模块十六 近代物理初步（综合训练）（北京专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

模块十六 近代物理初步 本试卷共100分，考试时长90分钟 第一部分 本部分共14题，每题3分，功42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 C A A D C C C A B A D D B A 第二部分 本部分共6题，共58分。 15．（8分）(1)静止 (2)4.0 ~ 6.0 (3)0.56 (4)偏小 16．（10分）(1) (2)c (3)②①③ (4)电容器极板所带电荷量逐渐减少，两极板间电压逐渐降低，电流逐渐减小且减小越来越慢，最终趋近于。 (5)同意。铝框随指针转动时产生感应电流，感应电流受到的安培力形成电磁阻尼，阻碍指针摆动，使指针较快稳定，便于读数。 17．（9分）解：（1）单色光照射在金属板上恰好发生光电效应，故有 解得 （2）设稳定时，任意时间内到达金属板M上的光子个数 则时间内产生的光电子个数为 稳定时光电流的大小为 （3）设光电子到达N板时速度为v，粒子在极板间加速，根据动能定理得 时间内，到达N板光电子与板发生完全非弹性碰撞；电子受到的平均作用力为，根据动量定理，有 联立可得 根据牛顿第三定律可得 18．（8分）解：（1）根据左手定则可知①、②、③三束射线分别对应的是，α射线、γ射线、β射线。 （2）a．设α粒子的电荷量为，①、②两束射线重合，有 可得 电场的方向为水平向右 b．不可以。设电子电量为e，若使③射线与②射线重合，需施加的电场强度为，有 可得 因为，所以①、②、③三束射线无法重合。 19．（12分）解：（1）a.根据爱因斯坦光电效应方程有 结合图乙可知 b.由 变形可得 根据图像斜率可知 解得 （2）光子的能量 可得 一小段时间内太阳发射的光子数 以太阳为球心，r为半径的球面上，时间飞行器接收到的光子数为 由动量定理 距太阳为r处光帆受到的光压 20．（11分）解：（1）a、有可能跃迁的跃迁图如图所示 b、由牛顿第二定律可得 动能可表示为 电势能可表示为 其中 则 联立解得 故反氢原子与氢原子具有相同的能级图。 （2）根据动量守恒定律和质能关系等物理知识，湮灭不可能转化为一个光子，理由是违背动量守恒，由能量守恒可得 即 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 模块十六 近代物理初步 注意事项： 1．本试卷共100分，考试时长90分钟。 2．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。 3．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 第一部分 本部分共14题，每题3分，功42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1．下列物质中，本质不是电子的是（　　） A．阴极射线 B．射线 C．伦琴射线 D．光电子 【答案】C 【解析】A．阴极射线是高速电子流，本质为电子，A错误； B．射线是原子核衰变时释放的电子流，本质为电子，B错误； C．伦琴射线（X射线）是电磁波，本质为光子，而非电子，C正确； D．光电子是金属表面逸出的电子，本质为电子，D错误。故选C。 2．2025年10月，我国紧凑型聚变能实验装置（BEST）主机首个关键部件——杜瓦底座研制成功并顺利完成交付。该装置发生的核反应方程为，关于该核反应，下列说法正确的是（　　） A．X是 B．该核反应为衰变 C．的中子数为3 D．反应物的质量之和等于X与的质量之和 【答案】A 【解析】A．核反应遵循电荷数守恒、质量数守恒，X的电荷数为，质量数为，因此X为，故A正确； B．α衰变是重核自发释放α粒子的核变化，该反应是两个轻核结合成质量较大核的核聚变反应，不属于α衰变，故B错误； C．原子核的中子数=质量数-质子数，的质子数为1、质量数为3，因此中子数为，故C错误； D．该反应释放17.6MeV能量，根据质能方程可知反应存在质量亏损，因此反应物总质量大于X与的 总质量，故D错误。故选A。 3．（2026·北京朝阳·二模）下列说法正确的是（　　） A．衰变过程存在质量亏损 B．原子核发生α衰变后质量数不变 C．原子核发生β衰变后电荷数不变 D．温度升高会增大放射性元素的半衰期 【答案】A 【解析】A．衰变过程会释放核能，根据质能方程 释放能量对应存在质量亏损，故A正确； B．α衰变放出的α粒子（）质量数为4，根据质量数守恒，发生α衰变后新核质量数比原核减少4，故B错误； C．β衰变的本质是原子核内的中子转化为1个质子和1个电子（β粒子），电子被释放，根据电荷数守恒，衰变后新核电荷数比原核增加1，故C错误； D．半衰期由放射性元素的原子核内部结构决定，与温度、压强、化学状态等外界条件无关，温度升高半衰期不变，故D错误。故选A。 4．的衰变方程是：，其中是反电子中微子，电荷为零，静止质量可视为零。下列说法正确的是（ ） A．核反应中的X是中子 B．的比结合能大于的比结合能 C．衰变产物的质量数与相同，因此该过程不释放能量 D．若衰变前静止，则衰变后、X和反电子中微子的总动量为零 【答案】D 【解析】A．根据电荷数和质量数守恒可知的电荷数 质量数 所以为电子，故A错误； B．衰变释放能量，生成核比反应核更加稳定，原子核越稳定，比结合能越大，即的比结合能比的比结合能大，故B错误； C．核反应遵循质量数守恒，但反应过程存在质量亏损，满足，因此该过程释放能量，故C错误； D．核反应过程遵循动量守恒，若衰变前静止，则衰变后、和反电子中微子的总动量为零，故D正确。故选D。 5．下列核反应方程及其类型的表述正确的是（ ） A．，是核聚变反应 B．，是核裂变反应 C．，是衰变 D．，是衰变 【答案】C 【解析】A．该反应是钍核吸收中子生成其同位素的反应，不是轻核聚合的核聚变，故A错误； B．该反应放出电子，质量数不变、电荷数+1，属于衰变，不是重核分裂的核裂变，故B错误； C．该反应放出电子，满足反应后电荷数+1、质量数不变的衰变特征，是衰变，故C正确； D．该反应是重核受中子轰击分裂为两个中等质量核的核裂变反应，是裂变伴随释放的光子，不是衰变，故D错误。故选C。 6．如图1所示，小明用甲、乙、丙三束单色光分别照射同一光电管的阴极，调节滑动变阻器的滑片P，得到了三条光电流随电压变化关系的曲线如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．甲光的光子能量最大 B．用乙光照射时饱和光电流最大 C．用乙光照射时光电子的最大初动能最大 D．通过同一装置发生双缝干涉，乙光的相邻条纹间距大 【答案】C 【解析】A．根据光电效应方程 根据动能定理 解得， 乙光对应的遏止电压较大，对应的光子能量最大，A错误； B．用甲光照射时饱和光电流最大，B错误； C．根据动能定理 解得 用乙光照射时光电子的最大初动能最大，C正确； D．乙光的光子能量最大，频率最高，波长最短，通过同一装置发生双缝干涉，，乙光的相邻条纹间距小，D错误。故选C。 7．（2025·北京东城·一模）如图甲为氢原子光谱示意图，图乙为氢原子部分能级示意图。图甲中的、、、是氢原子在可见光区的四条谱线，这四条谱线为氢原子从能级向能级跃迁时产生的。已知可见光的光子能量范围为。下列说法正确的是（　　） A．对应的光子能量比对应的光子能量大 B．可能是氢原子从能级向能级跃迁时产生的 C．若氢原子从能级向能级跃迁，则辐射出的光属于红外线 D．若氢原子从能级向能级跃迁，则需要吸收10.2eV的能量 【答案】C 【解析】A．谱线的波长最长，频率最小，能量最小，故对应的光子能量比对应的光子能量大，A错误； B．由图可知，四条谱线中谱线的波长最短，频率最大，而氢原子从高能级向能级跃迁产生的光子中，从能级向能级跃迁时产生的光子能量最小，其波长最长，频率最小，B错误； C．氢原子从能级向能级跃迁时发出的光子的能量为 此能量小于可见光的能量范围，故此光属于红外线，C正确； D．若氢原子从能级向能级跃迁，释放出能量为10.2eV的光子，D错误。故选C。 8．实验小组的同学们用如图所示的电路研究光电效应的规律。闭合开关后，用某种颜色的光照射真空管的阴极K时，电流表没有示数。为使电流表有示数，可以（　　） A．仅增大入射光的频率 B．仅增大入射光的强度 C．仅延长光的照射时间 D．仅将滑动变阻器的滑片向右滑动 【答案】A 【解析】A．仅增大入射光频率，若频率增大到超过金属极限频率，就会产生光电效应，逸出光电子形成电流，电流表就能有示数，故A正确； B．仅增大入射光强度，不会改变入射光频率，频率仍然低于极限频率，无法产生光电效应，电流表仍无示数，故B错误； C．光电效应的发生与照射时间无关，频率不够时，延长照射时间也不会产生光电效应，故C错误； D．滑片向右滑动仅改变了A、K间的正向电压，没有光电子产生时，电压再大也无法形成电流，故D错误。故选 A。 9．（2025·北京北大附中·三模）我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次实现了太阳Hα波段光谱成像的空间观测。氢原子由n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时发出的光，对应的谱线为可见光区的四条谱线，分别为Hα、Hβ、Hγ、Hδ，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．Hα光的波长小于Hβ光的波长 B．Hα光子的能量小于Hβ光子的能量 C．Hγ对应的光子能量为0.54eV D．Hδ光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率 【答案】B 【解析】AB．Hα光对应的能级差小于Hβ光对应的能级差，可知Hα光的频率小于Hβ光的频率，则Hα光的波长大于Hβ光的波长，根据，可知Hα光子的能量小于Hβ光子的能量，选项A错误，B正确； C．Hγ对应的光子能量为EHr=(-0.54eV)-(-3.4eV)=2.86eV 选项C错误； D．Hδ光在介质中传播时频率不变，即Hδ光在玻璃中传播时的频率等于它在空气中传播时的频率，选项D错误。故选B。 10．自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是（　　） A．已知氢原子的基态能量为-13.6eV，则反氢原子的基态能量也为-13.6eV B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子 C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子 D．反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量 【答案】A 【解析】A．反氢原子由反质子和正电子组成。反质子与正电子之间的相互作用规律、能级结构与质子和电子组成的氢原子相同，因此基态能量相同，故A正确； B．中子电荷为，质子和正电子的电荷均为。若反应为中子转化为一个质子和一个正电子，反应后总电荷为，不满足电荷守恒，故B错误； C．正、负电子等速率相向运动时，碰撞前总动量为。光子的动量满足，单个光子不能使反应后总动量仍为；湮灭至少产生两个光子以满足动量守恒，故C错误； D．核聚变释放还是吸收能量由反应前后的结合能（或质量亏损）决定。轻核聚变通常使平均结合能增大、质量亏损为正并释放能量；反氘核的核力和结合能规律与氘核相同，反氘核聚变也释放能量而不是吸收，故D错误。故选A。 11．（2026·北京西城·二模）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 【解析】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。 12．（2026·北京顺义·统测）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以功率均匀地向各个方向发射波长为的绿光，不计空气吸收。已知人眼瞳孔在暗处的直径为，普朗克常量为，光速为。下列说法正确的是（ ） A．该绿光的频率为 B．该光源每秒辐射出的绿光光子数为个 C．瞳孔正对光源且距离为时，在单位时间内，瞳孔接收到的光能量与光源辐射总能量之比为 D．人眼能看到此光源的最远距离为 【答案】D 【解析】A．根据光速、波长和频率的关系，可得绿光频率，不是，故A错误； B．单个绿光光子的能量为，光源每秒辐射的总能量为，因此每秒辐射的光子数，不是，故B错误； C．光源向各方向均匀辐射，能量均匀分布在半径为的球面上，球面面积，瞳孔面积 二者比值为，不是，故C错误； D．人眼刚好能看到光源时，每秒进入瞳孔的光子数为。每秒进入瞳孔的光子数满足 代入、，化简可得，故D正确。故选D。 13．（2026·北京东城区·一模）核磁共振（NMR）是一种在化学生物等方面具有极多应用的检验手段。已知氢原子核有自旋，自旋产生微小环形电流，环形电流产生磁场，其效果类似小磁针。如图1所示为核磁共振仪工作原理的简化图。与扫描发生器、射频发生器、探测器相连的线圈分别称作扫描线圈、射频线圈、探测线圈。核磁共振仪开始工作后，扫描线圈中通以强电流，形成水平方向的强磁场。此时氢原子小磁针的运动形式可类比为陀螺：可认为一端固定，另一端点以外界强磁场方向为轴做圆周运动，这一运动形式称为进动，如图2所示。当氢原子小磁针在强磁场中排列稳定后，在射频线圈中通以正弦交变电流。类似核外电子吸收能量跃迁至更高能级，射频线圈产生的电磁波激发氢原子核跃迁至更高能级，氢原子小磁针进动模式因而发生改变。随后撤去射频电流，氢原子小磁针重新回到原进动模式。在这一恢复过程中，大量氢原子小磁针所产生的宏观磁场切割探测线圈，所形成的电流经处理最终成像。下列说法正确的是（ ） A．氢原子小磁针进动时，原子核的自旋以为轴 B．氢原子小磁针在重回原进动模式的过程中会释放能量 C．进动模式恢复过程中，探测线圈中的磁通量不变 D．射频线圈产生的电磁波频率高于射线 【答案】B 【解析】A．由图2可知氢原子自旋不是以为轴，而是以NS极方向为轴转动，故A错误； B．由题意可知，“射频线圈产生的电磁波激发氢原子核跃迁至更高能级”，说明激发后的状态能量较高。当氢原子小磁针“重新回到原进动模式”时，是从高能级跃迁回低能级（稳定态），根据能量守恒定律，该过程必然释放能量，这部分能量转化为探测线圈中的电能，故B正确； C．在恢复过程中，探测线圈中形成了电流，根据法拉第电磁感应定律，穿过探测线圈的磁通量必然发生变化，若磁通量不变则不会产生感应电流，故C错误； D．射频属于无线电波波段，其频率远低于X射线的频率，故D错误。故选B。 14．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（）发生了一次α衰变。放射出的α粒子（He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下面说法不正确的是（　　） A．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙 B．新核Y在磁场中做圆周运动的半径为RY＝R C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为I＝ D．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为Δm＝ 【答案】A 【解析】A．由动量守恒可知，衰变后α粒子与新核Y运动方向相反，所以轨迹圆应外切，由洛伦兹力提供向心力 可得圆周运动的半径 可知，α粒子半径大，由左手定则可知两粒子圆周运动方向相同，丁图正确，故A错误； B．由 可知 则，故B正确； C．圆周运动周期 环形电流，故C正确； D．对α粒子，由洛伦兹力提供向心力 可得 由质量关系可知，衰变后新核Y质量为 由衰变过程动量守恒可得Mv′－mv＝0 解得 系统增加的能量为 由质能方程得ΔE＝Δmc2 联立得Δm＝，故D正确。 本题选不正确的，故选A。 第二部分 本部分共6题，共58分。 15．（8分）（2026·山东·高考）某同学利用智能小车测量物体间动摩擦因数。如图甲所示，将橡胶板平整固定在水平桌面上，把质量为200g的物块放置在橡胶板的右端，用细线与小车连接，调整细线与橡胶板平行。 智能小车启动，缓慢拉动物块，使物块由静止逐渐变为匀速直线运动，小车每隔0.2s采集一组拉力与时间的数据，实验数据如图乙所示。回答以下问题： (1)在t < 2.6s范围内，物块处于_________________（填“静止”或“匀速直线运动”）状态。 (2)为得到物块运动过程中的滑动摩擦力，应选用时间段__________s。（填“2.8 ~ 6.0”或“4.0 ~ 6.0”）内的数据。 (3)当地重力加速度大小为9.8m/s2，此物块与橡胶板间动摩擦因数为________（保留两位有效数字）。 (4)若桌面不水平，右端略高于左端，则会导致动摩擦因数的测量值比实际值_________（填“偏大”或“偏小”）。 【答案】(1)静止 (2)4.0 ~ 6.0 (3)0.56 (4)偏小 【解析】（1）由于智能小车缓慢拉动物块使其由静止逐渐变为匀速直线运动，因此在初始一段时间内，物块处于静止状态。 （2）只有当物块匀速运动时，细线上拉力才与物块受到的滑动摩擦力大小相等，因此需要选用物块匀速运动阶段的数据，即题图乙中时间段4.0 ~ 6.0s内的数据。 （3）根据题图乙可知，物块受到的滑动摩擦力 根据 结合 解得 （4）若桌面右端略高于左端，橡胶板形成一个左低右高的斜面。物块初始放在右端，被小车向左缓慢拉动，属于沿斜面向下运动。此时物块受到重力沿斜面向下的分力与拉力同向，共同克服滑动摩擦力，即 得 若仍按水平面的公式计算，则 由于倾角，故，即测量值偏小。 16．（10分）（2026·江苏·高考）小明探究电容器充电过程中电流随时间的变化关系，实验电路图如题图1所示，所用的器材有：干电池1节；电容器1只；电阻箱1个；定值电阻1个；指针式电流表1个；单刀双掷开关1个及导线若干，实验中为了完整记录电流随时间的变化，使用手机进行录像。 (1)小明选用的电容器如题图2所示，电容为_____________。 (2)题图3为该实验的实物电路，导线a端应与单刀双掷开关的接线柱_____________连接（选填“b”“c”或“d”） (3)先给电容器放电，再给电阻箱选定合适的阻值，接着开始进行电容器充电实验，主要操作步骤有： ①将开关掷向b端 ②打开手机，录制电流表示数的变化 ③观察到电流表示数趋于0，停止录像 以上操作的正确顺序是_____________（填写各步骤前的序号） (4)给电容器放电后，整理器材，导出录制的实验视频，读取电流表示数I随时间t变化的数据，画出图像如题图4所示，请定性描述时刻后电流随时间的变化关系。 (5)小明在视频中观察到，刚对电容器充电时电流表指针来回摆动几次后就能稳定变化，他知道所使用的电流表是磁电式仪表，其指针固定在一绕有线圈的铝框上，他认为这个构造能帮助电流表指针摆动几次后稳定下来，你是否同意他的观点？请简要说明理由。 【答案】(1) (2)c (3)②①③ (4)电容器极板所带电荷量逐渐减少，两极板间电压逐渐降低，电流逐渐减小且减小越来越慢，最终趋近于。 (5)同意。铝框随指针转动时产生感应电流，感应电流受到的安培力形成电磁阻尼，阻碍指针摆动，使指针较快稳定，便于读数。 【解析】（1）由题图2的标识可知电容器的电容为 （2）导线端应接在开关的公共接线柱上，才能使开关分别控制电容器的充电和放电回路。选项和均为定触点，不能作为公共接线柱，选项为公共接线柱。 故选c。 （3）为完整记录从开始充电到电流为零的过程，应先开启手机录像，再将开关拨向端开始充电，待电流表示数为时停止录像，故顺序为②①③。 （4）放电过程中，电容器极板所带电荷量逐渐减少，两极板间电压逐渐降低，电流逐渐减小且减小越来越慢，最终趋近于。下图定性表示时刻后电流随时间的变化。 （5）铝框是导体，随指针在磁场中转动时会产生感应电流。感应电流在磁场中受到安培力作用，该力阻碍铝框和指针的转动，形成电磁阻尼，所以指针摆动几次后能较快稳定。 17．（9分）如图所示，密封在真空中的两块等大、正对的金属板M、N竖直平行放置，间距为。将金属板M、N与电源相连，两板间的电压大小恒为、M、N可看作平行板电容器，忽略边缘效应。用一束单色平行光照射金属板恰好发生光电效应。金属板M的面积为，逸出功为，普朗克常量为。 已知单色平行光均匀照射到整个金属板M上，照射到金属板M上的功率为，能引起光电效应的概率为，光电子从金属板M逸出（不计初速度），经过两板间电场加速后打到金属板N上形成稳定的光电流，电子打到金属板N上可视为完全非弹性碰撞。电子的质量为，电荷量为。忽略光电子之间的相互作用。求： (1)此单色光的频率。 (2)稳定时光电流的大小。 (3)光电子对金属板N的撞击力的大小。 【答案】(1) (2) (3) 【解析】（1）单色光照射在金属板上恰好发生光电效应，故有 解得 （2）设稳定时，任意时间内到达金属板M上的光子个数 则时间内产生的光电子个数为 稳定时光电流的大小为 （3）设光电子到达N板时速度为v，粒子在极板间加速，根据动能定理得 时间内，到达N板光电子与板发生完全非弹性碰撞；电子受到的平均作用力为，根据动量定理，有 联立可得 根据牛顿第三定律可得 18．（8分）（2025·北京海淀·二模）研究天然放射现象时，把某放射源放入用铅做成的容器中，射线从容器的小孔竖直射出，成为细细的一束。若在射线经过的空间施加磁感应强度大小为B、垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，发现射线会分成三束，分别为α射线、β射线和γ射线。研究发现：α射线是氦原子核，β射线是电子流，γ射线是高能电磁波。已知光速大小为c，假定α粒子的速度大小为、β粒子的速度大小为。不计重力和粒子间的相互作用。 (1)写出图中的①、②、③三束射线分别对应的射线种类。 (2)再施加一沿水平方向的匀强电场。 a．若①、②两束射线重合，求匀强电场的电场强度大小E及方向。 b．请判断①、②、③三束射线是否可以重合。若可以，计算出匀强电场的电场强度大小；若不可以，请说明理由。 【答案】(1)①、②、③三束射线分别对应的是，α射线、γ射线、β射线 (2)a．，方向为水平向右；b．不可以。设电子电量为e，若使③射线与②射线重合，需施加的电场强度为，有 可得 因为，所以①、②、③三束射线无法重合。 【解析】（1）根据左手定则可知①、②、③三束射线分别对应的是，α射线、γ射线、β射线。 （2）a．设α粒子的电荷量为，①、②两束射线重合，有 可得 电场的方向为水平向右 b．略。 19．（12分）现代物理学表明，光不仅具有波动性，还具有粒子性。 (1)光电效应是光的粒子性的实例之一。某同学利用图甲所示的电路图研究光电效应，他先后用三种不同的光进行实验，得到了图乙中的结果，其中横轴为电压表的测量值，纵轴为电流表的测量值。 a.试判断三种光的频率v1、v2、v3的大小关系。 b.美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性，设计实验并测量了某金属的遏止电压Uc与入射光的频率。根据他的方法获得的实验数据绘制成如图丙所示的图线，求普朗克常量h。已知电子的电量C，将运算结果保留1位有效数字。 (2)光子的动量p与能量E之间满足：E＝pc。式中c为真空中的光速。当光照射到物体表面上时，不论光被物体吸收还是被物体表面反射，光子的动量都会发生改变，因而对物体表面产生压强，称为光压。科学家提出，光压可以作为飞行器太空旅行的动力。假设太阳向各个方向均匀辐射出光子，辐射的总功率为P0，太阳光是频率为的单色光，太阳到飞行器的距离为r，飞行器正对太阳的面积为S，当光照射到飞行器时光子被全部吸收，忽略太阳光传递过程中的能量损失。普朗克常数为h。求飞行器处的光压I。 【答案】(1)a. ；b. (2) 【解析】（1）a.根据爱因斯坦光电效应方程有 结合图乙可知 b.由 变形可得 根据图像斜率可知 解得 （2）光子的能量 可得 一小段时间内太阳发射的光子数 以太阳为球心，r为半径的球面上，时间飞行器接收到的光子数为 由动量定理 距太阳为r处光帆受到的光压 20．（11分）反物质是由反粒子组成的物质，反粒子的质量、电荷量与粒子相同，但电性相反，例如反质子（）是质子的反粒子，正电子（）是电子的反粒子。氢原子由一个电子和一个质子构成，反氢原子则与它正好相反，由一个正电子和反质子构成。1995年人类首次在实验室条件下的真空环境中制造出反氢原子，目前批量制造出的反氢原子基本都是处于低能态的氢原子，正常情况下反物质与正物质瞬间就会与正物质发生湮灭并消失，靠特殊设计的磁场能维持较长时间的存在。已知普朗克常量为h，真空中光速为c，电子的电荷量为e、质量为m，静电力常量为k。 (1)理论上可以证明，电荷量分别为+q1和-q2的点电荷相距为r时，取无穷远为电势能零点，它们之间的电势能的表达式为。玻尔的氢原子理论认为氢原子中的电子仅在库仑力作用下绕固定不动的原子核做匀速圆周运动。利用玻尔的轨道量子化假设和牛顿定律可得电子做圆周运动的第n轨道半径rn满足，其中n为量子数，即轨道序号，电子在第n轨道运动时氢原子的能量En，定义为电子动能与“电子-质子”系统电势能的总和。若能够批量制造大量激发态的反氢原子，其光谱线也能借用玻尔氢原子理论进行分析，类似地，正电子绕反质子做匀速圆周运动的第 n 轨道半径rn满足，其中n为量子数，即轨道序号，正电子在第n轨道运动时反氢原子的能量定义为正电子动能与“正电子-反质子”系统电势能的总和。因此反氢原子与氢原子具有相同的能级图。 a、在如图所示的能级图中，画出大量处于n=3的纯的反氢原子向下跃迁的所有可能跃迁的跃迁图； b、求的表达式（用普朗克常量h，电子电荷量e、质量m，静电力常量为k，量子数n及数学常量表示），并简述“反氢原子与氢原子具有相同的能级图”的理由。 (2)一个氢原子和一个反氢原子正碰对撞发生湮灭的产物只有光子。设氢原子、一个反氢原子对撞前（相距很远）的静止质量均为M，动能均为Ek，根据守恒定律和质能关系等物理知识，湮灭不可能转化为一个光子，请阐述理由。若湮灭产生一对光子，请求出光子的波长。 【答案】(1)a.；b.，反氢原子与氢原子的电荷量和质量相同，总能量相等； (2)根据动量守恒定律和质能关系等物理知识，湮灭不可能转化为一个光子，理由是违背动量守恒，由能量守恒可得 即 【解析】（1）a、有可能跃迁的跃迁图如图所示 b、由牛顿第二定律可得 动能可表示为 电势能可表示为 其中 则 联立解得 故反氢原子与氢原子具有相同的能级图。 （2）略。 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 模块十六 近代物理初步 注意事项： 1．本试卷共100分，考试时长90分钟。 2．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。 3．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 第一部分 本部分共14题，每题3分，功42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1．下列物质中，本质不是电子的是（　　） A．阴极射线 B．射线 C．伦琴射线 D．光电子 2．2025年10月，我国紧凑型聚变能实验装置（BEST）主机首个关键部件——杜瓦底座研制成功并顺利完成交付。该装置发生的核反应方程为，关于该核反应，下列说法正确的是（　　） A．X是 B．该核反应为衰变 C．的中子数为3 D．反应物的质量之和等于X与的质量之和 3．（2026·北京朝阳·二模）下列说法正确的是（　　） A．衰变过程存在质量亏损 B．原子核发生α衰变后质量数不变 C．原子核发生β衰变后电荷数不变 D．温度升高会增大放射性元素的半衰期 4．的衰变方程是：，其中是反电子中微子，电荷为零，静止质量可视为零。下列说法正确的是（ ） A．核反应中的X是中子 B．的比结合能大于的比结合能 C．衰变产物的质量数与相同，因此该过程不释放能量 D．若衰变前静止，则衰变后、X和反电子中微子的总动量为零 5．下列核反应方程及其类型的表述正确的是（ ） A．，是核聚变反应 B．，是核裂变反应 C．，是衰变 D．，是衰变 6．如图1所示，小明用甲、乙、丙三束单色光分别照射同一光电管的阴极，调节滑动变阻器的滑片P，得到了三条光电流随电压变化关系的曲线如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．甲光的光子能量最大 B．用乙光照射时饱和光电流最大 C．用乙光照射时光电子的最大初动能最大 D．通过同一装置发生双缝干涉，乙光的相邻条纹间距大 7．（2025·北京东城·一模）如图甲为氢原子光谱示意图，图乙为氢原子部分能级示意图。图甲中的、、、是氢原子在可见光区的四条谱线，这四条谱线为氢原子从能级向能级跃迁时产生的。已知可见光的光子能量范围为。下列说法正确的是（　　） A．对应的光子能量比对应的光子能量大 B．可能是氢原子从能级向能级跃迁时产生的 C．若氢原子从能级向能级跃迁，则辐射出的光属于红外线 D．若氢原子从能级向能级跃迁，则需要吸收10.2eV的能量 8．实验小组的同学们用如图所示的电路研究光电效应的规律。闭合开关后，用某种颜色的光照射真空管的阴极K时，电流表没有示数。为使电流表有示数，可以（　　） A．仅增大入射光的频率 B．仅增大入射光的强度 C．仅延长光的照射时间 D．仅将滑动变阻器的滑片向右滑动 9．（2025·北京北大附中·三模）我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次实现了太阳Hα波段光谱成像的空间观测。氢原子由n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时发出的光，对应的谱线为可见光区的四条谱线，分别为Hα、Hβ、Hγ、Hδ，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．Hα光的波长小于Hβ光的波长 B．Hα光子的能量小于Hβ光子的能量 C．Hγ对应的光子能量为0.54eV D．Hδ光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率 10．自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是（　　） A．已知氢原子的基态能量为-13.6eV，则反氢原子的基态能量也为-13.6eV B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子 C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子 D．反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量 11．（2026·北京西城·二模）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 12．（2026·北京顺义·统测）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以功率均匀地向各个方向发射波长为的绿光，不计空气吸收。已知人眼瞳孔在暗处的直径为，普朗克常量为，光速为。下列说法正确的是（ ） A．该绿光的频率为 B．该光源每秒辐射出的绿光光子数为个 C．瞳孔正对光源且距离为时，在单位时间内，瞳孔接收到的光能量与光源辐射总能量之比为 D．人眼能看到此光源的最远距离为 13．（2026·北京东城区·一模）核磁共振（NMR）是一种在化学生物等方面具有极多应用的检验手段。已知氢原子核有自旋，自旋产生微小环形电流，环形电流产生磁场，其效果类似小磁针。如图1所示为核磁共振仪工作原理的简化图。与扫描发生器、射频发生器、探测器相连的线圈分别称作扫描线圈、射频线圈、探测线圈。核磁共振仪开始工作后，扫描线圈中通以强电流，形成水平方向的强磁场。此时氢原子小磁针的运动形式可类比为陀螺：可认为一端固定，另一端点以外界强磁场方向为轴做圆周运动，这一运动形式称为进动，如图2所示。当氢原子小磁针在强磁场中排列稳定后，在射频线圈中通以正弦交变电流。类似核外电子吸收能量跃迁至更高能级，射频线圈产生的电磁波激发氢原子核跃迁至更高能级，氢原子小磁针进动模式因而发生改变。随后撤去射频电流，氢原子小磁针重新回到原进动模式。在这一恢复过程中，大量氢原子小磁针所产生的宏观磁场切割探测线圈，所形成的电流经处理最终成像。下列说法正确的是（ ） A．氢原子小磁针进动时，原子核的自旋以为轴 B．氢原子小磁针在重回原进动模式的过程中会释放能量 C．进动模式恢复过程中，探测线圈中的磁通量不变 D．射频线圈产生的电磁波频率高于射线 14．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（）发生了一次α衰变。放射出的α粒子（He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下面说法不正确的是（　　） A．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙 B．新核Y在磁场中做圆周运动的半径为RY＝R C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为I＝ D．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为Δm＝ 第二部分 本部分共6题，共58分。 15．（8分）（2026·山东·高考）某同学利用智能小车测量物体间动摩擦因数。如图甲所示，将橡胶板平整固定在水平桌面上，把质量为200g的物块放置在橡胶板的右端，用细线与小车连接，调整细线与橡胶板平行。 智能小车启动，缓慢拉动物块，使物块由静止逐渐变为匀速直线运动，小车每隔0.2s采集一组拉力与时间的数据，实验数据如图乙所示。回答以下问题： (1)在t < 2.6s范围内，物块处于_________________（填“静止”或“匀速直线运动”）状态。 (2)为得到物块运动过程中的滑动摩擦力，应选用时间段__________s。（填“2.8 ~ 6.0”或“4.0 ~ 6.0”）内的数据。 (3)当地重力加速度大小为9.8m/s2，此物块与橡胶板间动摩擦因数为________（保留两位有效数字）。 (4)若桌面不水平，右端略高于左端，则会导致动摩擦因数的测量值比实际值_________（填“偏大”或“偏小”）。 16．（10分）（2026·江苏·高考）小明探究电容器充电过程中电流随时间的变化关系，实验电路图如题图1所示，所用的器材有：干电池1节；电容器1只；电阻箱1个；定值电阻1个；指针式电流表1个；单刀双掷开关1个及导线若干，实验中为了完整记录电流随时间的变化，使用手机进行录像。 (1)小明选用的电容器如题图2所示，电容为_____________。 (2)题图3为该实验的实物电路，导线a端应与单刀双掷开关的接线柱_____________连接（选填“b”“c”或“d”） (3)先给电容器放电，再给电阻箱选定合适的阻值，接着开始进行电容器充电实验，主要操作步骤有： ①将开关掷向b端 ②打开手机，录制电流表示数的变化 ③观察到电流表示数趋于0，停止录像 以上操作的正确顺序是_____________（填写各步骤前的序号） (4)给电容器放电后，整理器材，导出录制的实验视频，读取电流表示数I随时间t变化的数据，画出图像如题图4所示，请定性描述时刻后电流随时间的变化关系。 (5)小明在视频中观察到，刚对电容器充电时电流表指针来回摆动几次后就能稳定变化，他知道所使用的电流表是磁电式仪表，其指针固定在一绕有线圈的铝框上，他认为这个构造能帮助电流表指针摆动几次后稳定下来，你是否同意他的观点？请简要说明理由。 17．（9分）如图所示，密封在真空中的两块等大、正对的金属板M、N竖直平行放置，间距为。将金属板M、N与电源相连，两板间的电压大小恒为、M、N可看作平行板电容器，忽略边缘效应。用一束单色平行光照射金属板恰好发生光电效应。金属板M的面积为，逸出功为，普朗克常量为。 已知单色平行光均匀照射到整个金属板M上，照射到金属板M上的功率为，能引起光电效应的概率为，光电子从金属板M逸出（不计初速度），经过两板间电场加速后打到金属板N上形成稳定的光电流，电子打到金属板N上可视为完全非弹性碰撞。电子的质量为，电荷量为。忽略光电子之间的相互作用。求： (1)此单色光的频率。 (2)稳定时光电流的大小。 (3)光电子对金属板N的撞击力的大小。 18．（8分）（2025·北京海淀·二模）研究天然放射现象时，把某放射源放入用铅做成的容器中，射线从容器的小孔竖直射出，成为细细的一束。若在射线经过的空间施加磁感应强度大小为B、垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，发现射线会分成三束，分别为α射线、β射线和γ射线。研究发现：α射线是氦原子核，β射线是电子流，γ射线是高能电磁波。已知光速大小为c，假定α粒子的速度大小为、β粒子的速度大小为。不计重力和粒子间的相互作用。 (1)写出图中的①、②、③三束射线分别对应的射线种类。 (2)再施加一沿水平方向的匀强电场。 a．若①、②两束射线重合，求匀强电场的电场强度大小E及方向。 b．请判断①、②、③三束射线是否可以重合。若可以，计算出匀强电场的电场强度大小；若不可以，请说明理由。 19．（12分）现代物理学表明，光不仅具有波动性，还具有粒子性。 (1)光电效应是光的粒子性的实例之一。某同学利用图甲所示的电路图研究光电效应，他先后用三种不同的光进行实验，得到了图乙中的结果，其中横轴为电压表的测量值，纵轴为电流表的测量值。 a.试判断三种光的频率v1、v2、v3的大小关系。 b.美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性，设计实验并测量了某金属的遏止电压Uc与入射光的频率。根据他的方法获得的实验数据绘制成如图丙所示的图线，求普朗克常量h。已知电子的电量C，将运算结果保留1位有效数字。 (2)光子的动量p与能量E之间满足：E＝pc。式中c为真空中的光速。当光照射到物体表面上时，不论光被物体吸收还是被物体表面反射，光子的动量都会发生改变，因而对物体表面产生压强，称为光压。科学家提出，光压可以作为飞行器太空旅行的动力。假设太阳向各个方向均匀辐射出光子，辐射的总功率为P0，太阳光是频率为的单色光，太阳到飞行器的距离为r，飞行器正对太阳的面积为S，当光照射到飞行器时光子被全部吸收，忽略太阳光传递过程中的能量损失。普朗克常数为h。求飞行器处的光压I。 20．（11分）反物质是由反粒子组成的物质，反粒子的质量、电荷量与粒子相同，但电性相反，例如反质子（）是质子的反粒子，正电子（）是电子的反粒子。氢原子由一个电子和一个质子构成，反氢原子则与它正好相反，由一个正电子和反质子构成。1995年人类首次在实验室条件下的真空环境中制造出反氢原子，目前批量制造出的反氢原子基本都是处于低能态的氢原子，正常情况下反物质与正物质瞬间就会与正物质发生湮灭并消失，靠特殊设计的磁场能维持较长时间的存在。已知普朗克常量为h，真空中光速为c，电子的电荷量为e、质量为m，静电力常量为k。 (1)理论上可以证明，电荷量分别为+q1和-q2的点电荷相距为r时，取无穷远为电势能零点，它们之间的电势能的表达式为。玻尔的氢原子理论认为氢原子中的电子仅在库仑力作用下绕固定不动的原子核做匀速圆周运动。利用玻尔的轨道量子化假设和牛顿定律可得电子做圆周运动的第n轨道半径rn满足，其中n为量子数，即轨道序号，电子在第n轨道运动时氢原子的能量En，定义为电子动能与“电子-质子”系统电势能的总和。若能够批量制造大量激发态的反氢原子，其光谱线也能借用玻尔氢原子理论进行分析，类似地，正电子绕反质子做匀速圆周运动的第 n 轨道半径rn满足，其中n为量子数，即轨道序号，正电子在第n轨道运动时反氢原子的能量定义为正电子动能与“正电子-反质子”系统电势能的总和。因此反氢原子与氢原子具有相同的能级图。 a、在如图所示的能级图中，画出大量处于n=3的纯的反氢原子向下跃迁的所有可能跃迁的跃迁图； b、求的表达式（用普朗克常量h，电子电荷量e、质量m，静电力常量为k，量子数n及数学常量表示），并简述“反氢原子与氢原子具有相同的能级图”的理由。 (2)一个氢原子和一个反氢原子正碰对撞发生湮灭的产物只有光子。设氢原子、一个反氢原子对撞前（相距很远）的静止质量均为M，动能均为Ek，根据守恒定律和质能关系等物理知识，湮灭不可能转化为一个光子，请阐述理由。若湮灭产生一对光子，请求出光子的波长。 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $