2023年高考物理二轮复习试题（全国通用） 12 近代物理 含解析

专题12近代物理

一、单选题

1.（2022.广东广州.模拟预测）每一年年末物理学会都会公布当年物理学的十项重大进展，全

科学界十分关注物理学的发展。下列对历史上的重大发现说法正确的是（）

A.电子的发现说明原子核内部有复杂结构

B,电子衍射现象的发现说明实物粒子也有波动性

C.天然放射现象的发现说明原子内部有复杂结构

D.光电效应现象可以用连续的能量观解释

【答案】B

【详解】A.原子呈现电中性，电子的发现说明原子内部有复杂结构，A错误；

B.干涉与衍射是波的特有现象，电子衍射现象的发现说明实物粒子也有波动性，B正确；

C.天然放射现象的发现说明原子核内部有复杂结构，C错误；

D.光电效应现象可以用爱因斯坦的光子说，即能量的量子化来解释，D错误。

故选Bo

2.（2022.福建漳州•一模）2022年8月9日，中核集团漳州核电2号机组反应堆压力容器顺利

吊装就位，向投产发电迈出了重要一步，该核电项目投产后核反应堆中存在如下核反应，

∞U+1!n→^Ba+^Kr+3in,则（）

A.该反应为核聚变反应

B.该核反应过程没有质量亏损

C.该核反应方程式中A=144

D.的质子数是235,中子数是92

【答案】C

【详解】A.该反应为核裂变反应，A错误；

B.核裂变会产生大量能量.则该核反应过程发生质量亏损，B错误；

C.根据质量数相同

235+1=A+89+3

解得

A=144

故C正确；

D.^U的质子数是92,核子数为235,则中子数为143,D错误。

故选Co

3.（2022・山东•模拟预测）如图所示为宾馆内的烟雾探测器，探测器中装有大约0∙2mg的铜

"Am,它是一种半衰期长达432年的放射性金属，会释放出。射线和Y射线。当空气分子穿

过探测器时，空Am释放出的射线将其电离，电离产生的正、负离子在电场力作用下移动，形

成微小电流，可被探测器内芯片探测到，下列说法正确的是（）

A.锯徂Am需要及时更换，保证探测器工作的稳定性

2412374

B.2MAm发生衰变的方程是95Am→Np+°He+y

241237

C.Am的比结合能大于NP的比结合能

D.使空气分子发生电离的主要是Y射线

【答案】B

【详解】A.因为2；；Am的半衰期为432年，故不需要经常更换，A错误；

B.由质量数、电荷数守恒可知衰变方程为

2412374

Am→Nρ+He+γ

95932

B正确；

241237241237

C.95Am衰变产生的93NP更稳定，故95Am的比结合能小于93NP的比结合能，C错

误；

D.。射线的电离能力最强，Y射线的电离能力最弱，故使空气分子发生电离的主要是α射线，

D错误。

故选B0

4.（2022・山东•模拟预测）钻60（SCo）是金属元素钻的放射性同位素之一，其半衰期为5.27

年。它发生“衰变变成银60Ni）同时放出能量高达315keV的高速电子和两束y射线。钻

60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜

等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医

学上，常用于人体肿瘤的放射治疗。关于钻60,下列说法正确的是（）

A.发生夕衰变的衰变方程为舞Co→^Ni+[e

B.将钻60放入高温高压环境中可以加快其衰变

C.钻60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收

D.IOg钻60经过10.54年全部发生衰变

【答案】A

【详解】A.根据电荷数守恒、质量数守恒，知钻60发生/，衰变的衰变方程为

^Co→^Ni+>

故A正确；

B.放射性元素衰变的快慢由核自身的因素决定，与所处的外部环境无关，故B错误；

C.钻60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子，

故C错误。

D.10.54年为两个半衰期，则剩下的钻60为原来的!，没有全部衰变，故D错误。

故选A。

5.（2022•河北•模拟预测）由于太阳自身巨大的重力挤压，使其核心的压力和温度变得极高，

形成了可以发生核聚变反应的环境。太阳内发生核聚变反应主要为：：H+；H→;He,已知笊

核的比结合能是1.09MeV,氮核的比结合能是7.O3MeV°则该反应释放的核能约为（）

A.5MeVB.6MeVC.24MeVD.32MeV

【答案】C

【详解】由比结合能的定义可知，该反应释放的核能约为

ΔE=(7.03×4-l.09×2×2)MeV≈24MeV

故ABD错误，C正确。

故选Co

6.（2022•黑龙江哈尔滨模拟预测）2021年12月15日，秦山核电站成为安全发电30年的核

电基地，9台机组运行业绩多年稳定处于世界先进水平。图是当前普遍使用的核反应堆的示意

图。下列说法正确的是（）

A.核反应堆内核燃料发生核聚变

B.石墨起到吸收中子的作用

C.镉棒起到使中子减速的作用

D.与相同功率的火电站相比，核电站所需原料少，造成污染小

【答案】D

【详解】A.核反应堆内核燃料发生核裂变，故A错误；

B.在反应堆中，速度与热运动速度相当的中子最适于引发裂变，而裂变产生的是速度很大的

快中子，通过在铀棒周围放置石墨来作为慢化剂，从而使快中子与与石墨中的原子核碰撞后能

量减少，变为慢中子，故B错误；

C.镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒作为控制棒，从而达到调节中子数目以

控制反应速度的目的，故C错误；

D.与相同功率的火电站相比，核电站所需原料少，造成污染小，故D正确。

故选D。

7.（2022•江苏省海头高级中学二模）如图是氨离子（He+）的能级图。通常我们认为可见光光

子的能量在1.64-3.19eV之间。按照这一标准，下列操作中丕能使处于基态的氨离子辐射可

见光的是（）

A.用能量为48.36eV的光子照射时

B.用能量为52.89eV的光子照射时

C.用能量为53.89eV的电子轰击时

D.用能量为56.45eV的电子轰击时

【答案】A

【详解】A.用能量为48.36eV的光子照射时，光子被全部吸收，氨离子跃迁到〃=3激发态，

氨离子由n=3激发态向低能级跃迁时，释放的最小能量光子为7.56eV,不是可见光，故A正

确；

BCD.用能量为5289eV的光子照射时，光子被全部吸收，氨离子跃迁到〃=6激发态，由图

可知，氢离子由〃=6激发态向低能级跃迁时，存在释放光子为可见光光子（〃=4到〃=3）；用

能量为53.89eV或能量为56.45eV的电子轰击时，氨离子可以吸收部分能量，可能跃迁到

〃=6激发态，同理，可能辐射可见光，故BCD错误。

故选A。

8.（2022・湖北•模拟预测）如图有关量子力学建立之初的几个重要实验，下列说法错误的是

（）

A.普朗克为解释图甲的实验数据，提出了能量子的概念，被称为“量子力学之父”

B,如图乙，在光照下，电流表发生了偏转，则无论如何调节滑动变阻器的滑片，都无法使电

流表示数变为零

C.康普顿依据爱因斯坦光电效应方程，测量计算出普朗克常量，与普朗克根据黑体辐射得出

的值在误差允许的范围内是一致的

D,可以用图丙中的原子特征谱线来做光谱分析

【答案】C

【详解】A.普朗克为解释图甲的实验数据，提出了能量子的概念，被称为“量子力学之

父”，故A正确，不符合题意；

B.如图乙，在光照下，电流表发生了偏转，由图可知接的正向电压，则无论如何调节滑动变

阻器的滑片，都无法使电流表示数变为零，故B正确，不符合题意；

C.密里根依据爱因斯坦光电效应方程，测量计算出普朗克常量，与普朗克根据黑体辐射得出

的值在误差允许的范围内是一致的，故C错误，符合题意；

D.每种原子都有自己的特征谱线，则可以用图丙中的原子特征谱线来做光谱分析，故D正

确，不符合题意。

故选c。

9.（2022•山西・怀仁市第一中学校模拟预测）碳14是碳的一种放射性同位素，是通过宇宙射线

撞击空气中的氮14原子产生的，其半衰期为5730年，衰变后又转变为氮14。由于其不断地

产生、衰变使得大气中的碳14达到动态平衡，从而使大气及活体生物中碳元素的碳14丰度

（碳14原子占碳原子总数的百分比）保持一个定值，而死亡的生物体中的碳14原子却由于衰

变而不断减少，这就是碳14测定年代的原理。根据以上描述，以下说法正确的是（）

A.碳14发生的衰变是α衰变

B.若某待测生物体样本的碳14丰度为大气的12.5%,则可判定该生物体死亡约17190年

C.衰变产生的氮14新核的质量大于碳14的质量

D.碳14的半衰期会受到环境温度、湿度以及所处化学状态（化合态或游离态）的影响

【答案】B

【详解】A.“碳14衰变后又转变为氮14”，说明碳14发生的是/衰变，故A错误；

B.生物体样本的碳14丰度为大气的12.5%,说明经过了三个半衰期，即17190年，故B正

确；

C.衰变过程核能释放，质量亏损，故C错误；

D.衰变是原子核的变化，不会受环境温度、湿度及化学状态的影响，故D错误。

故选B0

10.（2022・浙江•模拟预测）大量处于〃=5能级的氢原子向低能级跃迁时产生的a、b两种单色

光照射某光电管的阴极时，测得遏止电压之比为2:1,根据该信息下列说法正确的是（）

A.在同种介质中，。光的传播速度是。光的也倍

2

B.若b光是跃迁到n=3能级产生的，则α光可能是跃迁到〃=4能级产生的

C.用同样的装置做双缝干涉实验，人光束的条纹间距是“光束的两倍

D.当两种光从水中射向空气时，。光的临界角小于6光的临界角

【答案】D

【详解】A.遏止电压是光电流为零时的最小反向电压，根据动能定理可知

eUc=Eii=hv-W0

因测得遏止电压之比为2:1,则〃、〃两种单色光的频率

在同种介质中，频率越大，拆射率越大，光速越小，因α光的频率大，所以b光的传播速度大

于“光的传播速度，A错误；

B.“光的频率大，则。光的光子能量大于b光的光子能量，若人光是跃迁到〃=3能级产生

的，则α光跃迁到比”=3能级低才能产生，B错误；

C.根据

C

V=­

λ

服人两种单色光的频率有乙＜2乙，则〃光的波长比4光波长的2倍小，由

L,

ΔJV=-Z

d

可知。光束的条纹间距比〃光束的条纹间距的2倍小，C错误；

D光的频率大，在同一种介质中，其折射率大，根据

SinC=L

n

可知。光的临界角小，D正确。

故选D。

二、多选题

11.（2022•江西景德镇•二模）如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于”=3的激发

态，原子在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子。若用这些光照射逸出功为2.49eV的金属

钠，则下列说法正确的是（）

A.这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从〃=3跃迁到n=2所发出的光波长最长

B.这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从”=3跃迁到”=1所发出的光频率最高

C.金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为ILlleV

D.金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60eV

【答案】AD

【详解】AB.这群氢原子能发出频率不同的光子数为

C；=3

据光子能量公式

，

EL-I,rv-h—c

2

可知，其中从，尸3跃迁到〃=2所发出的光子能量最小，波长最长，从〃=3跃迁到〃=1所发出

的光子能量最大，频率最高，A正确，B错误；

CD.据光电效应方程

Ekm=配-网

从"=3跃迁到〃=1所发出的光子能量最大，为12.09eV,代入解得金属钠表面所发出的光电子

的初动能最大值为

Etm=9.6OeV

C错误，D正确。

故选AD。

12.（2022・新疆,博乐市高级中学（华中师大一附中博乐分校）模拟预测）如图，图甲为氢原子

的能级图，大量处于〃=4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（）

A.光电管阴极K金属材料的逸出功为5.75eV

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负极

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】AC

【详解】B.这些氢原子跃迁时共发出光的频率种数为

N=Ci=6

故B错误；

A.大量处于”=4激发态的氢原子跃迁时，发出频率最高的光子能量为

E=E4-E,=12.75eV

由图丙可知遏止电压为α=7v,设光电管阴极K金属材料的逸出功为W。，根据爱因斯坦光电

效应方程以及动能定理综合可得

Ekm=eUc=E-Wti

解得

¼ς=5.75eV

故A正确；

C.若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，说明光电管所加电压为反向电压，光电子受到电

场力指向阴极K,即电源正极与阴极K相连，则电源左侧为正极，右侧为负极，故C正确；

D.由能级图可知，从〃=4到跃迁、从〃=3到”=1跃迁、从〃=2到跃迁时所放出光

子的能量分别为12.75eV∖12.09eV,10.2eV,都大于Wa而其余3种跃迁放出光子的能量都

小于死，所以共有3种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象，故D错误。

故选ACo

13.（2022.福建省福州第一中学模拟预测）1899年，苏联物理学家列别捷夫首先从实验上证

实了“光射到物体表面上时会产生压力”，我们将光对物体单位面积的压力叫压强或光压。已

知频率为丫的光子的动量为式中/?为普朗克常量（/7=6.63X10为$）,C为光速

（c=3×10βm∕s）,某激光器发出的激光功率为P=IOOOW,该光束垂直射到某平整元件上，其

光束截面积为S=LOomm2,该激光的波长/1=50Onm下列说法正确的有（）

A.该激光器单位时间内发出的光子数可表示为?

he

B.该激光定能使金属鸨（截止频率为1.095x10*HZ）发生光电效应

C.该激光不能使处于第一激发态的氢原子（E2=-3.4eV=-5.44×1019J）电离

D.该光束可能产生的最大光压约为6.67Pa

【答案】AC

【详解】A.单位时间内射到平整元件上的光能为

W=Pt

每个光子的能量为

E=mc2=hv=h—

2

则该激光器单位时间内发出的光子数

WPλ

n=—=—

Ethe

故A正确；

B.入射光的频率为

IZ=£=0.6x10KHZ

λ

入射光的频率小于金属铝的截止频率，不能发生光电效应，故B错误；

C.入射光子的能量

9

S=∕JV∕=4×10^'J

光子能量小于处于第一激发态的氢原子的电离能，不能使其电离，故C正确；

D.对单位时间内发出的光子，根据动量定理

r∆∕=nmc=——me

he

根据以上分析可知

h

m=——

cλ

代入加=L可得

P

——=3.33Pa

ScS

故D错误。

故选AC0

三、解答题

14.（2022・上海徐汇・三模）1945年7月16日，美国的第一颗原子弹在新墨西哥州的沙漠中试

爆成功。由于当时美国对原子弹武器的细节都是绝对保密的，因此试爆后测量的各种数据都是

不为人知的。到了1947年，美国军方只是公布了原子弹爆炸火球随时间变化的照片，这些原

子弹爆炸产生的蘑菇云照片在当时引起了人们极大的兴趣，出现在世界各地的报纸和杂志上。

（1）该原子弹是以钵（TPU）为核原料的，在中子的轰击下，一种典型的核裂变产物是银

（IfXe）和错（%Zr）,试写出此核反应方程；

(2)英国物理学家杰弗里・泰勒爵士通过对照片的分析，认为原子弹爆炸火球的实时半径，•与

时间r,爆炸能量E以及空气密度P有关。请你写出P会影响，•的理由，并指出当。增大时，

，•将增大还是减小；

(3)接上问，如果认为/■只与f,E,P有关，可以得到：r=CrE7Λ其中八3∖z、C

是无单位的常数.试求出X、丫、Z的数值；

(4)接上问，我们假定常数C=I,取空气密度0=1.2kg∕n√°观察图片可得，当u0.025s

时，火球半径约等于132m。已知1吨TNT当量=4.2X1()9J,试估算该次核爆炸的当量W。

ɔ11

【答案】⑴第Pu+[n->常Xe+%Zr+4[n;(2)见解析；(3)x=-,ʃ=-,Z=--；

(4)1.83xl04吨TNT当量

【详解】(1)根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可得此核反应方程为

2群u+；n”Xe+忸+4；n

(2)将空气密度想象成空气的“厚度”，那么空气密度越大，空气越“厚"，它会阻碍火球

的传播，因此传播了更短的距离后火球就停止前进了，即空气密度。增大时，厂将减小；

(3)半径，•的国际单位为m.时间f国际的单位为s,能量E的国际单位为kg∙∏)2/S2,空气密

度夕的国际单位为kg∕m∖为了消去质量的单位kg,则有

E,kg∙m2∕s2,m5

pkg∕m3S2

为了消去时间的单位，则有

如果认为，•只与九E,夕有关，则有

可得

2

r=C不QpG

Hʌ

%口

r=Ct'Eyp

可得

(4)假定常数C=L取空气密度p=1.2kg/ml观察图片可得，当f=0.025s时，火球半径约

等于132m*则该次核爆炸的能量为

E=4=L2xl"J≈7.69χl0"J

t20.0252

则有

7.69x10”

≈l.83×104

4.2×IO9

可知该次核爆炸的当量约为L83xl04吨TNT当量。

15.(2022•北京•高考真题)利用物理模型对问题进行分析，是重要的科学思维方法。

(1)某质量为机的行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，在近日点速度为必，在远日点速度为V2。

求从近日点到远日点过程中太阳对行星所做的功W；

(2)设行星与恒星的距离为八请根据开普勒第三定律(∕=k)及向心力相关知识，证明

恒星对行星的作用力尸与r的平方成反比；

(3)宇宙中某恒星质量是太阳质量的2倍，单位时间内向外辐射的能量是太阳的16倍。设想

地球“流浪”后绕此恒星公转，且在新公转轨道上的温度与“流浪”前一样。地球绕太阳公转

的周期为心，绕此恒星公转的周期为乃，求会。

【答案】⑴W="学-"片；⑵见解析；⑶鑫=4√Σ

22A

【详解】(1)根据动能定理有

W=-mv∖--mv?

222,

(2)设行星绕恒星做匀速圆周运动，行星的质量为见运动半径为八运动速度大小为V。恒

星对行星的作用力F提供向心力，则

F=in—

运动周期

-2πr

1=-----

v

根据开普勒第三定律，=3A为常量，得

_4π2km

F=，.

即恒星对行星的作用力尸与，的平方成反比。

（3）假定恒星的能量辐射各向均匀，地球绕恒星做半径为，•的圆周运动，恒星单位时间内向

外辐射的能量为外。以恒星为球心，以，为半径的球面上，单位面积单位时间接受到的辐射能

量

P=代

4πr~

设地球绕太阳公转半径为〃在新轨道上公转半径为厂2。地球在新公转轨道上的温度与“流浪”

前一样，必须满足P不变，由于恒星单位时间内向外辐射的能量是太阳的16倍，得

r2=4r∕

设恒星质量为M,地球在轨道上运行周期为T,万有引力提供向心力，有

解得

丁=\卢

VGM

由于恒星质量是太阳质量的2倍，得

^-=4√2

T1

16.（2022・北京∙101中学三模）（1）用波长为/1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的匀强磁场中作匀速圆周运动时，其最大半径为R,电子质量为町电量为e,光

速为G普朗克常量为上求金属的逸出功W；

（2）一个光源以4=1.6W的功率向四周均匀地发射能量。在离光源距离R=25m处放置一小

钾箔，钾的逸出功W=2.2eV,假设入射光的能量是连续地和平稳地垂直传给钾箔，光的平均

波长为/U

h

①根据爱因斯坦的光子说和质能方程，证明光子动量P=?（/?是普朗克恒量）。

A

②假设钾箔完全吸收所有照射到它上面的能量。求：

a.钾箔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，钾箔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r=5.0χl()fm,求：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】⑴生一Q蹩；(2)1见解析；2a∙7之;b.2200s；c.不合理、见解析

λ2m4乃CR-

【详解】(1)由光电子做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力

V2

qvB=m—

R

解得

解得最大初动能为

E_迎

2m

所以逸出功

q2B2R2heq2B2R2

W=hv----------=----------------

2mλ2m

(2)①根据

ε=hv

ε=me1

又