2025年物理《三维设计》一轮总复习（提升版）第十六章 近代物理（测试）（解析版）

第十六章近代物理

测试卷

（考试时间：90分钟试卷满分：100分）

注意事项：

1.本试卷分第I卷（选择题）和第n卷（非选择题）两部分。答卷前，考生务必将自己的班级、姓名、

学号填写在试卷匕

2.回答第I卷时，选出每小题答案后，将答案填在选择题上方的答题表中。

3.回答第n卷时，将答案直接写在试卷上。

第I卷（选择题共60分）

一、选择题（共12小题，每小题5分，共60分。在每小题给出的四个选项中，第I*题只有一项符合题

目耍求，第9・12题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）

1.我国自主研发的东方超环（EAST））是国际首个全超导托卡马克核聚变实验装置，有“人造太阳”之称。

去年，EAST两次刷新世界纪录，实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒、7000万摄氏度1056秒的离子体运

行。“人造太阳”核反应的方程可能是（）

A.2黑+7一々Xe+为Sr+2：nB.；H+：H-；Hc+：n

C.2；；Ra->2：：Rn+：HeD.号N+；Hef1O+；H

【答案】B

【详解】A.重核肾U发生裂变，即核裂变核反应，故A错误；

B.该反应是轻核聚变核反应，故B正确；

C.该反应生成物有氮核；He,属于。衰变核，故C错误：

D.该反应是人工核反应方程，故D错误。

故选B。

2.关于近代物理研究，下列叙述符合事实的是（）

A.天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的

B.同种金属发生光电效应时，入射光的频率越低，光电子的最大初动能越大

C.卢瑟福用。粒子轰击;"N获得反冲核？O,发现了中子

D.玻尔理论表明，氢原子能量越高，氢原子核外电子做圆周运动的动能越小

【答案】D

【详解】A.天然放射现象证明了原子核有复杂结构，故A错误；

B.根据耳一也可知当入射光的频率越光电子的最大初动能越大，故B错误；

C.卢瑟福用a粒子轰击；N获得反冲核？。有;He+：Nf?O+；H发现了质子，故C错误；

D.玻尔理论表明，氢原子能量越高，电子绕核运动的半径越大竺=用■二；七二:〃病联立可得耳=”半

r22r

径越大，动能越小，故D正确。故选D。

3.目前科学家已经能够制备出能级较高的氢原子。已知氢原子第〃能级的能量尺=-坐eV,金属鹤的逸

n~

出功为4.54eV,如图是按能量大小排列的电磁波谱，其中可见光的能量区间为1.62eV〜3.11eV。下列说法

正确的是（）

HIM

I红外I线J：茶见；：紫外,线X射线

10-210-,10010'10I2103

能量（eV）

A.紫外线波段的光子均不能使基态氢原子电离

B.氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子

C.用红外线长时间照射金属鸨能产生光电效应

D.用可见光照射处于〃=20能级的氢原子不能使其电离

【答案】B

【详解】A.基态氢原子具有的能量为包=-13.6eV,若基态氢原子电离,则年要吸收的光子能量生13.6eV,

由题图可知紫外线波段中明显存在光子能量磋13.6cV的光子，这些光子可以使基态氢原子电离，故A错误；

B.氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子，如从2能级到3能级，故B正确；

C.金属铝的逸出功为4.54eV,由题图可知，红外线的光子能量小于4.54eV,故不能让金属锂产生光电效

应，故C错误；

D.能级/2=2（）的氢原子能量为En=-竿eV=-黑eV=-O.O34eV由题图可知可见光的光子能量大于

O.O34eV,故可见光可以使〃=20的氢原子失去一个电子变成氢离子，故D错误。故选B。

4.装修石材通常具有一定的辐射，主要是因为其中含有放射性元素氢，氧核（；：Rn）发生一次衰变后生

成新核针（鲁P。），放出一个粒子X及一个，光子。氢的半衰期为3.8天，下列说法正确的是（）

A.X为/?粒子B.X与，光子均属于实物粒子

C.针核的比结合能比氢核大D.石材中氨经过7.6天会全部衰变完

【答案】C

【详解】A.新核针（；：叩。）的电荷数比氨核（瞪Rn）小2,而质量小4,根据电荷数和质量数守恒:，可

得放出的粒子X的电荷数为2,质量数为4,是。粒子，A错误；

B./光子是电磁波，不是实物粒子，B错误；

C,衰变过程有质量亏损，核子的比结合能变大，C正确；

D.每经过•个半衰期，原子核有半数发生衰变，这个•半是指当前的•半，故经过两个半衰期，氨会剩下

四分之一，故D错误。故选C。

5.光子既有能量又有动量，当物体表面对光产生反射或折射时，光的动量被改变，光对物体会产生力的作

用。如图所示，一束功率为P的激光束照射到透明介质小球上时，若忽略光的吸收和反射，经两次折射后，

光的传播方向改了60,则光对介质小球的作用力为（光子的能量E和动量〃之间的关系是七=/兀，其中c

【答案】A

【详解】在4时间内，有P4能量的光被介质球折射，其动量为〃=%

c

因光的传播方向改了60,即光的动量方向改变了60，其动量变化量△〃=型

c

所以光束受介质球的作用力为尸=半=£则其反作用力也为故选A。

Zcc

6.用紫外光电管制作的火灾报警器的灵敏度非常高，只有当明火中的紫外线照射到光电管的阴极K时才启

动报警，因此被称为“火焰发现者”，它对可见光以及太阳光中的紫外线完全没有反应，因此在使用过程中不

需要过漉任何可见光。已知光电管内部阴极K的金属材料发生无电效应的极限频率为％,太阳光中的紫外

线的频率为匕，明火中的紫外线的频率为七,下列说法正确的是（）

A.%%

B.匕＞%

C.只有明火照射到阴极K的时间足够长，火灾报警器才启动报警

D.明火中的紫外线照射阴极K,产生的光电子的最大初动能为匕-%

【答案】A

【详解】B.光电管对太阳光中的紫外线完全没有反应，说明匕小于%,故B错误；

AD.明火中的紫外线照射到光电管的阴极K时发生光电效应，火灾报警器启动报警，说明匕大于%,产生

的光电子的最大初动能为故A正确，D错误；

C.只要发生火灾，当明火中的紫外线照射到阴极K时，立即就能发生光电效应，火灾报警器立即报警，无

须照射足够长时间，故C错误。

故选A。

7.图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极由逸出功因=3.20eV的金属钙制成。图乙是汞原子的能级图,

用汞原子跃迁发出的光子照射阴极，下列说法正确的是（）

n£/cV

00"

4-—1.60

3-——2.70

2---5.50

-10.4

乙

A.大量〃=4能级的汞原子向低能级跃迁时只能发出4种频率的光

B.从〃=2能级跃迁到基态发出的光子波长最长

C.从〃=3能级跃迁到〃=2能级发出的光子能使金属钙发生光电效应

D.用大量〃=2能级跃迁发出的光子照射，要使微安表示数为0,滑片P应向。端移动

【答案】D

【详解】A.大量〃=4能级的汞原子向低能级跃迁时只能发出盘=6种频率的光，故A错误:

B.由公式££=hv；c=3可知光的能量越小，光的波长越长，结合能级图容易知道并不是从〃=2

能级跃迁到基态发出的光子的能量最小，所以从〃=2能级跃迁到基态发出的光子波长不是最长的，故B错

误；

C.由£=纥-与可知从〃=3能级跃迁到〃=2能级发出的光子的能量为2.8UeV,小于金属钙的逸出功，所

以不能使金属钙发生光电效应，故C错误；

D.大量〃=2能级跃迁发出的光子照射，当滑片P应向〃端移须，有。点电势比a点的高，所以这时加在

光电管的电压为反向电压，即K彼加正极。所以有可•能使得微安表示数为0,故D正确。故选D。

8.在俄乌冲突中，乌境内扎波罗热核电站多次遭受炮火攻击，严重威胁其周边环境与居民生活。其中扎波

4

罗热核电站利用铀核裂变释放出能量，其主要核反应方程为至U+'nT。：Ba+SKr+3>,如图所示原子核

的平均结合能与质量数之间的关系图线，下列说法正确的是（）

比结合能/MeV

「

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一LJ

4dTn

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I-4rrr「?

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1.J1JJJ

4Jr

—I

20406080120

A.为了调节中子数目以控制反应速度，核反应堆中需要在铀棒之间插进•些石墨。当反应过于剧烈时，

将石墨棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些

B.通常把核裂变物质能够发生链式反应的最大体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量

C.两个中子和两个质子结合成:He核时释放能量约为28MeV

D.；He核的平均核子质量大？；Li核的平均核子质量

【答案】C

【详解】A.为了调节中子数目以控制反应速度，核反应堆中需要在插棒之间插进一些镉棒，当反应过于剧

烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故A错误；

B.通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量，B错误；

C.根据图像可知；He平均结合能约为7MeV,所以两个中子和两个质子结合成；He核时释放能量约为

E=4x7MeV=28MeV故C正确；

D.:He核的比结合能大于;Li核的比结合能，所以；He核的平均核子质量小于;Li核的平均核子质量，故D

错误。故选C。

9.一定强度的激光（含有三种频率的复色光）沿半径方向入射到半圆形玻璃砖的圆心。点，如图甲所示。

现让经过玻璃砖后的A、B、C三束光分别照射相同的光电管的阴极（如图乙所示），其中。光照射时恰好

有光电流产生，则（）

A.若用4光照射光电管的阴极，一定有光电子逸出

B.。光比B光更容易发生衍射现象

C.若入射光的入射角从零开始增大，C光比8光光消失

D.若用A光和C光分别照射光电管的阴极，A光照射时逸出的光电子的最大初动能较大

【答案】CD

【详解】由图甲可得，三种频率的光，其中B光和C光为单色光，C光的折射率大，频率高：A光除了BC

光的反射光线外，还含有第三种频率的光，为三种光的复合光。

A.根据几何光学知识可知，8光和C光中。光偏折程度较大，C光的折射率大，频率高，。光照射光电管

恰好有光电流产生，用B光照射同一光电管，不能发生光电效应，故A错误：

B.因C光的频率大，波长小，则C光比8光更不容易发生衍射现象，选项B错误；

C.根据sinC=^■可知，C光的临界角较小，若入射光的入射角从。开始增大，。光比B光先消失，故C正

n

确；

D.A光为三种频率的复合光，但八光中某频率的光发生了全反射，其临界角最小，折射率最大，频率最大，

则A光和。光分别照射，光电管的阴极时，A光打出的光电子的最大初动能较大，故D正确；故选CD。

10.2020年6月23日北斗全球组网卫星的收官之星发射成功，其中“北斗三号”采用星载氢原子钟，通过氢

原子的能级跃迁而产生的电磁波校准时.钟。氢原子的部分能级结构如图所示，则（）

nE/eV

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

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

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

2-----------------------3.40

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

A.氢原子的核外电子在离原子核较近的地方出现的概率较小

B.用UeV的光子照射，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态

C.用4eV的光子照射处于〃=2激发态的氢原子，可以使之电离

D.氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大

【答案】CD

【详解】A.氢原子的核外电子在离原子核近的地方，概率大，A错误；

B.让基态的氢原子跃迁到激发态，至少需要的能量是AE=E2—-3.4eV-（-I3.6）eV=10.2eV

或者二Ei-Ei=-1.51eV-（-13.6）eV=12.09eV则UeV不满足两能级间的差值，不能使处于基态的氢

原子跃迁到激发态，B错误；

C.若使处于〃=2激发态的氢原子，光子的能量至少为3.4eV,用4eV的光子照射，可以使之电离，C正

确；

D.氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子运动到离原子核更远的地方，动能减小，原子的电势能增大，

D正确。故选CD。

11.2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛笫一核电站的核废水。核废水中的发生衰变时

的核反应方程为下P。f喟Pb+X,该核反应过程中放出的能量为Q。设UP。的比结合能为用，个Pb的比

结合能为与，X的比结合能为心，已知光在真空中的传播速度为c,则下列说法正确的是（）

A.在该核反应方程中，X表示;He粒子

B.该核反应过程中放出的能量。=210片-（206&+4片）

C.该核反应过程中的质量亏损可以表示为〃?=冬

c

D.若把X粒子射入匀强磁场中，它一定受到洛伦兹力作用

【答案】AC

【详解】A.在该核反应方程中，根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为4,电荷数为2,为；He粒

子，选项A正确；

B.该核反应过程中放出的能量。=（206£2+4七）-2108故B错误；

C.根据爱因斯坦质能方程可知Q=A，/解得，核反应过程中的质最亏损为机=多故C正确；

c~

D.X的速度与匀强磁场方向平行时，不受洛伦兹力作用，故D错误。故选AC。

12.图甲为研究某金属材料的遏止电压S与入射光频率V的关系的电路图。用不同频率的光分别照射甲图

中同一光电管的阴极K,调节滑片P测出遏止电压，并描绘关系图如图乙所示。已知三种光的频率分

别设为〜、匕、口，光子的能量分别为L8eV、2.4eV、3.0cV,测得遇止电压分别为4=0.8V、^2=1.4VS

S（图乙中未知）。则下列说法正确的是（）

A.普朗克常量可表达为〃=吐5

々一匕

B.图乙中频率为乙的光对应的遏止电压=2OV

C.该阴极K金属材料的逸出功为l.OeV

D.将电源的正负极对换，仍用频率为七的光照射阴极K时，将滑片P向右滑动一些，电流表示数变大

【答案】BC

U-n

【详解】A.由光电效应方程64=尿-W可求得〃=一e^二7e,故A错误；

C.由64=尿一卬代入数据，得卬=1.8cV—0.8cV=1.0cV故C正确；

B.由e&=%-W代入数据，得山3=3.（把丫-1优丫=2.（诂丫遏止电压4=2.0丫故8正确；

D.将电源的正负极对换，用频率为匕的光照射阴极K时，加在光电管上的电压会使光电子加速，将滑片P

向右滑动一些，加速电压变大，电流表示数可能增大，也可能不变，故D错误。

故选BCo

第II卷（非选择题共40分）

二、非选择题

13.（8分）人眼对绿光最为敏感。现有一个绿光光源以P。的功率均匀地向各个方向发射波长为2的绿光,

人站在离光源为L的地方，人眼蹄孔的直径为d,不计空气对光的吸收，普朗克常量为h,真空中光速为c,

球体表面积公式为SETZT2。

（1）绿光光子的能量£为多大？单位时间内绿光源发射的光子数N为多少？

（2）单位时间内进入人眼的光子数〃又为多少？

【答案】⑴牛，铲；⑵二竺

2he16hcU

【详解】⑴绿光光子的能量”加=净艮据与=可配

A

得单位时间内绿光源发射的光子数N二孕

he

（2）单位时间内进入人眼的光子数〃=_工*乃（4丫=竺=名/

4万7?\2）16L2\6hcl3

14.（8分）真空中一对平行金属板A和B正对放置，紫外线持续照射A板，有光电子从A板逸出，电子的

电量为质量为〃?，普朗克常量为儿

（1）在A、B板间接一灵敏电流计（如图甲），电流计示数为/,求每秒钟到达B板的电子数N；

（2）在A、B板间接如图电压U（如图乙）时灵敏电流计示数为零，求光电子离开A板时，光电子的物质

波波长的最小值人

【答案】（1）N=,；（2）4=/一

e\j2meU

【详解】（1）设每秒钟到达B板f勺电子个数为M电荷量为。二n0根据电流的定义式得/=2其中片1s,

t

可得N=L

e

（2）以具有最大动能的电子为研究对象，当其速度减小到（）时，电子恰好运动到接近B板，设其最大动能

为瓦〃；根据动能定理得-eU=O一线“光电子的物质波波长为4=^其中p2=2〃?”“联立解得义

15.（12分）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料——PuO2作为发电能源为

火星车供电（PuCh中的Pu是2；：Pu）。已知*Pu衰变后变为空L•和a粒子。若静止的*Pu在匀强磁场中发

生衰变，。粒子的动能为E，々粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直，在磁场中做匀速圆周运动的周期为

工），衰变放出的光子的动量可忽略，衰变释放的核能全部转化为琵U和a粒子的动能。已知光在真空中的

传播速度c.求：

（1）2Pu衰变过程中的质量亏损加〃；

（2）从开始衰变到空U和a粒子再次相遇的最短时间

11QF

【答案】（1）⑵H77；

117c-

【详解】（l）a衰变方程为挈PufTU+：He根据动量守恒定律可知a粒子和铀核的动量大小相等，设为p,

a粒子的动能均=£铀核的动能坨=£则尹力言=*

1io1top

所以释放能量为△£="+理==E且AE二&/解得Z"=

117117c

（2）根据周期方程7=詈；4=带及因为想再次相遇，必然是在裂变的切点处，所以每个粒子运动的

时间必须为整数周期，这样就应有△/=〃々=〃?7V,而〃、机必须为整数，所以根据介与77/的比例关系，则

必须〃=117或/〃=92,这就意味着△片117元所以相遇最短时同，=117,=117%

16.（12分）反冲是常见的现象。

（1）静止的铀核（膘U）放出1个动能为E的未知粒子后，衰变为1个铉核（端Th）。

a.请写出上述衰变过程的核反应方程；

b.求反冲的针核的动能纥。（计算中可忽略质子和中子质量的差异，不考虑相对论效应）

（2）如