第16章近代物理章末检测卷

第16章近代物理章末检测卷满分100分，考试时长90分钟一、单选题（本题共10小题，每题4分，共40分）1．光刻机是制造芯片的核心装备，如图甲所示，它采用类似照片冲印的技术，通过曝光去除晶圆表面保护膜的方式，先将掩膜版上的精细图形印制到硅片上，然后将晶圆浸泡在腐化剂中，失去保护膜的部分被腐蚀掉后便形成电路。某光刻机使用的是真空中波长为的极紫外线光源（），如图乙所示，在光刻胶和投影物镜之间填充了折射率为1.8的液体用于提高光刻机投影精细图的能力，则该紫外线由真空进入液体后（）A．光子能量减小 B．传播速度不变C．波长变为 D．更容易发生明显衍射【答案】C【详解】A．紫外线由真空进入液体后，频率不变，根据公式可知光子能量不变，故A错误；BC．由于频率不变，传播速度减小，波长变短，根据公式可得，故B错误，C正确；D．由于波长变短，所以更不容易发生明显衍射，故D错误。故选C。2．下列四个核反应方程，属于聚变的是（）A． B．C． D．【答案】B【详解】A．该核反应是放射性元素发生衰变，故A错误；B．该核反应是轻核结合成较重的原子核，属于聚变，故B正确；C．该核反应是高能粒子轰击原子核使之转变为另一种原子核，属于原子核的人工转变，故C错误；D．该核反应是重核分裂成两个质量较小的原子核，属于裂变，故D错误。故选B。。3．在粒子散射实验中，下列图景正确的是（）A．

B．

C．

D．

【答案】B【详解】AB．当粒子进入原子区域后，离带正电的原子核远的受到的库仑斥力小，运动方向改变小。只有极少数粒子在穿过时距离正电体很近，受到很强的库仑斥力，发生大角度散射，故A错误，B正确；CD．由库仑定律和原子核式结构模型可知，电子的质量只有粒子的，它对粒子速度的大小和方向的影响的影响，完全可以忽略，粒子偏转主要是带正电的原子核造成的，故CD错误；故选B。4．下列与粒子相关的说法中正确的是（）A．（铀238）核放出一个粒子后就变为（钍234）B．天然放射性现象中产生的射线速度与光速相当，贯穿能力很强C．高速粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为D．丹麦物理学家玻尔进行了粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型【答案】A【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可知，（铀238）核放出一个粒子后就变为（钍234），故A正确；B．天然放射性现象中产生的射线速度大约为光速的，贯穿能力很弱，故B错误；C．高速粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，核反应方程为故C错误；D．卢瑟福进行了粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型，故D错误。故选A。5．人们认识量子论的第一步始于对黑体辐射实验规律的解释，下图画出了、两种温度下黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系，下列说法正确的是（）A．B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小D．爱因斯坦提出的能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律【答案】B【详解】A．对于黑体辐射，温度越高，辐射强度越强，且极大值向着波长较短的方向移动，因此根据图像可知，，故A错误；B．黑体辐射随着波长越短、温度越高则辐射越强，所以黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故B正确；C．随着温度升高，各种波长的辐射强度均增大有增加，但辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，故C错误；D．普朗克提出了能量子假说并根据能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律，破除了“能量是连续变化的”传统观念，故D错误。故选B。6．2023年4月12日，我国科学家利用自主设计的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒的新世界纪录。该核聚变反应方程为，其中粒子X是（）A．中子 B．电子 C．质子 D．正电子【答案】A【详解】由核聚变前后的质量数和电荷数守恒，可知X的电荷数为1+12=0X的质量数为2+34=1，所以X是中子。故选A。7．如图甲所示为某实验小组成员研究某金属发生光电效应的遏止电压随照射光频率变化关系的实验原理图，图乙为实验得到的遏止电压随照射光频率变化的关系图像，电子的电荷量，则下列说法正确的是（）A．由图乙可得普朗克常量为B．由图乙可知，该金属的极限频率为C．图甲中入射光的频率为时，逸出的光电子的最大初动能为D．图甲中入射光的频率为时，滑动变阻器的滑片移到最左端，电流计G的示数为零【答案】C【详解】AB．根据题意，由光电效应方程有又有整理可得由图乙可知，，解得结合图乙可知，当，该金属的极限频率，故AB错误；C．由光电效应方程有，则当入射光的频率为时，逸出的光电子的最大初动能为，故C正确；D．图甲中入射光的频率为时，大于极限频率，能够发生光电效应，滑动变阻器的滑片移到最左端时，光电管、电流计和电压表组成回路，则电流计G的示数不为零，故D错误。故选C。8．在光电效应中，当一定频率的光照射某种金属时，实验得到的遏止电压与入射光的频率的关系如图所示，其横轴截距为，纵轴截距为，元电荷电量为。下列说法正确的是（）A．遏止电压与入射光的频率成正比 B．金属的逸出功为C．金属的截止频率为 D．普朗克常量【答案】B【详解】根据光电效应方程可得电子的最大初动能为根据动能定理可得联立可得可知遏止电压与入射光的频率不成正比关系，图像的斜率为解得普朗克常量为图像的纵轴截距为解得金属的逸出功为金属的截止频率为故选B。9．用如图所示的装置做单色光的光学实验，光屏上得到明暗相间的条纹，发现用a光做实验时，光屏中部同样范围内亮条纹的条数比用b光做实验时多。实验中双缝间距不变，双缝到光屏的距离不变。下列说法正确的是（）A．a光的频率小于b光的频率B．若用a、b光分别照射某金属均能够发生光电效应，用a光照射得到光电子的最大初动能小C．若a光是氢原子从能级跃迁到产生的，则b光可能是氢原子从能级跃迁到产生的D．在真空中，a光的传播速度小于b光【答案】C【详解】A．由双缝干涉原理可得，发现用a光做实验时，光屏中部同样范围内亮条纹的条数比用b光做实验时多，说明a光条纹间距x较小，a光波长较小，a光频率较高，A错误；D．在真空中，a光的传播速度与b光传播速度相同，均为光速c，D错误；C．a光频率较高，光子能量较大，若a光是氢原子从能级跃迁到产生的，则b光可能是氢原子从能级跃迁到产生的，C正确；B．光电效应方程为，若用a、b光分别照射某金属均能够发生光电效应，用a光照射得到光电子的最大初动能较大，B错误。故选C。10．某种金属逸出光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图所示，其中为极限频率。下列说法正确的是（）A．逸出功随入射光频率增大而减小 B．最大初动能与入射光强度成正比C．最大初动能与入射光频率成正比 D．图中直线的斜率与普朗克常量有关【答案】D【详解】A．逸出功是金属的固有属性，与金属本身有关，与入射光的频率无关，故A错误；BC．根据光电效应方程知，最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，但最大初动能与入射光的频率不是成正比关系，故BC错误；D．根据结合图象可知，图线的斜率表示普朗克常量，故D正确。故选D。二、多选题（本题共4小题，每题4分，共16分，漏选得2分，错选得0分，全部选对得4分）11．对于原子和原子核的说法，下列正确的是（

）A．原子核的结合能越大，说明该原子核越稳定B．一群氢原子从的激发态跃迁到基态时，有可能辐射出10种不同频率的光子C．卢瑟福的α粒子散射实验证明了原子核是有结构的D．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒【答案】BD【详解】A．应该是原子核的比结合能越大，说明该原子核越稳定，故A错误；B．一群氢原子从的激发态迁到基态时，有可能辐射出不同频率的光子为种，故B正确；C．卢瑟福的粒子散射实验证明了原子的核式结构理论，故C错误；D．原子核衰变时电荷数和质量数守恒，故D正确。故选BD。12．核反应是指入射粒子（或原子核）与原子核（称靶核）碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。科学家发现，核反应，将氦核（）转化为碳核（），下列说法正确的是（

）A．该核反应前后有质量亏损 B．该核反应前后的核子数减少C．氦核的比结合能大于碳核的比结合能 D．一个碳核的中子数为6【答案】AD【详解】A．该核反应有能量放出，根据质能方程可知该核反应前后质量有亏损，A正确；B．根据质量数守恒可知，核反应中的核子数保持不变，B错误；C．该核反应释放能量，表明生成核比反应核更加稳定，而比结合能越大，原子核越稳定，因此碳核的比结合能大于氦核的比结合能，C错误；D．一个碳核的中子数为，D正确。故选AD。13．一群处于基态的氢原子，在大量电子的碰撞下跃迁至的能级，然后从能级向低能级跃迁，如图甲，氢原子从能级跃迁到能级产生可见光Ⅰ，从能级跃迁到能级产生可见光Ⅱ，图乙是光Ⅰ、光Ⅱ对同种材料照射时产生的光电流与电压图线，已知普朗克常量，元电荷，光在真空中的速度为，下列说法正确的是（）A．使处于基态的氢原子跃迁至能级的电子动能B．使处于基态的氢原子跃迁至能级的电子德布罗意波长C．图乙中的满足关系D．图乙的图线对应光Ⅰ【答案】AC【详解】A．氢原子从基态跃迁至能级需要吸收的能量为则使处于基态的氢原子跃迁至能级的电子动能需要满足，故A正确；B．根据德布罗意波长公式设电子的质量为，电子的动量为可得电子德布罗意波长为，故B错误；D．根据，由图乙可知，图线对应的遏止电压小于图线对应的遏止电压，则图线对应的电子最大初动能小于图线对应的电子最大初动能，由题意可知图乙的图线对应光Ⅱ，故D错误；C．由于图乙的图线对应光Ⅱ，则有图线对应光Ⅰ，则有联立可得，故C正确。故选AC。14．如图所示，图甲为氢原子的能级图，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所示。下列说法正确的是（）B．这些氢原子跃迁时共发出3种频率的光C．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极D．氢原子跃迁放出的光子中共有2种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象【答案】BD【详解】A．由图甲可知，大量处于n=3激发态的氢原子跃迁时，发出频率最高的光子的能量为根据图丙可知，遏止电压为，则光电子的初动能根据光电效应方程则光电管阴极K金属材料的逸出功为，故A错误；B．根据排列组合的规律可知，大量处于n=3激发态的氢原子跃迁时，共发出3种频率的光，故B正确；C．光电子由阴极K向对面的极板运动，形成光电流，要阻止该电流，需要接反向电压，则可判断图乙中电源左侧为正极，故C错误；D．通过A分析可知，只要光电子的能量大于，就可以使阴极K发生光电效应现象，由图甲可知，大量处于n=3激发态的氢原子跃迁时，有2种频率的光子满足要求，故D正确。故选BD。三、解答题(本题共3小题，共44分）16．（14分）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电（PuO2中的Pu是）。已知衰变后变为和粒子。若静止的在匀强磁场中发生衰变，粒子的动能为E，粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直，在磁场中做匀速圆周运动的周期为，衰变放出的光子的动量可忽略，衰变释放的核能全部转化为和粒子的动能。已知光在真空中的传播速度c．求：（1）衰变过程中的质量亏损；（2）从开始衰变到和粒子再次相遇的最短时间t。【答案】（1）；（2）【详解】（1）α衰变方程为根据动量守恒定律可知α粒子和铀核的动量大小相等，设为p，α粒子的动能铀核的动能，则所以释放能量为，且，解得（2）根据周期方程，因为想再次相遇，必然是在裂变的切点处，所以每个粒子运动的时间必须为整数周期，这样就应有△t=nT0＝mTU，而n、m必须为整数，所以根据T0与TU的比例关系，则必须n=117或m=92，这就意味着△t=117T0所以相遇最短时间16．(14分)氢原子的能级图如图甲所示，一群处于的激发态的氢原子自发跃迁，辐射出的光子中仅有a、b两种光能使图乙中的光电管电路产生光电流，测量得到的光电流I与电压U的关系曲线如图丙所示。求：（1）b光产生的光电子的最大初动能（结果用eV为单位）；（2）阴极K的逸出功W（结果用eV为单位）；（3）反向遏止电压。【答案】（1）8.9eV；（2）；（3）【详解】（1）对b光产生的光电子分析有解得（2）对b光的光子，有所以逸出功为（3）对a光的光子，有，，联立解得17．（18分）如图粒子源可以每秒发射出个粒子，其初速度均为，进入电压为的加速电场，从电场中射出后与静止在反应区A点的铍核发生核反应，两个反应产物垂直于边界飞入探测区、探测区有一圆形磁场和粒子探测器、圆形磁场半径为，其内存在磁感应强度为的匀强磁场，圆形磁场边界与相切，探测器与平行且距圆心距离为。实验中根据碰撞点的位置便可分析核反应的生成物。为简化模型，假设每个粒子均可与铍核发生核反应，实验中探测器上有两个点（点和点）持续受到撞击，点在一直线上，且，打在点粒子穿透探测器，被探测器吸收，其中穿透的粒子能量损失，打在点的粒子全部被吸收。已知质子和中子的质量均为，原子核的质量为核子的总质量，质子电量为，不计粒子间相互作用（核反应过程除外）求：（1）粒子射出加速电场后的速度大小；（2）完成粒子与铍核发生核反应方程：（3）判断打在点的分别是什么粒子，计算其速度大小；（4）探测器上点每秒受到的撞击力大小。【答案】（1）；（2）；（3）点的为