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第16 章 近代物理 章末检测卷
满分100 分，考试时长90 分钟
一、单选题（本题共10 小题，每题4 分，共40 分）
1．光刻机是制造芯片的核心装备，如图甲所示，它采用类似照片冲印的技术，通过曝光去除晶圆表面保
护膜的方式，先将掩膜版上的精细图形印制到硅片上，然后将晶圆浸泡在腐化剂中，失去保护膜的部分被
腐蚀掉后便形成电路。某光刻机使用的是真空中波长为
的极紫外线光源（
），如图乙所示，在
光刻胶和投影物镜之间填充了折射率为1.8 的液体用于提高光刻机投影精细图的能力，则该紫外线由真空
进入液体后（ ）
A．光子能量减小
B．传播速度不变
C．波长变为
D．更容易发生明显衍射
【答案】C
【详解】A．紫外线由真空进入液体后，频率不变，根据公式
可知光子能量不变，故A 错误；
BC．由于频率不变，传播速度减小，波长变短，根据公式可得
，故B 错误，
C 正确；
D．由于波长变短，所以更不容易发生明显衍射，故D 错误。
故选C。
2．下列四个核反应方程，属于聚变的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】A．该核反应是放射性元素发生衰变，故A 错误；
B．该核反应是轻核结合成较重的原子核，属于聚变，故B 正确；
1
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C．该核反应是高能粒子轰击原子核使之转变为另一种原子核，属于原子核的人工转变，故C 错误；
D．该核反应是重核分裂成两个质量较小的原子核，属于裂变，故D 错误。
故选B。。
3．在
粒子散射实验中，下列图景正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】AB．当
粒子进入原子区域后，离带正电的原子核远的受到的库仑斥力小，运动方向改变小。只
有极少数 粒子在穿过时距离正电体很近，受到很强的库仑斥力，发生大角度散射，故A 错误，B 正确；
CD．由库仑定律和原子核式结构模型可知，电子的质量只有
粒子的
，它对
粒子速度的大小和方
向的影响的影响，完全可以忽略，
粒子偏转主要是带正电的原子核造成的，故CD 错误；
故选B。
4．下列与
粒子相关的说法中正确的是（ ）
A．
（铀238）核放出一个
粒子后就变为
（钍234）
B．天然放射性现象中产生的
射线速度与光速相当，贯穿能力很强
C．高速
粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为
D．丹麦物理学家玻尔进行了
粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型
【答案】A
【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可知，
（铀238）核放出一个
粒子后就变为
（钍
234），故A 正确；
B．天然放射性现象中产生的
射线速度大约为光速的
，贯穿能力很弱，故B 错误；
2
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C．高速
粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，核反应方程为
故C 错误；
D．卢瑟福进行了
粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型，故D 错误。
故选A。
5．人们认识量子论的第一步始于对黑体辐射实验规律的解释，下图画出了
、
两种温度下黑体的辐射
强度与其辐射光波长的关系，下列说法正确的是（ ）
A．
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小
D．爱因斯坦提出的能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律
【答案】B
【详解】A．对于黑体辐射，温度越高，辐射强度越强，且极大值向着波长较短的方向移动，因此根据图
像可知，
，故A 错误；
B．黑体辐射随着波长越短、温度越高则辐射越强，所以黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的
温度有关，故B 正确；
C．随着温度升高，各种波长的辐射强度均增大有增加，但辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，
故C 错误；
D．普朗克提出了能量子假说并根据能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律，破除了“能量是连续
变化的”传统观念，故D 错误。
故选B。
6．2023 年4 月12 日，我国科学家利用自主设计的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），成功实现
3
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稳态高约束模式等离子体运行403 秒的新世界纪录。该核聚变反应方程为
，其中粒子X
是（ ）
A．中子
B．电子
C．质子
D．正电子
【答案】A
【详解】由核聚变前后的质量数和电荷数守恒，可知X 的电荷数为1+1-2=0
X 的质量数为2+3-4=1，所以X 是中子。
故选A。
7．如图甲所示为某实验小组成员研究某金属发生光电效应的遏止电压随照射光频率变化关系的实验原理
图，图乙为实验得到的遏止电压随照射光频率变化的关系图像，电子的电荷量
，则下列说
法正确的是（ ）
A．由图乙可得普朗克常量为
B．由图乙可知，该金属的极限频率为
C．图甲中入射光的频率为
时，逸出的光电子的最大初动能为
D．图甲中入射光的频率为
时，滑动变阻器的滑片移到最左端，电流计G 的示数为零
【答案】C
【详解】AB．根据题意，由光电效应方程有
又有
整理可得
4
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由图乙可知，
，解得
结合图乙可知，当
，该金属的极限频率
，故AB 错误；
C．由光电效应方程有
，则当入射光的频率为
时，逸出的光电子的最大
初动能为
，故C 正确；
D．图甲中入射光的频率为
时，大于极限频率，能够发生光电效应，滑动变阻器的滑片移到最
左端时，光电管、电流计和电压表组成回路，则电流计G 的示数不为零，故D 错误。
故选C。
8．在光电效应中，当一定频率的光照射某种金属时，实验得到的遏止电压
与入射光的频率
的关系如
图所示，其横轴截距为
，纵轴截距为
，元电荷电量为。下列说法正确的是（ ）
A．遏止电压与入射光的频率成正比
B．金属的逸出功为
C．金属的截止频率为
D．普朗克常量
【答案】B
【详解】根据光电效应方程可得电子的最大初动能为
根据动能定理可得
联立可得
可知遏止电压与入射光的频率不成正比关系，
图像的斜率为
5
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解得普朗克常量为
图像的纵轴截距为
解得金属的逸出功为
金属的截止频率为
故选B。
9．用如图所示的装置做单色光的光学实验，光屏上得到明暗相间的条纹，发现用a 光做实验时，光屏中部
同样范围内亮条纹的条数比用b 光做实验时多。实验中双缝间距不变，双缝到光屏的距离不变。下列说法
正确的是（ ）
A．a 光的频率小于b 光的频率
B．若用a、b 光分别照射某金属均能够发生光电效应，用a 光照射得到光电子的最大初动能小
C．若a 光是氢原子从能级
跃迁到
产生的，则b 光可能是氢原子从能级
跃迁到
产生
的
D．在真空中，a 光的传播速度小于b 光
【答案】C
【详解】A．由双缝干涉原理可得
，发现用a 光做实验时，光屏中部同样范围内亮条纹的条数比用b
光做实验时多，说明a 光条纹间距x 较小，a 光波长较小，a 光频率较高，A 错误；
D．在真空中，a 光的传播速度与b 光传播速度相同，均为光速c，D 错误；
C．a 光频率较高，光子能量较大，若a 光是氢原子从能级
跃迁到
产生的，则b 光可能是氢原子
从能级
跃迁到
产生的，C 正确；
B．光电效应方程为
，若用a、b 光分别照射某金属均能够发生光电效应，用a 光照射得到光
电子的最大初动能较大，B 错误。
6
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故选C。
10．某种金属逸出光电子的最大初动能
与入射光频率的关系如图所示，其中
为极限频率。下列说
法正确的是（ ）
A．逸出功随入射光频率增大而减小
B．最大初动能
与入射光强度成正比
C．最大初动能
与入射光频率成正比
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
【答案】D
【详解】A．逸出功是金属的固有属性，与金属本身有关，与入射光的频率无关，故A 错误；
BC．根据光电效应方程
知，最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，但最大
初动能与入射光的频率不是成正比关系，故BC 错误；
D．根据
结合图象可知，
图线的斜率表示普朗克常量，故D 正确。
故选D。
二、多选题（本题共4 小题，每题4 分，共16 分，漏选得2 分，错选得0 分，全部选对得4 分）
11．对于原子和原子核的说法，下列正确的是（ ）
A．原子核的结合能越大，说明该原子核越稳定
B．一群氢原子从
的激发态跃迁到基态时，有可能辐射出10 种不同频率的光子
C．卢瑟福的α 粒子散射实验证明了原子核是有结构的
D．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
【答案】BD
【详解】A．应该是原子核的比结合能越大，说明该原子核越稳定，故A 错误；
B．一群氢原子从
的激发态迁到基态时，有可能辐射出不同频率的光子为
种，故B 正确；
C．卢瑟福的
粒子散射实验证明了原子的核式结构理论，故C 错误；
D．原子核衰变时电荷数和质量数守恒，故D 正确。
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故选BD。
12．核反应是指入射粒子（或原子核）与原子核（称靶核）碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过
程。科学家发现，核反应
，将氦核（
）转化为碳核（
），下列说法正确的是
（ ）
A．该核反应前后有质量亏损
B．该核反应前后的核子数减少
C．氦核的比结合能大于碳核的比结合能D．一个碳核的中子数为6
【答案】AD
【详解】A．该核反应有能量放出，根据质能方程可知该核反应前后质量有亏损，A 正确；
B．根据质量数守恒可知，核反应中的核子数保持不变，B 错误；
C．该核反应释放能量，表明生成核比反应核更加稳定，而比结合能越大，原子核越稳定，因此碳核的比
结合能大于氦核的比结合能，C 错误；
D．一个碳核的中子数为
，D 正确。
故选AD。
13．一群处于基态的氢原子，在大量电子的碰撞下跃迁至
的能级，然后从
能级向低能级跃迁，
如图甲，氢原子从能级
跃迁到能级
产生可见光Ⅰ，从能级
跃迁到能级
产生可见光Ⅱ，
图乙是光Ⅰ、光Ⅱ对同种材料照射时产生的光电流与电压图线，已知普朗克常量，元电荷，光在真空
中的速度为，下列说法正确的是（ ）
A．使处于基态的氢原子跃迁至
能级的电子动能
B．使处于基态的氢原子跃迁至
能级的电子德布罗意波长
C．图乙中的
满足关系
D．图乙的图线
对应光Ⅰ
8
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【答案】AC
【详解】A．氢原子从基态跃迁至
能级需要吸收的能量为
则使处于基态的氢原子跃迁至
能级的电子动能需要满足
，故A 正确；
B．根据德布罗意波长公式
设电子的质量为
，电子的动量为
可得电子德布罗意波长为
，故B 错误；
D．根据
，由图乙可知，图线
对应的遏止电压小于图线
对应的遏止电压，则图线
对应的电子最大初动能小于图线
对应的电子最大初动能，由题意可知图乙的图线
对应光Ⅱ，故D 错误；
C．由于图乙的图线
对应光Ⅱ，则有
图线
对应光Ⅰ，则有
联立可得
，故C 正确。
故选AC。
14．如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n=3 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所示。下
列说法正确的是（ ）
A．光电管阴极K 金属材料的逸出功为7.0eV
B．这些氢原子跃迁时共发出3 种频率的光
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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正极
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】BD
【详解】A．由图甲可知，大量处于n=3 激发态的氢原子跃迁时，发出频率最高的光子的能量为
根据图丙可知，遏止电压为
，则光电子的初动能
根据光电效应方程
则光电管阴极K 金属材料的逸出功为
，故A 错误；
B．根据排列组合的规律可知，大量处于n=3 激发态的氢原子跃迁时，共发出3 种频率的光，故B 正确；
C．光电子由阴极K 向对面的极板运动，形成光电流，要阻止该电流，需要接反向电压，则可判断图乙中
电源左侧为正极，故C 错误；
D．通过A 分析可知，只要光电子的能量大于
，就可以使阴极K 发生光电效应现象，由图甲可知，
大量处于n=3 激发态的氢原子跃迁时，有2 种频率的光子满足要求，故D 正确。
故选BD。
三、解答题(本题共3 小题，共44 分）
16．（14 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
粒子。若静止的
在匀强磁场中
发生衰变，
粒子的动能为E，
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
，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
粒子的动能。已知光在真空
中的传播速度c．求：
（1）
衰变过程中的质量亏损
；
（2）从开始衰变到
和
粒子再次相遇的最短时间t。
【答案】（1）
；（2）
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【详解】（1）α 衰变方程为
根据动量守恒定律可知α 粒子和铀核的动量大小相等，设为p，α 粒子的动能
铀核的动能
，则
所以释放能量为
，且
，解得
（2）根据周期方程
，
因为想再次相遇，必然是在裂变的切点处，所以每个粒子运动的时间必须为整数周期，这样就应有
△t=nT0＝mTU，而n、m 必须为整数，所以根据T0与TU的比例关系，则必须n=117 或m=92，这就意味着
△t=117T0
所以相遇最短时间
16．(14 分)氢原子的能级图如图甲所示，一群处于
的激发态的氢原子自发跃迁，辐射出的光子中仅有
a、b 两种光能使图乙中的光电管电路产生光电流，测量得到的光电流I 与电压U 的关系曲线如图丙所示。
求：
（1）b 光产生的光电子的最大初动能
（结果用eV 为单位）；
（2）阴极K 的逸出功W（结果用eV 为单位）；
（3）反向遏止电压
。
11
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【答案】（1）8.9eV；（2）
；（3）
【详解】（1）对b 光产生的光电子分析有
解得
（2）对b 光的光子，有
所以逸出功为
（3）对a 光的光子，有
，
，
联立解得
17．（18 分）如图
粒子源可以每秒发射出
个粒子，其初速度均为
，进入电压为
的加速电场，从电场中射出后与静止在反应区A 点的铍核
发生核反应，两个反应产物垂直
于边界飞入探测区、探测区有一圆形磁场和粒子探测器、圆形磁场半径为
，其内存在磁感应强
度为
的匀强磁场，圆形磁场边界与
相切，探测器与
平行且距圆心距离为
。实验中
根据碰撞点的位置便可分析核反应的生成物。为简化模型，假设每个粒子均可与铍核发生核反应，实验中
探测器上有两个点（
点和
点）持续受到撞击，点
在一直线上，且
，打在
点粒子
穿透探测器，
被探测器吸收，其中穿透的粒子能量损失
，打在
点的粒子全部被吸收。已知
质子和中子的质量均为
，原子核的质量为核子的总质量，质子电量为
，不
计粒子间相互作用（核反应过程除外）求：
（1）粒子射出加速电场后的速度大小；
（2）完成粒子与铍核发生核反应方程：
（3）判断打在
点的分别是什么粒子，计算其速度大小；
12
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（4）探测器上
点每秒受到的撞击力大小。
【答案】（1）
；（2）
；（3）
点的为中子，速度大小为
，
点的粒子为碳原子核
，速度大小为
；（4）
【详解】（1）粒子在电场中运动过程中，根据动能定理可得
解得
（2）据电荷数守恒、质量数守恒可知，核反应方程为
（3）由于打在
点的粒子在磁场中不偏转，故此粒子不带电，因此打在
点的粒子为碳原子核
，打在
点为中子，在磁场中运动轨迹如图所示
出磁场时速度方向与
的角度为
，做圆周运动的轨道半径为
，由几何关系得
即
，则
，即
洛伦兹力提供碳核做圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有
13
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解得
核反应过程中，根据动量守恒可得
，解得
（4）
点，对于吸收的中子，由动量定理得
，可得
设穿透后的中子速度为，则
，解得
对于穿透的中子，由动量定理得
可得
探测器上
点每秒受到的撞击力大小为
14
