2026年新高考全国卷物理光学原子物理压轴题模拟卷（含解析）

2026年新高考全国卷物理光学原子物理压轴题模拟卷（含解析）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（本题共5小题，每小题6分，共30分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）1.一束单色光从空气射入折射率为n的介质中，再从该介质射入空气。若在第二次界面处的入射角为30°，则下列说法正确的是（）A.第一次界面的折射角一定大于第二次界面的折射角。B.第二次界面的折射光线相对于入射光线一定向远离法线方向偏折。C.若该介质对单色光的临界角为sinθc=1/n，则第二次界面的入射角可能大于θc。D.无论该介质折射率n取何值，第一次界面的反射光线与第二次界面的反射光线传播方向一定相同。2.一束包含红光和紫光的复色光垂直通过一偏振片，然后射入一个由折射率为n1的玻璃制成，厚度为d，中心有一个半径为R的圆孔的薄透射片。透射片放置在偏振片后，且透射片表面与偏振片的偏振方向平行。已知红光在玻璃中的折射率为n_r，紫光在玻璃中的折射率为n_v（n_r<n_v<n1），两色光在玻璃中的传播速度分别为v_r和v_v。下列说法正确的是（）A.从透射片圆孔出射的红光和紫光都是线偏振光。B.红光和紫光从透射片圆孔出射时，其相位差一定相同。C.由于n_r<n_v，红光通过透射片所需的时间一定小于紫光通过透射片所需的时间。D.若透射片圆孔直径足够小，则出射光中红光的光强一定小于紫光的光强。3.氢原子处于基态时，电子可视为在半径为r0的球面区域内做匀速圆周运动，此时电子具有动能Ek和总能量E0。后来氢原子吸收一个光子后跃迁到某激发态，电子跃迁到半径为2r0的球面区域内做匀速圆周运动，此时电子具有动能Ek'和总能量E'。已知电子质量为m，电量为e，普朗克常数为h，真空中光速为c。下列说法正确的是（）A.氢原子吸收的光子能量等于E'-E0。B.电子跃迁后动能Ek'一定小于Ek。C.电子跃迁后动能Ek'与半径r0的关系满足Ek'=k*(r0^2/4r0^2)，其中k为某个常数。D.根据跃迁前后电子的动能和半径，可以计算出吸收光子的频率ν=(E'-E0)/h。4.一个静止的放射性原子核发生α衰变，衰变方程为X→Y+α。衰变后，生成的原子核Y和α粒子分别向相反方向运动，最终都停下来。假设衰变过程释放的能量全部转化为Y核和α粒子的动能，且不考虑反冲效应和能量损失。下列说法正确的是（）A.Y核和α粒子的动能之比EKY:EKα=4:1。B.Y核和α粒子的动量大小之比PY:Pα=1:4。C.α粒子的动能等于衰变释放的总能量。D.Y核和α粒子的动能之和等于衰变释放的总能量。5.某种激光器利用了原子从能级E2向能级E1跃迁产生的激光。已知E2-E1=hv，其中v为激光频率。现有一群处于能级E2的原子，它们通过自发辐射和受激辐射两种方式向E1能级跃迁。设每个原子在单位时间内发生自发辐射的概率为P_s，发生受激辐射的概率为P_a，且P_a>P_s。如果突然施加一个频率为v的强光子束，使得单位时间内通过受激辐射从E2跃迁到E1的原子数变为N_a，则下列说法正确的是（）A.单位时间内通过自发辐射从E2跃迁到E1的原子数一定小于N_a。B.如果撤去强光子束，单位时间内通过自发辐射从E2跃迁到E1的原子数仍为N_a。C.激光器产生的激光束中，光子数密度（单位体积内的光子数）与原子处于E2能级上的原子数密度成正比。D.激光器产生的激光束中，光子的平均能量等于hv。二、多选题（本题共4小题，每小题7分，共28分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。全部选对的得7分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）6.一束单色光以入射角i从空气入射到厚度为d、折射率为n的平行玻璃板上表面，再从下表面射出。下列说法正确的是（）A.光线从玻璃板上表面进入玻璃时，其速度一定变小。B.光线从玻璃板下表面进入空气时，其速度一定变大。C.光线从玻璃板下表面射出时，其出射角一定等于入射角i。D.若入射角i增大，则光线通过玻璃板所需的时间一定变长。7.在双缝干涉实验中，用波长为λ的单色光垂直照射双缝，在屏幕上观察到干涉条纹。下列操作或变化会导致屏幕上干涉条纹间距变窄的是（）A.将双缝间距d变小。B.将屏幕向双缝靠近。C.将入射的单色光波长λ变短。D.将整个装置从真空中移到折射率为n的介质中。8.根据玻尔原子模型，氢原子中电子在不同能级之间跃迁时，可能发生的情况有（）A.电子从较高能级跃迁到较低能级时，原子辐射光子。B.电子从较低能级跃迁到较高能级时，原子吸收光子。C.电子从能级n=2跃迁到能级n=1时，辐射光子的能量等于从能级n=3跃迁到能级n=2时吸收光子的能量。D.电子在不同能级间跃迁时，总是沿着从n=1开始的最短路径进行。9.放射性元素的半衰期是指该元素放射性原子核数量减少到原来一半所需的时间。下列说法正确的是（）A.放射性元素的半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度无关。B.放射性元素发生α衰变时，生成的子核与α粒子在磁场中运动的半径之比一定等于质量之比。C.放射性元素发生β衰变时，原子核的质子数增加1，中子数减少1。D.对于一个由多种放射性同位素组成的混合样本，经一个半衰期后，样本中各种同位素的数量都减少为原来的二分之一。三、计算题（本题共3小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）10.（12分）一束单色光以入射角i从空气入射到一块由折射率为n1和n2两种透明材料构成的平行板界面a上，再从另一侧界面b射出。已知板厚为d，界面a和界面b平行，且光线恰好不发生全反射。求：（1）光线从界面a进入材料n1时的折射角θ1；（2）光线从界面b射出空气时的折射角θ2；（3）光线通过这块平行板所需的时间t。11.（14分）氢原子处于基态（能级E1）。现有一群氢原子吸收了能量为E0的光子后跃迁到激发态，已知E0>E1。跃迁后的氢原子可以通过自发辐射回到基态，也可以通过向基态跃迁辐射一个能量为hv'的光子后，再辐射一个能量为hv''的光子回到基态。其中hv'+hv''=E0。假设跃迁辐射的光子频率v'和v''都在可见光范围内，且每个光子辐射的平均时间为τ。现测得这群氢原子在一段时间内辐射出频率为v'的光子数为N1，辐射出频率为hv''的光子数为N2。已知在单位时间内发生自发辐射回到基态的氢原子数远小于发生上述两次跃迁辐射的氢原子数。求：（1）跃迁辐射的光子频率v'和v''；（2）在上述两次跃迁辐射过程中，平均每个氢原子辐射的光子数。12.（16分）一个静止的放射性原子核X发生衰变，衰变方程为X→Y+β⁻。衰变后生成的原子核Y具有质量mY和电荷量qY（qY<0），反冲速度为vY。β⁻粒子具有质量mβ和电荷量qβ（qβ>0），速度为vβ，且vβ与vY方向相反。假设衰变过程释放的能量E全部转化为Y核和β⁻粒子的动能，且衰变过程发生在真空中。（1）根据动量守恒定律，推导出Y核和β⁻粒子的动量大小PY和Pβ之间的关系式；（2）根据能量守恒定律，推导出Y核和β⁻粒子的动能EKY和EKβ之间的关系式；（3）若已知Y核的质量远大于β⁻粒子的质量（mY>>mβ），估算β⁻粒子的动能EKβ大约占衰变释放的总能量E的多少。试卷答案一、选择题1.C2.A3.B4.B5.C二、多选题6.ABD7.ACD8.ABD9.ABD三、计算题10.解析与答案：（1）由折射定律n₁sini=n₁sinθ₁，且光线恰好不发生全反射，说明入射角等于临界角，即sinθ₁=1/n₁。因此θ₁=arcsin(1/n₁)。（2）根据光路可逆性，光线从界面b射出空气时的折射角等于光线从界面a进入材料n1时的入射角，即θ₂=θ₁=arcsin(1/n₁)。（3）光线在材料n1和n2中的速度分别为v₁=c/n₁和v₂=c/n₂。通过材料n1的厚度为dsinθ₁，所需时间为t₁=dsinθ₁/v₁=dsinθ₁n₁/c。通过材料n2的厚度为dcosθ₁，所需时间为t₂=dcosθ₁/v₂=dcosθ₁n₂/c。总时间t=t₁+t₂=dsinθ₁n₁/c+dcosθ₁n₂/c。答案：（1）θ₁=arcsin(1/n₁)（2）θ₂=arcsin(1/n₁)（3）t=dsinθ₁n₁/c+dcosθ₁n₂/c11.解析与答案：（1）氢原子能级差E=E0，设跃迁到能级n=3，则E3-E1=hv''，E2-E1=hv'，E3-E2=E0。由hv''+hv'=E0，得hv''=E0-hv'。又E3-E1=(E3-E2)+(E2-E1)，即E0=E0-hv'+hv'，此式无意义，说明跃迁路径可能不同。考虑直接跃迁E3→E1辐射E0，或E3→E2辐射hv'，E2→E1辐射hv''。由hv'+hv''=E0，得hv'=E0-hv''。能级差E2-E1=hv'，E3-E2=hv''。根据玻尔模型，能级差E=hv，所以hv'=E2-E1，hv''=E3-E2。由hv'+hv''=E0，得E2-E1+E3-E2=E0，即E3-E1=E0。说明氢原子从能级n=3跃迁到基态n=1时辐射光子能量为E0，频率为ν=E0/h。跃迁辐射的光子频率ν'和ν''满足ν'+ν''=ν。在可见光范围内，只有当ν'和ν''都为可见光频率时才可能。假设ν'为可见光频率，则ν''=ν-ν'<ν。可能的频率组合为（ν,0）或（ν/2,ν/2），但跃迁必须伴随能量差，故ν''≠0。若ν=7.5×10¹⁴Hz（黄绿光），则ν''=2.5×10¹⁴Hz（红光）。故ν'=7.5×10¹⁴Hz,ν''=2.5×10¹⁴Hz。（2）设吸收E0光子的氢原子数为N，则跃迁到n=3的原子数为N。发生E3→E2跃迁的原子数为N1=N*P(E3→E2)，发生E2→E1跃迁的原子数为N2=N*P(E2→E1)。总辐射光子数N'=N1*1+N2*1=N*[P(E3→E2)+P(E2→E1)]。平均每个氢原子辐射的光子数<N'/N>=P(E3→E2)+P(E2→E1)。根据玻尔理论，跃迁概率与能级差成正比，与能级平方成反比。P(E3→E2)/P(E2→E1)=(E3-E2)/(E2-E1)*[(E2-E1)/(E3-E1)]=(E3-E2)/(E3-E1)=(E0-hv'')/E0=1-hv''/E0=1-ν''/ν=1-2.5×10¹⁴/7.5×10¹⁴=1-1/3=2/3。设P(E3→E2)=2k,P(E2→E1)=3k，则P(E3→E2)+P(E2→E1)=5k。总概率为1，所以5k=1，k=1/5。因此<N'/N>=5k=1。答案：（1）ν'=7.5×10¹⁴Hz,ν''=2.5×10¹⁴Hz（2）<N'/N>=112.解析与答案：（1）由动量守恒定律，衰变前后系统总动量为零。设Y核速度方向为正，则β⁻粒子速度方向为负。0=PY+Pβ=mYvY+mβ(-vβ)=mYvY-mβvβ。解得PY=mβvβ。即Y核和β⁻粒子的动量大小相等，方向相反。（2）由能量守恒定律，衰变释放的能量E等于Y核和β⁻粒子的动能之和。E=EKY+EKβ。其中动能EK=1/2*mv²。所以E=1/2*mYvY²+1/2*mβvβ²。（3）由（1）知vY=mβvβ/mY。代入（2）得E=1/2*mY*(mβvβ/mY)²+1/2*mβvβ²=1/2*mβvβ²*(mβ²/mY²)/mY+1/2*mβvβ²=1/2*mβvβ²*(mβ