专题18 近代物理（测试）（解析版）-2024年高考物理二轮复习讲练测（新教材新高考）

专题18近代物理（考试时间：75分钟试卷满分：100分）一、单项选择题（本题共12小题，每小题5分，共60分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分）1．（2024·浙江·模拟预测）如图甲所示是我国2023年4月12日取得新突破的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），该装置成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s，装置原理图如图乙所示。该装置可使用和为核燃料进行热核聚变反应，核反应方程分别为：①；②。则（）

A．X为B．强磁场通过洛伦兹力约束运动的YC．核反应①中质量亏损较大D．核反应②中的比结合能较更大【答案】A【详解】A．根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，X的电荷数为1，质量数为1，则X为，选项A正确；B．根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，Y的电荷数为0，质量数为1，则Y为中子，因中子不带电，则强磁场不能通过洛伦兹力约束运动的Y，选项B错误；C．核反应②中放出的能量较大，则②质量亏损较大，选项C错误；D．核反应②中因反应放出能量，生成物更加稳定，可知的比结合能较更大，选项D错误。故选A。2．（2024·全国·校联考一模）据多家媒体报道，2023年12月1日晚有网友在北京多地拍摄到了极光现象。极光现象常见于高纬度地区，多为绿色，而此次发生在北京这样的中低纬度地区，极光为红色，非常罕见。极光主要是由于来自宇宙的高能粒子与地球大气层中的原子发生碰撞，使原子受到激发，因为不稳定而对外辐射电磁波。在高纬度地区，氧原子更容易受到激发辐射出绿光；而中低纬度的氧原子更容易受到激发辐射出红光。假设受到激发前，氧原子均处于相同的稳定状态，结合玻尔的原子理论，比较中低纬度和高纬度的氧原子，下列说法正确的是（）A．高纬度地区的氧原子受到激发时能级更高B．中低纬度地区的氧原子吸收的能量更多C．每个氧原子辐射的能量大于吸收的能量D．玻尔原子理论完全可以解释氧原子的发光现象【答案】A【详解】A．绿光波长短能量高，红光波长长能量低，吸收或辐射的能量等于两能级之差，故高纬度地区的氧原子受激时能级更高，A正确；B．中低纬度的氧原子辐射的能量少，故吸收的能量也少，B错误；C．辐射和吸收的能量相等，C错误；D．玻尔原子理论只能解释氢原子光谱，D错误。故选A。3．（2024·全国·模拟预测）关于玻尔理论、氢原子能级、跃迁，下列说法正确的是（）A．玻尔的原子结构假说认为核外电子可在任意轨道上运动B．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子频率最多有12种C．玻尔理论认为原子的能量和电子的轨道半径均是连续的D．原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量【答案】D【详解】A．根据玻尔理论，核外电子具有量子化的确定的轨道，故A错误；B．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子频率最多有，种，故B错误；C．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故C错误；D．原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量，当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，故D正确。故选D。4．（2024·浙江·模拟预测）一个光源以功率P均匀地向各个方向发射波长为的绿光。当每秒有不少于6个绿光光子进入瞳孔时，人眼就能察觉。人在暗处时，瞳孔直径为D。若不考虑空气吸收的光子，则人眼能看到这个光源的最大距离为（）A． B． C． D．【答案】A【详解】根据题意，设时间为，则时间内射入人眼的光子的最低能量为，设人眼能看到这个光源的最大距离为，光源发出的能量时间内射入人眼的能量为，则有，解得。故选A。5．（2024·河南·统考一模）某光源包含不同频率的光，光的强度与频率的关系如图所示。表中给出了一些金属的截止频率，用该光源照射这些金属。则（）金属铯4.69钠5.53锌8.06钨10.95A．仅铯能产生光电子 B．仅铯、钠能产生光电子C．仅铯、钠、锌能产生光电子 D．都能产生光电子【答案】C【详解】根据光电效应方程，金属的逸出功为，由图可知光源中光的频率范围为，则仅铯、钠、锌能产生光电子。故选C。6．（2024·云南昆明·统考一模）放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，质量为的碳发生衰变，经过时间t后剩余碳14的质量为m，其图线如图所示。下列说法正确的是（）

A．碳14放出的粒子来自核外电子 B．碳14的衰变方程为C．碳14的半衰期为11460年 D．100个碳14原子经过11460年后还剩25个【答案】B【详解】A．碳14放出的粒子来自于原子核内的中子转化为质子时产生的，故A错误；B．根据衰变过程满足质量数和电荷数守恒可知，碳14的衰变方程为，故B正确；C．放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期。由图知，碳14的半衰期为5730年，故C错误；D．半衰期是放射性元素衰变的统计规律，对少数原子核不适用，故D错误。故选B。7．（2024·陕西渭南·统考一模）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，则太阳辐射硬X射线的总功率P为（）A． B． C． D．【答案】C【详解】每个光子的能量为，太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则，可得，所以t秒辐射光子的总能量，太阳辐射硬X射线的总功率。故选C。8．（2024·甘肃·统考一模）1906年，赖曼发现了氢原子的赖曼系谱线，其波长满足公式：为里德堡常量。氢原子从和的激发态跃迁到基态时，辐射光子的能量之比为（）A． B． C． D．【答案】B【详解】氢原子从的激发态跃迁到基态时，氢原子从的激发态跃迁到基态时，又，联立得，辐射光子的能量之比为。故选B。9．（2024·江西赣州·赣州中学校考模拟预测）2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核污水。核污水中的发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为Q。设的结合能为，的结合能为，X的结合能为，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（）A．的比结合能小于的比结合能B．该核反应过程中放出的能量C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为D．衰变过程中放出的光子是因为新原子核从高能级向低能级跃迁产生的【答案】D【详解】A．比结合能越大，原子核越稳定，由于比更稳定，所以的比结合能大于的比结合能，故A错误；B．的结合能为，的结合能为，X的结合能为，则该核反应过程中放出的能量为，故B错误；C．根据爱因斯坦质能方程可知，可得，故C错误；D．核衰变后，生成的新原子核位于高能级，能自发向低能级跃迁，从而放出光子，故D正确。故选D。10．（2024·广西·校联考一模）用频率分别为和的单色光A和B照射两种金属C和D的表面。单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为和，则下列选项正确的是（）A． B．C． D．【答案】B【详解】单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象，单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，根据光电效应条件知，单色光A的频率大于单色光B的频率，单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，可知金属C的逸出功小于金属D的逸出功。故选B。11．（2024·浙江·校联考一模）某实验小组用如图甲所示的实验装置探究不同金属发生光电效应时的实验规律，当用频率为v的入射光照射金属时电流表示数不为零，向右调节滑动变阻器的滑片P，直到电流表的示数刚好为零，此时电压表的示数为，该电压称为遏止电压，该实验小组得到与v的关系如图乙中的①所示，则下列有关说法中正确的是（）A．实验时电源的左端为正极B．分别用从氢原子能级2到1和能级3到1辐射的光照射金属得到遏止电压和，则C．换用不同的光照射逸出功更大的金属时，得到的关系可能如图乙中的②所示D．当滑片P向左滑动的过程中电流表的示数先增加后不变【答案】D【详解】A．因滑片向右调节滑动变阻器的滑片P，可使电流表的示数为零，此时光电管加反向电压，则光电管右端电势高，则电源右端为正极，故A错误；C．根据eUc=hν-W逸出功，可得，换用不同的光照射逸出功更大的金属K2时，所得到的关系图像与横轴的截距较大，但是直线斜率相同，故C错误；B．氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子能量小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子能量，根据E=hν可知，氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子频率小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子频率，而根据爱因斯坦的光电效应方程eUc=Ek=hν-W逸出功，可知Uc1＜Uc2，故B错误；D．滑片P初始位置应该是在中间，此时加在光电管上的电压为零，P左滑的过程中，光电管所加的正向电压变大，形成的光电流逐渐增大，当达到饱和电流后电流不再变，因此可知电流表的示数先增加后不变，故D正确。故选D。12．（2024·浙江嘉兴·统考一模）如图所示为研究光电效应和霍尔效应的装置示意图。光电管和霍尔片串联，霍尔片的长、宽、高分别为、、，该霍尔片放在磁感应强度大小为、方向平行于边的匀强磁场中。闭合电键，入射光照到阴极时，电流表A显示的示数为，该电流在霍尔片中形成沿电流方向的恒定电场为，电子在霍尔片中的平均速度，其中电子迁移率为已知常数。电子电量为，电子的质量为。霍尔片单位体积内的电子数为，则（）

A．霍尔片前后侧面的电压为B．霍尔片内的电场强度为C．通过调节滑动变阻器，可以使电流表的示数减为零D．当滑动变阻器滑片右移后，单位时间到达光电管阳极的光电子数一定大于【答案】B【详解】A．设霍尔片前后侧面的电压为，根据洛伦兹力与电场力平衡可得，其中，，联立解得，故A错误；B．霍尔片内沿前后侧面的电场强度大小为，沿电流方向的恒定电场为，则霍尔片内的电场强度为，故B正确；C．由于光电管所加的电压为正向电压，则通过调节滑动变阻器，不可以使电流表的示数减为零，故C错误；D．若已经为光电效应达到的饱和电流，则当滑动变阻器滑片右移后，电流保持不变，则单位时间到达光电管阳极的光电子数等于，故D错误。故选B。二、多项选择题（本题共2小题,每小题5分,共10分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分）13．（2024·广东惠州·统考二模）（多选）图中的（a）、（b）、（c）、（d）四幅图涉及不同的原子物理知识，其中说法正确的是（

）A．根据图（a）所示的三种射线在磁场中的轨迹，可以判断出“1”为γ射线B．如图（b）所示，发生光电效应时，入射光光强越强，光电子的最大初动能越大C．卢瑟福通过图（c）所示的α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型D．利用图（d）所示的氢原子能级示意图，可以解释氢原子为何具有分立光谱【答案】CD【详解】A．图（a）所示放射源射出的三种射线在磁场中运动轨迹不同，射线带正电，根据左手定则判断出射线1为射线，γ射线不带电，运动轨迹应该是直线，故射线2是γ射线，故A错误；B．如图（b）所示，发生光电效应时，入射光频率越大，光电子的最大初动能也就越大，与入射光的强度无关，故B错误；C．卢瑟福通过图（c）所示在α粒子散射实验的基础上，提出了原子核式结构模型，故C正确；D．利用图（d）所示的氢原子能级示意图，玻尔将量子观念引入原子领域，并能够解释氢原子的光谱特征，氢原子能级是分立的，光谱也是分立的，故D正确；故选CD。14．（2024·广西南宁·南宁三中校联考模拟预测）（多选）氢原子能级如图甲所示，一群处于n=5能级的氢原子，向低能级跃迁时发出多种频率的光，分别用这些光照射图乙电路的阴极K，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62eV到3.11eV之间。则（）

A．氢原子从n=5能级向低能级跃迁时能辐射出4种不同频率的可见光B．图乙中当滑片P从a端移向c的过程中，光电流I不断减小C．a光的频率比b光大一些D．在a光和c光强度相同的情况下，电路中c光的饱和光电流值大一些【答案】CD【详解】A．氢原子从n=5能级向低能级跃迁时能辐射出=10，种不同频率的光，故A错误；B．由图乙可知，当滑片P从a端移向c端过程中，从a到c电压负向减小，光电流不断增大，故B错误；C．由图丙可知a光的遏止电压最大，由eU=Ek=，可知a光的能量最大，a光的频率最大，c光的频率最小，故C正确；D．c光的频率最小，则在a光和c光强度相同的情况下，电路中c光的饱和光电流值大一些，故D正确。故选CD。三、计算题（本题包括3小题，10分+10分+10分共30分，解答过程请写出必要的文字说明和必需的物理演算过程，只写出最终结果的不得分）15．（2024·江苏南京·南京市大厂高级中学校考一模）波长的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为的匀强磁场区域内做最大半径为的匀速圆周运动，已知，，，试求：（1）光电子的最大初动能；（2）金属的逸出功；（3）该电子的物质波的波长。【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，有解得电子的最大初动能为（2）入射光子的能量为根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸出功为（3）物质波的波长为16．（2023·四川成都·石室中学校考模拟预测）19世纪末，人们发现当光照射在金属表面时，金属中的电子全因吸收光的能量而逸出金属表面，如图所示，这种现象称为光电效应。已知电子质量为m、电量为e，光速为c，若朗克常量为k。（1）用波长为λ的光照射金属表面所产生的光电子垂直进入磁感强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R，求金属的逸出功W；（2）一个光源以的功率向四周均匀地发射能量。在离光源距离R=1.0m处放置一小锌板，锌的逸出功，假设入射光的能量是连续平稳地垂直传给锌板，光的平均波长为λ。①根据爱因斯坦的光子说和质能方程，证明光子动量（h是普朗克常量）。②假设锌板完全吸收所有照射到它上面的能量。求：a.锌板在垂直入射光方向上单位面积上受到光的平均作用力（用题目中的物理符号表示）。b.按照经典电磁理论，锌板只需吸收足够的能量就可以逐出电子，若一个要被逐出的电子收集能量的圆形截面的半径约为一个典型原子的半径m，此光源照射条件下，用此光源照射时电子将被逐出的时间。c.根据你的计算结果，你认为经典电磁理论在解释光电效应现象时是否合理？谈谈你的看法。

【答案】（1）；（2）①见解析；②a．；b．1088s；c．不合理，理由见解析【详解】（1）由光电子做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力解得解得最大初动能所以逸出功（2）①根据又联立可得②a．设锌板的面积为S，t时间内锌板吸收的光子个数为N，有由动量定理解得结合牛