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第 16 章 近代物理初步
第 1 节 光电效应
江苏视野 明晰规律 思维回归
1.(2022江苏,4,4分)上海光源通过电子-光子散射使光子能量增加。光子能量增加后( )
A.频率减小 B.波长减小 C.动量减小 D.速度减小
答案 B
视野聚焦 本题考查了光子的能量与速度、频率、波长、动量之间的关系。近几年对光电效应、光的波粒
二象性的考查以基础知识点为主,难度不大。
五年高考
2.★(2024湖南,1,4分)量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是( )
A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
B.光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸
出
C.康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
D.德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性
答案 B
3.★[2020江苏,12(1)]“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是
根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射
强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是( )
A.I增大,λ增大 B.I增大,λ减小
C.I减小,λ增大 D.I减小,λ减小
答案 B
4.★★(2024新课标,17,6分)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献,荣获了2023年诺贝尔化学
奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光,下列说法正确的是(
)
A.蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B.蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C.在玻璃中传播时,蓝光的速度大于红光的速度
D.蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
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答案 A
5.★★★(2021江苏,8,4分)如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其截止频率ν<ν,保持
1 2
入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值E 随电压U变化关系的图像是( )
km
答案 C
6.★★★(2023浙江1月,11,3分)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星,领
先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测,其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中,
有η(η<1)倍被天眼接收,天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h,则该天体发射
频率为ν光子的功率为( )
A.4N L2hν B.2N L2hν C.ηL2hν D.ηL2hν
R2η R2η 4R2N 2R2N
答案 A
7.★★★(2021浙江6月,13,3分)已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子的质量为9.11×10-31 kg。一个电子和一
滴直径约为4 μm的油滴具有相同动能,则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为( )
A.10-8 B.106 C.108 D.1016
答案 C
8.★★★(2022河北,4,4分)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压U 与入射光频率ν的
c
实验曲线,该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程,并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。
由图像可知 ( )
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A.钠的逸出功为hν
c
B.钠的截止频率为8.5×1014 Hz
C.图中直线的斜率为普朗克常量h
D.遏止电压U 与入射光频率ν成正比
c
答案 A
9.★★(2023江苏,14,8分)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的
光子,设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线,卫星探测仪镜头正对着太阳,每秒接收到N个该
种光子。已知探测仪镜头面积为S,卫星离太阳中心的距离为R,普朗克常量为h,光速为c,求:
(1)每个光子的动量p和能量E;
(2)太阳辐射硬X射线的总功率P。
ℎ ℎc 4πR2Nhc
答案 (1) (2)
λ λ λS
三年模拟
10.★★(2025届镇江期初)光电效应实验中,下列表述正确的是( )
A.光照时间越长光电子最大初动能越大
B.入射光足够强就可以有光电流
C.遏止电压与入射光的强弱有关
D.入射光频率低于极限频率时,不论光照时间多长,都不能发生光电效应
答案 D
11.★★★(2024届盐城三模)如图为研究光电效应的电路图,当用频率分别为ν、ν 的光照射同一光电管,微安
1 2
表中均有电流。第一次用频率为ν 的光照射时,调节滑动变阻器使微安表示数恰好变为0,记下此时电压表
1
的示数U;第二次用频率为ν 的光照射光电管,当电压表的示数为U 时微安表示数为0。已知电子的电荷量
1 2 2
为e。求:
(1)第一次产生的光电子的最大初动能E ;
k1
(2)普朗克常量h的表达式。
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e(U -U )
答案 (1)eU 1 (2)h= 2 1
ν -ν
2 1
12.★★★(2024届南京学情调研)有一种新型光电效应量子材料,当某种光照射该材料时,只产生相同速率的相
干电子束。用该电子束照射间距为d的双缝,在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹,测得第1条亮条纹
与第5条亮条纹间距为Δx。已知电子质量为m,普朗克常量为h,该量子材料的逸出功为W。求:
0
(1)电子束的德布罗意波长λ和动量p;
(2)光子的能量E。
答案 (1)dΔx 4ℎL (2)W
0
+ 8ℎ 2L2
4L dΔx md2(Δx)2
第 2 节 原子结构
江苏视野 明晰规律 思维回归
1.(2024江苏,5,4分)在原子跃迁中,辐射如图所示的4种光子,其中只有一种光子可使某金属发生光电效应,该
光子是( )
A.λ B. λ C. λ D. λ
1 2 3 4
答案 C
视野聚焦 本题考查了发生光电效应的条件及原子跃迁辐射光子的规律。难度不大,需要准确掌握跃迁模
型及发生光电效应的条件。
五年高考
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2.★(2024江西,2,4分)近年来,江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管(LED),开创了国际上第三
条LED技术路线。某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示,若能级差为2.20 eV(约3.52×10-19 J),普朗克
常量h=6.63×10-34 J·s,则发光频率约为( )
A.6.38×1014 Hz
B.5.67×1014 Hz
C.5.31×1014 Hz
D.4.67×1014 Hz
答案 C
3.★(2023新课标,16,6分)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率,铯原子钟利用
的两能级的能量差量级为10-5 eV,跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,元电荷
e=1.60×10-19 C)( )
A.103 Hz B.106 Hz C.109 Hz D.1012 Hz
答案 C
4.★(2023河北,1,4分)2022年8月30日,国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获
取的太阳H 谱线精细结构。H 是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线,其对应的能级跃迁过程为( )
α α
A.从∞跃迁到n=2
B.从n=5跃迁到n=2
C.从n=4跃迁到n=2
D.从n=3跃迁到n=2
答案 D
5.★(2023山东,1,3分)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空,对提升我国导航定
位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系,原子吸收频率为ν 的光子从
0
基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ,然后自发辐射出频率为ν 的光子,跃迁到钟跃迁的上能级2,并在一定条件
1
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下可跃迁到钟跃迁的下能级1,实现受激辐射,发出钟激光,最后辐射出频率为ν 的光子回到基态。该原子钟
3
产生的钟激光的频率ν 为 ( )
2
A.ν+ν+ν B.ν+ν-ν
0 1 3 0 1 3
C.ν-ν+ν D.ν-ν-ν
0 1 3 0 1 3
答案 D
6.★(2022湖南,1,4分)关于原子结构和微观粒子波粒二象性,下列说法正确的是( )
A.卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
B.玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
C.光电效应揭示了光的粒子性
D.电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性
答案 C
三年模拟
7.★(2025届南京学情调研)地铁靠站时列车车体和屏蔽门之间安装有光电传感器。如图甲所示,若光线被乘
客阻挡,电流发生变化,工作电路立即报警。如图乙所示,光线发射器内大量处于n=3能级的氢原子向低能级
跃迁时,辐射出的光中只有a、b两种可以使该光电管阴极逸出光电子,图丙为a、b光单独照射光电管时产
生的光电流I与光电管两端电压U的关系图。已知光电管阴极材料的逸出功为2.55 eV,下列说法正确的是(
)
甲
乙 丙
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A.b光为氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时发出的光
B.经同一障碍物时,b光的衍射现象比a光的衍射现象更明显
C.光电管中光电子逸出阴极时的最大初动能为9.54 eV
D.若部分光线被遮挡,则放大器的电流将增大,从而引发报警
答案 C
8.★★(2024届南京、盐城二模)氢原子的能级图如图甲所示,一群处于n=4能级的氢原子,向低能级跃迁过程
中能发出几种不同频率的光,其中只有频率为ν、ν 的两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。
1 2
现分别用频率为ν 或ν 的三个光源照射该光电管阴极K,测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说
1 2
法中正确的是( )
甲 乙 丙
A.一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射出4种不同频率的光子
B.图线c对应的光的频率与氢原子由n=3能级向n=1能级跃迁发出的光的频率相同
C.图线a对应的光子频率大于图线c对应的光子频率
D.用图线b对应的光照射光电管时,光电流会随着正向电压的增大而不断增大
答案 B
9.★★(2025届泰州中学开学考)极紫外线广泛应用于芯片制造行业,如图甲所示,用波长λ=110 nm的极紫外
线照射光电管,恰好能发生光电效应。已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,1 nm=10-9 m,1 eV=1.6×10-19
J,c=3×108 m/s。
(1)求阴极K材料的逸出功W。
0
(2)图乙是氢原子的能级图,若大量处于n=4能级的氢原子跃迁发出的光照射阴极K,灵敏电流计G有示数,调
整滑动变阻器,测得灵敏电流计示数I与电压表示数U的关系图像如图丙,则图丙中U 的大小是多少?
c
甲 乙 丙
答案 (1)1.8×10-18 J或11.25 eV (2)1.5 V
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第 3 节 原子核
江苏视野 明晰规律 思维回归
1.(2024江苏,3,4分)用粒子X轰击氮核从原子核中打出了质子,该实验的核反应方程式是X
+14
N
→1
H
+17
O,
7 1 8
粒子X为( )
A.正电子
0
e B.中子
1
n C.氘核1 H D.氦核
4
He
❑ ❑ ❑
1 0 2 2
答案 D
视野聚焦 本题考查了核反应中电荷数守恒、质量数守恒两个规律,比较简单,要能记住各基本粒子符号及
其电荷数、质量数。
五年高考
2.★(2024全国甲,14,6分)氘核可通过一系列聚变反应释放能量,总的反应效果可用
62
H→
24
He+
x1
n+
y1
1 2 0 1
p+43.15 MeV表示,式中x、y的值分别为( )
A.x=1,y=2 B.x=1,y=3
C.x=2,y=2 D.x=3,y=1
答案 C
3.★(2024山东,1,3分)2024年是中国航天大年,神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天,部分航天器装载了具有
抗干扰性强的核电池。已知90 Sr衰变为90 Y的半衰期约为29年 ;238 Pu衰变为234 U的半衰期约为87年。现
38 39 94 92
用相同数目的90 Sr和238 Pu各做一块核电池,下列说法正确的是( )
38 94
A
.90
Sr衰变为90 Y时产生α粒子
38 39
B
.238
Pu衰变为234 U时产生β粒子
94 92
C.50年后,剩余的90 Sr数目大于238 Pu的数目
38 94
D.87年后,剩余的90 Sr数目小于238 Pu的数目
38 94
答案 D
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4.★(2023广东,1,4分)理论认为,大质量恒星塌缩成黑洞的过程,受核反应12 C+Y
→16
O的影响。下列说法正
6 8
确的是( )
A.Y是β粒子,β射线穿透能力比γ射线强
B.Y是β粒子,β射线电离能力比γ射线强
C.Y是α粒子,α射线穿透能力比γ射线强
D.Y是α粒子,α射线电离能力比γ射线强
答案 D
5.★(2023天津,3,5分)关于太阳上进行的核聚变,下列说法正确的是( )
A.核聚变需要在高温下进行
B.核聚变中电荷不守恒
C.太阳质量不变
D.太阳上进行的核反应为235 U
+1
n
→144
Ba+
89
Kr+
31
n
92 0 56 36 0
答案 A
6.★(2022山东,1,3分)碘125衰变时产生γ射线,医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60
天,若将一定质量的碘125植入患者病灶组织,经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的( )
1 1 1 1
A. B. C. D.
16 8 4 2
答案 B
7.★(2021山东,1,3分)在测定年代较近的湖泊沉积物年份时,常利用沉积物中半衰期较短的210 Pb,其衰变方程
82
为210 Pb→ 210 Bi+X。以下说法正确的是( )
82 83
A.衰变方程中X是电子
B.升高温度可以加快210 Pb的衰变
82
C
.210
Pb与210 Bi的质量差等于衰变的质量亏损
82 83
D.方程中的X来自210 Pb内质子向中子的转化
82
答案 A
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8.★(2021江苏,1,4分)用“中子活化”技术分析某样品的成分,中子轰击样品中的14 N产生14 C和另一种粒子
7 6
X,则X是( )
A.质子 B.α粒子
C.β粒子 D.正电子
答案 A
9.★★(2024浙江1月,7,3分)已知氘核质量为2.014 1 u,氚核质量为3.016 1 u,氦核质量为4.002 6 u,中子质
量为1.008 7 u,阿伏加德罗常数N 取6.0×1023 mol-1,氘核摩尔质量为2 g·mol-1,1 u相当于931.5 MeV。关
A
于氘与氚聚变成氦,下列说法正确的是( )
A.核反应方程式为2H +3H He +1n
1 1 0
B.氘核的比结合能比氦核的大
C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变
D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV
答案 D
10.★★(2023重庆,6,4分)原子核235 U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核207 Pb,在该过程中,可能发
92 82
生的β衰变是( )
A
.223
Fr
→223
Ra
+0
e B
.213
Bi
→213
Po
+0
e
87 88 -1 83 84 -1
C
.225
Ra
→225
Ac
+0
e D
.218
Po
→218
At
+0
e
88 89 -1 84 85 -1
答案 A
11.★★(2023浙江6月,5,3分)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜。核电池将238 Pu衰变释放的核
94
能一部分转换成电能。238 Pu的衰变方程为238 Pu →X U +4 He,则( )
94 94 92 2
A.衰变方程中的X等于233
B He的穿透能力比γ射线强
.4
2
C
.238
Pu比X U的比结合能小
94 92
D.月夜的寒冷导致238 Pu的半衰期变大
94
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答案 C
三年模拟
12.★(2025届泰州中学开学考)关于近代物理知识,下列说法中正确的是( )
A.结合能越大的原子核越牢固
B.放射性元素发出的β射线来自原子核外电子
C.光电效应揭示了光的粒子性
D.处于基态的氢原子能吸收任意能量的光子而跃迁到激发态
答案 C
13.★(2025届南京学情调研)日本排入海洋的核污水中含具有放射性的氚 (❑ 3H) ,其衰变方程式为 ❑ 3H →3
1 1 2
He+X,半衰期为12.43年。下列说法正确的是( )
A.X为
0
e
❑
1
B.该核反应过程中没有质量亏损
C.
3
H的比结合能小于
3
He的比结合能
❑ ❑
1 2
D.经过24.86年,核污水中所含有的氚还有一半未发生衰变
答案 C
14.★★(2024届南京三模)用中子轰击静止的锂核,核反应方程式为
1
n+
6
Li→
4
He+X+γ。已知光子的
❑ ❑ ❑
0 3 2
频率为ν,锂核的比结合能为E,氦核的比结合能为E,X的比结合能为E,普朗克常量为h,真空中光速为c。
1 2 3
下列说法中正确的是( )
A.X为
2
H
❑
1
ℎc
B.γ光子的动量p=
ν
C.释放的核能ΔE=4E+3E-6E
2 3 1
4E +3E -6E +hν
D.质量亏损Δm= 2 3 1
c2
答案 C
15.★★(2024届苏锡常镇二模)波长为λ的光子与一静止电子发生正碰,测得反弹后的光子波长增大了Δλ,普
朗克常量为h,不考虑相对论效应,碰后电子的动量为( )
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ℎ ℎ ℎ ℎ
A. + B. +
λ Δλ λ λ+Δλ
ℎ ℎ ℎ ℎ
C. - D. -
λ Δλ λ λ+Δλ
答案 B
16.★★★(2024届镇江一中期初)
3
H的质量是3.016 050 u,质子的质量是1.007 277 u,中子的质量是1.008
❑
1
665 u。1 u相当于931.5 MeV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则
(1)写出一个质子和两个中子结合为氚核时的核反应方程式。
(2)氚核的结合能和比结合能各是多少?
(3)如果释放的核能是以射出2个相同光子的形式释放,则每个光子的频率是多少?
答案 (1)
❑
1 H+ 21 n→
❑
3 H (2)7.97 MeV 2.66 MeV
1 0 1
(3)9.6×1020 Hz
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