新高考物理一輪復習單元測試第十六章 近代物理（測試）（解析版）

第十六章近代物理測試卷（考試時間：90分鐘試卷滿分：100分）注意事項：1．本試卷分第I卷（選擇題）和第II卷（非選擇題）兩部分。答卷前，考生務必將自己的班級、姓名、學號填寫在試卷上。2．回答第I卷時，選出每小題答案后，將答案填在選擇題上方的答題表中。3．回答第II卷時，將答案直接寫在試卷上。第Ⅰ卷（選擇題共60分）一、選擇題（共12小題，每小題5分，共60分。在每小題給出的四個選項中，第1-8題只有一項符合題目要求，第9-12題有多項符合題目要求。全部選對的得5分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分。）1．我國自主研發(fā)的東方超環(huán)（EAST））是國際首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置，有“人造太陽”之稱。去年，EAST兩次刷新世界紀錄，實現(xiàn)了可重復的1.2億攝氏度101秒、7000萬攝氏度1056秒的離子體運行?！叭嗽焯枴焙朔磻姆匠炭赡苁牵?/p>

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【答案】B【詳解】A．重核SKIPIF1<0發(fā)生裂變，即核裂變核反應，故A錯誤；B．該反應是輕核聚變核反應，故B正確；C．該反應生成物有氦核SKIPIF1<0，屬于SKIPIF1<0衰變核，故C錯誤；D．該反應是人工核反應方程，故D錯誤。故選B。2．關于近代物理研究，下列敘述符合事實的是（）A．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，揭示了原子核是由質(zhì)子和中子組成的B．同種金屬發(fā)生光電效應時，入射光的頻率越低，光電子的最大初動能越大C．盧瑟福用SKIPIF1<0粒子轟擊SKIPIF1<0獲得反沖核SKIPIF1<0，發(fā)現(xiàn)了中子D．玻爾理論表明，氫原子能量越高，氫原子核外電子做圓周運動的動能越小【答案】D【詳解】A．天然放射現(xiàn)象證明了原子核有復雜結構，故A錯誤；B．根據(jù)SKIPIF1<0可知當入射光的頻率越光電子的最大初動能越大，故B錯誤；C．盧瑟福用SKIPIF1<0粒子轟擊SKIPIF1<0獲得反沖核SKIPIF1<0有SKIPIF1<0發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故C錯誤；D．玻爾理論表明，氫原子能量越高，電子繞核運動的半徑越大SKIPIF1<0；SKIPIF1<0聯(lián)立可得SKIPIF1<0半徑越大，動能越小，故D正確。故選D。3．目前科學家已經(jīng)能夠制備出能級較高的氫原子。已知氫原子第n能級的能量SKIPIF1<0eV，金屬鎢的逸出功為4.54eV，如圖是按能量大小排列的電磁波譜，其中可見光的能量區(qū)間為1.62eV～3.11eV。下列說法正確的是（

）

A．紫外線波段的光子均不能使基態(tài)氫原子電離B．氫原子躍遷時可能會輻射可見光波段的光子C．用紅外線長時間照射金屬鎢能產(chǎn)生光電效應D．用可見光照射處于n＝20能級的氫原子不能使其電離【答案】B【詳解】A．基態(tài)氫原子具有的能量為E1=-13.6eV，若基態(tài)氫原子電離，則需要吸收的光子能量E≥13.6eV，由題圖可知紫外線波段中明顯存在光子能量E≥13.6eV的光子，這些光子可以使基態(tài)氫原子電離，故A錯誤；B．氫原子躍遷時可能會輻射可見光波段的光子，如從2能級到3能級，故B正確；C．金屬鎢的逸出功為4.54eV，由題圖可知，紅外線的光子能量小于4.54eV，故不能讓金屬鎢產(chǎn)生光電效應，故C錯誤；D．能級n=20的氫原子能量為SKIPIF1<0由題圖可知可見光的光子能量大于0.034eV，故可見光可以使n=20的氫原子失去一個電子變成氫離子，故D錯誤。故選B。4．裝修石材通常具有一定的輻射，主要是因為其中含有放射性元素氡，氡核（SKIPIF1<0）發(fā)生一次衰變后生成新核釙（SKIPIF1<0），放出一個粒子X及一個SKIPIF1<0光子。氡的半衰期為SKIPIF1<0天，下列說法正確的是（）A．X為SKIPIF1<0粒子 B．X與SKIPIF1<0光子均屬于實物粒子C．釙核的比結合能比氡核大 D．石材中氡經(jīng)過SKIPIF1<0天會全部衰變完【答案】C【詳解】A．新核釙（SKIPIF1<0）的電荷數(shù)比氡核（SKIPIF1<0）小2，而質(zhì)量小4，根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可得放出的粒子X的電荷數(shù)為2，質(zhì)量數(shù)為4，是SKIPIF1<0粒子，A錯誤；B．SKIPIF1<0光子是電磁波，不是實物粒子，B錯誤；C．衰變過程有質(zhì)量虧損，核子的比結合能變大，C正確；D．每經(jīng)過一個半衰期，原子核有半數(shù)發(fā)生衰變，這個一半是指當前的一半，故經(jīng)過兩個半衰期，氡會剩下四分之一，故D錯誤。故選C。5．光子既有能量又有動量，當物體表面對光產(chǎn)生反射或折射時，光的動量被改變，光對物體會產(chǎn)生力的作用。如圖所示，一束功率為P的激光束照射到透明介質(zhì)小球上時，若忽略光的吸收和反射，經(jīng)兩次折射后，光的傳播方向改了SKIPIF1<0，則光對介質(zhì)小球的作用力為（光子的能量E和動量p之間的關系是SKIPIF1<0，其中c為光速（）

A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【答案】A【詳解】在SKIPIF1<0時間內(nèi)，有SKIPIF1<0能量的光被介質(zhì)球折射，其動量為SKIPIF1<0因光的傳播方向改了SKIPIF1<0，即光的動量方向改變了SKIPIF1<0，其動量變化量SKIPIF1<0所以光束受介質(zhì)球的作用力為SKIPIF1<0則其反作用力也為SKIPIF1<0。故選A。6．用紫外光電管制作的火災報警器的靈敏度非常高，只有當明火中的紫外線照射到光電管的陰極K時才啟動報警，因此被稱為“火焰發(fā)現(xiàn)者”，它對可見光以及太陽光中的紫外線完全沒有反應，因此在使用過程中不需要過濾任何可見光。已知光電管內(nèi)部陰極K的金屬材料發(fā)生光電效應的極限頻率為SKIPIF1<0，太陽光中的紫外線的頻率為SKIPIF1<0，明火中的紫外線的頻率為SKIPIF1<0，下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．只有明火照射到陰極K的時間足夠長，火災報警器才啟動報警D．明火中的紫外線照射陰極K，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為SKIPIF1<0【答案】A【詳解】B．光電管對太陽光中的紫外線完全沒有反應，說明SKIPIF1<0小于SKIPIF1<0，故B錯誤；AD．明火中的紫外線照射到光電管的陰極K時發(fā)生光電效應，火災報警器啟動報警，說明SKIPIF1<0大于SKIPIF1<0，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為SKIPIF1<0，故A正確，D錯誤；C．只要發(fā)生火災，當明火中的紫外線照射到陰極K時，立即就能發(fā)生光電效應，火災報警器立即報警，無須照射足夠長時間，故C錯誤。故選A。7．圖甲是研究光電效應的實驗原理圖，陰極由逸出功SKIPIF1<0的金屬鈣制成。圖乙是汞原子的能級圖，用汞原子躍遷發(fā)出的光子照射陰極，下列說法正確的是（）

A．大量SKIPIF1<0能級的汞原子向低能級躍遷時只能發(fā)出4種頻率的光B．從SKIPIF1<0能級躍遷到基態(tài)發(fā)出的光子波長最長C．從SKIPIF1<0能級躍遷到SKIPIF1<0能級發(fā)出的光子能使金屬鈣發(fā)生光電效應D．用大量SKIPIF1<0能級躍遷發(fā)出的光子照射，要使微安表示數(shù)為0，滑片P應向a端移動【答案】D【詳解】A．大量SKIPIF1<0能級的汞原子向低能級躍遷時只能發(fā)出SKIPIF1<0頻率的光，故A錯誤；B．由公式SKIPIF1<0；SKIPIF1<0；SKIPIF1<0可知光的能量越小，光的波長越長，結合能級圖容易知道并不是從SKIPIF1<0能級躍遷到基態(tài)發(fā)出的光子的能量最小，所以從SKIPIF1<0能級躍遷到基態(tài)發(fā)出的光子波長不是最長的，故B錯誤；C．由SKIPIF1<0可知從SKIPIF1<0能級躍遷到SKIPIF1<0能級發(fā)出的光子的能量為2.80eV，小于金屬鈣的逸出功，所以不能使金屬鈣發(fā)生光電效應，故C錯誤；D．大量SKIPIF1<0能級躍遷發(fā)出的光子照射，當滑片P應向a端移動，有O點電勢比a點的高，所以這時加在光電管的電壓為反向電壓，即K極加正極。所以有可能使得微安表示數(shù)為0，故D正確。故選D。8．在俄烏沖突中，烏境內(nèi)扎波羅熱核電站多次遭受炮火攻擊，嚴重威脅其周邊環(huán)境與居民生活。其中扎波羅熱核電站利用鈾核裂變釋放出能量，其主要核反應方程為SKIPIF1<0，如圖所示原子核的平均結合能與質(zhì)量數(shù)之間的關系圖線，下列說法正確的是（

）

A．為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度，核反應堆中需要在鈾棒之間插進一些石墨。當反應過于劇烈時，將石墨棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些B．通常把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應的最大體積叫作它的臨界體積，相應的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量C．兩個中子和兩個質(zhì)子結合成SKIPIF1<0核時釋放能量約為SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0核的平均核子質(zhì)量大于SKIPIF1<0核的平均核子質(zhì)量【答案】C【詳解】A．為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度，核反應堆中需要在插棒之間插進一些鎘棒，當反應過于劇烈時，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些，故A錯誤；B．通常把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積叫作它的臨界體積，相應的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量，B錯誤；C．根據(jù)圖像可知SKIPIF1<0平均結合能約為SKIPIF1<0，所以兩個中子和兩個質(zhì)子結合成SKIPIF1<0核時釋放能量約為SKIPIF1<0故C正確；D．SKIPIF1<0核的比結合能大于SKIPIF1<0核的比結合能，所以SKIPIF1<0核的平均核子質(zhì)量小于SKIPIF1<0核的平均核子質(zhì)量，故D錯誤。故選C。9．一定強度的激光（含有三種頻率的復色光）沿半徑方向入射到半圓形玻璃磚的圓心O點，如圖甲所示?，F(xiàn)讓經(jīng)過玻璃磚后的A、B、C三束光分別照射相同的光電管的陰極（如圖乙所示），其中C光照射時恰好有光電流產(chǎn)生，則（

）A．若用B光照射光電管的陰極，一定有光電子逸出B．C光比B光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象C．若入射光的入射角從零開始增大，C光比B光先消失D．若用A光和C光分別照射光電管的陰極，A光照射時逸出的光電子的最大初動能較大【答案】CD【詳解】由圖甲可得，三種頻率的光，其中B光和C光為單色光，C光的折射率大，頻率高；A光除了BC光的反射光線外，還含有第三種頻率的光，為三種光的復合光。A．根據(jù)幾何光學知識可知，B光和C光中C光偏折程度較大，C光的折射率大，頻率高，C光照射光電管恰好有光電流產(chǎn)生，用B光照射同一光電管，不能發(fā)生光電效應，故A錯誤；B．因C光的頻率大，波長小，則C光比B光更不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，選項B錯誤；C．根據(jù)SKIPIF1<0可知，C光的臨界角較小，若入射光的入射角從0開始增大，C光比B光先消失，故C正確；D．A光為三種頻率的復合光，但A光中某頻率的光發(fā)生了全反射，其臨界角最小，折射率最大，頻率最大，則A光和C光分別照射，光電管的陰極時，A光打出的光電子的最大初動能較大，故D正確；故選CD。10．2020年6月23日北斗全球組網(wǎng)衛(wèi)星的收官之星發(fā)射成功，其中“北斗三號”采用星載氫原子鐘，通過氫原子的能級躍遷而產(chǎn)生的電磁波校準時鐘。氫原子的部分能級結構如圖所示，則（

）A．氫原子的核外電子在離原子核較近的地方出現(xiàn)的概率較小B．用11eV的光子照射，能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)C．用4eV的光子照射處于n=2激發(fā)態(tài)的氫原子，可以使之電離D．氫原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后，核外電子動能減小，原子的電勢能增大【答案】CD【詳解】A．氫原子的核外電子在離原子核近的地方，概率大，A錯誤；B．讓基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，至少需要的能量是E=E2－E1=－3.4eV－(－13.6)eV=10.2eV或者E′=E3－E1=－1.51eV－(－13.6)eV=12.09eV則11eV不滿足兩能級間的差值，不能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，B錯誤；C．若使處于n=2激發(fā)態(tài)的氫原子，光子的能量至少為3.4eV，用4eV的光子照射，可以使之電離，C正確；D．氫原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后，核外電子運動到離原子核更遠的地方，動能減小，原子的電勢能增大，D正確。故選CD。11．2023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廢水。核廢水中的SKIPIF1<0發(fā)生衰變時的核反應方程為SKIPIF1<0，該核反應過程中放出的能量為Q。設SKIPIF1<0的比結合能為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的比結合能為SKIPIF1<0，X的比結合能為SKIPIF1<0，已知光在真空中的傳播速度為c，則下列說法正確的是（）A．在該核反應方程中，X表示SKIPIF1<0粒子B．該核反應過程中放出的能量SKIPIF1<0C．該核反應過程中的質(zhì)量虧損可以表示為SKIPIF1<0D．若把X粒子射入勻強磁場中，它一定受到洛倫茲力作用【答案】AC【詳解】A．在該核反應方程中，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為SKIPIF1<0粒子，選項A正確；B．該核反應過程中放出的能量SKIPIF1<0故B錯誤；C．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知SKIPIF1<0解得，核反應過程中的質(zhì)量虧損為SKIPIF1<0故C正確；D．X的速度與勻強磁場方向平行時，不受洛倫茲力作用，故D錯誤。故選AC。12．圖甲為研究某金屬材料的遏止電壓SKIPIF1<0與入射光頻率SKIPIF1<0的關系的電路圖。用不同頻率的光分別照射甲圖中同一光電管的陰極K，調(diào)節(jié)滑片P測出遏止電壓，并描繪Uc-SKIPIF1<0關系圖如圖乙所示。已知三種光的頻率分別設為SKIPIF1<01、SKIPIF1<02、SKIPIF1<03，光子的能量分別為1.8eV、2.4eV、3.0eV，測得遏止電壓分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、U3（圖乙中未知）。則下列說法正確的是（）A．普朗克常量可表達為SKIPIF1<0B．圖乙中頻率為SKIPIF1<0的光對應的遏止電壓SKIPIF1<0C．該陰極K金屬材料的逸出功為1.0eVD．將電源的正負極對換，仍用頻率為SKIPIF1<0的光照射陰極K時，將滑片P向右滑動一些，電流表示數(shù)變大【答案】BC【詳解】A．由光電效應方程SKIPIF1<0可求得SKIPIF1<0故A錯誤；C．由SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)，得SKIPIF1<0故C正確；B．由SKIPIF1<0代入數(shù)據(jù)，得SKIPIF1<0遏止電壓SKIPIF1<0故B正確；D．將電源的正負極對換，用頻率為SKIPIF1<0的光照射陰極K時，加在光電管上的電壓會使光電子加速，將滑片P向右滑動一些，加速電壓變大，電流表示數(shù)可能增大，也可能不變，故D錯誤。故選BC。第II卷（非選擇題共40分）二、非選擇題13．（8分）人眼對綠光最為敏感?，F(xiàn)有一個綠光光源以P0的功率均勻地向各個方向發(fā)射波長為λ的綠光，人站在離光源為L的地方，人眼瞳孔的直徑為d，不計空氣對光的吸收，普朗克常量為h，真空中光速為c，球體表面積公式為S=4πr2。（1）綠光光子的能量ε為多大？單位時間內(nèi)綠光源發(fā)射的光子數(shù)N為多少？（2）單位時間內(nèi)進入人眼的光子數(shù)n又為多少？【答案】（1）SKIPIF1<0，SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【詳解】（1）綠光光子的能量SKIPIF1<0根據(jù)SKIPIF1<0得單位時間內(nèi)綠光源發(fā)射的光子數(shù)SKIPIF1<0（2）單位時間內(nèi)進入人眼的光子數(shù)SKIPIF1<014．（8分）真空中一對平行金屬板SKIPIF1<0和SKIPIF1<0正對放置，紫外線持續(xù)照射SKIPIF1<0板，有光電子從SKIPIF1<0板逸出，電子的電量為SKIPIF1<0，質(zhì)量為SKIPIF1<0，普朗克常量為SKIPIF1<0.（1）在A、B板間接一靈敏電流計（如圖甲），電流計示數(shù)為SKIPIF1<0，求每秒鐘到達SKIPIF1<0板的電子數(shù)SKIPIF1<0；（2）在A、B板間接如圖電壓SKIPIF1<0（如圖乙）時靈敏電流計示數(shù)為零，求光電子離開SKIPIF1<0板時，光電子的物質(zhì)波波長的最小值SKIPIF1<0.

【答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【詳解】（1）設每秒鐘到達B板的電子個數(shù)為N，電荷量為SKIPIF1<0根據(jù)電流的定義式得SKIPIF1<0其中t=1s，可得SKIPIF1<0（2）以具有最大動能的電子為研究對象，當其速度減小到0時，電子恰好運動到接近B板，設其最大動能為Ekm；根據(jù)動能定理得SKIPIF1<0光電子的物質(zhì)波波長為SKIPIF1<0其中SKIPIF1<0聯(lián)立解得SKIPIF1<015．（12分）在火星上太陽能電池板發(fā)電能力有限，因此科學家們用放射性材料——PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電（PuO2中的Pu是SKIPIF1<0）。已知SKIPIF1<0衰變后變?yōu)镾KIPIF1<0和SKIPIF1<0粒子。若靜止的SKIPIF1<0在勻強磁場中發(fā)生衰變，SKIPIF1<0粒子的動能為E，SKIPIF1<0粒子的速度方向與勻強磁場的方向垂直，在磁場中做勻速圓周運動的周期為SKIPIF1<0，衰變放出的光子的動量可忽略，衰變釋放的核能全部轉化為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0粒子的動能。已知光在真空中的傳播速度c．求：（1）SKIPIF1<0衰變過程中的質(zhì)量虧損SKIPIF1<0；（2）從開始衰變到SKIPIF1<0和SKIPIF1<0粒子再次相遇的最短時間t?！敬鸢浮浚?）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【詳解】（1）α衰變方程為SKIPIF1<0根據(jù)動量守恒定律可知α粒子和鈾核的動量大小相等，設為p，α粒子的動能SKIPIF1<0鈾核的動能SKIPIF1<0則SKIPIF1<0所以釋放能量為SKIPIF1<0且SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0（2）根據(jù)周期方程SKIPIF1<0；SKIPIF1<0因為想再次相遇，必然是在裂變的切點處，所以每個粒子運動的時間必須為整數(shù)周期，這樣就應有△t=nT0＝mTU，而n、m必須為整數(shù)，所以根據(jù)T0與TU的比例關系，則必須n=117或m=92，這就意味著△t=117T0所以相遇最短時間SKIPIF1<016．（12分）反沖是常見的現(xiàn)象。（1）靜止的鈾核（SKIPIF1<0）放出1個動能為E的未知粒子后，衰變?yōu)?個釷核（SKIPIF1<0）。a．請寫出上述衰變過程的核反應方程；b．求反沖的釷核的動能SKIPIF1<0。（計算中可忽略質(zhì)子和中子質(zhì)量的差異，不考慮相對論效應）（2）如圖所示，用輕繩連接的滑塊A和B（均可視為質(zhì)點）靜止在光滑水平面上，其間有一被輕繩束縛而處于壓縮狀態(tài)的輕質(zhì)彈簧，已知滑塊A的質(zhì)量為m，彈簧的彈性勢能為SKIP