2021新高考物理（山东专用）二轮复习专题限时集训13　近代物理初步 Word版含解析

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1．(多选)(2020·全国卷Ⅰ·T19)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有( )

2H＋2H→1n＋X A．110131B．21H＋1H→0n＋X2

114489C．235 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋3X3 1n＋6Li→3H＋X D．0314

BD [根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知选项A中的X1质量数是3，电荷数是2，A项错误；选项B中的X2质量数是4，电荷数是2，代表α粒子，B项正确；选项C中的X3质量数是1，电荷数是0，代表中子，C项错误；选项D中的X4质量数是4，电荷数是2，代表α粒子，D项正确。]

2．如图所示为核子平均质量与原子序数的关系。下列与原子核有关的说法正确的是( )

A．原子核的结合能越大，原子核就越稳定

B．由图可知，原子核D与E聚变成原子核F时，要吸收热量

C．A裂变时产生的γ射线能使某金属表面逸出光电子，则增大γ射线的照射强度能增大逸出光电子的最大初动能

D．核衰变时α粒子是由核内2个质子与2个中子结合在一起形成的 D [原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，故A错误；原子核D与E结合属于轻核聚变，放出能量，故B错误；γ射线的频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越大，与光照强度无关，故C错误；核衰变时α粒子是由核内2个质子

与2个中子结合在一起形成的，故D正确。]

3．图中四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是( )

甲：α粒子散射实验示意图 乙：链式反应示意图

丙：氢原子能级示意图 丁：汤姆孙气体放电管示意图

A．图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 B．图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能 C．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的

D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构

C [题图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构模型，故A错误。题图乙：用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能，故B错误。题图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确。题图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子也有一定的结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内部还有复杂结构，故D错误。]

4．(2020·安徽示范高中联考)He＋、Li2＋等离子具有与氢原子类似的原子结构模型，又称为“类氢离子”。He从能级N跃迁到能级M，释放频率为ν1的光子，从能级P跃迁到能级M，吸收频率为ν2的光子，且ν1>ν2，则它从能级N跃迁到能级P时( )

A．吸收频率为ν1＋ν2的光子

＋

B．释放频率为ν1＋ν2的光子 C．吸收频率为ν1－ν2的光子 D．释放频率为ν1－ν2的光子

B [He＋从能级N跃迁到能级M，释放频率为ν1的光子，说明能级N的能量大于能级M的能量，且两能级能量差为hν1，同理能级P的能量小于能级M的能量，且两能级能量差为hν2，所以从能级N跃迁到能级P释放光子，且光子的能量为h(ν1＋ν2)，故B正确。]

5．(原创题)(多选)如图所示为氢原子的能级示意图，已知大量处于n＝2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光子，用这些光照射逸出功为1.90 eV的金属铯，下面说法正确的是( )

A．n＝2能级氢原子受到照射后跃迁到n＝5能级 B．能使金属铯逸出光电子的光子频率有4种

C．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75 eV D．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.85 eV

BD [大量处于n＝2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可

2可知，n＝辐射出6种频率的光子，根据大量氢原子跃迁，产生的光子种类N＝Cn

2能级的氢原子受到照射后跃迁到n＝4能级，A错误；这群处于n＝4激发态的氢原子共能辐射出6种不同频率的光子，由图可知，氢原子从n＝4能级到n＝3能级跃迁时放出的能量为0.66 eV，小于金属铯的逸出功，不能使金属铯发生光电效

应逸出光电子，同理氢原子从n＝3能级到n＝2能级跃迁时放出的能量为1.89 eV，小于金属铯的逸出功，不能使金属铯发生光电效应逸出光电子，所以能使金属铯逸出光电子的光子频率有4种，B正确；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级发出的光子频率最高，光子能量为13.60 eV－0.85 eV＝12.75 eV，根据光电效应方程得逸出光电子的最大初动能为Ekm＝hν－W0＝12.75 eV－1.90 eV＝10.85 eV，C错误，D正确。]

6．(2020·泰安市高三5月模拟考试)激光在“焊接”视网膜的眼科手术中有着广泛的应用。在一次手术中，所用激光的波长λ＝6.6×10－7 m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2 J。已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，光速c＝3×108 m/s，则每个脉冲中的光子数目是( )

A．3×1016 B．3×1012 C．5×1016 D．5×1012

hc

C [由光子能量公式、波长与频率的关系可得，每个光子的能量E1＝hν＝λ，E＝NE1，代入数据联立解得，每个脉冲中的光子数目是N＝5×1016，C正确。]

7．(2020·山东烟台第一次联考)秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理

136的第一座30万千瓦压水堆核电站。在一次核反应中一个中子轰击235 92U变成 54Xe、90Sr38

13690和若干个中子，已知235 92U、 54Xe、38Sr的比结合能分别为7.6 MeV、8.4 MeV、

8.7 MeV，则( )

1136901A．该核反应方程为235 92U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋90n

B．要发生该核反应需要吸收能量

136C．9038Sr比54Xe更稳定

D．该核反应中质量增加

1369011C [该核反应方程为235 92U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋100n，选项A错误；用一个中子

136

轰击235该核反应会释放出能量，选项B错误；90 92U发生核反应，38Sr比 54Xe的比结合

能大，更稳定，选项C正确；该核反应中放出能量，有质量亏损，质量减小，选项D错误。]

8．(2020·临沂市、枣庄市6月高三联考)现代技术的发展促进了人们对原子、

原子核的认识，下列说法正确的是( )

A．β衰变说明原子核内部存在自由电子

B．核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收能量 C．汤姆孙根据α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型

14D．卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为42He＋ 71N→17 8O＋1H

D [β衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子，A错误；核反应过程中如果核子的平均质量减小，即发生质量亏损，会释放能量，B错误；卢瑟福根据α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，C错误；卢瑟福通

14171过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为4D正确。] 2He＋ 7N→ 8O＋1H，

9．(2020·山东新高考名校联系)物理学家查德威克在用α粒子轰击铍94Be的两种产物中发现了中子，由于中子不带电，所以容易打进原子核内，引起核反应。

141n如果速度为2.3×107 m/s的中子击中静止的氮核14 7N，核反应方程是 7N＋0n→mB4He，产生的氦核(4He)的速度大小是8.0×106 m/s，方向与碰前中子的速度方向＋22

在同一直线上，以反应前中子的速度方向为正方向。下列说法正确的是( )

4131A．α粒子轰击铍发生的核反应方程是94Be＋2He→ 6C＋0n

B．m－n＝6

5C．新核nmB的速度约为－4.1×10 m/s 5D．新核nmB的速度约为－8.2×10 m/s

1241D [根据电荷数守恒和质量数守恒可知94Be＋2He→ 6C＋0n，A错误；同理可

4知n－m＝6，B错误；用m1、m2和m3分别表示中子(10n)、氦核(2He)和新核的质

量，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3，代入数值得v3≈－8.2×105 m/s，C错误，D正确。]

10．(原创题)(多选)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计的

示数恰为零，此时电压表的示数U称为遏止电压，根据遏止电压U，可以计算出光电子的最大初动能Ek。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m、电荷量为e，则下列关系式正确的是( )

A．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v＝B．阴极金属的逸出功W0＝hν1－eU1 U1ν2－U2ν1

C．阴极金属的截止频率νc＝

U1－U2eU1－U2

D．普朗克常量h＝

ν2－ν1

AB [用频率为ν1的单色光照射阴极时，光电子在电场中做减速运动，根据动1

能定理得－eU1＝0－mv2，则光电子的最大初速度v＝

2

2eU1

m，故A正确；根据

2eU1m 爱因斯坦光电效应方程得hν1＝eU1＋W0 ①，hν2＝eU2＋W0 ②，由①得阴极金eU1－U2

属的逸出功W0＝hν1－eU1，联立①②解得普朗克常量h＝，故B正确，

ν1－ν2W0hν1－eU1ν1－ν2

D错误；阴极金属的截止频率νc＝h＝，故C错误。]

eU1－U2

11．(多选)(2020·江西南昌入学摸底测试)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流的大小与入射光的强度、频率等物理量的关系。图中A、K两极板间的电压大小可调，电源的正、负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射K，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。由图可知( )

甲 乙

A．单色光a和c的频率相同，但a更强些 B．单色光a和c的频率相同，但c更强些 C．单色光b的频率大于a的频率 D．单色光b的频率小于a的频率

1

AC [根据遏止电压与光电子最大初动能的关系有eUc＝mv2，由爱因斯坦光

212

电效应方程有mv＝hν－W0，又a、c图线与横轴交于同一点，可知单色光a和c

2的频率相同，由于a的饱和光电流大于c的，说明单色光a照射K产生的光电子数目大于单色光c照射K产生的光电子数目，所以单色光a更强些，选项A正确，1

B错误；根据遏止电压与光电子最大初动能的关系有eUc＝mv2，又U2>U1，可知

2单色光b照射K产生光电子的最大初动能大于单色光a照射K产生光电子的最大1

初动能，由爱因斯坦光电效应方程有mv2＝hν－W0，可知单色光b的频率大于单

2色光a的频率，选项C正确，D错误。]

12．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应

231为：21H＋1H→2He＋0n，其中氘核的质量为2.013 6 u，氦核的质量为3.015 0 u，中

子的质量为1.008 7 u。(1 u相当于931.5 MeV的能量)求：

(1)核反应中释放的核能；

(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。

[解析] (1)由质能方程得

ΔE＝Δm×931.5 MeV＝(2×2.013 6－3.015 0－1.008 7)×931.5 MeV≈3.26 MeV。

(2)设氦核和中子的动量大小分别为pHe、pn，动能分别为EkHe、Ekn。 由动量守恒定律有0＝pHe－pn

21pHe

则其动能EkHe＝mHev2 He＝22mHe21pn

2Ekn＝mnvn＝ 22mn

由能量守恒得2Ek＋ΔE＝EkHe＋Ekn 联立以上几式解得

EkHe≈0.99 MeV，Ekn≈2.97 MeV。

[答案] (1)3.26 MeV (2)2.97 MeV 0.99 MeV

13．(2018·全国卷Ⅱ·T17)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )

A．1×1014 Hz C．2×1015 Hz

B．8×1014 Hz D．8×1015 Hz

c

B [根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝hλ－hν0，代入数据解得ν0≈8×1014 Hz，B正确。]

14．(多选)(2020·全国卷Ⅲ·T19)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔，

271首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为4X会衰变成原子2He＋13Al→X＋0n。0e。则( ) 核Y，衰变方程为X→Y＋1

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2713Al的电荷数多2 D．X的质量数与2713Al的质量数相等

271AC [根据电荷数守恒和质量数守恒，可知42He＋13Al→X＋0n方程中X的质

量数为30，电荷数为15，再根据X→Y＋01e方程可知Y的质量数为30，电荷数为14，故X的质量数与Y的质量数相等，X的电荷数比Y的电荷数多1，X的电荷

27

数比2713Al的电荷数多2，X的质量数比13Al的质量数多3，选项A、C正确，B、D

错误。]

15．(多选)(2019·浙江高考·T15)静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，α粒子在磁场中运动的半径为R。则( )

A－44A．衰变方程可表示为AZX→Z－2Y＋2He

B．核Y的结合能为(mX－mY－mα)c2 C．核Y在磁场中运动的半径为

2R

Z－2

mYmX－mY－mαc2

D．核Y的动能为EkY＝

mY＋mα

A－44AC [衰变过程中质量数和电荷数均守恒，故该衰变方程为AZX→Z－2Y＋2He，

故A正确；结合能是把核子分开所需要的能量，而(mX－mY－mα)c2是衰变过程中释放的能量，故B错误；衰变过程中满足动量守恒定律，即有0＝mYvY－mαvα，mv

又粒子在磁场中做圆周运动的半径r＝qB，故核Y与α粒子在磁场中做圆周运动rYqα22R

的半径之比＝＝，故rY＝，C正确；衰变过程中根据能量守恒定律，

rαqYZ－2Z－21

mYv2Y

EkY22若释放的核能全部转化为动能，则EkY＋Ekα＝(mX－mY－mα)c，而＝＝Ekα12mαvα

2mαmX－mY－mαc2mαmYvY2mα

＝，联合上述二式可得EkY＝，若释放的核能不完mYmαvα2mYmY＋mα全转化为动能，则无法计算，故D错误。]