第17講近代物理

專題七近代物理第17講近代物理能力培養(yǎng)練1.(2023·湖南卷,1)2023年4月13日,中國“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀錄,實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行,為可控核聚變的最終實現(xiàn)又向前邁出了重要的一步,下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是(A)A.相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多B.氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為12H+13HC.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235D.核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損解析:相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多,A正確;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知,氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為12H+1C錯誤;核聚變反應(yīng)過程中放出大量能量,有質(zhì)量虧損,D錯誤。2.(2023·河北張家口模擬)如圖所示,假設(shè)入射光子的動量為p0,光子與靜止的電子發(fā)生彈性碰撞。碰后光子的動量大小為p1,傳播方向與入射方向夾角為α,碰后電子的動量大小為p2,出射方向與光子入射方向夾角為β。已知光速為c,普朗克常量為h,下列說法正確的是(C)A.碰前入射光子的波長為pB.碰后電子的能量為p2cC.p0=p1cosα+p2cosβD.p0=p1+p2解析:根據(jù)德布羅意公式可知,碰前入射光子的波長為λ0=hp0,選項A錯誤;設(shè)電子的質(zhì)量為m,則碰后電子的能量為E=p222p2cosβ,選項C正確,D錯誤。3.(2023·浙江6月卷,5)“玉兔二號”裝有核電池,不懼漫長寒冷的月夜。核電池將94238Pu衰變釋放的核能一部分轉(zhuǎn)換成電能。94238Pu的衰變方程為A.衰變方程中的X等于233B.2C.94238Pu比D.月夜的寒冷導(dǎo)致94解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,衰變方程為94238Pu→92234U+24He,即衰變方程中的X=234,故A錯誤;24He是α粒子,穿透能力比γ射線弱,故B錯誤;比結(jié)合能越大越穩(wěn)定,由于94238Pu衰變成4.(2022·全國甲卷,17)兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0,在t=0時刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N,在t=2t0時刻,尚未衰變的原子核總數(shù)為N3,則在t=4t0A.N12 B.N9 C.N解析:設(shè)t=0時刻,甲、乙兩種放射性元素原子核數(shù)分別為N1、N2,則有N1+N2=N,t=2t0時,甲經(jīng)過兩個半衰期,未衰變原子核數(shù)為N14,乙經(jīng)過一個半衰期,未衰變原子核數(shù)為N22,由已知條件有N14+N2N2=13N;t=4t0時,甲經(jīng)過四個半衰期,未衰變原子核數(shù)為N116,乙經(jīng)過兩個半衰期,未衰變原子核數(shù)為N24,則此時未衰變原子核總數(shù)為N′=N5.(2023·河北邢臺二模)(多選)用不同波長的光照射光電管陰極探究光電效應(yīng)的規(guī)律時,根據(jù)光電管的遏止電壓Uc與對應(yīng)入射光的波長λ作出的Uc1λ圖像如圖所示。已知光電子的電荷量大小為e,光速為c,下列說法正確的是(BC)A.該光電管陰極材料的逸出功大小為acB.當(dāng)用波長λ=12C.當(dāng)用波長λ<1aD.當(dāng)用波長λ<1a的光照射光電管的陰極時,光電子的最大初動能與1解析:根據(jù)eUc=hνW0=hcλW0,則有Uc=hce·1λW0e,結(jié)合圖像可知當(dāng)橫坐標(biāo)為a時,縱坐標(biāo)為0,即有0=hceaW0e,解得W0=hac,A錯誤;根據(jù)圖像,結(jié)合上述分析有W0e=b,解得W0=be,當(dāng)用波長λ=12a的光照射光電管陰極時,即有1λ=2a,則有Ekmax=hc·1λW0=2hachac=hac=W0=be,B正確;根據(jù)上述可知,截止頻率對應(yīng)的波長為λ0=1a,波長越短,頻率越大,則當(dāng)用波長λ<6.(2023·浙江6月卷,15)(多選)有一種新型光電效應(yīng)量子材料,其逸出功為W0。當(dāng)紫外光照射該材料時,只產(chǎn)生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫,在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋,測得條紋間距為Δx。已知電子質(zhì)量為m,普朗克常量為h,光速為c,則(AD)A.電子的動量pc=hLB.電子的動能Ek=hC.光子的能量E=W0+chLD.光子的動量p=W0c解析:根據(jù)條紋間距公式Δx=Ldλ,可得λ=dΔxL,根據(jù)pc=hλ,可得pc=hLdΔx,故A正確;根據(jù)動能和動量的關(guān)系Ek=p22m,結(jié)合A選項可得Ek=h2L22md2Δx素養(yǎng)提升練7.(2023·湖南株洲二模)(多選)中國科學(xué)院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST),成功實現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行,創(chuàng)造托卡馬克實驗裝置運行新的世界紀錄,向核聚變能源應(yīng)用邁出重要一步。等離子體狀態(tài)不同于固體、液體和氣體的狀態(tài),被認為是物質(zhì)的第四態(tài)。當(dāng)物質(zhì)處于氣態(tài)時,如果溫度進一步升高,幾乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而離解為電子和正離子,此時物質(zhì)稱為等離子體。在自然界里,火焰、閃電、極光中都會形成等離子體,太陽和所有恒星都是等離子體。下列說法正確的是(BCD)A.核聚變釋放的能量源于等離子體中離子的動能B.可以用磁場來約束等離子體C.盡管等離子體整體是電中性的,但它是電的良導(dǎo)體D.提高托卡馬克實驗裝置運行溫度有利于克服等離子體中正離子間的庫侖斥力解析:核聚變釋放的能量源于原子核的質(zhì)量虧損,A錯誤;帶電粒子運動時,在勻強磁場中會受到洛倫茲力的作用而不飛散,故可以用磁場來約束等離子體,B正確;等離子體是各種粒子的混合體,整體是電中性的,但有大量的自由粒子,故它是電的良導(dǎo)體,C正確;提高托卡馬克實驗裝置運行溫度,增大了等離子體的內(nèi)能,使它們具有更高的動能,有利于克服等離子體中正離子間的庫侖斥力,D正確。8.(2023·湖南郴州一模)下列說法正確的是(B)A.β衰變說明原子核內(nèi)部存在電子B.盧瑟福用α粒子轟擊7C.查德威克用α粒子轟擊49Be生成D.費米通過輕核聚變裝置的鏈式反應(yīng)實現(xiàn)了核能的釋放解析:科學(xué)家對原子核的衰變進一步研究,發(fā)現(xiàn)β衰變的實質(zhì)是核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成了一個質(zhì)子和一個電子,其轉(zhuǎn)化方程式為01n→11H+-10e,選項A錯誤;盧瑟福用α粒子轟擊714N,打出了一種新的粒子——質(zhì)子,核反應(yīng)方程式為714N+29.(2023·湖南湘潭三模)(多選)如圖所示為一價氦離子(He+)的能級圖,根據(jù)玻爾原子理論,下列說法正確的是(AD)A.能級越低,氦離子越穩(wěn)定B.n=1時,氦離子處于第一激發(fā)態(tài)C.從n=2躍遷到n=1比從n=3躍遷到n=2輻射出的光子動量小D.一群處于n=4能級的氦離子躍遷到基態(tài)的過程中,可能輻射6種頻率的光子解析:根據(jù)玻爾原子理論可知能級越低,氦離子越穩(wěn)定,故A正確;n=1時,氦離子處于基態(tài),故B錯誤;根據(jù)hcλ=EmEn(m>n)可知,從n=2躍遷到n=1比從n=3躍遷到n=2輻射出的光子的波長短。由λ=hp,可得從n=2躍遷到n=1比從n=3躍遷到n=2輻射出的光子動量大,故C錯誤;一群處于n=4能級的氦離子躍遷到基態(tài)的過程中,可能輻射出的光譜線條數(shù)為N=10.(2023·浙江1月卷,9)宇宙射線進入地球大氣層與大氣作用會產(chǎn)生中子,中子與大氣中的氮14會產(chǎn)生以下核反應(yīng):714N+01n→6A.614C發(fā)生β衰變的產(chǎn)物是B.β衰變輻射出的電子來自于碳原子的核外電子C.近年來由于地球的溫室效應(yīng),引起6D.若測得一古木樣品的614C含量為活體植物的解析:根據(jù)衰變過程中的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律可知,發(fā)生β衰變后,原子核釋放一個電子,質(zhì)量數(shù)不變,電荷數(shù)增加1,即產(chǎn)生714N,選項A、B錯誤;半衰期由核內(nèi)部自身因素決定,跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系,所以不會因為溫室效應(yīng)改變半衰期,選項C錯誤;若測得一古木樣品的614C含量為活體植物的11.(2023·湖南岳陽二模)如圖甲所示為研究光電效應(yīng)規(guī)律的實驗裝置,同一入射光照射到不同金屬材料表面,發(fā)生光電效應(yīng)時的遏止電壓Uc與金屬材料的逸出功W0的關(guān)系如圖乙所示,已知普朗克常量為h,則入射光的頻率為(A)A.bh B.ah C.a解析:根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hνW0,結(jié)合Ek=eUc,聯(lián)立可得Uc=W0e+hνe,結(jié)合題圖乙可得hνe=a,1e難關(guān)攻克練12.(2023·浙江1月卷,15)(多選)氫原子從高能級向低能級躍遷時,會產(chǎn)生四種頻率的可見光,其光譜如圖1所示。氫原子從能級6躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅰ,從能級3躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究兩種光的干涉現(xiàn)象,得到如圖2和圖3所示的干涉條紋。用兩種光分別照射如圖4所示的實驗裝置,都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。下列說法正確的是(CD)A.圖1中的Hα對應(yīng)的是ⅠB.圖2中的干涉條紋對應(yīng)的是ⅡC.Ⅰ的光子動量大于Ⅱ的光子動量D.P向a移動,電流表示數(shù)為零時Ⅰ對應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大解析:根據(jù)題意可知,可見光Ⅰ的光子能量要大,即頻率要高,可見光Ⅱ的光子能量低,即頻率要低,根據(jù)ν=cλ,λ=hp可知,可見光Ⅰ的光子動量要大,選項C正確;題圖1中的Hα對應(yīng)的是光子頻率小的可見光Ⅱ,選項A錯誤,題圖3的干涉條紋間距大,所以波長要長,即是可見光Ⅱ,題圖2應(yīng)該是可見光Ⅰ,選項B錯誤;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hνW0,而遏止電壓eUc=E13.(2023·山東濰坊期末)在火星上太陽能電池板發(fā)電能力有限,因此科學(xué)家們用放射性材料——PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電(PuO2中的Pu是94238Pu)。已知94238Pu衰變后變?yōu)?2234U和α粒子。若靜止的(1)94(2)從開始衰變到92解析:(1)94238Pu發(fā)生α衰變方程為94238Pu根據(jù)動量守恒定律可知,α粒子和鈾核的動量大小相等,設(shè)為p,α粒子的動能Eα=p2鈾核的動能EU=p2則EUEα=mM