專題18 近代物理（測試）（解析版）-2024年高考物理二輪復(fù)習(xí)講練測（新教材新高考）

專題18近代物理（考試時間：75分鐘試卷滿分：100分）一、單項選擇題（本題共12小題，每小題5分，共60分。每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的,不選、多選、錯選均不得分）1．（2024·浙江·模擬預(yù)測）如圖甲所示是我國2023年4月12日取得新突破的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST），該裝置成功實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運行403s，裝置原理圖如圖乙所示。該裝置可使用和為核燃料進行熱核聚變反應(yīng)，核反應(yīng)方程分別為：①；②。則（）

A．X為B．強磁場通過洛倫茲力約束運動的YC．核反應(yīng)①中質(zhì)量虧損較大D．核反應(yīng)②中的比結(jié)合能較更大【答案】A【詳解】A．根據(jù)核反應(yīng)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知，X的電荷數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為1，則X為，選項A正確；B．根據(jù)核反應(yīng)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知，Y的電荷數(shù)為0，質(zhì)量數(shù)為1，則Y為中子，因中子不帶電，則強磁場不能通過洛倫茲力約束運動的Y，選項B錯誤；C．核反應(yīng)②中放出的能量較大，則②質(zhì)量虧損較大，選項C錯誤；D．核反應(yīng)②中因反應(yīng)放出能量，生成物更加穩(wěn)定，可知的比結(jié)合能較更大，選項D錯誤。故選A。2．（2024·全國·校聯(lián)考一模）據(jù)多家媒體報道，2023年12月1日晚有網(wǎng)友在北京多地拍攝到了極光現(xiàn)象。極光現(xiàn)象常見于高緯度地區(qū)，多為綠色，而此次發(fā)生在北京這樣的中低緯度地區(qū)，極光為紅色，非常罕見。極光主要是由于來自宇宙的高能粒子與地球大氣層中的原子發(fā)生碰撞，使原子受到激發(fā)，因為不穩(wěn)定而對外輻射電磁波。在高緯度地區(qū)，氧原子更容易受到激發(fā)輻射出綠光；而中低緯度的氧原子更容易受到激發(fā)輻射出紅光。假設(shè)受到激發(fā)前，氧原子均處于相同的穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)合玻爾的原子理論，比較中低緯度和高緯度的氧原子，下列說法正確的是（）A．高緯度地區(qū)的氧原子受到激發(fā)時能級更高B．中低緯度地區(qū)的氧原子吸收的能量更多C．每個氧原子輻射的能量大于吸收的能量D．玻爾原子理論完全可以解釋氧原子的發(fā)光現(xiàn)象【答案】A【詳解】A．綠光波長短能量高，紅光波長長能量低，吸收或輻射的能量等于兩能級之差，故高緯度地區(qū)的氧原子受激時能級更高，A正確；B．中低緯度的氧原子輻射的能量少，故吸收的能量也少，B錯誤；C．輻射和吸收的能量相等，C錯誤；D．玻爾原子理論只能解釋氫原子光譜，D錯誤。故選A。3．（2024·全國·模擬預(yù)測）關(guān)于玻爾理論、氫原子能級、躍遷，下列說法正確的是（）A．玻爾的原子結(jié)構(gòu)假說認為核外電子可在任意軌道上運動B．一群處于能級的氫原子向低能級躍遷時，輻射的光子頻率最多有12種C．玻爾理論認為原子的能量和電子的軌道半徑均是連續(xù)的D．原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時，雖然電子做變速運動，但并不向外輻射能量【答案】D【詳解】A．根據(jù)玻爾理論，核外電子具有量子化的確定的軌道，故A錯誤；B．一群處于能級的氫原子向低能級躍遷時，輻射的光子頻率最多有，種，故B錯誤；C．原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運動相對應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的，故C錯誤；D．原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時，雖然電子做變速運動，但并不向外輻射能量，當(dāng)電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時原子才發(fā)射或吸收能量，故D正確。故選D。4．（2024·浙江·模擬預(yù)測）一個光源以功率P均勻地向各個方向發(fā)射波長為的綠光。當(dāng)每秒有不少于6個綠光光子進入瞳孔時，人眼就能察覺。人在暗處時，瞳孔直徑為D。若不考慮空氣吸收的光子，則人眼能看到這個光源的最大距離為（）A． B． C． D．【答案】A【詳解】根據(jù)題意，設(shè)時間為，則時間內(nèi)射入人眼的光子的最低能量為，設(shè)人眼能看到這個光源的最大距離為，光源發(fā)出的能量時間內(nèi)射入人眼的能量為，則有，解得。故選A。5．（2024·河南·統(tǒng)考一模）某光源包含不同頻率的光，光的強度與頻率的關(guān)系如圖所示。表中給出了一些金屬的截止頻率，用該光源照射這些金屬。則（）金屬銫4.69鈉5.53鋅8.06鎢10.95A．僅銫能產(chǎn)生光電子 B．僅銫、鈉能產(chǎn)生光電子C．僅銫、鈉、鋅能產(chǎn)生光電子 D．都能產(chǎn)生光電子【答案】C【詳解】根據(jù)光電效應(yīng)方程，金屬的逸出功為，由圖可知光源中光的頻率范圍為，則僅銫、鈉、鋅能產(chǎn)生光電子。故選C。6．（2024·云南昆明·統(tǒng)考一模）放射性同位素衰變的快慢有一定的規(guī)律，質(zhì)量為的碳發(fā)生衰變，經(jīng)過時間t后剩余碳14的質(zhì)量為m，其圖線如圖所示。下列說法正確的是（）

A．碳14放出的粒子來自核外電子 B．碳14的衰變方程為C．碳14的半衰期為11460年 D．100個碳14原子經(jīng)過11460年后還剩25個【答案】B【詳解】A．碳14放出的粒子來自于原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的，故A錯誤；B．根據(jù)衰變過程滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，碳14的衰變方程為，故B正確；C．放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時所需要的時間，叫半衰期。由圖知，碳14的半衰期為5730年，故C錯誤；D．半衰期是放射性元素衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用，故D錯誤。故選B。7．（2024·陜西渭南·統(tǒng)考一模）2022年10月，我國自主研發(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射?！翱涓敢惶枴碧柼綔y衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設(shè)波長為λ。若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，則太陽輻射硬X射線的總功率P為（）A． B． C． D．【答案】C【詳解】每個光子的能量為，太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，根據(jù)題意設(shè)t秒發(fā)射總光子數(shù)為n，則，可得，所以t秒輻射光子的總能量，太陽輻射硬X射線的總功率。故選C。8．（2024·甘肅·統(tǒng)考一模）1906年，賴曼發(fā)現(xiàn)了氫原子的賴曼系譜線，其波長滿足公式：為里德堡常量。氫原子從和的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，輻射光子的能量之比為（）A． B． C． D．【答案】B【詳解】氫原子從的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，氫原子從的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，又，聯(lián)立得，輻射光子的能量之比為。故選B。9．（2024·江西贛州·贛州中學(xué)校考模擬預(yù)測）2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福島第一核電站的核污水。核污水中的發(fā)生衰變時的核反應(yīng)方程為，該核反應(yīng)過程中放出的能量為Q。設(shè)的結(jié)合能為，的結(jié)合能為，X的結(jié)合能為，已知光在真空中的傳播速度為c，則下列說法正確的是（）A．的比結(jié)合能小于的比結(jié)合能B．該核反應(yīng)過程中放出的能量C．該核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損可以表示為D．衰變過程中放出的光子是因為新原子核從高能級向低能級躍遷產(chǎn)生的【答案】D【詳解】A．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，由于比更穩(wěn)定，所以的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能，故A錯誤；B．的結(jié)合能為，的結(jié)合能為，X的結(jié)合能為，則該核反應(yīng)過程中放出的能量為，故B錯誤；C．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，可得，故C錯誤；D．核衰變后，生成的新原子核位于高能級，能自發(fā)向低能級躍遷，從而放出光子，故D正確。故選D。10．（2024·廣西·校聯(lián)考一模）用頻率分別為和的單色光A和B照射兩種金屬C和D的表面。單色光A照射兩種金屬時都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。設(shè)兩種金屬的逸出功分別為和，則下列選項正確的是（）A． B．C． D．【答案】B【詳解】單色光A照射兩種金屬時都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，單色光B照射時，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)光電效應(yīng)條件知，單色光A的頻率大于單色光B的頻率，單色光B照射時，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，可知金屬C的逸出功小于金屬D的逸出功。故選B。11．（2024·浙江·校聯(lián)考一模）某實驗小組用如圖甲所示的實驗裝置探究不同金屬發(fā)生光電效應(yīng)時的實驗規(guī)律，當(dāng)用頻率為v的入射光照射金屬時電流表示數(shù)不為零，向右調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，直到電流表的示數(shù)剛好為零，此時電壓表的示數(shù)為，該電壓稱為遏止電壓，該實驗小組得到與v的關(guān)系如圖乙中的①所示，則下列有關(guān)說法中正確的是（）A．實驗時電源的左端為正極B．分別用從氫原子能級2到1和能級3到1輻射的光照射金屬得到遏止電壓和，則C．換用不同的光照射逸出功更大的金屬時，得到的關(guān)系可能如圖乙中的②所示D．當(dāng)滑片P向左滑動的過程中電流表的示數(shù)先增加后不變【答案】D【詳解】A．因滑片向右調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，可使電流表的示數(shù)為零，此時光電管加反向電壓，則光電管右端電勢高，則電源右端為正極，故A錯誤；C．根據(jù)eUc=hν-W逸出功，可得，換用不同的光照射逸出功更大的金屬K2時，所得到的關(guān)系圖像與橫軸的截距較大，但是直線斜率相同，故C錯誤；B．氫原子從能級2躍遷到能級1輻射出的光子能量小于從能級3躍遷到能級1輻射出的光子能量，根據(jù)E=hν可知，氫原子從能級2躍遷到能級1輻射出的光子頻率小于從能級3躍遷到能級1輻射出的光子頻率，而根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程eUc=Ek=hν-W逸出功，可知Uc1＜Uc2，故B錯誤；D．滑片P初始位置應(yīng)該是在中間，此時加在光電管上的電壓為零，P左滑的過程中，光電管所加的正向電壓變大，形成的光電流逐漸增大，當(dāng)達到飽和電流后電流不再變，因此可知電流表的示數(shù)先增加后不變，故D正確。故選D。12．（2024·浙江嘉興·統(tǒng)考一模）如圖所示為研究光電效應(yīng)和霍爾效應(yīng)的裝置示意圖。光電管和霍爾片串聯(lián)，霍爾片的長、寬、高分別為、、，該霍爾片放在磁感應(yīng)強度大小為、方向平行于邊的勻強磁場中。閉合電鍵，入射光照到陰極時，電流表A顯示的示數(shù)為，該電流在霍爾片中形成沿電流方向的恒定電場為，電子在霍爾片中的平均速度，其中電子遷移率為已知常數(shù)。電子電量為，電子的質(zhì)量為?；魻柶瑔挝惑w積內(nèi)的電子數(shù)為，則（）

A．霍爾片前后側(cè)面的電壓為B．霍爾片內(nèi)的電場強度為C．通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，可以使電流表的示數(shù)減為零D．當(dāng)滑動變阻器滑片右移后，單位時間到達光電管陽極的光電子數(shù)一定大于【答案】B【詳解】A．設(shè)霍爾片前后側(cè)面的電壓為，根據(jù)洛倫茲力與電場力平衡可得，其中，，聯(lián)立解得，故A錯誤；B．霍爾片內(nèi)沿前后側(cè)面的電場強度大小為，沿電流方向的恒定電場為，則霍爾片內(nèi)的電場強度為，故B正確；C．由于光電管所加的電壓為正向電壓，則通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，不可以使電流表的示數(shù)減為零，故C錯誤；D．若已經(jīng)為光電效應(yīng)達到的飽和電流，則當(dāng)滑動變阻器滑片右移后，電流保持不變，則單位時間到達光電管陽極的光電子數(shù)等于，故D錯誤。故選B。二、多項選擇題（本題共2小題,每小題5分,共10分。每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的。全部選對的得5分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分）13．（2024·廣東惠州·統(tǒng)考二模）（多選）圖中的（a）、（b）、（c）、（d）四幅圖涉及不同的原子物理知識，其中說法正確的是（

）A．根據(jù)圖（a）所示的三種射線在磁場中的軌跡，可以判斷出“1”為γ射線B．如圖（b）所示，發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光光強越強，光電子的最大初動能越大C．盧瑟福通過圖（c）所示的α粒子散射實驗，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型D．利用圖（d）所示的氫原子能級示意圖，可以解釋氫原子為何具有分立光譜【答案】CD【詳解】A．圖（a）所示放射源射出的三種射線在磁場中運動軌跡不同，射線帶正電，根據(jù)左手定則判斷出射線1為射線，γ射線不帶電，運動軌跡應(yīng)該是直線，故射線2是γ射線，故A錯誤；B．如圖（b）所示，發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光頻率越大，光電子的最大初動能也就越大，與入射光的強度無關(guān)，故B錯誤；C．盧瑟福通過圖（c）所示在α粒子散射實驗的基礎(chǔ)上，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，故C正確；D．利用圖（d）所示的氫原子能級示意圖，玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，并能夠解釋氫原子的光譜特征，氫原子能級是分立的，光譜也是分立的，故D正確；故選CD。14．（2024·廣西南寧·南寧三中校聯(lián)考模擬預(yù)測）（多選）氫原子能級如圖甲所示，一群處于n=5能級的氫原子，向低能級躍遷時發(fā)出多種頻率的光，分別用這些光照射圖乙電路的陰極K，其中3條光電流I隨電壓U變化的圖線如圖丙所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62eV到3.11eV之間。則（）

A．氫原子從n=5能級向低能級躍遷時能輻射出4種不同頻率的可見光B．圖乙中當(dāng)滑片P從a端移向c的過程中，光電流I不斷減小C．a(chǎn)光的頻率比b光大一些D．在a光和c光強度相同的情況下，電路中c光的飽和光電流值大一些【答案】CD【詳解】A．氫原子從n=5能級向低能級躍遷時能輻射出=10，種不同頻率的光，故A錯誤；B．由圖乙可知，當(dāng)滑片P從a端移向c端過程中，從a到c電壓負向減小，光電流不斷增大，故B錯誤；C．由圖丙可知a光的遏止電壓最大，由eU=Ek=，可知a光的能量最大，a光的頻率最大，c光的頻率最小，故C正確；D．c光的頻率最小，則在a光和c光強度相同的情況下，電路中c光的飽和光電流值大一些，故D正確。故選CD。三、計算題（本題包括3小題，10分+10分+10分共30分，解答過程請寫出必要的文字說明和必需的物理演算過程，只寫出最終結(jié)果的不得分）15．（2024·江蘇南京·南京市大廠高級中學(xué)校考一模）波長的倫琴射線使金箔發(fā)射光電子，電子在磁感應(yīng)強度為的勻強磁場區(qū)域內(nèi)做最大半徑為的勻速圓周運動，已知，，，試求：（1）光電子的最大初動能；（2）金屬的逸出功；（3）該電子的物質(zhì)波的波長?！敬鸢浮浚?）；（2）；（3）【詳解】（1）電子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力，有解得電子的最大初動能為（2）入射光子的能量為根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得金屬的逸出功為（3）物質(zhì)波的波長為16．（2023·四川成都·石室中學(xué)?？寄M預(yù)測）19世紀末，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)光照射在金屬表面時，金屬中的電子全因吸收光的能量而逸出金屬表面，如圖所示，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。已知電子質(zhì)量為m、電量為e，光速為c，若朗克常量為k。（1）用波長為λ的光照射金屬表面所產(chǎn)生的光電子垂直進入磁感強度為B的勻強磁場中做勻速圓周運動時，其最大半徑為R，求金屬的逸出功W；（2）一個光源以的功率向四周均勻地發(fā)射能量。在離光源距離R=1.0m處放置一小鋅板，鋅的逸出功，假設(shè)入射光的能量是連續(xù)平穩(wěn)地垂直傳給鋅板，光的平均波長為λ。①根據(jù)愛因斯坦的光子說和質(zhì)能方程，證明光子動量（h是普朗克常量）。②假設(shè)鋅板完全吸收所有照射到它上面的能量。求：a.鋅板在垂直入射光方向上單位面積上受到光的平均作用力（用題目中的物理符號表示）。b.按照經(jīng)典電磁理論，鋅板只需吸收足夠的能量就可以逐出電子，若一個要被逐出的電子收集能量的圓形截面的半徑約為一個典型原子的半徑m，此光源照射條件下，用此光源照射時電子將被逐出的時間。c.根據(jù)你的計算結(jié)果，你認為經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象時是否合理？談?wù)勀愕目捶ā?/p>

【答案】（1）；（2）①見解析；②a．；b．1088s；c．不合理，理由見解析【詳解】（1）由光電子做勻速圓周運動，由洛倫茲力提供向心力解得解得最大初動能所以逸出功（2）①根據(jù)又聯(lián)立可得②a．設(shè)鋅板的面積為S，t時間內(nèi)鋅板吸收的光子個數(shù)為N，有由動量定理解得結(jié)合牛