专题16 近代物理学 单元训练 -2026届高考物理一轮复习

专题16 近代物理学（综合训练） 考试范围：《近代物理学》 考试时间： 75分钟 试卷分值：100分 姓名： 班级： 考号： 成绩： 1、 单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.用α粒子(He)轰击氮核(N)，生成氧核(O)并放出一个粒子，该粒子是(　　) A．质子 B．电子 C．中子 D．光子 2.放射性元素放出的射线，在匀强电场中分成A、B、C三束，如图所示，其中(　　) A．C为氦原子核组成的粒子流 B．B为比X射线波长更长的电磁波 C．B为比X射线波长更短的电磁波 D．A为高速电子组成的电子流 3．2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年.1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为He＋N→X＋Y.以下判断正确的是(　　) A．m＝16，n＝1 B．m＝17，n＝1 C．m＝16，n＝0 D．m＝17，n＝0 4.“氡222检测”是指使用采样泵或自由扩散方法将待测空气中的氡抽入或扩散进入测量室，通过直接测量所收集氡产生的子体产物或经静电吸附浓集后的子体产物的α放射性，推算出待测空气中氡的浓度的测量过程．已知质量为m0的氡222，经过时间t后剩余的氡222质量为m，其－t图像如图所示．从图中可以得到氡222的半衰期为(　　) A．1.22 d B．3.91 d C．5.02 d D．3.80 d 5.钴60(Co)是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年．它发生β衰变变成镍60(Ni)同时放出能量高达315 keV的高速电子和两束γ射线．钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业．在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于人体肿瘤的放射治疗．关于钴60，下列说法正确的是(　　) A．发生β衰变的衰变方程为Co→Ni＋e B．将钴60放入高温高压环境中可以加快其衰变 C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 D．10 g钴60经过10.54年全部发生衰变 6.如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过荧光屏前相连的显微镜可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是(　　) A．在图中的A、B两位置分别进行观察，在相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多 B．在图中的B位置进行观察，在屏上观察不到任何闪光 C．卢瑟福选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似 D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹 7.原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有(　　) A.He核的结合能约为14 MeV B．两个H核结合成He核时释放能量 C.Li核比He核更稳定 D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 2、 多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.氢原子部分能级图如图所示，一群氢原子处于n＝3的激发态，下列说法正确的是(　　) A．氢原子向低能级跃迁时最多产生3种频率的光子 B．用0.07 eV的光子照射氢原子可使其跃迁 C．用0.07 eV动能的电子碰撞可使氢原子跃迁 D．当氢原子向低能级跃迁时，核外电子的动能增大，氢原子的总能量减小 答案　AD 9．核电站的核能来源于U核的裂变，下列说法正确的是(　　) A．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理 B.U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如Xe和Sr，反应方程式为U＋n→Xe＋Sr＋2n C.U原子核中有92个质子、143个中子 D．一个U核裂变的质量亏损为Δm＝0.215 5 u，则释放的核能约是201 MeV 10.如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为ν的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则(　　) A．测量遏止电压Uc时开关S应扳向“1” B．只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大 C．只增大光照强度时，图乙中I0的值会减小 D．阴极K所用材料的截止频率为 三、填空题（共计2题，共计15分） 11.100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni→Cu＋H＋X，该反应中的X是______(选填“电子”“正电子”或“中子”)．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)． 12．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角． (1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(选填“增大”“减小”或“不变”)． (2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(选填“有”或“无”)偏转． (3)为了进一步研究光电效应的规律，设计了如图所示的电路．图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极．现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计有示数；若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V，则光电管阴极材料的逸出功为________ eV；现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)． 四、解答题（共计3题，共计41分） 13.利用钚238发生衰变释放的能量可制造电池，核电池随嫦娥三号软着陆月球，并用于嫦娥三号的着陆器和月球车上．一个静止的钚核Pu(原子质量为m1)放出一个X粒子(原子质量为m2)后，衰变成铀核U(原子质量为m3)．已知光速为c. (1)判断X是什么粒子，并写出钚核的衰变反应方程； (2)计算该衰变反应中释放出的核能； (3)若释放的核能全部转化为新核和X粒子的动能，则X粒子的动能为多少？ 14.在方向垂直纸面的匀强磁场中，一个原来静止的Ra 原子核衰变后变成一个Rn核并放出一个粒子，该粒子的动能为Ek，速度方向恰好垂直磁场．Rn核和粒子的径迹如图所示，若衰变时产生的能量全部以动能的形式释放，真空中的光速为c，求： (1)写出这个核反应方程； (2)Rn核与粒子做圆周运动的半径之比； (3)衰变过程中的质量亏损． 15.一个静止的母核发生α衰变，产生的α粒子和子核的动能之和称为这个母核的α衰变能． (1)若在一次α衰变中静止的母核放出的α粒子动能为E，又知α粒子质量为m，子核Y的质量为M，求母核的α衰变能； (2)若母核释放的核能全部转化为α粒子和子核的动能，试分别判断Cu和Po能否发生α衰变？若能，求出其α衰变能(1 u相当于931.5 MeV，结果保留三位有效数字)． 一些原子核的静止质量 原子核 原子质量(u) He 4.002 6 Co 59.933 8 Cu 63.929 8 Pb 207.976 6 Po 211.988 9 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题16 近代物理学（综合训练）答案 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 答案 A C B D A C B 1.答案　A 解析　核反应方程为He＋N→O＋X，根据核反应的电荷数守恒、质量数守恒知，该粒子的电荷数为1，质量数为1，则该粒子是质子，故A正确，B、C、D错误 2.答案　C 解析　A沿电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B在电场中不偏转，所以是γ射线；C在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子流，所以是β射线；γ射线的波长比X射线的波长短，故选C. 3.答案　B 解析　根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可得：4＋14＝m＋1,2＋7＝8＋n，解得m＝17，n＝1，故B正确． 4.答案　D 解析　由题图可知质量为0.8m0的氡222变到0.4m0所用的时间Δt＝3.80 d,0.4m0的氡222变到0.2m0所用的时间Δt＝3.80 d，即氡222的半衰期为3.80 d，故A、B、C错误，D正确． 5.答案　A 解析　根据电荷数守恒、质量数守恒知钴60发生β衰变的衰变方程为Co→Ni＋e，故A正确．放射性元素衰变的快慢由核自身的因素决定，与所处的外部环境无关，故B错误．钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药物的示踪原子，故C错误.10.54年为两个半衰期，则剩下的钴60为原来的，没有全部衰变，故D错误． 6.答案　C 解析　α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度偏转，所以在A处观察到的屏上的闪光次数较多，在B处观察到的屏上的闪光次数较少，所以选项A、B错误．α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项D错误，C正确． 7.答案　B 解析　由题图可知，氦核的比结合能大约为7 MeV，氦核的核子数为4，则氦核的结合能大约为28 MeV，故A错误；两个比结合能小的H核结合成比结合能大的He核时，会释放能量，故B正确；比结合能越大，原子核越稳定，由题图可知，氦核的比结合能比锂核的大，则He核比Li核更稳定，故C错误；由题图可知，U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，故D错误． 二、多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 题号 8 9 10 答案 AD BCD AD 8.AD 解析　一群处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁时最多产生C＝3种频率的光子，故A正确；光子能量等于两能级的能量差时才能被氢原子吸收，所以0.07 eV的光子不能被吸收，故B错误；电子碰撞只能把其中一部分能量传递给氢原子，因而电子的动能需比氢原子的两能级的能量差大，故C错误；当氢原子向低能级跃迁时，核外电子的轨道半径减小，速度增大，动能增大，但氢原子向外释放能量，总能量减小，故D正确． 9.答案　BCD 解析　反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故A错误；发生核反应的过程满足电荷数守恒和质量数守恒，可判断B正确；92为U元素的质子数，中子数为235－92＝143，故C正确；根据质能方程与质量亏损可知，裂变时释放的能量是ΔE＝0.215 5×931.5 MeV ≈201 MeV，故D正确． 10.答案　AD 解析　测量遏止电压时应在光电管两端加反向电压，即开关S应扳向“1”，故A正确；由动能定理得eUc＝Ek，由爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，可知题图乙中Uc的值与光照强度无关，故B错误；题图乙中I0的值表示饱和光电流，增大光照强度时，饱和光电流增大，故C错误；由动能定理得eUc＝Ek，由hν＝Ek＋W0可得W0＝hν－eUc，则阴极K所用材料的截止频率为ν0＝＝，故D正确． 3、 填空题（共计2题，共计15分） 11.答案　中子(3分)　核裂变(3分) 解析　根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为0，所以X是中子．目前人类获得核能的主要方式是核裂变． 12.答案　(1)减小　(2)无　(3)4.5　为零(每空2分) 解析　(1)在A处用一紫外线灯照射锌板，锌板发生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，用一带少量负电的金属小球与锌板接触，会使锌板上带的正电减少，验电器指针偏角将减小． (2)用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板发生光电效应；改用红外线灯照射锌板，红外线的频率小于黄光的频率，红外线也不能使锌板发生光电效应，验电器指针无偏转． (3)当滑片滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V，说明遏止电压为6.0 V，即最大初动能Ek＝6.0 eV，光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV.现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数为零． 四、解答题（共计3题，共计42分） 13.答案　(1)α粒子　Pu→U＋He (2)(m1－m2－m3)c2 (3)(m1－m2－m3)c2 解析　(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可判断X粒子的质量数为4，电荷数为2，则知X是α粒子， 其核反应方程为Pu→U＋He. (2)根据爱因斯坦质能方程，知释放的能量为E＝(m1－m2－m3)c2. (3)系统动量守恒，铀核和α粒子的动量大小相等，根据动量守恒定律得pU＝pα， 根据动能与动量的关系Ek＝∝， 设α粒子的动能为Ek1，则铀核的动能为Ek1，则有Ek1＋Ek1＝E， 解得Ek1＝(m1－m2－m3)c2. 14.答案　(1)Ra→Rn＋He　(2)1∶43　(3) 解析　(1)根据质量数守恒与电荷数守恒，可得衰变方程为Ra→Rn＋He. (2)由动量守恒定律可知，新核与粒子的动量大小相等，即p1＝p2， 洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝m， 可知＝， 代入数据解得＝. (3)由动能与动量关系p＝＝， 解得Rn核获得的动能Ek′＝Ek， 核反应中释放的核能ΔE＝Ek＋Ek′， 由质能方程ΔE＝Δmc2，解得Δm＝. 15.答案　见解析 解析　(1)原子核衰变过程中，由动量守恒定律得0＝mv1－Mv2 α粒子的动能E＝mv12 子核的动能EY＝Mv22 母核的α衰变能为E′＝E＋EY＝(1＋)E (2)若Cu发生α衰变，方程为Cu→Co＋He 质量亏损Δm＝63.929 8 u－59.933 8 u－4.002 6 u＝－0.006 6 u 质量增加，故Cu不能发生α衰变，如果Po发生α衰变，方程为Po→Pb＋He 质量亏损Δm′＝211.988 9 u－4.002 6 u－207.976 6 u＝0.009 7 u 则Po发生α衰变，由质能方程ΔE＝Δmc2得Po发生α衰变过程中的α衰变能为 ΔE＝0.009 7×931.5 MeV≈9.04 MeV. 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题16 近代物理学（综合训练） 答题卡 ( 条形码 粘贴 区 域 ) 学校： 试卷类型：A B 缺考标记(考生禁止填涂) 班级： ( ) 姓名： 考号： ( 注 意 事 项 1 、答题前，考生须准确填写自己 的 姓名、准考证号，并认真核准条形码上的姓名、 准考证号。 2 、 第一部分选择题必须使用2B铅笔填涂，第二部分非选择题必须用0.5毫米黑色 墨水签字笔书写，涂写要工整、清晰。 3、按照题号在对应的答题区域内作答，超出各题答题区域的答案无效，在草稿纸、 试卷上作答无效。 4、保持卡面清洁，不要折叠、不要弄破。 填 涂 样 例 正确填涂 ■ ) ( 选择题 1 [A] [B] [C] [D] 6 [A] [B] [C] [D] 2 [A] [B] [C] [D] 7 [A] [B] [C] [D] 3 [A] [B] [C] [D] 8 [A] [B] [C] [D] 4 [A] [B] [C] [D] 9 [A] [B] [C] [D] 5 [A] [B] [C] [D] 10 [A] [B] [C] [D] 非选择题 三．填空题（共2题，共1 5 分） 11. 12. ) ( 请在各题目的答题区域内作答 ， 超出黑色矩形边框限定区域的答案无效 ) ( 请在各题目的答题区域内作答 ， 超出黑色矩形边框限定区域的答案无效 ) ( 13 （10分） 1 4 .（1 4 分） 1 5 .（1 8 分） ) ( 请在各题目的答题区域内作答 ， 超出黑色矩形边框限定区域的答案无效 ) 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题16 近代物理学（综合训练） 考试范围：《近代物理学》 考试时间： 75分钟 试卷分值：100分 姓名： 班级： 考号： 成绩： 1、 单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.用α粒子(He)轰击氮核(N)，生成氧核(O)并放出一个粒子，该粒子是(　　) A．质子 B．电子 C．中子 D．光子 2.放射性元素放出的射线，在匀强电场中分成A、B、C三束，如图所示，其中(　　) A．C为氦原子核组成的粒子流 B．B为比X射线波长更长的电磁波 C．B为比X射线波长更短的电磁波 D．A为高速电子组成的电子流 3．2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年.1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为He＋N→X＋Y.以下判断正确的是(　　) A．m＝16，n＝1 B．m＝17，n＝1 C．m＝16，n＝0 D．m＝17，n＝0 4.“氡222检测”是指使用采样泵或自由扩散方法将待测空气中的氡抽入或扩散进入测量室，通过直接测量所收集氡产生的子体产物或经静电吸附浓集后的子体产物的α放射性，推算出待测空气中氡的浓度的测量过程．已知质量为m0的氡222，经过时间t后剩余的氡222质量为m，其－t图像如图所示．从图中可以得到氡222的半衰期为(　　) A．1.22 d B．3.91 d C．5.02 d D．3.80 d 5.钴60(Co)是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年．它发生β衰变变成镍60(Ni)同时放出能量高达315 keV的高速电子和两束γ射线．钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业．在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于人体肿瘤的放射治疗．关于钴60，下列说法正确的是(　　) A．发生β衰变的衰变方程为Co→Ni＋e B．将钴60放入高温高压环境中可以加快其衰变 C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 D．10 g钴60经过10.54年全部发生衰变 6.如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过荧光屏前相连的显微镜可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是(　　) A．在图中的A、B两位置分别进行观察，在相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多 B．在图中的B位置进行观察，在屏上观察不到任何闪光 C．卢瑟福选用不同重金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似 D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹 7.原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有(　　) A.He核的结合能约为14 MeV B．两个H核结合成He核时释放能量 C.Li核比He核更稳定 D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 2、 多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.氢原子部分能级图如图所示，一群氢原子处于n＝3的激发态，下列说法正确的是(　　) A．氢原子向低能级跃迁时最多产生3种频率的光子 B．用0.07 eV的光子照射氢原子可使其跃迁 C．用0.07 eV动能的电子碰撞可使氢原子跃迁 D．当氢原子向低能级跃迁时，核外电子的动能增大，氢原子的总能量减小 答案　AD 9．核电站的核能来源于U核的裂变，下列说法正确的是(　　) A．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理 B.U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如Xe和Sr，反应方程式为U＋n→Xe＋Sr＋2n C.U原子核中有92个质子、143个中子 D．一个U核裂变的质量亏损为Δm＝0.215 5 u，则释放的核能约是201 MeV 10.如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为ν的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则(　　) A．测量遏止电压Uc时开关S应扳向“1” B．只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大 C．只增大光照强度时，图乙中I0的值会减小 D．阴极K所用材料的截止频率为 三、填空题（共计2题，共计15分） 11.100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni→Cu＋H＋X，该反应中的X是______(选填“电子”“正电子”或“中子”)．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)． 12．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角． (1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(选填“增大”“减小”或“不变”)． (2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(选填“有”或“无”)偏转． (3)为了进一步研究光电效应的规律，设计了如图所示的电路．图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极．现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计有示数；若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V，则光电管阴极材料的逸出功为________ eV；现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)． 四、解答题（共计3题，共计41分） 13.利用钚238发生衰变释放的能量可制造电池，核电池随嫦娥三号软着陆月球，并用于嫦娥三号的着陆器和月球车上．一个静止的钚核Pu(原子质量为m1)放出一个X粒子(原子质量为m2)后，衰变成铀核U(原子质量为m3)．已知光速为c. (1)判断X是什么粒子，并写出钚核的衰变反应方程； (2)计算该衰变反应中释放出的核能； (3)若释放的核能全部转化为新核和X粒子的动能，则X粒子的动能为多少？ 14.在方向垂直纸面的匀强磁场中，一个原来静止的Ra 原子核衰变后变成一个Rn核并放出一个粒子，该粒子的动能为Ek，速度方向恰好垂直磁场．Rn核和粒子的径迹如图所示，若衰变时产生的能量全部以动能的形式释放，真空中的光速为c，求： (1)写出这个核反应方程； (2)Rn核与粒子做圆周运动的半径之比； (3)衰变过程中的质量亏损． 15.一个静止的母核发生α衰变，产生的α粒子和子核的动能之和称为这个母核的α衰变能． (1)若在一次α衰变中静止的母核放出的α粒子动能为E，又知α粒子质量为m，子核Y的质量为M，求母核的α衰变能； (2)若母核释放的核能全部转化为α粒子和子核的动能，试分别判断Cu和Po能否发生α衰变？若能，求出其α衰变能(1 u相当于931.5 MeV，结果保留三位有效数字)． 一些原子核的静止质量 原子核 原子质量(u) He 4.002 6 Co 59.933 8 Cu 63.929 8 Pb 207.976 6 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $