北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 物理
专题十六 近代物理初步
时间:90分钟 满分100分
一、单项选择题（本题共13个小题，每个小题3分，共39分。在每个小题给出的四个选项中，只
有一个选项是符合题目要求的）
1．下列关于原子核的说法，正确的是
A．原子核发生 衰变时放出氦核，说明原子核内有氦核
B．原子核由质子和中子组成，其核子数越多，则结合能越大
C．原子核的半衰期可以通过加压或者升温等方法进行改变
D．裂变反应堆中，发生的不是链式反应
【答案】B
【解析】原子核发生 衰变时放出氦核，只能说明原子核中包含与构成氦核的成分，但是不能说明
原子核内有氦核，选项 A错误；原子核由质子和中子组成，这些粒子结合在一起时会产生质量亏损，
亏损的质量转化成核子的结合能，核子数越多，结合能越大，选项 B正确；原子核的半衰期不受外
界条件影响，任何外界条件都无法改变原子核的半衰期，选项 C错误；无论是原子弹还是裂变反应
堆中，发生的都是链式反应，区别在于原子弹中的链式反应速度快，频率高，反应堆中的链式反应
速度慢，频率低，选项D错误；
2．以下说法正确的是（ ）
A．如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体
B．光波是一种概率波，但一个光子通过狭缝后，具体落在哪一点，还是可以确定的
C．光电效应证明了光具有粒子性，康普顿效应则证明了光具有波动性
D．玻尔认为，电子在绕核运动的过程中，服从经典力学规律，轨道半径是连续的，可以取任意值
【答案】A
【解析】由黑体的定义可知，如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，
这种物体就是绝对黑体，A正确；光波是一种概率波，一个光子通过狭缝后，落在各点的概率是不
一样的；B错误；光电效应和康普顿效应都证明了光具有粒子性，C错误；
玻尔认为电子在绕核运动的过程中，服从经典力学规律，但电子的轨道是量子化的，即不是连续的，
D错误。
故选A。
3．1933年至1934年间，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发生的核反应方程为 Al＋ He→
试卷第1页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 高考物理
P＋ n，反应生成物 P像天然放射性元素一样衰变，放出正电子 e，且伴随产生中微子 ν，核反
应方程为 P→ Si＋ e＋ ν。则下列说法正确的是（ ）
A．当温度、压强等条件变化时，放射性元素 P的半衰期随之变化
B．中微子的质量数A=0，电荷数Z=0
C．正电子产生的原因可能是核外电子转变成的
D．两个质子和两个中子结合成一个α粒子，则质子与中子的质量之和一定等于α粒子的质量
【答案】B
【解析】元素的半衰期与元素所处的物理化学状态无关，选项A错误；由核反应方程遵循的质量数
守恒、电荷数守恒可知，中微子的质量数A=0，电荷数Z=0，选项B正确；
核反应中释放出的正电子是原子核内的质子转变为中子和正电子释放出来的，选项 C错误；两个质
子和两个中子结合成一个α粒子，释放出能量，一定有质量亏损，两个质子和两个中子质量之和一
定大于α粒子的质量，选项D错误。
故选B。
4．如图甲所示的光电管是基于光电效应的一种光电转换器件，光电管可将光信号转换成电信号，
在自动控制电路中有广泛应用。光电管的基本工作原理如图乙所示，当有光照在金属极 k上，电路
导通；无光照射时，电路不通。下列说法正确的是（ ）
A．只要照射到金属k极上的光足够强电路就能导通
B．只有入射光的频率小于某一定值，电路才能导通
C．电路导通情况下，通过电阻的电流方向是从下向上
D．电路导通情况下，光照越强，电阻R上的电压越大
【答案】D
【解析】当入射光的频率大于截止频率时，金属k极就能发生光电效应，即电路可以导通，光强增
大而频率小于截止频率不会发生光电效应，故AB错误；
电路导通情况下，即光电子的运动方向向左，光电管内的电流方向向右，所以通过电阻的电流方向
试卷第2页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 物理
是从上向下，故C错误；
电路导通情况下，光照越强，电流越大，所以电阻R上的电压越大，故D正确。
故选D。
5．用中子轰击 的一种核反应方程为 ，其中 、 、X、 的质量分
别为 、 、 和 。光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（ ）
A．该核反应为聚变
B．X原子核中含有88个中子
C．增大压强，可以使 的半衰期延长
D．该核反应释放的核能为
【答案】B
【解析】该核反应为裂变反应，选项 A错误；根据质量数和电荷数守恒可知，X原子核的质量数
144，电荷数为56，则其中含有144-56=88个中子，选项B正确；外部条件不能改变半衰期，选项C
错误；该核反应释放的核能为
，选项D错误。
6．下列有关光现象的说法正确的是（ ）
A．红光和紫光从真空垂直射入某介质均不偏折，说明此时该介质对二者折射率相同
B．以相同入射角从某介质射向空气，若紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射
C．紫光照射某金属发出的每个光电子的动能比红光照射发出的每个光电子的动能都大
D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大
【答案】D
【解析】不同色光频率不同，在同一介质中波速不同，由
可知同一介质对不同色光的折射率不同，与入射角无关，折射率公式
是量度式，故A错误；
根据 可知，折射率大的临界角小，所以紫光的临界角比红光的小，紫光能发生全反射时，
红光不一定能发生全反射，故B错误；
由光电效应方程E =hν-W
kmax 0
可知，紫光照射某金属发出的光电子的最大初动能比红光照射某金属发出的光电子的最大初动能大，
试卷第3页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 高考物理
但对每个光电子来说不一定大，故C错误；
由 可知，当光的波长越长时，干涉条纹间距也越大，当紫光改成红光时，波长变长，则条纹
间距变大，故D正确。
7．一静止的原子核 发生 衰变，变成另一个新的原子核Y，衰变后测得 粒子的速率为v，已知
粒子的质量为m0，原子核Y的质量为M，下列说法正确的是（ ）
A．原子核Y的符号表示为 B． 的比结合能一定大于Y核的比结合能
C．原子核Y的速率为 D．原子衰变过程中释放的核能为
【答案】C
【解析】注意区分质量数和质量的物理意义，质量数和质量不能混淆，原子核 Y的符号表示为 ，
A 错误；因反应放出核能，则 的比结合能小于 Y 核的比结合能，B 错误；根据动量守恒可得
得 ，C正确；因原子核Y也有动能，则衰变过程中释放的核能大于 ，D错误．
8.1887年赫兹发现了光电效应现象;1905年爱因斯坦用光量子理论对光电效应进行了全面的解释;现
在利用光电效应原理制成的光电器件已经被广泛应用于生产、生活、军事等领域。用图示电路图研
究光电效应,用频率为ν的单色光照射光电管,能发生光电效应现象,则 ( )
A.此电路可用于研究光电管的饱和光电流
B.用频率小于ν的单色光照射阴极K时,金属的截止频率不同
C.增加入射光的强度,遏止电压U不变
D.滑动变阻器滑片P从左端缓慢向右移动时,电流表示数逐渐增大
试卷第4页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 物理
答案 C 图中光电管所接电压为反向电压,可通过电压表研究遏止电压,无法研究饱和光电流,A错误。
金属的截止频率由金属自身决定,与入射光的频率无关,B错误。遏止电压由逸出金属表面的光电子的
最大初动能决定,而光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的光强无关,C正确。将滑动
变阻器的滑片P从左端缓慢向右移动时,光电管两端的反向电压会增大,相同时间到达A极的光电子
数目会减少,所以电流表示数会减小,D错误。
9．两个氘核以相等的动能E 对心碰撞发生核聚变,核反应方程为 H H He n,其中氘核的质量为m,氦核的质
k 2 +2 →3 +1 1
1 1 2 0
量为m,中子的质量为m。假设核反应释放的核能E全部转化为动能,下列说法正确的是( )
2 3
A.核反应后氦核与中子的动量相同
B.该核反应释放的能量为E=(m-m-m)c2
1 2 3
1
C.核反应后中子的动能为 (E+E)
k
4
1
D.核反应后氦核的动能为 (E+2E)
k
4
答案 D 根据核反应前后系统的总动量守恒知,核反应前两氘核动量等大反向,系统的总动量为零,则反应后氦核与
中子的动量等大反向,动量不同,故A错误;该核反应释放的能量E=(2m-m-m)c2,故B错误;由能量守恒可得核反应后
1 2 3
p2 E+2E 3
的总动能为E+2E,由动能与动量的关系E= 且m =3m 可知,核反应后氦核的动能为 k,中子的动能为
k k 2m He n 4 4
(E+2E),故C错误,D正确。
k
10．根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为α粒子散射图景,图中实线表示α粒子的
运动轨迹,则关于α粒子散射实验,下列说法正确的是 ( )
A.根据α粒子散射实验可以估算原子大小
B.图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了直接碰撞
C.绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
试卷第5页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 高考物理
D.图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
答案 C 根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小,A错误;图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的
库仑斥力作用,并没有发生碰撞,B错误;绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很
小,C正确;对图中大角度偏转的α粒子,库仑斥力先做负功后做正功,故电势能先增大后减小,D错误。
11．如图所示,一群氢原子处于n=3的激发态,当它们自发地向低能级跃迁时,下列说法中符合玻尔理
论的有 ( )
A.电子的动能与势能均增大
B.氢原子跃迁时可发出连续光谱
C.由n=3跃迁到n=1时发出光子的波长最长
D.能使逸出功为2.25 eV的金属钾发生光电效应的光谱线有2条
答案 D 原子由高能级向低能级跃迁,电子轨道半径变小,速度变大,所以电子的动能增大,势能减小,
A错误。氢原子跃迁时只能辐射特定频率的光,所以发出的光谱是线状谱,B错误。氢原子由n=3能级
c
向n=1能级跃迁辐射的光子能量最大,频率最大,由ν= 可得光子的波长最短,C错误。由n=3能级分别
λ
向n=2和n=1能级跃迁辐射的光子能量ΔE =1.89 eV、ΔE =12.09 eV,由n=2能级向n=1能级跃迁辐射
1 2
的光子能量ΔE =10.2 eV,其中ΔE 和ΔE 大于2.25 eV,所以能使金属钾发生光电效应的光谱线有 2条,
3 2 3
D正确。
12.如图甲所示,用高压激发氢光谱管,使光谱管中的氢原子大量处于第4能级并辐射发光,其中某些
光子打在连着验电器的锌板上,事先使锌板带负电,验电器指针张开一定的角度。已知锌板表面电子
的逸出功是3.3 eV,氢原子的能级示意图如图乙所示,则下列说法正确的是 ( )
试卷第6页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 物理
甲 乙
A.光谱管会辐射出4种不同能量的光子
B.光谱管辐射出的光能够使锌板发生光电效应
C.从锌板中溢出的光电子的最大初动能为9.55 eV
D.由于是锌板表面的自由电子逸出,验电器的指针张角不变
答案 B 由于大量的氢原子处于第4能级,则光谱管辐射的光子能量种类是C2=6种,A错误;因光谱
4
管辐射的光子的最高能量是13.6 eV-0.85 eV=12.75 eV>3.3 eV,所以可以使锌板发生光电效应,B正
确;根据爱因斯坦光电效应方程,即E =hν-W ,可得最大初动能为E =12.75 eV-3.3 eV=9.45 eV,C错
k 0 k
误;由于发生光电效应,锌板会失去部分电子,验电器指针张角变小,D错误。
13．如图所示，水平面上有一半径为R的透明均质球，下半球内竖直中心轴上有a、b两种单色灯
（可视为点光源，都发可见光），发现从两个光源照射到上半球面的光恰好全部都能发生折射（不
考虑光线在球内反射后的折射），则下列说法中正确的是（ ）
A．a光光子动量小于b光光子动量
B．a光的在透明介质球中的折射率为
C．若发出b光的某光源高速靠近探测器，探测器接受到的b光频率可能与a光相同
D．若b光是氢原子从 能级跃迁到 能级时发出的，a光可能是氢原子从 能级跃迁到
能级时发出的
【答案】C
【解析】分析如图所示：
试卷第7页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 高考物理
由几何关系得 ，因为R和 距离不变，光在上半球面射出时 越大 越大。上半球面的
光恰能都发生折射，故光源射到球心等高处入射角恰为临界角；由于 b在a的下方，则有 ，
， ，根据公式 可得 ，故A错误；对于a光有 ，故B错误；
观察者与波源靠近，接收频率大于波源频率，探测器接受到的频率大于b光频率，可能与a光相同，
即故C正确；从 能级跃迁到 能级，不能发出可见光，故D错误。
二、多项选择题（本题共2小题，每小题3分，共6分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两
个以上选项符合题目要求。全部选对的得3分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
14．下列说法正确的是（ ）
A．氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
B．若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小
C．Th核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4
D．α粒子散射实验能揭示原子具有核式结构
【答案】AD
【解析】由玻尔理论知，当氢原子从能量较高的定态轨道（其能量记为 ）跃迁到能量较低的定态
轨道（能量记为 ，m>n）时会放出能量为 的光子（h是普朗克常量），这个光子的能量由前后
两个能级的能量差决定 ，因此，氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，
故A正确；放射性物质的半衰期与物质的温度、压强、物质是否以化合物的形式存在均无关，故 B
错误；Th核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2个，故C错误；α粒子
散射实验能揭示原子具有核式结构，故D正确。
15.研究光电效应现象的实验装置如图(a)所示,用光强相同的紫光和蓝光照射光电管阴极K时,测得相
试卷第8页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 物理
应的遏止电压分别为U 和U ,产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图(b)所示。已知电
1 2
子的质量为m,电荷量为e,紫光和蓝光的频率分别为ν 和ν ,且ν >ν 。则下列判断正确的是( )
1 2 1 2
图(a) 图(b)
A.U >U
1 2
B.图(b)中的乙线对应蓝光照射
C.根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率
D.用蓝光照射时,光电子的最大初动能为eU
2
ℎν−W
答案 AD 根据光电效应方程E =hν-W 、动能定理-eU=-E ,可得遏止电压U= 0,由于ν >ν ,所
k 0 k 1 2
e
以U >U ,图(b)中乙线对应紫光照射,A正确,B错误。由紫光分析得金属的逸出功W =hν -eU ,由蓝光分
1 2 0 1 1
析得金属的逸出功W =hν -eU ,联立解得h=U −U e;金属的极限频率ν =W ,故ν =U ν −U ν ,C错误。
0 2 2 1 2 c 0 c 1 2 2 1
ν −ν U −U
ℎ
1 2 1 2
蓝光对应的遏止电压为U ,所以光电子的最大初动能E =eU ,D正确。
2 k 2
四、计算题（共55分，需要写出必要的文字说明和解题过程，只写出结果，没有过程不能得分）
16．（8分）一静止的氡核（ ）发生α衰变，放出一个速度为v0、质量为m的α粒子和一个质
量为M的反冲核钋（Po），若氢核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。
（1）写出衰变过程；
（2）求出反冲核的速度（计算结果不得使用原子量表示）。
【答案】（1） ；（2）
试卷第9页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 高考物理
【解析】(1)衰变方程为
(2)设钋核的反冲速度大小为v，由动量守恒定律有
解得
17．（10分）目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。
(1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核 H)聚变生成1个氦核 He)和2个正电子,请你写出此核反应方程;
1 4
( (
1 2
(2)天文学家估测,太阳已有50亿年的历史了。有人认为,50亿年来,因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。
请你通过计算说明这种观点的合理性。可能用到的数据:光速c=3×108 m/s,太阳的质量约为M=2×1030 kg,太阳辐射
0
的总功率P=4×1026 W,1年≈3×107 s。
0
答案 (1) H He+ e (2)见解析
41 →4 20
1 2 1
解析 (1)由质量数守恒和电荷数守恒可得核反应方程
H He+ e
41 →4 20
1 2 1
(2)50亿年太阳辐射的总能量为ΔE=Pt
0
根据ΔE=Δmc2
ΔE
可知,50亿年太阳损失的总质量为Δm=
c2
代入数据,解得太阳辐射损失的质量与太阳质量之比
Δm
×100%≈0.03%。所以这种说法合理。
M
0
18．（12分）太阳内部的热核反应是轻核聚变为氦核的过程，有一种反应序列是质子循环，相当于
4个质子聚变生成一个氦核和另外两个相同的粒子，核反应方程为 ，已知质子
的质量为 ，氦核的质量为 ，另外的两个粒子的质量均为 ，太阳每秒辐射的能量为 ，
已知光速 ，求：
（1）X的质量数A、电荷数Z及一次聚变释放的能量（用字母表示）；
（2）太阳每秒亏损的质量为多少千克？（保留两位有效数字）
【答案】（1） ， ； ；（2）
【解析】（1）根据题意，由质量数和电荷数守恒可得 ，
试卷第10页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 物理
由爱因斯坦质能方程得一次聚变释放的能量为
（2）由爱因斯坦质能方程得，太阳每秒亏损的质量为
19．（12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 。
【答案】（1）8.9eV；（2） ；（3）
【解析】（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
20．（13分）我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光
试卷第11页，共13页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 B版 高考物理
电管的阳极和阴极，加在 A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为v的光全
部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量
为e。
(1)求光电子到达A时的最大动能E ；
km
(2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流强度I。
【答案】(1) ；(2)
【解析】(1)根据光电效应方程可知
逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理
联立解得
(2)每秒钟到达K极的光子数量为n，则
每秒钟逸出电子个数为a个，则
回路的电流强度
联立得
试卷第12页，共13页
