2022高考物理一轮复习单元练十二近代物理含解析

单元质检十二　近代物理

(时间:45分钟　满分:100分)

一、单项选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)

1.(2020新疆乌鲁木齐一模)某坦克装有激光炫目系统,其激光发射功率为P,若激光的波长为λ,则该系统每秒发射的光子数是(　　)

A.h B. C. D.Phcλ

2.(2020广东实验中学高三月考)关于下面四幅图的有关说法中正确的是(　　)

A.图甲中的α粒子散射实验说明了原子核是由质子与中子组成

B.图乙中若改用绿光照射,验电器金属箔片一定不会张开

C.图丙一群氢原子处于n=4的激发态,最多能辐射6种不同频率的光子

D.图丁原子核C、B结合成A时会有质量亏损,要释放能量

3.(2020福建永春美岭中学高三开学考试)科学研究证明,光子有能量也有动量,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ,碰撞后的波长为λ',则碰撞过程中(　　)

A.能量守恒,动量守恒,且λ=λ' 

B.能量不守恒,动量不守恒,且λ=λ'

C.能量守恒,动量守恒,且λ<λ' 

D.能量守恒,动量守恒,且λ>λ'

4.(2020辽宁高三二模)下列关于核电站的说法中正确的是(　　)

A.核反应方程可能是BaKr+n

B.核反应过程中质量和质量数都发生了亏损

C.在核反应堆中利用控制棒吸收中子从而减小中子对环境的影响

D.我国现已建成的核电站发电的能量来自于重核裂变放出的能量

5.(2020福建三元期中)下列关于中子研究的说法正确的是(　　)

A.α粒子轰击N,生成O,并产生了中子

BU经过4次α衰变,2次β衰变,新核与原来的原子核相比,中子数少了6个

C.放射性β射线其实质是高速中子流,可用于医学的放射治疗

D.核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度

二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)

6.(2020湖南高三模拟)1905年,爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广,成功地解释了光电效应现象,提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图像中,下列说法错误的是(　　)

A.图甲中,当紫外线照射锌板时,发现验电器指针发生了偏转,说明锌板带正电,验电器带负电

B.图乙中,从光电流与电压的关系图像中可以看出,电压相同时,光照越强,光电流越大,说明遏止电压和光的强度有关

C.图丙中,若电子电荷量用e表示,ν1、νc、U1已知,由Uc-ν图像可求得普朗克常量的表达式为h=

D.图丁中,由光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像可知该金属的逸出功为E或hν0

7.(2020安徽高三二模)氡具有放射性,其衰变方程为Po+X+ΔE(ΔE是反应中放出的能量),氡元素的半衰期为3.8天。下列说法正确的是(　　)

A.X为α粒子

B.X为β粒子

C.100个氡核经3.8天后还剩50个

D.衰变后射出的X粒子与钋核Po)的质量之和小于衰变前氡核Rn)的质量

8.(2020浙江开学考试)氢原子光谱在可见光波段内有4条谱线,波长分别为λ1=410.2 nm、λ2=434.0 nm、λ3=486.1 nm和λ4=656.3 nm,它们是吸收光子能量的电子进入激发态后,直接跃迁到n=2的能级时所释放出的谱线。玻尔的氢原子能级图如图所示,则关于这四种光线,下列说法正确的是(　　)

A.在水中传播速度最快的是波长为λ4的光线

B.光子动量最大的是波长为λ1的光线

C.若用13.06 eV能量的光子照射一个处于基态的氢原子,则能观测到全部四条谱线

D.若分别用这四种光线照射逸出功为3.34 eV的金属,都无法产生光电子

三、实验题(本题共2小题,共20分)

9.(5分)太阳内部持续不断地发生2个质子和2个中子聚变为1个氦核He的热核反应,已知质子、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3,真空中的光速为c。核反应中释放的核能ΔE=　　　　　。若反应前质子和中子的动量分别为p1和p2,则氦核的动量为　　　　　。 

10.(15分)(2020甘肃兰州一中期末)如图所示是研究光电管产生的电流的电路图,A、K是光电管的两个电极,已知该光电管阴极的极限频率为ν0,元电荷为e,普朗克常量为h。现将频率为ν(大于ν0)的光照射在阴极上,则:

(1)　　　　　是阴极(填A或K),阴极材料的逸出功等于　　　　　。 

(2)加在A、K间的正向电压为U时,到达阳极的光电子的最大动能为　　　　　,将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加,电流表的示数的变化情况是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)为了阻止光电子到达阳极,在A、K间应加上U反=　　　　　的反向电压。 

(4)下列方法一定能够增加饱和光电流的是　　　　　。 

A.照射光频率不变,增加光强

B.照射光强度不变,增加光的频率

C.增加A、K电极间的电压

D.减小A、K电极间的电压

四、计算题(本题共2小题,共32分)

11.(14分)(2020江苏江阴高三开学考试)用速度大小为v的中子轰击静止的锂核Li),发生核反应后生成氚核和α粒子,生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反,氚核与α粒子的速度大小之比为7∶8,中子的质量为m,质子的质量可近似看作m,光速为c。

(1)写出核反应方程。

(2)求氚核与α粒子的速度大小。

(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能,求出质量亏损。

12.(18分)海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应产生一个He核和一个粒子X,其中氘核的质量为2.013 0 u,氦核的质量为3.015 0 u,中子的质量为1.008 7 u。(1 u=931.5 MeV)

(1)写出核反应方程;

(2)求核反应中释放的核能;

(3)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求粒子X和氦核各自的动能。

参考答案

单元质检十二　近代物理

1.B　每个光子的能量E=hν=,设每秒激光器发出的光子数是n,则P×1s=nE

即P=nh,所以n=,故选B。

2.C　α粒子散射实验说明了原子具有核式结构,A错误;紫外线照射金属板时能产生光电效应,换用绿光照射金属板,若绿光的频率大于或等于金属板的截止频率,也可以产生光电效应,验电器金属箔可能会张开,B错误;一群氢原子处于n=4的激发态,最多能辐射=6种不同频率的光子,C正确;原子核C、B结合成A时,核子平均质量增大,质量增大,要吸收能量,D错误。

3.C　光子与电子的碰撞过程中,系统不受外力,也没有能量损失,故系统动量守恒,系统能量也守恒。光子与电子碰撞后,电子能量增加,故光子能量减小,根据E=hν,光子的频率减小,根据λ=,知波长变长,即λ<λ',故C正确。

4.D　核裂变反应中一定有中子参加,则该反应方程错误,选项A错误;核反应过程中质量发生了亏损,但是质量数不变,选项B错误;在核反应中,核反应速度由参与反应的中子数目决定,控制棒通过插入的深度来调节中子的数目以控制链式反应的速度,选项C错误;我国现已建成的核电站发电的能量来自于重核裂变放出的能量,选项D正确。

5.D　α粒子轰击N,生成O,并产生了质子,选项A错误U经过4次α衰变,2次β衰变,新核质量数为222,电荷数为86,中子数为136,原来的原子核中子数为238-92=146,则与原来的原子核相比,中子数少了10个,选项B错误;放射性β射线其实质是高速电子流,选项C错误;核电站可通过控制中子数目来控制核反应剧烈程度,选项D正确。

6.AB　当紫外线照射锌板时,发现验电器指针发生了偏转,发生光电效应后锌板带正电,所以验电器也带正电。故A错误,符合题意;图乙中,从光电流与电压的关系图像中可以看出,电压相同时,光照越强,光电流越大,说明饱和光电流与光的强度有关,不能说明遏止电压和光的强度有关。故B错误,符合题意;根据Ekm=hν-W0=eUc解得Uc=,斜率k=,则h=,故C正确,不符合题意;根据光电效应方程Ekm=hν-W0,当ν=0时,Ek=-W0,由图像知纵轴截距-E,所以W0=E,即该金属的逸出功E;图线与ν轴交点的横坐标是ν0,则该金属的逸出功为hν0,故D正确,不符合题意。

7.AD　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,可知X为α粒子,选项A正确,B错误;半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少数的原子核衰变不适用,选项C错误;由于反应放出核能,可知该核反应有质量亏损,则衰变后射出的X粒子与钋核Po)的质量之和小于衰变前氡核Rn)的质量,选项D正确。

8.ABD　在水中传播速度最快的是折射率最小的光线,也就是频率最小、波长最长的,即波长为λ4的光线,选项A正确;根据p=,则光子动量最大的是波长最小的,即波长为λ1的光线,选项B正确;若用13.06eV能量的光子照射一个处于基态的氢原子,则能使氢原子跃迁到n=5的能级,从n=5直接跃迁到n=2的能级最多辐射3种光子即5到4,4到3,3到2,则不能观测到全部四条谱线,选项C错误;逸出功为3.34eV的金属对应的“极限波长”为λ0=m=372nm,则四种光的波长都大于该金属的“极限波长”,则若分别用这四种光线照射逸出功为3.34eV的金属,都无法产生光电子,选项D正确。

9.答案(2m1+2m2-m3)c2　2p1+2p2

解析根据质能方程E=Δmc2,质量亏损为Δm=2m1+2m2-m3,故放出能量E=(2m1+2m2-m3)c2,根据动量守恒,反应后的动量为反应前的总动量p总=2p1+2p2。

10.答案(1)K　hν0　(2)hν-hν0+eU　逐渐增大,直至保持不变　(3)　(4)A

解析(1)K是阴极,阴极材料的逸出功等于hν0。

(2)逸出光电子的最大初动能为hν-hν0;若加在A、K间的正向电压为U时,到达阳极的光电子的最大动能为Ekm+eU=hν-hν0+eU,将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加,则到达阳极的光电子数逐渐增加,直到当全部光电子都能到达阳极时为止;则电流表的示数的变化情况是逐渐增大,直至保持不变。

(3)为了阻止光电子到达阳极,在A、K间应加上反向电压满足:U反e=Ekm=hν-hν0解得:U反=。

(4)若增加饱和光电流,则需要增加单位时间射到阴极的光子数,即保持照射光频率不变时,需要增大光强,故选A。

11.答案(1LiHe　(2)v　v　(3)

解析(1)由题意可知,核反应方程为:LiHe

(2)设中子的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv=-3mv1+4mv2

由题意得v1∶v2=7∶8

解得:v1=v,v2=v。

(3)氚核和α粒子的动能之和为Ek=×3m×4mmv2

释放的核能ΔE=Ek

由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为:Δm=

12.答案(1Hen　(2)2.14 MeV

(3)2.13 MeV　0.71 MeV

解析(1)核反应方程为H→n。

(2)核反应中的质量亏损为Δm=2mH-mHe-mn

由ΔE=Δmc2可知释放的核能:

ΔE=(2mH-mHe-mn)c2=2.14MeV

(3)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程系统的动量守恒,由于碰撞前两氘核的动能相等,其动量等大反向,因此反应前后系统的总动量为零,即mHevHe+mnvn=0;反应前后系统的总能量守恒,即mHemn=ΔE+2EkH,又因为mHe∶mn=3∶1,所以vHe∶vn=1∶3

由以上各式代入已知数据得:EkHe=0.71MeV,Ekn=2.13MeV