2023年高考物理一轮复习：近代物理检测试卷含答案解析.pdf

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1、近代物理一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分.在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1 .1 9 3 2年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的被原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为;L i+；Hf：Be f 2X。已知;H、；L i、X的质量分别为町=L 0 0 7 2 8 u、吗=7.0 1 6 0 1 u、=4.0 0 1 5 lu ,光在真空中的传播速度为c,则在该核反应中（）A.质量亏损A w =4.0 2 1 7 8 u B.释放的核能A E =（町C.被原子核内的中子

2、数是5 D.X表示的是旅原子核2 .某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为4,已知该金属的逸出功为乂，普朗克常量为人 根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率丫 为（）A今 B.2 C.”咎 D.”咎3 .中国继2 0 1 8年“东方超环”实现一亿度运行之后，更先进的“中国环流2号”于2 0 2 0年1 2月4日首次放电成功，我国的托卡马克技术又有了新的突破，正在引领全世界走向能源的圣杯可控核聚变。核聚变中，一种常见的核反应方程为:H+jHf He +X +E （式中E为能量），则（）F pA.X是质子，反应后总质量减少f B.X是中子，反应后总质量减少rCCC.X是中

3、子，反应后总质量增加与 D.X是质子，反应后总质量增加与C C4.如图所示是氢原子的能级图，现有一群处于=3的氢原子，能自发地辐射出三种不同频率的光，则辐射的光子能量最大为（）n E/eVoo.04 =-0.8 53-1.5 12-3.41 -1 3.6A.13.6eVB.12.09eVC.10.2eVD.3.4eV5.物理学家卢瑟福和他的学生用a 粒子轰击金箔，研究a 粒子被散射的情况,其实验装置如图所示。关于a 粒子散射实验，下列说法正确的是（）荧光屏”一一一一一金 箔 攵 、源子源崎看为A.大多数a 粒子发生大角度偏转B.a 粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞C.a 粒子散射实验说明

4、占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围D.通过a 粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10-Om6.下列对图中物理规律的描述，正确的是（）A.图甲中，射入金箔沿射出的大量粒子揭示原子的核式结构B.图乙中，电子处于轨道时电子的动能最大C.图丙中，相邻的质子户间的核力大于质子间的库仑力D.图丁中，8 个放射性原子核经过3后一定剩下1个原子核7.a、人两种可见光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系如图甲所示，图乙为氢原子能级图。已知可见光的光子能量在L62eV到3.11eV之间，下列说法正确的是（）乙/eV0-0.85-1.51-3.40-13.6A.a 光的波长比匕光的

5、小B.单色光。的光子动量比单色光分的光子动量大C.若 a 光是从=4跃迁到=2能级时发出的光，则匕光是从=3跃迁到=2能级时发出的光D.用E=12.8eV的电子去轰击基态的氢原子，可以得到两种可见光二、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8.研究光电效应的电路图如图所示，单色光。照在阴极K,将滑片位置从左移到右的过程中，滑片移至中点时电流表A 刚好示数为零。而用另一束单色光匕照射，当滑片移到最右端时电流表A 刚好示数为零，则（）A.a 光的光子能量比较大B.a 光照射K,当

6、电流表示数为零时，将电源反向后，电流表一定有示数C.a 光在水珠中传播的速度一定大于b光在水珠中传播的速度D.两束光以相同的入射角从水中斜射入空气，若出射光线只有一束，则一定是b 光9.1905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，下列说法正确的是（）图1图2图3图4A.图 1 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2 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3 中，若电子电荷量用，表示，匕、匕、q 已知

7、，由 图 像 可 求 得 普 朗U e克常量的表达式为=广丁匕一匕D.图4 中，由光电子最大初动能后卜与入射光频率廿 的关系图像可知该金属的逸出功为E或牝1 0.如图所示是氢原子的能级图，一群处于激发态的氢原子发生跃迁，释放出不同频率的光子，利用这些光子照射逸出功为2.25eV的金属钾，则下列说法正确的 是（）1 -m m-13.6A.要使处于某一激发态的一群氢原子能够辐射出10种频率的光子，只需用频率为13.06eV的光子照射处于基态的氢原子就可以实现B.氢原子从高能级=5 向低能级=3跃迁时，向外辐射光电子的能量为0.97eV,电子绕原子核运动的动能减小C.当一群从=4 的能级的氢原子发生

8、跃迁，释放最大频率的光子照射金属钾，能够发生光电效应，光电子的最大初动能为1 0.5 e VD.当一群从=4 的能级的氢原子发生跃迁，释放最大频率的光子照射金属钾，能够发生光电效应，用该光电子能够使处于基态的氢原子从=1 能级跃迁到=2能级三、非选择题：共 6 小题，共 54分，考生根据要求作答1 1 .1 9 5 6 年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，吴健雄用北C o 对此进行了实验验证。次年，李、杨两人为此获得诺贝尔物理学奖，界 C。的衰变方程是：C o N i+,e+；e,其中i是反电子中微子，它的电荷为零，静止质量被认为是零。（1）在上述衰变方程中，衰变产生的泊i 的核子数

9、A是,核电荷数Z是（2）在衰变前方C o 是静止的，根据云室照片可以看出，衰变产物力N i 和 的 运动径迹不在同一条直线上，如果认为衰变产物只有i 和 那 么 衰 变 过 程 将 违反 守恒定律。1 2 .现代考古中可利用；14c的衰变规律测定古生物的年代，：C 衰变时放出（填粒子符号），并生成新核：N。如图所示为放射性元素的衰变规,、n律的示意图（纵坐标1表示的是任意时刻放射性元素的原子数与r=o 时的原子数的比值），则该放射性元素的半衰期是 年。若从某次考古时发掘出来的木材中，检测到所含；*c 的比例是正在生长的植物中的8 0%,则该木材距今约_ _ _ _ _ _ _ 年.1 3.如

10、图 表 示 了 氨-2 2 2的 衰 变 规 律。?为 衰 变 前 氨-2 2 2的 质 量，m为r时 刻 氢-2 2 2的质 量。请 讨 论：(1)如 图 的 纵 坐 标 表 示 什 么？(2)剩 余 未 衰 变 原 子 核 数 和 图 中 的 根 有 什 么 不 同？两 者 有 什 么 关 系？(3)氮-2 2 2的 半 衰 期 是 多 少？经 过7.6 d和1 1 4 1,分 别 有 多 少 氯-2 2 2发 生 了 衰 变？部分放射性元素的半衰期原子核半衰期1406 L5730a寸Na15h2,C 05.27aI53 18.04d1 4 .杯的放射性同位素攀P u 静止时衰变为铀核激发

11、态%U和 a粒子，而铀核激发 态%U立即衰变为铀核*U,并放出能量为0.0 9 7 M e V 的丫光子.已知：冒P u、和 a 粒子的质量分为加PU=2 3 9.0 5 2 1 u、m u=2 3 5.0 4 3 9 u 和 mo=4.0 0 2 6 u,l u=1.6 6 0 5 x 1 0-2,k g,衰变放出的光子的动量可忽略。（1）写出核反应方程；（2）将衰变产生的*U和 a粒子垂直射入磁感应强度为B的同一匀强磁场，求W U和 a粒子圆周运动的半径之比；（3）求 a粒 子 的 动 能（只列关键步骤的式子，不要求准确计算）。1 5 .原子激光制冷是一种利用激光使原子减速、降低原子温度的

12、技术。冷原子实验中减速原子束流的塞曼减速装置如图所示：一束与准直后的原子束流反向传播的单频激光与原子发生散射，以达到使原子减速的目的。原子和光子的散射后过程可理解为原子吸收光子、随即各向同性地发射相同能量光子的过程。单位时间内一个原子散射光子的数目称为散射速率是。当原子的能级与激光频率共振时,原子散射光子的散射速率最大，减速效果最好。然而，在正常情况下，当原子速度 改 变（被减速）后，由于多普勒效应，原子与激光不再共振，造成减速暂停。塞曼减速装置利用原子跃迁频率会受磁场影响的特性（塞曼效应：原子的能级会受到外磁场影响，从而能级间跃迁所吸收的光的频率也会受到外磁场的影响），利用随空间变化的磁场来

13、补偿多普勒效应的影响，使原子在减速管中处处与激光共振，直至将原子减速至接近静止。（1）考虑被加热到3 5 0 C的4。长原子气体，问准直后（假设准直后原子只有一个方向的自由度）的原子的方均根速率是多少？（2）激光与对应的原子跃迁共振时，原子对光子的散射速率为=5.0 0 x 1 0 6$-、已知用于减速原子的激光波长是6 7 0 n m，问原子做减速运动时的加速度。为多少？将具有方均根速率的4 0 K原子一直被激光共振减速至静止所需的距离是多少？（3）不考虑磁场的影响，试计算激光频率应该比原子静止时的激光共振频率减小多少才能与以方均根速率%（向着光源方向）运动的原子发生共振跃迁？（4）已知在磁

14、场的作用下，原子对应的跃迁的频率随磁感应强度变大而线性变小（塞曼效应）加8 =0）+纱 式中，系数月 =-1.0 0 x l 0 H z/T。假设在准直管出口处（z =0/K原子以均方根速率为朝激光射来的方向运动，同时假设在准直管出口处（z =0）的磁感应强度8为0.为了使原子在减速管中（直至原子减速至接近静止）处处被激光共振减速，需要加上随着离准直管出口处距离z而变化的磁场来补偿多普勒效应的影响。试求需要加上的磁场的磁感应强度8（z）与z的关系。已知普朗克常量=6.6 2 6 x 1 0-3 4口，玻尔兹曼常量心=1.3 8 x 1 0 2 J/K,单位原子质量1 6.类比是研究问题的常用方

15、法，科学史上很多重大发现、发明往往发端于类比。(1)一质量为加的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为l将地球视为质量均匀分布的球体，已知地球质量为“，万有引力常量为G,求卫星的速度大小v和动能区;若质量分别为犯和，巧的质点相距为，时，它们之间的引力势能的表达式为G迹，求卫星与地球组成的系统机械能。F r(2)在玻尔的氢原子理论中，质量为，的电子绕原子核做匀速圆周运动的轨道nhtnvr=半径是量子化的，电子的轨道半径和动量必须满足量子化条件 2%，式中是普朗克常量，是轨道半径，是电子在该轨道上的速度大小，是轨道量子数，可以取1、2、3等正整数。已知电子和氢原子核的电荷量均为*静电力常量为

16、火，根据上述量子化条件，类比天体系统证明电子在任意轨道运动时系统能量表达式可以写为E=4-2,其中A是与无关的常量。1.【答案】B【解析】CD.根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知方程为Be .2；H e则z=4,A=8,镀原子核内的中子数是4,X表示的是氢核，故CD错误；A B.核反应质量亏损为，=班+吗-2的=0.0 2 0 2 7 则 释 放的核能为=(小+-2，%)/故A错误，B正确；2.【答案】D【解析】根据爱因斯坦的光电效应方程可知权=叱 +线解得该单色光的频率为丫 =%&3.【答案】B【解析】设X 的电荷数为x 质量数为y,根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒，有 3+

17、2=x+4,l+l=2+y解得 x=l,y=0所以，X 是中子。由爱因斯坦的质能方程，有后=*根2可知，反应后总质量减少与E。c4.【答案】B【解析】一群处于“=3的氢原子，向低能级跃迁时，从=3的能级跃迁到=1的能级时，辐射光子能量最大，为E=-1.51eV-l 3.6eV)=12.09eV5.【答案】C【解析】A.当a 粒子穿过原子时，电子对a 粒子影响很小，影响a 粒子运动的主要是原子核，离核远则a 粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当a 粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以a 粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向

18、前进，故 A 错误；B.造成a 粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，不是由于它跟电子发生了碰撞，故 B 错误；C.a 粒子散射实验说明原子内部很空旷，占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围，故 C 正确；D.通过a 粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是故D 错误。6.【答案】C【解析】A.a粒子散射实验中极少数a粒子的大角度偏转说明原子核内存在原子核，即在大角度偏转应为轨迹，故 A 错误；B.由静电力提供电子绕核圆周运动的向心力有 火 =，”匕r r可知r越小，电子的动能越大，即得动能最大，故B错误；C.核力是短程力，当两核子的距离很近时，合力很强，比质子间的库

19、仑力强得多，足以克服库仑力的排斥最用，使得核子紧密靠在一起，故c正确；D.半衰期是一个统计学概念，对大量原子核适用，对少数的原子核不再适用，所以8个放射性原子核经过3 Z,后一定剩下多少原子核无法确定，故D错误。7.A.。光的波长比b光的小B.单色光a的光子动量比单色光。的光子动量大C.若a光是从=4跃迁到 =2能级时发出的光，贝。光是从=3跃迁到J =2能级时发出的光D.用E =1 2.8 e V的电子去轰击基态的氢原子，可以得到两种可见光【答案】D【解析】A.根据Zn/-W =e U可知，频率越大的截止电压越大，所以。光的频率比光的小，根据V可知，频率越大时波长越小，所以。光的波长比光的大

20、，则A错误；B.根据p=?可知，单色光a的光子动量比单色光。的光子动量小，所以B错误；C.根据E =/n/因为。光的频率比方光的小，则a光是从=4跃迁到w=2能级时发出的光，则力光不可能是从 =3跃迁到”=2能级时发出的光，所以C错误；D.用E =1 2.8 e V的电子去轰击基态的氢原子，有A F =用一耳=-0.8 5-（一1 3.6）=0.7 5 e V 0.8 0 e V可以跃迁到第四个能级，所以能得到两种可见光，=4跃迁到=2,=3跃迁到=2,则D正确；8.【答案】B C【解析】A.由题意可知。光的遏止电压小于。光的遏止电压，所以。光的光子能量较小，故A错误；B.。光照射K,当电流表

21、示数为零时，K 已经发生了光电效应，只是在反向电压作用下使得光电子无法到达阳极，此时将电源反向后，光电子可以到达阳极,电流表一定有示数，故 B 正确；C.由于a光的光子能量比b光的光子能量小，所以a光的频率比b光的频率小，则水珠对光的折射率比对。光的折射率大，根据丫=n可知 光在水珠中传播的速度一定大于h光在水珠中传播的速度，故C 正确；D.根据sinCn可知。光的全反射临界角比。光的全反射临界角大，所以两束光以相同的入射角从水中斜射入空气，若出射光线只有一束，则一定是a 光，故 D 错误。9.【答案】CD【解析】A.图 1 中，当紫外线照射锌板时，锌板失去电子而带正电，验电器与锌板相连，所以

22、也带正电，故 A 错误；B.图2 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，只能说明光电流与光强的关系，而遏止电压和光的强度无关，和入射光的频率有关，故B 错误；C.光电子的最大初动能为线=04=/?（匕-匕）解得人v,一 匕故 C 正确；D.根据爱因斯坦光电效应方程有线=-叱）当3=0时,有 =也当线=。时，有牝=叱）故 D 正确。10.【答案】AC【解析】A.用频率为13.06eV的光子照射处于基态的氢原子，若处于基态的氢原子吸收了这种光子，则能量为i=（-13.6+13.06）eV=-0.54eV氢原子将跃迁到=5能级，这些大量氢原子从=5能级再往低能级跃

23、迁，将辐射出 C；=1=1 02 x1种光子，故A正确；B.氢原子从高能级=5向低能级=3跃迁时，向外辐射光电子的能量为E2=-0.5 4-(-1.5 l)e V=0.9 7 e V能级越低，电子离原子核的距离越近，电子做圆周运动的动能越大，故B错误；CD.当一群从=4的能级的氢原子发生跃迁，直接跃迁到基态的氢原子将释放最大频率的光子，该光子的能量为E3=-0.8 5-(-1 3.6)l e V=1 2.7 5 e V该光子照射逸出功为2.2 5 e V的金属钾，出射光电子的最大初动能为Ek=(1 2.7 5-2.2 5)e V=1 0.5 e V该光电子本质上是电子撞击过程，不一定能使基态的

24、氢原子跃迁，故C正确，D错误。1 1.【答案】6 0 2 8 动量【解析】(1)根据质量数与电荷数守恒，可知衰变产生的吃N i的核子数A =6 0,核电荷数Z =2 7-(-l)=2 8(2)衰变前核静止动量为零，衰变时不受外力动量守恒，若衰变产物吃 用 和)的运动径迹不在一条直线上，且衰变产物只有，N i和；e,那么衰变前后动量不守恒，违反动量守恒定律，1 2.【答案】5 5 7 0 0 1 9 0 0【解析】1 根据电荷数守恒、质量数守恒知，核反应方程为活体中;4c含量不变，生物死亡后，：,c开始减少，设活体中：C的含量为人,发掘出的木材中为加，设fC的半衰期为T,则由半衰期的定义得则*)

25、当 f =T 时 2=0.5%由题图得半衰期T =5 7 0 0年n当一=0 8时”1 9 0 0年 01 3.【答案】（1）纵坐标表示未衰变的原子核质量与总质量之比；（2）见解析；3 7（3）3.8 d；4 8【解析】（1）由图像可知，纵坐标表示未衰变的原子核质量与总质量之比。（2）剩余未衰变原子核数是没有衰变的氨-2 2 2原子核的总个数，而,7 7为没有衰变的氨-2 2 2原子核的总质量。故两者的关系为：加等于“与氮-2 2 2的原子核质量的乘积。（3）由图可知，氨-2 2 2的半衰期是3.8d。经过7.6 d,过了两个半衰期，有（1-5）=：的氨-2 2 2发生了衰变。1 7经 过 过

26、 了 三 个 半 衰 期，有（1-石尸w2 o的氨-2 2 2发生了衰变。1m1 4.【答案】（1）掌Pu f/U +y+：H e；（2）；（3）Ek=E4 6%+m”【解析】贯P T u+MHe（2）衰变过程满足动量守恒P u=%带电粒子在磁场中做圆周运动q vB=机 解得R吗*qB qB空 u和a粒子圆周运动的半径之 比 汽 味=品 上（3）核反应过程中的质量亏损A m =a 3%J 3 Q能跚05?U =结合质能方程AE=A/W C2和能量守恒定律可知，核反应过程中转化为粒子动能的总能量 E=AE+玛=5.1 1 9 4 M e V即 八4“根据动能和动量的关系EK=02m1J 4 mv

27、m则。粒子的动 能/ma+mu1 5.【答案】(1 )%=3 6 0m/s(2)a =-=7.4 5 xl 0m/s 2 s =2 =0.87m (3)AT =5 3 7M H z2a(4)(z)=0.05 3 7x(1 -Vl-1.1 5 z)(T)【解析】(1)根据能量按自由度均分定理，任一自由度的能量的平均值都是:怎7。因此准直后的原子速率平均的平均值年满足g加片式中m是4 0K原子的质量相=4 0 x1.6 6 x1。-”依=6.6 4 1 0-虫 而7=(3 5 0+2 73)K =6 2 3 K (3)是皿 长 原子气体的温度。由式与题给常量既得，原子方均根速率为%=3 6 0m/

28、s (2)按照牛顿第二定律，K原子做减速运动时的加速度。大小满足：a=m式中尸是4 0K原子所受到的激光对它的作用力的大小：尸 啜(6)这里，W是如K原子在受到激光照射4时间间隔内其动量的减少。这种减少源自4。长原子在加时间间隔内共振吸收了与原子初速度%反向运动的N个光子：N=TA?Psin gie式中p皿林是单个光子动量h 4，2=丁 A联立式得a =r=7.4 5 xio4m/s2（9）Am将初速度为%的4 0K原子减速直至静止，该原子所通过的距离是s =%=0.8 7 m 2a（3）设激光的频率为九 当4 0K原子以速度-与激光光子相向运动时它所感受到的激光的频率为:，此即该原子在其静止

29、的参考系中所接受到的激光的频率。根据多普勒效应公式A/f -f v六宁二当时，可得设4。长原子的跃迁频率为Z）。当/=/,时，4。4原子与激光达到共振散射时。由此得激光应该减小的频率为V V-.式中几 是激光的波长。当-%时有T =*=5 3 7 M H z （4）在原子与激光处处共振的条件下，原子做减速运动的加速度。为常值。在z处的原子的速度v（z）满足v2(z)-v2(z =0)=2(-a)z()由此得v(z)=#2(z =0)-2 a z(6)由式可知，在z=0处有/、v(z=0)v(z=0)V(Z =0)-/=-C Af同理，在z处有V(z)(z)-T 产于是加z=0)(z卜铲叵在至塞

30、曼减速装置的设计目的是应用塞曼效应让原子处处与冷却激光共振，按题给条件有fo(B)=fo(B=0+0B注意到3(z=0)=0,上式可写为%(z)=%(z=0)+纱(z)与式比较并利用式得v(z=。)-出z=0)-2az=v(z=0)1/2 辰 0入 一 /U V A/MV2(Z=0)J将v(z=0)=%,/?=-1.00MHz/Gs=-1.00 x10Hz/T以及其它量的题给数据代入式得z、360 F,1 2x5xl0ftx6.626xl0 1 I,/，/十、B(z)=-1-.1-=0.0537x(1-V I-1.15z)(T)1O,OX67OX1O-9|_ V 670 x 1 O-9 x 6

31、.64 x 1026 x 3602 J、八 其中，8的单位是T,8的取值范围为00.0537T；z的单位是m,z的取值范围是 0 0.869(或0 0.870)mo16.【答案】(1)v=反,华，-G黑；V r 2r 2r【解析】(1)根 据 牛 顿 第 二 定 律=r r解得卫星的速度大小V、陛(2)见解析卫星的动能耳=;加2=?2 2r卫星与地球系统的引力势能与=-G-所以卫星与地球组成系统的机械能E=E+E p=-G?2r（2）根据牛顿第二定律上 =，Er r结合题中给出的量子化条件nvr=整2万联立推得 牙nn可得电子的动能几=、疗当T=f当1K类比卫星机械能与动能表达式关系，可得电子与氢原子核的系统能量表达式为_（27r2k2me4y 1A由此可知1百=3n甘 r b A 2兀2 kne&nA是与无关的常量