第14练　近代物理（含解析）2024年高考物理大二轮复习

第14练　近代物理
[保分基础练]
1．(2023·全国甲卷·15)在下列两个核反应方程中X＋N→Y＋O、Y＋Li→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则(　　)
A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2
C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4
2．(2023·湖南卷·1)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是(　　)
A．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B．氘氚核聚变的核反应方程为H＋H→He＋e
C．核聚变的核反应燃料主要是铀235
D．核聚变反应过程中没有质量亏损
3．(2023·浙江6月选考·5)“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。Pu的衰变方程为Pu―→U＋He，则(　　)
A．衰变方程中的X等于233
B.He的穿透能力比γ射线强
C.Pu比U的比结合能小
D．月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大
4．物理学中有很多关于“通量”的概念，如磁通量、辐射通量等，其中辐射通量Φ表示单位时间内通过某一截面的辐射能，其单位为J/s，波长为λ的平行光垂直照射在面积为S的纸板上，已知该束光单位体积内的光子数为n，光速为c，普朗克常量为h，则该束光的辐射通量为(　　)
A. B.
C. D.
5.(2023·山东卷·1)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(　　)
A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3
C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3
6．(2023·江苏南京市三模)用中子轰击静止的锂核，核反应方程为n＋Li→He＋X＋γ。已知光子的频率为ν，锂核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2，X核的比结合能为E3，普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是(　　)
A．X核为H核
B．γ光子的动量p＝
C．释放的核能ΔE＝(4E2＋3E3)－6E1
D．质量亏损Δm＝
7.(2023·江苏南通市第一次调研)如图所示为一价氦离子(He＋)的能级图，根据玻尔原子理论，下列说法正确的是(　　)
A．能级越高，氦离子越稳定
B．n＝1时，氦离子处于第一激发态
C．从n＝2跃迁到n＝1比从n＝3跃迁到n＝2辐射出的光子动量小
D．一个处于n＝4能级的氦离子跃迁到基态的过程中，可能辐射两种频率的光子
8．(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H→2He＋2H＋2n＋43.15 MeV表示。海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV＝1.6×10－13 J，则M约为(　　)
A．40 kg B．100 kg
C．400 kg D．1 000 kg
[争分提能练]
9.(2023·江苏省校联考模拟)玻尔原子理论描述的氢原子的电子轨道示意图如图所示，E1、E2、E3分别表示电子处于轨道1、2、3时原子具有的能量，Ek1、Ek2、Ek3分别表示电子处于轨道1、2、3时具有的动能，则(　　)
A．E1>E2>E3
B．Ek3>Ek2>Ek1
C．E2－E1>E3－E2
D．|Ek3－Ek2|>|Ek2－Ek1|
10．(2023·江苏苏北地区一模)如图所示，假设入射光子的动量为p0，光子与静止的电子发生弹性碰撞。碰后光子的动量大小为p1，传播方向与入射方向夹角为α；碰后电子的动量大小为p2，出射方向与光子入射方向夹角为β。已知光速为c，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　)
A．碰前入射光的波长为
B．碰后电子的能量为p2c
C．p0＝p1cos α＋p2cos β
D．p0＝p1＋p2
11．(2023·江苏盐城市三模)用如图甲所示的电路研究光电效应中遏止电压Uc与入射光频率ν的关系。某次实验中得到的甲、乙两种金属对应的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像如图乙所示。用频率为ν0的光同时照射甲、乙两种金属时，两种金属逸出的初动能最大的光电子分别用a、b表示。下列说法正确的是(　　)
A．照射的单色光越强，饱和光电流就越小
B．遏止电压Uc与入射光的频率ν成正比
C．光电子b的初动能大于光电子a的初动能
D．光电子b的物质波波长比光电子a的物质波波长长
12．(2023·江苏省南京外国语学校期末)如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置，乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，丙图为氢原子的能级图，丁图给出了几种金属的逸出功和极限频率。以下说法正确的是(　　)
几种金属的逸出功和极限频率
金属 W0/eV ν/(×1014 Hz)
钠 2.29 5.33
钾 2.25 5.44
铷 2.13 5.15
丁
A．若b光为绿光，a光可能是紫光
B．若a光为绿光，c光可能是紫光
C．若c光光子能量为2.81 eV，用它照射由金属铷构成的阴极，所产生的大量具有最大初动能的光电子去撞击大量处于n＝3激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光
D．若c光光子能量为2.81 eV，用它直接照射大量处于n＝2激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光
[尖子生选练]
13．(2023·江苏南通市模拟)核电站利用核反应堆中铀核裂变释放核能发电。一个中子轰击铀U产生两个中等质量的核氪Kr和钡Ba，同时产生三个中子，该核反应释放的核能为E，已知真空中光速为c。
(1)写出核反应方程，并求出该裂变反应中的质量亏损Δm；
(2)反应堆中用石墨做慢化剂使快中子减速，假设一个初速度为v0的中子与一个静止的碳核发生弹性正碰，碳核的质量是中子的12倍。求碰撞一次后中子的速度大小。
第14练　近代物理
1．D　[设Y的电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，第一个核反应方程的电荷数和质量数满足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二个核反应方程的电荷数和质量数满足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，联立解得Z＝2，A＝4，故选D。]
2．A　[相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；根据质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为H＋H→He＋n，B错误；核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核，C错误；核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D错误。]
3．C　[根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为Pu→U＋He，即衰变方程中的X＝234，故A错误；He是α粒子，穿透能力比γ射线弱，故B错误；比结合能越大越稳定，由于Pu衰变成为了U，故U比Pu稳定，即Pu比U的比结合能小，故C正确；半衰期由原子本身的特点决定，与温度等外部因素无关，故D错误。]
4．A　[设时间t内，照射在纸板上的光子数为 N＝nctS，辐射能为 E＝Nhν＝Nh，则该束光的辐射通量为 Φ＝＝，故选A。]
5．D　[原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态能级Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故选D。]
6．C　[根据质量数和电荷数守恒可知X核为H核，故A错误；光子的频率为ν，可知γ光子的动量p＝＝，故B错误；由比结合能的概念可知，该核反应释放的核能为ΔE＝(4E2＋3E3)－6E1，故C正确；质量亏损为Δm＝，故D错误。]
7．D　[根据玻尔原子理论可知，能级越低，氦离子越稳定，故A错误；n＝1时，氦离子处于基态，故B错误；根据h＝Em－En(m>n)可知，从n＝2跃迁到n＝1比从n＝3跃迁到n＝2辐射出的光子的波长短，由 λ＝可知，从n＝2跃迁到n＝1比从n＝3跃迁到n＝2辐射出的光子动量大，故C错误；一个处于n＝4能级的氦离子跃迁到基态的过程中，可能辐射两种频率的光子，如从n＝4跃迁到n＝3，从n＝3跃迁到n＝1，故D正确。]
8．C　[根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量，1 kg海水中的氘核反应释放的能量为E＝×43.15 MeV≈7.19×1022 MeV≈1.15×1010 J，则相当于燃烧的标准煤的质量为M＝ kg≈400 kg，故选C。]
9．C　[根据玻尔原子模型，氢原子能级公式En＝E1，E1为负值，能级越高，能级差越小，即E1<E2E3－E2，故A错误，C正确；原子核所带正电荷对电子的引力提供核外电子绕核运动的向心力，有k＝，所以Ek＝mv2＝k·，可知，轨道半径越小动能越大，差值越大，即Ek1>Ek2>Ek3，|Ek3－Ek2|<|Ek2－Ek1|，故B、D错误。]
10．C　[根据德布罗意公式p＝可知，碰前入射光的波长为λ0＝，选项A错误；设电子的质量为m，则碰后电子的能量为E＝，选项B错误；沿光子入射方向的动量守恒，根据动量守恒定律可知p0＝p1cos α＋p2cos β，选项C正确，D错误。]
11．D　[照射的单色光越强，单位时间内发出的光电子数目越多，饱和光电流就越大，故A错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，又Ekm＝eUc，得Uc＝－，遏止电压与入射光的频率成一次函数关系，不是成正比，故B错误；由Uc－ν图线知，当Uc＝0时，金属甲的极限频率νc1小于金属乙的极限频率νc2，当用相同频率的入射光照射时，则逸出功越大时，其光电子的最大初动能越小，则光电子b的初动能小于光电子a的初动能，故C错误；根据物质波的波长λ＝，又p＝，可得Ek＝，可知逸出的初动能最大的光电子的物质波波长较短，光电子b的物质波波长比光电子a的物质波波长长，故D正确。]
12．C　[由光电效应方程Ek＝hν－W0及eU＝Ek，联立解得eU＝hν－W0，即光束照射同一块金属时只要遏止电压一样，说明入射光的频率一样，遏止电压越大，入射光的频率越大，因此可知a光和c光的频率一样，且均小于b光的频率，故若b光为绿光，a光不可能是紫光，A、B错误；用光子能量为2.81 eV的c光照射由金属铷构成的阴极，产生的光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0＝2.81 eV－2.13 eV＝0.68 eV，大量具有最大初动能的光电子去撞击大量处于n＝3激发态的氢原子，这些氢原子吸收能量ΔE＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，从而跃迁到n＝4能级，当大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可向外辐射C＝6种频率的光，C正确；氢原子只能吸收光子的能量恰好为能级之差的光子，若用c光光子直接照射氢原子，2.81 eV不满足氢原子第2能级与其他更高能级间的能级差，因此c光光子不被吸收，不会自发辐射其他频率的光，D错误。]
13．(1)U＋n→Kr＋Ba＋3n　
(2)v0
解析　(1)根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，
有U＋n→Kr＋Ba＋3n，
由质能方程得E＝Δmc2，
所以Δm＝
(2)设中子的质量为m，碰后中子的速度为v，碳核的速度为v′，由动量守恒和能量守恒得mv0＝mv＋12mv′，
mv02＝mv2＋×12mv′2
解得v＝－v0，
即碰撞一次后中子的速度大小为v0。