2020-2021年高三物理单元同步提升训练：近代物理 13页

2020-2021 年高三物理单元同步提升训练：近代物理 一、单选题（每题 3 分，共计 24 分） 1.（2020 年浙江卷）5.下列说法正确的是（ ） A. 质子的德布罗意波长与其动能成正比 B. 天然放射的三种射线，穿透能力最强的是 射线 C. 光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关 D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性 【答案】D 【解析】 【详解】A．由公式 k2 hh p mE   可知质子的德布罗意波长 1 p  ， k 1 E   ，故 A 错误； B．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是 射线，故 B 错误； C．由 kEhW  当 0hW  ，可知截止频率与入射光频率无关，由材料决定，故 C 错误； D．电子束穿过铝箱后的衍射图样说明电子具有波动性，故 D 正确。 故选 D。 2.（2020 年全国 II 卷）氘核 2 1H 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式 2 4 1 1 1 2 1 06 H 2 He 2 H+2 n+43.15MeV 表示。海水中富含氘，已知 1kg 海水中含有的氘核约为 1.0×1022 个，若 全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为 M 的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知 1 kg 标准煤燃烧释放 的热量约为 2.9×107 J，1 MeV= 1.6×10–13J，则 M 约为（ ） A. 40 kg B. 100 kg C. 400 kg D. 1 000 kg 【答案】C 【解析】 【详解】氘核 2 1 H 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式 2411 12106H2He2H+2n+43.15MeV 则平均每个氘核聚变释放的能量为 43.15= MeV66 E  1kg 海水中含有的氘核约为 1.0×1022 个，可以放出的总能量为 0EN 由 Q mq 可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量 0 400kgEQm qq 3.（2020 年江苏卷）“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。 它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体 热辐射强度 I 及其极大值对应的波长 的变化情况是（ ） A. I 增大， 增大 B. I 增大， 减小 C. I 减小， 增大 D. I 诚小， 减小 【答案】B 【解析】 【详解】黑体辐射的实验规律如图 特点是，随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度 I 增大；随着温度的升高， 辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以 减小。 故选 B。 4.（2020 年天津卷）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确 的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（ ） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 【详解】A．双缝干涉实验说明了光具有波动性，故 A 错误； B．光电效应实验，说明了光具有粒子性，故 B 错误； C．实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故 C 错误； D．卢瑟福的 α 粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故 D 正确； 故选 D。 5.（2019·新课标全国Ⅰ卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光为可见光。要使 处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为 A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.5l eV 【答案】A 【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到 n=3 能级后，跃迁才可能产生能量在 1. 63eV~3.10eV 的可见光。故 。故本题选 A。 6.（2020 年北京卷）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于 3n  能级上，下列说法正确的是（ ） A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出 2 种频率的光子 B. 从 能级跃迁到 1n  能级比跃迁到 2n  能级辐射的光子频率低 C. 从 能级跃迁到 4n  能级需吸收 0 . 6 6 e V 的能量 D. 能级的氢原子电离至少需要吸收 1 3 . 6 e V 的能量 【答案】C 【解析】 【详解】A．大量氢原子处于 能级跃迁到 最多可辐射出 2 3C3 种不同频率的光子，故 A 错误； B．根据能级图可知从 能级跃迁到 能级辐射的光子能量为 1 13.6eV1.51eVh =- 从 能级跃迁到 能级辐射的光子能量为 2 3.4eV1.51eVh =- 比较可知从 能级跃迁到 能级比跃迁到 能级辐射的光子频率高，故 B 错误； C．根据能级图可知从 能级跃迁到 能级，需要吸收的能量为 1.51eV0.85eV=0.66eVE =- 故 C 正确； D．根据能级图可知氢原子处于 能级的能量为-1.51eV，故要使其电离至少需要吸收 1.51eV 的能量，故 D 错误； 故选 C。 7.（2019·新课标全国Ⅱ卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为 ，已知 1 1 H 和 4 2 He 的质量分别为 P 1 . 0 0 7 8 um  和 4 . 0 0 2 6 um  ，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个 转变成1个 的过程中，释放的能量约为 A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV 【答案】C 【解析】由 2E m C   知 ， 2 Em c  = ，忽略电子质量，则： ，故 C 选项符合题意； 8.（2019·天津卷）如图为 a 、 b 、 c 三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由 a 、 b 、 c 组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是 【答案】C 【解析】由光电效应的方程 ，动能定理 keUE ，两式联立可得 ，故截止电压越 大说明光的频率越大，则有三种光的频率 bcavvv，则可知三种光的折射率的关系为 bcannn，因此 光穿过三棱镜时 b 光偏折最大，c 光次之，a 光最小，故选 C，ABD 错误。 二、多选题（每题 5 分，共计 40 分） 9.（2020 年全国 I 卷）下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4 代表 α 粒子的有（ ） A. 2 2 1 1 1 0 1H + H n + X→ B. 2 3 1 1 1 0 2H + H n + X→ C. 235114489 92056363U +nBa+Kr + 3X→ D. 163 0314n+LiH+X→ 【答案】BD 【解析】 【详解】α 粒子为氦原子核 4 2 He，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，A 选项中的 X1 为 3 2 He，B 选项中的 X2 为 He，C 选项中的 X3 为中子 1 0 n，D 选项中的 X4 为 He。 故选 BD。 10.（2020 年全国 III 卷）1934 年，约里奥—居里夫妇用 α 粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素 X， 反应方程为： 4271 2130He+AlX+n→ 。X 会衰变成原子核 Y，衰变方程为 0 1X Y + e→ ，则（ ） A. X 的质量数与 Y 的质量数相等 B. X 的电荷数比 Y 的电荷数少 1 C. X 的电荷数比 27 13 Al 的电荷数多 2 D. X 的质量数与 的质量数相等 【答案】AC 【解析】 【详解】设 X 和 Y 的质子数分别为 1n 和 2n ，质量数分别为 1m 和 2m ，则反应方程为 1 1 4271 2130He+AlX+n m n ， 12 12 0 1XY+mm nne 根据反应方程质子数和质量数守恒，解得 12 + 1 3 =n ， 121nn 14+27=1m  ， 120mm 解得 1 15n  ， 2 14n  ， 1 30m  ， 2 30m  AC． 的质量数（ ）与 的质量数（ ）相等，比 27 13 Al 的质量数多 3，故 A 正确，D 错误； BC．X 的电荷数（ ）比 Y 的电荷数（ ）多 1，比 的电荷数多 2，故 B 错误，C 正确； 故选 AC。 11.（2020 年浙江卷）太阳辐射的总功率约为 264 10 W´ ，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中， 一个质量为 21876.1MeV / c（c 为真空中的光速）的氘核（ 2 1 H ）和一个质量为 22809.5MeV / c 的氚核（ 3 1 H ） 结合为一个质量为 23728.4MeV / c 的氦核（ 4 2 He ），并放出一个 X 粒子，同时释放大约17.6MeV 的能量。 下列说法正确的是（ ） A. X 粒子是质子 B. X 粒子的质量为 29 3 9 . 6M e V / c C. 太阳每秒因为辐射损失的质量约为 9 4 . 4 1 0 k g D. 太阳每秒因为辐射损失的质量约为 21 7 . 6M e V / c 【答案】BC 【解析】 【详解】A．由质量数和电荷数守恒可知，X 的质量数为 1，电荷数为 0，则 X 为中子，选项 A 错误； B．根据能量关系可知 2 1876.12809.53728.417.6nmc  解得 2939.6MeV/nmc ，选项 B 正确； C．太阳每秒放出的能量 26410JEPt 损失的质量 26 9 216 410 kg4.410 kg910 Em c   选项 C 正确； D．因为 26 26 45 39 19 4 104 10 J= eV 2.5 10 eV=2.5 10 MeV1.6 10E       则太阳每秒因为辐射损失的质量为 39 2 2 2.5 10 MeV/cEm c    选项 D 错误。 故选 BC。 12.（2019·天津卷）(多选)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018 年获得重大突破，等离子体中心 电子温度首次达到 1 亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确 的是 A．核聚变比核裂变更为安全、清洁 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加 D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加 【答案】AD 【解析】核聚变的最终产物时氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A 正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故 B 错误；核聚变反应会放出大量的能 量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故 C 错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小 于反应后的比结合能，故 D 正确。 13.（2019·浙江选考）(多选)处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时，能辐射出 a、b 两种可见光，a 光照 射某金属表面时有光电子逸出，b 光照射该金属表面时没有光电子逸出，则 A．以相同的入射角射向一平行玻璃砖，a 光的侧移量小于 b 光的 B．垂直入射到同一单缝衍射装置，a 光的衍射中央亮条纹宽度小于 b 光的 C．a 光和 b 光的频率之比可能是 20/27 D．a 光子的动量大于 b 光子的 【答案】BD 【解析】根据题意可知 a 光频率低于 b 光频率，玻璃砖对 a 光的折射率大于对 b 光的折射率，b 光的折射率 较小，以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b 光的折射角较大，所以 b 光侧移量小，即 a 光的侧 移量大于 b 光的，A 错误；频率越大，波长越小，通过同一单缝衍射装置时，中央亮条纹宽度越小，B 正确； a 光的频率大，故频率之比不可能为 20 27 ，C 错误；频率越大，波长越小，即 ab ，根据 h p  可知 abpp ， D 正确。 14.（2019·浙江选考）(多选)一个铍原子核（ 7 4 Be ）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的 K 壳层的电 子）后发生衰变，生成一个锂核（ 7 3 Li ），并放出一个不带电的质量接近零的中微子 νe，人们把这种衰变称 为“K 俘获”。静止的铍核发生零“K 俘获”，其核反应方程为 已知铍原子的质量为 MBe=7. 016929u，锂原子的质量为 MLi=7.016004u，1u 相当于 9.31×102MeV。下列说法正确的是 A．中微子的质量数和电荷数均为零 B．锂核（ 7 3 Li ）获得的动能约为 0.86MeV C．中微子与锂核（ 7 3 Li ）的动量之和等于反应前电子的动量 D．中微子与锂核（ 7 3 Li ）的能量之和等于反应前电子的能量 【答案】AC 【解析】反应方程为 ，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零， A 正确；根据质能方程，质量减少 ，为 释放的核能，不是锂核获得的动能，B 错误；衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子 与锂核（ 7 3 Li ）的动量之和等于反应前电子的动量，C 正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与 锂核（ 7 3 Li ）的能量之和小于反应前电子的能量，D 错误。 15..(多选)2017 年 1 月 9 日,大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生核反 应的过程中都伴着中微子的产生,例如核裂变、核聚变、β 衰变等。下列关于核反应的说法正确的是( )。 A. Th 衰变为 Rn,经过 3 次 α 衰变,2 次 β 衰变 B H H He n 是 α 衰变方程 Th Pa e 是 β 衰变方程 C U n Ba Kr+ n 是核裂变方程,也是氢弹的核反应方程 D.高速运动的 α 粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,其核反应方程为 He N O H 【解析 Th 衰变为 Rn,经过 3 次 α 衰变,2 次 β 衰变,故 A 项正确 H H He n 是核聚变方程 Th Pa e 是 β 衰变方程,故 B 项错误 U n→ Ba Kr+ n 是核裂变方程,不是氢弹的核反 应方程,故 C 项错误;高速运动的 α 粒子轰击氮核可从氮核中打出质子,其核反应方程为 He N O H, 故 D 项正确。 【答案】AD 16.(多选)一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中,由于发生了某种衰变而形成了如图所示 的两个圆形径迹,两圆半径之比为 1∶16,则( )。 A.该原子核发生了 β 衰变 B.原来静止的原子核的原子序数为 15 C.反冲核沿小圆做逆时针方向运动 D.该衰变过程结束后其系统的总质量略有增加 【解析】由图看出,原子核衰变后放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同,而两者速度方向相反,则知两者 的电性相反,新核带正电,则放出的必定是 β 粒子,即发生了 β 衰变,故 A 项正确。根据动量守恒定律得知,放出 的 β 粒子与新核的动量大小相等,由 r= = ,得半径与电荷量成反比,两圆半径之比为 1∶16,由于新核的电 荷量较大,则小圆是新核的轨迹,由半径之比得到新核的电荷量为 16e,原子序数为 16,则原来静止的原子核的 原子序数为 15,故 B 项正确。衰变后新核所受的洛伦兹力方向向右,根据左手定则判断得知,其速度方向向下, 沿小圆做逆时针方向运动,故 C 项正确。该衰变过程会放出能量,质量略有亏损,故 D 项错误。 【答案】ABC 三、填空题（17 题 6 分，18 题 12 分，共计 18 分） 17.（2020 年江苏卷）大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为 1 和 2 ， 则该激发态与基态的能量差为_____，波长为 的光子的动量为_____。（已知普朗克常量为 h，光速为 c） 【答案】 (1). 2 ch  (2). 1 h  【解析】 【详解】[1]根据c  可知波长越短，对应光子的频率越大，对应跃迁的能级差越大；可知最短波长 对 应基态到激发态的能量差最大，结合 ε hν 得 2 2 cEhh   [2]波长为 对应的光子动量为 1 1 hp  18.（2020 年全国 I 卷）某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻 Rx，所用电压表的内阻为 1 kΩ，电 流表内阻为 0.5Ω。该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图（a）所示电路的 O、P 两点之间， 另一种是跨接在 O、Q 两点之间。测量得到如图（b）所示的两条 U–I 图线，其中 U 与 I 分别为电压表和电 流表的示数。 回答下列问题： （1）图（b）中标记为 II 的图线是采用电压表跨接在________（填“O、P”或“O、Q”）两点的方案测量 得到的。 （2）根据所用实验器材和图（b）可判断，由图线________（填“I”或“II”）得到的结果更接近待测电 阻的真实值，结果为________Ω（保留 1 位小数）。 （3）考虑到实验中电表内阻的影响，需对（2）中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________Ω （保留 1 位小数）。 【答案】 (1). O 、 P (2). I (3). 50.5 (4). 50.0 【解析】 【详解】(1)[1]若将电压表接在 、 之间， V UUI R Rx 则 xV xV RRUIRR 根据一次函数关系可知对应斜率为 xV xV RR RR 。 若将电压表接在 O 、 Q 之间，电流表分压为 AAU IR 根据欧姆定律变形可知 AU I RR I  解得 A()U I R R 根据一次函数可知对应斜率为 A()RR ，对比图像的斜率可知 IIIk k 所以 II 图线是采用电压表跨接在 、 P 之间。 （2）[2]因为待测电阻为几十欧姆 的 电阻，通过图像斜率大致估算待测电阻为 50 Ω 左右，根据 1kΩ 50Ω 50Ω 0.5Ω 说明电流表的分压较小，电流表的分流较大，所以电压表应跨接在 、 之间，所以选择图线 I 得到的结 果较为准确。 [3]根据图像可知 3V1V 50.5Ω59.6mA20mAxR  [4]考虑电流表内阻，则修正后的电阻为 xA50.5Ω 0.5Ω 50.0ΩxR R r      四、计算题（19 题 8 分，20 题 10 分，共计 18 分） 19.几种金属的溢出功 W0 见下表： 用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围 为 4.0×10-7~7.6×10-7m，普朗克常数 h=6.63×10-34J·s． 【答案】纳、钾、铷 【解析】光子的能量 E= hc  ，取 λ=4.0×10–7 m， 则 E≈5.0×10–19 J， 根据 E>W0 判断，纳、钾、铷能发生光电效应． 20.在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次 α 衰变．放射出的 α 粒子(42He)在 与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为 R.用 m、q 分别表示 α 粒子的质量和电荷量． (1)放射性原子核用AZX 表示，新核的元素符号用 Y 表示，写出该 α 衰变的核反应方程． (2)α 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小． (3)设该衰变过程释放的核能都转为 α 粒子和新核的动能，新核的质量为 M，求衰变过程的质量亏损 Δm. 【答案】 (1)AZX―→A－4Z－2Y＋42He (2)2πm qB q2B 2πm (3) （M＋m）（qBR）2 2mMc2 【解析】 (2)设 α 粒子的速度大小为 v，由 qvB＝mv2 R，T＝2πR v ，得 α 粒子在磁场中运动周期 T＝2πm qB 环形电流大小 I＝q T＝q2B 2πm (3)由 qvB＝mv2 R，得 v＝qBR m 设衰变后新核 Y 的速度大小为 v′，系统动量守恒，得 Mv′－mv＝0 则 v′＝mv M ＝qBR M 由 Δmc2＝1 2Mv′2＋1 2mv2 得 Δm＝（M＋m）（qBR）2 2mMc2 说明：若利用 M＝A－4 4 m 解答，亦可．