1、第十四章近代物理初步综合过关规范限时检测满分：100分考试时间：90分钟一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24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(2020山东烟台诊断)下列说法正确的是(B)A原子核的质量大于组成它的核子的总质量，这个现象叫质量亏损B玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的C在光电效应实验中，某金属的截止频率对应的波长为0，若用波长为(0)的单色光照射该金属，会发生光电效应D爱因斯坦提出质能方程Emc2，其中E是物体以光速c运动时的动能解析本题考查质量亏损、光电效应、玻尔模型等。原子核的质量小于组成它的核子的总质量，这个现象叫质量亏
2、损，故A错误；玻尔原子模型表明，电子的轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的，故B正确；光电效应实验中，某金属的截止频率对应的波长为0，根据，结合光电效应发生的条件可知，若用波长为(0)的单色光做该实验，其频率小于截止频率，不会发生光电效应，故C错误；质能方程中的E是与物体相联系的一切能量的总和，既不是单一的动能，也不是单一的核能，故D错误。2(2020北京市高考适应性考试)下列说法正确的是(A)A根据Emc2可以计算核反应中释放的核能B太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应C目前核电站利用的核反应是裂变，核燃料为氘D目前核电站利用的核反应是聚变，核燃料为铀解析太阳辐射的能量主要来自太阳内
3、部的核聚变反应，B错误；目前核电站利用的核反应是裂变，核燃料为铀，C、D均错误；根据Emc2可以计算核反应中释放的核能，A正确。3(2019重庆一中一诊)用同一光电管研究a、b、c三束单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间的电压U的关系曲线如图所示，由此可判断(D)Aa、b、c光的频率关系为abcBa、b、c光的频率关系为abUc1，据EkmeUc，可得三束光产生光电子的最大初动能间关系为EkbEkaEkc，故C项错误，D项正确；据光电效应方程EkmhW0，照在同一光电管上，逸出功相等，又EkbEkaEkc，则a、b、c光的频率关系为bac。故A、B错误。4(2020安徽定远重点中学
4、模拟)下列说法不正确的是(B)A若氢原子从n6能级向n1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n6能级向n2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应B卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出了原子核内有中子存在C核泄漏事故污染物Cs能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程为CsBaX，可以判断X为电子D质子、中子、粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个粒子，释放的能量是(2m12m2m3)c2解析本题考查核反应中的电荷数守恒、质量数守恒，光电效应的发生条件，爱因斯坦光电效应方程。n6与n1间的能级差大于n6与n2间的能级差，则氢原子从n6能级向n1能级跃迁
5、时辐射出的光子频率大于氢原子从n6能级向n2能级跃迁时辐射出的光子频率，可知从n6能级向n2能级跃迁时辐射出的光不能使该金属发生光电效应，故A正确；卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出了原子核式结构模型，故B错误；根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为55561，质量数为1371370，可知X为电子，故C正确；结合成一个粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损m2m12m2m3，由质能方程可知，释放的能量Emc2(2m12m2m3)c2，故D正确。本题选说法不正确的，故选B。5(2019河北武邑中学期末)19世纪末到20世纪初，一些物理学家对某些物理现象的研究直接促进了“近代原子物理学”
6、的建立和发展，关于以下4幅图中涉及的物理知识说法正确的是(B)A图甲是黑体辐射实验规律，爱因斯坦为了解释此实验规律，首次提出了“能量子”概念B强激光的出现是一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，这已被实验证实。如图乙所示，若用波长为的光照射锌板，验电器指针不偏转；则换用波长也为的强激光照射锌板，验电器指针可能偏转C如图丙所示，一个处于n4能级的氢原子向低能级跃迁，最多可以放出6种不同频率的光D图丁为天然放射现象中产生的三种射线在电场中偏转情况，其中代表的射线穿透能力最强解析本题考查黑体辐射、光电效应、能级跃迁等。普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，并很好地解释了黑体辐射的实验规律，A错
7、误；若用波长为的光照射锌板，验电器指针不偏转，则换用波长也为的强激光照射锌板，锌板的电子可以在极短时间内吸收多个光子后电离，故验电器指针可能偏转，B正确；一个处于n4能级的氢原子向低能级跃迁，最多可放出3种不同频率的光，C错误；从图丁中可知电场强度方向水平向右，而粒子向右偏转，故带正电，为粒子，其电离作用最强，穿透能力最弱，D错误。6(2020山东淄博实验中学诊断)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是(D)A原子核可能发生的是衰变，也可能发生的是衰变B径迹2可能是衰变后新
8、核的径迹C若是衰变，则1和2的径迹均是逆时针方向D若衰变方程为UThHe，则r1r2145解析本题考查了原子核衰变过程系统的动量守恒。由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知，若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以发生的是衰变，不可能是衰变，故A错误；由于发生的是衰变，生成的两粒子电性相同，图示由左手定则可知，两粒子都沿顺时针方向做圆周运动，故C错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提
9、供向心力，由牛顿第二定律得qvBm，解得r，电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于粒子的轨道半径，则半径为r1的圆为新核的运动轨迹，半径为r2的圆为放出的粒子的运动轨迹，且r1r2q2q1290145，故D正确，B错误。7(2020江西红色七校联考)“人造太阳”实验中的可控热核反应的聚变方程为HHHen，反应原料氘(H)富存于海水中，氚(H)可以用中子轰击锂核(Li)得到，则关于中子轰击锂核(Li)产生一个氚核(H)和一个新核，下列说法正确的是(B)A该核反应方程为LinHeHB核反应生成物中的粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱C在中子轰击锂
10、核(Li)的核反应生成物中有粒子，故该核反应属于衰变D核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能解析本题考查了“人造太阳”实验中的核反应原理。根据题意以及质量数守恒和电荷数守恒可得中子轰击锂核的人工转变方程为LinHHe，故A错误；核反应生成物中的粒子具有很强的电离本领，但穿透性较弱，故B正确；中子轰击锂核发生的核反应是原子核的人工转变，故C错误；核反应中释放的核能源于核反应过程中的质量亏损，与核反应的条件无关，故D错误。8(2019安徽滁州定远育才学校期末)一对正、负电子可形成一种寿命比较短的称为电子偶素的新粒子。电子偶素中的正电子与负电子都以速率v绕它们连线的中
11、点做圆周运动。假定玻尔关于氢原子的理论可用于电子偶素，电子的质量m、速率v和正、负电子间的距离r的乘积也满足量子化条件，即mvnrnn，式中n称为量子数，可取整数值1,2,3，h为普朗克常量。已知静电力常量为k，电子质量为m、电荷量为e，当它们之间的距离为r时，电子偶素的电势能为Ep，则电子偶素处在基态时的能量为(C)ABCD解析本题考查用已知近代物理学知识理解电子偶素。设n1是正、负电子间的距离为r1、电子的速率为v1，则km，由量子化条件可得mv1r1，联立解得v1，r1。每个电子的动能Ekmv，系统的电势能Epk，则电子偶素处在基态时的能量为E12EkEp，解得E1。故C正确。二、多项选
12、择题：本题共4小题，每小题4分，共16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4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9(2019浙江嘉兴一中期末)以下说法正确的是(ACD)A甲图是粒子散射实验示意图，当显微镜在A、B、C、D中的A位置时荧光屏上接收到的粒子数最多B乙图是氢原子的能级示意图，氢原子从n3能级跃迁到n1能级时吸收了一定频率的光子C丙图是光电效应实验示意图，当光照射锌板时验电器的指针发生了偏转，则此时验电器的金属杆带的是正电荷D丁图是电子束穿过箔后的衍射图样，该实验现象说明实物粒子也具有波动性解析本题考查了近代物理的相关实验和结论。图甲是粒子散射实验示意图，
13、因为大多数粒子保持沿原运动方向不变，所以当显微镜在A、B、C、D中的A位置时荧光屏上接收到的粒子数量多，A正确；图乙是氢原子的能级示意图，氢原子从n3能级跃迁到n1能级时辐射出一定频率的光子，故B错误；当光照射到锌板时，金属板失去电子，将带正电，所以与之相连的验电器的指针将发生偏转，此时验电器的金属杆也带正电荷，C正确；图丁是电子束穿过铝箔后的衍射图样，由于衍射是波特有的性质，所以该实验现象说明实物粒子也具有波动性，D正确。10(2019吉林五地六校合作体期末)下列说法正确的是(CD)A一束光照射某种金属表面上不发生光电效应， 如果增加光照的强度，则有可能发生光电效应B射线的本质是电子流，所以
14、衰变是核外的一个电子脱离原子而形成的C由玻尔理论可知一群处于n3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射3种频率的光子D两个轻核结合成质量较大的核，该原子核的比结合能增加解析本题考查光电效应发生的条件、射线的本质等。能否发生光电效应与光的强度无关，所以一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应， 增加光照的强度也不会发生光电效应，选项A错误；射线的本质是电子流，粒子是核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；由玻尔理论可知一群处于n3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射C3种频率的光子，选项C正确；两个轻核结合成质量较大的核时，放出核能，比结合能增加，故D正确。11(2020吉林长春二中月考)
15、如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极，发现电流表的读数不为零，闭合开关S，调节滑动变阻器，发现当电压表的读数小于1.0 V时，电流表的读数仍不为零；当电压表的读数大于或等于1.0 V时，电流表的读数为零，则(BC)A电源的左侧为负极B阴极材料的逸出功为1.5 eVC光电子的最大初动能为1.0 eVD若入射光的频率加倍，则光电子的最大初动能也加倍解析本题考查对光电效应现象的理解。当电压表的读数大于或等于1.0 V时，电流表的读数为零，说明光电管上加的是反向电压，则电源的左侧为正极，选项A错误；光电子的最大初动能为EkmeUc1 eV，根据EkmhW0，解得阴极材料的
16、逸出功为W01.5 eV，选项B、C正确；根据EkmhW0可知，若入射光的频率加倍，则能量变为5.0 eV，则光电子的最大初动能为3.5 eV，选项D错误。12(2019山东济宁一中收心考)某金属表面逸出的光电子的最大初动能和入射光的频率变化的关系图象如图所示，直线与横轴的交点坐标为4.291014 Hz，与纵轴交点坐标为0.5 eV，则下列说法正确的是(BD)A该金属的逸出功为0.5 eVB该金属的极限频率为4.291014 HzC当入射光频率 5.51014 Hz时，光的强度最大D直线的斜率表示普朗克常量h解析本题考查光电效应方程的应用。根据爱因斯坦光电效应方程EkmhW0知，Ekm图线的
17、斜率为普朗克常量h，图线与横轴的交点坐标表示极限频率，即该金属的极限频率为4.291014 Hz，故B、D正确；当入射光频率为4.291014 Hz 时，光电子的最大初动能为0，根据EkmhW0得该金属的逸出功为W01.78 eV，故A错误；由题图可知，5.51014 Hz时，光电子的最大初动能为0.5 eV，无法得出光的强弱，故C错误。三、非选择题：本题共6小题，共60分。13(4分)(2020任丘市第一中学高三月考)如图所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指针归零。用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明
18、锌板带正电(选填写“正”或“负”)；若改用红外线重复上实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率大于红外线的频率(选填“大于”或“小于”)。解析用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，当其接触锌板时发现验电器指针张角减小，这说明锌板带电量减小，故锌板带正电，部分电量被橡胶棒所带负电中和；用红外线照射验电器指针偏角不变，说明锌板未发生光电效应，说明锌板的极限频率大于红外线的频率。14(10分)(2020陕西高三一模)如图甲所示是使用光电管的原理图，当频率为的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过。(1)当变阻器的滑动端P向左滑动时(填“左”或“右”)，通过电流表的电流将会增大。(2)
19、当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，则阴极K的逸出功为heU(已知电子电荷量为e，普朗克常量h)。(3)如果不改变入射光的强度，而增大入射光的频率，则光电子的最大初动能将变大(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压Uc与入射光频率，得到Uc图象如图乙所示，根据图象求出该金属的截止频率c5.01014 Hz，普朗克常量h6.41034 Js(已知电子电荷量e1.61019 C)。解析(1)当变阻器的滑动端P向左滑动时，光电管两端的反向电压减小，光电流增大，通过电流表的电流将会增大。(2)当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，则
20、光电子的最大初动能EkeU，据爱因斯坦光电效应方程EkhW0可得，逸出功W0heU。(3)如果不改变入射光的强度，而增大入射光的频率，据爱因斯坦光电效应方程可得EkhW0，光电子的最大初动能变大。(4) 据EkhW0、EkeU、W0hc，可得eUchW0，则Ucc。据图象求出该金属的截止频率c5.01014 Hz；据图象斜率可得，则普朗克常量h6.41034 Js。15(8分)(2020江苏南通模拟)我国自行研制的一种大型激光器，能发出频率为、功率为P0的高纯度和高亮度激光。如图所示，光电管的阴极K用某金属制成，闭合开关S，当该激光射向阴极，产生了光电流。移动变阻器的滑片P，当光电流恰为零时，
21、电压表的示数为Uc，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c。求：(1)激光器发出的光子的动量p；(2)光电管阴极K的截止频率c。答案(1)(2)解析本题考查光子的动量和光电效应方程的应用。(1)由p，解得p。(2)由eUcEkm，又EkmhW0，且W0hc，解得c。16(8分)(2020淮北高三质检)在康普顿散射实验中，频率为的入射光，与某一静止的电子发生碰撞，碰后电子的动量为p，方向与入射光方向相同。已知普朗克常量为h，光速为c，求碰后光子的波长。答案解析本题考查康普顿效应。光子的初动量p0，设光子的末动量为p，根据动量守恒定律可知p0pp且p，解得17(14分)(2020青岛
22、高三月考)一个氘核(H)和一个氚核(H)聚变时产生一个中子(n)和一个粒子(He)。已知氘核的质量为mD，氚核的质量为mT，中子的质量为mn，粒子的质量为m，光速为c，元电荷电荷量为e。(1)写出核反应方程，并求一个氘核和一个氚核聚变时释放的核能E。(2)反应放出的粒子在与匀强磁场垂直的平面内做圆周运动，轨道半径为R，磁感应强度大小为B。求粒子在磁场中做圆周运动的周期T和等效电流I的大小。(3)1909年卢瑟福及盖革等用粒子轰击金箔发现，绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进或只发生很小的偏转，但有些粒子发生了较大的偏转，个别就像被弹回来了一样。卢瑟福认为“枣糕模型”中的电子不足以把粒子反弹
23、回来，在经过深思熟虑和仔细的计算后，他提出了原子的核式结构模型。以一个粒子以速度v与原来静止的电子发生弹性正碰为例，请通过计算说明为什么电子不能把粒子反弹回来(已知粒子的质量是电子质量的7 300倍)。答案(1)见解析(2)(3)见解析解析本题考查核反应方程、质能方程、带电粒子在磁场中的运动问题以及粒子散射实验的原理。(1)核反应方程：HHnHe反应释放的核能Emc2(mDmTmnm)c2(2)设粒子的速度大小为v，由2evBm，T得粒子在磁场中运动周期T由电流定义式I，得I(3)设电子的质量为me，碰撞后粒子的速度为v，电子的速度为ve。由动量守恒定律得mvmvmeve由能量守恒定律得mv2
24、mvmev得vv因1所以vv，即粒子所受电子的影响是微乎其微的，不会被反弹。18(16分)(2020山东高三开学考试)根据量子理论，光子不但有能量，还有动量，光子动量p，其中h是普朗克常量，是光子的波长。光子有动量，光照到物体表面，对物体表面产生压力。某同学设计了一种以光压为动力的宇宙飞船。给飞船装上面积为S4104 m2反射率极高的帆板，并让它正对太阳，轨道位置每秒钟每平方米面积上得到的太阳光能为E01.35 kJ，航天器质量为M50 kg，忽略除光压力以外其他力的作用，不考虑因为位置变化导致的单位面积功率变化，c3.0108 m/s。求：(1)1 s内照射到帆板上光子的总动量；(2)飞船的加速度大小；1小时内飞船的速度变化大小(结果保留2位有效数字)。答案(1)0.18 Ns(2)7.2103 m/s2,26 m/s解析(1)光子能量Eh光子动量ph所以Epc单位时间接收到的能量与光子数n的关系E0SnEp总np所以p总0.18 Ns(2)对撞上帆板光子分析，由动量定理2p总F压t其中t1 s由牛顿第二定律a7.2103 m/s2vat26 m/s
