2023广东版物理高考第二轮复习--专题十三近代物理初步.pdf

2023广东版物理高考第二轮复习专题十三近代物理初步一、选择题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 v=：可知,A频率更低，更不可能发生光电效应,D 错误。2.物理生活1 （2022贵州4 月适应性测试）香烟中含有天然放射性元素针210围。P。），吸烟会使白拌。进入体内并在肺组织中蓄积,研究表明，吸烟者体内|1Po含量比不吸烟者高广2 个数量级。已知发生衰变时会伴随着放出Y射线，下列说法正确的是（）A 哥叩。的半衰期会随时间增长而不断地减小B 哥叩。发生衰变后产物的结合能之和一定大于3 P。的结合能C.通过化学方法可以改变香烟中UPo的化学状态,从而减小其放射强度D易P。衰变时放出的Y射线是核外电子从高能级向低能级跃迁而辐射的高频电磁波答 案B 你。P。的半衰期始终不变,故A错误烧。P。发生衰变时会产生质量亏损并释放能量,所以衰变后产物的结合能之和一定大于ilP o的结合能,故B正确;放射性元素的放射强度由原子核决定,与元素的化学状态无关，故C错误激叩。衰变时放出的y射线是新核从高能级向低能级跃迁而辐射的高频电磁波，故D错误。3.物理科技I （2022江西九江第一次统考）202（）年6月2 3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（）n E/eV8-.04-0.853-1.512-3.401-13.6A.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加芋=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-E,=10.2 eV,跃迁到n=3激发态需要吸收的能量为E=EE产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。4.物理探索I （2022东北师大附中测试七）现代已知碳的同位素共有十五种,有碳8 至碳22,其中碳12和碳13属于稳定型,碳 14是宇宙射线透过空气时撞击氮原子核产生的,碳14是一种放射性的元素,衰变为氮14,图中包含碳14衰变相关信息,结合这些信息可以判定下列说法正确的是（）A.碳 14转变为氮14,衰变方式为B衰变B.100个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩50个C.若氮14生成碳14的核反应方程为/N+X-yC+弭 则 X 为质子D.当氮14数量是碳14数量的7 倍时,碳 14衰变所经历时间为22 920年答 案 A 由电荷数守恒和质量数守恒可得衰变方程 为,（:一:卜斗。”,可知碳14转变为氮14是 8 衰变,A 正确;半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,个别原子核经多长时间衰变无法预测,即对个别或少数原子核无半衰期可言,B 错误;由电荷数守恒和质量数守恒可知,X 为中子仙,C 错误;当氮14数量是碳14数量的7倍时,碳 14数量占总原子核数量的!,经过3 个半衰期即17 190年,D错误。5.自然现象I （2022甘肃兰州二模）科学家发现太阳的核聚变反应区只是中心很小的一部分,由于太阳强大的引力和磁场的束缚，使太阳内部的能量可以向外持续稳定地释放,而不会像氢弹那样瞬间爆炸,这3就是可控核聚变技术的由来。太阳内部核聚变反应的一种可能形式为科+：H-X+3n,设包、J、X 和新的质量分别为m、m?、nh和 m，,光速为c,则下列说法正确的是（）A.X是洱eB.该核反应释放的核能为（m3+m-m-m2）c2C.核反应中比结合能较小的原子核变成了比结合能较大的原子核D.核反应中核子平均质量较小的原子核变成了核子平均质量较大的原子核答 案 C根据质量数守恒和电荷数守恒知X 的质量数为4,电荷数为2,则 X 是为e,故 A 错误;根据质能方程知,该核反应释放的核能为A E=（ml+m2-m3-m,）c2,故 B错误;核反应方程式中生成物比反应物稳定,则生成物的比结合能大于反应物的比结合能,即核反应中比结合能较小的原子核变成了比结合能较大的原子核，又知比结合能大的原子核核子的平均质量小,故C 正确,1）错误。6.物理科技（2022重庆二模）我国科学家通过一种功能纳米膜成功地从海水中大规模提取铀元素,这对于国家发展具有十分重要的战略意义。用中子Jn轰击铀核能5U,铀核发生裂变,其中一种典型反应是1卷5 J+/nf今B a+聂Kr+3/n。若用nu、m“、小、叫分别表示赞U、尸/“B a和兔Kr的质量，关于这个核反应，下列说法正确的是（）A.方程中 Z=56,A=89B.方程中 m（I=mB a+mKr+2mnC.只要用中子轰击铀核，就一定会发生链式反应D.释放 的 核 能 为 c2答 案 A 根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒,有235+l=144+A+3,92=Z+36,解 得 A=89,Z=56,故 A 正确;重核裂变会释放核能，伴随质量亏损,有 E=m -2mc）c2答 案 B 核聚变方程为4；H-He+2?e,根据质能方程，可知核反应释放的能量 E=（4m m2m,）c 故选瓦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包+汨一卯e+X,气核的质量为m：,氤核的质量为巾 窃 氨核的质量为叱,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 mi+m2-nfa-C.该反应属于a 衰变D.气核和瓶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=（mi+m-m：-mx）c；解得故B 正确;该反应属于核聚变反应,故C 错误;箱核和氤核之间的库仑力表现为斥力，故 D 错误。H.（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氢,氧气通过呼吸道进入人体肺部,对人体产生伤害。已知氨的半衰期为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 个氢原子核经过8 天后,一定只剩下4 个氢原子核了C.原子核发生一次a 衰变,该原子核质量数减少4D.天然放射现象中发出的B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。衰变时，是原子核内部的2 个质子和2 个中子结合成一个a 粒子释放出来,所以电荷数少2,质量数少4,C 正确；B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PuO：作为发238电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是俺8pu,具有天然放射性，半衰期为87.7年。Pu发 生 a 衰94变的核反应方程为磊8pu-x+$He,则下列说法正确的是（）A.X原子核的中子数为141B.8pu原子核发生a 衰变后产生的新核的比结合能比阖8pu核的比结合能小C.10个贫8pu原子核经过87.7年后一定还会剩余5 个D.Pu的半衰期是由核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系答 案 D根据质量数和电荷数守恒可知,X 原子核的中子数为（238-4）-（94-2）=142,故 A 错误烧8pu原子核发生a 衰变后产生的新核更稳定，所以新核的比结合能比8PU核的比结合能大，故 B 错误;半衰期是针对大量原子核的统计规律,对少数原子核不适用,故C 错误;半衰期是由原子核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故 D 正确。13.（2022部分区一模,1）下列说法中正确的是（）A.为了解释光电效应规律,爱因斯坦提出了光子说B.卢瑟福根据a 粒子散射实验，提出了原子的能级结构C.在原子核人工转变的实验中,查德威克发现了质子D.玻尔通过对黑体辐射进行实验研究,创立了黑体辐射理论答 案 A 爱因斯坦通过光电效应现象，提出了光子说,A 对;卢瑟福根据a 粒子散射实验，提出了原子的核式结构,而玻尔提出了原子的能级结构,B 错;在原子核人工转变的实验中,查德威克发现了中子,C错;普朗克通过对黑体辐射进行实验研究,创立了黑体辐射理论,D 错。14.（2022南开二模,1）铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变。其衰变方程为比8U-错打卜+元裂变方程89为鸵5U+nf Y+瑞Kr+3n,其中Jns Y、Kr的质量分别为mlx m2v m,、叫,光在真空中的传播速36度为C。下列叙述正确的是（）A 至8U发生的是B衰变B.Y 原子核中含有56 个中子C.若提高温度总8U的半衰期将会变小D.一个925 裂 变 时 释 放 的 能 量 为 c2答 案 I）根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒，知 X 为氨原子核易81发生的是a 衰变,A 错误;Y 的质量数A=235+l-89-3=144,电荷数Z=92-36=56,由原子核的组成特点可知,Y 原子核中含有56个质子,中子数为144-56=88,B 错误;半衰期与温度、压强等外界因素无关,C 错误;由于核裂变的过程中释放能量,根据爱因斯坦质能方程得A E=A mc2=（m-2m2-ni3-m,）c2,D 正确。15.（2022部分区二模,3）钠和钙两种金属的遏止电压U,与入射光频率v 的关系如图所示。用 h、e 分别表示普朗克常量和电子的电荷量，则（）A.钠的逸出功大于钙的逸出功B.图中直线的斜率为:nC.在得到这两条直线时,必须保证入射光的光强相同D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低答 案 D根据Ek,=h v-Wo=h v-h v又 Eu=eL,解得U,/v-维 v-也,当遏止电压为0 时,对应的频e e e e率为金属的极限频率,结合图可知钠的极限频率小,则钠的逸出功小于钙的逸出功,故A 错误;根据U J v-组 可 知 U-v 图线的斜率k=故 B 错误;根据U J v-也,知图线的特点与光的强度无关,故Ce e e e e错误;钠的逸出功小，结合Exh v-W,可知若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钙的光频率较高，照射到钠的光频率较低,故D 正确.16.（2022河西一模,1）下列核反应方程中,属于太阳内部核聚变反应的方程是（）A.债 U-品，Th+狙 e B.尹 N+$He-yo+MC.5U+Jn-*4B a+yKr+3jn D.?H+?H-*He+Jn答 案 D 238 u_234T h+4H c是 a 衰变方程,A 错;/N+罚 e-：7（）+；H 是原子核的人工转变方程,B 错卷5U+/一 劈 B a+鄢 r+3粉是重核裂变方程,C 错剂+汨-：H e+/是轻核聚变方程，也是太阳内部核聚变反应方程,D 对。17.（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（）n E/eVoo-04-0.853-1.512-3.401-13.60A.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13.6 0 eVC.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=l的基态,能发出第=6 种不同频率的光子,A 项正确。从 n=4跃迁到n=l能级发出最大能量的光子,对应光子能量等于能级差E,-E,=（-0.85 eV）-（-13.6 0eV）=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h v 最小,即频率v 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,1）项错误。18.（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.毅U T 和 h+典 B.召A 1+如e-猾P+标C./N+,He-yO+fH D*H+汨 T H e+；n答 案 D A 是 a 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。19.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.核反应方程记C-尹N+%e属 于 3 衰变，因为核内产生电子所以电荷数不守恒B.核反应方程料+包一狙e+丁属于核聚变，是“人造太阳”核聚变原理C.核反应方程第5（J+2nf公 4B a+瑞Kr+32n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/C-/N+e,属 于 B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 汨+包一狙e+前属于核聚变，是“人造太阳”核聚变原理，选项B 正确;核反应方程5U+Jn-4Ba+黑Kr+3仙属于核裂变,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。20.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）o 普朗克常量为 h=6.6 3X 10、J s,真空中光速c=3X10 m/s,1 eV=1.6 X1019 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（）AB 1-0答 案B由 A E有 可 得 E E或嗡端需eV=2.1 eV,同理可得 E E.=3.8 eV、E E“=4.4eV,故 B 正确,A、C、D 错误。21.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 两点电势力“小、。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X$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=1mv1,解得正电子动量为p=mv=V而,正电子的物质波波长为X 今 磊 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。22.物理科技I （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莪5 U+H-X+相Sr+lOan,关于该核裂变,下列说法正确的是（）A.X 的核子数为141B.X 的中子数为75C.核反应方程可以简化为况5u-X+相Sr+*nD.X比 赞 U 稳定答 案 D根据质量数守恒可知,X 的核子数为235+1-94-10X1=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 啜 反 应生成X,释放能量,说明X 比取5u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。23.物理科技1（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B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.B衰变与弱相互作用有关C.衰变过程要吸收能量D.B粒子为正电子答 案 B 半衰期不受外界因素影响，故 A 错误；B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3 粒子为电子,带负电,故D 错误。二、非选择题24.物理探索I （2022北京西城二模）从 19世纪末到20世纪初,通过对光电效应的研究,加深了对光的本性的认识。科学家利用如图所示的电路研究光电效应，图中K、A 是密封在真空玻璃管中的两个电极,K极受到光照时可能发射电子。已知电子电荷量为普朗克常量为h。当有光照射K极时,电流表的示数为I,求经过时间t 到达A 极的电子数n。（2）使用普通光源进行实验时，电子在极短时间内只能吸收一个光子的能量。用频率为v”的普通光源照射K 极,可以发生光电效应。此时,调节滑动变阻器滑片,当电压表的示数为U 时,电流表的示数减小为 0。随着科技的发展,强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识,用强激光照射金属,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能。若用强激光照射K 极时,一个电子在极短时间内能吸收n 个光子,求能使K 极发生光电效应的强激光的最低频率v。(3)某同学为了解为什么使用普通光源进行光电效应实验时一个电子在极短时间内不能吸收多个光子,他查阅资料获得以下信息:原子半径大小数量级为10 10 m;若普通光源的发光频率为6 X10“Hz,其在1s 内垂直照射到1 m?面积上的光的能量约为IO,J；若电子吸收第一个光子能量不足以脱离金属表面时,在不超过10 s 的时间内电子将该能量释放给周围原子而恢复到原状态。为了进一步分析，他建构了简单模型:假定原子间没有缝隙,一个原子范围内只有一个电子,且电子可以吸收一个原子范围内的光子。请利用以上资料，解决以下问题。a.普朗克常量h 取 6.6 义10&J s,估算1 s 内照射到一个原子范围的光子个数；b.分析一个电子在极短时间内不能吸收多个光子的原因。答 案(D-叽 4(3)a.3.17X105 b.见解析e n nh解 析(D经过时间t 到达A 极的电荷量为q=It到达A 极的电子数n=包 生e e(2)根据题意可得eU=h v O-Wo由nh v=%知,能使K 极发生光电效应的强激光的最低频率v含一黑(3)a.普通光子的能量为=h v F3.96 X10 19 J在 1 s 内垂直照射到原子上的光的能量约为E2=EoSt=lO6X4 n X(10 )2X1 J=1.256 X 10-13 J则 I s 内照射到一个原子范围的光子个数n 3.17X105E lb.电子吸收第一个光子能量不足以脱离金属表面时,在不超过10 s 的时间内电子将该能量释放给周围原子而恢复到原状态,而原子吸收一个光子能量需要的时间为*畀 1 5 X 1 0%所以一个电子在极短时间内不能吸收多个光子25.(2022北京东城一模,20)如图所示,密封在真空中的两块等大、正对的金属板M、N 竖直平行放置，间距为d。将金属板M、N 与电源相连，两板间的电压大小恒为U。MN可看作平行板电容器，忽略边缘效应。用一束单色平行光照射金属板M 恰好发生光电效应。金属板M 的面积为S,逸出功为W,普朗克常量为ho已知单色平行光均匀照射到整个金属板M 上,照射到金属板M 上的功率为P,能引起光电效应的概率为H,光电子从金属板M 逸出(不计初速度)，经过两板间电场加速后打到金属板N 上形成稳定的光电流，电子打到板N 上可视为完全非弹性碰撞。电子的质量为m,带电荷量为e,忽略光电子之间的相互作用。求：(1)该单色光的频率v;(2)稳定时光电流的大小I;(3)光电子对板N 的撞击力的大小F;(4)通过计算说明两金属板间电子的分布规律。答案见解析解 析(D因单色光恰好使金属板发生光电效应W=h vv,_ wh(2)任 意 t 时间内到达金属板M 上的光子个数=詈则 A t 时间内产生的光电子个数为N =n NT_&q_Ne rjeP 设光电子到达N 板时速度为V,T J 1 2eU=-niv t时间内,到达N 板光电子与板发生完全非弹性碰撞;根据动量定理,电子受到的平均作用力为FF A t=N mvF -y/2m eUW根据牛顿第三定律F=T 岳 荷 J(4)电子加速到与金属板M 的距离为x处,速度为va根据动能定理eU/n唯)任 意 时间内，横截面积为S,长为V o M t 的柱体内电子个数N(x)=N A tji|.n _ N*)I dm人J.(x)Sv(x)At WSJ2eUx单位体积的电子数与到金属板M 的距离的平方根成反比。(其他解法正确同样给分)解题关键光电效应发生的条件是入射光子的能量不小于后对应频率V,E，即极限频率。单色光照射功率P 可以理解为单位时间内照射到M 板的光子能量。