微观粒子-2025年上海高考物理复习专练（解析版）

热点05微观粒子

----------------------------h

1装点解读

高能粒子物理的最新状况呈现出蓬勃发展的态势。各国科学家正利用先进的大型粒子对撞机和探测

器，如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）,深入探索高能粒子的性质和相互作用。这些实验

不仅验证了粒子物理标准模型的许多预测，还发现了许多新的物理现象，如希格斯玻色子的发现等。

同时在理论方面，科学家们正在积极探索超越标准模型的新物理，试图解释一些标准模型无法涵盖

的现象，如暗物质和暗能量的本质等。同时，量子计算和量子模拟等新兴技术也在高能粒子物理研究

中展现出巨大潜力，为探索微观粒子世界的奥秘提供了新的工具和方法。

<1

限时提升练

考点01

近代物理电磁学

1.从光的波粒二象性出发，下列说法中正确的是（）

A.光是高速运动的微观粒子，单个光子表现出波动性

B.光的波长越大，光子的能量越大

C.在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方

D.在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率大的地方

【答案】D

【详解】AB.光具有波粒二象性，单个光子表现出粒子性，大量光子表现出波动性，由£=与知，光的

A

波长越大，光子能量越小，故AB错误；

C.在干涉条纹中亮纹是光子到达概率大的地方，暗纹是光子到达概率小的地方，故C错误，D正确。

故选D。

2.粒子物理研究中使用的一种球状探测装置横截面的简化模型如图所示。内圆区域有垂直纸面向里的匀

强磁场，外圆是探测器。两个粒子先后从尸点沿径向射入磁场，粒子1沿直线通过磁场区域后打在探测

器上的M点。粒子2经磁场偏转后打在探测器上的N点。装置内部为真空状态，忽略粒子重力及粒子

间相互作用力。下列说法正确的是（）

N

ZS子”\

A.粒子1带正电

B.粒子2带负电

C.若增大磁感应强度，粒子1可能打在探测器上的。点

D.若增大粒子入射速度，粒子2可能打在探测器上的。点

【答案】D

【详解】AB.根据题意，由图可知，粒子1在磁场中不偏转，粒子1不带电，粒子2在磁场中受向上

的洛伦兹力，由左手定则可知，粒子2带正电，故AB错误；

C.由以上分析可知粒子1不带电，则无论如何增大磁感应强度，粒子工都不会偏转，故C错误；

D.粒子2在磁场中洛伦兹力提供向心力，有qvB=m—可得r=—

rqB

可知，若增大粒子入射速度，粒子2偏转半径变大，则粒子2可能打在探测器上的。点，故D正确。

故选D。

3.根据近代物理知识，你认为下列说法中正确的是（）

A.肾1;+；11.翳*6+：於「+2；）11是核裂变反应

B.结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固

C.氢的半衰期为3.8天，现有16个氢原子核，经过7.6天后剩下4个氢原子核

D.a射线比Y射线穿透能力强，电离能力弱

【答案】A

）

【详解】A.皆1;+；）11-普*6+25「+2；111是核裂变反应，故A正确；

B.在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，故B错误；

C.半衰期是对大量的原子核衰变的统计规律，对少量的原子核不适用，所以无法判断16个氢原子

核，经过7.6天后剩下多少氯原子核，故C错误；

D.a射线比丫射线电离能力强，但穿透能力弱，故D错误。

故选Ao

4.在近代物理发展的进程中，实验和理论相互推动，促进了人类对世界认识的不断深入。对下列四幅图

描述不正确的是（)

0V

〃E/o

8

弧485

51

光3-0.

-L

灯2

-3.,40

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

丙

A.图甲中随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

B.图乙中光电效应现象说明光具有粒子性

C.图丙中氢原子从"=2能级跃迁到“=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属粕，能发生光电

效应

D.图丁中由原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系可知，若D和E能结合成F,结合过程一定会

吸收能量

【答案】D

【详解】A.图甲中随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A正确；

B.图乙中光电效应现象说明光具有粒子性，故B正确；

C.图丙中根据能级跃迁公式，氢原子从〃=2能级跃迁到力=1能级辐射出的光的光子的能量为

hv=E2-Ex=10.2eV>6.34eV

故能发生光电效应，故C正确；

D.图丁中由原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系可知，若D和E能结合成F,质量减小，结合

过程一定会放出能量，故D错误。

本题选错误的，故选D。

5.回旋加速器是高能物理研究中常用的仪器，它的工作原理如图所示，如果将加速的粒子由;H换成

；He,不考虑相对论的影响，下列说法正确的是（）

A.两粒子的最大动能之比为1:2B.两粒子加速次数之比为2:1

C.两粒子加速次数之比为1:2D.两粒子在回旋加速器中的加速周期相等

【答案】B

【详解】A.粒子在磁场中做匀速圆周运动，运动的最大半径相等，设。形盒半径为R,

洛伦兹力提供向心力，有qvB-m—

R

粒子获得的最大动能或„,=[〃鹏=女驾所以两粒子最大动能之比为1:1,选项A错误；

22m

BC.两粒子的加速次数满足，眄巧生。=/2

可得加速次数之比=1选项B正确，C错误；

%4121

2Tlm

D.粒子在磁场中的运动周期为7=一1，由于两粒子的比荷不相等，所以两粒子的运动周期不相等,

qB

所以加速周期（等于磁场中圆周运动周期）不相等，选项D错误。

故选Bo

6.（多选）下列四幅图涉及不同的近代物理知识，其中说法正确的是（）

甲

辐射强度

丙丁

A.图甲：电子束穿过铝箔的衍射图样，证实电子具有波动性，质子、原子与分子同样具有波动性

B.图乙：卢瑟福通过分析a粒子散射结果，提出原子核式结构模型，并发现了质子和中子

C.图丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解释黑体辐射实验规律，是量子力学的奠基人之一

D.图丁：玻尔提出电子轨道是量子化的，氢原子能级是分立的，成功解释氢原子发光的规律

【答案】ACD

【详解】A.图甲：电子束穿过铝箔的衍射图样，证实电子具有波动性，质子、原子与分子同样具有波

动性，选项A正确；

B.图乙：卢瑟福通过分析a粒子散射结果，提出原子核式结构模型；卢瑟福在用a粒子轰击氮原子核

的实验中发现了质子，并预言了中子的存在，查德威克发现中子，选项B错误；

C.图丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解释黑体辐射实验规律，是量子力学的奠基人之一，选

项C正确；

D.图丁：玻尔提出电子轨道是量子化的，氢原子能级是分立的，成功解释氢原子发光的规律，D正

确。

故选ACDo

电磁波和物质波

波动是自然界最为常见的运动，自然界的波包括机械波、电磁波和物质波等，它们的产生和传播等有许

多相似的特点，也有许多不同之处。

7.电磁波和机械波的不同是电磁波可以在_______,而机械波则不能；电磁波是（填"横波"或

"纵波"），横波和纵波最大的不同是横波有现象，而纵波则没有。

8.从2018年底开始，美国就陆续对华为进行了打击和制裁，甚至宁可自损八百，也要千方百计的打压华

为，究其原因，其中一个就是华为5G技术已领跑世界。5G通信相较于4G通信，利用的电磁波频率更

高，数据传输更快，下列说法正确的是（）

A.5G信号相比于4G信号更不容易发生衍射

B.5G信号和4G信号都是电磁波，在空中相遇会发生干涉现象

C.5G信号在空中传播的速度大于4G信号在空中传播的速度

D.5G信号利用的电磁波频率高、能量大，也可以用来杀菌消毒

9.如图所示为氢原子的能级示意图。氢原子可在各能级间发生跃迁，设从”=4能级跃迁到“=1能级辐射

的电磁波的波长为力，从力=4能级跃迁到〃=2能级辐射的电磁波的波长为后，从n=2能级跃迁到n=l

能级辐射的电磁波的波长为右，则下列关系式中正确的是（）

E/eV

5“54

485

-o,51

3-0,

-1

2-3.4

1---------------------一13.6

111

A.丸3>入2B.入】>入2c.A1>AD.~r=~r+~r

34424

10.2003年全美物理学家的一项调查中评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用

“托马斯•杨"双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验。从辐射源辐射出的电子束经两个靠近的狭缝后

在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹,该实验说明。（）

］电子辐射源

•»

sj,\S?狭缝

荧光屏

7〃〃〃〃〃〃,

A.光具有波动性B.光具有波粒二象性

C.微观粒子也具有波动性D.微观粒子也是一种电磁波

【答案】7.真空中传播横波偏振8.A9.D10.C

【解析】

7.电磁波和机械波的不同是电磁波可以在真空中传播，而机械波则不能；电磁波是横波，横波和纵波

最大的不同是横波有偏振现象，而纵波则没有。

8.A.5G信号的频率更高，则波长小，故5G信号更不容易发生明显的衍射现象，故A正确；

B.5G信号和4G信号都是电磁波，但5G信号和4G信号的频率不一样，不能发生干涉现象，故B错

误；

C.任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，故C错误；

D.5G信号利用的电磁波频率高、能量大，但不具有杀菌消毒的作用，故D错误。

故选Ao

9.ABC.能级跃迁辐射光子能量\E=hv=h^~

A.

能级差越大，波长越短，因为AE45>AEf>AE-2所以4>4>4故ABC错误;

CD.因为

ccc111

即hT=hT+hT所以了=7+7故D正确。

故选D。

10.ABC.电子的双缝干涉说明微观粒子具有波动性，因为干涉是波所特有的现象。

故C正确，AB错误：

D.该实验不能说明微观粒子也是一种电磁波。故D错误。

故选C。

近代物理学初步

光给世界带来光明，使我们能看清周围的景物，进行各种活动；光从太阳、星球射到我们这里，给我

们带来了宇宙空间的信息，使我们能够认识宇宙;光从原子、分子内部发射出来,使我们认识了微观

世界的奥秘。

11.如图所示的现象中，解释成因正确的是（）

A.图甲所示泊松亮斑是由于光的干涉形成的

B.图乙所示水中的气泡看上去特别明亮，主要是由于光的折射引起的

C.图丙所示疾驰而过的急救车使人感觉音调变化，是由于多普勒效应引起的

D.图丁所示竖直的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，是由于光的衍射产生的

12.关于下列四幅图的说法，正确的是（）

A.甲图为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹，射线1为a射线

B.乙图中，用紫外光灯照射与验电器相连的锌板，发现原来闭合的验电器指针张开，此时锌板和验

电器均带正电

C.丙图为a粒子散射实验示意图，卢瑟福根据此实验提出了原子核具有复杂结构

D.丁图为核反应堆示意图，它是利用了铀核聚变反应所释放的能量

13.2003年全美物理学家的一项调查中评选出"十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用

"托马斯・杨"双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验。从辐射源辐射出的电子束经两个靠近的狭缝后

在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明（）

Q电子辐射源

I1

一八S2狭缝

荧光屏

77777777777777

A.光具有波动性B.光具有波粒二象性

C.微观粒子也具有波动性D.微观粒子也是一种电磁波

14.贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下

列属于放射性衰变的是（）

A.ICf1N+_；eB.啜1+噜Y+2；n

C.；He+：nD.;He+->：*+jn

15.2021年《自然》杂志报道了中国科学家在稻城"拉索”基地探测到的迄今为止最高能量的y射线，能量

值达到1.40xlO^eV。若此能量全部用以加速一个静止的氨核（：He）,不考虑氯核因加速而产生的电

19

磁辐射以及相对论效应，氮核最终能被加速到m/s（e=1.60xl0C,氮核的静止质量

6.68xl0-27kg）,若采用电场加速氮核，需要提供—V的电压才能将氢核加速到上述速度。你认为你

计算的结果合理吗—？简要阐述理由____。

【答案】11.C12.B13.C14.A

15.2.59X10111.40xl015不合理因为是微观粒子高速运动，经典力学不适用

【解析】ILA.图甲所示泊松亮斑是由于光的衍射形成的，故A错误；

B.图乙所示水中的气泡看上去特别明亮，主要是由于光由水照射到气泡表面时发生了全反射，B错

误；

C.图丙所示疾驰而过的急救车使人感觉音调变化，是由于多普勒效应引起的，故C正确；

D.图丁所示竖直的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，是由于光的干涉产生的，故D错误。

故选Co

12.A.甲图为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹，根据左手定则可知，射线工带负电，为6

射线，而射线3是a射线，故A错误；

B.用紫外光灯照射与验电器相连的锌板，发生光电效应，电子逃出，此时锌板和验电器均带正电，

故B正确；

C.丙图为a粒子散射实验示意图，卢瑟福根据此实验提出了原子的核式结构模型，故C错误；

D.丁图为核反应堆示意图，它是利用了铀核裂变反应所释放的能量，故D错误。

故选Bo

13.电子的双缝干涉说明微观粒子具有波动性，因为干涉是波所特有的现象。

故选C。

14.A.该反应为£衰变，故A正确；

B.该反应为核裂变，故B错误；

C.该反应为核聚变，故C错误；

D.该反应为原子核的人工转变，故D错误。

故选Ao

15.［1］根据|mv2=1.40x1015eV=l.40x1015x1.6x10-19J

m=6.68x1027kg

得v=2.59xlOnm/s

［2］根据eU=1.40x1015eV得［/=1.40x1015V

⑶⑷计算的结果不合理，因为是微观粒子高速运动，经典力学不适用。

磁偏转的应用

磁偏转广泛应用于粒子物理研究和粒子加速器中。在粒子物理研究中，磁偏转常用于实验室中测量粒

子的电荷量、质量、自旋等性质。在粒子加速器中，磁偏转则是常见的加速和聚焦方法。通过施加磁

场，可以将粒子束偏转到我们所需的轨道上。同时，通过调整磁场的强度和分布，可以实现对粒子束

的聚焦和分离。

16.（双项选择题）由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪的原理如图所示，其主要使命是探索宇宙中的反物

质，所谓反物质，即质量与正粒子相同，带电量与正粒子相等但符号相反。假如使一束质子（氢原子

核）、反质子、a粒子（氯原子核He）、反a粒子组成的射线，以相同速度大小通过00进入匀强磁场

当中形成四条径迹，则（

A.1和2是反粒子径迹B.3和4是反粒子径迹

C.2为反质子径迹D.4为a粒子径迹

17.洛伦兹力演示仪的实物图和原理图分别如下图（a）、图（b）所示。电子束从电子枪向右水平射出，

使玻璃泡中的稀薄气体发光，从而显示电子的运动轨迹。调节加速极电压可改变电子速度大小，调节

励磁线圈电流可改变磁感应强度，某次实验，观察到电子束打在图（b）中的P点，则两个励磁线圈

中的电流均为—方向，若要看到完整的圆周运动，则可以（选填"增大"或"减小"）加速极电

压。

18.如图所示，真空区域有宽度为3磁感应强度为2的矩形匀强磁场，方向垂直于纸面向里，MN、PQ

是磁场的边界，质量为加、电荷量为4的带正电粒子（不计重力）沿着与夹角为。=30。的方向垂

直射入磁场中，刚好垂直于尸。边界射出，并沿半径方向垂直进入圆形磁场，磁场半径为L方向垂

直纸面向外，离开圆形磁场时速度方向与水平方向夹角为60。。求：

（1）粒子射入磁场的速度大小;

（2）粒子在矩形磁场中运动的时间;

（3）圆形磁场的磁感应强度

【答案】16.AD17.逆时针减小18.(1)2后班;(2)篝；(3)或2B

3m3qB3

【解析】16.反物质与原物质电性相反，根据左手定则可以判断1和2为反粒子的轨迹；

2

根据洛伦兹力提供向心力可知/8=空二解得R=R

RqB

可知a粒子的比荷小，故半径大，轨迹是4；2是反a粒子轨迹。故AD正确，BC错误。

故选AD。

17.田⑵根据电子移动轨迹可知，磁感应强度方向为垂直纸面向外，根据右手定则可知，电流方向为

逆时针方向，能够看到完整的圆周运动，需要减小半径，根据洛伦兹力提供向心力可知qvB=Q

R

mv

解得R=—可知需要减小速度，即需要减小加速电压。

qB

18.(1)根据题意画出轨迹图如下图

在矩形磁场区域，根据几何关系

sin6003

根据洛伦兹力提供向心力可知qvB=*

可知物体的速度为八『

(2)粒子在矩形磁场区域内，粒子转过的圆心角为60。，粒子在矩形磁场中运动的时间

T__1_2*7_rm_—7i_m_

66qB3qB

(3)若粒子离开圆形磁场时速度方向与水平向右方向夹角为60。，粒子在圆形磁场区域内,

根据几何关系得R=Lxtan60。=描

根据洛伦兹力提供向心力可知qvB'=—解得B'=1B

R'3

若粒子离开圆形磁场时速度方向与水平向左方向夹角为60。，如下图所示

根据几何关系得7?1=Ltan300

解得粒子在圆形磁场的半径为R=BL

3

2

由qvB=m~^解得B=2B

2

所以圆形磁场的磁感应强度为13或2瓦

粒子物理

六十年代初，实验发现的基本粒子的数目已达到近百种。而且显然，随着加速器能量的提高，还会有

大量的新粒子会被发现出来。原来人们期望基本粒子的研究会给物质世界描绘出一幅很简明的图象。

结果却相反，基本粒子的种类竟然比化学元素的种类还多！这使人们意识到，这些粒子并不是物质世

界的极终本原。基本粒子对它们不是一个合适的名称。于是人们去掉"基本"二字，而把它们简称为粒

子。相应的研究领域也改称为粒子物理。

19.下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后速度最大的是（）

A.质子（］H）B.笊核（汨）

C.。粒子（；He）D.次核（汨）

20.如图所示，带电荷量之比为以：%=1：3的带电粒子A、B,先后以相同的速度从同一点水平射入平行

板电容器中，不计重力，带电粒子偏转后打在同一极板上，水平飞行距离之比为4：/=2:1,则带电

粒子的质量之比机A：%以及在电场中飞行的时间之比4分别为（

A.1:1,2:3

C.1:1,3:4D.4:3,2:1

21.如图所示，平行板电容器的两个极板与水平面成一角度，两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰

能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子（）

A.所受重力与静电力平衡B.电势能逐渐增加

C.动能逐渐增加D.做匀变速直线运动

22.如图所示，6=&=6=2。。，电容器的电容C=5pF,电源电动势E=7V,电源内阻r=10Q。起

初，开关s是断开的，电容器c所带的电荷量为a；然后，闭合开关s,待电路稳定后，电容器c所

带的电荷量为下列说法正确的是（）

A.开关S断开时，上极板所带的电荷为正电荷

B.开关S闭合后，上极板所带的电荷为正电荷

C.。1：。2=7：5

D.闭合开关S电路稳定后，通过灵敏电流计的电荷量为2.4x10-5c

23.两平行金属板A、B水平放置，一个质量为〃z=5xl0-6kg的带电微粒，以%=2m/s的水平速度从两板

正中央位置射入电场，如图所示，A、B两板间距离为d=4cm,板长/=10cm,g取lOm/s?。

（1）当A、B间的电压为UM=1000V时，微粒恰好不偏转，沿图中虚线射出电场，求该微粒的电荷

量和电性；

（2）令B板接地，欲使该微粒射出偏转电场，求A板所加电势的范围。

【答案】19.A20.D21.BD22.ACD

23.（1）q=2xl0-9c,负电；（2）-600V＜（p^＜2600V

【解析】19.设粒子的电量为q,质量为％,则由动能定理得qU=^mv2

得到v=理在题中四个粒子中质子的比荷最大，速度也最大。

vm

故选Ao

20.竖直方向有'=；〃『二竿,（土＞解得加=芈彳

22m%2yvg

nY21924

因为E、y、%相等，则得mA:mB=-^=--—=-

%玛313

两个带电粒子垂直射入电场中做为平抛运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀

加速直线运动，水平方向有X=vot

%相等，则得tA:tB=xA:xB=2A

故选D。

21.A.由于带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，即粒子做直线运动，则电场力和重力的

合力与速度方向在一条直线上，如图所示

故所受重力与静电力不平衡，故A错误；

B.静电力的方向与运动方向的夹角大于90。，则静电力做负功，电势能增加，故B正确;

CD.设运动方向与上极板夹角为。，合力的方向与运动方向相反，且合力的大小为F^=mgtan0

故合力大小固定，由牛顿第二定律可知F『ma

粒子做匀减速直线运动，故动能逐渐减小，故C错误，D正确。

故选BDo

22.A.当开关S断开时，电容器下极板与电源负极相连，带负电，故上极板带正电荷，故A正确;

B.开关S闭合时，电容器下极板与电源正极相连，带正电，故电容器上极板带负电荷，故B错误;

C.开关S断开时，电容器与用并联，故有

F714

U=U=/凡=---------凡=----------X20V=—V

rRR,"片+尺3+厂”20+20+105

闭合开关S,待电路稳定后，电容器C与4并联，且由于鸟=&，

由电路结构及闭合电路欧姆定律得有久=%=.

又路峰+r井R,+R3+R2

联立以上三式，代入数据解得U'C=2V

又因为电容器所带电荷量满足Q=cu

14

由于电容器电容C不变，故旦故C正确；

Qz久25

D.电容器在闭合开关S后，电极板所带正负电荷出现交换，故电路稳定后通过灵敏电流计的电荷量

为

14

65

AG=e2+G1=CU'c+CUc=5X10^X(2+y)C=2.4x10C故D正确。

故选ACD„

23.(1)由题意可知，微粒不发生偏转，说明微粒受电场力与重力平衡，当。筋=1。。。丫时,

可得9A＞色故上极板带正电，其中重力跟电场力平衡，微粒沿初速方向做匀速直线运动，

由平衡条件得q*=mg代入解得q=2xl(T9c

a

由于粒子重力方向是竖直向下，根据二力平衡，粒子所受的电场力方向为竖直向上，而A板是正极,

故粒子带负电。

(2)当时，带电微粒向上偏，设微粒恰好从上板右边缘飞出时A板电势为防,

因夕B=°，所以UAB=(P\

此时，微粒在水平方向做匀速运动，在竖直方向做匀加速运动,

根据qE-mg=ma,E=

d

加速度为a芈-g且3二4,1=~

ma22%

联立解得9I=2600V

当qE＜7”g时，带电微粒向下偏转，根据mg-qE=tna',石=〃皿，

d1

竖直方向加速度a=g-N且t=-

ma22%

联立解得%=-600V

因为粒子带负电，所以电场向上，B板接地，电势为零，A板电势-600V；要使微粒射出偏转电场，A

板电势必应满足-600V＜外＜2600V

A.图甲中，从光电流与电压的关系图象中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏

止电压和光的强度有关

B.图乙中，可以研究单位时间发射的光电子数与照射光的强度有关

C.图丙中，射线A由a粒子组成，射线B为电磁波，射线C由电子组成

D.图丁中，少数a粒子发生了较大角度偏转，是因为原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个

很小的核上

（2）国家重大科技基础设施中国散裂中子源已经通过国家验收，投入正式运行.它是研究中子特

性、探测物质微观结构和运动的科研装置.在某课题研究中核反应方程为汨+汨-；He+X,则X是

.己知汨的质量为2.0136u,的质量为3.018Ou,；He的质量为4.0026u,X的质量为

1.0087u,该反应释放能量为MeV.（质量亏损lu释放的能量约931.5Mev）

（3）一质量为1kg的小球A以2.0m/s的速度和静止于光滑水平面上质量为2kg的另一大小相同的小

球8发生正碰，碰撞后它以0.2m/s的速度反弹.求：

【答案】（1）CD（4分）（2）中子（2分）18.91（2分）（3）①：LIm/s②0.77J

【详解】（1）由题图可知电压相同时，光照越强，光电流越大，只能说明光电流强度与光的强度有

关，遏止电压只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项A错误；乙图中，光电管两端加的

是反向电压，所以不可以研究单位时间发射的光电子数与照射光的强度有关，B错误；丙图中，由左

手定则可知，A射线由a粒子组成，射线3是丫射线，B射线是高速电子流，所以C射线是由电子组

成，C正确；少数a粒子发生了较大偏转，说明原子的几乎全部质量和所有正电荷主要集中在很小的

核上，否则不可能发生大角度偏转，D正确.

（2）根据核反应过程质量数、电荷数守恒，知X为中子.在该反应发生前反应物的总质量

1nl=2.0136u+3.0180u=5.0316u,反应后产物总质量g=4.0026u+1.0087u=5.0113u，总质

量减少，出现了质量亏损.根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，产生的质量亏损是

Am=0.0203u.E=18.91MeV.

（3）①令小球A的速度方向为正方向，由题意知，A、B两球组成的系统总动量守恒

^mAv0=m.AvA+m.BvB

解得阳=1.1m/s,（1分）方向与小球A的初速度方向相同

@A.2两球组成的系统在碰撞中损失的机械能是

m

M=gA^o~|mA~1mBv；

代入数据解得AE=0.77J

北京正负电子对撞机

北京正负电子对撞机是我国第一台高能加速器，是高能物理研究的重大科技基础设施，其外形似一个

硕大的羽毛球拍。长202米的直线加速器、输运线似羽毛球拍杆，周长240米的圆型加速器（也称储

存环）、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置似羽毛球拍头。正负电子在"拍

头”对撞，通过巨大的相互作用能来研究物质的深层结构。

25.电子束从电子枪中加速到240MeV时，轰击一个约1cm厚的鸨转换靶，得到正负电子对。

（1）正电子是电子的反粒子，带正电，质量和电荷量与电子相同。正电子的电荷量是C„（保留

2位有效数字）

（2）电子的质量约为/IxlO^kg,按照牛顿力学，240MeV动能的电子速度为多大―？此速度值是

否合理？为什么—？

26.如图用两个平行金属板制作一个直线加速器，两极板间的电压为U,两极板间距为d,电子电量为e,

质量为根，求：

U'

（加速电压）

（1）两平行金属板间的电场强度为，在图中画出电场线―o

（2）电子在加速器中的加速度为,计算加速度时（选涂：A.可以B.不可以）忽略电子

的重力。

（3）若电子的初速度为零，经过此加速电场获得的动能为，是由____能量转化而来。

（4）若电子的初速度不为零，且方向向上，电子在加速电场中做（选涂:.A直线B.曲线）运

动。

（5）若每个极板的带电量为。把两个平行金属板看作一个电容器，其电容为（）

27.如图（a）,为让正负电子束流以接近光速正碰，需要高精度电磁铁控制束流的偏转和聚焦。

图（a）图（b）

（1）1820年，物理学家（选涂：A.奥斯特B.法拉第）发现了“电流的磁效应”。

（2）如图（b）为一电磁铁，开关S闭合后，内部小磁针指向是否正确？—（选涂：A.正

确B.错误）。

（3）电磁铁能控制束流的偏转和聚焦说明带电束流受到了力的作用。

【答案】25.1.6x10"9.2xlO9不合理、理由见解析

26.二见解析AqU电势能BA

ama

27.AB洛伦兹

【解析】25.（1）[1]正电子所带电荷量与电子相等,为1.6X10T9C；

2-13

（2）[2]根据Ek=^mv又lMeV=1.6xl0J代入数据解得“9.2x109mzs

⑶不正确，由于9.2x109mzs大于光速，所以不合理。

26.（1）[1]两平行金属板间的电场强度为£

⑵由图可知，右边金属板带正电，则电场线如图所示

+

(2)[3][4]电子的质量很小，可以忽略不计。

故选Ao

根据牛顿第二定律ma=^-可得”=组

ama

(3)⑸⑹根据动能定理Ek=qU

电子的动能由电子的电势能转化而来。

(4)[7]电子的初速度竖直向上，所受电场力水平向右，初速度与合外力不在同一直线上，电子做曲

线运动。

故选Bo

(5)⑻电容器的定义式C嗓故选A。

27.(1)田1820年，物理学家奥斯特发现了“电流的磁效应”。故选A。

(2)⑵根据右手螺旋定则可知螺旋管内部磁场方向向左，故小磁针指向错误。故选B。

(3)[3]电磁铁能控制束流的偏转和聚焦说明带电束流受到了洛伦兹力的作用。

微观世界的研究

通过对微观粒子碰撞的研究，科学家发现了质子、中子和中微子等基本粒子，对微观世界的认识不断

深入。

28.下列粒子中，质量最小的是()

A.电子B.质子C.中子D.a粒子

29.图为卢瑟福所做微观粒子撞击的实验装置图。该装置中，放射源R放出的粒子是。转动显

微镜，在荧光屏S上观察到有个别粒子发生了大角度的偏转，据此提出了原子的模型。

30.查德威克用针放出的a射线轰击被，从而发现了中子。装置图中的粒子B为,发现中子的

核反应方程为：：Be+；He少+：n。

31.(计算题)在核反应堆中常用石墨做减速剂。已知碳核质量是中子质量的12倍，碰撞前中子的动能为

Ek0,碳核均处于静止状态，中子与碳核相遇即发生弹性正碰。

(1)与碳核发生一次碰撞，中子损失的动能A以为多少？

(2)一个中子至少与碳核发生几次碰撞，其动能才可减小为原来的万分之一？

中子蹩

【答案】28.A29.a粒子核式结构30.质子工31.(1)卷E-。；⑵28

10^

【解析】28.电子、中子、质子、a粒子的质量关系满足a粒子〉中子〉质子)电子

故选Ao

29.山⑵卢瑟福在实验室用a粒子放射源放出的粒子去轰击金箔从而观察到有个别粒子发生了大角度

的偏转，据此提出了原子的核式结构模型。

30.[1]图中A为中子流，中子流轰击石蜡将氢中的质子打出，可知图中B为质子。

⑵根据质量数守恒和电荷数守恒可得发现中子的核反应方程为：Be+；Hef/C+^n

31.(1)根据动量守恒和能量守恒有

利产=班,匕+加。匕

121213

~mnV=~mnVi+~mCV2

1191

解得Vi=-i3v,v2=-而E^=~my

解得V=T^

i42

可得与一个碳核碰撞后中子损失的动能为AE=E--m^=—E

kk02169k0

2

（2）设第二次碰撞后中子的速度大小为%,同理可得V12=^.v,=（j1）v

第三次碰撞后中子的速度大小％=（《）.

则第〃次碰撞后中子的速度大小％=41）与

可令〈Ekoxicr4

・EkoV/xloT

由数学知识有2nlg—<-4解得n>28

考点02

近代物理热学

热力学与近代物理

据2023年8月22日《人民日报》消息，日本政府宣布将从24日开始将福岛核电站核污染水排入海

洋。核污水中含有多种放射性成分，其中有一种难以被清除的同位素旅可能会引起基因突变，旅亦称

超重氢，是氢的同位素之一，有放射性，会