2019年高考物理備考 優(yōu)生百日闖關(guān)系列 專題13 近代物理初步(含解析).docx
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專題13 近代物理初步 第一部分名師綜述 綜合分析近幾年的高考物理試題發(fā)現(xiàn),試題在考查主干知識(shí)的同時(shí),注重考查必修中的基本概念和基本規(guī)律。 考綱要求 1、知道什么是光電效應(yīng),理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律;會(huì)利用光電效應(yīng)方程計(jì)算逸出功、極限頻率、最大初動(dòng)能等物理量;知道光的波粒二象性,知道物質(zhì)波的概念. 2、知道兩種原子結(jié)構(gòu)模型,會(huì)用玻爾理論解釋氫原子光譜;掌握氫原子的能級(jí)公式并能結(jié)合能級(jí)圖求解原子的躍遷問(wèn)題。 3、掌握原子核的衰變、半衰期等知識(shí);會(huì)書寫核反應(yīng)方程,并能根據(jù)質(zhì)能方程求解核能問(wèn)題. 命題規(guī)律 1、光電效應(yīng)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)規(guī)律和光電效應(yīng)方程,光的波粒二象性和德布羅意波是理解的難點(diǎn),也是考查的熱點(diǎn),一般以選擇題形式出現(xiàn),光電效應(yīng)方程可能會(huì)以填空題或計(jì)算題形式出現(xiàn)。 2、核式結(jié)構(gòu)、玻爾理論、能級(jí)公式、原子躍遷條件在選做題部分出現(xiàn)的幾率將會(huì)增加,可能單獨(dú)命題,也可能與其它知識(shí)聯(lián)合出題. 3、半衰期、質(zhì)能方程的應(yīng)用、計(jì)算和核反應(yīng)方程的書寫是高考的熱點(diǎn)問(wèn)題,試題一般以基礎(chǔ)知識(shí)為主,較簡(jiǎn)單. 第二部分精選試題 一、單選題 1.盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,這一模型建立的基礎(chǔ)是 A.α粒子的散射實(shí)驗(yàn) B.對(duì)陰極射線的研究 C.天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) D.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 【答案】 A 【解析】 盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型是根據(jù)a粒子的散射實(shí)驗(yàn)提出來(lái)的,A正確。 2.托卡馬克(Tokamak)是一種復(fù)雜的環(huán)形裝置,結(jié)構(gòu)如圖所示。環(huán)心處有一歐姆線圈,四周是一個(gè)環(huán)形真空室,真空室外部排列著環(huán)向場(chǎng)線圈和極向場(chǎng)線圈。當(dāng)歐姆線圈中通以變化的電流時(shí),在托卡馬克的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的渦旋電場(chǎng),將真空室中的等離子體加速,從而達(dá)到較高的溫度。再通過(guò)其他方式的進(jìn)一步加熱,就可以達(dá)到核聚變的臨界溫度。同時(shí),環(huán)形真空室中的高溫等離子體形成等離子體電流,與極向場(chǎng)線圈、環(huán)向場(chǎng)線圈共同產(chǎn)生磁場(chǎng),在真空室區(qū)域形成閉合磁籠,將高溫等離子體約束在真空室中,有利于核聚變的進(jìn)行。已知真空室內(nèi)等離子體中帶電粒子的平均動(dòng)能與等離子體的溫度T成正比,下列說(shuō)法正確的是 A.托卡馬克裝置中核聚變的原理和目前核電站中核反應(yīng)的原理是相同的 B.極向場(chǎng)線圈和環(huán)向場(chǎng)線圈的主要作用是加熱等離子體 C.歐姆線圈中通以恒定電流時(shí),托卡馬克裝置中的等離子體將不能發(fā)生核聚變 D.為了約束溫度為T的等離子體,所需要的磁感應(yīng)強(qiáng)度B必須正比于溫度T 【答案】 C 【解析】 【詳解】 A、目前核電站中核反應(yīng)的原理是核裂變,原理不同,故A錯(cuò)誤; B、極向場(chǎng)線圈、環(huán)向場(chǎng)線圈主要作用是將高溫等離子體約束在真空室中,有利于核聚變的進(jìn)行,故B錯(cuò)誤; C、歐姆線圈中通以恒定的電流時(shí),產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),恒定的磁場(chǎng)無(wú)法激發(fā)電場(chǎng),則在托卡馬克的內(nèi)部無(wú)法產(chǎn)生電場(chǎng),等離子體無(wú)法被加速,因而不能發(fā)生核聚變,故C正確。 D、帶電粒子的平均動(dòng)能與等離子體的溫度T成正比,則T∝12mv2,由洛倫茲力提供向心力,則qvB=mv2R,則有B∝T,故D錯(cuò)誤。 3.一對(duì)正、負(fù)電子可形成一種壽命比較短的稱為“電子偶素”的新粒子。電子偶素中的正電子與負(fù)電子都以速率v繞它們連線的中點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)。假定玻爾關(guān)于氫原子的理論可用于電子偶素,電子的質(zhì)量m、速率v和正、負(fù)電子間的距離r的乘積也滿足量子化條件,即mvnrn=nh2π,式中n稱為量子數(shù),可取整數(shù)值1、2、3、,h為普朗克常量。已知靜電力常量為k,電子質(zhì)量為m、電荷量為e,當(dāng)它們之間的距離為r時(shí),電子偶素的電勢(shì)能Ep=-ke2r,則關(guān)于電子偶素處在基態(tài)時(shí)的能量,下列說(shuō)法中正確的是() A.π2k2e4mh2 B.π2k2e2mh2 C.-π2k2e4mh2 D.-π2k2e2mh2 【答案】 C 【解析】 【分析】 正電子與負(fù)電子都以速率v繞它們連線的中點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng),兩者間的庫(kù)侖力充當(dāng)向心力;結(jié)合題中量子化的條件,可得n=1時(shí)正、負(fù)電子間的距離r1、電子的速率v1。求出n=1時(shí)兩個(gè)電子的動(dòng)能和電子偶素的電勢(shì)能可得電子偶素處在基態(tài)時(shí)的能量。 【詳解】 設(shè)n=1時(shí)正、負(fù)電子間的距離為r1、電子的速率為v1,則ke2r12=mv12r12,由量子化條件可得mv1r1=h2π,聯(lián)立解得:v1=πke2h、r1=h22kmπ2e2。每個(gè)電子的動(dòng)能Ek=12mv12,系統(tǒng)的電勢(shì)能EP=-ke2r1,則電子偶素處在基態(tài)時(shí)的能量E1=2Ek+EP,解得:E1=-π2k2e4mh2。故C項(xiàng)正確,ABD三項(xiàng)錯(cuò)誤。 4.已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1,激發(fā)態(tài)能量為En=E1n2,其中n=2,3,4…已知普朗克常量為h,則下列說(shuō)法正確的是( ) A.氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)后,核外電子動(dòng)能增大,原子的電勢(shì)能減小 B.基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子被電離后,電子速度大小為2(hν-E1)m C.大量處于n=3的激發(fā)態(tài)的氫原子,向低能級(jí)躍遷時(shí)可輻射出3種不同頻率的光 D.若原子從n=6能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí)所產(chǎn)生的電磁波能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則原子從n=6能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)所產(chǎn)生的電磁波也一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) 【答案】 C 【解析】 【詳解】 A、氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)后,核外電子的動(dòng)能減小,電勢(shì)能增大,總能量增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤; B、基態(tài)的氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子被電離后,最大動(dòng)能為Ekm=hν-E1,設(shè)電子的最大速度為vm,則vm=2(hν-E1)m,選項(xiàng)B錯(cuò)誤; C、大量處于n=3的激發(fā)態(tài)的氫原子,向低能級(jí)躍遷可能輻射的光線的條數(shù)C32=3種,選項(xiàng)C正確; 從n=6能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷產(chǎn)生的電磁波能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則從n=6能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷產(chǎn)生的電磁波不一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 故選C 5.如圖所示,靜止的92238U核發(fā)生衰變后生成反沖Th核,兩個(gè)產(chǎn)物都在垂直于它們的速度方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是:( ) A.衰變方程可表示為92238U→90234Th+24He B.Th核和粒子的圓周軌道半徑之比為1:45 C.Th核和粒子的動(dòng)能之比為1:45 D.Th核和粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)的方向相同 【答案】 C 【解析】 【詳解】 由電荷守恒及質(zhì)量守恒可知,衰變方程可表示為92238U→90234Th+24He,故A正確;粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),洛倫茲力作向心力,所以有,R=mvqB;而P=mv相同、B相同,故Th核和α粒子的圓周軌道半徑之比RThRα=290=145,故B正確;由動(dòng)量守恒可得衰變后vThvα=mαmTh=4234,所以Th核和α粒子的動(dòng)能之比EkThEkα=EkThEkα=12mThvTh212mαvα2=4234=2117,故C錯(cuò)誤;Th核和α粒子都帶正電荷,所以在圖示勻強(qiáng)磁場(chǎng)中都是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),故D正確;此題選擇錯(cuò)誤的選項(xiàng),故選C。 【點(diǎn)睛】 此題類似反沖問(wèn)題,結(jié)合動(dòng)量守恒定律和軌道半徑公式討論;寫衰變方程時(shí)要注意電荷、質(zhì)量都要守恒即反應(yīng)前后各粒子的質(zhì)子數(shù)總和不變,相對(duì)原子質(zhì)量總數(shù)不變,但前后結(jié)合能一般發(fā)生改變。 6.紫外光電管是利用光電效應(yīng)原理對(duì)油庫(kù)等重要場(chǎng)所進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警的裝置,其工作電路如圖所示,其中A為陽(yáng)極,K為陰極,只有當(dāng)明火中的紫外線照射到Κ極時(shí),c、d端才會(huì)有信號(hào)輸出。已知地球表面太陽(yáng)光中紫外線波長(zhǎng)主要在315nm-400nm之間,而明火中的紫外線波長(zhǎng)主要在200nm-280nm之間,下列說(shuō)法正確的是 A.要實(shí)現(xiàn)有效報(bào)警,照射光電管的紫外線波長(zhǎng)應(yīng)大于280nm B.明火照射到搬時(shí)間要足夠長(zhǎng),c、d端才有輸出電壓 C.僅有太陽(yáng)光照射光電管時(shí),c、d端輸出的電壓為零 D.火災(zāi)報(bào)警時(shí),照射光電管的紫外線波長(zhǎng)越大,逸出的光電子最大初動(dòng)能越大 【答案】 C 【解析】A、根據(jù)題意要實(shí)現(xiàn)有效報(bào)警,照射光電管的紫外線波長(zhǎng)應(yīng)介于200nm-280nm之間,故A錯(cuò); B、光電效應(yīng)的發(fā)生具有瞬時(shí)性,故B錯(cuò); C、僅有太陽(yáng)光照射光電管時(shí),由于波長(zhǎng)大于明火的波長(zhǎng)即頻率小于明火的頻率,所以不能發(fā)生光電效應(yīng),回路中沒(méi)有電流,cd段也就沒(méi)有電壓,故C正確; D、火災(zāi)報(bào)警時(shí),照射光電管的紫外線波長(zhǎng)越大,則頻率越小,那么逸出的光電子最大初動(dòng)能就越小,故D錯(cuò)誤; 故選C 7.關(guān)于原子核、原子核的衰變、核能,下列說(shuō)法正確的是( ) A.原子核的結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定 B.任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生核聚變 C.92238U衰變成82206Pb要經(jīng)過(guò)8次β衰變和6次α衰變 D.發(fā)生α衰變時(shí),新核與原來(lái)的原子核相比,中子數(shù)減少了2 【答案】 D 【解析】 A.比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定,原子核的結(jié)合能越大,原子核不一定越穩(wěn)定,故A錯(cuò)誤; B.入射光頻率大于極限頻率能產(chǎn)生光電子,故B正確; C.鈾核92238U衰變?yōu)殂U核82206Pb的過(guò)程中,α衰變一次質(zhì)量數(shù)減少4個(gè),次數(shù)n=238-2064=8;β衰變的次數(shù)為n=28-(92-82)=6,要經(jīng)過(guò)8次α衰變和6次β衰變,故C錯(cuò)誤; D.α粒子為氦核,由兩個(gè)質(zhì)子和兩種中子組成,所以發(fā)生α衰變時(shí),新核與原來(lái)的原子核相比,中子數(shù)減少了2,故D正確. 故選:BD 8.現(xiàn)在很多血管??漆t(yī)院引進(jìn)了一種被稱為“心臟灌注顯像”的檢測(cè)技術(shù),將若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被檢測(cè)者的動(dòng)脈中,經(jīng)過(guò)40分鐘后,這些含放射性物質(zhì)的注射液通過(guò)血液循環(huán)均勻地分布到血液中,這時(shí)對(duì)被檢測(cè)者的心臟進(jìn)行造影。心臟血管正常的位置由于放射性物質(zhì)隨血液到達(dá)而有放射線射出;心臟血管被堵塞的部分由于無(wú)放射性物質(zhì)到達(dá),將無(wú)放射線射出。醫(yī)生根據(jù)顯像情況就可判定被檢測(cè)者心臟血管有無(wú)病變,并判定病變位置。你認(rèn)為檢測(cè)所用放射性锝的半衰期應(yīng)該最接近() A.6分鐘 B.6小時(shí) C.6天 D.6個(gè)月 【答案】 B 【解析】 試題分析:根據(jù)題意可知,將若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被檢測(cè)者的動(dòng)脈中,經(jīng)過(guò)40分鐘后,這些含放射性物質(zhì)的注射液通過(guò)血液循環(huán)均勻地分布到血液中,可知檢測(cè)所用放射性锝的半衰期應(yīng)該最接近6小時(shí)才合適,故選B. 考點(diǎn):半衰期 【名師點(diǎn)睛】本題較簡(jiǎn)單,學(xué)生對(duì)習(xí)題的信息量較大,增大了閱讀的難度,但該題注重了結(jié)合生活來(lái)考查物理知識(shí),是今后考試考查的方向,學(xué)生在學(xué)習(xí)中應(yīng)注意搜集與物理相關(guān)的知識(shí)。 9.從1907 年起,密立根就開(kāi)始測(cè)量金屬的遏止電壓C U (即圖1 所示的電路中電流表○G 的讀數(shù)減小到零時(shí)加在電極K 、A 之間的反向電壓)與入射光的頻率v,由此算出普朗克常量h ,并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h 相比較,以檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。按照密立根的方法我們利用圖示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到了某金屬的UC --v圖像如圖2 所示。下列說(shuō)法正確的是 A.該金屬的截止頻率約為4.27 1014 Hz B.該金屬的截止頻率約為5.50 1014 Hz C.該圖線的斜率為普朗克常量 D.該圖線的斜率為這種金屬的逸出功 【答案】 A 【解析】試題分析:設(shè)金屬的逸出功為光電子的最大初動(dòng)能Ek 與遏止電壓UC 的關(guān)系是聯(lián)立兩式可得:可解得,即金屬的截止頻率約為Hz,在誤差允許范圍內(nèi),可以認(rèn)為A 正確;B 錯(cuò)誤。 考點(diǎn):光電效應(yīng)。 10.質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3。當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí),釋放的能量是(c表示真空中的光速)() A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)c C.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2 【答案】 C 【解析】 試題分析:根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2知,核反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量等于質(zhì)量的減少量與光速c平方的乘積,C正確,A、B、D錯(cuò)誤。 考點(diǎn):主要考查質(zhì)能方程 二、多選題 11.靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的原子核X發(fā)生α衰變后變成新原子核Y。已知核X的質(zhì)量數(shù)為A,電荷數(shù)為Z,核X、核Y和α粒子的質(zhì)量分別為mX、mY和mα,α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為R。則 A.衰變方程可表示為ZAX→Z-2A-4Y+24He B.核Y的結(jié)合能為(mx-my-mα)c2 C.核Y在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為2RZ-2 D.核Y的動(dòng)能為EKY=mY(mX-mY-mα)c2mY+mα 【答案】 AC 【解析】 【詳解】 A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,衰變方程可表示為ZAX→Z-2A-4Y+24He,選項(xiàng)A正確; B.此反應(yīng)中放出的總能量為:?E=(mx-my-mα)c2,可知核Y的結(jié)合能不等于(mx-my-mα)c2,選項(xiàng)B錯(cuò)誤; C.根據(jù)半徑公式r=mvqB,又mv=P(動(dòng)量),則得r=PqB,在衰變過(guò)程遵守動(dòng)量守恒,根據(jù)動(dòng)量守恒定律得:0=PY-Pα,則PY=Pα,得半徑之比為rYrα=qαqY=2Z-2,則核Y在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為rY=2RZ-2,故C正確; D.兩核的動(dòng)能之比:EkYEkα=12mYvY212mαvα2=mα(mYvY)2mY(mαvα)2=mαmY,因EkY+Ekα=ΔE=(mx-my-mα)c2,解得EkY=mα(mX-mY-mα)c2mY+mα,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 12.如圖為英國(guó)物理學(xué)家查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)示意圖,利用釙(84210Po)衰變放出的α粒子轟擊鈹(49Be)時(shí)產(chǎn)生了未知射線。查德威克曾用這種射線分別轟擊氫原子(11H)和氮原子(714N),結(jié)果打出了一些氫核和氮核。他測(cè)量了被打出的氫核和氮核的速度,并認(rèn)為速度最大昀氫核和氮核是由未知射線中的粒子分別與它們發(fā)生彈性正碰的結(jié)果,設(shè)氫核的最大速度為VH,氮核的最大速度為VN,氫核和氮核在未被打出前可認(rèn)為是靜止的。查德威克運(yùn)用能量和動(dòng)量的知識(shí)推算了這種未知粒子的質(zhì)量。設(shè)氫原子的質(zhì)量為m,以下說(shuō)法正確的是 A.釙的衰變方程為84210Po→82208Pb+24He B.圖中粒子A是中子 C.未知粒子的質(zhì)量為14vN-vHvH-vNm D.未知粒子的質(zhì)量為14vN+vHvH-vNm 【答案】 BC 【解析】 【詳解】 根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,A中的核反應(yīng)是錯(cuò)誤的,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)題意可知,圖中不可見(jiàn)粒子A是中子,選項(xiàng)B正確;氫原子的質(zhì)量為m,則氮核的質(zhì)量為14m,設(shè)未知射線粒子的質(zhì)量為m0,碰前速度為v0,則由動(dòng)量守恒和能量守恒可知:m0v0=m0v1+mvH;12m0v02=12m0v12+12mvH2;聯(lián)立解得:vH=2m0v0m0+m;同理未知射線與氮核碰撞時(shí),氮核的速度:vN=2m0v0m0+14m;由兩式可得:m0=14vN-vHvH-vNm,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤;故選BC. 13.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說(shuō)法正確的是 A.若νa>νb,則一定有Ua- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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