高中物理高考 专题13 近代物理初步（原卷版）

专题13 近代物理初步

【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅰ卷）

【母题原题】(多选)(2020·全国Ⅰ卷)下列核反应方程中,X1、X2、X3、X4代表α粒子的有 (　　)

A．  B．

C．                 D．

【母题来源二】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国Ⅱ卷）

【母题原题】(2020·全国Ⅱ卷)氘核可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式

表示。海水中富含氘,已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV= 1.6×10-13 J,则M约为              (　　)

A.40 kg B.100 kg C.400 kg D.1 000 kg

【母题来源三】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅲ卷）

【母题原题】(2020·全国Ⅲ卷)1934年,约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔,首次产生了人工放射性同位素X,反应方程为。X会衰变成原子核Y,衰变方程为,则(　　)

A.X的质量数与Y的质量数相等

B.X的电荷数比Y的电荷数少1

C.X的电荷数比的电荷数多2

D.X的质量数与的质量数相等

【母题来源四】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（天津卷）

【母题原题】(2020·山东等级考)氚核发生β衰变成为氦核。假设含氚材料中发生β衰变产生的电子可以全部定向移动,在3.2×104 s时间内形成的平均电流为5.0×10-8 A。已知电子电荷量为1.6×10-19 C,在这段时间内发生β衰变的氚核的个数为              (　　)

A.5×1014　　　　　　　　B.1.0×1016

C.2.0×1016             D.1.0×1018

【母题来源五】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（天津卷）

【母题原题】(2020·天津等级考)新冠肺炎疫情突发,中华儿女风雨同舟、守望相助,筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪,通过人体辐射的红外线测量体温,防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒,为人民保驾护航。红外线和紫外线相比较              (　　)

A.红外线的光子能量比紫外线的大

B.真空中红外线的波长比紫外线的长

C.真空中红外线的传播速度比紫外线的大

D.红外线能发生偏振现象,而紫外线不能

【母题来源六】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（江苏卷）

【母题原题】(2020·浙江7月选考)下列说法正确的是 (　　)

A.质子的德布罗意波长与其动能成正比

B.天然放射的三种射线,穿透能力最强的是α射线

C.光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关

D.电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性

【母题来源七】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（浙江卷）

【母题原题】(2020·浙江7月选考)太阳辐射的总功率约为4×1026 W,其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中,一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核（）和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核（）结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核（He）,并放出一个X粒子,同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是              (　　)

A.X粒子是质子

B.X粒子的质量为939.6 MeV/c2

C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg

D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2

【母题来源八】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（江苏卷）

【母题原题】(2020·江苏高考·T12（1）)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是　　　　。 

A.I增大,λ增大　　　　 B.I增大,λ减小

C.I减小,λ增大　　   D.I减小,λ减小

【母题来源九】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（江苏卷）

【母题原题】(2020·江苏高考)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线,其中最长和最短波长分别为λ1和λ2,则该激发态与基态的能量差为　　　　　,波长为λ1的光子的动量为　　　　　。(已知普朗克常量为h,光速为c) 

【命题意图】本题考查近代物理知识中的一个重要考点—玻尔理论，意在考查考生的理解能力。

【考试方向】近代物理部分，涉及的考点较多，主要有光电效应、波粒二象性、原子结构、玻尔理论、衰变、核反应和核能等，主要以选择题的形式命题，可能单独命题，但更多的是通过多个选项命制综合题。

【得分要点】光电效应  波粒二象性主要考查方向有以下几个方面，其主要破解方法也一并总结如下：[来源:学科网ZXXK]

1、由Ek－ν图象可以得到的信息:

（1）极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.

（2）逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值E=W0.

（3）普朗克常量：图线的斜率k=h.

2、光电效应中两条线索

线索一：通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。

线索二：通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大。

3、对光的波粒二象性、物质波的考查

光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：

（1）个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．

（2）频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．

（3）光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性

（4）由光子的能量E=hν，光子的动量表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E=pc。[来源:学。科。网Z。X。X。K]

玻尔理论的主要考查方向有以下几个方面，其主要破解方法也一并总结如下：

（1）原子从基态跃迁到激发态需要吸收能量，而从激发态跃迁到基态则会以光子的形式向外放出能量。不论是吸收能量还是放出能量，这个能量值不是任意的，而是等于发生跃迁的这两个能级间的能量差，即hν=Em-En。

（2）原子从激发态向基态跃迁时发出光子的种类：当单个氢原子自发辐射，由量子数为 n（n＞1）的能级向低能级跃迁时最多只能形成（n-1）条谱线，或者说产生（n-1）种不同频率的光子；当大量处于第n激发态的原子向低能级跃迁时最多可辐射种光子。

（3）原子跃迁时电子动能、原子势能和原子能量的变化（与天体运动规律相同）：当轨道半径减小时，库仑引力引力做正功，电子动能增大，原子的电势能减小，原子能量减小；当轨道半径增大时，库仑引力引力做负功，电子动能减小，原子的电势能增大，原子能量增大。

原子核、核反应方程主要考查方向有以下几个方面，其主要破解方法也一并总结如下：

1、确定衰变次数的方法

（1）设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m

（2）确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。

2、核能的计算方法

（1）利用爱因斯坦的质能方程计算核能：利用爱因斯坦的质能方程计算核能，关键是求出质量亏损，而求质量亏损主要是利用其核反应方程式，再利用质量与能量相当的关系求出核能。

（2）利用阿伏加德罗常数计算核能：求宏观物体原子核发生核反应过程中所释放的核能，一般利用核反应方程及其比例关系和阿伏加德罗常数。

（3）由动量守恒和能量守恒计算核能：由动量守恒定律和能量守恒定律来求。

（4）说明：

①根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．

②根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．

③利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．

1.(2019·北京海淀区模拟)托卡马克(Tokamak)是一种复杂的环形装置，结构如图所示。环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加速，从而达到较高的温度。再通过其他方式的进一步加热，就可以达到核聚变的临界温度。同时，环形真空室中的高温等离子体形成等离子体电流，与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域形成闭合磁笼，将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行。已知真空室内等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，下列说法正确的是(　　)

A．托卡马克装置中核聚变的原理和目前核电站中核反应的原理是相同的

B．极向场线圈和环向场线圈的主要作用是加热等离子体

C．欧姆线圈中通以恒定电流时，托卡马克装置中的等离子体将不能发生核聚变

D．为了约束温度为T的等离子体，所需要的磁感应强度B必须正比于温度T

2.（2020·浙江省学业水平测试选考）由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则

A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出射线

B．氢原子从的能级向的能级跃迁时会辐射出红外线

C．处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离

D．大量氢原子从能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光

3.（2020·四川省成都第七中学模拟）下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是（   ）

A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象

B．a粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象

C．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象

D．含铀的矿物质自发向外放出β射线（高速电子流）的现象

4.(2019·河北衡水中学模拟)用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系，电流计G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙所示，则(　　)

A．通过电流计G的电流方向由d到c

B．电压U增大，光电流I一定增大

C．用同频率的光照射K极，光电子的最大初动能与光的强弱无关

D．光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应

5.（2020·天津市河东区二模）现在的工业生产中，为保证产品质量，经常使用射线测重仪测量产品的规格，下列核反应方程中属于衰变的是

A．

B．

C．

D．

6.(2020·山东日照联考)氢原子能级如图，一群氢原子处于n＝4能级上。当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1 884 nm，下列判断正确的是(　　)

A．氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线

B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量

C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1 884 nm

D．用从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射W逸＝6.34 eV的铂，能发生光电效应

7.（2020·四川省广元市高三第三次高考适应性统考）钍基熔盐堆核能系统（TMSR）是第四代核能系统之一．其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次β衰变而来；铀的一种典型裂变产物是钡和氪．以下说法正确的是

A．题中铀核裂变的核反应方程为

B．钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定

C．钍核经过2次β衰变可变成镤

D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能减小

8.（2020·黑龙江省哈尔滨市三模）在我们的生活中，日常用品、装饰材料、周围的岩石、食盐、香烟等都不同程度地含有放射性元素。其中香烟中含有钋（），具有放射性，其衰变方程为：，半衰期为138天，则下列说法正确的是

A．该衰变中释放出的α射线的穿透能力强于γ射线的穿透能力

B．钋（）衰变过程中会释放出能量

C．质量为m的钋核经过276天，剩余的钋核的质量为

D．若采用提高温度的方法，可以改变钋（）的半衰期

9.（2020·陕西省西安中学期末）在光电效应实验中，小强同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出

A．甲光的频率大于乙光的频率

B．乙光的波长大于丙光的波长

C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率

D．甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能

10.（多选）(2020·西南名校联考)如图为英国物理学家查德威克发现中子的实验示意图，利用钋(Po)衰变放出的α粒子轰击铍(Be)时产生了未知射线。查德威克曾用这种射线分别轰击氢原子(H)和氮原子(N)，结果打出了一些氢核和氮核。他测量了被打出的氢核和氮核的速度，并认为速度最大的氢核和氮核是由未知射线中的粒子分别与它们发生弹性正碰的结果，设氢核的最大速度为vH，氮核的最大速度为vN，氢核和氮核在未被打出前可认为是静止的。查德威克运用能量和动量的知识推算了这种未知粒子的质量。设氢原子的质量为m，以下说法正确的是(　　)

A．钋的衰变方程为Po→Pb＋He

B．图中粒子A是中子

C．未知粒子的质量为m

D．未知粒子的质量为m

11.（2020·江西省上饶县中学高二下学期第二次月考）用中子轰击原子核产生裂变反应，可能的裂变方程为+→Y++3，方程中的单个原子核、Y、及单个中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，的半衰期为T,核的比结合能比Y核的小，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是

A．Y原子核中含有56个中子

B．若提高的温度，的半衰期将会小于T

C．方程中的核反应释放的能量为(m1－m2－m3－2m4)c2

D．原子核比Y原子核更稳定