2023年高考物理二轮复习：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，

2

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+（；n^^Ba+^Kr+3^n,

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02笔的锢它是一

种半衰期长达432年的放射性金属，会释放出a射线和Y射线。当空气分子穿过探测器时，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（）

一

A.锢2：；Am需要及时更换，保证探测器工作的稳定性

2412374

B.发生衰变的方程是95Am-Np+?He+Y

241237

C'95Am的比结合能大于93Np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tAm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

AmtNp+He+y

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Np的比结合能，C错误；

D.a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a射线，D错误。

故选Bo

4.（2022•山东•模拟预测）钻60（黑C。）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

£衰变变成镣60（2Ni）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£衰变的衰变方程为砥Co-；；Ni+：

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.10g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

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。

4

故选Ao

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：;，已知笊核的比结合能是1.09MeV,

氮核的比结合能是7.03MeV。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

A£=(7.03x4-1.09x2x2)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

镉棒

水泥防护层

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氮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〃=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52.89eV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，氨离子

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W3）；用能量为53.89eV或能量为

56.45eV的电子轰击时，氢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Ao

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Co

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。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Bo

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0、6两种单色光照射某光

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，6光的传播速度是a光的Y1倍

2

B.若b光是跃迁到«=3能级产生的，则a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，6光束的条纹间距是a光束的两倍

D.当两种光从水中射向空气时，a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

eU°=Ek=hv-网

因测得遏止电压之比为2:1,则a、6两种单色光的频率

Vb<Va<2Vb

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

播速度，A错误；

B.a光的频率大，则a光的光子能量大于6光的光子能量，若6光是跃迁到"=3能级产生的，则a光跃

迁到比〃=3能级低才能产生，B错误；

C.根据

C

V=—

A

b两种单色光的频率有匕＜2乜，则b光的波长比〃光波长的2倍小，由

，。

Ax——LA

d

可知b光束的条纹间距比a光束的条纹间距的2倍小，C错误；

D.a光的频率大，在同一种介质中，其折射率大，根据

,「1

sinC=—

n

可知a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

()

Eg---------------------0

n=4------------------------0.85eV

片3-------------------------l-51eV

M=2------------------------3.40eV

n=l------------------------13.6eV

A.这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n=3跃迁到»=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ll.lleV

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

E=hv=h—

2

可知，其中从〃=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

从〃=3跃迁到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

£km=9.60eV

C错误，D正确。

故选ADO

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（）

nE/eV

8---------------------0

4-0.85

3------------------------1.51

2------------------------3.40

1-----------------------13.6

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=C；=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

£=以-£]=12.75ev

由图丙可知遏止电压为”=7V,设光电管阴极K金属材料的逸出功为航，根据爱因斯坦光电效应方程以

及动能定理综合可得

E*eq=EM

解得

匕=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%,而其余3种跃迁放出光子的能量都小于%,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

为名，式中〃为普朗克常量（仁6.63xl0&j.s）,c为光速（c=3xl08m/s）,某激光器发出的激光功率为

P=1000W,该光束垂直射到某平整元件上，其光束截面积为S=L00mml该激光的波长2=500nm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孕•

he

B.该激光定能使金属鸨（截止频率为1.095X1015HZ）发生光电效应

该激光不能使处于第一激发态的氢原子（19）电离

C.£2=-3.4eV=-5.44xl0J

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=me2=hv=h—

A

则该激光器单位时间内发出的光子数

WPA

n=——二--

Ethe

故A正确；

B.入射光的频率为

15

V=-=0,6X10HZ

2

入射光的频率小于金属鸨的截止频率，不能发生光电效应，故B错误；

C.入射光子的能量

E=扪=4X1()T9j

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

FAt=nmc=me

he

根据以上分析可知

h

m=——

cA

代入&=1,可得

FP

P=—=——=3.33Pa

mScS

故D错误。

故选ACo

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(言Pu)为核原料的，在中子的轰击下，一种典型的核裂变产物是镜(7Xe)和错

(4o'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f,爆炸

能量E以及空气密度。有关。请你写出。会影响厂的理由，并指出当0增大时，7•将增大还是减小；

(3)接上问，如果认为「只与E,0有关，可以得到：「=口'0'",其中x、了、z、C是无单位的

常数.试求出X、＞、z的数值；

(4)接上问，我们假定常数C=l,取空气密度0=1.2kg/n?。观察图片可得，当f=0.025s时，火球半径

约等于132m。已知1吨TNT当量=4.2xl09j,试估算该次核爆炸的当量少。

711

【答案】(1)%Pu+：nf]：Xe+胃Zr+4：n；(2)见解析；⑶x=j,>=不z=-不；(4)1.83xl()4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；；Pu+；n.i；；Xe+%Zr+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£的国际单位为kg.百次2,空气密度夕的国际

单位为kg/n?,为了消去质量的单位kg,则有

kg-m2/s2_m5

pkg/m3s2

为了消去时间的单位，则有

E.m515

—t2=l--s2=lm

Ps

如果认为一只与％,E,P有关，则有

r^k-t2

p

可得

2]__i_

r=Ct^E^p'

结合

r=CtxEypz

可得

2II

x=M，z="

(4)假定常数C=l,取空气密度P=1.2kg/n?。观察图片可得，当/=0.025s时，火球半径约等于132m,

则该次核爆炸的能量为

pr51.2xl325

E=J»7.69xlO13J

0.0252

则有

7.69xlQ13

«1.83xl04

4.2xl09

可知该次核爆炸的当量约为1.83x1O4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"?的行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，在近日点速度为匕，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(叁=斤)及向心力相关知识，证明恒星对行星的

作用力F与7•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刀，绕此恒星公

转的周期为乃，求，

【答案】(1)少=；(2)见解析；⑶1-=4V2

【详解】(1)根据动能定理有

Wmv；—gmV12

(2)设行星绕恒星做匀速圆周运动，行星的质量为如运动半径为乙运动速度大小为V。恒星对行星的

作用力/提供向心力，贝U

F=m—

r

运动周期

T①

V

根据开普勒第三定律5=左，左为常量，得

l4兀2km

即恒星对行星的作用力/与r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r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，以厂为半径的球面上，单位面积单位时间接受到的辐射能量

P=

4^r2

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

/2=4//

设恒星质量为加，地球在轨道上运行周期为7万有引力提供向心力，有

GMm4/

丁二的亨

解得

4/尸3

T=

GM

由于恒星质量是太阳质量的2倍，得

乌=4行

16.（2022•北京口01中学三模）（1）用波长为2的光照射金属表面所产生的光电子垂直进入磁感强度为2

的匀强磁场中作匀速圆周运动时，其最大半径为凡电子质量为如电量为e,光速为c,普朗克常量为儿

求金属的逸出功W,

（2）一个光源以［=L6W的功率向四周均匀地发射能量。在离光源距离R=2.5m处放置一小钾箔，钾的

逸出功少=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X。

①根据爱因斯坦的光子说和质能方程，证明光子动量p=;（6是普朗克恒量）。

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厂=5.0xl0fm,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】（1）如一谨E;（2）①见解析；②；b.2200s",不合理、见解析

22m4小我

【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