2019年高考物理備考 優(yōu)生百日闖關系列 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的同時,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,理解光電效應的實驗規(guī)律;會利用光電效應方程計算逸出功、極限頻率、最大初動能等物理量;知道光的波粒二象性,知道物質波的概念. 2、知道兩種原子結構模型,會用玻爾理論解釋氫原子光譜;掌握氫原子的能級公式并能結合能級圖求解原子的躍遷問題。 3、掌握原子核的衰變、半衰期等知識;會書寫核反應方程,并能根據(jù)質能方程求解核能問題. 命題規(guī)律 1、光電效應現(xiàn)象、實驗規(guī)律和光電效應方程,光的波粒二象性和德布羅意波是理解的難點,也是考查的熱點,一般以選擇題形式出現(xiàn),光電效應方程可能會以填空題或計算題形式出現(xiàn)。 2、核式結構、玻爾理論、能級公式、原子躍遷條件在選做題部分出現(xiàn)的幾率將會增加,可能單獨命題,也可能與其它知識聯(lián)合出題. 3、半衰期、質能方程的應用、計算和核反應方程的書寫是高考的熱點問題,試題一般以基礎知識為主,較簡單. 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構模型,這一模型建立的基礎是 A.α粒子的散射實驗 B.對陰極射線的研究 C.天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) D.質子的發(fā)現(xiàn) 【答案】 A 【解析】 盧瑟福提出原子的核式結構模型是根據(jù)a粒子的散射實驗提出來的,A正確。 2.托卡馬克(Tokamak)是一種復雜的環(huán)形裝置,結構如圖所示。環(huán)心處有一歐姆線圈,四周是一個環(huán)形真空室,真空室外部排列著環(huán)向場線圈和極向場線圈。當歐姆線圈中通以變化的電流時,在托卡馬克的內部會產生巨大的渦旋電場,將真空室中的等離子體加速,從而達到較高的溫度。再通過其他方式的進一步加熱,就可以達到核聚變的臨界溫度。同時,環(huán)形真空室中的高溫等離子體形成等離子體電流,與極向場線圈、環(huán)向場線圈共同產生磁場,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,有利于核聚變的進行。已知真空室內等離子體中帶電粒子的平均動能與等離子體的溫度T成正比,下列說法正確的是 A.托卡馬克裝置中核聚變的原理和目前核電站中核反應的原理是相同的 B.極向場線圈和環(huán)向場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,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,所需要的磁感應強度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的原理是核裂變,原理不同,故A錯誤; B、極向場線圈、環(huán)向場線圈主要作用是將高溫等離子體約束在真空室中,有利于核聚變的進行,故B錯誤; C、歐姆線圈中通以恒定的電流時,產生恒定的磁場,恒定的磁場無法激發(fā)電場,則在托卡馬克的內部無法產生電場,等離子體無法被加速,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錯誤。 3.一對正、負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電子都以速率v繞它們連線的中點做圓周運動。假定玻爾關于氫原子的理論可用于電子偶素,電子的質量m、速率v和正、負電子間的距離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,電子質量為m、電荷量為e,當它們之間的距離為r時,電子偶素的電勢能Ep=-ke2r,則關于電子偶素處在基態(tài)時的能量,下列說法中正確的是() A.π2k2e4mh2 B.π2k2e2mh2 C.-π2k2e4mh2 D.-π2k2e2mh2 【答案】 C 【解析】 【分析】 正電子與負電子都以速率v繞它們連線的中點做圓周運動,兩者間的庫侖力充當向心力;結合題中量子化的條件,可得n=1時正、負電子間的距離r1、電子的速率v1。求出n=1時兩個電子的動能和電子偶素的電勢能可得電子偶素處在基態(tài)時的能量。 【詳解】 設n=1時正、負電子間的距離為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。每個電子的動能Ek=12mv12,系統(tǒng)的電勢能EP=-ke2r1,則電子偶素處在基態(tài)時的能量E1=2Ek+EP,解得:E1=-π2k2e4mh2。故C項正確,ABD三項錯誤。 4.已知氫原子的基態(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,則下列說法正確的是( ) A.氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)后,核外電子動能增大,原子的電勢能減小 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,向低能級躍遷時可輻射出3種不同頻率的光 D.若原子從n=6能級向n=1能級躍遷時所產生的電磁波能使某金屬發(fā)生光電效應,則原子從n=6能級向n=2能級躍遷時所產生的電磁波也一定能使該金屬發(fā)生光電效應 【答案】 C 【解析】 【詳解】 A、氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)后,核外電子的動能減小,電勢能增大,總能量增大,選項A錯誤; 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,最大動能為Ekm=hν-E1,設電子的最大速度為vm,則vm=2(hν-E1)m,選項B錯誤; C、大量處于n=3的激發(fā)態(tài)的氫原子,向低能級躍遷可能輻射的光線的條數(shù)C32=3種,選項C正確; 從n=6能級向n=1能級躍遷產生的電磁波能使某金屬發(fā)生光電效應,則從n=6能級向n=2能級躍遷產生的電磁波不一定能使該金屬發(fā)生光電效應,選項D錯誤. 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,兩個產物都在垂直于它們的速度方向的勻強磁場中做勻速圓周運動,下列說法錯誤的是:( ) 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核和粒子的動能之比為1:45 D.Th核和粒子在勻強磁場中旋轉的方向相同 【答案】 C 【解析】 【詳解】 由電荷守恒及質量守恒可知,衰變方程可表示為92238U→90234Th+24He,故A正確;粒子在磁場中運動,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;由動量守恒可得衰變后vThvα=mαmTh=4234,所以Th核和α粒子的動能之比EkThEkα=EkThEkα=12mThvTh212mαvα2=4234=2117,故C錯誤;Th核和α粒子都帶正電荷,所以在圖示勻強磁場中都是逆時針旋轉,故D正確;此題選擇錯誤的選項,故選C。 【點睛】 此題類似反沖問題,結合動量守恒定律和軌道半徑公式討論;寫衰變方程時要注意電荷、質量都要守恒即反應前后各粒子的質子數(shù)總和不變,相對原子質量總數(shù)不變,但前后結合能一般發(fā)生改變。 6.紫外光電管是利用光電效應原理對油庫等重要場所進行火災報警的裝置,其工作電路如圖所示,其中A為陽極,K為陰極,只有當明火中的紫外線照射到Κ極時,c、d端才會有信號輸出。已知地球表面太陽光中紫外線波長主要在315nm-400nm之間,而明火中的紫外線波長主要在200nm-280nm之間,下列說法正確的是 A.要實現(xiàn)有效報警,照射光電管的紫外線波長應大于280nm B.明火照射到搬時間要足夠長,c、d端才有輸出電壓 C.僅有太陽光照射光電管時,c、d端輸出的電壓為零 D.火災報警時,照射光電管的紫外線波長越大,逸出的光電子最大初動能越大 【答案】 C 【解析】A、根據(jù)題意要實現(xiàn)有效報警,照射光電管的紫外線波長應介于200nm-280nm之間,故A錯; B、光電效應的發(fā)生具有瞬時性,故B錯; C、僅有太陽光照射光電管時,由于波長大于明火的波長即頻率小于明火的頻率,所以不能發(fā)生光電效應,回路中沒有電流,cd段也就沒有電壓,故C正確; D、火災報警時,照射光電管的紫外線波長越大,則頻率越小,那么逸出的光電子最大初動能就越小,故D錯誤; 故選C 7.關于原子核、原子核的衰變、核能,下列說法正確的是( ) A.原子核的結合能越大,原子核越穩(wěn)定 B.任何兩個原子核都可以發(fā)生核聚變 C.92238U衰變成82206Pb要經過8次β衰變和6次α衰變 D.發(fā)生α衰變時,新核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了2 【答案】 D 【解析】 A.比結合能越大原子核越穩(wěn)定,原子核的結合能越大,原子核不一定越穩(wěn)定,故A錯誤; B.入射光頻率大于極限頻率能產生光電子,故B正確; C.鈾核92238U衰變?yōu)殂U核82206Pb的過程中,α衰變一次質量數(shù)減少4個,次數(shù)n=238-2064=8;β衰變的次數(shù)為n=28-(92-82)=6,要經過8次α衰變和6次β衰變,故C錯誤; D.α粒子為氦核,由兩個質子和兩種中子組成,所以發(fā)生α衰變時,新核與原來的原子核相比,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)院引進了一種被稱為“心臟灌注顯像”的檢測技術,將若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被檢測者的動脈中,經過40分鐘后,這些含放射性物質的注射液通過血液循環(huán)均勻地分布到血液中,這時對被檢測者的心臟進行造影。心臟血管正常的位置由于放射性物質隨血液到達而有放射線射出;心臟血管被堵塞的部分由于無放射性物質到達,將無放射線射出。醫(yī)生根據(jù)顯像情況就可判定被檢測者心臟血管有無病變,并判定病變位置。你認為檢測所用放射性锝的半衰期應該最接近() A.6分鐘 B.6小時 C.6天 D.6個月 【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者的動脈中,經過40分鐘后,這些含放射性物質的注射液通過血液循環(huán)均勻地分布到血液中,可知檢測所用放射性锝的半衰期應該最接近6小時才合適,故選B. 考點:半衰期 【名師點睛】本題較簡單,學生對習題的信息量較大,增大了閱讀的難度,但該題注重了結合生活來考查物理知識,是今后考試考查的方向,學生在學習中應注意搜集與物理相關的知識。 9.從1907 年起,密立根就開始測量金屬的遏止電壓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,以檢驗愛因斯坦光電效應方程的正確性。按照密立根的方法我們利用圖示裝置進行實驗,得到了某金屬的UC --v圖像如圖2 所示。下列說法正確的是 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:設金屬的逸出功為光電子的最大初動能Ek 與遏止電壓UC 的關系是聯(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,可以認為A 正確;B 錯誤。 考點:光電效應。 10.質子、中子和氘核的質量分別為m1、m2和m3。當一個質子和一個中子結合成氘核時,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)質能方程ΔE=Δmc2知,核反應過程中釋放的能量等于質量的減少量與光速c平方的乘積,C正確,A、B、D錯誤。 考點:主要考查質能方程 二、多選題 11.靜止在勻強磁場中的原子核X發(fā)生α衰變后變成新原子核Y。已知核X的質量數(shù)為A,電荷數(shù)為Z,核X、核Y和α粒子的質量分別為mX、mY和mα,α粒子在磁場中運動的半徑為R。則 A.衰變方程可表示為ZAX→Z-2A-4Y+24He B.核Y的結合能為(mx-my-mα)c2 C.核Y在磁場中運動的半徑為2RZ-2 D.核Y的動能為EKY=mY(mX-mY-mα)c2mY+mα 【答案】 AC 【解析】 【詳解】 A.根據(jù)質量數(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A正確; B.此反應中放出的總能量為:?E=(mx-my-mα)c2,可知核Y的結合能不等于(mx-my-mα)c2,選項B錯誤; C.根據(jù)半徑公式r=mvqB,又mv=P(動量),則得r=PqB,在衰變過程遵守動量守恒,根據(jù)動量守恒定律得:0=PY-Pα,則PY=Pα,得半徑之比為rYrα=qαqY=2Z-2,則核Y在磁場中運動的半徑為rY=2RZ-2,故C正確; D.兩核的動能之比: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D錯誤。 12.如圖為英國物理學家查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實驗示意圖,利用釙(84210Po)衰變放出的α粒子轟擊鈹(49Be)時產生了未知射線。查德威克曾用這種射線分別轟擊氫原子(11H)和氮原子(714N),結果打出了一些氫核和氮核。他測量了被打出的氫核和氮核的速度,并認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)生彈性正碰的結果,設氫核的最大速度為VH,氮核的最大速度為VN,氫核和氮核在未被打出前可認為是靜止的。查德威克運用能量和動量的知識推算了這種未知粒子的質量。設氫原子的質量為m,以下說法正確的是 A.釙的衰變方程為84210Po→82208Pb+24He B.圖中粒子A是中子 C.未知粒子的質量為14vN-vHvH-vNm D.未知粒子的質量為14vN+vHvH-vNm 【答案】 BC 【解析】 【詳解】 根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,A中的核反應是錯誤的,選項A錯誤;根據(jù)題意可知,圖中不可見粒子A是中子,選項B正確;氫原子的質量為m,則氮核的質量為14m,設未知射線粒子的質量為m0,碰前速度為v0,則由動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,氮核的速度:vN=2m0v0m0+14m;由兩式可得:m0=14vN-vHvH-vNm,故選項C正確,D錯誤;故選BC. 13.在光電效應實驗中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是 A.若νa>νb,則一定有Ua- 配套講稿:
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