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备战2025年高考二轮复习物理（山东专版）专题分层突破练15 近代物理（Word版附解析）
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这是一份备战2025年高考二轮复习物理（山东专版）专题分层突破练15 近代物理（Word版附解析），共7页。试卷主要包含了8到mm0=0，氢原子能级分布如图所示，某防盗报警器工作原理如图所示等内容，欢迎下载使用。
基础巩固
1.(2024湖南卷)量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是( )
A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
B.光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
C.康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
D.德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性
答案 B
解析 普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的,故A错误;入射光的频率大于或等于金属的截止频率能产生光电效应,紫光的频率大于红光的频率,红光能让金属产生光电效应,则紫光也能让金属产生光电效应,故B正确;石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒,光子和电子碰撞后,电子获得一定的动量,光子动量变小,根据λ=hp可知波长变长,故C错误;德布罗意认为物质都具有波动性,故D错误。
2.(2024山东日照二模)在医学研究中把Sr-87m引入患者体内,待骨骼吸收后,用辐射检测器可测定其在患者骨骼中所处的位置,并确定患者体内出现的异常情况。Sr-87m的半衰期为2.8 h,对于质量为m0的Sr-87m,经过时间t后剩余的质量为m,其mm0-t图线如图所示。从图中提供的信息,可知Sr-87m的半衰期可表示为( )
A.t1-0B.t3-t1
C.t2-t1D.t3-t2
答案 B
解析 由图可知从mm0=0.8到mm0=0.4恰好衰变了一半,根据半衰期的定义可知半衰期为τ=t3-t1,故选B。
3.(2023浙江6月选考)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜。核电池将 94238Pu衰变释放的核能一部分转化成电能。 94238Pu的衰变方程为 94238Pu 92XU+24He,则( )
A.衰变方程中的X等于233
B.24He的穿透能力比γ射线强
C.94238Pu比 92XU的比结合能小
D.月夜的寒冷导致 94238Pu的半衰期变长
答案 C
解析 根据质量数守恒,得238=X+4,解得X=234,选项A错误;24He为α射线,α射线比γ射线的穿透能力弱,选项B错误;该核反应为放能反应,94238Pu比 92XU的比结合能小,选项C正确;半衰期不随元素所处的物理状态和化学状态的变化而变化,选项D错误。
4.(2023山东卷)“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+ν3B.ν0+ν1-ν3
C.ν0-ν1+ν3D.ν0-ν1-ν3
答案 D
解析 根据能级图可得hν0=hν1+hν2+hν3,解得ν2=ν0-ν1-ν3,选项A、B、C错误,D正确。
5.(2024山东淄博二模)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为 11H+ 612CX+Q1,11H+715NC+24He+Q2,方程式中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表。以下推断正确的是( )
A.X是 713N,Q2>Q1
B.X是 715N,Q2>Q1
C.X是 713N,Q2D.X是 715N,Q2答案 A
解析 根据质量数和电荷数守恒可知,X是 713N,前一核反应过程的质量亏损Δm1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u=0.002 1 u,后一核反应的质量亏损Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u=0.005 3 u,Δm2>Δm1,根据质能方程E=Δmc2可知Q2>Q1,A正确。
6.(2024山东泰安一模)氢原子能级分布如图所示。可见光的能量范围为1.62~3.11 eV,两个处于n=4能级的氢原子自发跃迁到低能级的过程中( )
A.最多能辐射出6种频率不同的光,其中最多有3种频率不同的可见光
B.最多能辐射出6种频率不同的光,其中最多有2种频率不同的可见光
C.最多能辐射出4种频率不同的光,其中最多有3种频率不同的可见光
D.最多能辐射出4种频率不同的光,其中最多有2种频率不同的可见光
答案 D
解析 一个原子最多可以产生3种不同频率的光,分别是从第4能级到第3能级(0.66 eV),从第3能级到第2能级(1.89 eV),从第2能级到第1能级(10.2 eV);另外一个可以从第4能级到第2能级(2.55 eV),再从第2能级到第1能级(10.2 eV),或者从第4能级到第3能级(0.66 eV),再从第3能级到第1能级(12.09 eV),所以最多能辐射出4种频率不同的光,从第3能级到第2能级和从第4能级到第2能级产生的光属于可见光,即最多有2种频率不同的可见光。故选D。
7.某防盗报警器工作原理如图所示。用紫外线照射光敏材料制成的阴极时,逸出的光电子在电路中产生电流,电流经放大后使电磁铁吸住铁条。当光源与阴极间有障碍物时,报警器响起。下列说法正确的是( )
A.若用红外光源代替紫外光源,该报警器一定能正常工作
B.逸出光电子的最大初动能与照射光频率成正比
C.若用更强的同一频率紫外线照射阴极,光电流变大
D.若用更强的同一频率紫外线照射阴极,所有光电子的初动能均增大
答案 C
解析 由光电效应方程知hν=W0+Ek,紫外光频率大于红外光频率,该光敏材料截止频率未知,不能确保红外光照射会发生光电效应,A错误;由光电效应方程知,逸出光电子的最大初动能与照射光频率有关,但不成正比,B错误;光照越强,光电子越多,光电流越大,C正确;由光电效应方程知,光电子的最大初动能只与光的频率有关,与光照强弱无关,D错误。
综合提升
8.(多选)(2024山东济宁一模)如图甲所示,a、b两束单色光分别沿不同方向射向横截面为半圆形的玻璃砖的圆心O,已知a光刚好发生全反射,b光的折射光线(反射光线未画出)刚好与a光的反射光线重叠。分别将这两束单色光射向图乙所示的装置,仅有一束光能发生光电效应。调节滑片P的位置,当电流表示数恰好为零时,电压表示数为Uc。已知K极板上金属的截止频率为ν0,电子电荷量的绝对值为e,普朗克常量为h,下列说法正确的是( )
A.若将b光沿a光的光路射向O点,b光也能发生全反射
B.用同一双缝做光的干涉实验,a光产生的干涉条纹间距比b光的大
C.a光的光子能量为hν0+eUc
D.用图乙测量遏止电压,滑片P应从图示位置向左端滑动
答案 CD
解析 由光路可知na=1sinβ,nb=sinαsinβ,则na>nb,sin Cb=1nb>1na=sin β,即Cb>β,则若将b光沿a光的光路射向O点,b光不发生全反射,A错误;因fa>fb,则λa<λb,用同一双缝做光的干涉实验,根据Δx=ldλ可知,a光产生的干涉条纹间距比b光的小,B错误;因a光的频率大于b光,则a光能发生光电效应,a光的光子能量为E=hν0+12mvm2=hν0+eUc,C正确;用图乙测量遏止电压,即给光电管加反向电压,则滑片P应从图示位置向左端滑动,D正确。
9.(2024山东临沂一模)如图所示,金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子,最大速率为vm。正对M放置一金属网N,在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d(远小于板长),电子的质量为m,电荷量为e,则( )
A.M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B.只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能12mvm2+eU
C.电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmd2meU
D.M、N之间的遏止电压等于mvm24e
答案 C
解析 M、N间距离增大时,由于M、N间的电压不变,电场力对电子做功不变,则电子到达N的动能并不会随着距离的增大而增大,A错误;电子从M到N运动过程,根据动能定理可得eU=12mvNm2-12mvm2,可知无论从哪个方向逸出的电子到达N时的最大动能都为12mvNm2=12mvm2+eU,B错误;当电子从M板沿y方向逸出,且速度最大时,电子从M到N过程中y方向位移大小最大,则有ym=vmt,沿x方向有d=12at2,a=eUmd,联立可得ym=vmd2meU,C正确;设M、N之间的遏止电压为Uc,根据动能定理可得-eUc=0-12mvm2,解得Uc=mvm22e,D错误。
10.(2024山东聊城二模)图甲为研究光电效应规律的实验装置,图乙为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,图丙为氢原子的能级图,图丁给出了几种金属的逸出功和截止频率。下列说法正确的是( )
甲
乙
丙
几种金属的逸出功和截止频率
丁
A.若b光为绿光,c光不可能是紫光
B.图甲所示的电路中,滑动变阻器滑片右移时,电流表示数一定增大
C.若用能量为0.66 eV的光子照射某一个处于n=3激发态的氢原子,最多可以产生6种不同频率的光
D.若用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于n=3激发态的氢原子,可以使该氢原子电离
答案 D
解析 根据光电效应方程Ek=hν-W0,又0-12mv2=0-eUc,联立可得eUc=hν-W0,可知频率越大,遏止电压越大,由图可知Uc1>Uc2,故若b光为绿光,c光可能是紫光,A错误;图甲所示的光电效应实验装置所加的是正向电压,滑动变阻器滑片右移时,极板间电压增大,电流可能增大,当电流达到饱和电流时,电流不发生改变,B错误;若光子能量为0.66 eV,照射某一个处于n=3激发态的氢原子,根据-1.51 eV+0.66 eV=-0.85 eV可知,氢原子吸收光子的能量,跃迁至n=4激发态,最多可以产生3种不同频率的光,C错误;能使金属铷发生光电效应的光,根据光电效应方程有Ek=hν-W0=hν-2.13 eV>0,则光子的能量大于2.13 eV,处于n=3激发态的氢原子发生电离的能量至少为1.51 eV,故用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于n=3激发态的氢原子,可以使该氢原子电离,D正确。原子核
11H
24He
612C
713N
715N
质量/u
1.007 8
4.002 6
12.000 0
13.005 7
15.000 1
金属
W0/eV
ν/1014Hz
钠
2.29
5.33
钾
2.25
5.44
铷
2.13
5.15
基础巩固
1.(2024湖南卷)量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是( )
A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
B.光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
C.康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
D.德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性
答案 B
解析 普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的,故A错误;入射光的频率大于或等于金属的截止频率能产生光电效应,紫光的频率大于红光的频率,红光能让金属产生光电效应,则紫光也能让金属产生光电效应,故B正确;石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒,光子和电子碰撞后,电子获得一定的动量,光子动量变小,根据λ=hp可知波长变长,故C错误;德布罗意认为物质都具有波动性,故D错误。
2.(2024山东日照二模)在医学研究中把Sr-87m引入患者体内,待骨骼吸收后,用辐射检测器可测定其在患者骨骼中所处的位置,并确定患者体内出现的异常情况。Sr-87m的半衰期为2.8 h,对于质量为m0的Sr-87m,经过时间t后剩余的质量为m,其mm0-t图线如图所示。从图中提供的信息,可知Sr-87m的半衰期可表示为( )
A.t1-0B.t3-t1
C.t2-t1D.t3-t2
答案 B
解析 由图可知从mm0=0.8到mm0=0.4恰好衰变了一半,根据半衰期的定义可知半衰期为τ=t3-t1,故选B。
3.(2023浙江6月选考)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜。核电池将 94238Pu衰变释放的核能一部分转化成电能。 94238Pu的衰变方程为 94238Pu 92XU+24He,则( )
A.衰变方程中的X等于233
B.24He的穿透能力比γ射线强
C.94238Pu比 92XU的比结合能小
D.月夜的寒冷导致 94238Pu的半衰期变长
答案 C
解析 根据质量数守恒,得238=X+4,解得X=234,选项A错误;24He为α射线,α射线比γ射线的穿透能力弱,选项B错误;该核反应为放能反应,94238Pu比 92XU的比结合能小,选项C正确;半衰期不随元素所处的物理状态和化学状态的变化而变化,选项D错误。
4.(2023山东卷)“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+ν3B.ν0+ν1-ν3
C.ν0-ν1+ν3D.ν0-ν1-ν3
答案 D
解析 根据能级图可得hν0=hν1+hν2+hν3,解得ν2=ν0-ν1-ν3,选项A、B、C错误,D正确。
5.(2024山东淄博二模)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为 11H+ 612CX+Q1,11H+715NC+24He+Q2,方程式中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表。以下推断正确的是( )
A.X是 713N,Q2>Q1
B.X是 715N,Q2>Q1
C.X是 713N,Q2
解析 根据质量数和电荷数守恒可知,X是 713N,前一核反应过程的质量亏损Δm1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u=0.002 1 u,后一核反应的质量亏损Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u=0.005 3 u,Δm2>Δm1,根据质能方程E=Δmc2可知Q2>Q1,A正确。
6.(2024山东泰安一模)氢原子能级分布如图所示。可见光的能量范围为1.62~3.11 eV,两个处于n=4能级的氢原子自发跃迁到低能级的过程中( )
A.最多能辐射出6种频率不同的光,其中最多有3种频率不同的可见光
B.最多能辐射出6种频率不同的光,其中最多有2种频率不同的可见光
C.最多能辐射出4种频率不同的光,其中最多有3种频率不同的可见光
D.最多能辐射出4种频率不同的光,其中最多有2种频率不同的可见光
答案 D
解析 一个原子最多可以产生3种不同频率的光,分别是从第4能级到第3能级(0.66 eV),从第3能级到第2能级(1.89 eV),从第2能级到第1能级(10.2 eV);另外一个可以从第4能级到第2能级(2.55 eV),再从第2能级到第1能级(10.2 eV),或者从第4能级到第3能级(0.66 eV),再从第3能级到第1能级(12.09 eV),所以最多能辐射出4种频率不同的光,从第3能级到第2能级和从第4能级到第2能级产生的光属于可见光,即最多有2种频率不同的可见光。故选D。
7.某防盗报警器工作原理如图所示。用紫外线照射光敏材料制成的阴极时,逸出的光电子在电路中产生电流,电流经放大后使电磁铁吸住铁条。当光源与阴极间有障碍物时,报警器响起。下列说法正确的是( )
A.若用红外光源代替紫外光源,该报警器一定能正常工作
B.逸出光电子的最大初动能与照射光频率成正比
C.若用更强的同一频率紫外线照射阴极,光电流变大
D.若用更强的同一频率紫外线照射阴极,所有光电子的初动能均增大
答案 C
解析 由光电效应方程知hν=W0+Ek,紫外光频率大于红外光频率,该光敏材料截止频率未知,不能确保红外光照射会发生光电效应,A错误;由光电效应方程知,逸出光电子的最大初动能与照射光频率有关,但不成正比,B错误;光照越强,光电子越多,光电流越大,C正确;由光电效应方程知,光电子的最大初动能只与光的频率有关,与光照强弱无关,D错误。
综合提升
8.(多选)(2024山东济宁一模)如图甲所示,a、b两束单色光分别沿不同方向射向横截面为半圆形的玻璃砖的圆心O,已知a光刚好发生全反射,b光的折射光线(反射光线未画出)刚好与a光的反射光线重叠。分别将这两束单色光射向图乙所示的装置,仅有一束光能发生光电效应。调节滑片P的位置,当电流表示数恰好为零时,电压表示数为Uc。已知K极板上金属的截止频率为ν0,电子电荷量的绝对值为e,普朗克常量为h,下列说法正确的是( )
A.若将b光沿a光的光路射向O点,b光也能发生全反射
B.用同一双缝做光的干涉实验,a光产生的干涉条纹间距比b光的大
C.a光的光子能量为hν0+eUc
D.用图乙测量遏止电压,滑片P应从图示位置向左端滑动
答案 CD
解析 由光路可知na=1sinβ,nb=sinαsinβ,则na>nb,sin Cb=1nb>1na=sin β,即Cb>β,则若将b光沿a光的光路射向O点,b光不发生全反射,A错误;因fa>fb,则λa<λb,用同一双缝做光的干涉实验,根据Δx=ldλ可知,a光产生的干涉条纹间距比b光的小,B错误;因a光的频率大于b光,则a光能发生光电效应,a光的光子能量为E=hν0+12mvm2=hν0+eUc,C正确;用图乙测量遏止电压,即给光电管加反向电压,则滑片P应从图示位置向左端滑动,D正确。
9.(2024山东临沂一模)如图所示,金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子,最大速率为vm。正对M放置一金属网N,在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d(远小于板长),电子的质量为m,电荷量为e,则( )
A.M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B.只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能12mvm2+eU
C.电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmd2meU
D.M、N之间的遏止电压等于mvm24e
答案 C
解析 M、N间距离增大时,由于M、N间的电压不变,电场力对电子做功不变,则电子到达N的动能并不会随着距离的增大而增大,A错误;电子从M到N运动过程,根据动能定理可得eU=12mvNm2-12mvm2,可知无论从哪个方向逸出的电子到达N时的最大动能都为12mvNm2=12mvm2+eU,B错误;当电子从M板沿y方向逸出,且速度最大时,电子从M到N过程中y方向位移大小最大,则有ym=vmt,沿x方向有d=12at2,a=eUmd,联立可得ym=vmd2meU,C正确;设M、N之间的遏止电压为Uc,根据动能定理可得-eUc=0-12mvm2,解得Uc=mvm22e,D错误。
10.(2024山东聊城二模)图甲为研究光电效应规律的实验装置,图乙为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,图丙为氢原子的能级图,图丁给出了几种金属的逸出功和截止频率。下列说法正确的是( )
甲
乙
丙
几种金属的逸出功和截止频率
丁
A.若b光为绿光,c光不可能是紫光
B.图甲所示的电路中,滑动变阻器滑片右移时,电流表示数一定增大
C.若用能量为0.66 eV的光子照射某一个处于n=3激发态的氢原子,最多可以产生6种不同频率的光
D.若用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于n=3激发态的氢原子,可以使该氢原子电离
答案 D
解析 根据光电效应方程Ek=hν-W0,又0-12mv2=0-eUc,联立可得eUc=hν-W0,可知频率越大,遏止电压越大,由图可知Uc1>Uc2,故若b光为绿光,c光可能是紫光,A错误;图甲所示的光电效应实验装置所加的是正向电压,滑动变阻器滑片右移时,极板间电压增大,电流可能增大,当电流达到饱和电流时,电流不发生改变,B错误;若光子能量为0.66 eV,照射某一个处于n=3激发态的氢原子,根据-1.51 eV+0.66 eV=-0.85 eV可知,氢原子吸收光子的能量,跃迁至n=4激发态,最多可以产生3种不同频率的光,C错误;能使金属铷发生光电效应的光,根据光电效应方程有Ek=hν-W0=hν-2.13 eV>0,则光子的能量大于2.13 eV,处于n=3激发态的氢原子发生电离的能量至少为1.51 eV,故用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于n=3激发态的氢原子,可以使该氢原子电离,D正确。原子核
11H
24He
612C
713N
715N
质量/u
1.007 8
4.002 6
12.000 0
13.005 7
15.000 1
金属
W0/eV
ν/1014Hz
钠
2.29
5.33
钾
2.25
5.44
铷
2.13
5.15
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