第17讲近代物理

专题七近代物理

第17讲近代物理

课时巩固

能力培养练

1（2023•湖南卷，1）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中

科院环流器装置（EAST）创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模

等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，

下列关于核反应的说法正确的是（A）

A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多

B.气旅核聚变的核反应方程为；He+

C.核聚变的核反应燃料主要是铀235

D.核聚变反应过程中没有质量亏损

解析:相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多,A正

确;根据质量数守恒和电荷数守恒可知，气瓶核聚变的核反应方程为

出+B错误;核聚变的核反应燃料主要是笊核和瓶核,

C错误;核聚变反应过程中放出大量能量,有质量亏损,D错误。

2.（2023•河北张家口模拟）如图所示,假设入射光子的动量为pc,光

子与静止的电子发生弹性碰撞。碰后光子的动量大小为p“传播方向

与入射方向夹角为。,碰后电子的动量大小为p2,出射方向与光子入

射方向夹角为8。已知光速为c,普朗克常量为h,下列说法正确的是

（C）

电子

WVXAA*O

碰撞前

A.碰前入射光子的波长为手

h

B.碰后电子的能量为p2c

C.p0=P1Cosa+p2cosB

+

D.p0=PiP2

解析：根据德布罗意公式可知，碰前入射光子的波长为人kX,选项A

Po

错误;设电子的质量为m,则碰后电子的能量为E等“,2选项B错误;沿光

2m

子入射方向的动量守恒，根据动量守恒定律可知p0=p1cosa+

p2cosP,选项C正确,D错误。

3.（2023•浙江6月卷,5）“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的

238

月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。94PU的

衰变方程为2^Pu->9和+抄,则（C）

A.衰变方程中的X等于233

B.卯e的穿透能力比丫射线强

C.2^Pu比/U的比结合能小

D.月夜的寒冷导致2j：pu的半衰期变大

解析:根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为2要Pu-2修u+,Ie,

即衰变方程中的X=234,故A错误;1He是a粒子,穿透能力比y射线弱,

故B错误；比结合能越大越稳定，由于2：fPu衰变成2羽U/歌U比

2要PU稳定，即2歌Pu比2胎［J的比结合能小，故C正确;半衰期由原子

核本身决定,与温度等外部因素无关,故D错误。

4.（2022•全国甲卷，17）两种放射性元素的半衰期分别为t。和2tc,在

t=0时刻这两种元素的原子核总数为N,在82t。时刻，尚未衰变的原

子核总数为则在厂4to时刻，尚未衰变的原子核总数为（C）

A，4B.£C.£D.J

12986

解析:设t=o时刻，甲、乙两种放射性元素原子核数分别为M、距则

有N1+N2=N,t=2t。时，甲经过两个半衰期,未衰变原子核数为?乙经过

一个半衰期,未衰变原子核数为M由已知条件有加相

2423

M-N2,

13'

叼前;言册。时，甲经过四个半衰期，未衰变原子核数为整乙经过两个

316

半衰期,未衰变原子核数为骼则此时未衰变原子核总数为M吟吟,

4164

解得N'4。

O

5.（2023•河北邢台二模）（多选）用不同波长的光照射光电管阴极探

究光电效应的规律时，根据光电管的遏止电压U,与对应入射光的波长

人作出的“士图像如图所示。已知光电子的电荷量大小为e,光速为c,

A

下列说法正确的是（BC）

A.该光电管阴极材料的逸出功大小为ac

B.当用波长X9的光照射光电管阴极时，光电子的最大初动能为be

故B错误；光子的能量E=W0+Ek=W0+・”，故C错误洸子£恸量

p~7~~则光子的动量p—+h2^故D正确。

入CCC2c771d“△无”

素养提升练

7.（2023•湖南株洲二模）（多选）中国科学院全超导托卡马克核聚变

实验装置（EAST）,成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿

摄氏度20秒等离子体运行,创造托卡马克实验装置运行新的世界纪

录，向核聚变能源应用迈出重要一步。等离子体状态不同于固体、液

体和气体的状态,被认为是物质的第四态。当物质处于气态时,如果温

度进一步升高,几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电

子和正离子，此时物质称为等离子体。在自然界里,火焰、闪电、极光

中都会形成等离子体,太阳和所有恒星都是等离子体。下列说法正确

的是（BCD）

A.核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能

B.可以用磁场来约束等离子体

C.尽管等离子体整体是电中性的，但它是电的良导体

D.提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间

的库仑斥力

解析：核聚变释放的能量源于原子核的质量亏损,A错误;带电粒子运

动时,在匀强磁场中会受到洛伦兹力的作用而不飞散,故可以用磁场

来约束等离子体,B正确;等离子体是各种粒子的混合体,整体是电中

性的，但有大量的自由粒子,故它是电的良导体,C正确;提高托卡马克

实验装置运行温度，增大了等离子体的内能，使它们具有更高的动能，

有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力,D正确。

8.（2023•湖南郴州一模）下列说法正确的是（B）

A.B衰变说明原子核内部存在电子

B.卢瑟福用Q粒子轰击号N打出了质子

C.查德威克用a粒子轰击：Be生成［C和质子

D.费米通过轻核聚变装置的链式反应实现了核能的释放

解析:科学家对原子核的衰变进一步研究，发现B衰变的实质是核内

的中子转化成了一个质子和一个电子,其转化方程式为/一;H+*e,

选项A错误;卢瑟福用a粒子轰击号N,打出了一种新的粒子一一质子,

核反应方程式为绑+和e-选项B正确;卢瑟福猜想,原子核

内可能还存在着另一种粒子,它的质量与质子相同，但是不带电，他把

这种粒子叫作中子,1932年,卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了

这个猜想，核反应方程式为：Be+卯e仙,选项C错误;1942年，

费米主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置，首次通过可

控制中子反应速度的重核裂变中的链式反应实现了核能的释放，选项

D错误。

9.（2023•湖南湘潭三模）（多选）如图所示为一价氮离子（He）的能级

图，根据玻尔原子理论，下列说法正确的是（AD）

nE/eV

00--------------------------------------°

4---------------------3.40

3---------------------6.04

2--------------------13.6

1-------------------54.4

A.能级越低,氮离子越稳定

B.n二1时,氮离子处于第一激发态

C.从n=2跃迁到n=l比从n=3跃迁到n=2辐射出的光子动量小

D.一群处于n=4能级的氮离子跃迁到基态的过程中，可能辐射6种频

率的光子

解析：根据玻尔原子理论可知能级越低,氮离子越稳定，故A正确;n=

1时,氧离子处于基态,故B错误;根据h^EE（m>n）可知,从n=2跃迁

到n=l比从n=3跃迁到n=2辐射出的光子的波长短。由入上,可得从

p

n=2跃迁到n=l比从n=3跃迁到n=2辐射出的光子动量大，故C错误；

一群处于n=4能级的氮离子跃迁到基态的过程中,可能辐射出的光谱

线条数为N=C%6条，故D正确。

10.（2023•浙江1月卷,9）宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产

生中子,中子与大气中的氮14会产生以下核反应：1犯+jnr”C+；H,

产生的能自发进行8衰变，其半衰期为5730年,利用碳14的衰

变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是（D）

A.i：C发生B衰变的产物是

B.B衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子

C.近年来由于地球的温室效应，引起"C的半衰期发生微小变化

D.若测得一古木样品的"bC含量为活体植物的4则该古木距今约为

11460年

解析:根据衰变过程中的质量数、电荷数守恒规律可知,发生8衰变后,

原子核释放一个电子，质量数不变，电荷数噌加1,即产生i；N,选项A、

B错误;半衰期由核内部自身因素决定，跟原子所处的化学状态和外部

条件没有关系,所以不会因为温室效应改变半衰期,选项C错误;若测

得一古木样品的含量为活体植物的士说明经过了2个半衰期,因

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此大约距今时间为5730X2=11460年，选项D正确。

11.（2023•湖南岳阳二模）如图甲所示为研究光电效应规律的实验装

置，同一入射光照射到不同金属材料表面,发生光电效应时的遏止电

压小与金属材料的逸出功％的关系如图乙所示，已知普朗克常量为h,

则入射光的频率为（A）

A.-B.-C.-D.-

hhbhah

解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hvWc,结合Ek=eUc,联立可得

U也且结合题图乙可得世为W，联立可得v吟故人正确。

eeeebh

难关攻克练

12.（2023•浙江1月卷，15）（多选）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

一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（CD）

图2

niiiMiH

A.图1中的H0对应的是I

B.图2中的干涉条纹对应的是n

c.I的光子动量大于n的光子动量

D.P向a移动，电流表示数为零时I对应的电压表示数比n的大

解析：根据题意可知，可见光I的先子能量要大，即频率要高，可见光

II的光子能量低，即频率要低，根据v4,入上可知，可见光I的光子

动量要大,选项C正确；题图1中的1对应的是光子频率小的可见光

II,选项A错误,题图3的干涉条纹间距大,所以波长要长，即是可见光

II,题图2应该是可见光I,选项B错误;根据光电效应方程Ek=hvW（）,

而遏止电压el；=Ek,所以可见光I的遏止电压要大,选项D正确。

13.（2023•山东潍坊期末）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一一PuO?作为发电能源为火星车供电（PuO2

中的Pu是嗡Pu）。已知光Pu衰变后变为2移J和。粒子。若静止的

2■Pu在匀强磁场中发生衰变，Q