正确。逸出功W0=hv-Ekm，由于金属的逸出功相同，则有：hva-Eka=hvb-Ekb，故D错误。故选B。【点睛】解决本题的关键驾驭光电效应方程以及知道最大初动能与遏止电压的关系，留意金属的逸出功与入射光的频率无关．14．如图所示，两块相同的玻璃等腰三棱镜ABC置于空气中，两者的AC面相互平行放置，由红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入，通过两棱镜后，从a、b两点射出。对于从a、b射出的这两束光下列说法正确的是A．从a、b两点射出的两束光不平行B．从a、b两点射出的两束光仍平行，且平行于BC边C．从b点射出的光比从a点射出的光更简洁使金属产生光电效应D．从a点射出的光比从b点射出的光更简洁视察到单缝衍射现象【答案】BCD【解析】【分析】依据光路可逆性原理，分析知道从a、b两点射出的单色光平行．红光的折射率小于蓝光的折射率，依据偏折角的大小推断知，从a点射出的为红光，从b点射出的为蓝光．再结合光电效应的条件和衍射现象的条件分析即可．【详解】依据光路的可逆性，从a、b两点射出的光线与入射光线平行，则从a、b两点射出的单色光仍平行，且平行于BC面。故A错误，B正确。红光的折射率小于蓝光的折射率，光线经过三棱镜ABC后红光的偏折角小于蓝光的偏折角，进入三棱镜CBA后，从a点射出的为红光，从b点射出的为蓝光。红光的频率小于蓝光的频率。产生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，则从b点射出的蓝光比从a点射出的红光更简洁使金属产生光电效应，故C正确。红光的波长比蓝光的长，波长越长，波动性越强，越简洁产生衍射现象，则从a点射出的红光比从b点射出的蓝光更简洁视察到单缝衍射现象，故D正确。故选BCD。【点睛】本题关键是利用光路的可逆性．考查对光的色散现象的理解实力，同时要驾驭光电效应和衍射现象的条件，频率越大越简洁发生光电效应，波长越大越简洁衍射．15．在做光电效应的试验时，某种金属被光照耀发生了光电效应，试验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示，由试验图象可求出A．该金属的极限频率和极限波长B．普朗克常量C．该金属的逸出功D．单位时间内逸出的光电子数E.随意入射光频率v时逸出的光电子的动能【答案】ABC【解析】A、C、依据Ekm=hγ-W0得，纵轴截距的肯定值等于金属的逸出功，等于E．当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为γ0=Eh．由λ=cγ，可求得极限波长，故A、C正确．B、逸出功等于E，则E=hγ0【点睛】解决本题的关键驾驭光电效应方程，知道最大初动能与入射光频率的关系，同时理解光电效应产生的条件．16．云室能显示射线的径迹，把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能推断粒子的属性，放射性元素A的原子核静止放在磁感应强度B=2.5T的匀强磁场中发生衰变，放射出粒子并变成新原子核B，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示，测得两圆的半径之比R1：R2=42：1，且R1=0.2m，已知α粒子质量mα=6.64×10-27kg，β粒子质量mβ=9.1×10-31kg，普朗克常量取h=6.6×10-34Js，下列说法正确的是：（）A．新原子核B的核电荷数为84B．放射性元素A原子核发生的是β衰变C．衰变放射出的粒子的速度大小为2.4×107m/sD．假如A原子核衰变时释放出一种频率为1.2×1015Hz的光子，那么这种光子能使逸出功为4.54eV的金属钨发生光电效应【答案】ACD【解析】由动量守恒0=mv-mαvα，粒子做圆周运动向心力等于洛伦兹力qvB=mv2r，又qα=2e，R1：R2=42：1，由以上关系得该放射性元素的电荷量q=84e，即衰变前原子核的电荷数为84，故A正确．衰变过程中动量守恒，因初动量为零，故衰变后两粒子动量大小相等，方向相反．粒子轨迹为外切圆，说明两粒子所受的洛伦兹力方向相反，均带正电，故发生的是α衰变，故B错误．因R1=mαvαq点睛：本题考查了动量守恒定律、粒子在磁场中做圆周运动的半径公式等学问点，难度中等，综合性较强，需加强这方面的训练，同时驾驭光电效应产生条件，及留意电子伏特与焦耳的单位转换．17．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。碘131的半衰期约为8天，会释放射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射射线，下列说法正确的是（）A．碘131释放的射线由氦核组成，衰变的方程是B．碘131释放的射线是电子流，衰变的方程是C．与铯137相比，碘131衰变更慢，且铯133和铯137含有相同的质子数D．铯137衰变时辐射出的光子能量大于可见光光子能量【答案】BD【解析】试题分析：射线实际是电子流，故A错误，B正确；半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，碘131的半衰期为8天，铯137半衰期为30年，碘131衰变更快；同位素是具有相同的质子数和不同的中子数的元素，故铯133和铯137含有相同的质子数，故C错误。射线是高频电磁波，其光子能量大于可见光的能量，故D正确。考点：可控热核反应、爱因斯坦质能方程、重核的裂变【名师点睛】本题比较简洁，考查了有关原子核的基础学问，对于这些基本学问也要留意积累和记忆，平常加强理解和应用。18．下列说法正确的是。A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度无关B．德布罗意提出了实物粒子也具有波动性的猜想，而电子衍射试验证明了他的猜想C．据光电效应方程可知，发生光电效应时间电子最大初动能与入射光频率成正比D．用频率肯定的光照耀某金属发生光电效应时，入射光越强，单位时间发出的光电子数越多E．光电效应和康普顿效应都揭示了光具有粒子性【答案】BDE【解析】试题分析：A、依据黑体辐射规律：黑体辐射电磁波的强度，按波长的分布，只与黑体的温度有关，故A正确；B、德布罗意首先提出了物质波的猜想，之后电子衍射试验证明了他的猜想，故B正确；C、依据光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系．故C错误；D、用频率肯定的光照耀某金属发生光电效应时，入射光越强，则光束中的光电子的数目越多，单位时间发出的光电子数越多，故D正确；E、光电效应和康普顿效应都揭示了光具有粒子性．故E正确．故选BDE．考点：考查光电效应；物质波．【名师点睛】考查黑体辐射的规律，理解光的波粒两面性，知道光电效应与康普顿效应的作用，留意实物粒子的波动性的理解．19．下列五幅图涉及到不同的物理学问，其中说法正确的是（）A．图甲：原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成，而质子和中子则由更小的微粒组成B．图乙：卢瑟福通过分析α粒子散射试验结果，发觉了质子和中子C．图丙：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D．图丁：普朗克通过探讨黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一E．图戊：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子放射光子的频率也是不连续的【答案】ADE【解析】试题分析：A图原子由原子核和核外电子