高考物理二轮复习第1部分专题突破方略专题5近代物理初步试题含解析

第一部分　专题五　近代物理初步

基础题——知识基础打牢

1．(2018·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性元素X：α＋Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为(　B　)

A．15和28 B．15和30

C．16和30 D．17和31

【解析】　根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2＋13＝15，质量数为4＋27－1＝30，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30，B正确．

2．(2019·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为4H→He＋2e＋2ν，已知H和He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u,1 u＝931 MeV/c2，c为光速．在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为(　C　)

A．8 MeV B．16 MeV

C．26 MeV D．52 MeV

【解析】　因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计．质量亏损Δm＝4mp－mα，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.007 8－4.002 6)×931 MeV≈26.6 MeV，C正确．

3．(2020·山东卷)氚核H发生β衰变成为氦核He.假设含氚材料中H发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2×104s时间内形成的平均电流为5.0×10－8A．已知电子电荷量为1.6×10－19C，在这段时间内发生β衰变的氚核H的个数为(　B　)

A．5.0×1014 B．1.0×1016

C．2.0×1016 D．1.0×1018

【解析】　根据I＝＝，可得产生的电子数为n＝＝＝1016个，因在β衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.0×1016个．故选B.

4．(2021·广东梅州质检)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是H＋H→He＋X，则(　D　)

A．m＝0，n＝1，X是正电子

B．m＝0，n＝1，X是中子

C．m＝1，n＝0，X是正电子

D．m＝1，n＝0，X是中子

【解析】　由质量数守恒知2＋2＝3＋m，解得m＝1.由电荷数守恒知1＋1＝2＋n，解得n＝0，所以X是中子，故选D.

5．(2021·广东湛江模拟)大亚湾核电站位于珠三角地区，是中国大陆第一座商用核电站．大亚湾核电站利用的是核裂变．一种典型的核裂变反应方程为U＋n→Ba＋X＋3n，其中原子核X的中子数为(　B　)

A．52 B．53

C．54 D．55

【解析】　核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒，可得原子核X的质子数为36、质量数为89，故原子核X的中子数为89－36＝53，B正确．故选B.

6．(2021·广东肇庆统测)关于光电效应，下列说法正确的是(　B　)

A．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应

B．光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应

C．照射时间越长光电子的最大初动能越大

D．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比

【解析】　根据光电效应规律，只有入射光的频率大于金属的截止频率，才可以使金属发生光电效应，A错误；光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应，B正确；光电子的最大初动能与照射时间无关，C错误；光电子的最大初动能随入射光子的频率增大而增大，并不是成正比，D错误．

7．(2021·河北高三模拟)用频率分别为ν和2ν的光照射某种金属材料，两种情况下测得的该金属材料发生光电效应的遏止电压之比为1∶3，已知普朗克常量为h，则该金属的逸出功为(　B　)

A．hν B．hν

C．hν D．hν

【解析】　设用频率分别为ν和2ν的光照射时，逸出的光电子的最大初动能分别为E1和E2，则由爱因斯坦光电效应方程可得E1＝hν－W0，E2＝2hν－W0，又因为E1＝eUc1，E2＝eUc2，＝，以上各式联立可解得W0＝hν，故选B.

8．(2021·广东江门一模)以下对物理现象和物理规律的认识中正确的是(　D　)

A．只要照射到金属表面的光的强度足够强就一定能产生光电效应现象

B．当给放射性材料加热时其衰变进程将加快

C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转

D．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，能量减少

【解析】　发生光电效应的条件为入射光的频率必须大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，所以A错误；半衰期是原子的一种属性，与外部的物理化学变化无关，所以B错误；天然放射现象中产生的γ射线，不带电，其在电场或磁场中不会发生偏转，所以C错误；一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，能量减少，所以D正确；故选D.

9．(2021·湖南高三模拟)太阳内部发生的核反应模式之一是质子—质子循环，即四个H结合生成一个He，并释放出大量能量，其链式反应方程为①H＋H→H＋e＋ν，②H＋H→He＋γ，③He＋He→He＋2H，下列说法正确的是(　C　)

A．②反应中，释放了γ光子，则②反应为衰变反应

B．循环结果可表示为4H→He＋2e＋ν

C．四个H生成一个He过程中存在质量亏损

D．核电站中的核反应方式与太阳内部发生的主要核反应方式相同

【解析】　②反应属于轻核聚变反应，故A错误；循环结果可表示为4H→He＋2e＋2ν，故B错误；四个H生成一个He过程中释放大量能量，存在质量亏损，故C正确；核电站发生的核反应方式是重核裂变，故D错误．故选C.

10．(2021·重庆实验外国语学校模拟)人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法错误的是(　C　)

A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损要放出能量

B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能

C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大

D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度

【解析】　由图可知，D和E核子的平均质量大于F核子的平均质量，原子核D和E聚变成原子核F时，核子总质量减小，有质量亏损，要释放能量，选项A正确；由图可知，A的核子平均质量大于B与C核子的平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，选项B正确；根据光电效应方程Ekm＝kν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项C错误；在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度，选项D正确；本题选错误的，故选C.

11．(2021·江西临川二模)关于甲、乙、丙、丁四幅图的说法正确的是(　D　)

A．甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到少数的闪光点，C处观察不到闪光点

B．乙图中处于基态的氢原子能吸收能量为10.4 eV的光子而发生跃迁

C．丙图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，则锌板原来带负电

D．丁图中1为α射线，它的电离作用很强，可消除静电

【解析】　甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到少数的闪光点，C处也可以观察到极少的闪光点，故A错误；乙图中，处于基态的氢原子想要吸收光子能量发生跃迁，则吸收的光子能量需等于两能级间的能级差，基态氢原子跃迁到n＝2能级需要吸收的能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，即基态的氢原子吸收能量为10.2 eV的光子，可以从基态跃迁到n＝2能级，能量为10.4 eV的光子不能被处于基态的氢原子吸收，氢原子不能发生跃迁，故B错误；丙图中用弧光灯照射锌板，锌板上的电子逸出，锌板带上正电，发现验电器的张角变大，说明锌板原来就带正电，故C错误；丁图中，根据左手定则可知，1带正电，为α射线，α射线的电离作用很强，可消除静电，故D正确．

12．(2021·湖北武汉模拟)已知四个氢核可聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，若未来核电站能使氢完全聚变，则一座100万千瓦的核电站每年(t＝3.15×107s)大约需要消耗的氢的质量为(氢核的质量为1.007 8 u，氦核的质量为4.002 6 u,1 u为1.66×10－27kg，NA＝6.02×1023mol－1)(　B　)

A．20 kg B．50 kg

C．150 kg D．200 kg

【解析】　四个氢核聚变成一个氦核亏损的质量约为Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量约为ΔE＝Δm·c2＝4.27×10－12J,1 kg氢含有的氢原子个数为6.02×1026个，全部发生聚变释放的能量约为E＝ΔE＝6.43×1014J，则发电站每年大约消耗的氢的质量为m＝ kg＝49 kg，选项B比较接近，故B正确．

应用题——强化学以致用

13．(多选)(2021·湖南长郡中学模拟)静止的Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示，大小圆半径分别为R1、R2.则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值判断正确的是(　AC　)

A．Bi→P0＋e B．Bi→Tl＋He

C．R1∶R2＝84∶1 D．R1∶R2＝207∶4

【解析】　若是α衰变，则新核和α粒子向相反的方向射出，新核和α粒子偏转方向相反，做匀速圆周运动的轨迹外切，由题意知，两圆内切，所以该核的衰变是β衰变，于是根据质量数和电荷数守恒就能写出衰变方程，故B错误，A正确；洛仑兹力提供向心力求得半径公式r＝，又由于衰变前后动量守恒，即m1v1＝m2v2，所以半径之比等于电量的反比，从而求出半径之比为84∶1，故C正确，D错误；故选AC.

14.

(2021·广东深圳二模)如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，静止的铀U发生α衰变，生成新原子核X，已知α粒子和新核X在纸面内做匀速圆周运动，则(　C　)

A．原子核X的电荷数为91，质量数为236

B．α粒子做顺时针圆周运动

C．α粒子和原子核X的周期之比为10∶13

D．α粒子和原子核X的半径之比为45∶2

【解析】　根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，原子核X的电荷数为92－2＝90，质量数为238－4＝234，选项A错误；α粒子带正电，由左手定则可知，α粒子做逆时针圆周运动，选项B错误；根据T＝可知，α粒子和原子核X的周期之比：＝×＝，选项C正确；根据动量守恒定律，α粒子和原子核X的动量大小相同，r＝∝可知，α粒子和原子核X的半径之比为＝＝，选项D错误．

15．(2021·湖北省八市高三联考)大量氢原子处于量子数为n的能级，当它们向低能级跃迁时，能辐射6种不同频率的光，用这些光照射逸出功为2.25 eV的钾，氢原子能级图如图所示，下列说法中正确的是(　A　)

A．量子数n＝4

B．量子数n＝6

C．辐射的所有光都能使钾发生光电效应

D．处于n＝2能级的氢原子不能吸收能量为3.6 eV的光子

【解析】　大量原子从高能级向低能级跃迁的种数为C＝6，所以n＝4，A正确，B错误；第4能级向第3能级跃迁放出的能量为ΔE＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，第3能级向第2能级跃迁放出的能量为ΔE′＝－1.51 eV－(－3.40  eV)＝1.89 eV，可知放出的能量均小于2.25 eV，故这两条频率的光不能使钾发生光电效应，其他则可以，C错误；处于n＝2能级的氢原子能吸收能量为3.6 eV的光子而电离，D错误．故选A．

16．(2021·广东深圳一调)核电池又称“放射性同位素电池”，利用衰变放出的射线能量转变为电能而制成．科学家利用Pm→Sm＋x反应制成核电池，已知Pm的半衰期约为2.6年，Pm、Sm原子核及x粒子的质量分别为m1、m2、m，真空中的光速为c，则(　C　)

A．射线粒子x的符号是e

B．5.2年后所有Pm原子核均已衰变

C．每个Pm原子核衰变放出的能量为(m1－m2－m)c2

D．单位时间内该电池因衰变而放出的核能一直保持不变

【解析】　根据核反应过程电荷数质量数守恒可知射线粒子x的符号是e，所以A错误；5.2年后经过了2个半衰期，所以有的 Pm原子核已衰变，则B错误；由爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2可得，每个Pm原子核衰变放出的能量为(m1－m2－m)c2，所以C正确；由能量守恒定律可知核电池衰变化后，单位时间内该电池因衰变而放出的核能会逐渐减小，所以D错误；故选C.

17．(多选)(2021·广东执信中学模拟)大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，用这些光照射如图甲所示的光电管的阴极K.已知氢原子的部分能级图如左图所示，阴极K为金属钨，其逸出功为4.54 eV.则下列说法中正确的是(　AC　)

A．这些氢原子最多能发出6种不同频率的光

B．跃迁到基态时，会辐射γ射线

C．能使金属钨发生光电效应的光有3种

D．若将电源的正负极调换，电路中的光电流将变为0

【解析】　这些氢原子最多能发出C＝6种不同频率的光，故A正确；γ射线是原子核从高能级向低能级跃迁时放出的，故B错误．根据跃迁规律可知从n＝4向n＝1跃迁时辐射光子的能量为hν＝E4－E1＝12.75 eV，从n＝3向n＝1跃迁时辐射光子的能量为hν＝E3－E1＝12.09 eV，从n＝2向n＝1跃迁时辐射光子的能量为hν＝E2－E1＝10.2 eV，故能使金属钨发生光电效应的光有3种，故C正确．若将电源的正负极调换，加反向电压，当电压小于遏止电压时，电路中的光电流不为0，故D错误．故选AC.

18．(2021·辽宁鞍山四模)如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子．其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙．下列说法正确的是(　A　)

A．光电子的最大初动能为6 eV，金属的逸出功6.75 eV

B．氢原子跃迁时共发出4种频率的光

C．光电子最大初动能与入射光的频率成正比

D．氢原子跃迁放出的光子中有2种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象

【解析】　大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率最高的光子是对应着从n＝4到n＝1的跃迁，频率最高光子的能量为hνm＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV.由图可知辐射光电子的最大初动能为6 eV，根据Ekm＝hν－W可知，金属的逸出功W＝12.75 eV－6 eV＝6.75 eV，选项A正确；从n＝4到低能级的跃迁中能辐射出6种不同频率的光子，其中光子能量大于6.75 eV的跃迁有，n＝2到n＝1的跃迁，辐射光子的能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV.

n＝3到n＝1的跃迁，辐射光子的能量为－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV

n＝4到n＝1的跃迁，辐射光子的能量为－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV

其余跃迁光子能量小于6.75 eV，所以各种频率的光分别照射到电路阴极K上，共有3种频率的光能产生光电流，选项BD错误；根据爱因斯坦光电效应方程可知Ekm＝hν－W，光电子最大初动能随入射光的频率的增大而增大，但不成正比，故C错误．故选A．

a