新高考版《物理》资料：专题检测-专题十三-近代物理初步

新高考版《物理》资料：专题检测-专题十三-近代物理初步新高考版《物理》资料：专题检测-专题十三-近代物理初步PAGE/PAGE1新高考版《物理》资料：专题检测-专题十三-近代物理初步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ν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ν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ν的关系如图所示,其中νc为极限频率.从图中可以确定的是()A.逸出功与入射光频率有关B.Ekm与入射光强度有关C.当ν>νc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=hν-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ν>νc,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α粒子散射实验分析,发现原子核只占原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α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2.25eV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ν=cλ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ΔE1=1.89eV、ΔE2=12.09eV,由n=2能级向n=1能级跃迁辐射的光子能量ΔE3=10.2eV,其中ΔE2和ΔE3大于2.25eV,所以能使金属钾发生光电效应的光谱线有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ν1和ν2,且ν1>ν2.则下列判断正确的是()图(a)图(b)A.U1>U2B.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=hν-W0、动能定理-eU=-Ek,可得遏止电压U=hν-W0e,由于ν1>ν2,所以U1>U2,图(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=hν1-eU1,由蓝光分析得金属的逸出功W0=hν2-eU2,联立解得h=U1-U2ν1-ν2e;金属的极限频率νc=W0h,故νc=U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,发现两金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系分别如图中的①、②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ν2的光照射甲金属不能发生光电效应D.用频率为ν2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=hν-W0可得,当光电子的最大初动能Ek=0时,hν=W0,此时ν为金属的截止频率,所以甲的截止频率ν1小于乙的截止频率ν3,甲的逸出功小于乙的逸出功,A、B错误.由于ν1<ν2<ν3,所以频率为ν2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.方法技巧题中Ek-ν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α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α粒子散射图景,图中实线表示α粒子的运动轨迹,则关于α粒子散射实验,下列说法正确的是()A.根据α粒子散射实验可以估算原子大小B.图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了直接碰撞C.绝大多数α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α粒子的电势能先减小后增大答案C根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小,A错误;图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用,并没有发生碰撞,B错误;绝大多数α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α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,Hα、Hβ、Hγ、Hδ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.Hδ谱线对应光子的动量最大D.Hα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=hλ,Hδ谱线波长最短,所以Hδ谱线对应光子动量最大,C正确;光子的能量为ε=hν,Hα谱线波长最长,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+12H→23He+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+EkD.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+2E10.(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1.6×10-19C,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种不同频率的光子B.阴极金属的逸出功为12.75eVC.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=3.2μA,则1s内最少有2×1013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hν=E4-E1=-0.85eV--13.6eV=12.75eV,阴极金属的逸出功为W0=hν-1.6eV<12.75eV,故B错误;使n=2能级氢原子电离所需要的能量为3.4eV,题述光电子最大初动能Ek=hν-W0小于电离所需要的能量,故不能使n=2能级的氢原子电离,故C错误;饱和光电流为3.2μA,则1s内阴极发出的光电子数目为N=3.2×10-6A×1s1.6×10-19C13.(2023届盐城响水中学开学考,3)氢原子的能级图如图所示.一群氢原子处于n=4的能级,跃迁到n=2的能级时辐射出某一频率的光,用此光照射某金属板,发生光电效应,测得光电子的最大初动能为2.10eV,则该金属的逸出功为()A.0.45eVB.2.10eVC.2.55eVD.4.65eV答案A氢原子由n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射出某一频率的光,有E4-E2=hν,用此光照射某金属板,发生光电效应,测得光电子的最大初动能为Ek=hν-W0,代入数据可得W0=0.45eV,所以A正确,B、C、D错误.14.(2022五市十校3月调研,4)如图甲所示,用高压激发氢光谱管,使光谱管中的氢原子大量处于第4能级并辐射发光,其中某些光子打在连着验电器的锌板上,事先使锌板带负电,验电器指针张开一定的角度.已知锌板表面电子的逸出功是3.3eV,氢原子的能级示意图如图乙所示,则下列说法正确的是()甲乙A.光谱管会辐射出4种不同能量的光子B.光谱管辐射出的光能够使锌板发生光电效应C.从锌板中溢出的光电子的最大初动能为9.55eVD.由于是锌板表面的自由电子逸出,验电器的指针张角不变答案B由于大量的氢原子处于第4能级,则光谱管辐射的光子能量种类是C42=6种,A错误;因光谱管辐射的光子的最高能量是13.6eV-0.85eV=12.75eV>3.3eV,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=hν-W0,可得最大初动能为Ek=12.75eV-3.3eV=9.45eV,C错误;由于发生光电效应,锌板会失去部分电子,验电器指针张角变小,D15.(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ν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hν-W0+UeB.光电子到达A时的最大动能为hν-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PeD.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NP答案AC根据光电效应方程Ek=hν-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=hν-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hν,则单位时间内通过的光子数为n=Phν,单位时间内产生的光电子数为n1=nN=PhνN,由电流的定义得I=Qt=n1e=PeN16.(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+13H→24B.92235U+01n→54136C.90234Th→91234D.12H+12H→23答案B核反应方程12H+13H→24He+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90234Th→91234Pa+X中的X的质量数为17.(2022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λ1、λ2、λ3的关系为λ1=λ2+λ3B.图b中甲、乙、丙三种射线分别为β射线、γ射线、α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ν1、ν2、ν3的关系为ν1=ν2+ν3,根据ν=cλ可得,三条谱线波长λ1、λ2、λ3的关系为1λ1=1λ2+1λ3,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β射线、γ射线、α射线,故B正确;图c中的链式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+13H→C.β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的D.高速α粒子轰击氮核可产生中子,其核反应方程为24He+714N答案B半衰期由核内部因素决定,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;β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+714N→817O19.(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用来发电.核聚变反应的方程为12H+12H→X+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ΔE,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2C.X核的质量为ΔEc2+mD.X的比结合能为43E+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ΔE=mc2,得到ΔE=(2m1-mX-m2)c2,解得mX=2m1-m2-ΔEc2,C错误;根据能量守恒知4E+ΔE=3EX,解得EX=420.(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ν=cλ可知,频率更低,更不可能发生光电效应,D错误.故选C21.(2022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=hνc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能级的氢原子向低能级跃迁时,对外辐射光子的能量分别有ΔE1=E4-E1=12.75eV,ΔE2=E3-E1=12.09eV,ΔE3=E2-E1=10.2eV,ΔE4=E4-E2=2.55eV,ΔE5=E3-E2=1.89eV,ΔE6=E4-E3=0.66eV,发生光电效应的条件是ΔE>W0=4.54eV,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=ke23.(2022深圳一模,1)利用氘和氚的核反应可获得核能,方程为：①12H+13H→24He+X+17.6MeV;科学家用X轰击Y得到氚核,方程为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①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②为01X+36Y→24He+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①为轻核聚变反应,24.(2022汕头三模,1)心脏起搏器使用”氚电池”供电,利用了氚核13H发生β衰变过程释放的能量,衰变方程为13H→X+-1A.新核X是24B.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.β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;β射线仅能穿透几毫