专题14 近代物理初步3（原卷版）

2023年高考物理二轮复习讲练测

专题14近代物理初步（精练）

一、单项选择题

I.某同学用如图所示的装置研究光电效应现象，开始时，滑动变阻器滑片C移在最右端〃点.用光子能量为4.2eV

的光照射到光电管上，此时电流表G有读数.向左移动变阻器的触点c,当电压表的示数大于或等于L5V时，

电流表读数为0,则以下说法正确的是（）

B.光电管阴极的逸出功为1.为V

C.当电流表示数为零时，断开电键，电流表示数不再为零

D.将电源的正负极调换，变阻器滑片从人移到m电流表的示数一直增大

2.利用如图中所示电路研究光电效应现象，光电子的最大初动能随入射光频率变化的关系如图乙所示。下列说

法正确的是（）

B.若增大入射光的强度或增大电源电压，则光电子的最大初动能增大

C,当入射光的频率为?时，逸出光电子的最大初动能为今

JJ

D.当入射光的频率为3匕）时，逸出光电子的最大初动能为7gd

3.某探究小组的同学在研究光电效应现象时，用。、氏。三束光照射到图甲电路阴极K上，电路中电流随电

压变叱的图像如图乙所示，已知〃、〃两条图线与横轴的交点重合，下列说法正确的是（）

B.。光的频率和6光的频率相等

C.若三种光均能使某金属发生光电效应，则用c光照射时逸出光电子的最大初动能最小

D.照射同一种金属时，若C光能发生光电效应，则4光也一定能发生光电效应

4.如图所示为某学习小组的同学在研究光电效应现象时，通过实验数据描绘的光电流与光电管两端电压关系图

像，已知图线甲、乙所对应的光的频率分别为匕、匕，逸出的光电子的最大速度之比为2:1,下列说法正确的

是（）

A.匕：匕=4:1

B.甲光与乙光的波长之比为1:2

C.|，|：|囚=4:1

D.月甲光实验，达到饱和光电流时，单位时间内到达阳极的光电子数较多

5.1899年，苏联物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，我们将光对物体

单位面积的压力叫压强或光压。己知频率为I，的光子的动量为:，式中力为普朗克常量（〃=6.63xlO*J.s），

c为光速（c=3xlO8m/s），某激若器发出的激光功率为P=1000W,该光束垂直射到某平整元件上，其光束

截面积为S=1.00mm，该激光的波长2=500nm下列说法正确的有（）

P2

A.该激光器单位时间内发出的光子数可表示为2正

B.该激光定能使金属锯（截止频率为1.095xl（y、Hz）发生光电效应

C.该激光能使处于第一激发态的公原子（E2=-3.4eV=-5.44xl（）T9j）电离

D.该光束可能产生的最大光压约为3.33Pa

6.如图所示为氢原子的能级示意图，则下列说法正确的是（）

n£/eV

A.氢原子由〃=1能级跃迁到〃=2能级时，氢原子的电势能减小

B.如果〃=1能级的氢原子吸收某电子的能量跃迁到〃=3能级，则该电子的能量一定等于12.09cV

大量处于基态的氢原子吸收某频率的光子跃迁到〃=3能级时，可向外辐射两种不同频率的光子

D.川氢原子从〃=4能级跃迁到〃=1能级辐射出的光照射逸出功为2.25eV的金属时，逸出的光电子的最大初动

能为IO.5eV

7.光谱分析仪能够灵敏、迅速地根据物质的光谱来鉴别物质，及确定它的化学组成和相对含量。如图所示为氢

原子的能级示意图，则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征，下列说法中正确的是（）

4

5

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

A.大量处于〃=4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出3种不同频率的光子

B.大量处于〃=3能级的氢原子吸收能量为0.9eV的光子可以跃迁到〃=4能级

C.处于基态的氢原子吸收能量为14eV的光子可以发生电离

D.氢原子发射光谱属「连续光谱

8.2021年5月28日凌晨，中科院合肥物质科学研究院有“东方超环''之称的全超导托卡马克核娶变实验装置

（EAST）创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度xlOl秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重

要一步。若一个笊核和一个旅核结合成一个:He,同时放出一个X粒子以及向外辐射一个y光子，已知笊核、

瓶核、a粒子、X粒子的质量分别为町、〃4、，%、普朗克常量为儿真空中的光速为好则（）

A.X粒子为电子B.y光子是核外电子受激发而发出的

C.叫+?=%+吗D.y光子的动量为（町+，%—%

9.传统的航母动力来源是燃油蒸汽轮机，燃油限制了航母的载重量、续航里程和战斗力。2021年，我国研发

的全球首个小型核反应堆“玲珑一号”问世，为我国建造核动力航母奠定了基础，“玲珑一号”的核燃料为浓缩铀，

体积小，功率大，肾U的一种核反应方程为丁U+：nf肾Ba+聚Kr+3]n,生成的瞑Ba还会发生夕衰变。下列

说法正确的是（）

A.铀发生的这种核反应又叫热核反应，需要很高的温度

B.铀发生的这种核反应产生慢中子，对中子加速后可发生链式反应

C.发生衰变时产生的夕射线是钢原子核外的电子跃迁形成的

D./Ba发生夕衰变的速度不能通过调节压强和温度来控制

10.1986年4月26日，乌克兰切尔诺贝利核电厂的第44号反应堆发生了爆炸。前苏联政府为了阻止核电站爆

炸产生放射性核污染，建造起来的一个巨大的钢筋混凝土建筑将核电站的第4号反应堆彻底封住。由于从远处

看这一建筑像一座巨大的坟墓，被称为“切尔诺贝利核石棺这座“石棺”到2022年就会达到寿畲极限，目前乌

克兰已经完成核电站新防护罩建造工作，据乌克兰政府表示，“新棺''的用期计划达到100年。核事故中辐射防

护的主要对象是碘-131,放射性碘进入人体后对甲状腺造成损害，短期引起甲状腺功能减退，长期可引起癌变。

碘的半衰期为8天，其衰变方程为Rif雪Xe+_：e+v，以下说法正确的是（）

A.通过加压或者是降温的方法，可以改变放射性物质的半衰期

B.8个？；1经过8天后还剩下4个

C,衰变发出的射线是波长很短的光子，电离能力很强

D.衰变过程中质量数不变

二、多项选择题

II.氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到

能级2产生可见光I,从能级3跃迁到能级2产生可见光II。用同•双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得

到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正

确的是（）

紫红

图1

mmiiiiiiiim

图2

图3

A.图1中的H“对应的是I

B.图2中的干涉条纹对应的是H

C.1的光子动量大于II的光子动量

D.尸向。移动，电流表示数为零时I对应的电压表示数比H的大

12.如图所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁时能发出不同频率的光，其中只有3种不同频率的

光。，伉。照射到图甲电路阴极KH勺金属上能够发生光电效应，测得光电流随电压变化的图像妇图乙所示，调

节过程中三种光均能达到对应的饱和光电流，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是（）

A.阴极金属的逸出功可能为l%=L50eV

B.图乙中的b光光子能量为12.09eV

C.图乙中的。光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的

D.若甲图中电源左端为正极，随滑片向右滑动，光电流先增大后保持不变

13.图甲、乙、丙、丁均为关于光电效应的四幅图像，其中-为入射光的频率、U为所加电压、Uc为遏止电压、

EA为光电子的最大初动能、/为光电流。下列说法正确的是（）

A.若电子的电荷量为。.则由图甲可得普朗克常量〃=三

B.由图乙可知，虚线对应金属的选出功比实线对应金属的逸出功大

C.由图丙可知，在光的频率不变（即颜色不变）的情况下，入射光越强，饱和光电流越大

D.由图丁可知，光电管两端的电压越高，光电流一定越大

14.在磁感应强度为K的均匀磁场内放置一极薄的金属片，其极限波长为4，实验证明，在某种特定条件下，

金属内的电子能吸收多个光子，产生光电效应。今用频率为v的弱单色光照射，发现没有电子放出。若保持频

率-不变，逐渐增大光强，释放出的电子（质量为〃?，电荷的绝对值为e）能在垂直于磁场的平面内作的圆周

运动，最大半径为R,则下列说法正确的是（）

A.遏止电压为丝它B.此照射光光子的能量可能为匹+幽L

2m242m

C.放出电子的最大动量为"RD.单色光光子的动量可能为与+”生

244mc

15.图甲为氢原子巴耳末线系的光谱图，图乙是根据玻尔原子模型求得的氢原子能级图，普朗克常数

/?=6.63xl0^J-s.下列说法正确的是（）

nE/eV

00------------------------------------------------------0

5-------------------------0.54

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

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

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

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

乙

A.图甲中波长为656.3nm的亮线为氢原子从〃=3能级向〃=2能级跃迁时产生的

B.氢原子从高能级向低能级跃迁怔，可能辐射出/射线

C,能量为5eV的光子可使处于〃=2能级的氢原子发生电离

D.氢原子从〃=4能级跃迁到基态时释放的光子，可使逸出功为4.54eV的金属铐发生光电效应，产生的光电

子最大初动能为8.21eV

16.一束波长为500mm、功率为16W的激光可聚焦成一个半径为500nm的光斑，此激光照射在半径和高度

均为500nm的圆柱体上，如图所示。假设圆柱体的密度与水相同且完全吸收辐射，已知普朗克常鼠为6.626x10q

J$则（）

A.每个光子的动量大小为1.32xl0-^kg-m/s

B.激光每秒发射的光子约为2.5x1024个

C.圆柱体的加速度约为8.5x108m波

D.圆柱体受到的作用力随着激光功率的增大而减小

17.如图甲所示为我国自主研制的北斗导航系统中采用的星载氢原子钟，其计时精度将比星载初原子钟高一个

数量级，原子钟是利用“原子跃迁''的频率来计时的，这个频率很高并极其稳定，所以它的计时精度也非常高，

图乙为氢原子的能级图，下列说法正确的是（）

E\

〃d

7Ot

8Ow

5-54

4O•85

-•

3151

-•

-

234O

•

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

甲乙

A.欲使处于〃=2能级的氢原子被电离，可用单个光子能量为4eV的光照射该氢原子

B.用能量为l2.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，•定不能使氢原子发生能级跃迁

C.一群处于〃=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光能使逸出功为2eV的钾发生光电效应

D.一群处于〃二4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生6种频率的光

18.物质在夕衰变过程中释放出的电子只带走了总能量的一部分，还有一部分能量“失踪”了，著名物理学家尼

尔斯・玻尔据此认为在衰变过程中能量守恒定律是失效的，后来中微子（一种电荷数和质量数都是零的微观粒子）

的发现解释了这一现象。上世纪四十年代初，我国科学家，“两弹一星功勋奖章”获得者王渔昌先生首先提出了

证明中微子存在的实验方案。我们可以将其做如下描述：静止原子核：Be俘获一个粒子X,可生成一个新原子

核；Li,并放出中微子（用"Ve”表示），根据核反应后原子核L的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动

量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（）

A.粒子X是电子B.粒子X是质子

C.核反应前后的中子总数不变D.这个实验的思想是能量守恒和动量守恒

19.中国自主三代核电“华龙一号”示范工程第2台机组——福清核电6号机组于2022年3月25日投入商业运

行，至此“华龙一号''示范工程全面建成投运。“华龙一号”利用铀核裂变释放能量，原子核的平均结合能与质量

数之间的关系图线如图所示，两台机组每年总发电量约200亿千瓦时。下列说法正确的是（）

A.铀核裂变的一个重要核反应方程是琵Uf£Ba+£Kr+2（；n

B.“华龙一号”两台机组发电一年需消耗黑U核约为0.8kg

C.iHe核的平均核子质量小于;Li核的平均核子质量

D.三个中子和三个质子结合成;Li核时释放能量约为30MeV

20.在磁感应强度为8的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次a衰变，释放出的G粒子在与磁场

垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以机、g分别表示a粒子的质量和电荷量，"表示新核的质量，

放射性原子核用吃X表示，新核的元素符号用Y表示，该衰变过程释放的核能都转化为a粒子和新核Y的动能,

贝U（）

RZ-2

A.a粒子和新核Y的半径之比浴-二丁

B.a粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，环形电流大小为拱-

2万〃?

C.新核的运动周期7'=

D.衰变过程的质量亏损为+'"）（"引?）2

2mMe-

三、计算题

F

21.艰据量子理论可知光子具有动量，其大小等于光子的能量除以光速，即〃光照射到物体表面并被反

射时，如同大量气体分子与器壁的频繁碰撞一样，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，

这就是“光乐”。

（I）一台发光功率为。的激光器发出的--束激光，光束的横截面积为5。当该激光束垂直照射在物体表面时，

若几乎能被物体表面完全反射，试写出其在物体表面引起的光压表达式。

（2）设想利用太阳光压提供动力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外，这就需要为探测器制作一个很大的光

帆，以使太阳对光帆的光压超过太阳对探测器的引力。设有一探测器质量为处于地球绕太阳运动的公转轨

道上，在该轨道上单位时间内垂直辐射在单位面积上的太阳光能量为1,地球绕太阳公转的加速度为。，如果

用一种密度为〃的物质为此探测器做成光帆，试估算这种光帆的厚度应满足什么条件。

22.波尔的原子结构理论指出，电子环绕氢原子核做圆周运动，如图1所示。已知某状态下电子绕核运动的轨

道半经为八电子的电量为e，静电力常量为匕试回答以下问题：

（1）求电子在轨道半径为，•圆周上运动时动能反;

（2）氢原子核外电子的轨道是一系列分立、特定的轨道，如图2所示，电子对应的轨道半径关系为

2,3…）。图3为氢原子的能级图。己知片1时，相应的轨道半径/7=0.53xl0"m,静电力常量-9.0x1（）9Nm2/C2。

计算〃=3时，氢原子的势能£冏

（3）若规定两质点相距无限远时引力势能为零，则质量分别为机的两个质点相距为「时的引力势能表达式

为E‘=_G_,式中G为引力常量。原子核和它周围的电子运动模型与太阳和地球、地球和人造卫星运动很

相似.如图4所示，设距地球无穷远处万有引力势能为零，已知地球的质量为M。，地球半径为R。。请推导地

球的第二宇宙速度表达式。

"工…J1--------------------13.60

图1囱2图3图4

23.硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核eB）吸收慢中子，转变成锂核（；Li）和

a粒子，释放出7光子。已知核反应过程中质量亏损为△/〃，/光子的能量为反，硼核的比结合能为百，