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第十六章 近代物理
测试卷
（考试时间：90 分钟 试卷满分：100 分）
注意事项：
1．本试卷分第I卷（选择题）和第II 卷（非选择题）两部分。答卷前，考生务必将自己的班级、姓名、
学号填写在试卷上。
2．回答第I 卷时，选出每小题答案后，将答案填在选择题上方的答题表中。
3．回答第II 卷时，将答案直接写在试卷上。
第Ⅰ卷（选择题 共60 分）
一、选择题（共12 小题，每小题5 分，共60 分。在每小题给出的四个选项中，第1-8 题只有一项符合题目
要求，第9-12 题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。）
1．我国自主研发的东方超环（EAST））是国际首个全超导托卡马克核聚变实验装置，有“人造太阳”之
称。去年，EAST 两次刷新世界纪录，实现了可重复的1.2 亿摄氏度101 秒、7000 万摄氏度1056 秒的离子
体运行。“人造太阳”核反应的方程可能是（ ）
A．
B．
C．
D．
2．关于近代物理研究，下列叙述符合事实的是（ ）
A．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
B．同种金属发生光电效应时，入射光的频率越低，光电子的最大初动能越大
C．卢瑟福用
粒子轰击
获得反冲核
，发现了中子
D．玻尔理论表明，氢原子能量越高，氢原子核外电子做圆周运动的动能越小
3．目前科学家已经能够制备出能级较高的氢原子。已知氢原子第n 能级的能量
eV，金属钨的逸
出功为4.54eV，如图是按能量大小排列的电磁波谱，其中可见光的能量区间为1.62eV～3.11eV。下列说法
正确的是（ ）
A．紫外线波段的光子均不能使基态氢原子电离
B．氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子
C．用红外线长时间照射金属钨能产生光电效应
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D．用可见光照射处于n＝20 能级的氢原子不能使其电离
4．装修石材通常具有一定的辐射，主要是因为其中含有放射性元素氡，氡核（
）发生一次衰变后生
成新核钋（
），放出一个粒子X 及一个
光子。氡的半衰期为
天，下列说法正确的是（ ）
A．X 为
粒子
B．X 与
光子均属于实物粒子
C．钋核的比结合能比氡核大
D．石材中氡经过
天会全部衰变完
5．光子既有能量又有动量，当物体表面对光产生反射或折射时，光的动量被改变，光对物体会产生力的
作用。如图所示，一束功率为P 的激光束照射到透明介质小球上时，若忽略光的吸收和反射，经两次折射
后，光的传播方向改了
，则光对介质小球的作用力为（光子的能量E 和动量p 之间的关系是
，
其中c 为光速（ ）
A．
B．
C．
D．
6．用紫外光电管制作的火灾报警器的灵敏度非常高，只有当明火中的紫外线照射到光电管的阴极K 时才
启动报警，因此被称为“火焰发现者”，它对可见光以及太阳光中的紫外线完全没有反应，因此在使用过
程中不需要过滤任何可见光。已知光电管内部阴极K 的金属材料发生光电效应的极限频率为
，太阳光中
的紫外线的频率为
，明火中的紫外线的频率为
，下列说法正确的是（ ）
A．
B．
C．只有明火照射到阴极K 的时间足够长，火灾报警器才启动报警
D．明火中的紫外线照射阴极K，产生的光电子的最大初动能为
7．图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极由逸出功
的金属钙制成。图乙是汞原子的能级图，
用汞原子跃迁发出的光子照射阴极，下列说法正确的是（ ）
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A．大量
能级的汞原子向低能级跃迁时只能发出4 种频率的光
B．从
能级跃迁到基态发出的光子波长最长
C．从
能级跃迁到
能级发出的光子能使金属钙发生光电效应
D．用大量
能级跃迁发出的光子照射，要使微安表示数为0，滑片P 应向a 端移动
8．在俄乌冲突中，乌境内扎波罗热核电站多次遭受炮火攻击，严重威胁其周边环境与居民生活。其中扎
波罗热核电站利用铀核裂变释放出能量，其主要核反应方程为
，如图所示原
子核的平均结合能与质量数之间的关系图线，下列说法正确的是（ ）
A．为了调节中子数目以控制反应速度，核反应堆中需要在铀棒之间插进一些石墨。当反应过于剧烈时，
将石墨棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
B．通常把核裂变物质能够发生链式反应的最大体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量
C．两个中子和两个质子结合成
核时释放能量约为
D．
核的平均核子质量大于
核的平均核子质量
9．一定强度的激光（含有三种频率的复色光）沿半径方向入射到半圆形玻璃砖的圆心O 点，如图甲所示。
现让经过玻璃砖后的A、B、C 三束光分别照射相同的光电管的阴极（如图乙所示），其中C 光照射时恰好
有光电流产生，则（ ）
A．若用B 光照射光电管的阴极，一定有光电子逸出
B．C 光比B 光更容易发生衍射现象
C．若入射光的入射角从零开始增大，C 光比B 光先消失
D．若用A 光和C 光分别照射光电管的阴极，A 光照射时逸出的光电子的最大初动能较大
10．2020 年6 月23 日北斗全球组网卫星的收官之星发射成功，其中“北斗三号”采用星载氢原子钟，通
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过氢原子的能级跃迁而产生的电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图所示，则（ ）
A．氢原子的核外电子在离原子核较近的地方出现的概率较小
B．用11eV 的光子照射，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C．用4eV 的光子照射处于n = 2 激发态的氢原子，可以使之电离
D．氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大
11．2023 年8 月24 日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核废水。核废水中的
发生衰变时
的核反应方程为
，该核反应过程中放出的能量为Q。设
的比结合能为
，
的
比结合能为
，X 的比结合能为
，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（ ）
A．在该核反应方程中，X 表示
粒子
B．该核反应过程中放出的能量
C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为
D．若把X 粒子射入匀强磁场中，它一定受到洛伦兹力作用
12．图甲为研究某金属材料的遏止电压
与入射光频率
的关系的电路图。用不同频率的光分别照射甲图
中同一光电管的阴极K，调节滑片P 测出遏止电压，并描绘Uc-
关系图如图乙所示。已知三种光的频率分
别设为
1、
2、
3，光子的能量分别为1.8eV、2.4eV、3.0eV，测得遏止电压分别为
、
、U3（图乙中未知）。则下列说法正确的是（ ）
A．普朗克常量可表达为
B．图乙中频率为
的光对应的遏止电压
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C．该阴极K 金属材料的逸出功为1.0eV
D．将电源的正负极对换，仍用频率为
的光照射阴极K 时，将滑片P 向右滑动一些，电流表示数变
大
第II 卷（非选择题 共40 分）
二、非选择题
13．（8 分）人眼对绿光最为敏感。 现有一个绿光光源以P0的功率均匀地向各个方向发射波长为λ 的绿光，
人站在离光源为L 的地方，人眼瞳孔的直径为d，不计空气对光的吸收，普朗克常量为h， 真空中光速为
c，球体表面积公式为S=4πr2。
（1）绿光光子的能量ε 为多大？单位时间内绿光源发射的光子数N 为多少？
（2）单位时间内进入人眼的光子数 n 又为多少？
14．（8 分）真空中一对平行金属板
和
正对放置，紫外线持续照射
板，有光电子从
板逸出，电子
的电量为，质量为
，普朗克常量为.
（1）在A、B 板间接一灵敏电流计（如图甲），电流计示数为
，求每秒钟到达
板的电子数
；
（2）在A、B 板间接如图电压
（如图乙）时灵敏电流计示数为零，求光电子离开
板时，光电子的物
质波波长的最小值
.
15．（12 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。
16．（12 分）反冲是常见的现象。
（1）静止的铀核（
）放出1 个动能为E 的未知粒子后，衰变为1 个钍核（
）。
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a．请写出上述衰变过程的核反应方程；
b．求反冲的钍核的动能
。（计算中可忽略质子和中子质量的差异，不考虑相对论效应）
（2）如图所示，用轻绳连接的滑块A 和B（均可视为质点）静止在光滑水平面上，其间有一被轻绳束缚
而处于压缩状态的轻质弹簧，已知滑块A 的质量为m，弹簧的弹性势能为
。请证明：滑块B 的质量M
越大，剪断轻绳，当弹簧恢复原长时，滑块A 获得的动能就越大。
（3）如图所示，以地心为参考系，质量为M 的卫星只在地球引力的作用下沿与赤道面共面的椭圆轨道运
动。卫星的发动机短暂点火可使卫星变更轨道：将质量为
的气体在极短时间内一次性向后喷出。假设
无论发动机在什么位置短暂点火，点火后喷出气体相对点火后卫星的速度大小u 都相同。如果想使点火后
卫星的动能尽可能大，请通过分析，指出最佳的点火位置。
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