高考_专题十三 近代物理初步（资料包word版）

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专题十三　近代物理初步
1.物理科技 (2022河南南阳期终质量评估)光电管是光控电路的核心元件。如图为一种在自动化控制中常用的光控继电器示意图,当用一束单色光照射光电管时,未能发生光电效应。为使光电管发生光电效应,下列可采取的措施是(　　)

A.增大该光的照射强度 B.延长该光的照射时间
C.改用频率更高的光照射光电管 D.改用波长更长的光照射光电管
答案　C　是否发生光电效应,取决于入射光的频率是否达到或超过极限频率,故可以改用频率更高的光照射光电管,与入射光的强度及照射时间无关,A、B错误,C正确。改用波长更长的光,由ν=cλ可知,频率更低,更不可能发生光电效应,D错误。
2.物理科技 (2022江西九江第一次统考)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,则(　　)

A.氢原子由基态跃迁到激发态后,核外电子动能增大,原子的电势能减小
B.大量处于n=3激发态的氢原子,向低能级跃迁时可辐射出2种不同频率的光子
C.用11 eV的光子照射,能使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D.用4 eV的光子照射处于n=2激发态的氢原子,可以使之电离
答案　D　氢原子由基态跃迁到激发态后,核外电子运动半径变大,动能减小,原子的电势能增大,故A错误;大量处于n=3激发态的氢原子,向低能级跃迁时可辐射出的光子的频率种类为N=3×22=3种,故B错误;处于基态的氢原子跃迁到n=2激发态需要吸收的能量为E=E2-E1=10.2 eV,跃迁到n=3激发态需要吸收的能量为E=E3-E1=12.09 eV,用11 eV的光子照射,并不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态,故C错误;处于n=2激发态的氢原子能量为-3.4 eV,其绝对值小于光子能量4 eV,因此用4 eV的光子照射处于n=2激发态的氢原子,可以使之电离,故D正确。
3.(2022山东聊城一模,1)如图,烟雾自动报警器的探测器中装有放射性元素镅241,其衰变方程为 95241Am→93237Np+24He+γ。下列说法正确的是　(　　)

A.γ射线是光子流,不具有能量 B.24He是α粒子,有很强的贯穿本领
C.93237Np比 95241Am的原子核更稳 D.冬天气温较低时,镅241的半衰期会变小
答案　C　γ射线是光子流,具有很强的能量,故A错误;24He是α粒子,根据α射线的特点可知,其有很强的电离本领,但贯穿本领较弱,故B错误;自发的衰变过程中释放能量,原子核的比结合能增大,所以 93237Np比 95241Am的原子核更稳定,故C正确;半衰期是由放射性元素本身决定的,与外界因素无关,故D错误。
4.(2022山东烟台一模,7)有些元素的原子核有可能从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子核,从离原子核最近的K层电子中俘获电子,叫“K俘获”。现有一个铍原子核(47Be)发生了“K俘获”,生成一个新的原子核 ZAX,并放出一个不带电的、质量接近于零的中微子(νe),核反应方程为 47Be+-10e→ZAX+νe。关于铍原子核(47Be)的“K俘获”的过程,下列说法正确的是(　　)
A.新原子核 ZAX带负电
B.新原子核 ZAX比原来的铍原子核少一个中子
C.新原子核 ZAX比原来的铍原子核少一个质子
D.新原子核 ZAX与原来的铍原子核的核子数不同
答案　C　根据电荷数守恒得,新原子核X的电荷数是3,且新原子核X带正电,故A错误;根据质量数守恒得,新原子核X的核子数是7,新原子核与铍核相比,电荷数少一个而核子数相同,所以是质子数少一个,中子数多一个,故B、D错误,C正确。
5.(2022山东济宁一模,1)中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型,采用钚(94239Pu)作燃料,在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀(92238U),钚-239裂变释放出的快中子被再生区内的铀-238吸收,转变为铀-239,铀-239极不稳定,经过衰变,进一步转变为易裂变的钚-239,从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是(　　)
A.铀-239转变为钚-239,经过了3次β衰变
B.铀-239发生衰变过程中,电荷数守恒,质量也守恒
C.铀-239发生衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子
D.钚(94239Pu)裂变生成两个中等质量的核,钚核的比结合能大于生成的两个核的比结合能
答案　C　铀-239转变为钚-239,质量数不变,电荷数增加2,则经过了2次β衰变,选项A错误;铀-239发生衰变过程中,电荷数守恒,质量数也守恒,由于反应放出能量,则有质量亏损,选项B错误;铀-239发生β衰变,实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子,选项C正确;钚(94239Pu)裂变生成两个中等质量的核,反应放出核能,生成的新核更加稳定,则钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能,选项D错误。
6.(2022山东泰安一模,1)2021年12月30日,中科院全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)在7 000万摄氏度的高温下实现1 056秒的长脉冲高参数等离子体运行。若某次聚变反应是4个氢核 11H结合成1个氦核 24He,同时释放出正电子 10e。已知氢核的质量为mp,氦核的质量为mα,正电子的质量为me,真空中光速为c,则此次核反应释放的能量为(　　)
A.(4mp-mα-me)c2　　　　B.(4mp-mα-2me)c2 C.(4mp+mα-me)c2　　　　D.(4mp+mα-2me)c2
答案　B　核聚变方程为411H→24He+210e,根据质能方程,可知核反应释放的能量ΔE=(4mp-mα-2me)c2,故选B。
7.物理科技 [2022广东六校联考(四),1]硅光电池是利用光电效应原理制成的器件,下列表述正确的是(　　)
A.硅光电池是把电能转化为光能的一种装置
B.逸出的光电子的最大初动能与入射光的强度有关
C.在频率一定的情况下,光照强度越强,饱和光电流越大
D.只要有光照射到硅光电池,就一定能够产生光电效应
答案　C　硅光电池是利用光电效应将光能转化为电能的一种装置,故A错误;光电子的最大初动能与入射光的频率有关,随着入射光的频率增大而增大,与入射光的强度无关,故B错误;在频率一定的情况下,光照强度越强,逸出的光电子越多,饱和光电流越大,故C正确;只有当入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应,故D错误。
思路总结　光电效应的研究思路

8.物理生活 (2022广东一轮复习联考,2)智能手机带有感光功能,可以自动调整屏幕亮度,其光线传感器的工作原理是光电效应。在光电效应中,当一定频率的光照射某种金属时,实验得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示,其横截距为a,纵截距为-b,元电荷为e。下列说法正确的是(　　)

A.遏止电压与入射光的频率成正比 B.金属的截止频率为b
C.金属的逸出功为eb D.普朗克常量h=eab
答案　C　由eUc=Ekm=hν-W0得Uc=ℎeν-W0e,入射光的频率与遏止电压成线性关系但不是成正比关系,故A错误;由公式W0=hν0,得金属的截止频率ν0=a,故B错误;结合图像得k=ℎe=ba,W0e=b,故金属的逸出功W0=eb,普朗克常量h=eba,故C正确,D错误。
9.物理科技 [2022广东综合能力测试(二),1]黄旭华是中国核潜艇研究设计专家、核潜艇之父,2019年获国家最高科学技术奖,核潜艇以核反应堆为动力来源,如图所示,反应堆的核反应方程式为  92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n,下列说法正确的是(　　)
A.Kr有36个质子,89个中子
B.56144Ba比 92235U的平均结合能小
C.核反应前、后原子核的总质量保持不变
D.镉棒插入深些会吸收更多反应生成的中子使反应减慢
答案　D　Kr有36个质子,中子个数为89-36=53,A错误;中等质量核的平均结合能比重核大,所以 56144Ba比 92235U的平均结合能大,B错误;重核裂变要放出能量,核反应前、后原子核的总质量减少,C错误;镉棒插入深些会吸收更多反应生成的中子使反应减慢,D正确。
10.(2022长沙新高考适应性考试,3)2021年5月28日,中科院合肥物质科学研究院升级改造后的可控核聚变装置创造了新的世界纪录。已知该装置内部发生的核反应方程为 12H+13H→24He+X,氘核的质量为m1,氚核的质量为m2,氦核的质量为m3,反应中释放的能量为E,光速为c,则下列说法正确的是(　　)
A.X是质子
B.X的质量为m1+m2-m3-Ec2
C.该反应属于α衰变
D.氘核和氚核之间的库仑力表现为引力
答案　B　根据电荷数和质量数守恒可知X是中子,故A错误;根据质能方程可得E=(m1+m2-m3-mX)c2,解得mX=m1+m2-m3-Ec2,故B正确;该反应属于核聚变反应,故C错误;氘核和氚核之间的库仑力表现为斥力,故D错误。
11.(2022湖南新高考教学教研联盟第二次联考,1)近年来,石材的放射性问题几经媒体渲染,被炒得沸沸扬扬,根据2011年颁布的国家标准《建筑材料放射性核素限量》,将装修用到的石材放射性污染标准分为A、B、C三类。其中C类石材只适用于室外环境、墙面、道路装饰等,主要是因为C类石材中含有一定的铀元素,铀元素经过一系列的衰变,产生了一种具有放射性的惰性气体氡,氡气通过呼吸道进入人体肺部,对人体产生伤害。已知氡的半衰期为4天。根据所学知识,下列说法正确的是(　　)
A.原子核衰变过程中电荷数守恒,质量数不守恒
B.16个氡原子核经过8天后,一定只剩下4个氡原子核了
C.原子核发生一次α衰变,该原子核质量数减少4
D.天然放射现象中发出的β射线是从原子核外放出的高速电子
答案　C　原子核衰变过程中电荷数与质量数都守恒,A错误;半衰期具有统计意义,对大量的原子核适用,少数没有意义,故B错误;发生α衰变时,是原子核内部的2个质子和2个中子结合成一个α粒子释放出来,所以电荷数少2,质量数少4,C正确;β衰变所释放的电子来自原子核内部,是原子核中的一个中子转变为一个质子,从而有电子释放出来,故D错误。
12.(2022岳阳二模,2)在火星上,太阳能电池板的发电能力有限,因此科学家用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是 94238Pu,具有天然放射性,半衰期为87.7年。94238Pu发生α衰变的核反应方程为94238Pu→X+24He,则下列说法正确的是(　　)
A.X原子核的中子数为141
B.94238Pu原子核发生α衰变后产生的新核的比结合能比 94238Pu核的比结合能小
C.10个 94238Pu原子核经过87.7年后一定还会剩余5个
D.Pu的半衰期是由核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系
答案　D　根据质量数和电荷数守恒可知,X原子核的中子数为(238-4)-(94-2)=142,故A错误;94238Pu原子核发生α衰变后产生的新核更稳定,所以新核的比结合能比 94238Pu核的比结合能大,故B错误;半衰期是针对大量原子核的统计规律,对少数原子核不适用,故C错误;半衰期是由原子核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系,故D正确。
13.(2022衡阳一模,1)2021年开始实行的“十四五”规划提出,把新材料领域、生物工程、量子技术、热核反应和人工智能一起列为重点研发对象,中国已有多项专利领先发达国家,下列有关说法正确的是(　　)
A.普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子,预言实物粒子也具有波动性
B.原子核衰变成新核时,新原子核处于高能级,状态不稳定,会向低能级跃迁,跃迁时放出一些特定频率的γ射线,因此γ射线是新核发生跃迁时的产物
C.动能相同的一个质子和电子,电子的德布罗意波长比质子的德布罗意波长短
D.核反应方程:714N+24He→817O+11H为热核反应
答案　B　德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子,预言实物粒子也具有波动性,A错误;根据γ衰变的本质可知,原子核衰变成新核时,新原子核处于高能级,状态不稳定,会向低能级跃迁,跃迁时放出一些特定频率的γ射线,因此γ射线是新核发生跃迁时的产物,B正确;根据p=2mEk,因为质子质量大于电子质量,所以质子的动量大于电子的动量,由λ=ℎp可知,质子的德布罗意波长比电子的短,C错误;热核反应方程为 12H+13H→24He+01n,D错误。
14.(2022部分区一模,1)下列说法中正确的是(　　)
A.为了解释光电效应规律,爱因斯坦提出了光子说
B.卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子的能级结构
C.在原子核人工转变的实验中,查德威克发现了质子
D.玻尔通过对黑体辐射进行实验研究,创立了黑体辐射理论
答案　A　爱因斯坦通过光电效应现象,提出了光子说,A对;卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子的核式结构,而玻尔提出了原子的能级结构,B错;在原子核人工转变的实验中,查德威克发现了中子,C错;普朗克通过对黑体辐射进行实验研究,创立了黑体辐射理论,D错。
15.(2022南开二模,1)铀原子核既可发生衰变,也可发生裂变。其衰变方程为 92238U→90234Th+X,裂变方程为 92235U+01n→Y+3689Kr+301n,其中 92235U、 01n、Y、3689Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4,光在真空中的传播速度为c。下列叙述正确的是(　　)
A.92238U发生的是β衰变
B.Y原子核中含有56个中子
C.若提高温度,92238U的半衰期将会变小
D.一个 92235U裂变时释放的能量为(m1-2m2-m3-m4)c2
答案　D　根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒,知X为氦原子核,92238U发生的是α衰变,A错误;Y的质量数A=235+1-89-3=144,电荷数Z=92-36=56,由原子核的组成特点可知,Y原子核中含有56个质子,中子数为144-56=88,B错误;半衰期与温度、压强等外界因素无关,C错误;由于核裂变的过程中释放能量,根据爱因斯坦质能方程得ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c2,D正确。
16.(2022部分区二模,3)钠和钙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子的电荷量,则　(　　)

A.钠的逸出功大于钙的逸出功
B.图中直线的斜率为eℎ
C.在得到这两条直线时,必须保证入射光的光强相同
D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到钠的光频率较低
答案　D　根据Ekm=hν-W0=hν-hν0,又Ekm=eUc,解得Uc=ℎeν-W0e=ℎeν-ℎν0e,当遏止电压为0时,对应的频率为金属的极限频率,结合图可知钠的极限频率小,则钠的逸出功小于钙的逸出功,故A错误;根据Uc=ℎeν-W0e,可知Uc-ν图线的斜率k=ℎe,故B错误;根据Uc=ℎeν-ℎν0e,知图线的特点与光的强度无关,故C错误;钠的逸出功小,结合Ekm=hν-W0,可知若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到钙的光频率较高,照射到钠的光频率较低,故D正确。
17.(2022河西一模,1)下列核反应方程中,属于太阳内部核聚变反应的方程是(　　)
A.92238U→30234Th+24He
B.714N+24He→817O+11H
C.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n
D.12H+13H→24He+01n
答案　D　　  92238U→30234Th+24He是α衰变方程,A错;714N+ 24He→817O+11H是原子核的人工转变方程,B错;92235U+ 01n→ 56144Ba+3689Kr+301n是重核裂变方程,C错;12H+ 13H→24He+01n是轻核聚变方程,也是太阳内部核聚变反应方程,D对。
18.(2022北京朝阳一模,3)如图所示是氢原子的能级图。大量氢原子从n=4的能级向低能级跃迁,下列说法正确的是(　　)

A.最多可发出6种不同频率的光子
B.发出的光子最大能量是13.60 eV
C.从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光子频率最高
D.这些氢原子只能吸收0.85 eV的光子才能电离
答案　A　处于n=4的能级向低能级跃迁,直至n=1的基态,能发出C42=6种不同频率的光子,A项正确。从n=4跃迁到n=1能级发出最大能量的光子,对应光子能量等于能级差E4-E1=(-0.85 eV)-(-13.60 eV)=12.75 eV,B项错误。从n=4能级跃迁到n=3能级对应光子能量hν最小,即频率ν最小,C项错误。这些氢原子只要吸收光子能量大于等于0.85 eV的光子都能电离,D项错误。
19.(2022北京东城一模,1)2021年12月30日,我国全超导托卡马克核聚变实验装置实现了7 000万摄氏度高温下1 056秒长脉冲高参数等离子体运行,打破了自己保持的世界纪录,标志着我国在可控核聚变研究上处于世界领先水平。托卡马克内部发生的主要核反应的方程可能是(　　)
A.92238U→90234Th+24He
B.1327Al+24He→1530P+01n
C.714N+24He→817O+11H
D.12H+13H→24He+01n
答案　D　A是α衰变,B、C为原子核的人工转变,D是核聚变,是把轻核结合成质量较大的核,并释放出核能的反应,符合题意。故选D。
20.物理常识 (2022浙江余杭高级中学选考模拟,6)2021年4月23日,南海舰队一次性入列了三艘主战舰艇,其中战略导弹核潜艇长征18号艇的入列尤其引人注意。核潜艇以核反应堆作为动力源,关于核反应,下列说法正确的是(　　)
A.核反应方程 614C→714N+-10e属于β衰变,因为核内产生电子所以电荷数不守恒
B.核反应方程 13H+12H→24He+01n属于核聚变,是“人造太阳”核聚变原理
C.核反应方程 92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n属于核裂变,是氢弹核反应原理
D.核反应前后核子数量不变,所以核反应前后总质量不变
答案　B　核反应方程 614C→714N+-10e,属于β衰变,虽然核内产生电子,但是电荷数仍守恒,选项A错误;核反应方程  13H+12H→24He+01n属于核聚变,是“人造太阳”核聚变原理,选项B正确;核反应方程  92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n,属于核裂变,是原子弹反应原理,选项C错误;核反应前后核子数量不变,但是核反应前后总质量要变化,出现质量亏损,选项D错误。
21.物理模型 (2022浙江山水联盟选考,6)已知钠原子从b、c、d几个能级向a能级跃迁时辐射的光的波长分别为:589 nm(b→a),330 nm(c→a),285 nm(d→a)。普朗克常量为h=6.63×10-34 J·s,真空中光速c=3×108 m/s,1 eV=1.6×10-19 J。设最高能级为0,下列关于钠原子在这几个能量范围的能级图,可能正确的是(　　)


答案　B　由ΔE=ℎcλ,可得Eb-Ea=ℎcλba=6.63×10-34×3×108589×10-9×1.6×10-19 eV=2.1 eV,同理可得Ec-Ea=3.8 eV、Ed-Ea=4.4 eV,故B正确,A、C、D错误。
22.物理科技 (2022浙江缙云选考,15)(多选)电子显微镜与光学显微镜相比具有更高的分辨率,其原因是电子比可见光的波动性弱。在电子显微镜中,电子通过“静电透镜”实现会聚或发散。如图所示,某静电透镜区域的等势面为图中虚线,其中M、N两点电势φM>φN。现有一束正电子经电压U加速后,从M点沿垂直虚线的方向进入“透镜”电场,正电子运动过程中仅受电场力,最终穿过小孔。下列说法正确的是(　　)

A.进入“透镜”电场后正电子可能经过N点
B.从进入“透镜”电场至穿过小孔的过程中,电场力对正电子做正功
C.加速后的正电子,其物质波波长大于可见光波长
D.保持加速电压U不变,将正电子换成质子,加速后质子的物质波波长小于原正电子的物质波波长
答案　BD　进入“透镜”电场后正电子受到的电场力与电场方向相同,由图中等势面可知,正电子应向上穿过小孔,不会经过N点,A错误;正电子从进入“透镜”电场至穿过小孔的过程中,从电势高的位置运动到电势低的位置,且正电子带正电,故电场力对正电子做正功,B正确;由题意,正电子比可见光的波动性弱,即正电子的波长小于可见光波长,结合物质波波长表达式λ=ℎp可知加速后的正电子,其物质波波长变小,故加速后的正电子,其物质波波长肯定小于可见光波长,C错误;正电子经过加速电场后,由动能定理可得qU=12mv2,解得正电子动量为p=mv=2qmU,正电子的物质波波长为λ=ℎp=ℎ2qmU,保持加速电压U不变,将正电子换成质子,由于质子电荷量与正电子电荷量相等,质子质量大于正电子质量,可知加速后质子的物质波波长小于原正电子的物质波波长,D正确。
23.物理科技 (2022江苏常州一模,2) 核动力航空母舰因其性能强劲堪称海上霸主,它利用可控制核裂变释放的核能获得动力。有一种核裂变的方程为 92235U+01n→X+3894Sr+1001n,关于该核裂变,下列说法正确的是(　　)
A.X的核子数为141
B.X的中子数为75
C.核反应方程可以简化为 92235U→X+3894Sr+901n
D.X比 92235U稳定
答案　D　根据质量数守恒可知,X的核子数为235+1-94-10×1=132,故A错误;根据电荷数守恒可知,X的质子数为92-38=54,中子数为132-54=78,故B错误;中子参与核反应,不能消去,故C错误;92235U反应生成X,释放能量,说明X比 92235U稳定,故D正确。
规律应用　核反应过程中释放能量时,新核的比结合能大于反应前核的比结合能,新产生的核更加稳定。
24.物理科技 (2022江苏南京月考,3)碳14具有放射性。碳14呼气试验是临床上用于检测幽门螺旋杆菌感染的一种试验,具有敏感度高、特异性强、操作方便、安全、无创、简单、经济的特点。检查方法:口服标有碳14的尿素后,如果被检测人胃内存在幽门螺旋杆菌,胃中的尿素酶可将尿素分解为氨和含有碳14的二氧化碳,含有碳14的二氧化碳通过血液经呼气排出,定时收集呼出的气体,通过分析呼气中标有碳14的二氧化碳含量,即可判断患者是否存在幽门螺旋杆菌感染。已知碳14的衰变为β衰变,关于碳14,下列说法正确的是(　　)
A.高温高压可以改变碳14的半衰期
B.β衰变与弱相互作用有关
C.衰变过程要吸收能量
D.β粒子为正电子
答案　B　半衰期不受外界因素影响,故A错误;β衰变,即中子转变为质子和电子的原因与弱相互作用有关,故B正确;衰变过程是自然发生的过程,要放出能量,故C错误;本题中β粒子为电子,带负电,故D错误。
25.物理科技 (2022江苏苏州调研,3)新冠病毒是一种传染病毒,传染病的传播过程十分复杂,但是可以构建最简单的传播模型来描述,这个最简模型称为链式模型,类似于核裂变链式反应模型,铀核裂变反应方程为92235U+ZAn→ 56144Ba+3689Kr+RZAn,其中n表示中子,裂变后产生的中子能继续发生反应的次数称为链式反应的“传染系数”,下列说法正确的有(　　)

A.从铀核裂变反应方程看,“传染系数”R=2
B.核反应堆中通过镉棒吸收中子降低“传染系数
C.链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为3
D.核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关
答案　B　中子的电荷数Z=0,质量数A=1,核反应遵循电荷数守恒及质量数守恒,因此可计算得R=3,故A错误;核反应堆中通过镉棒吸收中子,减少轰击铀核的中子数,最终起到降低实际“传染系数”的作用,故B正确;在链式反应中,当实际“传染系数”R≥1时,反应才能持续发展下去,当实际“传染系数”R