第17講近代物理

專題七近代物理第17講近代物理能力培養(yǎng)練1.(2023·湖南卷,1)2023年4月13日,中國(guó)“人造太陽(yáng)”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀(jì)錄,實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行,為可控核聚變的最終實(shí)現(xiàn)又向前邁出了重要的一步,下列關(guān)于核反應(yīng)的說(shuō)法正確的是(A)A.相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多B.氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為12H+13HC.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235D.核聚變反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有質(zhì)量虧損解析:相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多,A正確;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知,氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為12H+1C錯(cuò)誤;核聚變反應(yīng)過(guò)程中放出大量能量,有質(zhì)量虧損,D錯(cuò)誤。2.(2023·河北張家口模擬)如圖所示,假設(shè)入射光子的動(dòng)量為p0,光子與靜止的電子發(fā)生彈性碰撞。碰后光子的動(dòng)量大小為p1,傳播方向與入射方向夾角為α,碰后電子的動(dòng)量大小為p2,出射方向與光子入射方向夾角為β。已知光速為c,普朗克常量為h,下列說(shuō)法正確的是(C)A.碰前入射光子的波長(zhǎng)為pB.碰后電子的能量為p2cC.p0=p1cosα+p2cosβD.p0=p1+p2解析:根據(jù)德布羅意公式可知,碰前入射光子的波長(zhǎng)為λ0=hp0,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;設(shè)電子的質(zhì)量為m,則碰后電子的能量為E=p222p2cosβ,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。3.(2023·浙江6月卷,5)“玉兔二號(hào)”裝有核電池,不懼漫長(zhǎng)寒冷的月夜。核電池將94238Pu衰變釋放的核能一部分轉(zhuǎn)換成電能。94238Pu的衰變方程為A.衰變方程中的X等于233B.2C.94238Pu比D.月夜的寒冷導(dǎo)致94解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,衰變方程為94238Pu→92234U+24He,即衰變方程中的X=234,故A錯(cuò)誤;24He是α粒子,穿透能力比γ射線弱,故B錯(cuò)誤;比結(jié)合能越大越穩(wěn)定,由于94238Pu衰變成4.(2022·全國(guó)甲卷,17)兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0,在t=0時(shí)刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N,在t=2t0時(shí)刻,尚未衰變的原子核總數(shù)為N3,則在t=4t0A.N12 B.N9 C.N解析:設(shè)t=0時(shí)刻,甲、乙兩種放射性元素原子核數(shù)分別為N1、N2,則有N1+N2=N,t=2t0時(shí),甲經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期,未衰變?cè)雍藬?shù)為N14,乙經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期,未衰變?cè)雍藬?shù)為N22,由已知條件有N14+N2N2=13N;t=4t0時(shí),甲經(jīng)過(guò)四個(gè)半衰期,未衰變?cè)雍藬?shù)為N116,乙經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期,未衰變?cè)雍藬?shù)為N24,則此時(shí)未衰變?cè)雍丝倲?shù)為N′=N5.(2023·河北邢臺(tái)二模)(多選)用不同波長(zhǎng)的光照射光電管陰極探究光電效應(yīng)的規(guī)律時(shí),根據(jù)光電管的遏止電壓Uc與對(duì)應(yīng)入射光的波長(zhǎng)λ作出的Uc1λ圖像如圖所示。已知光電子的電荷量大小為e,光速為c,下列說(shuō)法正確的是(BC)A.該光電管陰極材料的逸出功大小為acB.當(dāng)用波長(zhǎng)λ=12C.當(dāng)用波長(zhǎng)λ<1aD.當(dāng)用波長(zhǎng)λ<1a的光照射光電管的陰極時(shí),光電子的最大初動(dòng)能與1解析:根據(jù)eUc=hνW0=hcλW0,則有Uc=hce·1λW0e,結(jié)合圖像可知當(dāng)橫坐標(biāo)為a時(shí),縱坐標(biāo)為0,即有0=hceaW0e,解得W0=hac,A錯(cuò)誤;根據(jù)圖像,結(jié)合上述分析有W0e=b,解得W0=be,當(dāng)用波長(zhǎng)λ=12a的光照射光電管陰極時(shí),即有1λ=2a,則有Ekmax=hc·1λW0=2hachac=hac=W0=be,B正確;根據(jù)上述可知,截止頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0=1a,波長(zhǎng)越短,頻率越大,則當(dāng)用波長(zhǎng)λ<6.(2023·浙江6月卷,15)(多選)有一種新型光電效應(yīng)量子材料,其逸出功為W0。當(dāng)紫外光照射該材料時(shí),只產(chǎn)生動(dòng)能和動(dòng)量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫,在與縫相距為L(zhǎng)的觀測(cè)屏上形成干涉條紋,測(cè)得條紋間距為Δx。已知電子質(zhì)量為m,普朗克常量為h,光速為c,則(AD)A.電子的動(dòng)量pc=hLB.電子的動(dòng)能Ek=hC.光子的能量E=W0+chLD.光子的動(dòng)量p=W0c解析:根據(jù)條紋間距公式Δx=Ldλ,可得λ=dΔxL,根據(jù)pc=hλ,可得pc=hLdΔx,故A正確;根據(jù)動(dòng)能和動(dòng)量的關(guān)系Ek=p22m,結(jié)合A選項(xiàng)可得Ek=h2L22md2Δx素養(yǎng)提升練7.(2023·湖南株洲二模)(多選)中國(guó)科學(xué)院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST),成功實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行,創(chuàng)造托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行新的世界紀(jì)錄,向核聚變能源應(yīng)用邁出重要一步。等離子體狀態(tài)不同于固體、液體和氣體的狀態(tài),被認(rèn)為是物質(zhì)的第四態(tài)。當(dāng)物質(zhì)處于氣態(tài)時(shí),如果溫度進(jìn)一步升高,幾乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而離解為電子和正離子,此時(shí)物質(zhì)稱為等離子體。在自然界里,火焰、閃電、極光中都會(huì)形成等離子體,太陽(yáng)和所有恒星都是等離子體。下列說(shuō)法正確的是(BCD)A.核聚變釋放的能量源于等離子體中離子的動(dòng)能B.可以用磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體C.盡管等離子體整體是電中性的,但它是電的良導(dǎo)體D.提高托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行溫度有利于克服等離子體中正離子間的庫(kù)侖斥力解析:核聚變釋放的能量源于原子核的質(zhì)量虧損,A錯(cuò)誤;帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí),在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的作用而不飛散,故可以用磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體,B正確;等離子體是各種粒子的混合體,整體是電中性的,但有大量的自由粒子,故它是電的良導(dǎo)體,C正確;提高托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行溫度,增大了等離子體的內(nèi)能,使它們具有更高的動(dòng)能,有利于克服等離子體中正離子間的庫(kù)侖斥力,D正確。8.(2023·湖南郴州一模)下列說(shuō)法正確的是(B)A.β衰變說(shuō)明原子核內(nèi)部存在電子B.盧瑟福用α粒子轟擊7C.查德威克用α粒子轟擊49Be生成D.費(fèi)米通過(guò)輕核聚變裝置的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實(shí)現(xiàn)了核能的釋放解析:科學(xué)家對(duì)原子核的衰變進(jìn)一步研究,發(fā)現(xiàn)β衰變的實(shí)質(zhì)是核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子,其轉(zhuǎn)化方程式為01n→11H+-10e,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;盧瑟福用α粒子轟擊714N,打出了一種新的粒子——質(zhì)子,核反應(yīng)方程式為714N+29.(2023·湖南湘潭三模)(多選)如圖所示為一價(jià)氦離子(He+)的能級(jí)圖,根據(jù)玻爾原子理論,下列說(shuō)法正確的是(AD)A.能級(jí)越低,氦離子越穩(wěn)定B.n=1時(shí),氦離子處于第一激發(fā)態(tài)C.從n=2躍遷到n=1比從n=3躍遷到n=2輻射出的光子動(dòng)量小D.一群處于n=4能級(jí)的氦離子躍遷到基態(tài)的過(guò)程中,可能輻射6種頻率的光子解析:根據(jù)玻爾原子理論可知能級(jí)越低,氦離子越穩(wěn)定,故A正確;n=1時(shí),氦離子處于基態(tài),故B錯(cuò)誤;根據(jù)hcλ=EmEn(m>n)可知,從n=2躍遷到n=1比從n=3躍遷到n=2輻射出的光子的波長(zhǎng)短。由λ=hp,可得從n=2躍遷到n=1比從n=3躍遷到n=2輻射出的光子動(dòng)量大,故C錯(cuò)誤;一群處于n=4能級(jí)的氦離子躍遷到基態(tài)的過(guò)程中,可能輻射出的光譜線條數(shù)為N=10.(2023·浙江1月卷,9)宇宙射線進(jìn)入地球大氣層與大氣作用會(huì)產(chǎn)生中子,中子與大氣中的氮14會(huì)產(chǎn)生以下核反應(yīng):714N+01n→6A.614C發(fā)生β衰變的產(chǎn)物是B.β衰變輻射出的電子來(lái)自于碳原子的核外電子C.近年來(lái)由于地球的溫室效應(yīng),引起6D.若測(cè)得一古木樣品的614C含量為活體植物的解析:根據(jù)衰變過(guò)程中的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律可知,發(fā)生β衰變后,原子核釋放一個(gè)電子,質(zhì)量數(shù)不變,電荷數(shù)增加1,即產(chǎn)生714N,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;半衰期由核內(nèi)部自身因素決定,跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系,所以不會(huì)因?yàn)闇厥倚?yīng)改變半衰期,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若測(cè)得一古木樣品的614C含量為活體植物的11.(2023·湖南岳陽(yáng)二模)如圖甲所示為研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置,同一入射光照射到不同金屬材料表面,發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)的遏止電壓Uc與金屬材料的逸出功W0的關(guān)系如圖乙所示,已知普朗克常量為h,則入射光的頻率為(A)A.bh B.ah C.a解析:根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hνW0,結(jié)合Ek=eUc,聯(lián)立可得Uc=W0e+hνe,結(jié)合題圖乙可得hνe=a,1e難關(guān)攻克練12.(2023·浙江1月卷,15)(多選)氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),會(huì)產(chǎn)生四種頻率的可見光,其光譜如圖1所示。氫原子從能級(jí)6躍遷到能級(jí)2產(chǎn)生可見光Ⅰ,從能級(jí)3躍遷到能級(jí)2產(chǎn)生可見光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究?jī)煞N光的干涉現(xiàn)象,得到如圖2和圖3所示的干涉條紋。用兩種光分別照射如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置,都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。下列說(shuō)法正確的是(CD)A.圖1中的Hα對(duì)應(yīng)的是ⅠB.圖2中的干涉條紋對(duì)應(yīng)的是ⅡC.Ⅰ的光子動(dòng)量大于Ⅱ的光子動(dòng)量D.P向a移動(dòng),電流表示數(shù)為零時(shí)Ⅰ對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大解析:根據(jù)題意可知,可見光Ⅰ的光子能量要大,即頻率要高,可見光Ⅱ的光子能量低,即頻率要低,根據(jù)ν=cλ,λ=hp可知,可見光Ⅰ的光子動(dòng)量要大,選項(xiàng)C正確;題圖1中的Hα對(duì)應(yīng)的是光子頻率小的可見光Ⅱ,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,題圖3的干涉條紋間距大,所以波長(zhǎng)要長(zhǎng),即是可見光Ⅱ,題圖2應(yīng)該是可見光Ⅰ,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hνW0,而遏止電壓eUc=E13.(2023·山東濰坊期末)在火星上太陽(yáng)能電池板發(fā)電能力有限,因此科學(xué)家們用放射性材料——PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電(PuO2中的Pu是94238Pu)。已知94238Pu衰變后變?yōu)?2234U和α粒子。若靜止的(1)94(2)從開始衰變到92解析:(1)94238Pu發(fā)生α衰變方程為94238Pu根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知,α粒子和鈾核的動(dòng)量大小相等,設(shè)為p,α粒子的動(dòng)能Eα=p2鈾核的動(dòng)能EU=p2則EUEα=mM