章末卷16 近代物理初步-【高考领航】2026年高考物理总复习四测通关卷

章末卷16　近代物理初步 1．C　设Y的质量数为a，电荷数为b，根据质量数守恒与电荷数守恒有a＋243＝A＋2×1，b＋95＝119，解得b＝24，A、B错误；当a＝54时，则有A＝295，C正确，D错误。 2．D　当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程eU1＝hν1－W0，故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；若改用比ν1更大频率的光照射时，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表示数大于U，故B错误；其他条件不变时，使开关S接2，此时hν1＞W0，可发生光电效应，故电流表示数不为零，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程eU1＝hν1－W0，其中W0＝hνc，联立解得νc＝ν1－，故D正确。 3．C　原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，A错误；核的结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，B错误；一个重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，C正确；由原子核的比结合能曲线可知核中核子的比结合能比核中核子的比结合能大，D错误。 4．D　根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变为时产生电子，即β粒子，故A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变为时产生，即α粒子，故B错误；根据题意可知的半衰期大于的半衰期，现用相同数目的和各做一块核电池，经过相同的时间Sr经过的半衰期的次数多，所以数目小于的数目，故D正确，C错误。 5．D　据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，故X是中子，中子是查德威克通过实验最先发现的，A错误；核子数最多，结合能最大，但、比结合能较大，较稳定，B错误；半衰期针对的是大量原子核的统计规律，对于1000个不适用，C错误；核裂变中，中子的速度不能太快，否则铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变，D正确。 6．D　若10.3 eV的光子照射处于基态的氢原子后能被氢原子吸收，则此时氢原子的能量值E＝－13.6 eV＋10.3 eV＝－3.3 eV，由能级图可知，氢原子没有该能级，所以10.3 eV的光子不可以使处于基态的氢原子发生跃迁，A错误；一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光子，B错误；由能级图可知，用10.0～12.75 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种，C错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量E41＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，由光电效应方程有Ek＝hν－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，D正确。 7．C　根据光电效应方程Ek＝hν－W，再根据动能定理Ue＝Ek，联立可得Ue＝hν－W，利用图像遏止电压的值可知νa<νb<νc，而光子动量和能量之间的关系p＝，因此光子动量之间的关系为pa<pb<pc，A错误；由图像可知，c光的遏止电压最大，根据动能定理，c光使其逸出的光电子的最大初动能最大，而出射的各种电子初动能不一定都最大，B错误；根据ν＝可知λa>λb>λc，根据双缝干涉相邻亮(暗)条纹间距公式Δx＝λ，可知通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大，C正确；若这三种光是原子从能级n＝3跃迁到较低能级时发出的光，利用光电效应方程可知h，整理得，D错误。 8．AD　由电荷数和质量数守恒可知X为电子，因此该核反应为r发生β衰变，故A正确；环境温度变化，不会改变原子核的半衰期，故B错误；半衰期是一个统计规律，只有针对大量原子核才有统计意义，100个r衰变具有随机性，故C错误；r衰变为放出β粒子，发生了质量亏损，而核子数不变，所以平均核子质量变小，比结合能变大，故D正确。 9．BC　根据质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程为Y＋e，故A错误；此反应中放出的总能量ΔE＝(mX－mY－mα)c2，故B正确；核反应前后系统动量守恒，即mYvY＝mαvα，新核和α粒子在磁场中做圆周运动时，洛伦兹力提供向心力，有Bqv＝，联立两式可知核Y和α粒子在磁场中运动的半径之比，α粒子在磁场中运动的半径为R，所以核Y在磁场中运动的半径rY＝，故C正确；核X发生衰变后，根据能量守恒定律有ΔE＝mYvY2＋mαvα2，又由于mYvY＝mαvα，联立两式整理得核Y的动能mYvY2＝ΔE，代入ΔE可知，D错误。 10．AD　由双缝干涉条纹间距Δx＝λ、电子动量pe＝联立解得pe＝，A正确；电子的动能Ek＝，解得Ek＝2，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程，光子的能量E＝W0＋Ek，故E＝W0＋2，C错误；光子的动量p＝，解得p＝，D正确。 11．解析：(1)绿光光子的能量ε＝hν＝ 根据P0＝Nhν 得单位时间内绿光源发射的光子数N＝。 (2)单位时间内进入人眼的光子数 n＝×π2＝。 答案：(1)　(2) 12．解析：(1)衰变方程为U＋e。 (2)衰变时，根据动量守恒定律得mv－Mv′＝0 在磁场中，根据牛顿第二定律得qvB＝m 解得r＝ 所以铀核在磁场中运动的轨道半径为R＝ 根据T＝m 解得T＝ 环形电流大小 I＝。 (3)根据题意可得μ＝I·πR2 解得μ＝。 答案：U＋e　(2)　(3)μ＝ 13．解析：(1)根据核裂变规律可得＋Sr＋Xe＋。 (2)裂变过程的质量亏损为 Δm＝mU＋mn－mXe－mSr－10mn＝0.1507 u 释放的能量为ΔE＝Δmc2＝0.1507×931.5 MeV≈140.4 MeV。 (3)核电站一年的发电量为 E＝Pt＝2×125×107×365×24×60×60 J＝7.884×1016 J 由E＝NΔE＝NAΔE 得m＝ 代入数据解得m≈45.7 t。 答案：U＋Sr＋e＋n (2)140.4 MeV　(3)45.7 14．解析：(1)每个光子的能量E＝hν 每个光子的动量为p＝ 光电子从K逸出时的最大初动能Ek＝ E－W0 光电子到达A时的最大动能Ekm＝ Ek＋eU ＝ E－W0＋eU。 (2)通过微安表的电流强度I＝＝Ne 设t秒发射总光子数为n，则·S＝Nt t秒辐射光子的总能量E′＝nE＝·t 点光源辐射高频光子的功率P＝ 光电管距点光源的距离R＝ 。 答案：(1)　E－W0＋eU　(2)Ne　 15．解析：(1)由爱因斯坦光电效应方程 mvm2＝h－W0 所以λ＝ 由动能定理得－eUc＝0－mvm2 所以Uc＝。 (2)①速度为的电子刚好能到达阳极的临界轨迹如图所示 即从N点沿切线方向进入磁场的电子在磁场中轨迹是半圆弧，ON为其直径，所以r1＝ 由洛伦兹力提供向心力可得 e 所以B＝。 ②速度为vm的 电子半径设为r2，则evmB＝ 所以r2＝R 即电子以最大速度vm与ON成30°进入磁场时刚好到达阳极O，从N点射入的电子速度方向合适，在之间均可到达阳极O处；当电子从P点以最大速度vm与OP成30°方向射出，电子刚好与磁场边界OM相切，即能到达阳极O处的光电子只分布在NP之间，如图所示 所以k＝。 答案：(1)　(2)①　② 学科网（北京）股份有限公司 $ 章末卷16　近代物理初步 (满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求) 1．(2024·广东卷)我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”，其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素。科学家尝试使用核反应Y ＋X＋n产生该元素。关于原子核Y和质量数A。下列选项正确的是(　　) A．Y为e，A＝299 B．Y为e，A＝301 C．Y为r，A＝295 D．Y为r，A＝297 2．(2024·海南卷)利用如图所示的装置研究光电效应，单刀双掷开关S接1，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　) A．其他条件不变，增大光强，电压表示数增大 B．改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U C．其他条件不变，使开关S接2，电流表示数仍为零 D．光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－ 3．原子核的比结合能是原子核稳定程度的量度，原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列说法正确的是(　　) A．原子核的结合能越大，原子核就越稳定 BHe核的结合能约为14 MeV C．一个重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 Kr核中核子的比结合能比a核中核子的比结合能小 4．2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知r衰变为的半衰期约为29年；u衰变为的半衰期约87年。现用相同数目的r和u各做一块核电池，下列说法正确的是(　　) ASr衰变为时产生α粒子 BPu衰变为时产生β粒子 C．50年后，剩余的r数目大于u的数目 D．87年后，剩余的r数目小于u的数目 5．现代核电站主要是通过可控链式裂变反应来实现核能的和平利用U是核裂变的主要燃料之一、铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是＋Ba＋r＋n。关于该核反应，下列说法正确的是(　　) A．X是质子，质子是卢瑟福通过实验最先发现的 BU与a、相比U核子数最多，结合能最大，最稳定 CU有放射性，经过一个半衰期，1000个U只剩下500个未衰变 D．该核反应中，X的速度不能太快，否则铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变 6．原子钟通过氢原子能级跃迁而产生的电磁波校准时钟，已运用于中国的北斗导航系统中，对导航精度的提高起到了很大的作用。氢原子能级示意图如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．用10.3 eV的光子照射处于基态的氢原子可以使处于基态的氢原子发生跃迁 B．一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射出6种不同频率的光子 C．现用光子能量介于10.0～12.75 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，在照射光中可能被处于基态的氢原子吸收的光子能量只有4种 D．用氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂所产生的光电子的最大初动能为6.41 eV 7．如图甲所示为氢原子的能级图，用同一光电管研究氢原子发出的a、b、c三种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图乙。则这三种光(　　) 甲　　　　　　　　　　乙　 A．光子动量pa>pb>pc B．照射该光电管时c光使其逸出的光电子初动能最大 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大 D．若这三种光是原子从能级n＝3跃迁到较低能级时发出的光，则c光的波长可以表示为λc＝λa＋λb 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8．核污水中的放射性元素对人类社会和海洋生态环境健康的潜在威胁难以估量，其中核反应之一为Y＋Sr的半衰期为28年，下列说法正确的是(　　) A．该核反应r中发生了β衰变 B．环境温度升高，分子热运动剧烈程度增大r的半衰期减小 C．100个r原子核经过28年，只剩50个r原子核未衰变 DY的比结合能比r的比结合能大 9．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，假设核反应过程中释放的能量全部转化为α粒子和Y核的动能。α粒子在磁场中运动的半径为R。则(　　) A．衰变方程可表示为Y＋e B．核反应中释放的核能为(mX－mY－mα)c2 C．Y核在磁场中运动的半径为 D．Y核的动能为EkY＝ 10．有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx，已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则(　　) A．电子的动量pe＝ B．电子的动能Ek＝ C．光子的能量E＝W0＋ D．光子的动量p＝ 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11．(7分)人眼对绿光最为敏感。 现有一个绿光光源以P0的功率均匀地向各个方向发射波长为λ的绿光，人站在离光源为L的地方，人眼瞳孔的直径为d，不计空气对光的吸收，普朗克常量为h，真空中光速为c，球体表面积公式为S＝4πr2。 (1)绿光光子的能量ε为多大？单位时间内绿光源发射的光子数N为多少？ (2)单位时间内进入人眼的光子数n又为多少？ 12．(9分)在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电(PuO2中的Pu是u。已知u衰变后变为和一个X粒子。若静止的u在磁感应强度大小为B的匀强磁场中发生衰变，X粒子的速度大小为v，方向与匀强磁场的方向垂直，在磁场中做匀速圆周运动。已知X粒子的质量为m，电荷量为q。 (1)写出u发生衰变的核反应方程； U在磁场中的圆周运动可等效成一个环形电流，求U做圆周运动的周期T和环形电流大小I； (3)磁矩是描述环形电流特征的物理量，把粒子做圆周运动形成的环形电流与圆环面积的乘积叫做粒子的回旋磁矩，用符号μ表示。试推导粒子回旋磁矩μ的表达式。 13．(10分)山东海阳核电站一期工程建设了两台125万千瓦的AP1000三代核电机组。如果铀235在中子的轰击下裂变为r和e，质量mU＝235.0439 u，mn＝1.0087 u，mSr＝89.9077 u，mXe＝135.9072 u。 (1)写出裂变方程； (2)求出一个铀核裂变放出的能量；(1 u＝931.5 MeV/c2) (3)若铀矿石的浓度为3%，一期工程投产发电后，一年将消耗多少吨铀矿石？(阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol-1，1 eV＝1.6×10-19 J) 14．(13分)某点光源以功率P向外均匀辐射某频率的光子，点光源正对图中的光电管窗口，窗口的有效接收面积为S，每个光子照射到阴极K都能激发出一个光电子。已知闭合开关时电压表示数为U，阴极K的逸出功为W0，光速为c，电子电荷量为e，光子能量为E，光电管每秒接收到N个光子。求： (1)光子的动量大小p和光电子到达阳极A时的最大动能Ekm； (2)微安表的最大电流强度I和光电管窗口距点光源的距离R。 15．(15分)图甲是半径为R的四分之一圆柱面阴极MN和位于圆柱面轴线OO′上的阳极构成光电管的示意图，某单色光照射阴极，逸出的光电子到达阳极形成光电流。已知阴极材料的逸出功为W0，光电子的最大初速度为vm，电子电荷量为－e、质量为m，真空中光速为c，普朗克常量为h。 甲 乙 (1)求入射光的波长λ和遏止电压Uc； (2)图乙是光电管横截面示意图，在半径为R的四分之一圆平面内加垂直纸面向外的匀强磁场，只研究在该截面内运动的光电子，仅考虑洛伦兹力作用，要使从阴极上N点逸出的光电子运动到阳极，速度至少为。 ①求磁感应强度的大小B； ②若阴极表面各处均有光电子逸出，求能到达阳极的光电子逸出区域与整个阴极区域的比值k。 学科网（北京）股份有限公司 $