1、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.(2021山东潍坊高三三模)据人民日报2021年4月12日报道,日本要把福岛核电站超过130万吨的核废水直接排入太平洋,引起周边国家的一致反对。核废水中含有多种放射性元素,其中放射性元素137Cs的核反应方程为 Cse,半衰期约为30年,下列说法正确的是()A.该反应属于核裂变B.该反应需吸收能量CBa原子核中有81个中子D Cs经海水稀释后半衰期会变短2.(2021安徽芜湖高三二模)氢原子的部分能级如图所示,已知可见光的光子能量范围为1.
2、623.11 eV,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光,下列说法正确的是()A.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B.波长最长的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的C.频率最小的光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的D.处于n=2能级的氢原子可以吸收任意频率的可见光,并发生电离3.(2021辽宁实验中学高三二模)下列说法不正确的是()A.RnPo+XN+Y,X粒子的穿透本领比Y粒子弱B.某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应C.放射性元素镅Am的半衰期为432年,则1 000 g的镅经1 296年
3、将有125 g发生衰变D.氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长大于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的波长4.三种不同频率的激光甲、乙、丙照射同一金属板,用激光甲照射时从金属板上逸出的光电子的最大初动能为E;用激光乙照射时从金属板上逸出的光电子的最大初动能为。已知激光甲、乙、丙的波长之比为123,如果用激光丙照射金属板,则下列说法正确的是()A.由于激光丙的能量最小,因此没有光电子从金属板表面逸出B.有光电子从金属板表面逸出,逸出的光电子的最大初动能为C.有光电子从金属板表面逸出,逸出的光电子的最大初动能为D.有光电子从金属板表面逸出,逸出的光电子的最大初动能为5.新冠病毒疫情防控工作中
4、,体温枪被广泛使用。其工作原理是:利用光电效应,将光信号转化为电信号,从而显示出物体的温度。已知人的体温正常时能辐射波长为10 m的红外线,如图甲所示,用该红外光照射光电管的阴极K时,电路中有光电流产生,光电流随电压变化的图象如图乙所示,另一种金属铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图丙所示,已知光在真空中传播的速度为3108 m/s。则()甲乙丙A.波长为10 m的红外线在真空中的频率为51013 HzB.将阴极K换成金属铷,体温枪仍然能正常使用C.由图乙可知,该光电管的遏止电压为210-2 VD.当人体温度升高,辐射红外线的强度将增大,饱和光电流减小二、多项选择题(本题共3小题,每小题
5、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.(2021云南昆明高三二模)研究光电效应的实验电路图如图所示,滑动变阻器滑片处于图示位置。用黄光照射阴极K时,电流表示数不为零,则下列说法正确的是()A.只把黄光改为紫光照射,电流表示数可能为零B.只增加黄光的光强,电流表示数变大C.只将滑动变阻器的滑片P向右移动,电流表示数可能不变D.只将滑动变阻器的滑片P移至最左侧时,电流表示数为零7.右图是我国全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月,该装置实现了1108 等离子体运行等多项重大突破,为未来和平利用聚变能量迈出了重
6、要一步。关于核聚变,下列说法正确的是()A.聚变又叫热核反应B.太阳就是一个巨大的热核反应堆C.高温一定能使原子核克服核力而聚变D.对相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变产能多8.如图所示,分别为几种金属的逸出功和极限频率,以及氢原子能级图。现有大量氢原子处于n=4能级,普朗克常量h=6.6210-34 Js,则下列说法正确的是()几种金属的逸出功和极限频率金属钨钙钠钾铷c/(1014 Hz)10.957.735.535.445.15W0/eV4.543.202.292.252.13A.大量处于n=4能级的原子向低能级跃迁时会产生6种可见光B.从n=4能级跃迁到n=2能级放出光子的能量可以使钠
7、、钾、铷发生光电效应C.从n=2能级跃迁到基态放出光子的能量可以使上述5种金属都发生光电效应,且从钨表面逸出的光电子动能一定小于从钙表面逸出的光电子动能D.波长小于542 nm的入射光照射钠表面才会发生光电效应现象三、实验题(本题共2小题,共20分)9.(10分)1909年英国科学家卢瑟福进行了著名的粒子(带正电)轰击金箔实验。结果发现:绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原方向前进,但是有少数粒子却发生了较大的偏转,并且有极少数粒子的偏转超过90,有的甚至几乎达到180,像是被金箔弹了回来。(1)根据实验现象,卢瑟福提出“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”,卢瑟福所说的“很小的结构”指的是。(
8、2)1 m金箔包含了3 000层金原子,绝大多数粒子穿过后方向不变,该现象可以说明下列两种说法中的。A.原子的质量是均匀分布的B.原子内部绝大部分空间是空的(3)通过粒子散射实验,你认为原子结构为图中的。10.(10分)某同学在研究光电效应“单位时间发射的光电子数与照射光强弱的关系”实验中:(1)在给出的四个电路图中,本实验应该选用的电路是。(2)要求加在光电管上的电压从零开始变化,则闭合开关前滑动变阻器的滑片P应移到(选填“左端”或“右端”)。(3)在某一强度的光照下,记录两电表示数如下表所示:电压U/V00.200.500.801.001.301.502.002.50电流I/A0.100.
9、180.270.330.350.380.390.400.40用上表数据在坐标纸上描绘出光电流与电压关系图线。有同学利用电压为零时的电流值0.10 A计算光电管单位时间里逸出的光电子数,行不行?,请说明理由。估算此光照射下,单位时间内产生的光电子数为。(已知电子电荷量e=1.610-19 C)四、计算题(本题共3小题,共32分)11.(8分)(2021福建福州华侨中学高三一模)右图为氢原子最低的四个能级,当氢原子在这些能级间跃迁时,(1)有可能放出几种能量的光子?(2)在哪两个能级间跃迁时,所发出的光子波长最长?波长是多少?(h=6.6310-34 Js)12.(10分)根据玻尔原子结构理论,氦
10、离子(He+)的能级图如图甲所示,大量处在n=4的激发态的氦离子(He+)在向低能级跃迁的过程中会释放出多种能量的光,用其中所释放出的能量最小的光去照射光电管阴极K,电路图如图乙所示,合上开关,发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于1.64 V时,电流表示数仍不为零,当电压表读数大于或等于1.64 V时,电流表读数为零。求:(1)光电管阴极材料的逸出功W;(2)现把电路改为图丙,当电压表读数为2 V时,则电子到达阳极时的最大动能Ek。13.(14分)(2021福建福州华侨中学高三一模)花岗岩、砖砂、水泥等建筑材料是室内氡的最主要来源。人呼吸时,氡气会随气体进入肺脏,氡衰变放
11、出的射线像小“炸弹”一样攻击肺细胞,使肺细胞受损,从而引发肺癌、白血病等。一静止的氡核Rn发生一次衰变生成新核钋(Po),此过程动量守恒且释放的能量全部转化为粒子和钋核的动能,已知m氡=222.086 6 u,m=4.002 6 u,m钋=218.076 6 u,1 u相当于931 MeV的能量。(1)写出上述核反应方程;(2)求上述核反应放出的能量E;(3)求粒子的动能Ek。单元质检十二近代物理1.C解析:该反应是137Cs的原子核衰变,不是核裂变,A错误;原子核衰变反应不需要从外界吸收能量就可以自发进行,B错误Ba里面质子数为56,中子数为137-56=81,C正确;原子核的半衰期由原子核
12、本身决定,不受外界因素的影响,也与所处的物理状态和化学状态无关,D错误。2.C解析:大量的氢原子处于n=4的激发态,可能发出光子频率的种数n=6,故A错误;由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光子,能量最小,频率最小,波长最长,故B错误,C正确;处于n=2能级的氢原子发生电离,光子最小能量为3.4 eV,故D错误。3.C解析:根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,X为粒子,Y为电子,即为射线,则X粒子的穿透本领比Y粒子弱,选项A正确,不符合题意;某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短的光,即频率较大的光照射该金属可能发生光电效应,选项B正确,不符合题意;放射性元素镅Am的半衰期为432年
13、,1 296年为3个半衰期,则1 000 g的镅经1 296年还剩1 0003=125 g没有发生衰变,选项C错误,符合题意;氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的频率小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的频率,从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长大于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的波长,选项D正确,不符合题意。4.C解析:激光甲、乙、丙的波长之比为123,光子的频率为=,则光子频率之比为632,设激光甲的频率为6f,根据光电效应方程Ekm=h-W0,得E=h6f-W0,=h3f-W0,联立两式解得逸出功为W0=hf,E=hf,对激光丙由2hfW0知,能发生光电效应,最大初动能为Ekm=
14、h2f-W0=hf=,A、B、D错误,C正确。5.C解析:根据c=可得红外线的频率为= Hz=31013 Hz,故A错误;根据eUc=h-W0,由图丙可知金属铷的截止频率为5.11014 Hz,发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率,而红外线的频率小于金属铷的截止频率,故不会发生光电效应,体温枪不能正常使用,故B错误;当I=0时的电压为遏止电压,由图乙可知,该光电管的遏止电压为210-2 V,故C正确;若人体温度升高,辐射红外线的强度增大,饱和光电流将增大,故D错误。6.BC解析:紫光的频率比黄光大,所以黄光照射阴极能发生光电效应,改用紫光照射阴极也一定能发生光电效应,电流不可
15、能为零,故A错误;只增加黄光的光强,单位时间内逸出的光子数量增多,电流增大,故B正确;将滑动变阻器的滑片P向右移动,电压虽然增大,但若已达到饱和电流,则电流不变,故C正确;将滑动变阻器的滑片P移至最左侧时,阴极逸出电子仍有可能到达对阴极,电流不为零,故D错误。7.ABD解析:聚变又叫热核反应,选项A正确;太阳就是一个巨大的热核反应堆,选项B正确;要使轻核发生聚变,必须使它们的距离达到10-15 m以内,核力才能起作用,那么热核反应时要将轻核加热到很高的温度,使它们具有足够的动能来克服核力而聚变在一起形成新的原子核,即高温能使轻核克服核力而聚变,但不是能使所有的原子核克服核力而聚变,选项C错误;
16、对相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变产能多,选项D正确。8.BD解析:大量处于n=4能级的原子向低能级跃迁时最多产生6种频率的光,不一定都是可见光,故A错误;从n=4能级跃迁到n=2能级放出光子的能量为E=E4-E2=2.55 eV,因为E大于钠、钾、铷的逸出功,所以从n=4能级跃迁到n=2能级放出光子的能量可以使钠、钾、铷发生光电效应,故B正确;从n=2能级跃迁到基态放出光子的能量为E1=E2-E1=10.2 eV,由于E1大于图表中五种金属的逸出功,所以能使5种金属都发生光电效应,由公式Ekm=E1-W0,需理解Ekm为最大初动能,所以从钨表面逸出的光电子的最大初动能一定小于从钙表面逸出
17、的光电子的最大初动能,但不是所有从钨表面逸出的光电子动能都小于从钙表面逸出的光电子动能,故C错误;由爱因斯坦光电效应方程Ekm=h-W0,当Ekm=0,代入钠的逸出功解得max=542 nm,可得波长小于542 nm的入射光照射钠表面才会发生光电效应现象,故D正确。9.答案:(1)原子核(2)B(3)C解析:原子是由原子核和核外电子构成的,原子核体积很小,原子的质量主要集中在原子核上,核外电子围绕原子核做高速运动。(1)若原子质量、正电荷在原子内均匀分布,则不会出现极少数粒子大角度偏转,这里的“很小的结构”指的是原子核。(2)原子核内部十分“空旷”,使绝大多数粒子穿过后方向不变。所以A错误;B
18、正确。(3)通过上述实验,能说明原子结构是原子核位于原子的中心,大部分质量集中在原子核上,所以C正确,A、B错误。10.答案:(1)A(2)左端(3)见解析不行电压为零时逸出的光电子并未全部到达阳极2.51012解析:(1)由于本实验是研究光电效应“单位时间发射的光电子数与照射光强弱的关系”的实验,则光电管两端所加电压应为正向电压,即光电管阴极K与电源负极相连;电流表必须与光电管串联且与电压表并联,故应选A。(2)若要求加在光电管上的电压从零开始变化,则闭合开关前滑动变阻器的滑片P应移到左端。(3)利用表中数据在坐标纸上描点,利用光滑的曲线描绘出光电流与电压关系图线如图所示。该同学利用电压为零
19、时的电流值0.10 A计算光电管单位时间里逸出的光电子数,该做法不行,因为由作出的光电流与电压关系图线可知饱和光电流值为0.40 A,在电压为零时逸出的光电子并未全部到达阳极;在此光照射下,由作出的光电流与电压关系图线可知,饱和光电流为0.40 A,说明1 s内由K极发出的电子全部到达对阴极,根据I=,可得单位时间内产生的光电子数为N=2.51012。11.答案:(1)6(2)第4能级向第3能级跃迁1.8810-6 m解析:(1)根据N=,知N=6,能放出6种能量的光子。(2)氢原子由第4能级向第3能级跃迁时,释放的能量最少,波长最长,即h=E4-E3=-0.85-(-1.51) eV=0.6
20、6 eV,代入数据解得=1.8810-6 m。12.答案:(1)1 eV(2)3.64 eV解析:(1)由图甲可知,能量最小的光的能量为E光=E4-E3=2.64 eV根据题意可知,遏止电压为1.64 V,即Ekm=1.64 eV阴极材料的逸出功W=E光-Ekm得W=1 eV。(2)现把电路改为题图丙,电源提供了正向电压,电子到达阳极时的最大动能Ek,即有Ek=Ekm+eUc=3.64 eV。13.答案:(1RnPoHe(2)6.89 MeV(3)6.77 MeV解析:(1)根据质量数和电荷数守恒有RnPoHe(2)质量亏损m=222.086 6 u-4.002 6 u-218.076 6 u=0.007 4 uE=mc2解得E=0.0074931 MeV=6.89 MeV。(3)设粒子、钋核的动能分别为Ek、,动量分别为p、p钋,由能量守恒定律得E=Ek+由动量守恒定律得0=p+p钋又Ek=故Ek=2184解得Ek=6.77 MeV。
