高考物理一轮复习第十四章近代物理初步练习含解析新人教版

第十四章近代物理初步综合过关规范限时检测满分：100分考试时间：45分钟一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共计48分。每小题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6～8题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1．(2023·天津卷)在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是(D)[解析]A项双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；B项光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B错误；C项实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误；D项卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确；故选D。2．如图所示，白天从外看窗户都是黑的，这是因为太阳光透过窗户照射到房子里的光线经屋内多次反射后最终未能从窗户反射出来，所以看起来就是黑的。物理学上，把只能吸收电磁波而不能反射电磁波的物体称为黑体，黑体不能反射电磁波，却能辐射电磁波。关于黑体，下列说法不正确的是(D)A．黑体是一种理想化的物理模型B．黑体辐射电磁波的情况与黑体材料、表面状况无关C．黑体辐射电磁波的情况仅与温度有关D．黑体温度升高，短波辐射强度增强，长波辐射减弱[解析]黑体是一种理想化的物理模型，是对那些吸收电磁波却很少反射电磁波的一类物体进行的近似、理想化的描述，所以A正确；黑体辐射电磁波的情况与黑体材料、表面状况无关，仅与温度有关，所以B、C正确；黑体温度升高，各种电磁波的辐射强度都会增强，故D错误，本题选不正确的，故选D。3．大科学工程“人造太阳”主要是将氘聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。已知eq\o\al(2,1)H的质量为2.0136u，eq\o\al(3,2)He的质量为3.0150u，eq\o\al(1,0)n的质量为1.0087u，1u＝931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为(B)A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV[解析]在核反应方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n中，反应前物质的质量m1＝2×2.0136u＝4.0272u，反应后物质的质量m2＝3.0150u＋1.0087u＝4.0237u，质量亏损Δm＝m1－m2＝0.0035u。则氘核聚变释放的核能为E＝931×0.0035MeV≈3.3MeV，B正确。4．(2023·河南月考)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a、b、c三束单色光照射光电管阴极，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知(B)A．单色光a的频率高于单色光c的频率B．单色光a的频率低于单色光b的频率C．单色光a和c的频率相同，但a更弱些D．单色光a和b的频率相同，但a更强些[解析]根据Ek＝eUc和光电效应方程Ek＝hν－W0可知，eUc＝hν－W0，当a、b、c三束单色光照射光电管阴极时有Uc1>Uc2，则νb>νa＝νc，又由于a光照射时的饱和光电流大于c光照射时的饱和光电流，故a光更强些，B正确，A、C、D错误。5．(2023·河南九师联盟质检)eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(3,1)H是重要的核聚变燃料，eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(3,1)H聚变的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋17.6MeV，X与Y核反应又可获得eq\o\al(3,1)H，即X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋4.9MeV，则下列说法正确的是(D)A．X是电子B．Y的核电荷数为4C．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋17.6MeV中的17.6MeV是eq\o\al(4,2)He的结合能D．X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋4.9MeV中平均每个核子释放的能量为0.7MeV[解析]本题考查核反应方程与质能方程的应用。根据核反应前后质量数、电荷数守恒可知，X是中子，Y的核电荷数为3，选项A、B错误；核子结合成原子核释放的能量才是结合能，选项C错误；X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋4.9MeV中平均每个核子释放的能量为eq\f(4.9MeV,7)＝0.7MeV，选项D正确。6．(2023·天津)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是(AD)A．核聚变比核裂变更为安全、清洁B．任何两个原子核都可以发生聚变C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加[解析]核聚变没有放射性污染，安全、清洁，A正确；只有原子序数小的“轻”核才能发生聚变，B错误；轻核聚变成质量较大的原子核、比结合能增加，总质量减小，C错误，D正确。7．(2023·山东省实验中学模拟)氢原子光谱如图甲所示，图中给出了谱线对应的波长，玻尔的氢原子能级图如图乙所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可见光的频率范围约为4.2×1014～7.8×1014Hz，则(ABD)甲乙A．Hα谱线对应光子的能量小于Hδ谱线对应光子的能量B．图甲所示Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光均属于可见光范畴C．Hβ对应光子的能量约为10.2eVD．Hα谱线对应的跃迁是从n＝3能级到n＝2能级[解析]本题考查对应光谱比较能级跃迁放出光子的种类。根据真空中光速等于波长乘频率可知，波长越长频率越小，根据E＝hν可知频率越小能量越小，故A正确；由可见光的频率范围可知，可见光的波长范围约为385～714nm，则四种光都属于可见光，故B正确；由E＝hν＝heq\f(c,λ)可得Eβ≈2.56eV，故C错误；根据E＝hν＝heq\f(c,λ)可知，Hα谱线对应的光子能量为Hβ对应光子能量的eq\f(λβ,λα)倍，约为1.89eV，结合能级图可知，从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子能量为[－1.51－(－3.4)]eV＝1.89eV，故D正确。8．(2023·山东济宁月考)某金属表面逸出的光电子的最大初动能和入射光的频率ν变化的关系图像如图所示，直线与横轴的交点坐标为4.29×1014Hz，与纵轴交点坐标为0.5eV，则下列说法正确的是(BD)A．该金属的逸出功为0.5eVB．该金属的极限频率为4.29×1014HzC．当入射光频率5.5×1014Hz时，光的强度最大D．直线的斜率表示普朗克常量h[解析]本题考查光电效应方程的应用。根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0知，Ekm－ν图线的斜率为普朗克常量h，图线与横轴的交点坐标表示极限频率，即该金属的极限频率为4.29×1014Hz，故B、D正确；当入射光频率为4.29×1014Hz时，光电子的最大初动能为0，根据Ekm＝hν－W0得该金属的逸出功为W0＝1.78eV，故A错误；由题图可知，5.5×1014Hz时，光电子的最大初动能为0.5eV，无法得出光的强弱，故C错误。二、非选择题(本题共3小题，共52分。)9．(10分)(2023·江苏单科，12(1)(2))(1)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是B。A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小(2)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为λ1和λ2，则该激发态与基态的能量差为eq\f(hc,λ2)，波长为λ1的光子的动量为eq\f(h,λ1)。(已知普朗克常量为h，光速为c)[解析](1)黑体辐射规律为：温度升高，辐射强度I增大，I的极大值向波长短的方向偏移，故B选项正确。(2)氢原子从激发态直接跃迁到基态时辐射光子的能量最大，波长最短，故En－E1＝heq\f(c,λ2)。波长为λ1的光子的动量p＝eq\f(h,λ1)。10．(20分)(2023·青岛高三月考)一个氘核(eq\o\al(2,1)H)和一个氚核(eq\o\al(3,1)H)聚变时产生一个中子(eq\o\al(1,0)n)和一个α粒子(eq\o\al(4,2)He)。已知氘核的质量为mD，氚核的质量为mT，中子的质量为mn，α粒子的质量为mα，光速为c，元电荷电荷量为e。(1)写出核反应方程，并求一个氘核和一个氚核聚变时释放的核能ΔE。(2)反应放出的α粒子在与匀强磁场垂直的平面内做圆周运动，轨道半径为R，磁感应强度大小为B。求α粒子在磁场中做圆周运动的周期T和等效电流I的大小。(3)1909年卢瑟福及盖革等用α粒子轰击金箔发现，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进或只发生很小的偏转，但有些α粒子发生了较大的偏转，个别就像被弹回来了一样。卢瑟福认为“枣糕模型”中的电子不足以把α粒子反弹回来，在经过深思熟虑和仔细的计算后，他提出了原子的核式结构模型。以一个α粒子以速度v与原来静止的电子发生弹性正碰为例，请通过计算说明为什么电子不能把α粒子反弹回来(已知α粒子的质量是电子质量的7300倍)。[答案](1)见解析(2)eq\f(πmα,eB)eq\f(2e2B,πmα)(3)见解析[解析]本题考查核反应方程、质能方程、带电粒子在磁场中的运动问题以及α粒子散射实验的原理。(1)核反应方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(4,2)He反应释放的核能ΔE＝Δmc2＝(mD＋mT－mn－mα)c2(2)设α粒子的速度大小为v，由2evB＝mαeq\f(v2,R)，T＝eq\f(2πR,v)得α粒子在磁场中运动周期T＝eq\f(πmα,eB)由电流定义式I＝eq\f(q,t)＝eq\f(2e,T)，得I＝eq\f(2e2B,πmα)(3)设电子的质量为me，碰撞后α粒子的速度为vα，电子的速度为ve。由动量守恒定律得mαv＝mαvα＋meve由能量守恒定律得eq\f(1,2)mαv2＝eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,α)＋eq\f(1,2)meveq\o\al(2,e)得vα＝eq\f(mα－me,mα＋me)v因eq\f(mα－me,mα＋me)≈1所以vα≈v，即α粒子所受电子的影响是微乎其微的，不会被反弹。11．(22分)(2023·浙江物理1月)通过测量质子在磁场中的运动轨迹和打到探测板上的计数率(即打到探测板上质子数与衰变产生总质子数N的比值)，可研究中子(eq\o\al(1,0)n)的β衰变。中子衰变后转化成质子和电子，同时放出质量可视为零的反中微子eq\x\to(ν)e。如图所示，位于P点的静止中子经衰变可形成一个质子源，该质子源在纸面内各向均匀地发射N个质子，在P点下方放置有长度L＝1.2m以O为中点的探测板，P点离探测板的垂直距离OP为a。在探测板的上方存在方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场。已知电子质量me＝9.1×10－31kg＝0.51MeV/c2，中子质量mn＝939.57MeV/c2，质子质量mp＝938.27MeV/c2(c为光速，不考虑粒子之间的相互作用)。若质子的动量p＝4.8×10－21kg·m·s－1＝3×10－8MeV·s·m－1，(1)写出中子衰变的核反应式，求电子和反中微子的总动能(以MeV为能量单位)；(2)当a＝0.15m，B＝0.1T时，求计数率；(3)若a取不同的值，可通过调节B的大小获得与(2)问中同样的计数率，求B与a的关系并给出B的取值范围。[答案](1)eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(0,0)eq\x\to(ν)e0.7468MeV(2)eq\f(2,3)(3)B＝eq\f(3,200a)TB≥eq\f(\r(15),40)T[解析]本题考查质能方程与带电粒子在匀强磁场中的运动分析。(1)核反应方程满足质量数和质子数守恒，eq\o\al(1,0)n→eq