学年高考物理总复习单元同步训练近代物理试题及答案.docx
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学年高考物理总复习单元同步训练近代物理试题及答案
单元同步提升训练:
近代物理
一、单选题(每题3分,共计24分)
1.(2020年浙江卷)5.下列说法正确的是()A.质子的德布罗意波长与其动能成正比
B.天然放射的三种射线,穿透能力最强的是α射线C.光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关D.电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
【答案】D
【解析】
【详解】A.由公式
λ=h=h
p
可知质子的德布罗意波长λ∝1,λ∝
p
1
,故A错误;
B.天然放射的三种射线,穿透能力最强的是γ射线,故B错误;
C.由
Ek=hν-W
当hν0=W,可知截止频率与入射光频率无关,由材料决定,故C错误;
D.电子束穿过铝箱后的衍射图样说明电子具有波动性,故D正确。
故选D。
1
2.(2020年全国II卷)氘核2H可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式
1210
62H→24He+21H+21n+43.15MeV表示。
海水中富含氘,已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若
全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知1kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107J,1MeV=1.6×10–13J,则M约为()
A.40kgB.100kgC.400kgD.1000kg
【答案】C
【解析】
1
【详解】氘核2H可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式
1210
62H→24He+21H+21n+43.15MeV
则平均每个氘核聚变释放的能量为
ε=E=43.15MeV66
1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个,可以放出的总能量为
E0=Nε
由Q=mq可得,要释放的相同的热量,需要燃烧标准煤燃烧的质量
m=Q=E0≈400kg
3.(2020年江苏卷)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。
它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。
若人体温度升高,则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是()
A.I增大,λ增大B.I增大,λ减小C.I减小,λ增大D.I诚小,λ减小
【答案】B
【解析】
【详解】黑体辐射的实验规律如图
特点是,随着温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,所以人体热辐射的强度I增大;随着温度的升高,辐射强度的峰值向波长较短的方向移动,所以λ减小。
故选B。
4.(2020年天津卷)在物理学发展的进程中,人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究,获得正确的理论认识。
下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是()
A.B.
C.D.
【答案】D
【解析】
【详解】A.双缝干涉实验说明了光具有波动性,故A错误;
B.光电效应实验,说明了光具有粒子性,故B错误;
C.实验是有关电磁波的发射与接收,与原子核无关,故C错误;
D.卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构,故D正确;故选D。
5.(2019·新课标全国Ⅰ卷)氢原子能级示意图如图所示。
光子能量在1.63eV~3.10eV的光为可见光。
要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为
A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.5leV
【答案】A
【解析】由题意可知,基态(n=1)氢原子被激发后,至少被激发到n=3能级后,跃迁才可能产生能量在1.
63eV~3.10eV的可见光。
故。
故本题选A。
6.(2020年北京卷)氢原子能级示意如图。
现有大量氢原子处于n=3能级上,下列说法正确的是()
A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66eV的能量
D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量
【答案】C
【解析】
3
【详解】A.大量氢原子处于n=3能级跃迁到n=1最多可辐射出C2=3种不同频率的光子,故A错误;
B.根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为
hν1=13.6eV-1.51eV
从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量为
hν2=
3.4eV-1.51eV
比较可知从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率高,故B错误;
C.根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=4能级,需要吸收的能量为
E=1.51eV-0.85eV=0.66eV
故C正确;
D.根据能级图可知氢原子处于n=3能级的能量为-1.51eV,故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量,故
D错误;故选C。
7.(2019·新课标全国Ⅱ卷)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环,循环的结果可表示为
,已知1H和4He的质量分别为m=1.0078u和m=4.0026u,1u=931MeV/c2,c为光速。
在4个
12Pα
1H转变成1个4He的过程中,释放的能量约为
12
A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeV
【答案】C
【解析】由∆E=∆mC2知,∆m=∆E=
c2
,忽略电子质量,则:
,故C选项符合题意;
8.(2019·天津卷)如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。
由a、b、
c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是
【答案】C
【解析】由光电效应的方程,动能定理eU=Ek
,故截止电压越
大说明光的频率越大,则有三种光的频率vb>vc>va,则可知三种光的折射率的关系为nb>nc>na,因此光穿过三棱镜时b光偏折最大,c光次之,a光最小,故选C,ABD错误。
二、多选题(每题5分,共计40分)
9.(2020年全国I卷)下列核反应方程中,X1,X2,X3,X4代表α粒子的有()
1101
1102
A.2H+2H→1n+XB.2H+3H→1n+X
92056363
0314
C.235U+1n→144Ba+89Kr+3XD.1n+6Li→3H+X
【答案】BD
【解析】
【详解】α粒子为氦原子核4He,根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒,A选项中的X1为3He,B
22
选项中的X2为4He,C选项中的X3为中子1n,D选项中的X4为4He。
202
故选BD。
10.(2020年全国III卷)1934年,约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔,首次产生了人工放射性同位素X,
反应方程为:
4He+27Al→X+1n。
X会衰变成原子核Y,衰变方程为X→Y+0e,则()
21301
A.X的质量数与Y的质量数相等B.X的电荷数比Y的电荷数少1
C.X的电荷数比27Al的电荷数多2D.X的质量数与27Al的质量数相等
1313
【答案】AC
【解析】
【详解】设X和Y的质子数分别为n1和n2,质量数分别为m1和m2,则反应方程为
4He+27Al→m1X+1n,m1X→m2Y+0e
213
n10n1
n21
根据反应方程质子数和质量数守恒,解得
2+13=n1,n1=n2+1
4+27=m1+1,m1=m2+0
解得
n1=15
,n2=14
,m1=30
,m2=30
AC.X的质量数(m=30)与Y的质量数(m=30)相等,比27Al的质量数多3,故A正确,D错误;
1213
BC.X的电荷数(n=15)比Y的电荷数(n=14)多1,比27Al的电荷数多2,故B错误,C正确;
1213
故选AC。
1
1
11.(2020年浙江卷)太阳辐射的总功率约为4´1026W,其辐射的能量来自于聚变反应。
在聚变反应中,一个质量为1876.1MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(2H)和一个质量为2809.5MeV/c2的氚核(3H)
2
结合为一个质量为3728.4MeV/c2的氦核(4He),并放出一个X粒子,同时释放大约17.6MeV的能量。
下列说法正确的是()A.X粒子是质子
B.X粒子的质量为939.6MeV/c2
C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4⨯109kgD.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6MeV/c2
【答案】BC
【解析】
【详解】A.由质量数和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,则X为中子,选项A错误;
B.根据能量关系可知
n
mc2=1876.1+2809.5-3728.4-17.6
解得mn=939.6MeV/c,选项B正确;
2
C.太阳每秒放出的能量
E=Pt=4⨯1026J
损失的质量
∆m=E
c2
⨯26
=410
kg≈4.4⨯
9⨯1016
109kg
选项C正确;
D.因为
264⨯1026
4539
E=4⨯10J=eV=2.5⨯10eV=2.5⨯10MeV1.6⨯10-19
则太阳每秒因为辐射损失的质量为
∆m=E
c2
=2.5⨯1039MeV/c2
选项D错误。
故选BC。
12.(2019·天津卷)(多选)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破,等离子体中心电子温度首次达到1亿度,为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。
下列关于聚变的说法正确的是
A.核聚变比核裂变更为安全、清洁
B.任何两个原子核都可以发生聚变
C.两个轻核结合成质量较大的核,总质量较聚变前增加
D.两个轻核结合成质量较大的核,核子的比结合能增加
【答案】AD
【解析】核聚变的最终产物时氦气无污染,而核裂变会产生固体核废料,因此核聚变更加清洁和安全,A正确;发生核聚变需要在高温高压下进行,大核不能发生核聚变,故B错误;核聚变反应会放出大量的能量,根据质能关系可知反应会发生质量亏损,故C错误;因聚变反应放出能量,因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能,故D正确。
13.(2019·浙江选考)(多选)处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时,能辐射出a、b两种可见光,a光照射某金属表面时有光电子逸出,b光照射该金属表面时没有光电子逸出,则
A.以相同的入射角射向一平行玻璃砖,a光的侧移量小于b光的
B.垂直入射到同一单缝衍射装置,a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的
C.a光和b光的频率之比可能是20/27
D.a光子的动量大于b光子的
【答案】BD
【解析】根据题意可知a光频率低于b光频率,玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率,b光的折射率较小,以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后,b光的折射角较大,所以b光侧移量小,即a光的侧移量大于b光的,A错误;频率越大,波长越小,通过同一单缝衍射装置时,中央亮条纹宽度越小,B正确;
a光的频率大,故频率之比不可能为20,C错误;频率越大,波长越小,即λ<λ,根据λ=h可知p>p,
27abpab
D正确。
4
3
14.(2019·浙江选考)(多选)一个铍原子核(7Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变,生成一个锂核(7Li),并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe,人们把这种衰变称
为“K俘获”。
静止的铍核发生零“K俘获”,其核反应方程为已知铍原子的质量为MBe=7.
016929u,锂原子的质量为MLi=7.016004u,1u相当于9.31×102MeV。
下列说法正确的是
A.中微子的质量数和电荷数均为零
3
B.锂核(7Li)获得的动能约为0.86MeV
3
C.中微子与锂核(7Li)的动量之和等于反应前电子的动量
3
D.中微子与锂核(7Li)的能量之和等于反应前电子的能量
【答案】AC
【解析】反应方程为
,根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零,
A
,为
3
释放的核能,不是锂核获得的动能,B错误;衰变过程中内力远大于外力,故反应前后动量守恒,故中微子与锂核(7Li)的动量之和等于反应前电子的动量,C正确;由于反应过程中存在质量亏损,所以中微子与
3
锂核(7Li)的能量之和小于反应前电子的能量,D错误。
15..(多选)2017年1月9日,大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。
大多数原子核发生核反应的过程中都伴着中微子的产生,例如核裂变、核聚变、β衰变等。
下列关于核反应的说法正确的是()。
A.
Th
Rn,经过3次α衰变,2次β衰变
B
H
H
He
n是α
Th
Pa
e是β衰变方程
C
U
n
Ba
Kr+
n是核裂变方程,也是氢弹的核反应方程
D.高速运动的α
He
N
O
H
【解析
Th
Rn,经过3次α衰变,2次β衰变,故A
H
H
He
n是核聚变方程
Th
Pa
e是β衰变方程,故B
U
n→
Ba
Kr+
n是核裂变方程,不是氢弹的核反应方程,故C项错误;高速运动的α
He
N
O
H,故D项正确。
【答案】AD
16.(多选)一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中,由于发生了某种衰变而形成了如图所示的两个圆形径迹,两圆半径之比为1∶16,则()。
A.该原子核发生了β衰变
B.原来静止的原子核的原子序数为15
C.反冲核沿小圆做逆时针方向运动
D.该衰变过程结束后其系统的总质量略有增加
【解析】由图看出,原子核衰变后放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同,而两者速度方向相反,则知两者的电性相反,新核带正电,则放出的必定是β粒子,即发生了β衰变,故A项正确。
根据动量守恒定律得知,放出
的β粒子与新核的动量大小相等,由
=
得半径与电荷量成反比,两圆半径之比为1∶16,由于新核的电荷量较大,则小圆是新核的轨迹,由半径之比得到新核的电荷量为16e,原子序数为16,则原来静止的原子核的
原子序数为15,故B项正确。
衰变后新核所受的洛伦兹力方向向右,根据左手定则判断得知,其速度方向向下,沿小圆做逆时针方向运动,故C项正确。
该衰变过程会放出能量,质量略有亏损,故D项错误。
【答案】ABC
三、填空题(17题6分,18题12分,共计18分)
17.(2020年江苏卷)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线,其中最长和最短波长分别为λ1和λ2,则该激发态与基态的能量差为,波长为λ1的光子的动量为。
(已知普朗克常量为h,光速为c)
【答案】
(1).hc
λ2
h
λ
(2).
1
【解析】
【详解】[1]根据c=λν可知波长越短,对应光子的频率越大,对应跃迁的能级差越大;可知最短波长λ2对
应基态到激发态的能量差最大,结合ε=hν得
∆E=hν2
[2]波长为λ1对应的光子动量为
=hc
λ2
h
λ
p1=
1
18.(2020年全国I卷)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx,所用电压表的内阻为1kΩ,电
流表内阻为0.5Ω。
该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间,另一种是跨接在O、Q两点之间。
测量得到如图(b)所示的两条U–I图线,其中U与I分别为电压表和电流表的示数。
回答下列问题:
(1)图(b)中标记为II的图线是采用电压表跨接在(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。
(2)根据所用实验器材和图(b)可判断,由图线(填“I”或“II”)得到的结果更接近待测电阻的真实值,结果为Ω(保留1位小数)。
(3)考虑到实验中电表内阻的影响,需对
(2)中得到的结果进行修正,修正后待测电阻的阻值为Ω
(保留1位小数)。
【答案】
(1).O、P
(2).I(3).50.5(4).50.0
【解析】
【详解】
(1)[1]若将电压表接在O、P之间,
I=U+U
RVRx
则
RxRV
U=RxRV⋅I
Rx+RV
根据一次函数关系可知对应斜率为R
。
+
xRV
若将电压表接在O、Q之间,电流表分压为
UA=IRA
根据欧姆定律变形可知
解得
R=U-IRA
I
U=I(R+RA)
根据一次函数可知对应斜率为(R+RA),对比图像的斜率可知
kI>kII
所以II图线是采用电压表跨接在O、P之间。
(2)[2]因为待测电阻为几十欧姆电阻,通过图像斜率大致估算待测电阻为50Ω左右,根据
1kΩ<50Ω
50Ω0.5Ω
说明电流表的分压较小,电流表的分流较大,所以电压表应跨接在O、Q之间,所以选择图线I得到的结果较为准确。
[3]根据图像可知
Rx=
3V-1V
59.6mA-20mA
≈50.5Ω
[4]考虑电流表内阻,则修正后的电阻为
Rx'=Rx-rA=50.5Ω-0.5Ω=50.0Ω
四、计算题(19题8分,20题10分,共计18分)
19.几种金属的溢出功W0见下表:
用一束可见光照射上述金属的表面,请通过计算说明哪些能发生光电效应.已知该可见光的波长范围为4.0×10-7~7.6×10-7m,普朗克常数h=6.63×10-34J·s.
【答案】纳、钾、铷
【解析】光子的能量E=hc,取λ=4.0×10–7m,
λ
则E≈5.0×10–19J,
根据E>W0判断,纳、钾、铷能发生光电效应.
2
20.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(4He)在
与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R.用m、q分别表示α粒子的质量和电荷量.
Z
(1)放射性原子核用AX表示,新核的元素符号用Y表示,写出该α衰变的核反应方程.
(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小.
(3)设该衰变过程释放的核能都转为α粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损Δm.
AA-44
2πm
q2B
(M+m)(qBR)2
【答案】
(1)ZX―→Z-2Y+2He
(2)qB
2πm(3)
v2
2mMc22πR
【解析】
(2)设α粒子的速度大小为v,由qvB=mR,T=v,得
α粒子在磁场中运动周期T
2πm
qq2B
=qB
环形电流大小I=T=2πm
(3)qvBv2
vqBR
由=mR,得=m
设衰变后新核Y的速度大小为v′,系统动量守恒,得Mv′-mv=0
则v′
mvqBR
=M=M
由Δmc21
′2+12
=2Mv2mv
(M+m)(qBR)2
得Δm=
2mMc2
A-4
说明:
若利用M=
4m解答,亦可.
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