備考2025高考物理“二級結(jié)論”精析與培優(yōu)爭分練講義-17.近代物理（教師版）

17.近代物理——備考2025高考物理“二級結(jié)論”精析與培優(yōu)爭分練一、光電效應(yīng)（1）基本概念和規(guī)律的理解①光電效應(yīng)方程：理解：能量守恒——②截止頻率：理解：，入射光子能量大于逸出功才可能打出電子③遏止電壓：理解：使最有可能到達陽極的光電子剛好不能到達陽極的反向電壓（2）光電效應(yīng)實驗的圖象①飽和光電流——將所有光電子收集起來形成的電流；②橫截距——遏止電壓Uc：光電流消失時的反向電壓。例題1.（2024·重慶·二模）某種光伏電池的工作原理如圖所示。半徑為的透明導(dǎo)電的球殼為陽極A，球形感光材料為陰極K。現(xiàn)用動量為的黃光照射K極，K極能發(fā)射出最大初動能為的光電子。已知電子電荷量為，光速為，普朗克常量為，忽略光電子重力及之間的相互作用。下列說法正確旳是（）A．入射光子的波長為B．陰極感光材料的逸出功為C．若僅增大入射光強度，電壓表的示數(shù)將增大D．若用紫光照射K極，電壓表的最大示數(shù)將小于【答案】B【解析】A．根據(jù)德布羅意波長公式可知入射光子的波長為故A錯誤；B．根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有解得陰極感光材料的逸出功為故B正確；CD．隨著K極逸出的光電子運動到A極，A、K之間的電壓逐漸增大，若K電極逸出的最大動能的光電子恰好運動不到A電極，兩極間電壓達到最大，再增大入射光強度電壓表示數(shù)不再增大，根據(jù)動能定理有兩極間的最大電壓為若用紫光照射K極，可知初動能增大，則有故CD錯誤。故選B。二、玻爾理論(1)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時可能輻射出的光譜線條數(shù)：N＝Ceq\o\al(2,n)(2)原子躍遷時，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級的能量差．(3)原子電離時，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值．氫原子任一能級：例題2.如圖所示為氫原子的能級示意圖，現(xiàn)有大量處于能級的氫原子，用某種頻率的單色光照射后，這些氫原子能輻射出10種頻率的光，用這些輻射的光子照射逸出功為3.2eV的金屬鈣。下列說法正確的是（）A．氫原子被單色光照射后躍遷到能級B．單色光光子的能量為2.55eVC．照射鈣金屬時有4種光能使金屬鈣發(fā)生光電效應(yīng)D．從金屬鈣中逃逸出來的光電子的最大初動能為7.0eV【答案】C【解析】A．被照射后的氫原子能輻射10種不同頻率的光子，有解得所以氫原子躍遷到能級，故A錯誤；B．單色光光子的能量故B錯誤；C．當氫原子從其他能級躍遷到能級時輻射的光子照射金屬鈣都能發(fā)生光電效應(yīng)，共有4種光，故C正確；D．當氫原子從能級躍遷到能級時輻射的光子能量最大，有此光照射金屬鈣逃逸出來的光電子的最大初動能最大，有故D錯誤。故選C。三、衰變①衰變：②β衰變：規(guī)律：計算衰變次數(shù)的技巧——先由質(zhì)量數(shù)變化計算衰變次數(shù)，再由電荷數(shù)變化、衰變次數(shù)列方程計算β衰變次數(shù)。

磁場中的衰變：外切圓是α衰變，內(nèi)切圓是β衰變，半徑與電量成反比。四種核反應(yīng)類型及其遵循的三大規(guī)律（質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、能量守恒）類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)92238U→90234Th＋24Heβ衰變自發(fā)90234Th→91234Pa＋－10e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?14N＋24He→817O＋11H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)24He＋49Be→612C＋01n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)1337Al＋24He→1530P＋01n(約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子)1530P→1430Si＋10e重核裂變比較容易進行人工控制92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋301n92235U＋01n→54136Xe＋3890Sr＋1001n輕核聚變除氫彈外無法控制12H＋13H→24He＋01n例題3.（2024·廣東·二模）2023年12月，江南造船（集團）有限責任公司正式發(fā)布全球首型、世界最大核動力集裝箱船船型設(shè)計，它采用了第四代釷基堆型熔鹽反應(yīng)堆，具有更高的安全性、更少的核廢料、更長的使用壽命和更廣泛的能源應(yīng)用前景。在該反應(yīng)堆中，釷（）核經(jīng)過一系列的衰變最終變成了鉛（）核，下列說法正確的是（

）A．釷核包含有90個質(zhì)子和140個中子B．釷核的結(jié)合能小于鉛核的結(jié)合能C．釷核衰變?yōu)殂U核經(jīng)歷了6次衰變和4次衰變D．釷核衰變?yōu)殂U核需要吸收能量【答案】C【解析】A．釷核包含有90個質(zhì)子，而其質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和，則可知其中子數(shù)為（個）故A錯誤；B．結(jié)合能等于比結(jié)合能與核子數(shù)的乘積，雖然釷核的比結(jié)合能稍小于鉛核的比結(jié)合能，但釷核的核子數(shù)多于鉛核，使得釷的結(jié)合能大于鉛核的結(jié)合能，故B錯誤；C．釷核變?yōu)殂U核，核子總數(shù)減少了24，說明發(fā)生了6次衰變，同時將導(dǎo)致質(zhì)子數(shù)減少12，實際質(zhì)子數(shù)減少了8，說明還發(fā)生了4次衰變，故C正確；D．釷核為天然放射性元素，其能自發(fā)的進行衰變，而自發(fā)進行的衰變反應(yīng)都是釋放核能的反應(yīng)，故D錯誤。故選C。四、核能核能的計算（1）質(zhì)量虧損是指反應(yīng)前后體系靜止質(zhì)量的差值；（2）記住一個結(jié)論：1u=931.5MeV。例題4.（2024·河北石家莊·二模）2023年12月，新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”面向全球開放?！叭嗽焯枴眱?nèi)部發(fā)生的一種核反應(yīng)方程為，已知的比結(jié)合能為，的比結(jié)合能為，的比結(jié)合能為，光在真空中的傳播速度為c。下列說法正確的是（）A．核反應(yīng)方程中X為電子B．的比結(jié)合能小于的比結(jié)合能C．核反應(yīng)吸收的能量為D．核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為【答案】D【解析】A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知X為，故A錯誤；B．核反應(yīng)方程式中，生成物比反應(yīng)物穩(wěn)定，則的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能，故B錯誤；CD．核反應(yīng)放出的能量為由能量守恒可得解得故C錯誤，D正確。故選D。五、半衰期N余＝N原，m余＝m原.例題5.（2024·浙江嘉興·二模）如圖所示的射線測厚儀采用放射性元素作為放射源，其發(fā)生β衰變的半衰期為6h。則該測厚儀（）A．衰變產(chǎn)物為B．衰變的原因是弱相互作用C．用于監(jiān)測與控制鋼板厚度的最佳選擇是β射線D．20g放射源經(jīng)12h后剩余物質(zhì)的質(zhì)量為5g【答案】B【解析】A．β衰變放出的粒子是電子，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，衰變產(chǎn)物為，故A錯誤；B．發(fā)生β衰變的原因是弱相互作用，故B正確；C．用于監(jiān)測與控制鋼板厚度的最佳選擇是射線，故C錯誤；D．20g放射源經(jīng)12h后剩余5g的未發(fā)生衰變，但剩余物質(zhì)的質(zhì)量大于5g，故D錯誤。故選B。（建議用時：60分鐘）一、單選題1．2023年4月12日，中國“人造太陽”一全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）成功實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運行403秒，創(chuàng)造了新的世界紀錄，其內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)方程為，則（）A．該反應(yīng)為β衰變B．X為中子C．X為質(zhì)子D．He的結(jié)合能比H的結(jié)合能小【答案】B【解析】根據(jù)反應(yīng)過程滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X為中子；該反應(yīng)為核聚變；原子序數(shù)越大的原子核的結(jié)合能越大，則的結(jié)合能比的結(jié)合能大。故選B。2．我國于2024年1月研發(fā)出全球首款民用核電池.該核電池利用半衰期約為100年的鎳63來工作，其衰變方程為：Ni→Y+X，則（）A．X是電子 B．X是粒子C．Y與Ni是同位素 D．Y的中子數(shù)為29【答案】A【解析】AB．根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知鎳63的衰變方程是故A正確，B錯誤；CD．同位素是質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的同一元素的不同原子，Y的質(zhì)子數(shù)是29，與Ni不是同位素，Y的中子數(shù)為故CD錯誤。故選A。3．1899年，蘇聯(lián)物理學家列別捷夫首先從實驗上證實了“光射到物體表面上時會產(chǎn)生壓力”，和大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞類似，將產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，這種壓力會對物體表面產(chǎn)生壓強，這就是“光壓”。某同學設(shè)計了如圖所示的探測器，利用太陽光的“光壓”為探測器提供動力，以使太陽光對太陽帆的壓力超過太陽對探測器的引力，將太陽系中的探測器送到太陽系以外。假設(shè)質(zhì)量為m的探測器正朝遠離太陽的方向運動，帆面的面積為S，且始終與太陽光垂直，探測器到太陽中心的距離為r，不考慮行星對探測器的引力。已知：單位時間內(nèi)從太陽單位面積輻射的電磁波的總能量與太陽絕對溫度的四次方成正比，即，其中T為太陽表面的溫度，為常量。引力常量為G，太陽的質(zhì)量為M，太陽的半徑為R，光子的動量，光速為c。下列說法正確的是（）A．常量的單位為B．t時間內(nèi)探測器在r處太陽帆受到太陽輻射的能量C．若照射到太陽帆上的光一半被太陽帆吸收一半被反射，探測器太陽帆的面積S至少為D．若照射到太陽帆上的光全部被太陽帆吸收，探測器在r處太陽帆受到的太陽光對光帆的壓力【答案】D【解析】A．P0是單位時間從太陽單位面積輻射的電磁波的能量，所以單位為，則則常量的單位為故A錯誤；B．t時間內(nèi)探測器在r處太陽帆受到太陽輻射的能量故B錯誤；C．輻射到太陽帆的光子的總數(shù)一半光子被吸收，一半反射，則有其中聯(lián)立可得故C錯誤；D．若照射到太陽帆上的光全部被太陽帆吸收，則有可得探測器在r處太陽帆受到的太陽光對光帆的壓力故D正確。故選D。4．某無毒放射性元素的半衰期為2天，為估算某水庫的庫容，取該元素的5mL水溶液，測得溶液每分鐘衰變次。將水溶液倒入水庫，8天后可視為溶液已均勻分布，在水庫中取水樣，測得水樣每分鐘衰變20次。則該水庫中水的體積約為（）A． B．C． D．【答案】A【解析】因1立方米的水經(jīng)過8天，即4個半衰期后測得水樣每分鐘衰變20次，可知8天前1立方米的水每分鐘衰變次數(shù)為次，則水庫中水的體積故選A。5．下列有關(guān)光電效應(yīng)的說法錯誤的是（）A．愛因斯坦提出了光電效應(yīng)理論B．甲圖實驗中讓鋅板帶負電，光照后，驗電器張角會變小C．乙圖中光電子到達A板的速度越大，則光電流越大D．乙圖光電流的大小與入射光束的光強有關(guān)【答案】C【解析】A．愛因斯坦提出了光子說理論，并成功地解釋了光電效應(yīng)實驗，故A正確；B．由于事先使鋅板帶負電，驗電器張開一定的角度，鋅板表面的自由電子溢出后，驗電器的指針張角變小，故B正確；C．當達到飽和光電流以后，繼續(xù)增加光電管兩端的電壓，即增加光電子到達A板的速度，光電流不變，故C錯誤；D．當光電管兩端的電壓不變，即光電子到達A板的速度不變，入射光越強，光子數(shù)越多，光電流越大，則光電流的大小與入射光束的光強有關(guān)，故D正確。本題選錯誤的，故選C。6．某發(fā)射星云可認為完全由氫原子構(gòu)成，其發(fā)光機理可簡化為：能量為12.09eV的紫外光子照射該星云時，會使其氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的氫原子會輻射光子。氫原子能級圖如圖所示，部分顏色的可見光光子能量范圍見下表，則觀測到該星云的顏色是（）顏色紅黃藍紫能量范圍（eV）1.62～1.992.07～2.202.78～2.902.90～3.11A．紅色 B．黃色 C．藍色 D．紫色【答案】A【解析】根據(jù)題意可知，此為大量氫原子躍遷的過程，而基態(tài)氫原子吸收紫外光子后發(fā)生躍遷，躍遷后的能量為可知躍遷后的氫原子處于能級，而躍遷后的氫原子并不穩(wěn)定，會向外輻射光子，再次躍遷回基態(tài)，其躍遷方式可以從能級躍遷至能級，再由能級躍遷至能級，或直接由能級躍遷至能級，由此可知氫原子從能級向基態(tài)躍遷的過程中會輻射3種頻率的光子。從能級躍遷至能級釋放的能量為從能級躍遷至能級釋放的能量由能級躍遷至能級釋放的能量對比表中各種色光光子能量范圍可知，從能級躍遷至能級時輻射的能量在紅光光子能量范圍內(nèi)，其他兩種躍遷所輻射的光子能量均不在所給色光光子能量范圍內(nèi)，因此，觀測到該星云的顏色為紅色。故選A。7．放射性同位素熱電機是各種深空探測器中最理想的能量源，它不受溫度及宇宙射線的影響，使用壽命可達十幾年。我國的火星探測車用放射性材料器作為燃料，其原理為發(fā)生衰變時將釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能，衰變方程為，以和分別表示的電荷數(shù)和中子數(shù)，下列判斷正確的是（）A．， B．，C．， D．，【答案】C【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷守恒定律，可知的電荷數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為234，電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)加中子數(shù)，所以中子數(shù)為142，即，故選C。8．2023年12月7日，錦屏大設(shè)施正式投入科學運行，是我國又一項“國之重器”，其主要功能是為前沿物理科學研究提供不受宇宙射線影響的實驗環(huán)境。當宇宙射線中的高能粒子撞擊地球大氣層中大氣原子核時會產(chǎn)生二次粒子簇射．一宇宙射線中的粒子與大氣中氮原子核發(fā)生作用的核反應(yīng)方程為。下列說法中正確的是（

）A．該核反應(yīng)為衰變 B．X粒子由湯姆孫發(fā)現(xiàn)C．該核反應(yīng)中X為光子 D．該核反應(yīng)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)也守恒【答案】D【解析】AC．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知反應(yīng)方程式中的X為，故AC錯誤；B．質(zhì)子是由盧瑟福通過粒子轟擊氮原子時發(fā)現(xiàn)的，而電子是由湯姆孫發(fā)現(xiàn)的，故B錯誤；D．核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，故D正確。故選D。二、多選題9．用紫外光照射一種新型材料時，只產(chǎn)生動能和動量單一的相干電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，觀測到相鄰明條紋間距為Δx的干涉現(xiàn)象，普朗克常量為h，雙縫到屏的距離為L，下列說法正確的是（）A．電子束的波長B．電子的動量C．僅減小照射光的波長，電子束形成的干涉條紋間距將變大D．與實物粒子相聯(lián)系的波被稱為德布羅意波，也叫做物質(zhì)波【答案】BD【解析】A．根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式可得故A錯誤；B．電子的動量為故B正確；C．僅減小照射光的波長，電子束形成的干涉條紋間距將變小，故C錯誤；D．與實物粒子相聯(lián)系的波被稱為德布羅意波，也叫做物質(zhì)波，故D正確。故選BD。10．如圖所示為氫原子的能級圖。大量處于能級的氫原子向低能級躍遷時分別輻射出種不同頻率的光子。已知，則（）A．一定等于2B．若，則可能有C．若大量氫原子從能級躍遷到基態(tài)發(fā)出的光有兩種可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則大量氫原子從能級躍遷到基態(tài)發(fā)出的光可能有4種可使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)D．一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷，最多可輻射5種頻率的光【答案】BC【解析】AB．根據(jù)大量氫原子從至能級向基態(tài)躍遷時分別能發(fā)出1、3、6、10、15、21種不同頻率的光子，則有即，若則有，，故A錯誤，B正確；C．大量氫原子從能級躍遷到基態(tài)發(fā)出3種光，有兩種可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則該金屬的逸出功即則大量氫原子從能級躍遷到基態(tài)發(fā)出的光可能有4種可使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故C正確；D．一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷，最多可輻射4種頻率的光，故D錯誤。故選BC。11．“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發(fā)射升空，對提升我國導(dǎo)航定位、深空探測等技術(shù)具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系，原子吸收波長為的光子從基態(tài)能級躍遷至激發(fā)態(tài)能級，然后自發(fā)輻射出波長為的光子，躍遷到“鐘躍遷”的上能級，并在一定條件下躍遷到“鐘躍遷”的下能級，并輻射出波長為的光子，實現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出波長為的光子回到基態(tài)。則（）A．該鐘激光的光子的能量B．該鐘激光的光子的動量C．該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的波長D．該鐘激光可以讓極限波長為的金屬材料發(fā)生光電效應(yīng)【答案】AB【解析】A．該鐘激光的光子的能量為A正確；B．該鐘激光的光子的動量為B正確；C．原子吸收波長為的光子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷到激發(fā)態(tài)能級Ⅱ，則有且從激發(fā)態(tài)能級向下躍遷到基態(tài)的過程有聯(lián)立可得C錯誤；D．由題意可知，該金屬材料的極限頻率為該鐘激光的頻率為由此可知，即不能讓該金屬材料發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，D錯誤。故選AB。12．下列對于原子及原子核結(jié)構(gòu)