专题十六 近代物理初步

北京曲一线图书策划有限公司5年高考3年模拟B版高考物理专题十六近代物理初步考点1光电效应波粒二象性1.(2024湖南,1,4分)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答案B普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的,这个不可再分的最小能量值叫作能量子,A错误;紫光的光子频率更高,光子能量更大,如果红光可以使某金属发生光电效应,则紫光一定也可以使该金属发生光电效应,B正确;康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分,这个现象称为康普顿效应,C错误;德布罗意认为实物粒子也具有波粒二象性,质子、电子等都具有波动性,D错误。2.(2024黑吉辽,8,6分)(多选)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.该金属的逸出功增大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答案BD逸出功由金属材料本身决定,A错误。光子能量E=hν,由光子频率决定,B正确。由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,逸出的光电子最大初动能不变,C错误。光的强度增加,单位时间照射到金属表面的光子数增加,单位时间逸出的光电子数增多,D正确。3.☆☆（网络版）（2024江苏）在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种（）A.λ1B.λ2C.λ3D.λ4【答案】C【解析】根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为的光子能量最大。故选C。4.（2024新课标，17，6分）三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是（）A.蓝光光子的能量大于红光光子的能量B.蓝光光子的动量小于红光光子的动量C.在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度D.蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率【答案】A【解析】蓝光的频率大于红光的频率，由E=hν可知，蓝光光子的能量大于红光光子的能量，A正确；蓝光的波长小于红光的波长，由p=hλ可知蓝光光子的动量大于红光光子的动量，B错误；玻璃对蓝光的折射率大于对红光的折射率，由v=cn可知，在玻璃中传播时，蓝光的速度小于红光的速度，C错误；光由一种介质进入另一种介质，频率不会发生变化，5.☆☆☆（网络版）（2024海南）利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关，用频率为的光照射光电管，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，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UC.其他条件不变，使开关接，电流表示数仍为零D.光电管阴极材料的截止频率【答案】D【解析】当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程，故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；若改用比更大频率的光照射时，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U，故B错误；其他条件不变时，使开关S接2，此时，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，其中，联立解得光电管阴极材料的截止频率，故D正确。考点2原子结构1.（2024江西，2，4分）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.6.38×1014HzB.5.67×1014HzC.5.31×1014HzD.4.67×1014Hz【答案】C【解析】两能级差ΔE=2.20eV≈3.52×10-19J，根据ΔE=hν得，发光频率ν=ΔEh=3.52×10-196.63×102.☆☆（网络版）（2024安徽）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，当大量处于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【答案】B【解析】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的种类为，辐射出光子的能量分别为，，，其中，，，所以辐射不同频率的紫外光有2种。故选B。3.（2024浙江6月，10，3分）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和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.若原子从n=3跃迁至n=4能级，入射光的频率ν'34>E【答案】B【解析】由能量关系可得E3-E1=hν31，光的波长λ31=cν31，对应光子的动量p=hλ31，联立以上关系式可得p=E3-E1c，A错误。同一光电效应装置对应的逸出功W0相同，光电子的最大初动能Ekm=hν-W0，由E31=E32+E21可得hν31=hν32+hν21，所以两种光电子最大初动能之差ΔEkm=hν31-hν21=hν32，B正确。频率为ν31的光的波长为λ31=cν31，频率为ν21的光的波长为λ21=cν21，由Δx=ldλ，可得产生的干涉条纹间距之差为ld（λ21-λ31）=lcd1ν21-1ν31，C错误。由4.(2024北京,13,3分)产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖,阿秒(as)是时间单位,1as=1×10-18s。阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光,提供了阿秒量级的超快“光快门”,使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100as的阿秒光脉冲,持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108m/s,普朗克常量h=6.6×10-34J·s。下列说法正确的是()A.对于0.1mm宽的单缝,此阿秒光脉冲比波长为550nm的可见光的衍射现象更明显B.此阿秒光脉冲和波长为550nm的可见光束总能量相等时,阿秒光脉冲的光子数更多C.此阿秒光脉冲可以使能量为-13.6eV(-2.2×10-18J)的基态氢原子电离D.为了探测原子内电子的动态过程,阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期答案C审题指导本题的关键是理解波的形成和传播原理:振动一个周期产生的波向前传播一个波长,根据一个脉冲周期求出脉冲光波的波长至关重要(λ=cT)。解析由波的形成原理易知,振动一个周期,波传播一个波长的距离,故波长λ=cT≤3.0×108×100×10-18m=30nm,该波长跟550nm相比,与0.1mm=105nm的偏差更大,波发生明显衍射现象的条件是波长与狭缝(或障碍物)的尺寸相差不多或比狭缝(或障碍物)的尺寸稍大,所以该脉冲波通过0.1mm的单缝时发生的衍射现象不如550nm的可见光的明显,A错误。根据E=Nhν=Nhcλ可知,能量相等时波长较短的阿秒光脉冲的光子数更少,B错误。hΝ=hcλ≥6.6×10-34×3.0×10830×10-9J=6.6×10-18J>2.2×10-18J,故此阿秒光脉冲能使基态氢原子电离,C正确。研究原子内电子的动态过程中,超短脉冲光束对电子的状态进行曝光产生一个虚拟快门,对电子进行高速摄影,此时的时间分辨能力由超短脉冲光束的持续时间所决定,考点3原子核核反应1.（网络版）（2024湖北，2,4分）硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一,是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则（）A.a=7，b=1 B.a=7，b=2 C.a=6，b=1 D.a=6，b=2【答案】B【解析】由质量数和电荷数守恒可得，,解得,B正确。2.☆（网络版）（2024江苏）用粒子轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核反应方程式是，粒子X为（）A.正电子B.中子C.氘核D.氦核【答案】D【解析】根据质量数守恒可知X的质量数，根据电荷守恒可知X的电荷数，可知X为中子。故选D。3．☆（网络版）（2024福建）2863Ni→A．24HeB．-10eC．1【答案】B【解析】根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为0，电荷数-1，则X为-10e。故选4.(2024北京,1,3分)已知钍234的半衰期是24天。1g钍234经过48天后,剩余钍234的质量为()A.0g B.0.25g C.0.5g D.0.75g答案Bm余=m原12tτ,半衰期表示有一半原子核发生衰变的时间,经过48天,即2个半衰期,还剩14的原子核没有发生衰变,则剩余钍234的质量为0.25g5.(2024广东,2,4分)我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”,其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素。科学家尝试使用核反应Y+95243Am→119AX+201n产生该元素。关于原子核Y和质量数A.Y为

2658Fe,A=299 B.Y为C.Y为

2454Cr,A=295 D.Y为答案C由电荷数守恒可知原子核Y的电荷数Z=119-95=24,分析选项可知Y为

2454Cr,由质量数守恒可知6.(2024河北,1,4分)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明,锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应。其中一种核反应方程为

612C+11H→37Li+211A.01n B.-10e C.答案D设X的电荷数和质量数分别为Z、A,根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒有6+1=3+2×1+Z,12+1=7+2×1+A,解得Z=2,A=4。D正确。7.（2024全国甲，14，6分）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用612H→224He+x01n+y1A.x=1，y=2 B.x=1，y=3C.x=2，y=2 D.x=3，y=1【答案】C【解析】由核反应中的质量数守恒和电荷数守恒可得6×2=2×4+x+y①、6×1=2×2+y②，联立解得x=2、y=2，C正确。8.☆☆（网络版）（2024广西）近期，我国科研人员首次合成了新核素锇（）和钨（）。若锇经过1次衰变，钨经过1次衰变（放出一个正电子），则上述两新核素衰变后的新核有相同的（）A.电荷数B.中子数C.质量数D.质子数【答案】C【解析】锇经过1次衰变后产生的新核素质量数为156，质子数为74，钨经过1次衰变后质量数为156，质子数为73，可知两新核素衰变后的新核有相同的质量数。故选C。2.☆（网络版）（2024海南）人工核反应中的X是（）A.中子B.质子C.电子D.α粒子【答案】A【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的电荷数为0，质量数为1，则X是中子。故选A。9.（2024浙江6月，4，3分）发现中子的核反应方程为

24He+49Be→X+01n，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为A.核反应方程中的X为

6B.衰变方程中的Y为

2C.中子

01D.钚238的衰变吸收能量【答案】A【解析】根据核反应中质量数守恒和核电荷数守恒，可得X是

612C，A正确；衰变方程中的Y是

24He，B错误；中子的质量数为1，电荷数为0，C错误；钚238发生10（2024山东，1，3分）2024年是中国航天大年，神舟十八号、