物理二轮复习跟踪练习：第16讲 近代物理

第16讲近代物理跟踪训练基础练选择题:1.(2025·广西卷,1)已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13eV、2.25eV、2.29eV、3.20eV。用光子能量为2.20eV的单色光照射这些金属的表面,能逸出光电子的金属是()A.铷B.钾C.钠D.钙2.(2025·四川卷)某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10-10m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时,衍射现象最明显的是()A.德布罗意波长约为7.9×10-13m的中子B.德布罗意波长约为8.7×10-12m的质子C.德布罗意波长约为2.6×10-11m的氮分子D.德布罗意波长约为1.5×10-10m的电子3.(2025·云南昆明一模)2024年9月18日,苏州大学研究团队在《自然》杂志上发布了全新的锕系微型辐光伏核电池的最新研究成果,该电池具有长寿命、高能量密度的优点,它主要是利用镅243(95243Am)发生α衰变释放能量,其半衰期为7370年A.镅243发生α衰变过程中质量守恒B.镅243形成不同化合物时其半衰期不变C.镅243发生α衰变生成的新核中有96个质子D.100个镅243原子核经过14740年后还剩25个4.(2025·河北沧州一模)光伏发电的基本原理基于光电效应,如图所示为某金属材料发生光电效应时,入射光波长λ与发射出光电子的最大初动能Ekm的关系图像,图像纵截距为a,且无限趋近平行于直线Ekm=-b,真空中光速为c,则普朗克常量可表示为()A.bcaB.C.abcD.5.(2025·山东模拟预测)如图所示为某原子能级结构图的一部分,该原子自n=3能级向n=2能级跃迁辐射光子的频率为ν1,自n=2能级向n=1能级跃迁辐射光子的频率为ν2,且ν1<ν2。现有大量处于n=3能级的这种原子向低能级跃迁,辐射出的光照向某金属,其中有两种光子能使该金属发生光电效应,产生光电子的最大初动能分别为Ek和2Ek。普朗克常量为h,则该金属的逸出功为()A.h(ν1+ν2)B.h(ν2-ν1)C.h(2ν1-ν2)D.h(2ν2-ν1)6.(2025·浙江嘉兴模拟预测)如图为位于浙江省嘉兴市海盐县的秦山核电站,它利用重核裂变发电,其中一种核反应方程为92235U+01n→56144Ba+Z89Kr+301n,一次反应中释放出的核能为ΔE,m1、m2、m3A.Z=34B.56144Ba、ZC.反应设施中加的重水通过改变92D.07.(多选)(2025·黑、吉、辽、内蒙古卷)某理论研究认为,42100Mo原子核可能发生双β衰变,衰变方程为42100Mo→44ARu+y−10e。处于第二激发态的44ARu原子核先后辐射能量分别为0.5908MeV和0.539A.A=100B.y=2C.γ1的频率比γ2的大D.γ1的波长比γ2的大8.(多选)(2025·山东淄博模拟)如图为光电倍增管的原理图,在阴极K、各倍增电极和阳极A间加上电压,使阴极K、各倍增电极到阳极A的电势依次升高。当频率为ν的入射光照射到阴极K上时,从K上有光电子逸出,光电子的最大初速率为vm,阴极K和第一倍增极D1间的加速电压为U,电子加速后以较大的动能撞击到电极D1上,从D1上激发出更多电子,之后激发的电子数逐级倍增,最后阳极A收集到数倍于阴极K的电子数。已知电子电荷量为e,质量为m,普朗克常量为h。下列说法正确的是()A.该光电倍增管适用于各种频率的光B.仅增大该入射光光强不影响阳极A单位时间内收集到的电子数C.阴极材料的逸出功为hν-12mD.光电子到达第一倍增极D1的最大动能为eU+12m9.(多选)(2025·河北石家庄模拟)某放射性物质原子核发生衰变时释放出α粒子和β粒子,同时伴随γ射线产生。该原子核在吸收特定能量的光子后,能在不同能级间跃迁,已知其从能级n=3跃迁到n=1时辐射的光子能量为E。下列说法正确的是()A.若一个处于n=3能级的该原子核向低能级跃迁,最多能辐射出2种不同频率的光子B.用能量为E的光子照射处于n=2能级的该原子核,原子核有可能吸收该光子跃迁到n=3能级C.该原子核经过一次α衰变和两次β衰变后,新核的质子数与原来核的质子数相同D.若该放射性物质的半衰期为T,20个原子核经过T后,一定有10个发生衰变提能增分练一．选择题:10.(2025·辽宁大连模拟)如图甲,用11.25eV的紫外线照射光电管阴极K,恰好能发生光电效应,图乙是氢原子的能级图。图甲电路中,开关S接1时,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出的光子照射阴极K,微安表有示数;开关S接2时,调节滑动变阻器,测得微安表示数刚好为零时,电压表示数为U,下列说法正确的是()A.n=4能级跃迁至n=2能级辐射出的光子,能使阴极K发生光电效应B.用n=4能级跃迁至n=1能级辐射出的光子照射阴极K,光电子的最大初动能为1.55eVC.电压表示数U为1.5VD.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,波长最短的谱线对应光子的能量为0.66eV11.(2024·海南卷)利用如图所示的装置研究光电效应,单刀双掷开关S与1接通,用频率为ν1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U1,已知电子电荷量绝对值为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ν1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U1C.其他条件不变,使开关S与2接通,电流表示数仍为零D.光电管阴极材料的截止频率νc=ν1-e12.(多选)(2025·湖南长沙模拟)如图甲所示,三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器,记录电流表与电压表示数,P和Q对应的曲线交点为M,两者关系如图乙所示。下列说法正确的是()A.三束光分别射入同一单缝衍射装置时,Q的中央亮纹比R窄B.P光照射阴极K产生的光电子的最小德布罗意波长小于Q光照射阴极K产生的光电子的最小德布罗意波长C.若三束可见光为氢原子从相应高能级向第一激发态跃迁时产生,则三束光中Q对应的能级最低D.对应于图乙中的M点,P、Q光照射阴极K时,单位时间到达阳极A的光电子数目相等二．计算题:13.(2025·江苏卷)江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管,利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为W0,普朗克常量为h。(1)求该金属的截止频率ν0;(2)若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应,求光电子的最大初动能Ek。参考答案：1.答案A解析当光照射金属表面时,电子会吸收光的能量,若金属表面的电子吸收的能量大于金属的逸出功,电子就能从金属表面逸出,成为光电子。由题意可知照射这些金属的单色光的光子能量只大于金属铷的逸出功,故能逸出光电子的金属是铷,A正确。2.答案D解析当波通过尺寸与其波长相近的障碍物或狭缝时,会发生明显的衍射现象。对于粒子而言,德布罗意波长λ和狭缝宽度相差不多,衍射现象明显,则可知电子的衍射现象最明显,故D正确。3.答案B解析镅243发生α衰变过程中,由于释放能量,存在质量亏损,所以质量不守恒,故A错误;半衰期与化合物形态无关,所以镅243形成不同化合物时其半衰期不变,故B正确;根据质量数守恒、电荷数守恒可知衰变方程式为95243Am→93239X+24He生成的新核X中有93个质子,故C错误;半衰期是统计规律,对少数粒子不适用4.答案C解析根据题意,由光电效应方程有Ekm=hν-W0,又有ν=cλ,整理可得λ=hcEkm+W0,由图可知,当λ=a时,Ekm=0,解得W0=hca,当λ→+¥时,Ekm=-b=-W0,联立解得h5.答案B解析大量处于n=3能级的这种原子向低能级跃迁可辐射出三种光子,其中两种能量大的光子可使这种金属发生光电效应,由题意可知,可以发生光电效应的为自n=3能级向n=1能级跃迁的光子和自n=2能级向n=1能级跃迁的光子,有2Ek=h(ν1+ν2)-W0,Ek=hν2-W0,联立解得这种金属的逸出功W0=h(ν2-ν1),故B正确。6.答案D解析根据核反应电荷数守恒,可得Z=92-56=36,故A错误;比结合能越大,原子核越稳定,对于一般的放热核反应,生成物的比结合能大于反应物的比结合能,所以56144Ba、Z89Kr的比结合能都比92235U的大,故B错误;半衰期的长短只由原子核自身因素决定,不受外界因素的影响,故C错误;根据质能方程可得ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3-2m)c2,可得01n的质量为7.答案ABC解析核反应方程遵循质量数守恒、电荷数守恒,则有100=A,42=44+y(-1),解得y=2,A、B正确;由题意可知γ1光子的能量大于γ2光子的能量、由公式ε=hν可知,γ1光子的频率大于γ2光子的频率,C正确;由公式λ=cν可知,γ1的波长比γ2的波长小,D错误8.答案CD解析该光电倍增管仅适用于能够使阴极K发生光电效应的光,故A错误;仅增大该入射光的强度,则从阴极K发射的光电子增多,所以最后从阳极A释放的电子数也会增多,故B错误;根据爱因斯坦光电效应方程可得12mvm2=hν-W0,解得阴极材料的逸出功为W0=hν-12mvm2,故C正确;光电子到达第一倍增极D1的过程,根据动能定理有eU=Ek-12mvm2,可得光电子到达第一倍增极D1的最大动能为Ek=eU9.答案AC解析若一个处于n=3能级的该原子核向低能级跃迁,最多能辐射出2种不同频率的光子,故A正确;由于跃迁时吸收光子的能量需要满足能级差,所以用能量为E的光子照射处于n=2能级的该原子核,原子核不可能吸收该光子跃迁到n=3能级,故B错误;衰变过程中电荷数、质量数守恒,所以该原子核经过一次α衰变和两次β衰变后,新核的质子数与原来核的质子数相同,故C正确;半衰期是大量原子核的统计规律,对少数原子核不适用,所以20个原子核经过T后,不一定有10个发生衰变,故D错误。10.答案C解析大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时释放的能量分别为ΔE1=E4-E3=0.66eV,ΔE2=E4-E2=2.55eV,ΔE3=E4-E1=12.75eV,ΔE4=E3-E2=1.89eV,ΔE5=E3-E1=12.09eV,ΔE6=E2-E1=10.2eV,阴极K的逸出功为11.25eV,所以n=4能级跃迁至n=2能级辐射出的光子,不能使阴极K发生光电效应,故A错误;用n=4能级跃迁至n=1能级辐射出的光子照射阴极K,光电子的最大初动能为Ek=12.75eV-11.25eV=1.5eV,对应遏止电压为1.5V,故B错误,C正确;大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,波长最长的谱线对应光子的能量为0.66eV,故D错误。11.答案D解析根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W0和动能定理有-eUc=0-Ek,联立解得Uc=heν-W0e,因此光强不会改变遏止电压的大小,由题意可知电压表测量遏止电压,所以增大光强,电压表示数不变,A错误;若改用比ν1更大频率的光照射,遏止电压增大,即此时电压表示数大于U1,B错误;当仅将开关S与2接通,则光电管中的电压变为正向电压,逸出的光电子在电场中加速,一定能到达右极板,电流表一定有示数,C错误;截止频率与逸出功的关系为W0=hνc,有U1=hν1e-hνce,解得νc12.答案AD解析根据eUc=Ek=hν-W0,由图乙可知遏止电压UQ>UR,则νQ>νR,由λ=cν知λQ<λR,用这三束光分别射入同一单缝衍射装置时,R光的衍射现象比Q光更明显,则Q光的中央亮纹比R光窄,故A正确;同理可知νP<νQ,用P、Q光照射产生的光电子在K处Q的最大初动能比P大,根据λ=h