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15.近代物理
选择题:1~6 题每小题4 分,7~12 题每小题6 分,共60 分
基础巩固练
1.(2024 河北卷)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明,
锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应,其中一种核反应
方程为 6
12 C+
Li+21
1H+X,式中的X 为( )
A.0
1n
B.-1
0e
C.1
0e
D.2
4He
2.(2025 重庆卷)在科学实验中可利用激光使原子减速,若一个处于基态的原子朝某方向
运动,吸收一个沿相反方向运动的能量为E 的光子后跃迁到相邻激发态,原子速度减小,
动量变为p。普朗克常量为h,光速为c,则( )
A.光子的波长为E
hc
B.该原子吸收光子后质量减少了E
c
2
C.该原子吸收光子后德布罗意波长为h
p
D.一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态
3.(多选)(2024 黑吉辽卷)X 射线光电子能谱仪是利用X 光照射材料表面激发出光电子,并
对光电子进行分析的科研仪器,用某一频率的X 光照射某种金属表面,逸出了光电子,若
增加此X 光的强度,则( )
A.该金属逸出功增大
B.X 光的光子能量不变
C.逸出的光电子最大初动能增大
D.单位时间逸出的光电子数增多
4.(2024 安徽卷)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置,其激光辐射
所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图,已
2
知紫外光的光子能量大于3.11 eV,当大量处于n=3 能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射
不同频率的紫外光有( )
A.1 种
B.2 种
C.3 种
D.4 种
5.(多选)(2025 河北保定模拟)氚核是最简单的放射性原子核,夜光手表是利用氚核衰变产
生的β 射线激发荧光物质发光。氚核发生β 衰变过程中除了产生β 粒子和新核外,还会
放出质量数和电荷数为零的反中微子。氚核的半衰期为12.5 年,下列说法正确的是(
)
A.衰变方程为1
3H
He+-1
0e+νe
B.2
3He 的比结合能小于1
3H 的比结合能
C.若有质量为168 g 的氚核,经过25 年后,剩余氚核的质量为42 g
D.氚与氧反应生成的超重水没有放射性
6.(多选)(2025 四川雅安二模)中国将在2025 年开工建设全球首座商用钍基熔盐堆,预计
2029 年投入运行,这是核能领域又一重大突破。如图是不易裂变的 90
232 Th 转化为易裂变
的 90
233 U 的过程示意图。下列说法正确的是( )
A. 90
233 Th 衰变为 91
233 Pa 是β 衰变
B. 91
233 Pa 的比结合能小于 92
233 U 的比结合能
C. 91
233 Pa 衰变为 92
233 U 放出的电子来自原子核外电子
D.可以通过升温、加压的方式改变核废料的半衰期
综合提升练
3
7.(2025 河北石家庄二模)用α 粒子轰击静止的氮核,核反应方程为α+ 7
14 N
O+X+γ。
已知γ 光子的频率为ν,氮核的质量为m1,α 粒子的质量为mα,氧核的质量为m2,X 的质量
为m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是( )
A.X 核为氘核
B.γ 光子的动量大小为hc
ν
C.释放的核能大小为(m1+mα-m2-m3)c2
D.反应后氧核和X 核的总动量等于α 粒子的初动量
8.(2025 重庆二模)北斗二期导航系统的“心脏”是上海天文台自主研发的星载氢原子钟,
它是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟的,如图为氢原子能级
图,a、b、c 为氢原子能级跃迁过程中所发出的三种光,则下列说法正确的是( )
A.氢原子从低能级向高能级跃迁时辐射光子
B.大量处于n=4 能级的氢原子向低能级跃迁时,形成的线状光谱总共有3 条亮线
C.在相同条件下,a、b、c 三种光中,b 光最容易发生明显的衍射现象
D.用b 光照射处于n=2 能级的氢原子,氢原子会发生电离
9.(2024 浙江1 月选考)氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示,此四条谱线满足巴耳末
公式1
λ=R∞(
1
2
2 - 1
n
2)(n=3,4,5,6,…)。用Hδ和Hγ光进行如下实验研究,则( )
A.照射同一单缝衍射装置,Hδ光的中央明条纹宽度宽
B.以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖,Hδ光的侧移量小
C.以相同功率发射的细光束,真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多
4
D.相同光强的光分别照射同一光电效应装置,Hγ光的饱和光电流小
10.(2025 山东青岛模拟)图甲为氢原子光谱示意图,图乙为氢原子部分能级示意图。图甲
中的Hα、Hβ、Hγ、Hδ是氢原子在可见光区的四条谱线,这四条谱线为氢原子从n≥3 能
级向n=2 能级跃迁时产生的。已知可见光的光子能量范围为1.62~3.11 eV。下列说法
正确的是( )
甲
乙
A.Hα对应的光子能量比Hγ对应的光子能量大
B.Hδ可能是氢原子从n=3 能级向n=2 能级跃迁时产生的
C.若氢原子从n=4 能级向n=3 能级跃迁,则辐射出的光属于红外线
D.若氢原子从n=2 能级向n=1 能级跃迁,则需要吸收10.2 eV 的能量
11.(2024 北京卷)产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023 年的诺贝尔物理学奖,阿秒(as)是
时间单位,1 as=1×10-18 s,阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光,提供了阿秒
量级的超快“光快门”,使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为
100 as 的阿秒光脉冲,持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速
c=3.0×108 m/s,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,下列说法正确的是( )
A.对于0.1 mm 宽的单缝,此阿秒光脉冲比波长为550 nm 的可见光的洐射现象更明显
B.此阿秒光脉冲和波长为550 nm 的可见光束总能量相等时,阿秒光脉冲的光子数更多
C.此阿秒光脉冲可以使能量为-13.6 eV(-2.2×10-18 J)的基态氢原子电离
D.为了探测原子内电子的动态过程,阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
培优拔高练
5
12.(2025 河南郑州三模)氢原子能级如图甲所示。用某一频率的光照射一群处于基态的
氢原子后向低能级跃迁时能发出6 种频率的光,分别用这些频率的光照射图乙电路的阴
极K,其中只有3 种不同频率的光a、b、c 能够发生光电效应,用如图乙所示的电路研究
光电效应规律,可得电压U 与光电流之间的关系如图丙所示,元电荷为e。下列说法正确
的是( )
甲
乙
丙
A.当滑片向左端移动时,光电流I 将增大
B.阴极K 材料的逸出功大于10.2 eV
C.a 光照射得到的光电流最弱,所以a 光光子能量最小
D.图丙中3 条图线对应的遏止电压,一定有Ub-Uc=1.89 V
6
参考答案
1.D 解析 根据质量数守恒和电荷数守恒解得X 的质量数为4,电荷数为2,故X 为2
4He,
故D 正确。
2.C 解析 光子能量公式为E=hc
λ
,解得波长λ=hc
E
,故A 错误;原子吸收光子后,能量增加
E,根据质能方程Δm= E
c
2可知,质量应增加而非减少,故B 错误;德布罗意波长公式为λ= h
p
,
题目明确吸收后原子动量为p,因此波长为h
p
,故C 正确;吸收光子跃迁需光子能量严格等
于能级差,波长更长的光子能量更低(E'= hc
λ'
<E),无法满足跃迁条件,故D 错误。
3.BD 解析 金属的逸出功是金属的自身固有属性,仅与金属自身有关,增加此X 光的强
度,该金属逸出功不变,故A 错误;根据光子能量公式ε=hν 可知增加此X 光的强度,X 光的
光子能量不变,故B 正确;根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0,可知增加此X 光的强度,
逸出的光电子最大初动能不变,故C 错误;增加此X 光的强度,单位时间照射到金属表面
的光子数变多,则单位时间逸出的光电子数增多,故D 正确。
4.B 解析 大量处于n=3 能级的氢原子向低能级跃迁时,能够辐射出不同频率的光子种
类为C3
2=3 种,辐射出光子的能量分别为ΔE1=E3-E1=12.09 eV,ΔE2=E3-E2=1.89
eV,ΔE3=E2-E1=10.2 eV,其中ΔE1>3.11 eV,ΔE2<3.11 eV,ΔE3>3.11 eV,所以辐射不同频率
的紫外光有2 种。故选B。
5.AC 解析 根据核反应质量数和电荷数守恒,核反应方程为1
3H
He+-1
0e+νe,A 正确;2
3
He 更稳定,2
3He 的比结合能大于1
3H 的比结合能,B 错误;根据m=m0(
1
2)
t
τ,可得m=168×
(
1
2)
25
12.5 g=42 g,C 正确;元素具有放射性,与元素处于单质还是化合物状态无关,D 错误。
7
6.AB 解析 90
233 Th 衰变为 91
233 Pa 满足质量数守恒和电荷数守恒,可知生成物为电子,则为
β 衰变,故A 正确; 91
233 Pa 衰变为 92
233 U 释放出能量,则生成物比反应物更稳定,即生成物 92
233
U 的比结合能大于反应物 91
233 Pa 的比结合能,故B 正确;衰变辐射出的电子来自中子转化
成一个质子和一个电子,故C 错误;放射性元素的半衰期由原子核决定,与外界的温度、
压强无关,与化学状态也无关,故D 错误。
7.C 解析 根据核电荷数守恒和质量数守恒,可得X 的电荷数为2+7-8=1,质量数为
4+14-17=1,X 核为氕核,故A 错误;γ 光子的频率为ν,可知其动量为p=h
λ = hν
c
,故B 错误;
核反应过程中的质量亏损为Δm=m1+mα-m2-m3,反应过程中释放的核能为
ΔE=Δmc2=(m1+mα-m2-m3)c2,故C 正确;根据动量守恒定律,反应后氧核和X 核以及γ 光子
的总动量等于α 粒子的初动量,故D 错误。
8.C 解析 氢原子从低能级向高能级跃迁时吸收光子,故A 错误;大量处于n=4 能级的
氢原子向低能级跃迁时,形成的线状光谱总共有C4
2=6 条谱线,故B 错误;根据公式
ε=hν=hc
λ
=Em-En可知,在相同条件下,a、b、c 三种光中,b 光的波长最长,最容易发生明显
的衍射现象,故C 正确;用b 光照射处于n=2 能级的氢原子,氢原子是否能发生电离取决
于b 光的能量是否足以使氢原子从n=2 能级跃迁到电离态,b 光的能量ΔE=E4-E2=2.55
eV<3.4 eV,因此不能使处于n=2 能级的氢原子发生电离,故D 错误。
9.C 解析 根据巴耳末公式可知,Hδ与Hγ光相比较Hγ光的波长较长,波长越长,越容易发
生明显的衍射现象,故照射同一单缝衍射装置,Hγ光的中央明条纹宽度宽,故A 错误;Hγ光
的波长较长,根据f=c
λ
,可知Hγ光的频率较小,则Hγ光的折射率较小,在平行玻璃砖的偏折
较小,Hγ光的侧移量小,故B 错误;Hγ光的频率较小,Hγ光的光子能量较小,以相同功率发射
的细光束,Hγ光的光子数较多,真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多,故C 正确;若
Hδ、Hγ光均能发生光电效应,相同光强的光分别照射同一光电效应装置,Hγ光的频率较
小,Hγ光的光子能量较小,Hγ光的光子数较多,则Hγ光的饱和光电流大,故D 错误。
8
10.C 解析 Hα谱线的波长最长,频率最小,能量最小,故Hγ对应的光子能量比Hα对应的
光子能量大,A 错误;由题图可知,四条谱线中Hδ谱线的波长最短,频率最大,而氢原子从高
能级向n=2 能级跃迁产生的光子中,从n=3 能级向n=2 能级跃迁时产生的光子能量最小,
其波长最长,频率最小,B 错误;氢原子从n=4 能级向n=3 能级跃迁时发出的光子的能量
为-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV,此能量小于可见光的能量范围,波长最长,故此光属于红外
线,C 正确;若氢原子从n=2 能级向n=1 能级跃迁,释放出能量为10.2 eV 的光子,D 错误。
11.C 解析 持续时间为t=100 as 的阿秒光脉冲,持续时间内至少包含一个完整的光波周
期,则此阿秒光脉冲的最长波长为λ=ct=30 nm<550 nm,最长波长明显小于550 nm 可见
光波长,由障碍物尺寸与波长差不多或比波长小时,衍射现象越明显,则波长为550 nm 的
可见光的衍射现象更明显,A 错误;与550 nm 的可见光相比,此阿秒光脉冲波长较短,频率
较高,由ε=hc
λ
可知此阿秒光脉冲的单个光子能量较大,故当其与550 nm 的可见光总能量
相等时,此阿秒光脉冲的光子数更少,B 错误;此阿秒光脉冲的最小频率为ν=c
λ
,则其最小
光子能量为ε=hν= h
T
=6.6×10-18 J>2.2×10-18 J,故此阿秒光脉冲可以使基态的氢原子电
离,C 正确;阿秒激光有“拍照”的功能,持续时间只有比电子的运动周期更小,才能准确
“拍摄”到电子的动态过程,D 错误。
12.D 解析 当滑片向左端移动时,施加反向电压,光电流I 将减小,故A 错误;用某一频率
的光照射一群处于基态的氢原子后向低能级跃迁时能发出6 种频率的光,可知氢原子处
于n=4 能级,且氢原子从n=4 能级向低能级跃迁时能辐射出3 种不同频率的光a、b、c
能够发生光电效应,可知这三种光为从n=4 能级向n=1 能级跃迁、n=3 能级向n=1 能级
跃迁、n=2 能级向n=1 能级跃迁辐射出的光,则阴极K 材料的逸出功大于氢原子从n=4
能级向n=2 能级跃迁时释放的能量,即W0>[-0.85-(-3.4)] eV=2.55 eV,故B 错误;a 光照射
得到的光电流最弱,说明a 光强度弱,但a 光遏止电压最大,则a 光光子频率最大,能量最
大,故C 错误;图像可知c 光遏止电压最小,则c 光为氢原子从n=2 能级向n=1 能级跃迁
9
时辐射的光子,则光子能量为ΔEc=[-3.4 -(-13.6)] eV=10.2 eV,同理,b 光为氢原子从
n=3 能级向n=1 能级跃迁时辐射的光子,则光子能量为ΔEb=[-1.51-(-13.6)]
eV=12.09 eV,根据光电效应方程,对c 光有eUc=Ek=hν-W0=ΔEc-W0,同理,对b 光有
eUb=Ek=hν-W0=ΔEb-W0,联立解得Ub-Uc=1.89 V,故D 正确。
