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第十六章 近代物理
（考试时间：75 分钟 试卷满分：100 分）
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡
皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
第Ⅰ卷(选择题，共40 分)
一、单项选择题(本题共4 小题，每小题4 分，共16 分。在每个小题给出的四个选项中，只有一个选项符
合题意；选对的得4 分，错选或不选的得0 分)
1．
光电效应实验中，增大入射光强度但频率不变，则（ ）
A．光电子最大初动能增大
B．饱和光电流增大
C．遏止电压增大
D．逸出功增大
【答案】B
【详解】A．光电子最大初动能由入射光频率和逸出功决定（
），频率不变且逸出功不变，故
最大初动能不变，A 错误；
B．饱和光电流与入射光强度成正比，增大光强度使单位时间逸出的光电子数增加，故B 正确；
C．遏止电压由最大初动能决定（
），因最大初动能不变，故遏止电压不变，C 错误；
D．逸出功是金属材料的固有属性，与入射光无关，故D 错误。
故选B。
2．我国三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程所在的福清核电站到2024 年11 月已累计安全发电超
过3000 亿度，发电规模创历史新高。“华龙一号”反应堆中一个重要的核反应方程是
。下列说法正确的是（ ）
A．X 为质子
B．该核反应为聚变反应
C．
原子核中有56 个中子
D．
的比结合能大于
的比结合能
1
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【答案】D
【详解】A．根据电荷数守恒和质量数守恒可知X 为中子，故A 错误；
B．该核反应为裂变反应，故B 错误；
C．
原子核中有56 个质子，88 个中子，故C 错误；
D．由于该反应释放能量，生成的新原子核
比
更稳定，故
的比结合能大于
的比结合能，
故D 正确。
故选D。
3．已知放射性元素
从10g 减少到5g 需要经过3.8 天，则
再从5g 减少到1.25g 需要的天数为（
）
A．3.8 天
B．7.6 天
C．1.25 天
D．5 天
【答案】B
【详解】
从10g 减少到5g 用了3.8 天，说明其半衰期
从5g 减少到1.25g，由
解得
，故选B。
4.2024 年9 月，苏州大学研究团队发明了一种锕系微型核电池。该电池主要利用镅
发生α 衰变释放
的核能转化为电能，其核反应方程为
，下列说法正确的是（ ）
A．X 原子核的核电荷数为93
B．X 原子核的质量数为241
C．α 射线穿透能力比γ 射线强
D．α 射线电离能力比γ 射线弱
【答案】A
【详解】AB．根据质量数与核电荷数守恒，可得X 的质量数为243−4=239，电荷数为95−2=93，所以X 的
核电荷数为93，故A 正确，B 错误；
C．α 射线穿透能力最弱，γ 射线穿透能力最强，所以α 射线穿透能力比γ 射线弱，故C 错误；
D．α 射线电离能力最强，γ 射线电离能力最弱，所以α 射线电离能力比γ 射线强，故D 错误。
2
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故选A。
二、多项选择题(本题共4 小题，每小题6 分，共24 分。在每个小题给出的四个选项中，有多个选项符合
题意，全部选对的得6 分，选对而不全的得3 分，错选或不选的得0 分)
5．
如图甲所示，某款条形码扫描探头上装有发光二极管和光电管，工作原理图如图乙。打开扫
描探头，发光二极管发出红光。将探头对准条形码移动，红光遇到条形码的黑色线条时，光几乎全部被吸
收；遇到白色空隙时光被大量反射到探头上，光电管发生光电效应产生光电流。通过信号处理系统，条形
码就被转换成了脉冲电信号，则（ ）
A．扫描探头在条形码上移动的速度不能太快，否则光电管来不及发生光电效应
B．若仅将扫描探头的发光强度增大，光电子的最大初动能不变
C．若仅将发光二极管换为发蓝光，也能发生光电效应
D．若将发光二极管发出的光的频率减小，只要照射时间够长，也一定能正常识别条形码
【答案】BC
【详解】A．光照到光电管发生光电效应是瞬间的，即立刻产生光电子，故A 错误；
B．根据爱因斯坦光电效应方程
，光电子的最大初动能与发光的频率有关，发光强度变强时，
发光频率不变，最大初动能不变，故B 正确；
C．仅将发光二极管换为发蓝光，频率变高，一定能发生光电效应，故C 正确；
D．仅将发光二极管频率变减小，不一定超过截止频率，不一定能发生光电效应，所以不一定能识别条形
码，故D 错误。
故选BC。
6．氢原子能级图如图所示，下列说法正确的是（ ）
3
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A．一个处于
能级的氢原子最多可辐射出2 种频率的光子跃迁到基态
B．处于基态的氢原子可吸收10.0eV 的能量跃迁到激发态
C．一群处于
能级的氢原子可辐射出10 种频率的光子
D．能量差值不同，辐射的光子频率可能相同
【答案】AC
【详解】A．一个处于
能级的激发态的氢原子，最多只能从n=3 跃迁到n=2，然后再从n=2 跃迁到
n=1，能发出2 种不同频率的光子，A 正确；
B．处于基态的氢原子吸收10.0eV 的能量不是某个能级的能量，不能跃迁到激发态，B 错误；
C．一群处于
能级的氢原子可辐射出
10 种频率的光子，C 正确；
D．能量差值不同，
，辐射的光子频率不相同，D 错误。
故选AC。
7.宇宙射线进入地球大气层时同大气作用产生中子，中子撞击大气中的
会引发核反应产生具有放射性
的
，
能自发地衰变为
，半衰期为5730 年。下列说法正确的是（ ）
A．
衰变辐射出的粒子来自于碳原子核内的中子
B．
发生的是
衰变
C．由于温室效应，
的半衰期会发生微小变化
D．衰变反应时释放能量，新核的比结合能比
的大
【答案】AD
4
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【详解】B．根据电荷数守恒、质量数守恒，可得核反应方程为
故
发生的是衰变，故B 错误；
A．
发生的是衰变，衰变辐射出的粒子来自于碳原子核内的中子转变成质子时放出的电子，故A 正确；
C．外界条件不会引起半衰期发生变化，故C 错误；
D．衰变反应时释放能量，新核更稳定，新核的比结合能比
的大，故D 正确。
故选AD。
8．
如图是密立根于1916 年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率
的实验曲线，
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（ ）
A．钠的逸出功为
B．钠的截止频率为
C．图中直线的斜率为
D．遏止电压Uc与入射光频率
成正比
【答案】AC
【详解】A．根据遏止电压与最大初动能的关系有
根据电效应方程有
当结合图像可知，当
为0 时，解得
5
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故A 正确；
B．根据遏止电压与最大初动能的关系有
根据电效应方程有
当结合图像可知，当
为0 时，解得
故B 错误；
C．结合遏止电压与光电效应方程可解得
可知，图中直线的斜率表示
，故C 正确；
D．根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压
与入射光频率
成线性关系，不是成正比，故
D 错误。
故选AC。
第Ⅱ卷(非选择题，共60 分)
三、填空题(本题共3 小题，共9 分)
9．(3 分)中国的核聚变研究已进入世界前列，主要利用2 个氘核聚变成
，被称为人造太阳，已知氘核
的质量为
，
的质量为
，中子质量为
，质子的质量为
，α 粒子的质量为
，光在真空中的传
播速度为c，补充完整该核反应方程：
，该核反应中释放出的核能为 （用
题中的字母表示）
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【答案】
【详解】[1]该核反应方程
[2]核反应中释放出的核能为
10．(3 分)2025 年4 月，我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着第四代核电技术
取得重大突破。该技术利用钍核（
）俘获1 个中子（
）后，经过 次β 衰变，最终转变为
可裂变的铀核（
）。已知
的半衰期为16 万年，则初始质量为0.5g 的
经过32 万年后还剩
g。
【答案】 2 0.125
【详解】[1]根据题意可知，钍核每俘获1 个中子质量数加1，电荷数不变，每发生一次β 衰变，质量数不
变，电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1 个中子，发生2 次β 衰变；
[2]32 万年即经过两个半衰期，所以剩余质量为
11.(3 分)为氢原子在可见光区域的光谱线，红色的
线，蓝绿色的
线，青色的
线，紫绿色的
线。
根据玻尔原子理论，
是氢原子从第 能级跃迁到第2 能级产生的光谱线，该能级的轨道半径与第2
能级轨道半径之比为 ，
与
光谱线对应的光子的能量之比为 （已知氢原子能级公式
，轨道半径公式
）
【答案】 3 9：4 25：28
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【详解】[1]因为红色的
线波长最长，光子能量最小，所以能级差最小，所以，
是氢原子从第3 能级
跃迁到第2 能级产生的光谱线；
[2]根据轨道半径公式
可知该能级的轨道半径与第2 能级轨道半径之比为9：4。
[3]由图可知
线是从第4 能级跃迁到第2 能级产生的，
线是从第5 能级跃迁到第2 能级产生的，所以
与
光谱线对应的光子的能量分别为
，
则
与
光谱线对应的光子的能量之比为25：28。
四、实验题(本题共2 小题，共16 分)
12.(6 分)美国物理学家密立根利用如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实
验．如图，两块水平放置的金属板A、B 分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，
板间油滴P 由于带负电悬浮在两板间保持静止．
（1）若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有
．
A．油滴质量m B．两板间的电压U
C．两板间的距离d D．两板的长度L
（2）用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q= （已知重力加速度为g）
（3）在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数
倍，这个最小电荷量被认为是元电荷．关于元电荷下列说法正确的是( )
A．油滴的电荷量可能是
C B．油滴的电荷量可能是
C
C．元电荷就是电子 D．任何带电体所带电荷量可取任意值
【答案】 ABC
B
【分析】平行金属板板间存在匀强电场，根据公式U=Ed 求出两板电势差，液滴恰好处于静止状态，电场
力与重力平衡，由平衡条件求解；
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【详解】解：(1)平行金属板板间存在匀强电场，液滴恰好处于静止状态，电场力与重力平衡，则有
，所以需要测出的物理量有油滴质量m，两板间的电压U，两板间的距离d；
故选ABC．
(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量
(3)在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，
这个最小电荷量被认为是元电荷，其值为
，故B 正确，A、C、D 错误；
故选B．
13.(10 分)某同学要探究“光电效应的饱和光电流”的实验规律，根据实验需要设计了电路如图甲所示。图
甲中直流电源的正负极可以调节，
、
是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的截止频率为
，元电
荷为，普朗克常量为。
(1)为了达到实验目的，直流电源的正极应该接在 （选涂“A．1”、“B．2”）进行实验。
(2)实验时，将电路图中的滑动变阻器的滑片移到最左端，用频率为
（大于
）的光照射在阴极上，此时
会看到电压表的示数 （选涂“A．为零”、“B．不为零”），电流表的示数 （选涂“A．为
零”、“B．不为零”），将滑动变阻器的滑片逐渐向右移，会看到电流表的示数变化情况是逐渐变大后
不变。
(3)将电源反接，仍将滑动变阻器的滑片从左向右移，当电流表的示数刚好减为零时，理论上电压表的示数
应为
（用、、
、
表示）。
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(4)换用频率为
的单色光进行第二次实验，两次实验测得多组电压表示数和电流表示数，在同一坐标系中
作
图像如图乙所示，若
，则第一次实验作出的图像应是 （选涂“A．a”、“B．b”）图像。
【答案】(1)B
(2) A B
(3)
(4)B
【详解】（1）为了达到实验目的，光电管两端应接正向电压，也就是直流电源的正极应接在“2”上。
故选B。
（2）[1] 将电路图中的滑动变阻器的滑片移到最左端，用频率为
（大于
）的光照射在阴极上，光电管
被短接，光电管的正向电压为零，即此时会看到电压表的示数为零。
[2]因为
，会发生光电效应，则电流表的示数不为零。
（3）将电源反接，仍将滑动变阻器的滑片从左向右移，当电流表的示数刚好减为零时，则
由光电效应方程得
，
由以上三式联立得
所以
（4）由
可知
越大，U 越大，所以第一次实验作出的图像应是b。
故选B。
五、计算题(本题共3 小题，共35 分。要有必要的文字说明和演算步骤。有数值计算的要注明单位)
14．(10 分)小明用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克
常量h＝6.63×10－34 J·s。(计算结果保留3 位有效数字)
(1)图甲中电极A 为光电管的什么极；
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(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν 之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc和逸出功W0分
别是多少；
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek是多少。
【答案】(1)阳极；(2)5.20×1014 Hz；3.45×10－19 J；(3)1.19×10－19 J
【详解】(1)由光电管的结构知，A 为阳极。
(2)Ucν 图像中横轴的截距表示截止频率，则
νc＝5.20×1014 Hz
逸出功
W0＝hνc≈3.45×10－19 J
(3)由爱因斯坦的光电效应方程得
Ek＝hν－W0≈1.19×10－19 J
15．(12 分)（2023·江苏·高考真题）“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
。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。
【答案】（1）
，
；（2）
【详解】（1）由题意可知每个光子的动量为
每个光子的能量为
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（2）太阳均匀地向各个方向辐射硬X 射线，根据题意设t 秒发射总光子数为n，则
可得
所以t 秒辐射光子的总能量
太阳辐射硬X 射线的总功率
16．(13 分)花岗岩、砖砂、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
射线像小“炸弹”一样击肺细胞，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
衰变生成新核钋（Po），此过程动量守恒且释放的能量全部转化为
粒子和钋核的动
能已知m 氡=222.0866u，mα=4.0026u，m 钋=218.0766u，1u 相当于931MeV 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
；
（3）求
粒子的动能Eka。
【答案】（1）
；（2）6.89MeV；（3）6.77MeV
【详解】（1）根据质量数和电荷数守恒有
（2）质量亏损
解得
=0.0074×931MeV=6.89MeV
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（3）设
粒子、钋核的动能分别为
、Ek 钋，动量分别为
、p 钋，由能量守恒定律得
由动量守恒定律得
0=
+p 钋
又
故
解得
13
