新高考物理一轮复习单元测试第十六章 近代物理（测试）（2份打包， 原卷版+解析版）

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（考试时间：90分钟 试卷满分：100分）
注意事项：
1．本试卷分第I卷（选择题）和第II卷（非选择题）两部分。答卷前，考生务必将自己的班级、姓名、学号填写在试卷上。
2．回答第I卷时，选出每小题答案后，将答案填在选择题上方的答题表中。
3．回答第II卷时，将答案直接写在试卷上。
第Ⅰ卷（选择题 共60分）
一、选择题（共12小题，每小题5分，共60分。在每小题给出的四个选项中，第1-8题只有一项符合题目要求，第9-12题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）
1．我国自主研发的东方超环（EAST））是国际首个全超导托卡马克核聚变实验装置，有“人造太阳”之称。去年，EAST两次刷新世界纪录，实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒、7000万摄氏度1056秒的离子体运行。“人造太阳”核反应的方程可能是（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0
C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
【答案】B
【详解】A．重核 SKIPIF 1 < 0 发生裂变，即核裂变核反应，故A错误；
B．该反应是轻核聚变核反应，故B正确；
C．该反应生成物有氦核 SKIPIF 1 < 0 ，属于 SKIPIF 1 < 0 衰变核，故C错误；
D．该反应是人工核反应方程，故D错误。
故选B。
2．关于近代物理研究，下列叙述符合事实的是（ ）
A．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
B．同种金属发生光电效应时，入射光的频率越低，光电子的最大初动能越大
C．卢瑟福用 SKIPIF 1 < 0 粒子轰击 SKIPIF 1 < 0 获得反冲核 SKIPIF 1 < 0 ，发现了中子
D．玻尔理论表明，氢原子能量越高，氢原子核外电子做圆周运动的动能越小
【答案】D
【详解】A．天然放射现象证明了原子核有复杂结构，故A错误；
B．根据 SKIPIF 1 < 0 可知当入射光的频率越光电子的最大初动能越大，故B错误；
C．卢瑟福用 SKIPIF 1 < 0 粒子轰击 SKIPIF 1 < 0 获得反冲核 SKIPIF 1 < 0 有 SKIPIF 1 < 0 发现了质子，故C错误；
D．玻尔理论表明，氢原子能量越高，电子绕核运动的半径越大 SKIPIF 1 < 0 ； SKIPIF 1 < 0 联立可得 SKIPIF 1 < 0 半径越大，动能越小，故D正确。故选D。
3．目前科学家已经能够制备出能级较高的氢原子。已知氢原子第n能级的能量 SKIPIF 1 < 0 eV，金属钨的逸出功为4.54eV，如图是按能量大小排列的电磁波谱，其中可见光的能量区间为1.62eV～3.11eV。下列说法正确的是（ ）

A．紫外线波段的光子均不能使基态氢原子电离
B．氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子
C．用红外线长时间照射金属钨能产生光电效应
D．用可见光照射处于n＝20能级的氢原子不能使其电离
【答案】B
【详解】A．基态氢原子具有的能量为E1=-13.6eV，若基态氢原子电离，则需要吸收的光子能量E≥13.6eV，由题图可知紫外线波段中明显存在光子能量E≥13.6eV的光子，这些光子可以使基态氢原子电离，故A错误；
B．氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子，如从2能级到3能级，故B正确；
C．金属钨的逸出功为4.54eV，由题图可知，红外线的光子能量小于4.54eV，故不能让金属钨产生光电效应，故C错误；
D．能级n=20的氢原子能量为 SKIPIF 1 < 0 由题图可知可见光的光子能量大于0.034eV，故可见光可以使n=20的氢原子失去一个电子变成氢离子，故D错误。故选B。
4．装修石材通常具有一定的辐射，主要是因为其中含有放射性元素氡，氡核（ SKIPIF 1 < 0 ）发生一次衰变后生成新核钋（ SKIPIF 1 < 0 ），放出一个粒子X及一个 SKIPIF 1 < 0 光子。氡的半衰期为 SKIPIF 1 < 0 天，下列说法正确的是（ ）
A．X为 SKIPIF 1 < 0 粒子B．X与 SKIPIF 1 < 0 光子均属于实物粒子
C．钋核的比结合能比氡核大D．石材中氡经过 SKIPIF 1 < 0 天会全部衰变完
【答案】C
【详解】A．新核钋（ SKIPIF 1 < 0 ）的电荷数比氡核（ SKIPIF 1 < 0 ）小2，而质量小4，根据电荷数和质量数守恒，可得放出的粒子X的电荷数为2，质量数为4，是 SKIPIF 1 < 0 粒子，A错误；
B． SKIPIF 1 < 0 光子是电磁波，不是实物粒子，B错误；
C．衰变过程有质量亏损，核子的比结合能变大，C正确；
D．每经过一个半衰期，原子核有半数发生衰变，这个一半是指当前的一半，故经过两个半衰期，氡会剩下四分之一，故D错误。故选C。
5．光子既有能量又有动量，当物体表面对光产生反射或折射时，光的动量被改变，光对物体会产生力的作用。如图所示，一束功率为P的激光束照射到透明介质小球上时，若忽略光的吸收和反射，经两次折射后，光的传播方向改了 SKIPIF 1 < 0 ，则光对介质小球的作用力为（光子的能量E和动量p之间的关系是 SKIPIF 1 < 0 ，其中c为光速（ ）

A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
【答案】A
【详解】在 SKIPIF 1 < 0 时间内，有 SKIPIF 1 < 0 能量的光被介质球折射，其动量为 SKIPIF 1 < 0
因光的传播方向改了 SKIPIF 1 < 0 ，即光的动量方向改变了 SKIPIF 1 < 0 ，其动量变化量 SKIPIF 1 < 0
所以光束受介质球的作用力为 SKIPIF 1 < 0 则其反作用力也为 SKIPIF 1 < 0 。故选A。
6．用紫外光电管制作的火灾报警器的灵敏度非常高，只有当明火中的紫外线照射到光电管的阴极K时才启动报警，因此被称为“火焰发现者”，它对可见光以及太阳光中的紫外线完全没有反应，因此在使用过程中不需要过滤任何可见光。已知光电管内部阴极K的金属材料发生光电效应的极限频率为 SKIPIF 1 < 0 ，太阳光中的紫外线的频率为 SKIPIF 1 < 0 ，明火中的紫外线的频率为 SKIPIF 1 < 0 ，下列说法正确的是（ ）
A． SKIPIF 1 < 0
B． SKIPIF 1 < 0
C．只有明火照射到阴极K的时间足够长，火灾报警器才启动报警
D．明火中的紫外线照射阴极K，产生的光电子的最大初动能为 SKIPIF 1 < 0
【答案】A
【详解】B．光电管对太阳光中的紫外线完全没有反应，说明 SKIPIF 1 < 0 小于 SKIPIF 1 < 0 ，故B错误；
AD．明火中的紫外线照射到光电管的阴极K时发生光电效应，火灾报警器启动报警，说明 SKIPIF 1 < 0 大于 SKIPIF 1 < 0 ，产生的光电子的最大初动能为 SKIPIF 1 < 0 ，故A正确，D错误；
C．只要发生火灾，当明火中的紫外线照射到阴极K时，立即就能发生光电效应，火灾报警器立即报警，无须照射足够长时间，故C错误。
故选A。
7．图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极由逸出功 SKIPIF 1 < 0 的金属钙制成。图乙是汞原子的能级图，用汞原子跃迁发出的光子照射阴极，下列说法正确的是（ ）

A．大量 SKIPIF 1 < 0 能级的汞原子向低能级跃迁时只能发出4种频率的光
B．从 SKIPIF 1 < 0 能级跃迁到基态发出的光子波长最长
C．从 SKIPIF 1 < 0 能级跃迁到 SKIPIF 1 < 0 能级发出的光子能使金属钙发生光电效应
D．用大量 SKIPIF 1 < 0 能级跃迁发出的光子照射，要使微安表示数为0，滑片P应向a端移动
【答案】D
【详解】A．大量 SKIPIF 1 < 0 能级的汞原子向低能级跃迁时只能发出 SKIPIF 1 < 0 频率的光，故A错误；
B．由公式 SKIPIF 1 < 0 ； SKIPIF 1 < 0 ； SKIPIF 1 < 0 可知光的能量越小，光的波长越长，结合能级图容易知道并不是从 SKIPIF 1 < 0 能级跃迁到基态发出的光子的能量最小，所以从 SKIPIF 1 < 0 能级跃迁到基态发出的光子波长不是最长的，故B错误；
C．由 SKIPIF 1 < 0 可知从 SKIPIF 1 < 0 能级跃迁到 SKIPIF 1 < 0 能级发出的光子的能量为2.80eV，小于金属钙的逸出功，所以不能使金属钙发生光电效应，故C错误；
D．大量 SKIPIF 1 < 0 能级跃迁发出的光子照射，当滑片P应向a端移动，有O点电势比a点的高，所以这时加在光电管的电压为反向电压，即K极加正极。所以有可能使得微安表示数为0，故D正确。故选D。
8．在俄乌冲突中，乌境内扎波罗热核电站多次遭受炮火攻击，严重威胁其周边环境与居民生活。其中扎波罗热核电站利用铀核裂变释放出能量，其主要核反应方程为 SKIPIF 1 < 0 ，如图所示原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线，下列说法正确的是（ ）

A．为了调节中子数目以控制反应速度，核反应堆中需要在铀棒之间插进一些石墨。当反应过于剧烈时，将石墨棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
B．通常把核裂变物质能够发生链式反应的最大体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量
C．两个中子和两个质子结合成 SKIPIF 1 < 0 核时释放能量约为 SKIPIF 1 < 0
D． SKIPIF 1 < 0 核的平均核子质量大于 SKIPIF 1 < 0 核的平均核子质量
【答案】C
【详解】A．为了调节中子数目以控制反应速度，核反应堆中需要在插棒之间插进一些镉棒，当反应过于剧烈时，将镉棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故A错误；
B．通常把核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量，B错误；
C．根据图像可知 SKIPIF 1 < 0 平均结合能约为 SKIPIF 1 < 0 ，所以两个中子和两个质子结合成 SKIPIF 1 < 0 核时释放能量约为
SKIPIF 1 < 0 故C正确；
D． SKIPIF 1 < 0 核的比结合能大于 SKIPIF 1 < 0 核的比结合能，所以 SKIPIF 1 < 0 核的平均核子质量小于 SKIPIF 1 < 0 核的平均核子质量，故D错误。故选C。
9．一定强度的激光（含有三种频率的复色光）沿半径方向入射到半圆形玻璃砖的圆心O点，如图甲所示。现让经过玻璃砖后的A、B、C三束光分别照射相同的光电管的阴极（如图乙所示），其中C光照射时恰好有光电流产生，则（ ）
A．若用B光照射光电管的阴极，一定有光电子逸出
B．C光比B光更容易发生衍射现象
C．若入射光的入射角从零开始增大，C光比B光先消失
D．若用A光和C光分别照射光电管的阴极，A光照射时逸出的光电子的最大初动能较大
【答案】CD
【详解】由图甲可得，三种频率的光，其中B光和C光为单色光，C光的折射率大，频率高；A光除了BC光的反射光线外，还含有第三种频率的光，为三种光的复合光。
A．根据几何光学知识可知，B光和C光中C光偏折程度较大，C光的折射率大，频率高，C光照射光电管恰好有光电流产生，用B光照射同一光电管，不能发生光电效应，故A错误；
B．因C光的频率大，波长小，则C光比B光更不容易发生衍射现象，选项B错误；
C．根据 SKIPIF 1 < 0 可知，C光的临界角较小，若入射光的入射角从0开始增大，C光比B光先消失，故C正确；
D．A光为三种频率的复合光，但A光中某频率的光发生了全反射，其临界角最小，折射率最大，频率最大，则A光和C光分别照射，光电管的阴极时，A光打出的光电子的最大初动能较大，故D正确；故选CD。
10．2020年6月23日北斗全球组网卫星的收官之星发射成功，其中“北斗三号”采用星载氢原子钟，通过氢原子的能级跃迁而产生的电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图所示，则（ ）
A．氢原子的核外电子在离原子核较近的地方出现的概率较小
B．用11eV的光子照射，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C．用4eV的光子照射处于n = 2激发态的氢原子，可以使之电离
D．氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大
【答案】CD
【详解】A．氢原子的核外电子在离原子核近的地方，概率大，A错误；
B．让基态的氢原子跃迁到激发态，至少需要的能量是E = E2－E1 = －3.4eV－(－13.6)eV = 10.2eV
或者E′ = E3－E1 = －1.51eV－(－13.6)eV = 12.09eV则11eV不满足两能级间的差值，不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态，B错误；
C．若使处于n = 2激发态的氢原子，光子的能量至少为3.4eV，用4eV的光子照射，可以使之电离，C正确；
D．氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子运动到离原子核更远的地方，动能减小，原子的电势能增大，D正确。故选CD。
11．2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核废水。核废水中的 SKIPIF 1 < 0 发生衰变时的核反应方程为 SKIPIF 1 < 0 ，该核反应过程中放出的能量为Q。设 SKIPIF 1 < 0 的比结合能为 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 的比结合能为 SKIPIF 1 < 0 ，X的比结合能为 SKIPIF 1 < 0 ，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（ ）
A．在该核反应方程中，X表示 SKIPIF 1 < 0 粒子
B．该核反应过程中放出的能量 SKIPIF 1 < 0
C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为 SKIPIF 1 < 0
D．若把X粒子射入匀强磁场中，它一定受到洛伦兹力作用
【答案】AC
【详解】A．在该核反应方程中，根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为4，电荷数为2，为 SKIPIF 1 < 0 粒子，选项A正确；
B．该核反应过程中放出的能量 SKIPIF 1 < 0 故B错误；
C．根据爱因斯坦质能方程可知 SKIPIF 1 < 0 解得，核反应过程中的质量亏损为 SKIPIF 1 < 0 故C正确；
D．X的速度与匀强磁场方向平行时，不受洛伦兹力作用，故D错误。故选AC。
12．图甲为研究某金属材料的遏止电压 SKIPIF 1 < 0 与入射光频率 SKIPIF 1 < 0 的关系的电路图。用不同频率的光分别照射甲图中同一光电管的阴极K，调节滑片P测出遏止电压，并描绘Uc- SKIPIF 1 < 0 关系图如图乙所示。已知三种光的频率分别设为 SKIPIF 1 < 0 1、 SKIPIF 1 < 0 2、 SKIPIF 1 < 0 3，光子的能量分别为1.8eV、2.4eV、3.0eV，测得遏止电压分别为 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、U3（图乙中未知）。则下列说法正确的是（ ）
A．普朗克常量可表达为 SKIPIF 1 < 0
B．图乙中频率为 SKIPIF 1 < 0 的光对应的遏止电压 SKIPIF 1 < 0
C．该阴极K金属材料的逸出功为1.0eV
D．将电源的正负极对换，仍用频率为 SKIPIF 1 < 0 的光照射阴极K时，将滑片P向右滑动一些，电流表示数变大
【答案】BC
【详解】A．由光电效应方程 SKIPIF 1 < 0 可求得 SKIPIF 1 < 0 故A错误；
C．由 SKIPIF 1 < 0 代入数据，得 SKIPIF 1 < 0 故C正确；
B．由 SKIPIF 1 < 0 代入数据，得 SKIPIF 1 < 0 遏止电压 SKIPIF 1 < 0 故B正确；
D．将电源的正负极对换，用频率为 SKIPIF 1 < 0 的光照射阴极K时，加在光电管上的电压会使光电子加速，将滑片P向右滑动一些，加速电压变大，电流表示数可能增大，也可能不变，故D错误。
故选BC。
第II卷（非选择题 共40分）
二、非选择题
13．（8分）人眼对绿光最为敏感。 现有一个绿光光源以P0的功率均匀地向各个方向发射波长为λ的绿光，人站在离光源为L的地方，人眼瞳孔的直径为d，不计空气对光的吸收，普朗克常量为h， 真空中光速为c，球体表面积公式为S=4πr2。
（1）绿光光子的能量ε为多大？单位时间内绿光源发射的光子数N为多少？
（2）单位时间内进入人眼的光子数 n又为多少？
【答案】（1） SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ；（2） SKIPIF 1 < 0
【详解】（1）绿光光子的能量 SKIPIF 1 < 0 根据 SKIPIF 1 < 0
得单位时间内绿光源发射的光子数 SKIPIF 1 < 0
（2）单位时间内进入人眼的光子数 SKIPIF 1 < 0
14．（8分）真空中一对平行金属板 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 正对放置，紫外线持续照射 SKIPIF 1 < 0 板，有光电子从 SKIPIF 1 < 0 板逸出，电子的电量为 SKIPIF 1 < 0 ，质量为 SKIPIF 1 < 0 ，普朗克常量为 SKIPIF 1 < 0 .
（1）在A、B板间接一灵敏电流计（如图甲），电流计示数为 SKIPIF 1 < 0 ，求每秒钟到达 SKIPIF 1 < 0 板的电子数 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）在A、B板间接如图电压 SKIPIF 1 < 0 （如图乙）时灵敏电流计示数为零，求光电子离开 SKIPIF 1 < 0 板时，光电子的物质波波长的最小值 SKIPIF 1 < 0 .

【答案】（1） SKIPIF 1 < 0 ；（2） SKIPIF 1 < 0
【详解】（1）设每秒钟到达B板的电子个数为N，电荷量为 SKIPIF 1 < 0 根据电流的定义式得 SKIPIF 1 < 0 其中t=1s，可得 SKIPIF 1 < 0
（2）以具有最大动能的电子为研究对象，当其速度减小到0时，电子恰好运动到接近B板，设其最大动能为Ekm；根据动能定理得 SKIPIF 1 < 0 光电子的物质波波长为 SKIPIF 1 < 0 其中 SKIPIF 1 < 0 联立解得 SKIPIF 1 < 0
15．（12分）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——PuO2作为发电能源为火星车供电（PuO2中的Pu是 SKIPIF 1 < 0 ）。已知 SKIPIF 1 < 0 衰变后变为 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 粒子。若静止的 SKIPIF 1 < 0 在匀强磁场中发生衰变， SKIPIF 1 < 0 粒子的动能为E， SKIPIF 1 < 0 粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直，在磁场中做匀速圆周运动的周期为 SKIPIF 1 < 0 ，衰变放出的光子的动量可忽略，衰变释放的核能全部转化为 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 粒子的动能。已知光在真空中的传播速度c．求：
（1） SKIPIF 1 < 0 衰变过程中的质量亏损 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）从开始衰变到 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 粒子再次相遇的最短时间t。
【答案】（1） SKIPIF 1 < 0 ；（2） SKIPIF 1 < 0
【详解】（1）α衰变方程为 SKIPIF 1 < 0 根据动量守恒定律可知α粒子和铀核的动量大小相等，设为p，α粒子的动能 SKIPIF 1 < 0 铀核的动能 SKIPIF 1 < 0 则 SKIPIF 1 < 0
所以释放能量为 SKIPIF 1 < 0 且 SKIPIF 1 < 0 解得 SKIPIF 1 < 0
（2）根据周期方程 SKIPIF 1 < 0 ； SKIPIF 1 < 0 因为想再次相遇，必然是在裂变的切点处，所以每个粒子运动的时间必须为整数周期，这样就应有△t=nT0＝mTU，而n、m必须为整数，所以根据T0与TU的比例关系，则必须n=117或m=92，这就意味着△t=117T0所以相遇最短时间 SKIPIF 1 < 0
16．（12分）反冲是常见的现象。
（1）静止的铀核（ SKIPIF 1 < 0 ）放出1个动能为E的未知粒子后，衰变为1个钍核（ SKIPIF 1 < 0 ）。
a．请写出上述衰变过程的核反应方程；
b．求反冲的钍核的动能 SKIPIF 1 < 0 。（计算中可忽略质子和中子质量的差异，不考虑相对论效应）
（2）如图所示，用轻绳连接的滑块A和B（均可视为质点）静止在光滑水平面上，其间有一被轻绳束缚而处于压缩状态的轻质弹簧，已知滑块A的质量为m，弹簧的弹性势能为 SKIPIF 1 < 0 。请证明：滑块B的质量M越大，剪断轻绳，当弹簧恢复原长时，滑块A获得的动能就越大。
（3）如图所示，以地心为参考系，质量为M的卫星只在地球引力的作用下沿与赤道面共面的椭圆轨道运动。卫星的发动机短暂点火可使卫星变更轨道：将质量为 SKIPIF 1 < 0 的气体在极短时间内一次性向后喷出。假设无论发动机在什么位置短暂点火，点火后喷出气体相对点火后卫星的速度大小u都相同。如果想使点火后卫星的动能尽可能大，请通过分析，指出最佳的点火位置。

【答案】（1）a． SKIPIF 1 < 0 ；b． SKIPIF 1 < 0 ；（2）见解析；（3）卫星应该在其速率最大的近地点处点火喷气
【详解】（1）a．根据质量数和质子数守恒，则铀核衰变方程为 SKIPIF 1 < 0
b．设质子和中子的质量均为m，衰变后氦核的速度为 SKIPIF 1 < 0 ，钍核的速度为 SKIPIF 1 < 0 ，选氦核的运动方向为正方向，根据动量守恒定律得 SKIPIF 1 < 0 解得钍核的速度大小为 SKIPIF 1 < 0 又 SKIPIF 1 < 0
则反冲的钍核的动能 SKIPIF 1 < 0
（2）滑块A和B系统动量守恒，设弹簧恢复原长时，滑块A和B的速度分别为 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 ，选取滑块A运动方向为正方向，则根据动量守恒定律可得 SKIPIF 1 < 0
又由能量守恒定律可知，弹簧弹性势能为 SKIPIF 1 < 0 则滑块A获得的动能为 SKIPIF 1 < 0 ，m和 SKIPIF 1 < 0 均为定值，因此滑块B的质量M越大，剪断轻绳，当弹簧恢复原长时，滑块A获得的动能就越大。
（3）卫星喷气的过程中，可认为卫星和喷出的气体所组成的系统动量守恒，设喷气前卫星沿椭圆轨道运动的速度为 SKIPIF 1 < 0 ，喷出后卫星的速度为v，以喷气前卫星运动方向为正方向，根据动量守恒定律，有
SKIPIF 1 < 0 解得 SKIPIF 1 < 0 由上式可知，卫星在椭圆轨道上运动速度 SKIPIF 1 < 0 大的地方喷气，喷气后卫星的动能 SKIPIF 1 < 0 也就越大，因此卫星应该在其速率最大的近地点处点火喷气。