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第十六章 近代物理
质量监测试卷
本试卷分第Ι 卷（选择题）和第Ⅱ（非选择题）两部分。满分：100 分；考试时间：75 分钟
注意事项：
1．答题前，考生先将自己的姓名．班级．座号．准考证号填写在答题卡上。
2．答选择题时，必须使用2B 铅笔填涂；答非选择题时，必须使用0.5 毫米的黑色签字笔书写；必须在题号
对应的答题区域内作答，超出答题区域书写无效；保持答卷清洁．完整。
3．考试结束后，将答题卡交回（试题卷自己保存，以备评讲）。
第I 卷（选择题，共43 分）
一、单项选择题：（本题共7 小题，每小题4 分，共28 分．在每小题给出的四个选项中，只
有一项是符合题目要求）
1．下列说法中正确的是（ ）
A．爱因斯坦最早提出能量量子化概念
B．德布罗意提出实物粒子具有波动性
C．玻尔提出的原子理论否定了原子的核式结构
D．贝可勒尔发现天然放射现象说明原子具有复杂的结构
【答案】B
【详解】A．普朗克最早提出能量量子化概念，故A 错误；
B．德布罗意提出实物粒子具有波动性，故B 正确；
C．玻尔提出的原子模型，但并没有否定卢瑟福的原子核式结构学说，故C 错误；
D．贝可勒尔发现天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，故D 错误。
故选B。
2．我国自主研发的“玲珑一号”是全球首个陆上商用小型核反应堆，其中有一种核反应方程是
，则Y 应为（ ）
A．质子
B．中子
C．电子
D．α 粒子
【答案】B
【详解】由电荷数守恒与质量数守恒可得
所以Y 应为中子。
故选B。
3．如图所示，在光电效应实验中，用频率为ν 的光照射光电管阴极，发生了光电效应，则（ ）
1
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A．入射光频率ν 一定时，增大入射光的强度，光电流不变
B．入射光频率ν 一定时，减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν 的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν 的光照射，光电子的最大初动能变大
【答案】D
【详解】A. 增大入射光的强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，则产生的光电子数目增加，
光电流增大，A 错误；
B. 光电效应是否产生只与入射光的频率和金属的种类有关，与入射光的强度无关，B 错误；
C. 只要入射光的频率大于金属的极限频率，则就会发生光电效应，C 错误；
D. 根据光电效应方程
知增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D 正确。
故选D。
4．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，下列释放核能的反应方程，表述正确
的有（ ）
A．
是人工核反应
B．
是核裂变反应，该反应吸收能量
C．由于裂变比聚变产能效率高，目前的核电站是利用的裂变，用减速剂把快中子变为热中子，用镉棒
控制反应速度
D．核聚变温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，科学家设想的解决方案是磁约束和
惯性约束
【答案】D
【详解】A．
是核聚变反应，故A 错误；
B．
是核裂变反应，反应过程中有质量亏损，则该反应放出能量，故B 错误；
C．由于裂变容易控制且发生的条件比聚变更低，则目前的核电站是利用的裂变，但聚变产能效率高，故
C 错误；
D．核的聚变反应是较轻的核子聚合成较重的核子，要使得核子的强相互作用发挥作用，必须使核子间接
近到发生相互作用的距离，约为10-15m，要达到这个目的必须加热原子核，使得原子核的温度达到几百万
2
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摄氏度，这样才能够实现聚变，所以实现核聚变的难点是地球上没有任何容器能够经受热核反应所需的温
度，故D 正确。
故选D。
5．用图甲同一实验装置研究光电效应现象，分别用A、B、C 三束光照射光电管阴极，得到光电管两端电
压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中A、C 两束光照射时对应的遏止电压相同，均为
。下列说法
正确的是（ ）
A．逃逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．B 光的频率最大
C．A 光与C 光的波长相等，但A 光的强度比较弱
D．仅换波长更短的光照射阴极K，电流表的示数可能为0
【答案】B
【详解】A．由爱因斯坦光电效应方程有
可知，逃逸出的光电子的最大初动能与入射的频率有关，但不成正比，故A 错误；
B．当光电管加反向电压电流表示数刚好为0 时有
所以
因为
，所以
，故B 正确；
C．由前面分析可知A 光与C 光频率相等，由
可知A 光与C 光的波长相等，由于A 光照射时饱和电流大，所以A 光的强度比较强，故C 错误；
D．仅换波长更短的光照射阴极K，波长更短，入射光的频率更大，一定能够发生光电效应，而图中所加
电压为正向电压，所以电流表示数一定不为0，故D 错误。
故选B。
6．如图所示是氢原子的能级示意图。当大量处于
能级氢原子向低能级跃迁。下列说法正确的是
（ ）
3
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A．总共可以辐射6 种不同频率的光子
B．从
能级跃迁到
能级时释放的光子的波长最大
C．从
能级跃迁到
能级时释放的光子的频率最大
D．能量最大的光子能量比能量最小的光子能量大13.04eV
【答案】B
【详解】A．大量处于n=5 能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射
种
不同频率的光子，故A 错误；
B．从n=5 能级跃迁到n=4 能级时释放的光子能量最小，由
可知该光子的频率最小，由
可知该光子的波长最大，故B 正确；
C．从n=5 能级跃迁到n=1 能级时释放的光子的能量最大，由
可知该光子的频率最大，故C 错误；
D．从n=5 能级跃迁到n=4 能级时释放的光子能量最小，光子能量
从n=5 能跃迁到n=1 能级时释放的光子的能量最大，光子能量
所以
故D 错误。
故选B。
7．如图，一块太阳能电池板面积
，中午正对太阳光时发电功率
。电池板光电转换效率
为
日地距离为
亿千米。可估算出太阳内部由于核聚变每秒亏损的质量最接近的是（ ）
4
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A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】由爱因斯坦质能方程，可知太阳内部由于核聚变，每秒释放的能量
这些能量以光的形式向四面八方均匀辐射。太阳能电池板接收到太阳辐射功率为
太阳能电池板发电功率
可得太阳每秒亏损的质量为
故选C。
二、多项选择题（本题共3 小题，每小题5 分，共15 分．在每小题给出的四个选项中，有多
项符合题目要求．全部选对的得5 分，选对但不全的得3 分，有选错的得0 分）
8．关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．黑体能够完全吸收照射到它上面的光波
B．随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加
C．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动
D．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关
【答案】AD
【详解】A．能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁波而不发生反射的物体称为黑体，选项A 正确；
B．由题图可知，随温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B 错误；
C．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C 错误；
D．一般物体辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的
5
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情况只与它的温度有关，选项D 正确。
故选AD。
9．氢原子的能级图如图所示，已知金属钾的逸出功为
，可见光的光子能量在
之间。
现有大量氢原子处于激发态，则下列说法中正确的是（ ）
n
————0
4————
3————
2————
1————
A．氢原子的能级
指的是氢原子的电势能
B．氢原子从
能级跃迁到
能级时辐射出光子的能量为
C．大量处于
能级的氢原子在跃迁时辐射出的光子可以使金属钾发生光电效应，光电子的最大初动
能可能为
D．从能级3 跃迁到能级2 和从能级4 跃迁到能级2 均辐射出可见光，用这两种光在同一双缝干涉装置
中做实验，后者的相邻条纹间距更大
【答案】BC
【详解】A．氢原子的能级
指的是氢原子处于n 能级时的能量值，包括氢原子的电势能和动能，故A 错
误；
B．氢原子从
能级跃迁到
能级时辐射出光子的能量为
故B 正确；
C．根据题意可知，大量处于
能级的氢原子在跃迁时，可以辐射
种光子，即从
跃迁到
、从
跃迁到
和从
跃迁到
，若要使金属钾发生光电效应，
且光电子的最大初动能为
，则光子的能量为
可知此光子为从
跃迁到
时辐射的光子，故C 正确；
D．从能级3 跃迁到能级2 比从能级4 跃迁到能级2 辐射出可见光的能量小，由公式
可知，从能级3 跃迁到能级2 辐射出可见光的波长较长，则用这两种光在同一双缝干涉装置中做实验，前
者的相邻条纹间距更大，故D 错误。
故选BC。
10．如图所示，在铅制盒子中存放有放射性元素铀，射线只能从盒子上的小孔射出，形成细细的一束。在
6
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射线经过的区域施加垂直于纸面向外的匀强磁场，发现射线分裂成了1、2 和3 三束，则（ ）
A．射线1 带负电
B．射线2 为X 射线，穿透能力最强
C．射线3 的粒子与光照射金属时所逸出的带电粒子是同一种粒子
D．三束射线速度大小不同，穿透能力也不同
【答案】CD
【详解】A．由左手定则可知1 是α 粒子，带正电，2 是γ 射线，不带电，3 是β 粒子，带负电，故A 错误；
B．射线2 是γ 射线，穿透本领最强，故B 错误；
C．射线3 是β 粒子，本质是电子，与光照射金属时所逸出的带电粒子是同一种粒子，故C 正确；
D．三种射线速度大小不同，其中α 粒子速度最小，穿透能力最弱，电离本领最强，β 粒子穿透能力和电离
能力都较弱，γ 射线速度最大，穿透本领最强，电离本领最弱，故D 正确。
故选CD。
第Ⅱ卷（非选择题，共57 分）
三、实验题（本大题共2 小题，共16 分）
11．（6 分）人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。
(1)1897 年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是 （填
“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体，提出原子“ 模型”；
(2)1909 年，卢瑟福与他的学生进行了
粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。如图是
粒子
散射实验的图景。图中实线表示
粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2 运动的
粒子在b 点时距原子核最近。
下列说法不正确的是（ ）
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A．绝大多数
粒子运动的轨迹类似轨迹1
B．发生超过
大角度偏转的
粒子是极少数的
C．沿轨迹2 运动的
粒子的加速度先减小后增大
【答案】(1) 电子 枣糕 (2)C
【详解】（1）[1]汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，断定其本质是带负电的粒子流，并断
定阴极射线是电子。
[2]汤姆孙认为正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，提出原子“枣糕模型”。
（2）A．原子中绝大部分是空的，故绝大多数α 粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹类似轨迹
1，故A 正确；
B．原子核所占体积很小，发生超过大角度偏转的α 粒子是极少数的，故B 正确；
C．根据点电荷电场分布可知，离原子核近的地方电场强度大，根据牛顿第二定律
故沿轨迹2 运动的α 粒子的加速度先增大后减小，故C 错误。
本题选错误的，故选C。
12．（10 分）如图甲所示是使用光电管的原理图； 当频率为
的可见光照射到阴极K 上时，电流表中有
电流通过。
(1)当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，则阴极K 的逸出功为 （已知电子电荷量为e，
普朗克常量h）。
(2)如果不改变入射光的强度，而增大入射光的频率，则光电子的最大初动能将 （填“变大”、“变
小”或“不变”）。
(3)用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压 Uc 与入射光频率
，得到
图像
如图乙所示，根据图像求出该金属的截止频率
Hz（已知电子电荷量
）。
【答案】(1)
(2)变大 (3)
【详解】（1）当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，根据动能定理得
则阴极K 的逸出功为
8
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（2）根据光电效应方程
知入射光的频率变大，则光电子的最大初动能变大。
（3）根据
得
图象横轴截距的绝对值等于金属的截止频率为
四、解答题（本大题共3 小题，共41 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出
最后答案不能得分。有数据计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
13．(10 分)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长为
，每个激光脉冲的能量
，已知普朗克
常量为
，光速为，求：
(1)该激光的频率
；
(2)该激光的光子能量
；
(3)每个脉冲中的光子数目
。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）根据
可得该激光的频率为
（2）根据光子能量表达式可知，该激光的光子能量为
（3）每个激光脉冲的能量
，则每个脉冲中的光子数目为
14.（14 分）如图所示，阴极K 用极限波长
的金属铯制成，用波长
的绿色光照射阴
极K，调整两极板间电压，当A 极电势比阴极K 高出2.5V 时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64μA。
已知普朗克常量
，电子电荷量
。
9
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(1)求每秒阴极K 发射的光电子数和光电子逸出阴极K 时的最大初动能；（结果保留两位有效数字）
(2)如果把照射到阴极K 的绿光光照强度增大为原来的2 倍，求每秒钟阴极K 发射的光电子数和光电子逸出
阴极K 时的最大初动能。
【答案】(1)4.0×1012个，9.6×10-20J (2)8.0×1012个，9.6×10-20J
【详解】（1）光电流达到饱和时，阴极K 发射的光电子全部到达阳极A，根据电流定义式可知
则阴极K 每秒发射的光电子的个数为
根据爱因斯坦光电效应方程得
（2）如果照射光的频率不变，光照强度加倍，则阴极K 每秒发射的光电子数加倍
光电子的最大初动能与入射光的光照强度无关
15．(17 分)在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车
供电（PuO2中的Pu 是
）。已知
衰变后变为
和α 粒子。若静止的
在匀强磁场中发生衰
变，α 粒子的动能为E，α 粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直，在磁场中做匀速圆周运动的周期为T0，
衰变放出的光子的动量可忽略，衰变释放的核能全部转化为
和α 粒子的动能。已知光在真空中的传播
速度为c，求：
(1)
衰变过程中的质量亏损Δm；
(2)从开始衰变到
和α 粒子再次相遇的最短时间tmin。
【答案】(1)
(2)117T0
【详解】（1）根据题意可知，
的衰变方程为
衰变过程中系统的动量守恒，又衰变前系统动量为0，可知α 粒子和
的动量大小相等，设为p，设α 粒
10
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子和
的质量分别为m 和M，α 粒子的动能为
的动能为
由题意知，衰变释放的核能为
由爱因斯坦质能方程有
联立解得
（2）设匀强磁场的磁感应强度为B，质量为m0、带电量为q、速度大小为v 的带电粒子在磁场中做圆周运
动的轨道半径为r，周期为T，根据洛伦兹力提供向心力，有
联立可得
由题意知
则
再次相遇时，必然是在衰变处，所以每个粒子运动的时间必须为整数周期，即
且n、k 必为正整数，则n=117，k=92 时，
和α 粒子再次相遇的时间最短，则最短时间为
11
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