专题06 近代物理（期末复习专项训练）高二物理下学期沪科版

**基本信息** 聚焦近代物理核心模块，以题型为载体系统覆盖微观粒子性质到原子核反应，知识逻辑递进，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |光电效应和康普顿效应|5题|实验装置分析、方程应用|从光的粒子性切入，结合能量守恒理解效应本质| |波粒二象性|5题|氢原子跃迁、德布罗意波长计算|衔接光的粒子性与实物粒子波动性，体现波粒统一| |核式结构模型 玻尔的原子模型|5题|α粒子散射、能级跃迁|从核式结构实验到玻尔模型理论，构建原子结构认知| |放射性元素衰变|5题|衰变方程、半衰期计算|基于核反应规律，分析衰变类型及守恒关系| |核力与结合能 核能|综合题|结合能图像、核能计算|从核力本质到结合能应用，关联能量观念与科学推理|

专题06 近代物理（专项训练） 题型1光电效应和康普顿效应 题型2波粒二象性 题型3核式结构模型 玻尔的原子模型 题型4放射性元素衰变 题型5核力与结合能 核能 题型1. 光电效应和康普顿效应 1．研究光电效应现象的装置如图所示。图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K极受到光照时能够发射电子。用光子能量为的光照射K极，滑动变阻器的滑片在图示位置时，电源接，电流表的读数为。已知K极材料的逸出功为。下列说法正确的是（　　） A．光电子的最大初动能为 B．图示位置电压表的读数大于 C．从图示位置向左移动滑片P，电流表读数变小 D．切换到供电，移动滑片P，电流表示数始终大于 【答案】D 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程 代入，得，故A错误； B．电路接时，K接正、A接负，光电管加反向电压。此时有光电流，说明反向电压小于遏止电压，因此电压表读数应小于，故B错误； C．图示位置接，滑片左移时会使反向电压减小。反向电压减小，光电流应增大，而非减小，故C错误； D．切换到后，光电管加正向电压。即使滑片移到使电压为零，由于没有反向电场阻碍，那些原本被遏止的低动能电子也能到达A极，因此光电流必然大于原来反向电压时的；正向电压增大时，电流继续增大直至饱和，故始终大于，故D正确。 故选D。 2．如图甲为研究光电效应的实验电路，图乙横坐标为实验中AK间的电压电势高于K为正，纵坐标为入射光的频率，图乙中BC为平行于U轴的直线，CD是一条倾斜的直线，BCD沿轴向上的区域表示能产生光电流的区域。下列说法正确的是（　　） A．BC对应的为滑片P在Oa之间的数据 B．CD对应的为滑片P在Ob之间的数据 C．电压为一定值时，仅增大光照强度，光电流可能会增大 D．BC段光照强度为一定值时，增大电压，光电流一定增大 【答案】C 【详解】AB．根据光电效应特点可知，BC段对应正向电压，即滑片P在Ob之间的数据，CD段对应滑片P在Oa之间的数据，故AB错误； C．电压为一定值时，若光电流没有达到饱和，增大光照强度，单位时间内产生的光电子增多，光电流可能会增大，故C正确； D．BC段光照强度为一定值时，增大电压，光电流可能增大，若已经达到饱和光电流，则增大电压，光电流不再增大，故D错误。 故选C。 3．某同学在探究光电效应规律时，用不同波长的光线照射某种金属的表面发生了光电效应，得到光电子的最大初动能随入射光波长的倒数的变化图线如图所示，已知普朗克常量为，真空中的光速为。则下列判断正确的是（　　） A．图线的斜率为 B．该种金属的逸出功为 C．该种金属的截止频率为 D．要使该种金属发生光电效应，入射光的波长需要大于 【答案】A 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程 结合频率与波长的关系 代入整理得： 由推导式可知，关于的一次函数图线，斜率为，故A正确； B．由图可知，当时 代入得 解得逸出功 故B错误； C．截止频率满足 ，得 故C错误； D．发生光电效应需要，即 整理得 即入射光波长需要小于 故D错误； 故选A。 4．动量守恒定律和能量守恒定律不仅适用于宏观物理过程，也适用于微观领域，是解释自然现象的重要规律。在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，有波长与入射波长不同的成分，这个现象称为康普顿效应。科学家用光子与静止（或低速）电子碰撞的模型成功解释了这种效应。逆康普顿效应可看作光子与高速运动电子碰撞的过程，其动量和能量转移的方向与康普顿效应相反。下列说法正确的是（　　） A．康普顿效应中，散射光的波长与散射角无关 B．光子与静止的电子作用可能发生逆康普顿效应 C．光子与高速电子作用后波长变大 D．可见光与高速电子作用后可能产生射线 【答案】D 【详解】A．康普顿散射的波长偏移满足公式 ，其中为散射角，可知散射光波长与散射角有关，故A错误； B．根据题干定义，逆康普顿效应是光子与高速运动电子碰撞的过程，光子与静止电子作用只会发生普通康普顿效应，故B错误； C．光子与高速电子发生逆康普顿效应时，高速电子将部分能量转移给光子，光子能量增大，由光子能量公式可知，光子波长会变小，故C错误； D．可见光光子能量较低，与高速电子作用后获得能量，频率升高、波长变短，可达到X射线的能量/波长范围，因此可能产生X射线，故D正确。 故选D。 5．2024年4月，浙江大学宣布成功研发出万通道3D纳米激光直写光刻机，为光子芯片制造提供关键技术支撑。已知普朗克常量为，光速为，若该激光的波长为，频率为，则其光子的动量为（     ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据德布罗意波长关系，光速满足，可得光子的动量为 故选D。 题型2. 波粒二象性 6．大量处于某一激发态的氢原子向基态跃迁时，能够产生6种不同频率的光，波长分别为、、、、、，且，已知氢原子基态的能量为，第能级的能量（其中，，，…），则下列说法正确的是（　　） A．这些氢原子最初处于第3能级 B．波长为的光子动量最小 C． D． 【答案】D 【详解】A．根据跃迁谱线数公式有 解得 可知氢原子最初处于第4能级，故A错误； B．根据光子能量可知，波长越长对应能级差越小，能级差从小到大的跃迁分别为 、 、 、 、 、，根据可知，对应动量最大，故B错误； C．的能级差满足 即 整理得，故C错误； D．的能级差满足 即 整理得，故D正确。 故选D。 7．我国预计2027年发射巡天空间望远镜（CSST），与天宫空间站共轨飞行，其设计能记录单个光子到达的时刻与能量，并利用光谱分析重构遥远星系的精细结构。关于遥远星系辐射的星光说法正确的是（　　） A．是一种纵波 B．仅具有粒子性 C．仅具有波动性 D．具有波粒二象性 【答案】D 【详解】A．遥远星系的星光属于电磁波，电磁波的振动方向与传播方向垂直，是横波，不是纵波，故A错误； BCD．光既具有粒子性（如光电效应、光子能量特性）也具有波动性（如干涉、衍射现象），并非仅具有粒子性或波动性，故BC错误，故D正确。 故选D。 8．关于光电效应，下列说法正确的是（　　） A．光电效应说明光具有波动性 B．光电效应说明光具有粒子性 C．光电效应说明光既具有波动性又具有粒子性 D．光电效应说明光既不具有波动性也不具有粒子性 【答案】B 【详解】A．光电效应无法用波动性解释（如截止频率的存在），故A错误； B．光电效应中光子能量与频率相关，支持光的粒子性，故B正确； C．单个现象（光电效应）仅体现粒子性，未直接说明波动性，故C错误； D．光电效应明确支持粒子性，故D错误。 故选B。 9．量子隧穿效应是当电子等实物粒子从势垒（可以理解为是一种能量超障）的一边入射时，即使它们不具有足够的动能从势垒顶部翻越过去，它们仍然有一定概率能够穿过势垒的现象。粒子隧穿的概率，，其中为粒子质量，为普朗克常量，为势垒的高度（单位是能量单位），为粒子的能量，为势垒的宽度（单位是长度单位）。扫描隧道显微镜是根据量子隧穿效应设计的，当金属探针的针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时，在针尖与金属样品之间加一大小为的电压，针尖与样品之间产生隧穿效应而有电子逸出，形成隧穿电流。若探针沿样品表面按给定速度匀速扫描时，样品表面原子的凹凸不平，使探针与样品表面间的距离（势垒宽度）不断发生改变，从而引起隧穿电流随时间不断发生变化，这种变化反映了样品表面原子水平的凹凸形态。设电子的电荷量为，下列说法正确的是（     ） A．扫描隧道显微镜可以探测绝缘样品的表层信息 B．量子隧穿效应体现了实物粒子的粒子性 C．改变探针和样品之间的电压可以改变电子的能量 D．扫描隧道显微镜系统中产生隧穿效应的电子应满足 【答案】C 【详解】A．扫描隧道显微镜依靠针尖和样品之间的隧穿电流工作，绝缘样品无法导电，不能形成隧穿电流，因此无法探测绝缘样品的表层信息，故A错误； B．量子隧穿效应是实物粒子波动性的体现，和粒子性无关，故B错误； C．探针和样品之间加电压后，电场对电子做功，电子的能量与电压 之间的关系为，改变可以改变电子的能量，故C正确； D．量子隧穿效应的定义就是粒子能量小于势垒高度（）时仍有概率穿过势垒的现象，若粒子可直接翻越势垒，不属于隧穿效应，故D错误。 故选C。 10．一个静止的电子，在经过电压加速后，其德布罗意波长为。若要让另一同样的静止电子的德布罗意波长为，则加速电压值为（     ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】电子在加速电场中，由动能定理得 解得动量 结合德布罗意波长公式 联立得 可知德布罗意波长与加速电压的平方根成反比，即 将已知条件， 解得 故选A。 题型3. 核式结构模型 玻尔的原子模型 11．α粒子散射实验中，α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力作用而发生的，如图所示为某一α粒子经过原子核附近时的轨迹如图中实线所示，图中P、Q为轨迹上的点，两虚线和轨迹将平面分为五个区域，不考虑其他原子核对该α粒子的作用，下列说法正确的是（　　） A．α粒子在靠近金原子核的过程中电势能逐渐减小 B．该原子核的位置可能在①区域 C．根据α粒子散射实验可以估算原子核大小数量级为 D．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子的运动轨迹与图中α粒子的运动轨迹不同 【答案】D 【详解】A．α粒子在靠近金原子核的过程中，库仑斥力对α粒子做负功，电势能逐渐增大，故A错误； B．若该原子核处于①区域，α粒子受到库仑斥力后应该向区域②弯曲，所以该原子核的位置不可能在①区域，故B错误； C．根据α粒子散射实验可以估算原子核大小数量级为，故C错误； D．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子方向不发生改变，只有少数的α粒子发生了较大角度的偏转，所以绝大多数α粒子的运动轨迹与图中α粒子的运动轨迹不同，故D正确。 故选D。 12．卢瑟福及其团队通过粒子散射实验构建起原子的核式结构模型，该实验还可以估算金原子核的半径。如图为粒子散射图景，已知放射源发出的粒子初动能为，粒子在金原子核所产生电场中具有的电势能，式中为粒子到金原子核中心的距离，由此估算金原子核半径为（     ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】粒子靠近金原子核过程中只有电场力做功，动能与电势能之和守恒。当正对金原子核运动的粒子到达最近距离时，动能全部转化为电势能，此时的最近距离可近似认为是金原子核的半径。已知， 根据能量守恒，初动能全部转化为电势能，满足 解得金原子核半径的估算值为 故选B。 13．如图所示为氢原子的能级图。一群氢原子处于的激发态上，根据玻尔理论，下列说法正确的是（　　） A．原子向的能级跃迁需要吸收能量 B．原子至少需要吸收的能量才能发生电离 C．原子跃迁到低能级后电子动能不变 D．原子向低能级跃迁只能发出 2 种不同频率的光子 【答案】B 【详解】A．高能级能量高于低能级，原子从高能级向低能级跃迁时，会释放能量，故A错误； B．处于能级的氢原子能量为，电离要求电子能量至少变为，因此至少需要吸收能量，故B正确； C．电子绕核运动时，库仑力提供向心力 得电子动能 跃迁到低能级后轨道半径减小，电子动能增大，故C错误； D．一群处于激发态的氢原子向低能级跃迁，不同跃迁组合共种，能发出3种不同频率的光子，故D错误。 故选B。 14．如图所示为氢原子的能级示意图，若大量的氢原子从某一激发态向基态跃迁时能发射波长为、、的三种光，已知，三种光子对应动量分别为、、，下列说法正确的是（     ） A．该氢原子跃迁可能放出γ射线 B．该氢原子处于 C．三种光子动量的关系 D．三种波长的关系 【答案】C 【详解】B．大量氢原子从某一激发态向基态跃迁时能发射三种光，则有 解得，故B错误； A．该氢原子跃迁释放的最大能量值为 属于紫外线，该氢原子跃迁不可能发出射线，故A错误； C．根据康普顿效应可知，光子的动量为 因为 所以，故C正确； D．根据 可知能级差越大放出的光子的波长越短，可得是向跃迁放出的光子波长，是向跃迁放出的光子波长，是向跃迁放出的光子波长，由能级差关系可知，， 即 即 可得，故D错误。 故选C。 15．氢原子能级如图所示。现有大量氢原子处于能级，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为4.54eV的金属钨，可使钨逸出电子的光子种类有（     ） A．3种 B．2种 C．1种 D．均不能发生光电效应 【答案】B 【详解】大量氢原子处于能级，在向低能级跃迁时放出种不同频率的光子，其中照射逸出功为4.54eV的金属钨，可使钨逸出电子的光子能量应大于等于4.54eV，则对应的跃迁为3→1[（-1.51eV）-（-13.6eV）=12.09eV]，以及2→1[（-3.4eV）-（-13.6eV）=10.2eV]。 故选B。 题型4. 放射性元素衰变 16．（多选）钚（）衰变为铀（），半衰期约为88年，能产生持久稳定的热能，是目前用于核武器与快堆燃料最主流、最硬核的高科技应用。的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．衰变方程中的为粒子 B．的比结合能比的比结合能小 C．一定质量的经过176年约有发生了衰变 D．发生衰变时质量亏损，所以质量数不守恒 【答案】ABC 【详解】A．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒，X的质量数为，电荷数为，即X为粒子（），故A正确； B．该衰变释放能量，说明生成物原子核更稳定，而比结合能越大原子核越稳定；且重核区质量数越小比结合能越大，因此的比结合能比小，故B正确； C．176年为2个半衰期，剩余未衰变的钚质量为，因此约有的钚发生衰变，故C正确； D．核反应前后质量数（核子总数）一定守恒，质量亏损是指原子核静止质量减少，不影响质量数守恒，故D错误。 故选ABC。 17．（多选）在垂直纸面向里的磁场中，有一原子核发生衰变生成新的原子核，下列说法正确的是（     ） A．原子核衰变的周期，与压强有关，压强越大，衰变周期变大 B．若原子核的衰变是衰变，则半径较小的是新核 C．原子核核反应的方程可以是 D．原子核衰变时会发生质量亏损，反应前的质量大于反应后的，需要吸收能量 【答案】BC 【详解】A．原子核衰变的周期，由原子核本身的性质决定，与压强无关，故A错误； B．由图可知，两个轨迹圆外切，根据洛伦兹力提供向心力，可知两个粒子的偏转方向相反，故两个粒子都带正电，所以该原子核的衰变是衰变；在衰变过程中满足动量守恒而且总动量为0，则衰变刚结束时，粒子与新核X的动量等大反向，设动量大小为；两个粒子在磁场做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力 解得 可知电量越小，半径越大，故半径大的是粒子，半径小的是新核，故B正确； C．根据方程 可知该方程是一个衰变方程，符合轨迹圆外切情况，且质量数和电荷数都守恒，故该衰变方程符合衰变的性质，C正确； D．原子核衰变时会发生质量亏损，反应前的质量大于反应后的质量，根据爱因斯坦质能方程，可知该过程向外放出能量，故D错误。 故选BC。 18．（多选）自然界中几乎没有天然的钚−239，人们利用核反应堆中产生的中子轰击铀−238，生成物衰变后成为钚−239，核反应方程为。已知钚−239的半衰期为2.41万年，则下列说法正确的是（　　 ） A．是 B．该反应为核聚变反应 C．温度升高时钚−239的半衰期将小于2.41万年 D．钚−239经过4.82万年有发生了衰变 【答案】AD 【详解】A．根据核反应质量数、电荷数守恒，左侧总质量数为，总电荷数为；右侧的质量数为239、电荷数为94，设的质量数为、电荷数为，可得、 解得、 即是，故A正确； B．核聚变是轻核结合成质量较大的核的反应，该反应是中子轰击重核的人工核转变，不属于核聚变，故B错误； C．半衰期由原子核内部自身性质决定，与温度、压强等外界条件无关，温度升高时钚的半衰期仍为2.41万年，故C错误； D．4.82万年为2个半衰期，剩余未衰变的钚质量为 因此发生衰变的质量为，故D正确。 故选AD。 19．（多选）自然界中几乎没有天然的钚，人们利用核反应堆中产生的中子轰击铀，生成物衰变后成为钚，核反应方程为。已知钚的半衰期为2.41万年，则下列说法正确的是（　　） A．X是 B．该反应为核聚变反应 C．温度升高时钚的半衰期将仍为2.41万年 D．1g钚经过4.82万年有发生了衰变 【答案】ACD 【详解】A．根据反应过程满足质量数和电荷数守恒，可知X的质量数为0，电荷数为，则X是，故A正确； B．核聚变是轻核结合成质量较大的核的反应，该反应是中子轰击重核的人工核转变，不属于核聚变，故B错误； C．半衰期由原子核内部自身性质决定，与温度、压强等外界条件无关，温度升高钚的半衰期仍为2.41万年，故C正确； D．4.82万年为2个半衰期，则1 g钚经过4.82万年剩余未衰变的质量为 可知有发生了衰变，故D正确。 故选ACD。 20．（多选）在陨石年代测定中，锆石中的和会分别衰变为和。某锆石形成时与的物质的量之比为，现测得二者物质的量之比为已知的半衰期约为45亿年，的半衰期约为135亿年。下列说法正确的是（　　） A．再过45亿年，剩余的将完全衰变为 B．衰变为需经历8次衰变和6次衰变 C．该锆石的形成年龄距今约为135亿年 D．衰变释放能量，说明的比结合能大于的比结合能 【答案】BC 【详解】A．的半衰期为45亿年，再过45亿年，剩余的还有一半未衰变为，故A错误； B．衰变为，经历衰变的次数为 经历衰变的次数为 故B正确； C．设与初始物质的量分别为，经过135亿年，对是经历的三个半衰期，剩余量的物质的量为 经过135亿年，对是经历的一个半衰期，剩余量的物质的量为 则剩余和的物质的量之比为，故C正确； D．衰变过程释放能量，说明的比结合能小于的比结合能，故D错误。 故选BC。 题型5. 核力与结合能 核能 在进行研究性学习时，某学生小组针对教材中的“史特恩装置”做了深入的了解，并产生了新的构思。 21．测量粒子速率分布的装置如图所示，圆筒绕其中心轴匀速转动，侧面N处开有狭缝，内侧贴有特制的薄膜，M为正对N的位置。黑盒中原子核经过核反应后放出某种粒子进入狭缝，在圆筒转动的半个周期内相继到达薄膜上并留下印记。 （1）若黑盒中的核反应方程为：，其中X为________。 A．中子            B．电子            C．质子            D．α粒子 （2）根据图所示的原子核平均结合能图像，相对于4He核，原子核更加不稳定的是________。 A．2H            B．3H            C．12C            D．16O （3）若氢原子的核外电子发生如图所示的跃迁，会________。 A．吸收0.85eV光子        B．放出0.85eV光子 C．吸收12.75eV光子        D．放出12.75eV光子 （4）实验完成后，展开的薄膜如图所示，MP、PQ间距相等。位于MP区间的分子占比百分率为p1，位于PQ区间的分子占比百分率为p2，则________。 A．            B．            C． 22．该小组想到可以改良史特恩装置，测量负离子的速率。如图所示，假设圆筒的半径为R，外部围着带有传感器的荧光屏，整个装置仅圆筒可以转动。垂直于圆筒横截面有图示方向的匀强磁场，磁感应强度为B。当电荷量为q、质量为m的负离子束以某一恒定的初速持续发射并从狭缝N处沿圆筒直径射入磁场。在圆筒转动的半个周期内，从圆筒狭缝处射出打到荧光屏上。 （1）若负离子打在荧光屏上的P点，说明圆筒的转动方向为________。 A．顺时针            B．逆时针 （2）（计算）传感器测出荧光点P与缝隙N之间的弧长为0.5πR，求负离子入射初速度v0的大小_______。（结果用字母“B、R、q、m”表示）。 （3）在（2）的基础上，某同学思考：当负离子以某一初速射入狭缝后，若传感器感知到了荧光屏上的光点，则可以根据光点距N点弧长l来反映入射离子的速度大小。该同学初步制作了一个“”刻度表，标记长度为l0时刻度所对应的负离子初速为。 ①刻度“甲”所对应的速度________。 A．            B．            C． ②在下边的刻度表上画出7v0所在的大致位置_______。 ③请任意挑选一个角度评价该小组的构思_______。 【答案】21． A AB D C 22． B C 见解析 见详解 【解析】21．（1）根据电荷数和质量数守恒可知X的质量数为1，电荷数为0，所以其为中子。 故选A。 （2）平均结合能即比结合能越大，原子核越稳定，则相对于4He核，原子核更加不稳定的是2H、3H。 故选AB。 （3）由能级跃迁条件可知，处于能级的氢原子自发跃迁时由可得辐射出的光子的最大能量为 故选D。 （4）由图可知。 故选C。 22．（1）根据左手定则结合图像可知，圆筒的转动方向为逆时针方向。 故选B。 （2）由于弧长为0.5πR，所以洛伦兹力半径 根据洛伦兹力提供向心力 所以 （3）② 见下图 则 且 所以 则l = 2R·arctan 其中 且由（2）可知，， 取，则 对应的v、l定标如下 v v0 2v0 3v0 4v0 5v0 6v0 7v0 8v0 9v0 n=v/v0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 l 1.571R 2.214R 2.498R 2.652R 2.747R 2.811R 2.858R 2.893R 2.920R l/l0 1 1.41 1.59 1.69 1.75 1.79 1.82 1.84 1.86 ①结合上述可知刻度“甲”所对应的速度小于。 故选C。 ③ 答案不唯一，可以从正反两面去评价，言之成理即可。以下给出几条参考答案。 肯定的评价： 1、这个装置的确能测出带电粒子做曲线运动的速度； 2、该小组通过转换法，巧妙地将测量带电粒子做曲线运动的速度转换成测量弧长。 批判的评价： 1、这个测速装置弧长刻度和速度非线性关系，对刻度间的读数估读造成影响； 2、这个装置由于刻度不均匀，导致有一段速度区间的测量值误差很大。 六、宇宙探索的“中式浪漫” 带有中华文化烙印的航天器在浩瀚星海中书写新的传说，让我们离揭开宇宙神秘面纱更近一步。 23．“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组。 （1）若只考虑狭义相对论效应，地面上的观察者观察高速运动的冷原子钟，在地面标准时间内，冷原子钟走时( ) A．更多    B．更少    C．一样 （2）如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级II，然后自发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率__________（用、、表示）。 24．“玉兔二号”的核电池将衰变释放的部分核能转换成电能。衰变方程为，则（　　） A． B．的穿透能力比射线强 C．比的平均结合能小 D．月夜的寒冷导致的半衰期变长 25．（多选）“夸父一号”卫星和另一颗卫星分别沿圆、椭圆轨道绕地球运动。圆的半径与椭圆的半长轴相等，两轨道相交于A、B两点。某时刻两卫星的位置如图所示，两卫星（　　） A．在图示位置的加速度 B．在图示位置的速度 C．在A处受到的万有引力大小一定相等 D．在A或B点处不可能相遇 26．“天宫”空间站中，时刻静止释放质量2m的A球，给质量m的B球指向A球球心的初速度v，两球发生碰撞，忽略碰撞时间，不同时刻两球位置照片如图所示，通过背景方格观察两球运动。碰撞后A球的速度__________v。该碰撞__________（选填“是”或“不是”）弹性碰撞。 【答案】23． B 24．C 25．AD 26． 是 【解析】23．（1）[1]考虑狭义相对论效应的钟变慢原理，地面上的观察者观察高速运动的冷原子钟，在地面标准时间内，冷原子钟走时更少，故选B。 （2）[2]由能量关系可知 可得 24．A．由电荷数守恒可知，选项A错误；     B．的穿透能力比射线弱，选项B错误； C．生成物更稳定，平均结合能更大，即比的平均结合能小，选项C正确；     D．外部因素不能改变的半衰期，选项D错误。 故选C。 25．A．根据 可知 在图示位置的加速度 选项A正确； B．假设卫星在远地点的圆形轨道的速度为v2′，而v2为椭圆轨道的远地点速度，显然有：v2′＞v2 而v1表示匀速圆周运动的速度，根据 所以有：v1＞v2′ 故v1＞v2 故B错误； C．两卫星的质量关系不确定，可知在A处受到的万有引力大小不一定相等，选项C错误； D．椭圆的半长轴与圆轨道的半径相同，根据开普勒第三定律可知，两卫星的运动周期相等，则在A或B点处不可能相遇，故D正确。 故选AD。 26．[1][2]设小方格边长为a，则碰前B的速度 碰后B的速度 向左为正，由动量守恒 解得 因 该碰撞是弹性碰撞。 一、PET技术 正电子发射断层扫描（PET）是一种核成像技术。检查前，将含有放射性元素的示踪剂注入患者体内，原子核衰变放出正电子。正电子与患者体内的电子湮灭过程中放出一对光子。探测器记录各处放出光子的情况，光子越多，该处组织越活跃。 27．正电子符号写为___________，的平均结合能为3MeV，其结合能为___________MeV。 28．示踪剂中的可用高速质子轰击得到，核反应生成的另一个粒子是（   ） A．氦原子核 B．中子 C．电子 D．正电子 29．若光子动量为P，真空速度c，该光子能量___________。 30．（计算）如图某组织放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一个静止的原子序数为Z的放射性原子核在图中AB连线的P处发生了一次衰变释放新核Y。放射出的粒子在与磁场垂直的平面内做半径为的圆周运动。求： （1）写出该衰变方程式； （2）新核Y在磁场中做圆周运动的半径RY。 【答案】27． 54 28．B 29．cP 30．（1）；（2） 【详解】27．[1]正电子符号写为； [2]的平均结合能为3MeV，其结合能为 28．示踪剂中的可用高速质子轰击得到，根据电荷数守恒和质量数守恒可得，其核反应方程为 所以生成的另一个粒子是中子。 故选B。 29．根据康普顿效应，可知光子的波长为 频率为 所以，光子的能量为 30．（1）根据质量数和电荷数守恒可得，衰变方程为 （2）带电粒子在磁场中做圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力可知 解得 衰变过程动量守恒，则α粒子与新核Y的动量大小mv相等，根据轨道半径公式结合电荷数守恒，则有 解得 31．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用。 (1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失。其原因是（    ） A．射线的贯穿作用 B．射线的电离作用 C．射线的物理、化学作用 D．以上三个选项都不是 (2)下图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是_____射线。（选填A．α、B．β、C．γ） (3)有一块手表，夜光材料是锰和硫化锌混合物，镭的衰变方程为。下列说法正确的是（    ） A．镭的衰变为β衰变 B．镭在高温时衰变比在低温时衰变更快 C．X的质量数比其核电荷数大2 D．X能穿透lcm厚的纸板 (4)居里夫人一份约120年前的手稿被保存在法国国立图书馆，记载了放射性元素钋和镭的发现，手稿中残留的铺至今仍具有放射性，因此存放在铅盒里。已知镭的半衰期是1620年。如图所示表示细含量的直方图中，“今年”表示今年手稿上镭的含量，则可以表示当年手稿上铺含量的是（    ） A．① B．② C．③ D．④ (5)嫦娥四号探测器上安装了一块核电池，利用放射性同位素发射的高能射线照射热电元件，将热能转化为电能，符合这种核电池原理的核反应方程是（    ） A． B． C． D． 【答案】(1)B (2)B (3)C (4)B (5)C 【详解】（1）由于放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失。 故选B。 （2）α射线的贯穿本领很小，一张白纸就把它挡住，更穿不过1mm的铝板，γ射线穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板，穿越1mm的铝板如同高速子弹穿过薄纸一样，当铝板厚度发生变化时，探测器不能明显反映这种变化，而β射线穿透能力较强，能够穿透几mm厚的铝板，当铝板厚度发生变化时，探测器能明显反映这种变化，可知，对铝板的厚度控制起主要作用的是β射线。 故选B。 （3）C．根据质量数与电荷数守恒可知，X的质量数与电荷数分别为 226-222=4，88-86=2 可知，X 的质量数比其核电荷数大2，故C正确； A．结合上述可知，X为氦核，则镭的衰变为α衰变，故A错误； D．结合上述可知，X为α射线，其贯穿本领很小，不能穿透lcm厚的纸板，故D错误； B．半衰期与元素的物理性质和化学性质无关，由元素自身决定，可知，镭在高温时衰变与在低温时衰变快慢相同，故B错误。 故选C。 （4）设当年手稿上镭含量是x，则根据半衰期的概念可知 解得 即当年手稿上铺含量略大于今年的含量，②符合要求。 故选B。 （5）A．该方程为轻核聚变反应方程，故A错误； B．该方程为人工核转变反应方程，故B错误； C．该方程为同位素的α衰变方程，故C正确； D．该方程为重核裂变反应方程，故D错误。 故选C。 微观粒子 对微观粒子性质的研究，是近代物理最重要的方向之一。 32．如图所示是氢原子的能级图，大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出多种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向能级跃迁时释放的光子。则（　　） A．最多可放出6种频率不同的光子，全部属于巴耳末系 B．放出的光子中波长最长的是激发态跃迁到激发态时产生的 C．用动能为12.7eV的电子撞击氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁至的激发态 D．用能量为2.56eV的光子照射处于能级的氢原子，可以使它跃迁到的激发态 33．（多选）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除了有与入射波长相同的成分外，还有其他波长的X射线，这是由入射光子与晶体中的电子碰撞引起的。已知普朗克常量为h。则（　　） A．康普顿效应揭示了光的粒子性 B．光子散射后波长变大 C．光子与电子碰撞后速度变小 D．若碰撞后电子的动量为p，则其物质波波长为 34．如图，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（　　） A． B． C． D． 35．（多选）钚（）静止时衰变为激发态和α粒子，激发态铀核立即衰变为稳态铀核，并放出能量为Eγ的γ光子。已知钚、稳态轴核和α粒子的质量分别记为mPu，mU和mα，衰变放出光子的动量可忽略且该过程释放的核能除去γ光子的能量Eγ外全部转化为和α粒子的动能。在匀强磁场中衰变产生的和α粒子，两者速度方向均与磁场垂直，做匀速圆周运动，则（　　） A．和α粒子在磁场中匀速圆周运动轨迹为外切圆 B．的比结合能大于的比结合能 C．的动能为 D．α粒子的动能为 【答案】32．B 33．ABD 34．C 35．ABD 【解析】32．A．最多可放出6种频率不同的光子，属于巴尔末系的只有两种，故A错误； B．光子波长最长时，其频率最小，即光子能量最小，所以放出的光子中波长最长的是激发态跃迁到激发态时产生的，故B正确； C．氢原子与实物粒子发生碰撞而跃迁，实物粒子的能量需大于等于能级差值，则处于基态的氢原子跃迁至的激发态需要的能量为 因此，用动能为12.7eV的电子撞击氢原子，不能使处于基态的氢原子跃迁至的激发态，故C错误； D．处于能级的氢原子跃迁到能级需要吸收的能量 而氢原子吸收光子发生跃迁，必须吸收等于能级差值的光子的能量，故D错误。 故选B。 33．A．康普顿效应揭示了光的粒子性，故A正确； B．光子散射后能量减小，则频率减小，波长变大，故B正确； C．X射线是电磁波，则光子与电子碰撞后速度不变，故C错误； D．若碰撞后电子的动量为p，则其物质波波长为 故D正确。 故选ABD。 34．光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值 可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。 故选C。 35．A．由题意可知衰变产生的和α粒子带电性相同，速度方向相反，故两粒子在同一匀强磁场中外切，故A正确； B．由于衰变时放出核能，比结合能增大，所以的比结合能大于的比结合能，故B正确； C．由能量守恒可知 由爱因斯坦质能方程可知 解得 故C错误； D．根据动量守恒定律有 联立可得 故D正确。 故选ABD。 29 / 30 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题06 近代物理（专项训练） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D C A D D D D B C A 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 D B B C B ABC BC AD ACD BC 21． A AB D C 22． B C 见解析 见详解 【解析】21．（1）根据电荷数和质量数守恒可知X的质量数为1，电荷数为0，所以其为中子。 故选A。 （2）平均结合能即比结合能越大，原子核越稳定，则相对于4He核，原子核更加不稳定的是2H、3H。 故选AB。 （3）由能级跃迁条件可知，处于能级的氢原子自发跃迁时由可得辐射出的光子的最大能量为 故选D。 （4）由图可知。 故选C。 22．（1）根据左手定则结合图像可知，圆筒的转动方向为逆时针方向。 故选B。 （2）由于弧长为0.5πR，所以洛伦兹力半径 根据洛伦兹力提供向心力 所以 （3）② 见下图 则 且 所以 则l = 2R·arctan 其中 且由（2）可知，， 取，则 对应的v、l定标如下 v v0 2v0 3v0 4v0 5v0 6v0 7v0 8v0 9v0 n=v/v0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 l 1.571R 2.214R 2.498R 2.652R 2.747R 2.811R 2.858R 2.893R 2.920R l/l0 1 1.41 1.59 1.69 1.75 1.79 1.82 1.84 1.86 ①结合上述可知刻度“甲”所对应的速度小于。 故选C。 ③ 答案不唯一，可以从正反两面去评价，言之成理即可。以下给出几条参考答案。 肯定的评价： 1、这个装置的确能测出带电粒子做曲线运动的速度； 2、该小组通过转换法，巧妙地将测量带电粒子做曲线运动的速度转换成测量弧长。 批判的评价： 1、这个测速装置弧长刻度和速度非线性关系，对刻度间的读数估读造成影响； 2、这个装置由于刻度不均匀，导致有一段速度区间的测量值误差很大。 23． B 24．C 25．AD 26． 是 【解析】23．（1）[1]考虑狭义相对论效应的钟变慢原理，地面上的观察者观察高速运动的冷原子钟，在地面标准时间内，冷原子钟走时更少，故选B。 （2）[2]由能量关系可知 可得 24．A．由电荷数守恒可知，选项A错误；     B．的穿透能力比射线弱，选项B错误； C．生成物更稳定，平均结合能更大，即比的平均结合能小，选项C正确；     D．外部因素不能改变的半衰期，选项D错误。 故选C。 25．A．根据 可知 在图示位置的加速度 选项A正确； B．假设卫星在远地点的圆形轨道的速度为v2′，而v2为椭圆轨道的远地点速度，显然有：v2′＞v2 而v1表示匀速圆周运动的速度，根据 所以有：v1＞v2′ 故v1＞v2 故B错误； C．两卫星的质量关系不确定，可知在A处受到的万有引力大小不一定相等，选项C错误； D．椭圆的半长轴与圆轨道的半径相同，根据开普勒第三定律可知，两卫星的运动周期相等，则在A或B点处不可能相遇，故D正确。 故选AD。 26．[1][2]设小方格边长为a，则碰前B的速度 碰后B的速度 向左为正，由动量守恒 解得 因 该碰撞是弹性碰撞。 27． 54 28．B 29．cP 30．（1）；（2） 【详解】27．[1]正电子符号写为； [2]的平均结合能为3MeV，其结合能为 28．示踪剂中的可用高速质子轰击得到，根据电荷数守恒和质量数守恒可得，其核反应方程为 所以生成的另一个粒子是中子。 故选B。 29．根据康普顿效应，可知光子的波长为 频率为 所以，光子的能量为 30．（1）根据质量数和电荷数守恒可得，衰变方程为 （2）带电粒子在磁场中做圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力可知 解得 衰变过程动量守恒，则α粒子与新核Y的动量大小mv相等，根据轨道半径公式结合电荷数守恒，则有 解得 31．(1)B (2)B (3)C (4)B (5)C 【详解】（1）由于放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失。 故选B。 （2）α射线的贯穿本领很小，一张白纸就把它挡住，更穿不过1mm的铝板，γ射线穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板，穿越1mm的铝板如同高速子弹穿过薄纸一样，当铝板厚度发生变化时，探测器不能明显反映这种变化，而β射线穿透能力较强，能够穿透几mm厚的铝板，当铝板厚度发生变化时，探测器能明显反映这种变化，可知，对铝板的厚度控制起主要作用的是β射线。 故选B。 （3）C．根据质量数与电荷数守恒可知，X的质量数与电荷数分别为 226-222=4，88-86=2 可知，X 的质量数比其核电荷数大2，故C正确； A．结合上述可知，X为氦核，则镭的衰变为α衰变，故A错误； D．结合上述可知，X为α射线，其贯穿本领很小，不能穿透lcm厚的纸板，故D错误； B．半衰期与元素的物理性质和化学性质无关，由元素自身决定，可知，镭在高温时衰变与在低温时衰变快慢相同，故B错误。 故选C。 （4）设当年手稿上镭含量是x，则根据半衰期的概念可知 解得 即当年手稿上铺含量略大于今年的含量，②符合要求。 故选B。 （5）A．该方程为轻核聚变反应方程，故A错误； B．该方程为人工核转变反应方程，故B错误； C．该方程为同位素的α衰变方程，故C正确； D．该方程为重核裂变反应方程，故D错误。 故选C。 32．B 33．ABD 34．C 35．ABD 【解析】32．A．最多可放出6种频率不同的光子，属于巴尔末系的只有两种，故A错误； B．光子波长最长时，其频率最小，即光子能量最小，所以放出的光子中波长最长的是激发态跃迁到激发态时产生的，故B正确； C．氢原子与实物粒子发生碰撞而跃迁，实物粒子的能量需大于等于能级差值，则处于基态的氢原子跃迁至的激发态需要的能量为 因此，用动能为12.7eV的电子撞击氢原子，不能使处于基态的氢原子跃迁至的激发态，故C错误； D．处于能级的氢原子跃迁到能级需要吸收的能量 而氢原子吸收光子发生跃迁，必须吸收等于能级差值的光子的能量，故D错误。 故选B。 33．A．康普顿效应揭示了光的粒子性，故A正确； B．光子散射后能量减小，则频率减小，波长变大，故B正确； C．X射线是电磁波，则光子与电子碰撞后速度不变，故C错误； D．若碰撞后电子的动量为p，则其物质波波长为 故D正确。 故选ABD。 34．光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值 可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。 故选C。 35．A．由题意可知衰变产生的和α粒子带电性相同，速度方向相反，故两粒子在同一匀强磁场中外切，故A正确； B．由于衰变时放出核能，比结合能增大，所以的比结合能大于的比结合能，故B正确； C．由能量守恒可知 由爱因斯坦质能方程可知 解得 故C错误； D．根据动量守恒定律有 联立可得 故D正确。 故选ABD。 8 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题06 近代物理（专项训练） 题型1光电效应和康普顿效应 题型2波粒二象性 题型3核式结构模型 玻尔的原子模型 题型4放射性元素衰变 题型5核力与结合能 核能 题型1. 光电效应和康普顿效应 1．研究光电效应现象的装置如图所示。图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K极受到光照时能够发射电子。用光子能量为的光照射K极，滑动变阻器的滑片在图示位置时，电源接，电流表的读数为。已知K极材料的逸出功为。下列说法正确的是（　　） A．光电子的最大初动能为 B．图示位置电压表的读数大于 C．从图示位置向左移动滑片P，电流表读数变小 D．切换到供电，移动滑片P，电流表示数始终大于 2．如图甲为研究光电效应的实验电路，图乙横坐标为实验中AK间的电压电势高于K为正，纵坐标为入射光的频率，图乙中BC为平行于U轴的直线，CD是一条倾斜的直线，BCD沿轴向上的区域表示能产生光电流的区域。下列说法正确的是（　　） A．BC对应的为滑片P在Oa之间的数据 B．CD对应的为滑片P在Ob之间的数据 C．电压为一定值时，仅增大光照强度，光电流可能会增大 D．BC段光照强度为一定值时，增大电压，光电流一定增大 3．某同学在探究光电效应规律时，用不同波长的光线照射某种金属的表面发生了光电效应，得到光电子的最大初动能随入射光波长的倒数的变化图线如图所示，已知普朗克常量为，真空中的光速为。则下列判断正确的是（　　） A．图线的斜率为 B．该种金属的逸出功为 C．该种金属的截止频率为 D．要使该种金属发生光电效应，入射光的波长需要大于 4．动量守恒定律和能量守恒定律不仅适用于宏观物理过程，也适用于微观领域，是解释自然现象的重要规律。在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，有波长与入射波长不同的成分，这个现象称为康普顿效应。科学家用光子与静止（或低速）电子碰撞的模型成功解释了这种效应。逆康普顿效应可看作光子与高速运动电子碰撞的过程，其动量和能量转移的方向与康普顿效应相反。下列说法正确的是（　　） A．康普顿效应中，散射光的波长与散射角无关 B．光子与静止的电子作用可能发生逆康普顿效应 C．光子与高速电子作用后波长变大 D．可见光与高速电子作用后可能产生射线 5．2024年4月，浙江大学宣布成功研发出万通道3D纳米激光直写光刻机，为光子芯片制造提供关键技术支撑。已知普朗克常量为，光速为，若该激光的波长为，频率为，则其光子的动量为（     ） A． B． C． D． 题型2. 波粒二象性 6．大量处于某一激发态的氢原子向基态跃迁时，能够产生6种不同频率的光，波长分别为、、、、、，且，已知氢原子基态的能量为，第能级的能量（其中，，，…），则下列说法正确的是（　　） A．这些氢原子最初处于第3能级 B．波长为的光子动量最小 C． D． 7．我国预计2027年发射巡天空间望远镜（CSST），与天宫空间站共轨飞行，其设计能记录单个光子到达的时刻与能量，并利用光谱分析重构遥远星系的精细结构。关于遥远星系辐射的星光说法正确的是（　　） A．是一种纵波 B．仅具有粒子性 C．仅具有波动性 D．具有波粒二象性 8．关于光电效应，下列说法正确的是（　　） A．光电效应说明光具有波动性 B．光电效应说明光具有粒子性 C．光电效应说明光既具有波动性又具有粒子性 D．光电效应说明光既不具有波动性也不具有粒子性 9．量子隧穿效应是当电子等实物粒子从势垒（可以理解为是一种能量超障）的一边入射时，即使它们不具有足够的动能从势垒顶部翻越过去，它们仍然有一定概率能够穿过势垒的现象。粒子隧穿的概率，，其中为粒子质量，为普朗克常量，为势垒的高度（单位是能量单位），为粒子的能量，为势垒的宽度（单位是长度单位）。扫描隧道显微镜是根据量子隧穿效应设计的，当金属探针的针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时，在针尖与金属样品之间加一大小为的电压，针尖与样品之间产生隧穿效应而有电子逸出，形成隧穿电流。若探针沿样品表面按给定速度匀速扫描时，样品表面原子的凹凸不平，使探针与样品表面间的距离（势垒宽度）不断发生改变，从而引起隧穿电流随时间不断发生变化，这种变化反映了样品表面原子水平的凹凸形态。设电子的电荷量为，下列说法正确的是（     ） A．扫描隧道显微镜可以探测绝缘样品的表层信息 B．量子隧穿效应体现了实物粒子的粒子性 C．改变探针和样品之间的电压可以改变电子的能量 D．扫描隧道显微镜系统中产生隧穿效应的电子应满足 10．一个静止的电子，在经过电压加速后，其德布罗意波长为。若要让另一同样的静止电子的德布罗意波长为，则加速电压值为（     ） A． B． C． D． 题型3. 核式结构模型 玻尔的原子模型 11．α粒子散射实验中，α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力作用而发生的，如图所示为某一α粒子经过原子核附近时的轨迹如图中实线所示，图中P、Q为轨迹上的点，两虚线和轨迹将平面分为五个区域，不考虑其他原子核对该α粒子的作用，下列说法正确的是（　　） A．α粒子在靠近金原子核的过程中电势能逐渐减小 B．该原子核的位置可能在①区域 C．根据α粒子散射实验可以估算原子核大小数量级为 D．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子的运动轨迹与图中α粒子的运动轨迹不同 12．卢瑟福及其团队通过粒子散射实验构建起原子的核式结构模型，该实验还可以估算金原子核的半径。如图为粒子散射图景，已知放射源发出的粒子初动能为，粒子在金原子核所产生电场中具有的电势能，式中为粒子到金原子核中心的距离，由此估算金原子核半径为（     ） A． B． C． D． 13．如图所示为氢原子的能级图。一群氢原子处于的激发态上，根据玻尔理论，下列说法正确的是（　　） A．原子向的能级跃迁需要吸收能量 B．原子至少需要吸收的能量才能发生电离 C．原子跃迁到低能级后电子动能不变 D．原子向低能级跃迁只能发出 2 种不同频率的光子 14．如图所示为氢原子的能级示意图，若大量的氢原子从某一激发态向基态跃迁时能发射波长为、、的三种光，已知，三种光子对应动量分别为、、，下列说法正确的是（     ） A．该氢原子跃迁可能放出γ射线 B．该氢原子处于 C．三种光子动量的关系 D．三种波长的关系 15．氢原子能级如图所示。现有大量氢原子处于能级，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为4.54eV的金属钨，可使钨逸出电子的光子种类有（     ） A．3种 B．2种 C．1种 D．均不能发生光电效应 题型4. 放射性元素衰变 16．（多选）钚（）衰变为铀（），半衰期约为88年，能产生持久稳定的热能，是目前用于核武器与快堆燃料最主流、最硬核的高科技应用。的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．衰变方程中的为粒子 B．的比结合能比的比结合能小 C．一定质量的经过176年约有发生了衰变 D．发生衰变时质量亏损，所以质量数不守恒 17．（多选）在垂直纸面向里的磁场中，有一原子核发生衰变生成新的原子核，下列说法正确的是（     ） A．原子核衰变的周期，与压强有关，压强越大，衰变周期变大 B．若原子核的衰变是衰变，则半径较小的是新核 C．原子核核反应的方程可以是 D．原子核衰变时会发生质量亏损，反应前的质量大于反应后的，需要吸收能量 18．（多选）自然界中几乎没有天然的钚−239，人们利用核反应堆中产生的中子轰击铀−238，生成物衰变后成为钚−239，核反应方程为。已知钚−239的半衰期为2.41万年，则下列说法正确的是（　　 ） A．是 B．该反应为核聚变反应 C．温度升高时钚−239的半衰期将小于2.41万年 D．钚−239经过4.82万年有发生了衰变 19．（多选）自然界中几乎没有天然的钚，人们利用核反应堆中产生的中子轰击铀，生成物衰变后成为钚，核反应方程为。已知钚的半衰期为2.41万年，则下列说法正确的是（　　） A．X是 B．该反应为核聚变反应 C．温度升高时钚的半衰期将仍为2.41万年 D．1g钚经过4.82万年有发生了衰变 20．（多选）在陨石年代测定中，锆石中的和会分别衰变为和。某锆石形成时与的物质的量之比为，现测得二者物质的量之比为已知的半衰期约为45亿年，的半衰期约为135亿年。下列说法正确的是（　　） A．再过45亿年，剩余的将完全衰变为 B．衰变为需经历8次衰变和6次衰变 C．该锆石的形成年龄距今约为135亿年 D．衰变释放能量，说明的比结合能大于的比结合能 题型5. 核力与结合能 核能 在进行研究性学习时，某学生小组针对教材中的“史特恩装置”做了深入的了解，并产生了新的构思。 21．测量粒子速率分布的装置如图所示，圆筒绕其中心轴匀速转动，侧面N处开有狭缝，内侧贴有特制的薄膜，M为正对N的位置。黑盒中原子核经过核反应后放出某种粒子进入狭缝，在圆筒转动的半个周期内相继到达薄膜上并留下印记。 （1）若黑盒中的核反应方程为：，其中X为________。 A．中子            B．电子            C．质子            D．α粒子 （2）根据图所示的原子核平均结合能图像，相对于4He核，原子核更加不稳定的是________。 A．2H            B．3H            C．12C            D．16O （3）若氢原子的核外电子发生如图所示的跃迁，会________。 A．吸收0.85eV光子        B．放出0.85eV光子 C．吸收12.75eV光子        D．放出12.75eV光子 （4）实验完成后，展开的薄膜如图所示，MP、PQ间距相等。位于MP区间的分子占比百分率为p1，位于PQ区间的分子占比百分率为p2，则________。 A．            B．            C． 22．该小组想到可以改良史特恩装置，测量负离子的速率。如图所示，假设圆筒的半径为R，外部围着带有传感器的荧光屏，整个装置仅圆筒可以转动。垂直于圆筒横截面有图示方向的匀强磁场，磁感应强度为B。当电荷量为q、质量为m的负离子束以某一恒定的初速持续发射并从狭缝N处沿圆筒直径射入磁场。在圆筒转动的半个周期内，从圆筒狭缝处射出打到荧光屏上。 （1）若负离子打在荧光屏上的P点，说明圆筒的转动方向为________。 A．顺时针            B．逆时针 （2）（计算）传感器测出荧光点P与缝隙N之间的弧长为0.5πR，求负离子入射初速度v0的大小_______。（结果用字母“B、R、q、m”表示）。 （3）在（2）的基础上，某同学思考：当负离子以某一初速射入狭缝后，若传感器感知到了荧光屏上的光点，则可以根据光点距N点弧长l来反映入射离子的速度大小。该同学初步制作了一个“”刻度表，标记长度为l0时刻度所对应的负离子初速为。 ①刻度“甲”所对应的速度________。 A．            B．            C． ②在下边的刻度表上画出7v0所在的大致位置_______。 ③请任意挑选一个角度评价该小组的构思_______。 六、宇宙探索的“中式浪漫” 带有中华文化烙印的航天器在浩瀚星海中书写新的传说，让我们离揭开宇宙神秘面纱更近一步。 23．“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组。 （1）若只考虑狭义相对论效应，地面上的观察者观察高速运动的冷原子钟，在地面标准时间内，冷原子钟走时( ) A．更多    B．更少    C．一样 （2）如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级II，然后自发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率__________（用、、表示）。 24．“玉兔二号”的核电池将衰变释放的部分核能转换成电能。衰变方程为，则（　　） A． B．的穿透能力比射线强 C．比的平均结合能小 D．月夜的寒冷导致的半衰期变长 25．（多选）“夸父一号”卫星和另一颗卫星分别沿圆、椭圆轨道绕地球运动。圆的半径与椭圆的半长轴相等，两轨道相交于A、B两点。某时刻两卫星的位置如图所示，两卫星（　　） A．在图示位置的加速度 B．在图示位置的速度 C．在A处受到的万有引力大小一定相等 D．在A或B点处不可能相遇 26．“天宫”空间站中，时刻静止释放质量2m的A球，给质量m的B球指向A球球心的初速度v，两球发生碰撞，忽略碰撞时间，不同时刻两球位置照片如图所示，通过背景方格观察两球运动。碰撞后A球的速度__________v。该碰撞__________（选填“是”或“不是”）弹性碰撞。 一、PET技术 正电子发射断层扫描（PET）是一种核成像技术。检查前，将含有放射性元素的示踪剂注入患者体内，原子核衰变放出正电子。正电子与患者体内的电子湮灭过程中放出一对光子。探测器记录各处放出光子的情况，光子越多，该处组织越活跃。 27．正电子符号写为___________，的平均结合能为3MeV，其结合能为___________MeV。 28．示踪剂中的可用高速质子轰击得到，核反应生成的另一个粒子是（   ） A．氦原子核 B．中子 C．电子 D．正电子 29．若光子动量为P，真空速度c，该光子能量___________。 30．（计算）如图某组织放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一个静止的原子序数为Z的放射性原子核在图中AB连线的P处发生了一次衰变释放新核Y。放射出的粒子在与磁场垂直的平面内做半径为的圆周运动。求： （1）写出该衰变方程式； （2）新核Y在磁场中做圆周运动的半径RY。 31．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用。 (1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失。其原因是（    ） A．射线的贯穿作用 B．射线的电离作用 C．射线的物理、化学作用 D．以上三个选项都不是 (2)下图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是_____射线。（选填A．α、B．β、C．γ） (3)有一块手表，夜光材料是锰和硫化锌混合物，镭的衰变方程为。下列说法正确的是（    ） A．镭的衰变为β衰变 B．镭在高温时衰变比在低温时衰变更快 C．X的质量数比其核电荷数大2 D．X能穿透lcm厚的纸板 (4)居里夫人一份约120年前的手稿被保存在法国国立图书馆，记载了放射性元素钋和镭的发现，手稿中残留的铺至今仍具有放射性，因此存放在铅盒里。已知镭的半衰期是1620年。如图所示表示细含量的直方图中，“今年”表示今年手稿上镭的含量，则可以表示当年手稿上铺含量的是（    ） A．① B．② C．③ D．④ (5)嫦娥四号探测器上安装了一块核电池，利用放射性同位素发射的高能射线照射热电元件，将热能转化为电能，符合这种核电池原理的核反应方程是（    ） A． B． C． D． 微观粒子 对微观粒子性质的研究，是近代物理最重要的方向之一。 32．如图所示是氢原子的能级图，大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出多种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向能级跃迁时释放的光子。则（　　） A．最多可放出6种频率不同的光子，全部属于巴耳末系 B．放出的光子中波长最长的是激发态跃迁到激发态时产生的 C．用动能为12.7eV的电子撞击氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁至的激发态 D．用能量为2.56eV的光子照射处于能级的氢原子，可以使它跃迁到的激发态 33．（多选）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除了有与入射波长相同的成分外，还有其他波长的X射线，这是由入射光子与晶体中的电子碰撞引起的。已知普朗克常量为h。则（　　） A．康普顿效应揭示了光的粒子性 B．光子散射后波长变大 C．光子与电子碰撞后速度变小 D．若碰撞后电子的动量为p，则其物质波波长为 34．如图，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（　　） A． B． C． D． 35．（多选）钚（）静止时衰变为激发态和α粒子，激发态铀核立即衰变为稳态铀核，并放出能量为Eγ的γ光子。已知钚、稳态轴核和α粒子的质量分别记为mPu，mU和mα，衰变放出光子的动量可忽略且该过程释放的核能除去γ光子的能量Eγ外全部转化为和α粒子的动能。在匀强磁场中衰变产生的和α粒子，两者速度方向均与磁场垂直，做匀速圆周运动，则（　　） A．和α粒子在磁场中匀速圆周运动轨迹为外切圆 B．的比结合能大于的比结合能 C．的动能为 D．α粒子的动能为 2 / 15 学科网（北京）股份有限公司 $