1、北京曲一线图书策划有限公司 2024版5年高考3年模拟A版专题十三近代物理初步专题检测题组1.(2022山西期末调研,14)1887年赫兹发现了光电效应现象;1905年爱因斯坦用光量子理论对光电效应进行了全面的解释;现在利用光电效应原理制成的光电器件已经被广泛应用于生产、生活、军事等领域。用图示电路图研究光电效应,用频率为的单色光照射光电管,能发生光电效应现象,则()A.此电路可用于研究光电管的饱和光电流B.用频率小于的单色光照射阴极K时,金属的截止频率不同C.增加入射光的强度,遏止电压U不变D.滑动变阻器滑片P从左端缓慢向右移动时,电流表示数逐渐增大答案C图中光电管所接电压为反向电压,可通过
2、电压表研究遏止电压,无法研究饱和光电流,A错误。金属的截止频率由金属自身决定,与入射光的频率无关,B错误。遏止电压由逸出金属表面的光电子的最大初动能决定,而光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的光强无关,C正确。将滑动变阻器的滑片P从左端缓慢向右移动时,光电管两端的反向电压会增大,相同时间到达A极的光电子数目会减少,所以电流表示数会减小,D错误。2.(2022内蒙古呼和浩特质监,14)爱因斯坦提出了光量子概念,并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示,其中c为极限频率。从图中可以确定的是()A.逸出功与
3、入射光频率有关B.Ekm与入射光强度有关C.当c时,仅增加入射光强度,单位时间从单位面积逸出的光电子数增加D.图中直线的斜率与普朗克常量无关答案C逸出功由金属自身决定,与入射光的频率无关,A错误。由光电效应方程Ekm=h-W0可得,Ekm与入射光频率有关,与入射光强度无关,B错误。当入射光频率c,可使金属发生光电效应,增加入射光的强度,可增加单位时间从单位面积逸出的光电子数目,C正确。图中直线的斜率表示普朗克常量h,D错误。3.(2022陕西元月联考,15)关于原子的结构,下列说法正确的是()A.汤姆孙认为阴极射线是电子流,并测出了电子的电荷量B.卢瑟福通过对粒子散射实验分析,发现原子核只占原
4、子空间的很小一部分,但几乎占有全部质量C.各种原子的发射光谱都是连续光谱D.玻尔认为电子的轨道是量子化的,并成功地解释了所有原子光谱的实验规律答案B电子的电荷量是密立根通过油滴实验测出的,A错误。卢瑟福通过粒子散射实验得出原子核式结构模型,B正确。各种原子的发射光谱都是线状谱,并不是连续谱,炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱,C错误。玻尔的电子轨道量子化模型只解释了氢原子光谱的实验规律,D错误。4.(2022云南师大附中月考,15)如图所示,一群氢原子处于n=3的激发态,当它们自发地向低能级跃迁时,下列说法中符合玻尔理论的有()A.电子的动能与势能均增大B.氢原子跃迁时可发出连续光谱
5、C.由n=3跃迁到n=1时发出光子的波长最长D.能使逸出功为2.25 eV的金属钾发生光电效应的光谱线有2条答案D原子由高能级向低能级跃迁,电子轨道半径变小,速度变大,所以电子的动能增大,势能减小,A错误。氢原子跃迁时只能辐射特定频率的光,所以发出的光谱是线状谱,B错误。氢原子由n=3能级向n=1能级跃迁辐射的光子能量最大,频率最大,由=c可得光子的波长最短,C错误。由n=3能级分别向n=2和n=1能级跃迁辐射的光子能量E1=1.89 eV、E2=12.09 eV,由n=2能级向n=1能级跃迁辐射的光子能量E3=10.2 eV,其中E2和E3大于2.25 eV,所以能使金属钾发生光电效应的光谱
6、线有2条,D正确。5.(2022陕西西安中学四模,19)(多选)研究光电效应现象的实验装置如图(a)所示,用光强相同的紫光和蓝光照射光电管阴极K时,测得相应的遏止电压分别为U1和U2,产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图(b)所示。已知电子的质量为m,电荷量为e,紫光和蓝光的频率分别为1和2,且12。则下列判断正确的是()图(a)图(b)A.U1U2B.图(b)中的乙线对应蓝光照射C.根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率D.用蓝光照射时,光电子的最大初动能为eU2答案AD根据光电效应方程Ek=h-W0、动能定理-eU=-Ek,可得遏止电压U=h-W0e,由于12,所以U1U2,图
7、(b)中乙线对应紫光照射,A正确,B错误。由紫光分析得金属的逸出功W0=h1-eU1,由蓝光分析得金属的逸出功W0=h2-eU2,联立解得h=U1-U21-2e;金属的极限频率c=W0h,故c=U12-U21U1-U2,C错误。蓝光对应的遏止电压为U2,所以光电子的最大初动能Ek=eU2,D正确。规律总结由阴极逸出的具有最大初动能的光电子,运动到阳极时速度刚好减到零,灵敏电流计示数恰好为零,此时所对应的电压为遏止电压。图(b)中,横截距表示光电流等于零时光电管两端所加的电压,此时所加电压为反向电压,且为遏止电压。6.(2022四川绵阳三诊,14)某同学在研究甲、乙两金属的光电效应现象时,发现两
8、金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系分别如图中的、所示,图中虚线与两条实线平行。下列说法正确的是()A.甲金属的截止频率大于乙金属的截止频率B.甲金属的逸出功大于乙金属的逸出功C.用频率为2的光照射甲金属不能发生光电效应D.用频率为2的光照射乙金属不能发生光电效应答案D根据光电效应方程Ek=h-W0可得,当光电子的最大初动能Ek=0时,h=W0,此时为金属的截止频率,所以甲的截止频率1小于乙的截止频率3,甲的逸出功小于乙的逸出功,A、B错误。由于123,所以频率为2的入射光的能量大于甲金属的逸出功,小于乙金属的逸出功,故甲金属能发生光电效应,乙金属不能发生光电效应,C错误,D正确。
9、方法技巧题中Ek-的图线为一条倾斜直线,根据光电效应方程判断图线对应的函数表达式,根据表达式分析截距和斜率的含义。7.(2022苏州外国语学校高二期末,3)根据粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为粒子散射图景,图中实线表示粒子的运动轨迹,则关于粒子散射实验,下列说法正确的是()A.根据粒子散射实验可以估算原子大小B.图中的粒子反弹是因为粒子与金原子核发生了直接碰撞C.绝大多数粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小D.图中大角度偏转的粒子的电势能先减小后增大答案C根据粒子散射实验可以估算原子核的大小,A错误;图中的粒子反弹是因为粒子与金原子核之间的库仑斥力
10、作用,并没有发生碰撞,B错误;绝大多数粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小,C正确;对图中大角度偏转的粒子,库仑斥力先做负功后做正功,故电势能先增大后减小,D错误。8.(2023届南京中华中学阶段检测,1)如图为氢原子光谱,H、H、H、H是其中的四条光谱线,下列说法正确的是()A.氢原子发射光谱属于连续光谱B.该光谱是由氢原子核的跃迁产生C.H谱线对应光子的动量最大D.H谱线对应光子的能量最大答案C氢原子发射光谱属于线状谱,A错误;该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生,B错误;光子动量为p=h,H谱线波长最短,所以H谱线对应光子动量最大,C正确;光子的能量为=h,H谱线波长最
11、长,频率最小,所以对应的光子能量最小,D错误。9.(2023届盐城响水中学开学考,3)两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变,核反应方程为 12H+12H23He+01n,其中氘核的质量为m1,氦核的质量为m2,中子的质量为m3。假设核反应释放的核能E全部转化为动能,下列说法正确的是()A.核反应后氦核与中子的动量相同B.该核反应释放的能量为E=(m1-m2-m3)c2C.核反应后中子的动能为14(E+Ek)D.核反应后氦核的动能为14(E+2Ek)答案D根据核反应前后系统的总动量守恒知,核反应前两氘核动量等大反向,系统的总动量为零,则反应后氦核与中子的动量等大反向,动量不同,故A错误;该
12、核反应释放的能量E=(2m1-m2-m3)c2,故B错误;由能量守恒可得核反应后的总动能为E+2Ek,由动能与动量的关系Ek=p22m且mHe=3mn可知,核反应后氦核的动能为E+2Ek4,中子的动能为34(E+2Ek),故C错误,D正确。10.(2023届宿迁中学开学考试,3)氢原子的能级图如图(a)所示,一群处于n=4能级的氢原子,用其向低能级跃迁过程中发出的光照射如图(b)电路阴极K的金属,只有1种频率的光能使之发生光电效应,产生光电子,测得其电流随电压变化的图像如图(c)所示。电子电荷量为1.610-19 C,则下列说法正确的是()(a)(b)(c)A.题述氢原子跃迁一共能发出4种不同
13、频率的光子B.阴极金属的逸出功为12.75 eVC.题述光电子能使处于n=2能级的氢原子电离D.若图(c)中饱和光电流为I=3.2 A,则1 s内最少有21013个氢原子发生跃迁答案D题述氢原子跃迁一共能发出C42=6种不同频率的光子,故A错误;根据玻尔理论,跃迁时能够释放出最大光子能量为h=E4-E1=-0.85 eV-13.6eV=12.75 eV,阴极金属的逸出功为W0=h-1.6 eV3.3 eV,所以可以使锌板发生光电效应,B正确;根据爱因斯坦光电效应方程,即Ek=h-W0,可得最大初动能为Ek=12.75 eV-3.3 eV=9.45 eV,C错误;由于发生光电效应,锌板会失去部分
14、电子,验电器指针张角变小,D错误。15.(2022长沙市一中月考八,8)(多选)我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示,A和K分别是光电管的阳极和阴极,加在A、K之间的电压为U。将发光功率为P的激光器发出的频率为的光全部照射在K上,回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0,普朗克常量为h,电子电荷量为e。以下说法正确的是()A.光电子到达A时的最大动能为h-W0+UeB.光电子到达A时的最大动能为h-W0-UeC.若每入射N个光子会产生1个光电子且所有的光电子都能到达A,则回路的电流为PeNhD.若每入射N个光子会产生1个光电子且所有的光电子都能到达A,则回路的电流为N
15、Peh答案AC根据光电效应方程Ek=h-W0,可得逸出光电子的最大初动能,从K到A电场力做正功,则光电子到达A时的最大动能为Ekm=Ek+eU=h-W0+eU,故A正确,B错误;已知激光器发射的激光的功率为P,光子能量为h,则单位时间内通过的光子数为n=Ph,单位时间内产生的光电子数为n1=nN=PhN,由电流的定义得I=Qt=n1e=PeNh,故C正确,D错误。16.(2022常德模拟,1)能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一。下列关于核反应方程的说法正确的是()A. 12H+13H24He+01n是衰变B.92235U+01n54136Xe+3890Sr+1001n是目前
16、人类获得核能的主要方式C.90234Th91234Pa+X中的X是质子D.12H+12H23He+01n是核聚变,反应后的总质量较聚变前增加答案B核反应方程 12H+13H24He+01n是轻核聚变,故A错误;核反应方程 92235U+01n 54136Xe+3890Sr+1001n属于重核裂变,是目前人类获得核能的主要方式,故B正确;由质量数守恒和电荷数守恒,可知核反应方程 90234Th91234Pa+X中的X的质量数为0,电荷数为-1,为电子,故C错误;核反应方程 12H+ 12H23He+01n是核聚变,反应过程中放出能量,由质能关系可知反应后的总质量较聚变前减少,故D错误。17.(2
17、022长沙雅礼中学一模,1)下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法不正确的是() 图a 图b 图c 图dA.图a中氢原子发出的三条谱线波长1、2、3的关系为1=2+3B.图b中甲、乙、丙三种射线分别为射线、射线、射线C.图c中的链式反应就是原子弹爆炸发生的核反应D.图d中两曲线交于U轴同一点,说明发生光电效应时光电子最大初动能与光的强度无关答案A图a中氢原子发出的三条谱线频率1、2、3的关系为1=2+3,根据=c可得,三条谱线波长1、2、3的关系为11=12+13,故A错误;图b中根据左手定则可知甲带负电、乙不带电、丙带正电,所以甲、乙、丙三种射线分别为射线、射线、射线,故B正确;图c中的链式
18、反应就是原子弹爆炸发生的核反应,故C正确;图d中强黄光和弱黄光对应的曲线交于U轴同一点,说明强黄光和弱黄光对应的遏止电压相等,而发生光电效应时最大初动能与遏止电压的关系为Ekm=eUc,所以强黄光和弱黄光对应的Ekm相等,与光的强度无关,故D正确。18.(2022湖南师大附中三模,1)下列关于衰变与核反应的说法正确的是()A.放射性元素的半衰期随着外界条件(如温度、压强等)的改变而改变B.核聚变反应方程 12H+13H24He+X中的X表示中子C.衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的D.高速粒子轰击氮核可产生中子,其核反应方程为 24He+714N816O+01n答案B半衰期由核内部因素
19、决定,与外部条件(如温度、压强等)无关,故A错误;X的质量数A=2+3-4=1,电荷数Z=1+1-2=0,可知X表示中子,故B正确;衰变所释放的电子是原子核内中子转化为质子时释放的,并非原子核外电子电离形成的,故C错误;根据质量数守恒与电荷数守恒,核反应方程为 24He+714N817O+11H,故D错误。19.(2022雅礼中学二模,7)2020年12月4日,新一代“人造太阳”装置中国环流器二号M装置(HL-2M)在成都建成并实现首次放电,该装置是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置,是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量
20、用来发电。核聚变反应的方程为 12H+12HX+01n。已知氘核的质量为m1,比结合能为E,中子的质量为m2,反应中释放的核能为E,光速为c,下列说法正确的是()A.要使该聚变反应发生,必须克服两氘核间巨大的核力B.反应产物X为 24HeC.X核的质量为Ec2+m2-2m1D.X的比结合能为43E+E3答案D要发生聚变反应,两个原子核要足够近,故需要克服两氘核间巨大的库仑斥力,A错误;根据质量数守恒和电荷数守恒,可知X的质量数为3,电荷数为2,所以反应产物X应为 23He,B错误;由爱因斯坦质能方程E=mc2,得到E=(2m1-mX-m2)c2,解得mX=2m1-m2-Ec2,C错误;根据能量
21、守恒知4E+E=3EX,解得EX=43E+E3,D正确。20.(2023届广州增城中学摸底,1)光电管是光控电路的核心元件。如图为一种在自动化控制中常用的光控继电器示意图,当用一束单色光照射光电管时,未能发生光电效应。为使光电管发生光电效应,下列可采取的措施是()A.增大该光的照射强度B.延长该光的照射时间C.改用频率更高的光照射光电管D.改用波长更长的光照射光电管答案C发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于极限频率,故可以改用频率更高的光照射光电管,与入射光的强度及照射时间无关,A、B错误,C正确;改用波长更长的光,由=c可知,频率更低,更不可能发生光电效应,D错误。故选C。21.(202
22、2广东二模,1)如图(a)和图(b)所示的实验推动了物理学的发展,对这两个实验情境的认识正确的是()图(a)图(b)A.图(a)所示的实验揭示了电子绕着原子核做圆周运动B.图(a)所示的实验中,任意频率的单色光都能使电流表指针偏转C.卢瑟福通过图(b)所示的实验提出了原子全部正电荷集中在原子核D.卢瑟福通过图(b)所示的实验提出了原子核内部存在更小的粒子答案C图(a)所示的实验是光电效应实验,只有单色光的频率大于某一极限频率,才能产生光电效应,使电流表指针偏转,揭示了光具有粒子性,A、B错误;卢瑟福通过图(b)所示的实验提出了原子的核式结构模型,原子全部正电荷集中在原子核,发现了原子中间有一个
23、很小的核,而不是原子核内部存在更小的粒子,C正确,D错误。故选C。22.(2022汕头二模,5)图示为几种金属的逸出功和氢原子能级图。现有大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁,结合图表信息可知()金属钨钙钾铷W0/ eV4.543.202.252.13A.铷的极限频率大于钙的极限频率B.氢原子跃迁时对外辐射连续光谱C.氢原子辐射的光有3种频率能使钨发生光电效应D.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能减小答案C由表格数据可知铷的逸出功小于钙的逸出功,由W0=hc知,铷的极限频率小于钙的极限频率,A错误;原子的发射光谱为线状谱,故氢原子跃迁时对外辐射不连续的光谱,B错误;大量处于n=4能级的氢
24、原子向低能级跃迁时,对外辐射光子的能量分别有E1=E4-E1=12.75 eV,E2=E3-E1=12.09 eV,E3=E2-E1=10.2 eV,E4=E4-E2=2.55 eV,E5=E3-E2=1.89 eV,E6=E4-E3=0.66 eV,发生光电效应的条件是EW0=4.54 eV,可知氢原子辐射的光有3种频率能使钨发生光电效应,C正确;设电子绕氢原子核运动的轨道半径为r,质子和电子的电荷量大小均为e,电子的质量为m,由库仑力提供向心力ke2r2=mv2r,则Ek=12mv2=ke22r,即氢原子辐射光子后,电子从外轨道跃迁到内轨道,轨道半径变小了,故电子动能增大了,D错误。故选C
25、。23.(2022深圳一模,1)利用氘和氚的核反应可获得核能,方程为:12H+13H24He+X+17.6 MeV;科学家用X轰击Y得到氚核,方程为:X+Y24He+13H。下列说法正确的是()A.X是质子B.Y的质子数、中子数均为3C.两个核反应都是轻核聚变反应D.目前我国核电站是利用核反应的核能发电答案B根据质量数守恒和电荷数守恒,可知X是中子,核反应方程为01X+36Y24He+13H,Y的质子数为3,而核子数为6,因此中子数也为3,A错误,B正确;方程为轻核聚变反应,而方程为原子核的人工转变,C错误;目前我国核电站是利用重核裂变的核能发电,D错误。故选B。24.(2022汕头三模,1)
26、心脏起搏器使用“氚电池”供电,利用了氚核13H发生衰变过程释放的能量,衰变方程为13HX+-10e,下列说法正确的是()A.新核X是24HeB.新核X的比结合能比氚核大C.衰变过程释放的能量为氚的结合能D.射线有很强的穿透能力,常用于金属探伤答案B根据电荷数守恒和质量数守恒可知X是23He,A错误;衰变过程释放的能量为23He的结合能与氚的结合能之差,所以23He的结合能比氚核大,两者质量数相等,则23He的比结合能较大,B正确,C错误;射线仅能穿透几毫米厚的铝板,不能用于金属探伤,常用于金属探伤的是射线,D错误。故选B。25.(2023届珠海教研联盟联考,5)如图所示,图甲为氢原子的能级图,
27、大量处于n=3激发态的氢原子跃迁时,发出频率不同的大量光子。其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时,电路中电流随电压变化的图像如图丙。下列说法正确的是()甲乙丙A.用能量为15.0 eV的光子照射,可使处于基态的氢原子电离B.阴极K金属的逸出功为6.29 eVC.光电子最大初动能与入射光的频率成正比D.一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,能发出4种不同频率的光答案A使处于基态的氢原子电离,用能量大于等于13.6 eV的光照射即可,A正确;大量处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,发出频率最高的光子对应从n=3能级到n=1能级的跃迁,频率最高光子的能量为h=E3-E1=12.09
28、eV,由题图丙可知辐射光电子的最大初动能为6 eV,故W0=h-Ekm=12.09 eV-6 eV=6.09 eV,B错误;由光电效应方程Ekm=h-W0,可知光电子最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,但不是成正比,C错误;大量处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时能发出3种频率的光,而一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,最多只能发出2种不同频率的光,D错误。26.(2023届镇江一中月考,14)目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。(1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核(11H)聚变生成1个氦核(24He)和2个正电子,请你写出此核反应方程;(2)天文学家估测,太阳已有50亿年的历史了。有人认为,50亿年来,因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。请你通过计算说明这种观点的合理性。可能用到的数据:光速c=3108 m/s,太阳的质量约为M0=21030 kg,太阳辐射的总功率P0=41026 W,1年3107 s。答案(1)411H24He+210e(2)见解析解析(1)由质量数守恒和电荷数守恒可得核反应方程411H24He+210e(2)50亿年太阳辐射的总能量为E=P0t根据E=mc2可知,50亿年太阳损失的总质量为m=Ec2代入数据,解得太阳辐射损失的质量与太阳质量之比mM0100%0.03%。所以这种说法合理。第17页 共17页
