專題十六 近代物理初步-十年高考《物理》真題分類練習(xí)解析

PAGE1專題十六近代物理初步考點(diǎn)1光電效應(yīng)波粒二象性1.(2024湖南,1,4分)量子技術(shù)是當(dāng)前物理學(xué)應(yīng)用研究的熱點(diǎn),下列關(guān)于量子論的說(shuō)法正確的是()A.普朗克認(rèn)為黑體輻射的能量是連續(xù)的B.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,紅光照射可以讓電子從某金屬表面逸出,若改用紫光照射也可以讓電子從該金屬表面逸出C.康普頓研究石墨對(duì)X射線散射時(shí),發(fā)現(xiàn)散射后僅有波長(zhǎng)小于原波長(zhǎng)的射線成分D.德布羅意認(rèn)為質(zhì)子具有波動(dòng)性,而電子不具有波動(dòng)性答案B普朗克認(rèn)為黑體輻射的能量是不連續(xù)的,這個(gè)不可再分的最小能量值叫作能量子,A錯(cuò)誤;紫光的光子頻率更高,光子能量更大,如果紅光可以使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則紫光一定也可以使該金屬發(fā)生光電效應(yīng),B正確;康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí),發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中,除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外,還有波長(zhǎng)大于λ0的成分,這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng),C錯(cuò)誤;德布羅意認(rèn)為實(shí)物粒子也具有波粒二象性,質(zhì)子、電子等都具有波動(dòng)性,D錯(cuò)誤。2.(2024黑吉遼,8,6分)(多選)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發(fā)出光電子、并對(duì)光電子進(jìn)行分析的科研儀器。用某一頻率的X光照射某種金屬表面,逸出了光電子,若增加此X光的強(qiáng)度,則()A.該金屬的逸出功增大B.X光的光子能量不變C.逸出的光電子最大初動(dòng)能增大D.單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多答案BD逸出功由金屬材料本身決定,A錯(cuò)誤。光子能量E=hν,由光子頻率決定,B正確。由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,逸出的光電子最大初動(dòng)能不變,C錯(cuò)誤。光的強(qiáng)度增加,單位時(shí)間照射到金屬表面的光子數(shù)增加,單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多,D正確。3.(2024貴州,8,5分)(多選)我國(guó)在貴州平塘建成了世界最大單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST,其科學(xué)目標(biāo)之一是搜索地外文明。在宇宙中,波長(zhǎng)位于搜索地外文明的射電波段的輻射中存在兩處較強(qiáng)的輻射,一處是波長(zhǎng)為21cm的中性氫輻射,另一處是波長(zhǎng)為18cm的羥基輻射。在真空中,這兩種波長(zhǎng)的輻射相比,中性氫輻射的光子()A.頻率更大 B.能量更小C.動(dòng)量更小 D.傳播速度更大【答案】BC【解析】所有光波在真空中的傳播速度均相同,D錯(cuò)誤。光子頻率與波長(zhǎng)關(guān)系為ν=cλ,可知中性氫輻射的光子頻率更小,A錯(cuò)誤。光子能量E=hν,可知中性氫輻射的光子能量更小,B正確。光子動(dòng)量p=?4.(2024江蘇,5,4分)在原子躍遷中,輻射如圖所示的4種光子,其中只有一種光子可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),該光子是()A.λ1 B.λ2 C.λ3 D.λ4【答案】C【解析】根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,若只有一種光子可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則該光子對(duì)應(yīng)的能量最大,根據(jù)題圖可知躍遷時(shí)輻射的光子λ3能量最大,C正確。5.（2024新課標(biāo)，17，6分）三位科學(xué)家由于在發(fā)現(xiàn)和合成量子點(diǎn)方面的突出貢獻(xiàn)，榮獲了2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。不同尺寸的量子點(diǎn)會(huì)發(fā)出不同顏色的光?，F(xiàn)有兩種量子點(diǎn)分別發(fā)出藍(lán)光和紅光，下列說(shuō)法正確的是（）A.藍(lán)光光子的能量大于紅光光子的能量B.藍(lán)光光子的動(dòng)量小于紅光光子的動(dòng)量C.在玻璃中傳播時(shí)，藍(lán)光的速度大于紅光的速度D.藍(lán)光在玻璃中傳播時(shí)的頻率小于它在空氣中傳播時(shí)的頻率【答案】A【解析】藍(lán)光的頻率大于紅光的頻率，由E=hν可知，藍(lán)光光子的能量大于紅光光子的能量，A正確；藍(lán)光的波長(zhǎng)小于紅光的波長(zhǎng)，由p=hλ可知藍(lán)光光子的動(dòng)量大于紅光光子的動(dòng)量，B錯(cuò)誤；玻璃對(duì)藍(lán)光的折射率大于對(duì)紅光的折射率，由v=c6.(2024海南,8,3分)利用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng),單刀雙擲開(kāi)關(guān)S與1接通,用頻率為ν1的光照射光電管,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使電流表的示數(shù)剛好為0,此時(shí)電壓表的示數(shù)為U1,已知電子電荷量絕對(duì)值為e,普朗克常量為h,下列說(shuō)法正確的是()A.其他條件不變,增大光強(qiáng),電壓表示數(shù)增大B.改用比ν1更大頻率的光照射,調(diào)整電流表的示數(shù)為零,此時(shí)電壓表示數(shù)仍為U1C.其他條件不變,使開(kāi)關(guān)S與2接通,電流表示數(shù)仍為零D.光電管陰極材料的截止頻率νc=ν1-e【答案】D【解析】開(kāi)關(guān)S接1時(shí),根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek=hν1-W0,根據(jù)動(dòng)能定理有-eUc=0-Ek,聯(lián)立解得Uc=?eν1-W0e,由題意可知電壓表測(cè)得的電壓U1即遏止電壓Uc,故僅增大光強(qiáng),電壓表示數(shù)不變,A錯(cuò)誤。改用比ν1更大頻率的光照射,遏止電壓增大,調(diào)整滑動(dòng)變阻器滑片使電流表的示數(shù)為零,此時(shí)電壓表示數(shù)大于U1,B錯(cuò)誤。僅將開(kāi)關(guān)S與2接通,光電管兩端所加電壓變成正向電壓,逸出的光電子在電場(chǎng)中加速,一定能到達(dá)右極板,回路中形成電流,電流表示數(shù)不為零,C錯(cuò)誤。截止頻率與逸出功的關(guān)系為hνc=W0,又W0=hν1-eU1,解得νc=ν1考點(diǎn)2原子結(jié)構(gòu)1.（2024江西，2，4分）近年來(lái)，江西省科學(xué)家發(fā)明硅襯底氮化鎵基系列發(fā)光二極管（LED），開(kāi)創(chuàng)了國(guó)際上第三條LED技術(shù)路線。某氮化鎵基LED材料的簡(jiǎn)化能級(jí)如圖所示，若能級(jí)差為2.20eV（約3.52×10-19J），普朗克常量h=6.63×10-34J·s，則發(fā)光頻率約為（）A.6.38×1014HzB.5.67×1014HzC.5.31×1014HzD.4.67×1014Hz【答案】C【解析】?jī)赡芗?jí)差ΔE=2.20eV≈3.52×10-19J，根據(jù)ΔE=hν得，發(fā)光頻率ν=ΔEh=3.52×102.(2024重慶,8,5分)(多選)我國(guó)太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)空間太陽(yáng)Hα波段光譜掃描成像。Hα和Hβ分別為氫原子由n=3和n=4能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷產(chǎn)生的譜線(如圖),則()A.Hα的波長(zhǎng)比Hβ的小B.Hα的頻率比Hβ的小C.Hβ對(duì)應(yīng)的光子能量為3.4eVD.Hβ對(duì)應(yīng)的光子不能使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)答案BDn=3與n=2的能級(jí)差小于n=4與n=2的能級(jí)差,則Hα與Hβ相比,Hα的能量低、波長(zhǎng)大、頻率小,A錯(cuò)誤,B正確;Hβ對(duì)應(yīng)的光子能量為E=(-0.85)eV-(-3.40)eV=2.55eV,C錯(cuò)誤;氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)至少需要能量Emin=(-3.40)eV-(-13.60)eV=10.2eV,故Hβ對(duì)應(yīng)的光子不能使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),D正確。3.(2024安徽,1,4分)大連相干光源是我國(guó)第一臺(tái)高增益自由電子激光用戶裝置,其激光輻射所應(yīng)用的玻爾原子理論很好地解釋了氫原子的光譜特征。圖為氫原子的能級(jí)示意圖,已知紫外光的光子能量大于3.11eV,當(dāng)大量處于n=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射不同頻率的紫外光有()A.1種 B.2種 C.3種 D.4種【答案】B【解析】大量處于n=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),能夠輻射出不同頻率光子的種類為C32=3種,輻射出光子的能量分別為ΔE1=E3-E1=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV,ΔE2=E3-E2=-1.51eV-(-3.4eV)=1.89eV,ΔE3=E2-E1=-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,其中ΔE1>3.11eV,ΔE2<3.11eV,ΔE4.（2024浙江6月，10，3分）玻爾氫原子電子軌道示意圖如圖所示，處于n=3能級(jí)的原子向低能級(jí)躍遷，會(huì)產(chǎn)生三種頻率為ν31、ν32和ν21的光，下標(biāo)數(shù)字表示相應(yīng)的能級(jí)。已知普朗克常量為h，光速為c。正確的是（）A.頻率為ν31的光，其動(dòng)量為EB.頻率為ν31和ν21的兩種光分別射入同一光電效應(yīng)裝置，均產(chǎn)生光電子，其最大初動(dòng)能之差為hν32C.頻率為ν31和ν21的兩種光分別射入雙縫間距為d、雙縫到屏的距離為l的干涉裝置，產(chǎn)生的干涉條紋間距之差為lcD.若原子從n=3躍遷至n=4能級(jí)，入射光的頻率ν'34>E【答案】B【解析】由能量關(guān)系可得E3-E1=hν31，光的波長(zhǎng)λ31=cν31，對(duì)應(yīng)光子的動(dòng)量p=hλ31，聯(lián)立以上關(guān)系式可得p=E3-E1c，A錯(cuò)誤。同一光電效應(yīng)裝置對(duì)應(yīng)的逸出功W0相同，光電子的最大初動(dòng)能Ekm=hν-W0，由E31=E32+E21可得hν31=hν32+hν21，所以兩種光電子最大初動(dòng)能之差ΔEkm=hν31-hν21=hν32，B正確。頻率為ν31的光的波長(zhǎng)為λ31=cν31，頻率為ν21的光的波長(zhǎng)為λ21=cν21，由Δx=ldλ，可得產(chǎn)生的干涉條紋間距之差為ld（λ21-λ31）=5.(2024北京,13,3分)產(chǎn)生阿秒光脈沖的研究工作獲得2023年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),阿秒(as)是時(shí)間單位,1as=1×10-18s。阿秒光脈沖是發(fā)光持續(xù)時(shí)間在阿秒量級(jí)的極短閃光,提供了阿秒量級(jí)的超快“光快門”,使探測(cè)原子內(nèi)電子的動(dòng)態(tài)過(guò)程成為可能。設(shè)有一個(gè)持續(xù)時(shí)間為100as的阿秒光脈沖,持續(xù)時(shí)間內(nèi)至少包含一個(gè)完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108m/s,普朗克常量h=6.6×10-34J·s。下列說(shuō)法正確的是()A.對(duì)于0.1mm寬的單縫,此阿秒光脈沖比波長(zhǎng)為550nm的可見(jiàn)光的衍射現(xiàn)象更明顯B.此阿秒光脈沖和波長(zhǎng)為550nm的可見(jiàn)光束總能量相等時(shí),阿秒光脈沖的光子數(shù)更多C.此阿秒光脈沖可以使能量為-13.6eV(-2.2×10-18J)的基態(tài)氫原子電離D.為了探測(cè)原子內(nèi)電子的動(dòng)態(tài)過(guò)程,阿秒光脈沖的持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于電子的運(yùn)動(dòng)周期答案C解析由波的形成原理易知,振動(dòng)一個(gè)周期,波傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離,故波長(zhǎng)λ=cT≤3.0×108×100×10-18m=30nm,該波長(zhǎng)跟550nm相比,與0.1mm=105nm的偏差更大,波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是波長(zhǎng)與狹縫(或障礙物)的尺寸相差不多或比狹縫(或障礙物)的尺寸稍大,所以該脈沖波通過(guò)0.1mm的單縫時(shí)發(fā)生的衍射現(xiàn)象不如550nm的可見(jiàn)光的明顯,A錯(cuò)誤。根據(jù)E=Nhν=Nhcλ可知,能量相等時(shí)波長(zhǎng)較短的阿秒光脈沖的光子數(shù)更少,B錯(cuò)誤。hΝ=hcλ≥6.6×10-34×3.0×10830×10-9J=6.6×10-18J>2.2×10-18J,故此阿秒光脈沖能使基態(tài)氫原子電離,C正確。研究原子內(nèi)電子的動(dòng)態(tài)過(guò)程中,超短脈沖光束對(duì)電子的狀態(tài)進(jìn)行曝光產(chǎn)生一個(gè)虛擬快門,對(duì)電子進(jìn)行高速攝影,此時(shí)的時(shí)間分辨能力由超短脈沖光束的持續(xù)時(shí)間所決定,故阿秒光脈沖持續(xù)時(shí)間越短考點(diǎn)3原子核核反應(yīng)1.(2024北京,1,3分)已知釷234的半衰期是24天。1g釷234經(jīng)過(guò)48天后,剩余釷234的質(zhì)量為()A.0g B.0.25g C.0.5g D.0.75g答案Bm余=m原12tτ2.(2024甘肅,1,4分)2024年2月,我國(guó)科學(xué)家在蘭州重離子加速器國(guó)家大科學(xué)裝置上成功合成了新核素

76160

48106Cd+該方程中X是()A.質(zhì)子 B.中子 C.電子 D.α粒子【答案】B【解析】根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得X是

03.(2024湖北,2,4分)硼中子俘獲療法是目前治療癌癥最先進(jìn)的手段之一,510B+01n→A.a=7,b=1 B.a=7,b=2C.a=6,b=1 D.a=6,b=2【答案】B【解析】由核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得10+1=a+4,5+0=3+b,解得a=7，b=2，B正確。4.(2024江蘇,3,4分)用粒子X(jué)轟擊氮核從原子核中打出了質(zhì)子,該實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程式是X+714N→11H+817O,粒子A.正電子10e B.中子0C.氘核

21H D.氦核【答案】D【解析】根據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知,X的質(zhì)量數(shù)為A=17+1-14=4,電荷數(shù)為Z=8+1-7=2,可知X為氦核

24He,D5．☆（網(wǎng)絡(luò)版）（2024福建）2863A．24HeB．?10eC．【答案】B【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為0，電荷數(shù)?1，則X為?106.(2024廣東,2,4分)我國(guó)正在建設(shè)的大科學(xué)裝置——“強(qiáng)流重離子加速器”,其科學(xué)目標(biāo)之一是探尋神秘的“119號(hào)”元素?？茖W(xué)家嘗試使用核反應(yīng)Y+95243Am→119AX+201n產(chǎn)生該元素。關(guān)于原子核Y和質(zhì)量數(shù)A.Y為

2658Fe,A=299 B.Y為C.Y為

2454Cr,A=295 D.Y為答案C由電荷數(shù)守恒可知原子核Y的電荷數(shù)Z=119-95=24,分析選項(xiàng)可知Y為

2454Cr,由質(zhì)量數(shù)守恒可知7.(2024河北,1,4分)鋰是新能源汽車、儲(chǔ)能和信息通信等新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料。研究表明,鋰元素主要來(lái)自宇宙線高能粒子與星際物質(zhì)的原子核產(chǎn)生的散裂反應(yīng)。其中一種核反應(yīng)方程為

612C+11H→37Li+211A.01n B.-10e C.1答案D設(shè)X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為Z、A,根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒有6+1=3+2×1+Z,12+1=7+2×1+A,解得Z=2,A=4。D正確。8.（2024全國(guó)甲，14，6分）氘核可通過(guò)一系列聚變反應(yīng)釋放能量，總的反應(yīng)效果可用612H→224He+xA.x=1，y=2 B.x=1，y=3C.x=2，y=2 D.x=3，y=1【答案】C【解析】由核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得6×2=2×4+x+y①、6×1=2×2+y②，聯(lián)立解得x=2、y=2，C正確。9.(2024廣西,4,4分)近期,我國(guó)科研人員首次合成了新核素鋨-160(76160Os)和鎢-156(74156A.電荷