1/10第十六章近代物理測試卷（考試時間：90分鐘試卷滿分：100分）注意事項：1．本試卷分第I卷（選擇題）和第II卷（非選擇題）兩部分。答卷前，考生務必將自己的班級、姓名、學號填寫在試卷上。2．回答第I卷時，選出每小題答案后，將答案填在選擇題上方的答題表中。3．回答第II卷時，將答案直接寫在試卷上。第Ⅰ卷（選擇題共60分）一、選擇題（共12小題，每小題5分，共60分。在每小題給出的四個選項中，第1-8題只有一項符合題目要求，第9-12題有多項符合題目要求。全部選對的得5分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分。）1．我國自主研發的東方超環（EAST））是國際首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置，有“人造太陽”之稱。去年，EAST兩次刷新世界紀錄，實現了可重復的1.2億攝氏度101秒、7000萬攝氏度1056秒的離子體運行。“人造太陽”核反應的方程可能是（

）A． B．C． D．【答案】B【詳解】A．重核發生裂變，即核裂變核反應，故A錯誤；B．該反應是輕核聚變核反應，故B正確；C．該反應生成物有氦核，屬于衰變核，故C錯誤；D．該反應是人工核反應方程，故D錯誤。故選B。2．關于近代物理研究，下列敘述符合事實的是（）A．天然放射現象的發現，揭示了原子核是由質子和中子組成的B．同種金屬發生光電效應時，入射光的頻率越低，光電子的最大初動能越大C．盧瑟福用粒子轟擊獲得反沖核，發現了中子D．玻爾理論表明，氫原子能量越高，氫原子核外電子做圓周運動的動能越小【答案】D【詳解】A．天然放射現象證明了原子核有復雜結構，故A錯誤；B．根據可知當入射光的頻率越光電子的最大初動能越大，故B錯誤；C．盧瑟福用粒子轟擊獲得反沖核有發現了質子，故C錯誤；D．玻爾理論表明，氫原子能量越高，電子繞核運動的半徑越大；聯立可得半徑越大，動能越小，故D正確。故選D。3．目前科學家已經能夠制備出能級較高的氫原子。已知氫原子第n能級的能量eV，金屬鎢的逸出功為4.54eV，如圖是按能量大小排列的電磁波譜，其中可見光的能量區間為1.62eV～3.11eV。下列說法正確的是（

）

A．紫外線波段的光子均不能使基態氫原子電離B．氫原子躍遷時可能會輻射可見光波段的光子C．用紅外線長時間照射金屬鎢能產生光電效應D．用可見光照射處于n＝20能級的氫原子不能使其電離【答案】B【詳解】A．基態氫原子具有的能量為E1=-13.6eV，若基態氫原子電離，則需要吸收的光子能量E≥13.6eV，由題圖可知紫外線波段中明顯存在光子能量E≥13.6eV的光子，這些光子可以使基態氫原子電離，故A錯誤；B．氫原子躍遷時可能會輻射可見光波段的光子，如從2能級到3能級，故B正確；C．金屬鎢的逸出功為4.54eV，由題圖可知，紅外線的光子能量小于4.54eV，故不能讓金屬鎢產生光電效應，故C錯誤；D．能級n=20的氫原子能量為由題圖可知可見光的光子能量大于0.034eV，故可見光可以使n=20的氫原子失去一個電子變成氫離子，故D錯誤。故選B。4．裝修石材通常具有一定的輻射，主要是因為其中含有放射性元素氡，氡核（）發生一次衰變后生成新核釙（），放出一個粒子X及一個光子。氡的半衰期為天，下列說法正確的是（）A．X為粒子 B．X與光子均屬于實物粒子C．釙核的比結合能比氡核大 D．石材中氡經過天會全部衰變完【答案】C【詳解】A．新核釙（）的電荷數比氡核（）小2，而質量小4，根據電荷數和質量數守恒，可得放出的粒子X的電荷數為2，質量數為4，是粒子，A錯誤；B．光子是電磁波，不是實物粒子，B錯誤；C．衰變過程有質量虧損，核子的比結合能變大，C正確；D．每經過一個半衰期，原子核有半數發生衰變，這個一半是指當前的一半，故經過兩個半衰期，氡會剩下四分之一，故D錯誤。故選C。5．光子既有能量又有動量，當物體表面對光產生反射或折射時，光的動量被改變，光對物體會產生力的作用。如圖所示，一束功率為P的激光束照射到透明介質小球上時，若忽略光的吸收和反射，經兩次折射后，光的傳播方向改了，則光對介質小球的作用力為（光子的能量E和動量p之間的關系是，其中c為光速（）

A． B． C． D．【答案】A【詳解】在時間內，有能量的光被介質球折射，其動量為因光的傳播方向改了，即光的動量方向改變了，其動量變化量所以光束受介質球的作用力為則其反作用力也為。故選A。6．用紫外光電管制作的火災報警器的靈敏度非常高，只有當明火中的紫外線照射到光電管的陰極K時才啟動報警，因此被稱為“火焰發現者”，它對可見光以及太陽光中的紫外線完全沒有反應，因此在使用過程中不需要過濾任何可見光。已知光電管內部陰極K的金屬材料發生光電效應的極限頻率為，太陽光中的紫外線的頻率為，明火中的紫外線的頻率為，下列說法正確的是（）A．B．C．只有明火照射到陰極K的時間足夠長，火災報警器才啟動報警D．明火中的紫外線照射陰極K，產生的光電子的最大初動能為【答案】A【詳解】B．光電管對太陽光中的紫外線完全沒有反應，說明小于，故B錯誤；AD．明火中的紫外線照射到光電管的陰極K時發生光電效應，火災報警器啟動報警，說明大于，產生的光電子的最大初動能為，故A正確，D錯誤；C．只要發生火災，當明火中的紫外線照射到陰極K時，立即就能發生光電效應，火災報警器立即報警，無須照射足夠長時間，故C錯誤。故選A。7．圖甲是研究光電效應的實驗原理圖，陰極由逸出功的金屬鈣制成。圖乙是汞原子的能級圖，用汞原子躍遷發出的光子照射陰極，下列說法正確的是（）

A．大量能級的汞原子向低能級躍遷時只能發出4種頻率的光B．從能級躍遷到基態發出的光子波長最長C．從能級躍遷到能級發出的光子能使金屬鈣發生光電效應D．用大量能級躍遷發出的光子照射，要使微安表示數為0，滑片P應向a端移動【答案】D【詳解】A．大量能級的汞原子向低能級躍遷時只能發出頻率的光，故A錯誤；B．由公式；；可知光的能量越小，光的波長越長，結合能級圖容易知道并不是從能級躍遷到基態發出的光子的能量最小，所以從能級躍遷到基態發出的光子波長不是最長的，故B錯誤；C．由可知從能級躍遷到能級發出的光子的能量為2.80eV，小于金屬鈣的逸出功，所以不能使金屬鈣發生光電效應，故C錯誤；D．大量能級躍遷發出的光子照射，當滑片P應向a端移動，有O點電勢比a點的高，所以這時加在光電管的電壓為反向電壓，即K極加正極。所以有可能使得微安表示數為0，故D正確。故選D。8．在俄烏沖突中，烏境內扎波羅熱核電站多次遭受炮火攻擊，嚴重威脅其周邊環境與居民生活。其中扎波羅熱核電站利用鈾核裂變釋放出能量，其主要核反應方程為，如圖所示原子核的平均結合能與質量數之間的關系圖線，下列說法正確的是（

）

A．為了調節中子數目以控制反應速度，核反應堆中需要在鈾棒之間插進一些石墨。當反應過于劇烈時，將石墨棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些B．通常把核裂變物質能夠發生鏈式反應的最大體積叫作它的臨界體積，相應的質量叫作臨界質量C．兩個中子和兩個質子結合成核時釋放能量約為D．核的平均核子質量大于核的平均核子質量【答案】C【詳解】A．為了調節中子數目以控制反應速度，核反應堆中需要在插棒之間插進一些鎘棒，當反應過于劇烈時，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈式反應的速度就會慢一些，故A錯誤；B．通常把核裂變物質能夠發生鏈式反應的最小體積叫作它的臨界體積，相應的質量叫作臨界質量，B錯誤；C．根據圖像可知平均結合能約為，所以兩個中子和兩個質子結合成核時釋放能量約為故C正確；D．核的比結合能大于核的比結合能，所以核的平均核子質量小于核的平均核子質量，故D錯誤。故選C。9．一定強度的激光（含有三種頻率的復色光）沿半徑方向入射到半圓形玻璃磚的圓心O點，如圖甲所示。現讓經過玻璃磚后的A、B、C三束光分別照射相同的光電管的陰極（如圖乙所示），其中C光照射時恰好有光電流產生，則（

）A．若用B光照射光電管的陰極，一定有光電子逸出B．C光比B光更容易發生衍射現象C．若入射光的入射角從零開始增大，C光比B光先消失D．若用A光和C光分別照射光電管的陰極，A光照射時逸出的光電子的最大初動能較大【答案】CD【詳解】由圖甲可得，三種頻率的光，其中B光和C光為單色光，C光的折射率大，頻率高；A光除了BC光的反射光線外，還含有第三種頻率的光，為三種光的復合光。A．根據幾何光學知識可知，B光和C光中C光偏折程度較大，C光的折射率大，頻率高，C光照射光電管恰好有光電流產生，用B光照射同一光電管，不能發生光電效應，故A錯誤；B．因C光的頻率大，波長小，則C光比B光更不容易發生衍射現象，選項B錯誤；C．根據可知，C光的臨界角較小，若入射光的入射角從0開始增大，C光比B光先消失，故C正確；D．A光為三種頻率的復合光，但A光中某頻率的光發生了全反射，其臨界角最小，折射率最大，頻率最大，則A光和C光分別照射，光電管的陰極時，A光打出的光電子的最大初動能較大，故D正確；故選CD。10．2020年6月23日北斗全球組網衛星的收官之星發射成功，其中“北斗三號”采用星載氫原子鐘，通過氫原子的能級躍遷而產生的電磁波校準時鐘。氫原子的部分能級結構如圖所示，則（

）A．氫原子的核外電子在離原子核較近的地方出現的概率較小B．用11eV的光子照射，能使處于基態的氫原子躍遷到激發態C．用4eV的光子照射處于n=2激發態的氫原子，可以使之電離D．氫原子由基態躍遷到激發態后，核外電子動能減小，原子的電勢能增大【答案】CD【詳解】A．氫原子的核外電子在離原子核近的地方，概率大，A錯誤；B．讓基態的氫原子躍遷到激發態，至少需要的能量是E=E2－E1=－3.4eV－(－13.6)eV=10.2eV或者E′=E3－E1=－1.51eV－(－13.6)eV=12.09eV則11eV不滿足兩能級間的差值，不能使處于基態的氫原子躍遷到激發態，B錯誤；C．若使處于n=2激發態的氫原子，光子的能量至少為3.4eV，用4eV的光子照射，可以使之電離，C正確；D．氫原子由基態躍遷到激發態后，核外電子運動到離原子核更遠的地方，動能減小，原子的電勢能增大，D正確。故選CD。11．2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福島第一核電站的核廢水。核廢水中的發生衰變時的核反應方程為，該核反應過程中放出的能量為Q。設的比結合能為，的比結合能為，X的比結合能為，已知光在真空中的傳播速度為c，則下列說法正確的是（）A．在該核反應方程中，X表示粒子B．該核反應過程中放出的能量C．該核反應過程中的質量虧損可以表示為D．若把X粒子射入勻強磁場中，它一定受到洛倫茲力作用【答案】AC【詳解】A．在該核反應方程中，根據質量數和電荷數守恒可知，X的質量數為4，電荷數為2，為粒子，選項A正確；B．該核反應過程中放出的能量故B錯誤；C．根據愛因斯坦質能方程可知解得，核反應過程中的質量虧損為故C正確；D．X的速度與勻強磁場方向平行時，不受洛倫茲力作用，故D錯誤。故選AC。12．圖甲為研究某金屬材料的遏止電壓與入射光頻率的關系的電路圖。用不同頻率的光分別照射甲圖中同一光電管的陰極K，調節滑片P測出遏止電壓，并描繪Uc-關系圖如圖乙所示。已知三種光的頻率分別設為1、2、3，光子的能量分別為1.8eV、2.4eV、3.0eV，測得遏止電壓分別為、、U3（圖乙中未知）。則下列說法正確的是（）A．普朗克常量可表達為B．圖乙中頻率為的光對應的遏止電壓C．該陰極K金屬材料的逸出功為1.0eVD．將電源的正負極對換，仍用頻率為的光照射陰極K時，將滑片P向右滑動一些，電流表示數變大【答案】BC【詳解】A．由光電效應方程可求得故A錯誤；C．由代入數據，得故C正確；B．由代入數據，得遏止電壓故B正確；D．將電源的正負極對換，用頻率為的光照射陰極K時，加在光電管上的電壓會使光電子加速，將滑片P向右滑動一些，加速電壓變大，電流表示數可能增大，也可能不變，故D錯誤。故選BC。第II卷（非選擇題共40分）二、非選擇題13．（8分）人眼對綠光最為敏感。現有一個綠光光源以P0的功率均勻地向各個方向發射波長為λ的綠光，人站在離光源為L的地方，人眼瞳孔的直徑為d，不計空氣對光的吸收，普朗克常量為h，真空中光速為c，球體表面積公式為S=4πr2。（1）綠光光子的能量ε為多大？單位時間內綠光源發射的光子數N為多少？（2）單位時間內進入人眼的光子數n又為多少？【答案】（1），；（2）【詳解】（1）綠光光子的能量根據得單位時間內綠光源發射的光子數（2）單位時間內進入人眼的光子數14．（8分）真空中一對平行金屬板和正對放置，紫外線持續照射板，有光電子從板逸出，電子的電量為，質量為，普朗克常量為.（1）在A、B板間接一靈敏電流計（如圖甲），電流計示數為，求每秒鐘到達板的電子數；（2）在A、B板間接如圖電壓（如圖乙）時靈敏電流計示數為零，求光電子離開板時，光電子的物質波波長的最小值.

【答案】（1）；（2）【詳解】（1）設每秒鐘到達B板的電子個數為N，電荷量為根據電流的定義式得其中t=1s，可得（2）以具有最大動能的電子為研究對象，當其速度減小到0時，電子恰好運動到接近B板，設其最大動能為Ekm；根據動能定理得光電子的物質波波長為其中聯立解得15．（12分）在火星上太陽能電池板發電能力有限，因此科學家們用放射性材料——PuO2作為發電能源為火星車供電（PuO2中的Pu是）。已知衰變后變為和粒子。若靜止的在勻強磁場中發生衰變，粒子的動能為E，粒子的速度方向與勻強磁場的方向垂直，在磁場中做勻速圓周運動的周期為，衰變放出的光子的動量可忽略，衰變釋放的核能全部轉化為和粒子的動能。已知光在真空中的傳播速度c．求：（1）衰變過程中的質量虧損；（2）從開始衰變到和粒子再次相遇的最短時間t。【答案】（1）；（2）【詳解】（1）α衰變方程為根據動量守恒定律可知α粒子和鈾核的動量大小相等，設為p，α粒子的動能鈾核的動能則所以釋放能量為且解得（2）根據周期方程；因為想再次相遇，必然是在裂變的切點處，所以每個粒子運動的時間必須為整數周期，這樣就應有△t=nT0＝mTU，而n、m必須為整數，所以根據T0與TU的比例關系，則必須n=117或m=92，這就意味著△t=117T0所以相遇最短時間16．（12分）反沖是常見的現象。（1）靜止的鈾核（）放出1個動能為E的未知粒子后，衰變為1個釷核（）。a．請寫出上述衰變過程的核反應方程；b．求反沖的釷核的動能。（計算中可忽略質子和中子質量的差異，不考慮相對論效應）（2）如圖所示，用輕繩連接的滑塊A和B（均可視為質點）靜止在光滑水平面上，其間有