专题18 近代物理（解析版）.docx

1、专题18 近代物理1. (2021河南南阳市上学期期末)用光电管进行光电效应实验中，分别用频率不同的单色光照射到同种金属上。下列说法正确的是()A.频率较小的入射光，需要经过足够长的时间照射才能发生光电效应B.入射光的频率越大，极限频率就越大C.入射光的频率越大，遏止电压就越大D.入射光的强度越大，光电子的最大初动能就越大【答案】C【解析】解析只要入射光的频率低于金属的极限频率，无论时间多长，入射光的强度多大，都不会发生光电效应，故A错误；金属材料的性质决定金属的逸出功，而逸出功决定极限频率，与入射光的频率无关，故B错误；根据eUchW0 可知，入射光的频率越大，遏止电压就越大，故C正确；根据

2、爱因斯坦光电效应方程EkhW0，可知光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大，与光照强度无关，故D错误。2.(2021福建南平市第一次质检)单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1。用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2，则该金属的逸出功为()A.E2E1 B.E22E1C.2E1E2 D.【答案】B【解析】根据光电效应方程，用单色光A照射到某金属表面时，E1hW逸出功用单色光B照射到某金属表面时，E2h2W逸出功解得W逸出功E22E1，故B项正确。3.2021陕西渭南市教学质量检测()金属钠的逸出功为2.49 e

3、V，氢原子的能级分布如图所示，一群氢原子处于n4的激发态，当它们向较低的能级跃迁时发出的光照射金属钠，能使金属钠逸出光电子的光子频率有()A.1种 B.2种C.3种 D.4种【答案】D【解析】根据数学组合公式C6，可知，这群处于n4激发态的氢原子共能辐射出6种不同频率的光，由图可知，从n4到n3跃迁时放出光子的能量为0.66 eV，小于金属钠的逸出功，不能使金属钠逸出光电子，同理从n3到n2 跃迁时放出光子的能量为1.89 eV，小于金属钠的逸出功，不能使金属钠逸出光电子，所以能使金属钠逸出光电子的光子频率有4种，故D正确。4.(2021山东潍坊市第二次高考模拟)如图所示，分别用频率为、2的光

4、照射某光电管，对应的遏止电压之比为13，普朗克常量用h表示，则()A.用频率为的光照射该光电管时有光电子逸出B.该光电管的逸出功为hC.用2的光照射时逸出光电子的初动能一定大D.加正向电压时，用2的光照射时饱和光电流一定大【答案】B【解析】根据光电效应方程eUc1hW0，eUc2h2W0，联立解得W0h，频率为的单色光光子能量hW0，故用频率为的光照射该光电管时不能发生光电效应，即无光电子逸出，故A错误，B正确；根据光电效应方程EkhW0可知，光子频率越大，光电子的最大初动能越大，但是逸出光电子的初动能小于等于最大初动能，所以用2的光照射时逸出光电子的最大初动能一定大，但初动能不一定大，故C错

5、误；在发生光电效应的前提下，饱和光电流的强度只与光照强度有关，电压只是增加光电子的动能，增大电流。到达一定程度之后肯定要受到光电子数量的约束，电流不再增大，故D错误。5.(2021山东青岛市统一质量检测)已知氢原子能级公式为En，其中n为量子数。氢原子从n能级向n1能级跃迁时释放出的能量可以使处于n能级上的氢原子电离，则n的最大值为()A.2 B.3 C.2 D.4【答案】B【解析】氢原子从n能级向n1能级跃迁时释放出的能量EEnEn1，由题意可知0，由数学知识可得n2或n2，故n的最大值应取3，故B正确，A、C、D错误。6.(多选)(2021福建泉州市第一次质检)活体生物由于需要呼吸，其体内

6、的14C含量大致不变，死后停止呼吸，体内的14C含量开始减少。由于碳元素在自然界的各个同位素的比例一直都很稳定，人们可通过测定古木的14C 含量，来估计它的大概年龄，这种方法称之为碳定年法。14C衰变为14N的半衰期约为5 730年，某古木样品中14C 的比例约为现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是()A.该古木的年龄约为5 730年B.14C与14N具有相同的中子数C.14C衰变为14N的过程中放出射线D.升高古木样品所处环境的温度将加速14C的衰变【答案】AC【解析】设原来14C的质量为M0，衰变后剩余质量为M，则有MM0()n，其中n为半衰期的个数，由题意可知剩余质量为原来的，故

7、n1，所以死亡时间为5 730年，故A正确；14C的中子数是8个，14N的中子数是7个，故B错误；14C衰变为14N的过程中质量数没有变化，而核电荷数增加1，是14C中的一个中子变成了一个质子和一个电子，放出射线，故C正确；放射元素的半衰期与所处环境无关，故D错误。7. (2021北京市密云区下学期第一次测试)一个U 原子核静止在磁感应强度为B的匀强磁场中，当原子核发生衰变后，它放出一个粒子(He)，其速度方向与磁场方向垂直。关于粒子与衰变后的新核在磁场中做的圆周运动，下列说法正确的是()A.运动半径之比是451B.运动周期之比是1117C.动能总是大小相等D.动量总是大小相等，方向相反【答案

8、】A【解析】解析衰变方程为UXHe，衰变瞬间动量守恒，所以ppX，洛伦兹力提供向心力，根据qvBm，解得半径R，所以粒子与衰变后的新核的半径之比为，A正确；原子核在磁场中做圆周运动的周期为T，所以粒子与衰变后的新核的周期之比为 ，B错误；二者动量大小始终相等，根据动量和动能的关系pmv，可知粒子与衰变后的新核的质量不同，动能不同，C错误；粒子与衰变后的新核的动量大小始终相同，在衰变瞬间，二者方向相反，随后在磁场中做匀速圆周运动，动量方向变化，D错误。8.(2021山东省等级考试第二次模拟卷)如图甲为光电效应实验的电路图，利用不同频率的光进行光电效应实验，测得光电管两极间所加电压U与光电流I的关

9、系如图乙中a、b、c、d四条曲线所示。用a、b、c、d表示四种光的频率，下列判断正确的是()A.bcda B.dbcaC.dcba D.acbd【答案】A【解析】当光电管两极间所加电压为遏止电压时即光电子达到阳极的动能为0，由动能定理得eUcEk，由爱因斯坦光电效应方程有EkhW0，联立得，由图乙可知UcbUccUcdUca，则bcda，故A正确，B、C、D错误。9.(多选)(2021辽宁营口市下学期3月考)某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系如图所示。若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和b，已知电子所带电荷量为e，由图线可以得到()A.

10、该金属的逸出功为零B.普朗克常量为，单位为JHzC.当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为bD.当入射光的频率为3a时，遏止电压为【答案】CD【解析】根据光电效应方程EkhW0，横截距表示该金属的截止频率，可知该金属的逸出功不为零，故A错误；图线的斜率k表示普朗克常量，单位为J/Hz，故B错误；由图可知W0b，haW0, 则当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为Ekh2aW0b，选项C正确；当入射光的频率为3a时，则Ekh3aW02b，由eU遏Ek 可得U遏，选项D正确。10.(20211月重庆市学业水平选择性考试适应性测试，2)下列核反应方程正确的是()A. UnBaKr

11、3nB. UnRbCs2nC. UnBrLa3HD. UnSrXe9n【答案】B【解析】A中方程左边质量数2371238，右边质量数142913236，质量数不守恒，925636，电荷数守恒，故A错误；B中方程左右两边质量数2351142913，质量数守恒；B中方程左右两边电荷数923755，电荷数守恒，故B正确；C中方程左右两边质量数2351871463，质量数守恒；C中方程左右两边电荷数9257353，电荷数不守恒，故C错误；D中方程左右两边质量数2351901369，质量数不守恒；D中方程左右两边电荷数923854，电荷数守恒，故D错误。11. (2021山东泰安市一轮检测)下列关于核反

12、应的说法正确的是()A.ThPae是衰变方程，UThHe是核裂变方程B.UnBaKr3n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程C.Th衰变为Rh，经过3次衰变，2次衰变D.铝核Al被粒子击中后产生的反应生成物是磷P，同时放出一个质子【答案】C【解析】核反应方程ThPae放射出电子，是衰变方程，UThHe是衰变方程，故A错误；核反应方程UnBaKr3n是核裂变方程，不是氢弹的核反应方程，是原子弹的核反应方程，故B错误；在衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在衰变的过程中，电荷数多1，质量数不变，设经过了m次衰变，则有4m23422212，解得m3，经过了n次衰变，则有2mn90864，解得n2，故

13、C正确；铝核Al被粒子击中后，核反应方程为AlHePn，故D错误。12.(20211月湖北学业水平选择性考试模拟演练，3)用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为8.919 MeV的粒子(He)，其核反应方程式为：HLiHeHe。已知，质子质量为1.007 825 u，锂原子核的质量为7.016 004 u，粒子的质量为4.002 603 u，1 u相当于931 MeV。若核反应释放的能量全部转化为粒子的动能，则入射质子的动能约为()A.0.5 MeV B.8.4 MeV C.8.9 MeV D.17.3 MeV【答案】A【解析】设入射质子的动能为EkH，生成粒子的动能为E

14、k，根据能量守恒定律有，EkHE2Ek，又E(1.007 8257.016 00424.002 603)931 MeV17.338 MeV，解得EkH0.5 MeV，故A正确。13.(2021北京市第13中学开学测试)a、b两束单色光分别用同一双缝干涉装置进行实验，在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样，图甲是a光照射时形成的干涉图样，图乙是b光照射时形成的干涉图样。下列关于a、b两束单色光的说法正确的是()A.a光子的能量较大B.在水中a光传播的速度较小C.若用b光照射某金属没有光电子逸出，则a光照射该金属时也没有光电子逸出D.若a光是氢原子的核外电子从第三能级向第二能级跃迁时产生的，

15、则b光可能是氢原子的核外电子从第四能级向第三能级跃迁时产生的【答案】C【解析】根据x得，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，所以a光的波长大于b光的波长，根据c知，a光的频率小于b光的频率，根据Eh，可知b光的光子能量大，故A错误；a光的折射率小于b光的折射率，根据v可知，a光在水中的传播速度大，故B错误；若用b光照射某金属没有光电子逸出，因为a光的频率小于b光的频率，所以用a光照射该金属时也没有光电子逸出，故C正确；因为b光的能量大于a光的能量，氢原子的核外电子从第四能级向第三能级跃迁时产生的光子能量小于核外电子从第三能级向第二能级跃迁时产生的光子能量，故D错误。14.(20211月广

16、东学业水平选择考适应性测试，1)原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光。下列说法正确的是()A.频率相同的光子能量相同B.原子跃迁发射的光子频率连续C.原子跃迁只产生单一频率的光子D.激光照射金属板不可能发生光电效应【答案】A【解析】根据Eh可知，频率相同的光子能量相同，故A正确；原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定。电子轨道是量子化，能量是量子化的，故而频率是不连续的，故B错误；原子在不同的轨道之间跃迁产生不同频率的光子，故C错误；根据EkhW0可知，当激光光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电

17、效应，故D错误。15.(2021山东枣庄市第二次模拟)氢原子的能级图如图1所示。用氢原子从n4能级跃迁到n1能级辐射的光照射逸出功为6.34 eV 的金属铂，下列说法正确的是()A.产生的光电子的最大初动能为6.41 eVB.产生的光电子的最大初动能为12.75 eVC.氢原子从n2能级向n1能级跃迁时辐射的光不能使金属铂发生光电效应D.氢原子从n6能级向n2能级跃迁时辐射的光也能使金属铂发生光电效应【答案】A【解析】从n4能级跃迁到n1能级辐射的光子能量为13.6 eV0.85 eV12.75 eV，产生的光电子的最大初动能为EkhW012.75 eV6.34 eV6.41 eV，故A正确，

18、B错误；氢原子从n2能级向n1能级跃迁时辐射的光子能量为10.2 eV，能使金属铂发生光电效应，故C错误；氢原子从n6能级向n2能级跃迁时辐射的光子能量小于逸出功，故不能发生光电效应，故D错误。16.(2021山东泰安市多校联考)如图所示为研究光电效应的装置，金属板K所用材料为铝，已知铝的逸出功为4.2 eV，以下分析正确的是()A.只要照射时间长一些，入射光光子能量小于4.2 eV时，也能发生光电效应B.若入射光光子能量大于逸出功，即使光的强度很弱，也能发生光电效应C.发生光电效应时，遏止电压与入射光的频率成正比D.研究饱和光电流和遏止电压时，电源的极性相同【答案】B【解析】能否发生光电效应

19、不取决于光的强度，而取决于光的频率，若入射光光子能量大于逸出功则能发生光电效应，若小于逸出功则不能发生光电效应。发生光电效应后，光强的大小影响光电流的大小，选项A错误，B正确；由光电效应方程知，遏止电压与入射光的频率为一次函数关系，不是成正比，选项C错误；研究饱和光电流时A板为收集电子的板，光电管中的电场方向为AK板，研究遏止电压时电场阻碍电子运动，光电管中的电场方向为KA板，即研究饱和光电流和遏止电压时，电源的极性相反，选项D错误。17.(2021浙江宁波市适应性考试)下列说法正确的是()A.大量处于基态的氢原子在某一频率的光照射下，能发出多种频率的光子，其中有一种光的频率与入射光频率相同B

20、.卢瑟福通过粒子轰击氮核实验，证实了在原子核内部存在中子C.某种金属能否发生光电效应取决于照射光的时长D.一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，共发生了8次衰变【答案】A【解析】大量处于基态的氢原子在某一频率的光照射下，先吸收能量向高能级跃迁，然后再从高能级向低能级跃迁，其中从吸收光子后的最高能级向基态跃迁时发出的光子的能量与吸收的光子的能量是相等的，故A正确；卢瑟福通过粒子轰击氮核实验，证实了在原子核内部存在质子，而查德威克通过实验证实在原子核内部存在中子，故B错误；某种金属能否发生光电效应取决于照射光的频率，故C错误；由质量数守恒与电荷数守恒知，一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中

21、8，发生8次衰变，6，发生6次衰变，故D错误。18.(20211月辽宁普高校招生适应性测试，3)中科院近代物理研究所利用兰州重离子加速器(HIRFL)通过“熔合蒸发”反应合成超重核Ds并辐射出中子。下列可能合成该超重核的原子核组合是()A.Ni，Pb B.Ni，BiC.Ni，Pb D.Ni，Bi【答案】A【解析】由电荷数守恒知，合成Ds的原子核组合的质子数之和等于110，由质量数守恒知，原子核组合的质量数之和大于271(有中子辐射出来)，故选项A正确，B、C、D错误。19.(2021云南省师大附中第五次月考)铀核裂变的产物是多样的，一种典型的情形是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是Un

22、BaKr3n以下说法正确的是()A.该反应质量数守恒，没有质量亏损B.U的中子数比Ba的多91个C.U的比结合能比Ba的大D.Ba的结合能比Kr的大【答案】D【解析】核反应中质量数守恒，但此反应释放核能有质量亏损，故A错误；的中子数为143，中子数为88，中子数相差55，故B错误；重核裂变生成物的原子核更稳定，比结合能变大，故C错误；核子数越多，结合能越大，故D正确。20.(2021山东临沂市下学期一模)2019年8月我国已经建成了新托卡马克(EAST)装置一中国环流器二号M装置(HL2M)，为“人造太阳”创造了条件，其等离子温度有望超过2亿摄氏度，将中国的聚变堆技术提升到了新的高度。设该热核

23、实验反应前氘核(H)的质量为m1，氚核(H)的质量为m2，反应后氦核(He)的质量为m3，中子(n)的质量为m4。关于聚变的说法正确的是()A.核裂变比核聚变更为安全、清洁B.由核反应过程质量守恒可知m1m2m3m4C.两个轻核结合成质量较大的核，比结合能较聚变前减少D.HL2M中发生的核反应方程式是HHHen【答案】D【解析】轻核聚变比核裂变更为安全、清洁，选项A错误；核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m1m2m3m4，选项B错误；两个轻核结合成质量较大的核，根据质量亏损与质能方程，则有聚变后比结合能将增大，选项C错误；根据质量数和核电荷数守恒知HL2M中发

24、生的核反应方程式是HHHen，选项D正确。21.(2021河北张家口市模拟)利用如图甲所示的电路完成光电效应实验，金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系如图乙所示，图乙中U1、1、0均已知，电子电荷量用e表示。入射光频率为1时，下列说法正确的是()A.光电子的最大初动能EkeU1h0B.由Uc图象可求得普朗克常量hC.滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一直增加D.把电源正负极对调之后，滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一直增加【答案】B【解析】依题得，光电子的最大初动能为EkeU1，故A错误；根据光电效应方程hW0Ek，其中W0h0，可得普朗克常量为h，故B正确；无论电源正负

25、极如何，电流表示数不能一直增加，故C、D错误。22.(多选)(2021福建泉州市第二次质检)如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则()A.测量遏止电压Uc时开关S应扳向“1”B.只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大C.只增大光照强度时，图乙中I0的值会减小D.阴极K所用材料的极限频率为【答案】AD【解析】测量遏止电压时应在光电管两端加反向电压，即开关S应扳向“1”，故A正确；图乙中I0的值表示饱和光电流，增大光照强度时，饱和光电流增大，故C错误；由动能定理得eUcE

26、k，由爱因斯坦光电效应方程EkhW0可得W0heUc，则阴极K所用材料的极限频率为0，图乙中Uc的值与光照强度无关，故B错误，D正确。23.(2021山东青岛巿一模)常言道，万物生长靠太阳，追根溯源，地球上消耗的能量绝大部分是来自太阳内部持续不断地发生核反应释放出的核能。在太阳内部发生的典型核反应方程是4HHe2X，这个核反应释放出的能量为E，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是()A.该核反应属于裂变反应B.方程中的X为电子(e)C.该核反应前后质量数守恒，因而反应前后总质量保持不变D.该核反应过程产生的质量亏损为m【答案】D【解析】该核反应属于聚变反应，选项A错误；根据质量数和电荷数

27、守恒可知，方程中的X为正电子(e)，选项B错误；该核反应前后质量数守恒，但是由于反应放出能量，则反应前后有质量亏损，选项C错误；根据Emc2可知，该核反应过程产生的质量亏损为m，选项D正确。24.(2021山东省等级考试物理模拟卷)秦山核电站是我国第一座核电站，其三期工程采用重水反应堆技术，利用中子(n)与静止氘核(H)的多次碰撞，使中子减速。已知中子某次碰撞前的动能为E，碰撞可视为弹性正碰。经过该次碰撞后，中子损失的动能为()A.E B.E C.E D.E【答案】B【解析】设中子的质量为m，氘核的质量为2m，弹性正碰的过程满足动量守恒和能量守恒mvmv12mv2，mv2mv2mv，由以上两式

28、解得：v1v，由已知可得：Emv2，中子损失的动能：Emv2mvmv2mmv2E。25.(2021山东青岛市上学期期末)如图，为氢原子能级图；金属钾的逸出功为2.25 eV，则下面有关说法正确的是()A.处于基态的氢原子能吸收13.0 eV的光子后跃迁至n3能级B.大量处n4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出5种不同频率的光C.用处于n3能级的氢原子向低能级跃迁所辐射出的各种色光照射金属钾，都能发生光电效应D.用大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁所辐射出的光照射金属钾，所产生光电子的最大初动能为10.5 eV【答案】D【解析】用能量为13.0 eV的光子照射，基态的氢原子若吸收13 eV的能量，则能量值为0.6 eV，氢原子没有该能级。所以不能使处于基态的氢原子跃迁，故A错误；大量处于n4能级的氢原子，最多可以辐射出n6种不同频率的光，故B错误；现有一群处于n3能级的氢原子向低能级跃迁，根据n3，知该群氢原子可能发射3种不同频率的光子，但是n3能级跃迁到n2能级的光子能量小于2 eV，所以能使该金属发生光电效应的频率共有2种，故C错误；n4能级的氢原子跃迁到基态时，释放光子的能量EE4E112.75 eV，再根据光电效应方程式得光电子的最大初动能为EkEW012.75 eV2.25 eV10.5 eV，故D正确。