四川省雅安市雨城区2027届高三物理一轮复习专项训练： 近代物理

1.（原创）（新情境）冰立方部署在南极深冰之下，通过探测中微子与冰中原子核碰撞产生的微弱光信号来研究宇宙高能现象。自然界中许多放射性元素要经过多次衰变才能达到稳定，衰变过程中既有衰变也有衰变。下列说法正确的是（ ） A．元素发生一次衰变后，原子核的质量数增加1 B．放射性元素的半衰期会随南极冰层深处的低温环境而显著增大 C．衰变过程中，原子核释放的粒子来自核外电子 D．衰变过程中释放能量，因此存在质量亏损 1.【答案】D 【详解】A.衰变是原子核内的中子转化为质子，同时放出电子，质量数不变，质子数增加1。故A错误； B.半衰期由原子核内部自身性质决定，与温度、压强、化学状态等外界条件无关。南极的低温不会改变半衰期。故B错误； C.原子核释放的粒子来自核外电子，来自原子核内部，不是核外电子。故C错误； D.衰变过程中释放能量，根据爱因斯坦质能方程,释放能量必然伴随质量亏损，衰变后总质量小于衰变前总质量。故D正确。 2.（原创）（新情境）2026年诺贝尔生理学或医学奖授予了三位科学家，表彰他们在光门控离子通道和光遗传学方面的贡献。这项技术让科学家能用光精准控制神经细胞的活动，为研究大脑功能提供了革命性的工具。黑格曼和内格尔在单细胞藻类中发现了一种叫“通道视紫红质”的感光蛋白，并证实它能在动物细胞中工作，把光信号转化为电信号。另一位科学家戴塞罗思将这种蛋白的基因导入神经细胞，成功实现了用光控制活体动物大脑中特定神经细胞的开启与关闭，奠定了光遗传学技术的基础。 （1）实验中，研究人员用蓝光（波长约470nm）照射表达了通道视紫红质的大鼠神经细胞，使细胞产生神经信号。已知普朗克常量取6.63×10-34，光速取3.0×108 m/s。则该蓝光光子的能量最接近于（ ） A. 2.6×10-19 J B. 4.2×10-19 J C. 6.3×10-19J D. 9.4×10-19 J （2）实验中常用激光照射处于基态的原子，使其吸收光子后跃迁到相邻激发态，从而实现对神经信号的精确调控。若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动、能量为的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为。已知普朗克常量为，光速为，则下列说法正确的是（　　） A．该光子的波长为 B．该原子吸收光子后质量减少了 C．该原子吸收光子后的德布罗意波长为 D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到该激发态 （3）光遗传学实验中，研究人员将蓝光光纤尖端置于小鼠大脑特定脑区附近，以激活表达光敏通道蛋白的神经元。已知脑组织对蓝光的折射率约为n=1.35。若蓝光从光纤尖端入射角射向脑组织与某脑脊液的分界面，下列说法正确的是（ ） A. 光导纤维应用了光的色散的原理 B. 蓝光从脑组织射向脑脊液时，若脑脊液折射率小于脑组织，则有可能在分界面处发生全反射 C. 蓝光从真空射入脑组织后，频率变小 D. 光敏通道蛋白只能被蓝光激活，说明其“选择性”由光的折射定律决定 （4）光遗传学中常用光敏蛋白（如ChR2）响应蓝光来调控神经元活动。某研究小组制备了一种基于光电效应的光敏传感器，其阴极材料为碱金属铯。已知铯的逸出功为=1.88eV，普朗克常量=6.63×10-34 ，元电荷=1.60×10-19C，光速=3.0×108 m/s。已知实验人员用蓝光（波长=470 nm）照射该阴极材料，使其发生光电效应。下列说法正确的是（ ） A. 若增大蓝光的光照强度，逸出光电子的最大初动能将增大 B. 若改用红光照射，也一定能发生光电效应 C. 逸出光电子的最大初动能约为0.76 eV D. 单位时间内逸出的光电子数与蓝光的照射强度无关 （5）通道视紫红质是一种位于细胞膜上的光门控离子通道蛋白。当蓝光照射时，通道打开，带电离子在电场力驱动下进入细胞，产生电信号。若研究某小块均匀的细胞膜，如图甲所示，厚度，膜内的电场可看作匀强电场，简化为平行板电容器模型如图乙所示。初速度可视为零的离子仅在电场力的作用下，从图中的A点运动到B点，A、B两点的电势差为。回答下列问题： 图乙 图甲 ①细胞膜内电场的方向为__________； ②细胞膜内电场强度的大小________； ③从A到B的过程中电场力对该离子做的功为__________eV； ④该离子在细胞膜内从A点运动到B点过程中，电场力对其做的功与其运动路径________（选填“有关”或“无关”），并说明理由： 。 2.【答案】 （1）B 【详解】由带入数据可得4.2×10-19 J，故B正确。 （2）C 【详解】A.。故A错误； B.原子吸收光子后，总能量增加，根据质能关系，等效质量增加，而不是减少。故B错误； C.德布罗意波波长。故C正确； D.原子跃迁到相邻激发态，需要吸收特定能量，才能发生跃迁。故D错误。 （3）B 【详解】A.光导纤维利用的是光的全反射原理，不是色散。色散是指不同颜色的光在同一介质中折射率不同而分开的现象。故A错误； B.光从光密到光疏，且入射角大于临界角时发生全反射。故B正确； C.光从一种介质进入另一种介质时，频率由光源决定，保持不变。故C错误； D.光敏通道蛋白的选择性（对特定波长敏感）由蛋白质分子的能级结构和光化学特性决定，与光的折射定律无关。折射定律只描述光在不同介质界面的传播方向。故D错误； （4）C 【详解】A.由爱因斯坦光电效应方程可知最大初动能只与光子频率（波长）和逸出功有关，与光照强度无关。故A错误； B.红光波长比蓝光长，光子能量比蓝光小，所以不一定能发生光电效应。故B错误； C.由=0.76eV，故C正确； D.单位时间内逸出的光电子数（光电流大小）与光照强度成正比。光照越强，单位时间内到达阴极的光子数越多，逸出的光电子数越多。故D错误。 （5） 【详解】 ①由图可知，钾离子带正电，仅在电场力作用下由静止从A运动到B，说明电场力方向由A指向B，故电场方向也由A指向B或垂直于膜面向下。 ②由场强公式 ③一价正离子电荷量为，电势差，则功 ④无关； 电场力做功，只与初末位置的电势差有关，与运动路径无关。 3.（原创）（新情境）2026年诺贝尔物理学奖授予弗朗西斯·哈尔岑，表彰其在冰立方中微子天文台建设中的决定性贡献，以及发现具有天体物理起源的高能中微子。冰立方位于南极冰层之下，部署了数千个光电倍增管。当中微子与冰中的原子核发生碰撞时，会产生带电粒子，这些粒子在冰中高速穿行时会发出微弱的蓝光。光电倍增管的阴极金属材料利用光电效应将这些光信号转换为电信号，从而实现对中微子事件的探测。已知该光电倍增管阴极金属材料的逸出功为，普朗克常量为 ，光在真空中的传播速度为，电子电荷量的绝对值为。 （1）求该金属的截止波长； （2）若用频率为（大于截止频率）的蓝光照射该金属，求光电子的最大初动能； （3）在第（2）问的条件下，若要使该光电倍增管恰好没有光电流产生（即所有光电子均无法到达阳极），需要在阴极和阳极之间施加的反向截止电压为多大？ 【答案】3.（1）因为，则截止频率为： 由得截止波长： （2）因为，则 （3）反向截止电压满足：代入第(2)问结果得： 学科网（北京）股份有限公司 $ 高考复习 1.（原创）（新情境）冰立方部署在南极深冰之下，通过探测中微子与冰中原子核碰撞产生的微弱光信号来研究宇宙高能现象。自然界中许多放射性元素要经过多次衰变才能达到稳定，衰变过程中既有衰变也有衰变。下列说法正确的是（ ） A．元素发生一次衰变后，原子核的质量数增加1 B．放射性元素的半衰期会随南极冰层深处的低温环境而显著增大 C．衰变过程中，原子核释放的粒子来自核外电子 D．衰变过程中释放能量，因此存在质量亏损 2.（原创）（新情境）2026年诺贝尔生理学或医学奖授予了三位科学家，表彰他们在光门控离子通道和光遗传学方面的贡献。这项技术让科学家能用光精准控制神经细胞的活动，为研究大脑功能提供了革命性的工具。黑格曼和内格尔在单细胞藻类中发现了一种叫“通道视紫红质”的感光蛋白，并证实它能在动物细胞中工作，把光信号转化为电信号。另一位科学家戴塞罗思将这种蛋白的基因导入神经细胞，成功实现了用光控制活体动物大脑中特定神经细胞的开启与关闭，奠定了光遗传学技术的基础。 （1）实验中，研究人员用蓝光（波长约470nm）照射表达了通道视紫红质的大鼠神经细胞，使细胞产生神经信号。已知普朗克常量取6.63×10-34，光速取3.0×108 m/s。则该蓝光光子的能量最接近于（ ） A. 2.6×10-19 J B. 4.2×10-19 J C. 6.3×10-19J D. 9.4×10-19 J （2）实验中常用激光照射处于基态的原子，使其吸收光子后跃迁到相邻激发态，从而实现对神经信号的精确调控。若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动、能量为的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为。已知普朗克常量为，光速为，则下列说法正确的是（　　） A．该光子的波长为 B．该原子吸收光子后质量减少了 C．该原子吸收光子后的德布罗意波长为 D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到该激发态 （3）光遗传学实验中，研究人员将蓝光光纤尖端置于小鼠大脑特定脑区附近，以激活表达光敏通道蛋白的神经元。已知脑组织对蓝光的折射率约为n=1.35。若蓝光从光纤尖端入射角射向脑组织与某脑脊液的分界面，下列说法正确的是（ ） A. 光导纤维应用了光的色散的原理 B. 蓝光从脑组织射向脑脊液时，若脑脊液折射率小于脑组织，则有可能在分界面处发生全反射 C. 蓝光从真空射入脑组织后，频率变小 D. 光敏通道蛋白只能被蓝光激活，说明其“选择性”由光的折射定律决定 （4）光遗传学中常用光敏蛋白（如ChR2）响应蓝光来调控神经元活动。某研究小组制备了一种基于光电效应的光敏传感器，其阴极材料为碱金属铯。已知铯的逸出功为=1.88eV，普朗克常量=6.63×10-34 ，元电荷=1.60×10-19C，光速=3.0×108 m/s。已知实验人员用蓝光（波长=470 nm）照射该阴极材料，使其发生光电效应。下列说法正确的是（ ） A. 若增大蓝光的光照强度，逸出光电子的最大初动能将增大 B. 若改用红光照射，也一定能发生光电效应 C. 逸出光电子的最大初动能约为0.76 eV D. 单位时间内逸出的光电子数与蓝光的照射强度无关 （5）通道视紫红质是一种位于细胞膜上的光门控离子通道蛋白。当蓝光照射时，通道打开，带电离子在电场力驱动下进入细胞，产生电信号。若研究某小块均匀的细胞膜，如图甲所示，厚度，膜内的电场可看作匀强电场，简化为平行板电容器模型如图乙所示。初速度可视为零的离子仅在电场力的作用下，从图中的A点运动到B点，A、B两点的电势差为。回答下列问题： 图乙 图甲 ①细胞膜内电场的方向为__________； ②细胞膜内电场强度的大小________； ③从A到B的过程中电场力对该离子做的功为__________eV； ④该离子在细胞膜内从A点运动到B点过程中，电场力对其做的功与其运动路径________（选填“有关”或“无关”），并说明理由： 。 3.（原创）（新情境）2026年诺贝尔物理学奖授予弗朗西斯·哈尔岑，表彰其在冰立方中微子天文台建设中的决定性贡献，以及发现具有天体物理起源的高能中微子。冰立方位于南极冰层之下，部署了数千个光电倍增管。当中微子与冰中的原子核发生碰撞时，会产生带电粒子，这些粒子在冰中高速穿行时会发出微弱的蓝光。光电倍增管的阴极金属材料利用光电效应将这些光信号转换为电信号，从而实现对中微子事件的探测。已知该光电倍增管阴极金属材料的逸出功为，普朗克常量为 ，光在真空中的传播速度为，电子电荷量的绝对值为。 （1）求该金属的截止波长； （2）若用频率为（大于截止频率）的蓝光照射该金属，求光电子的最大初动能； （3）在第（2）问的条件下，若要使该光电倍增管恰好没有光电流产生（即所有光电子均无法到达阳极），需要在阴极和阳极之间施加的反向截止电压为多大？ 学科网（北京）股份有限公司 $