2023届高三物理二轮复习专题过关检测：近代物理学（含答案解析）考试试卷

二轮复习专题过关检测：近代物理学
一、选择题
1. 用甲、乙两种单色光分别照射锌板，都能发生光电效应。已知乙光的频率是甲光频率的倍，用甲光照射锌板逸出的光电子的最大初动能为，用乙光照射锌板逸出的光电子的最大初动能为，则锌板的逸出功为( )
A. B. C. D.
2. 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实光电效应实验装置示意如图用频率为的普通光源照射阴极，没有发生光电效应，换同样频率为的强激光照射阴极，则发生了光电效应此时，若加上反向电压，即将阴极接电源正极，阳极接电源负极，在、之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大，光电流会逐渐减小当光电流恰好减小到零时，所加反向电压可能是下列的其中为逸出功，为普朗克常量，为电子电量( )
A. B. C. D.
3. 光电管的原理图如图所示，和分别是光电管的阳极和阴极，在它们之间加上一定的电压；当满足一定条件的光照射阴极时，就会有电子射出，在回路中形成电流。下列说法正确的是
A. 用任意频率的光照射阴极，只要、间的电压合适，回路中就会形成电流
B. 若入射光不变，增大、之间的电压，则回路中形成的电流一定增大
C. 保持入射光的频率和、之间的电压不变，增大入射光的强度，则回路中形成的电流增大
D. 只增大入射光的频率，则阴极发射出的所有光电子的初动能都会增大
4. 如图是工业生产中大部分光电控制设备如夜亮昼熄的路灯用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成。则对该装备，下列说法正确的是( )
A. 端为电源负极 B. 流过电磁铁的电流是交流电
C. 电磁铁的原理是利用电流的磁效应 D. 只要有光照射光电管，回路中就有电流
5. 关于近代物理学的下列说法正确的是( )
A. 卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核内部由核子构成
B. 对于同一种金属来说，其极限频率恒定，与入射光的频率及光的强度均无关
C. 氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要吸收一定频率的光子
D. 核发生衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数不变，质量数不变
6. 党的二十大代表热议科技创新不断塑造发展新动能新优势。二十大报告中提到我国进入创新型国家行列，一些关键技术如核电技术等取得重大成果。关于核能、核反应，下列说法正确的是
A. 到目前为止，利用任何物质都能得到核能，因为各种物质的原子里都有原子核
B. 到目前为止，核聚变是人类获得核能的主要方式
C. 太阳内部进行的热核反应属于轻核聚变
D. 原子弹是采用人工核转变制成的核武器
7. 年，查德威克用轰击发现了中子，自由中子是不稳定的，其衰变产物为质子、电子和反中微子，平均寿命不到分钟。这被称为衰变。下列说法正确的是( )
A. 中子由质子和电子组成
B. 自由中子的衰变属于强相互作用过程
C. 发现中子的核反应方程为：
D. 中子的存在有效地调节了质子间库仑斥力对原子核稳定的影响，故中子越多原子核一定越稳定
8. 核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池，就可以让手机不充电使用年。燃料中钚是一种人造同位素，可通过下列反应合成：用氘核轰击铀生成镎和两个相同的粒子，核反应方程是镎放出一个粒子后转变成钚，核反应方程是，则粒子和粒子是( )
A. 中子，电子 B. 质子，电子 C. 正电子，质子 D. 正电子，电子
9. 年月，在甘肃省武威市全球首台钍基熔盐核反应堆进行试运行放电，也标志着我国成为世界上第一个对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家。反应堆工作原理如图所示，钍吸收一个中子后会变成钍，钍不稳定，会变成易裂变核素铀。下列说法正确的是( )
A. 钍变成铀的核反应方程式是：，
B. 中间产生的新核镤从高能级向低能级跃迁时，会伴随辐射
C. 新核铀的结合能小于钍
D. 核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电
10. 当氢原子从能级跃迁到能级时，辐射光的波长为。以下判断正确的是( )
A. 氢原子从跃迁到的能级时，辐射光的波长小于
B. 用波长为的光照射，可使氢原子从跃迁到能级
C. 用波长为的光照射，能使氢原子从能级发生电离
D. 一群处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生种谱线
11. 被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为。若天体射向天眼的辐射光子中，有倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为的个光子。普朗克常量为，则该天体发射频率为光子的功率为( )
A. B. C. D.
12. 核电站铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出个中子，核反应方程是，铀核的质量为，钡核的质量为，氪核的质量为，中子的质量为。此类核反应中放出光子，能使逸出功为的金属板放出最大初动能为的光电子，已知电子的质量为，光速为，普朗克常量为，则( )
A. 该核反应放出的核能为
B. 光子是原子核外最外层电子向基态跃迁时放出的，因此能量很高
C. 这些光电子的德布罗意波长不小于
D. 该核反应产物的结合能之和小于反应前铀核的结合能
13. 实验观察到，静止在匀强磁场中点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图所示，则( )
A. 轨迹是电子的，磁场方向垂直纸面向外 B. 轨迹是电子的，磁场方向垂直纸面向外
C. 轨迹是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D. 轨迹是新核的，磁场方向垂直纸面向里
14. 如图所示放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，从其中的氢气放电管观察氢原子的光谱，发现它只有一些分立的不连续的亮线，下列说法正确的是( )
A. 亮线分立是因为氢原子有时发光，有时不发光
B. 有几条谱线，就对应着氢原子有几个能级
C. 核式结构决定了氢原子有这种分立的光谱
D. 光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续
15. 光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子，如此电子数不断倍增，使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。下列说法正确的是
A. 光电倍增管正常工作时，每个倍增电极上都发生了光电效应
B. 光电倍增管中增殖的能量来源于照射光
C. 图中标号为偶数的倍增电极的电势要高于标号为奇数的电极的电势
D. 适当增大倍增电极间的电压有利于探测更微弱的信号
二、计算题
16. 一群氢原子处于量子数的能级状态，氢原子的能级图如图所示，则：
金属 铯 钙 镁 钛
逸出功
氢原子可能发射几种频率的光子
氢原子由量子数的能级跃迁到的能级时辐射光子的能量是多少电子伏
用中的光子照射下表中几种金属，哪些金属能发生光电效应发生光电效应时，发射的光电子的最大初动能是多大
17. 一群处于第能级的氢原子，最终都回到基态能发出几种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极的金属上，只能测得条电流随电压变化的图像如图乙所示，其中光对应图线与横轴的交点坐标为。已知氢原子的能级图如图丙所示，电子电量为。
求光照射金属时逸出光电子的最大初动能；
求该金属逸出功；
只有光照射金属时，调节光电管两端电压，达到饱和光电流，若入射的光子有引发了光电效应．求此时每秒钟照射到阴极的光子总能量。
18. 在方向垂直纸面的匀强磁场中，一个原来静止的原子核衰变后变成一个核并放出一个粒子，该粒子动能为，速度方向恰好垂直磁场。核和粒子的径迹如图所示，若衰变时产生的能量全部以动能的形式释放，真空中的光速为，求：
写出这个核反应方程；
核与粒子做圆周运动半径之比；
衰变过程中的质量亏损。
19. 如图粒子源可以每秒发射出个粒子，其初速度均为，进入电压为的加速电场，从电场中射出后与静止在反应区点的铍核发生核反应，两个反应产物垂直于边界飞入探测区，探测区有一圆形磁场和粒子探测器，圆形磁场半径为，其内存在磁感应强度为的匀强磁场，圆形磁场边界与相切，探测器与平行且距圆心距离为。实验中根据碰撞点的位置便可分析核反应的生成物。为简化模型，假设每个粒子均可与铍核发生核反应，实验中探测器上有两个点点和点持续受到撞击，点、、在一直线上，且，打在点粒子穿透探测器，被探测器吸收，其中穿透的粒子能量损失，打在点的粒子全部被吸收。已知质子和中子的质量均为，原子核的质量为核子的总质量，质子电量为，不计粒子间相互作用核反应过程除外求：
粒子射出加速电场后的速度大小；
写出核反应方程，判断打在、点的分别是什么粒子，计算其速度大小；
探测器上点每秒受到的撞击力大小。
答案和解析
1.
【解析】根据爱因斯坦光电效应方程有，，解得：，故B正确；ACD错误。故选B。
2.
【解析】由题意可知，用强激光照射发生光电效应时有，以从阴极逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理得，解得，故B正确。
3.
【解析】A.只有满足一定频率的光照射到阴极时才能发生光电效应，从而逸出光电子，项错误；
B.保持入射光不变，增大、之间的电压，则到达阳极的光电子的动能变大，阳极收集到的电子数可能增多也可能不变，项错误；
C.保持入射光的频率和、之间的电压不变，增大入射光的强度，则单位时间内阴极逸出的光电子的数目增加，回路中形成的电流增大，项正确；
D.增大入射光的频率，阴极发出的光电子的最大初动能增大，但并不是所有光电子的初动能都会增大，项错误。
4.
【解析】A.电路中要产生明显的电流，则端接电源的正极，阴极发射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁铁被磁化，将衔铁吸住，故A错误；
B.流过电磁铁的电流方向不变，不是交流电，选项B错误；
C.电磁铁的原理是利用电流的磁效应，选项C正确；
D.根据光电效应的规律可知，只有当入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应，产生光电流，故D错误。故选C。
5.
【解析】A.当粒子穿过原子时，电子对粒子影响很小，影响粒子运动的主要是原子核，离核远则粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小，只有当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，所以粒子接近它的机会就很少，因此只有少数粒子发生较大偏转，卢瑟福正是对这些现象的认真研究提出了原子核式结构模型，故A错误；
B.对于同一种金属来说，其极限频率恒定，与入射光的频率及光的强度均无关，故B正确；
C.由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，故C错误；
D.根据衰变的实质可知，在衰变的过程中，原子核内的其中一个中子转化为一个质子和一个电子，所以新核的质量数不变，中子数减少一个，故D错误。
故选B。
6.
【解析】A.核能是人们在近几十年里发现和利用的新能源，虽然各种物质的原子里都有原子核，但在通常情况下并不能释放能量，只有当原子核发生裂变或聚变时才会伴随着巨大能量产生，故 A错误
B.核聚变目前人工还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变， 故B错误
C.在太阳超高温下发生核聚变，释放出巨大的核能，因此，太阳内部进行着大规模的核反应是轻核聚变，故 C正确
D.原子弹是采用重核裂变制成的核武器， 故D错误。
7.
【解析】A、衰变的实质是原子核内一个中子转化为一个质子并释放出一个电子，但不能说中子由质子和电子组成，故A错误；
B、根据目前的研究可知，弱相互作用是引起原子核衰变的原因，即自由中子的衰变属于弱相互作用过程，故B错误；
C、由质量数守恒和核电荷数守恒知，查德威克发现指针的核反应方程为：，故C正确；
D、中子的存在有效地调节了质子间库仑斥力对原子核稳定的影响，中子数越多，原子核的结合能越大，但比结合能不一定越大，则原子核不一定越稳定，故D错误。
8.
【解析】设中的质量数为，电荷数为，根据质量数和电荷数守恒可得：，，解得，，故粒子的符号为，即粒子为中子同理可得中粒子的符号为，即粒子为电子，故A正确，BCD错误。
9.
【解析】A、根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，钍变成铀的核反应方程式是：，，故A错误；
B、中间产生的新核镤从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随辐射，故B正确；
C、整个过程中释放能量，则生成的新核铀更加稳定，则新核铀的结合能大于钍，故C错误；
D、在核电站核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，故D错误；
10.
【解析】A.由能级图可知，氢原子从能级跃迁到能级时，辐射光子能量小于从能级跃迁到能级时辐射光子的能量，由
可知，辐射光的波长大于，A错误；
B.波长为光，对应光子的能量为，而氢原子从跃迁到能级，所需光子的能量为，故无法实现跃迁，B错误；
C.要使氢原子从能级发生电离，所需光子的能量为
故用波长为的光照射，能使氢原子从能级发生电离，C正确；
D.一群处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生的谱线种类数为
D错误。故选C。
11.
【解析】【解答】设天体发射频率为光子的功率为，由题意可知，
解得，故ABC错误，D正确。故选D。
12.
【解析】由爱因斯坦的质能方程
，
可知，裂变反应释放的核能为，故A错误；
B.光子来源于裂变反应释放的能量，与核外电子的能级跃迁无关，故B错误；
C.由公式：，
金属板放出最大初动能为的光电子，则，
这些光电子的德布罗意波长不小于，故C正确；
D.由于该反应是放出能量的，因此反应产物的比结合能增大，总结合能也增大，故D错误。
故选：。
13.
【解析】原子核发生衰变时，根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反，动量的方向相反，大小相等；由半径公式是动量，分析得知，与电荷量成反比，粒子与新核的电量大小分别为和为新核的电荷数，则粒子与新核的半径之比为：：：，所以半径比较大的轨迹是衰变后粒子的轨迹，轨迹是新核的，新核沿逆时针方向运动，在点受到的洛伦兹力向左，由左手定则可知，磁场的方向向里。由以上的分析可知，选项ABC错误，D正确。
故选D。
14.
【解析】A.亮线分立是因为氢原子由高能级向低能级跃迁时，辐射一定频率的光形成的，故A错误；
B.谱线的条数并不是能级的个数，因为当氢原子由向低能级跃迁时会有条谱线，故B错误；
C.核式结构并不决定氢原子有这种分立的光谱，而是玻尔理论提出的电子绕原子核的不同轨道形成的能级，电子由高能级向低能级跃迁时会把多余的能量释放出来，而形成这种分立的光谱，故C错误；
D.光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续，故D正确。故选D。
15.
【解析】
由光电效应现象的条件可知，当入射光的频率大于金属的极限频率时，在光电管的阴极会有光电子逸出，从而产生光电效应现象；而由题意可知，相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子，这样电子的动能逐渐增大，与下一倍增电极相撞击，在倍增电极上激发出更多的电子，故不是每个倍增电极上都发生了光电效应，即光电倍增管中增殖的能量来源于激发出的更多的电子，故AB错误；
C.由题意可知，电子要在两极间进行加速，故图中标号为偶数的倍增电极的电势要低于标号为奇数的电极的电势，故C错误；
D.由以上分析可知，适当增大倍增电极间的电压可以激发出更多的电子，使更多的电子达到阳极，故有利于探测更微弱的信号，故D正确。
16.解：根据知，氢原子可能发射种不同频率的光子；
氢原子由量子数的能级跃迁到的能级时辐射光子的能量等于两能级间的能级差，即：
；
只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属才能发生光电效应，
根据光电效应方程得：。

【解析】解决本题的关键掌握能级的跃迁放出光子或吸收光子的能量满足，以及知道光电效应的条件，掌握光电效应方程。
根据数学组合公式求出氢原子可能发射不同频率光子的种数；
根据求出辐射光子的能量；
根据光电效应的条件判断能否发生光电效应，通过光电效应方程求出光电子的最大初动能。
17.解：由图乙可得光照射金属时的遏止电压
逸出光电子的最大初动能为。
由图乙可知光的遏止电压最大，则可知光光子能量最大，则光光子是由第能级跃迁到基态所辐射的光子，则光的光子能量为
根据光电效应方程有，解得。
光是由能级跃迁到基态产生的，则时间内发射的电子数为；
则每秒钟照射到阴极的光子总能量。
18.解：根据电荷数守恒、质量数守恒知，核反应方程为：
。
由动量守恒定律可知，新核与粒子动量相等，，
洛伦兹力提供向心力：
解得，
可知：，
代入数据解得：。
由动能与动量关系有：，
解得核获得的动能为：，
核反应中释放的核能为：，
由质能方程有：，
解得：。
答：核反应方程为。
核与粒子做圆周运动半径之比为：。
衰变过程中的质量亏损为。
19.解：粒子在电场中运动过程中，根据动能定理可得：
解得
由于打在点的粒子在磁场中不偏转，故此粒子不带电，因此打在点的粒子为碳原子核 ，打在点为中子，核反应方程为
对于碳核，在磁场中运动轨迹如图所示
出磁场时速度方向与的角度为，做圆周运动的轨道半径为，由几何关系得
即
则
即
洛伦兹力提供碳核做圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有
解得
核反应过程中，根据动量守恒可得：
解得
点，对于吸收的中子，由动量定理得：
对于穿透的中子，由动量定理得