北京曲一线图书策划有限公司 2023版《5年高考3年模拟》A版
专题十三 近代物理初步
应用创新题组
(时间:40分钟 满分:70分)
一、单项选择题(每小题4分,共40分)
1.(2021河西二模,1)与下列图片相关的物理知识说法正确的是( )
A.甲图,汤姆孙通过α粒子散射实验,提出了原子核的概念,建立了原子核式结构模型
B.乙图是氢原子的能级结构图,大量处于n=4能级的原子向低能级跃迁时,能辐射6种不同频
率的光子
C.丙图,“光电效应”实验揭示了光的粒子性,爱因斯坦为此提出了相对论学说,建立了光电效
应方程
D.丁图,重核裂变产生的中子能使核裂变反应连续地进行,称为链式反应,其中一种核裂变反
应方程为 U Ba+ Kr+ n
❑
235 →141 92 21
92 56 36 0
答案 B 卢瑟福通过α粒子散射实验,提出了原子核的概念,建立了原子核式结构模型,故A
错误;根据 =6知,大量处于n=4能级的氢原子向n=1能级跃迁时,向外辐射6种不同频率的
C2
4
光子,故B正确;丙图,“光电效应”实验揭示了光的粒子性,爱因斯坦为此提出了光子说理论,
建立了光电效应方程,认识到微观粒子具有“波粒二象性”特征,故C错误;丁图,重核裂变产
生的中子能使核裂变反应连续地进行,核能持续地释放,这种为链式反应,但裂变方程中,铀
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235吸收一个慢中子后才能发生裂变,在核反应方程中,方程左侧的中子不能与方程右侧的中
子约掉,故D错误。
2.(2021南开一模,1) 2020年11月24日4时30分,我国用长征五号遥五运载火箭成功发射嫦
娥五号探测器。该探测器顺利到达月球表面并取回1.73 kg月壤。氦3大量存在于月壤中,是
未来的清洁能源。两个氦3聚变的核反应方程是 He He He+2X+12.86MeV,已知氦
❑
3 +3 →4
2 2 2
3、氦4和X粒子的质量分别为m、m 和m。下列说法正确的是( )
1 2 3
A.核裂变比核聚变更为安全、清洁
B.X粒子为中子
C.两个轻核结合成质量较大的核,比结合能较聚变前增大
D.由核反应过程质量守恒可知2m=m+2m
1 2 3
答案 C 核裂变原料、产物对环境污染较核聚变严重,A错误;根据核反应的质量数和电荷
数守恒可知,X粒子的质量数为1,电荷数为1,X粒子为质子,B错误;比结合能越大,原子核越
稳定,两个轻核结合成质量较大的核,比结合能较聚变前增大,C正确;核聚变过程中要释放核
能,存在着质量亏损,即2m>m+2m,D错误。
1 2 3
3.(2021南开一模,2)如图所示,用频率为ν 和ν 的甲、乙两种光分别照射同一光电管,对应的
1 2
遏止电压分别为U 和U。已知ν<ν ,则( )
1 2 1 2
A.遏止电压U<U
1 2
B.用甲、乙光分别照射时,金属的截止频率不同
C.增加乙光的强度,遏止电压U 变大
2
D.滑动变阻器滑片P移至最左端,电流表示数为零
答案 A 根据爱因斯坦光电效应方程和遏止电压与最大初动能的关系,有-eU=0-
c
E ,eU=hν-W ,所以入射光频率越大,遏止电压越大,遏止电压与入射光的强度无关,故A正
km c 0
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确,C错误;金属的截止频率与入射光无关,因甲、乙两种光分别照射同一光电管,所以金属的
截止频率相同,B错误;滑动变阻器滑片P移至最左端,所加的反向电压为零,因能发生光电效
应,所以电流表示数不为零,D错误。
该实验研究光电效应的遏止电压,即光电管两端所接的反向电压,是使电子速度减小为零
的电压。根据光电效应方程式eU=hν-W ,对甲光和乙光列式即可判断各选项正确与否。
c 0
4.(2020永州二模 科技工程)2018年11月12日中科院等离子体物理研究所发布消息:全超
导托克马克装置EAST在实验中有了新的突破,等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度;其主
要核反应方程为: H H He+X; H+Y He+X。则下列表述正确的是( )
①2 +2 →3 ②2 →4
1 1 2 1 2
A.X是质子
B.Y是氚核
C.X与Y是同位素
D.①②两个核反应都属于裂变反应
答案 B 根据质量数守恒、电荷数守恒可知X是中子,Y是氚核,故A错误,B正确;X是中
子,Y是氚核,X与Y不是同位素,故C错误;①②两个核反应都属于聚变反应,故D错误。
5.(2022届长郡中学月考一)如图所示,某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪,该仪器探
测到的射线强度与钢板的厚度有关,已知车间采用放射性同位素 Ir作为放射源,通过β衰变
192
77
放出γ射线,半衰期为74天,适合透照钢板厚度10~100 mm,下列说法正确的是( )
A.若衰变产生的新核用X表示,则 Ir的衰变方程为 Ir X+ e
192 192 →192 20
77 77 78 -1
B.若有4 g放射性同位素 Ir,经过222天有1.0 g没有衰变
192
77
C.若已知钢板厚度标准为20 mm,探测器得到的射线变弱时,说明钢板厚度大于20 mm,应当
减小热轧机两轮之间的厚度间隙
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D.衰变时遵循能量守恒且生成物的质量等于反应物的质量
答案 C β衰变的实质是原子核里的一个中子变为一个质子放出一个电子,反应过程中遵
循质量数守恒和电荷数守恒,衰变方程为 Ir X e,A错误;若有4 g放射性同位素 Ir,
192 →192 +0 192
77 78 -1 77
经过222天(3个半衰期)有0.5 g没有衰变,B错误;探测器得到的射线变弱时,说明钢板厚度增
大,应当减小热轧机两轮之间的厚度间隙,C正确;放射性同位素发生衰变时,因遵循能量守恒,
放岀能量后发生质量亏损,D错误。
6.(2022届湘豫名校联考)2020年12月4日,我国新一代“人造太阳”——环流器二号M装
置正式建成并投入使用,如图所示。该装置是利用核反应实现的,其核反应方程为 H+
2 3H→4
1 1 2
He n,这一科研成果是我国核物理学家艰苦奋斗的结果。关于“人造太阳”下列说法不正
+1
0
确的是( )
A.该反应是轻核聚变反应,比重核裂变更安全和清洁
B.该反应是热核反应,需要几百万摄氏度条件下才能进行
C.裂变反应相比聚变反应中平均每个核子释放的能量要多
D.目前我国核反应堆产生的能量主要来自重核裂变
答案 C 聚变反应平均每个核子释放的能量比裂变反应中平均每个核子释放的能量大3
到4倍,C错误。
7.(2021广东湛江二模,1)2020年12月4日,中国新一代“人造太阳”装置——“中国环流器
二号M”装置在四川成都建成并实现首次放电,这为中国核聚变反应堆的自主设计与建造打
下了坚实基础。已知氘、氚的核聚变反应方程式为 H+ He+X+17.6 MeV,下列说法正
2 3H→4
1 1 2
确的是( )
A.X是中子
B.该核反应中反应前核子的总质量等于反应后核子的总质量
C.该核反应中反应前的总结合能大于反应后的总结合能
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D.该核反应放出的能量来自氘、氚原子中电子从高能级向低能级跃迁
答案 A 试题考查核反应与核能等必备知识,主要考查理解能力、推理能力,体现了物理观
念、科学思维的学科素养,突出对综合性考查要求。
在 H H He+X+17.6 MeV反应中,根据电荷数守恒、质量数守恒,则X的电荷数为0,质量
2 +3 →4
1 1 2
数为1,可知X是中子,故选项A正确;该核反应方程释放能量,因此有质量亏损,反应后的核子
总质量小于反应前的核子总质量,故选项B错误;该核反应中反应前的总结合能小于反应后
的总结合能,故选项C错误;该核反应放出的能量来自原子核聚变反应质量亏损,而不是核外
电子的跃迁,故选项D错误。
8.(2022届莱芜模拟,6 科技工程)我国成功研制的环流器二号M装置,被誉为中国“人造太
阳”,是一款通过可控热核聚变方式,提供清洁能源的装置。该装置的核心温度可达2亿摄氏
度,比太阳核心的温度还要高。2019年4月22日,该实验装置开始组装,并在2020年投入使
用。现已知氘、氚的核聚变反应方程式为 H H He n,氘核的质量为m,氚核的质量为
2 +3 →A +1 1
1 1 2 0
m,氦核的质量为m,中子的质量为m,核反应中释放出γ光子。对此核反应的认识,正确的是
2 3 4
( )
A.核聚变反应释放的能量为(m +m-m -m )c2
1 2 3 4
B.γ光子来源于核外电子的能级跃迁
C.反应前的总结合能大于反应后的总结合能
D.方程式中的A=3
答案 A 聚变时有质量亏损,根据爱因斯坦质能方程可知,聚变时释放的能量
ΔE=Δmc2=(m+m-m -m )c2,故A正确;γ光子来源于原子核的能级跃迁,而不是核外电子的跃
1 2 3 4
迁,故B错误;由结合能的概念和核聚变是放能反应可知,反应前的总结合能小于反应后的总
结合能,故C错误;根据质量数守恒可知方程式中的A=4,故D错误。
9.(2020青岛二模,3)图甲为某实验小组探究光电效应规律的实验装置,使用a、b、c三束单色
光在同一光电管中实验,得到光电流与对应电压之间的关系图像如图乙所示,下列说法正确的
是( )
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A.a光频率最大,c光频率最小
B.a光与c光为同种色光,但a光强度大
C.a光波长小于b光波长
D.a光与c光照射同一金属,逸出光电子的初动能都相等
答案 B 根据爱因斯坦光电效应方程E=hν-W 和动能定理eU=E 可得eU=hν-W ,入射光
k 0 c k c 0
的频率越高,对应的遏止电压U 越大,分析图像可知a、c光的遏止电压比b光的遏止电压小,
c
则a、c光的频率小于b光的频率,故A错误;分析图像可知,a光与c光的遏止电压相等,则a
光与c光的频率相等,所以a光与c光为同种色光,但a光的饱和电流大,则a光内含有的光子
个数多,即a光强度大于c光强度,故B正确;由于a光的频率小于b光的频率,根据频率和波长
的关系c=λf可知,a光的波长大于b光的波长,故C错误;a光与c光的频率相等,根据爱因斯坦
光电效应方程E=hν-W 可知,a光与c光照射同一金属,a光产生的光电子的最大初动能等于
k 0
c光产生的光电子的最大初动能,但并不是逸出光电子的初动能都相等,故D错误。
10.(2022届菏泽一中月考,4)如图所示为氢原子的能级示意图,则关于氢原子在能级跃迁过程
中辐射或吸收光子的特征,下列说法中正确的是( )
A.一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,能辐射出5种不同频率的光子
B.一群处于n=3能级的氢原子吸收能量为0.9 eV的光子可以跃迁到n=4能级
C.处于基态的氢原子吸收能量为13.8 eV的光子可以发生电离
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D.若氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应,则
从n=5能级跃迁到n=2能级辐射出的光也一定能使该金属发生光电效应
答案 C 一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,能辐射出 =6种不同频率的光子,故A
C2
4
错误;一群处于n=3能级的氢原子吸收能量为0.9 eV的光子后的能量为E=-1.51 eV+0.9
eV=-0.61 eV,0.9 eV不等于能级差,该光子不能被吸收,故B错误;处于基态的氢原子吸收能量
为13.8 eV的光子可以发生电离,剩余的能量变为光电子的初动能,故C正确;氢原子从n=3能
级跃迁到n=1能级辐射出的光子能量为ΔE=E-E =12.09 eV,从n=5能级跃迁到n=2能级辐
1 3 1
射出的光子能量为ΔE=E-E =2.86 eV,所以若氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级辐射出的光
2 5 2
照在某种金属表面上能发生光电效应,则从n=5能级跃迁到n=2能级辐射出的光不一定能使
该金属发生光电效应,故D错误。
二、多项选择题(每小题6分,共18分)
11.(2021汕头一模,8 科学探索)(多选)月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦-3 He),2020年
(3
2
12月1日,我国“嫦娥五号”探测器成功着陆月面后开始“挖土”并成功带回地面供科学研
究。可控核聚变可以采用 H H→ He+X或 H He He+Y。下列说法正确的是( )
2 +3 4 2 +3 →4
1 1 2 1 2 2
A.X是中子
B.Y是正电子
C.核聚变过程发生质量亏损,释放核能
D He比 He的原子核更稳定
.3 4
2 2
答案 AC 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,X的质量数为1、电荷数为0,则X为中
子,Y的质量数为1、电荷数为1,则Y为质子,A正确,B错误;核聚变过程发生质量亏损,释放
核能,C正确;因反应放出核能,则 He比 He的原子核更稳定,D错误。
4 3
2 2
12.(2021十二区模拟,6)(多选)目前,在居家装修中,经常用到花岗岩、大理石等装修材料,这些
岩石都不同程度地含有放射性元素,比如有些含有铀、钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性
惰性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放出α、β、γ射线,这些射线会导致细胞发生癌变,根据
有关放射性知识可知,下列说法正确的是( )
A.β射线是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流
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B.铀核( U)衰变为铅核( Pb)的过程中,要经过8次α衰变和6次β衰变
238 206
❑ ❑
92 82
C.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱
D.已知氡的半衰期为3.8天,100个氡原子经过7.6天后未衰变的氡原子还有25个
答案 BC β射线是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的高速电子流,故A错误;
铀核( U)衰变为铅核( Pb)的过程中,设发生x次α衰变,y次β衰变,衰变方程为
238 206 238
❑ ❑ ❑
92 82 92
U→ Pb+ He+ e,根据质量数守恒和电荷数守恒,有238=206+4x,解得:x=8,92=82+8×2-
❑
206 x4 y0
82 2 -1
y,解得:y=6,即要经过8次α衰变和6次β衰变,故B正确;γ射线一般伴随着α或β射线产生,
在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,电离能力最弱,故C正确;半衰期是对大量原子核衰
变时的统计规律,对少数原子核的衰变无意义,故D错误。
13.(2022届湖南名校联考)(多选)新冠疫情期间,常用测温枪测量体温。测温枪通过红外线照
射温度传感器,发生光电效应,将光信号转化为电信号,计算出温度数据。已知人的体温正常
时能辐射波长为10 μm的红外线,如图甲所示,用该红外线照射光电管的阴极K时,电路中有
光电流产生,得到电流随电压变化的关系图像如图乙所示,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子的
电荷量e=1.6×10-19 C,光速c=3×108 m/s,则下列说法正确的是( )
A.将图甲的电源反接,一定不会产生光电流
B.波长为10 μm的红外线在真空中的频率为3×1013 Hz
C.光电子的最大初动能为2 eV
D.若人体温度升高,则辐射红外线的强度增强,光电管转换成的光电流增大
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答案 BD 由图乙可知,遏止电压为0.02 V,如果反接,但光电管两端电压小于0.02 V,则会产
生光电流,A错误;波长为10 μm的红外光在真空中的频率为ν=c= 3×108 Hz=3×1013 Hz,B
λ 10×10-6
正确;根据动能定理得E=eU=0.02 eV,C错误;若人体温度升高,则辐射红外线的强度增强,光
k c
电管转换成的光电流增大,D正确。
三、非选择题(共12分)
14.(2021江苏南通月考,14)花岗岩、水泥等建筑材料是室内氡的最主要来源。人呼吸时,氡
气会随气体进入肺脏,氡衰变放出的α射线像小“炸弹”一样冲击肺细胞,使肺细胞受损,从
而引发肺癌、白血病等。一静止的氡核 Rn发生一次α衰变生成新核钋(Po),此过程动量守
226
86
恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。已知m =222.086 6 u,m =4.002 6 u,m
氡 α 钋
=218.076 6 u,1 u相当于931 MeV的能量。
(1)写出上述核反应方程;
(2)求上述核反应放出的能量ΔE;
(3)求α粒子的动能E 。
kα
答案 (1 Rn Po He (2)6.89 MeV
)222 →218 +4
86 84 2
(3)6.77 MeV
解析 (1)根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为
Rn Po He
222 →218 +4
86 84 2
(2)质量亏损
Δm=222.086 6 u-4.002 6 u-218.076 6 u=0.007 4 u
ΔE=Δmc2
解得ΔE=0.007 4×931 MeV≈6.89 MeV
(3)设α粒子、钋核的动能分别为E 、E ,动量分别为p 、p ,由能量守恒定律得
kα k钋 α 钋
ΔE=E +E
kα k钋
由动量守恒定律得
0=p +p
α 钋
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p2
又E=
k
2m
故E ∶E =218∶4
kα k钋
解得E ≈6.77 MeV
kα
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