专题65 能量量子化-【真题汇编】最近10年（2014-2023）高考物理真题分项汇编（全国通用）

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二、高考真题汇编的内容。1、高考试题收录，涵盖了考试的各个学科；2、答案解析，加深知识点理解和掌握；3、复习指导，提高复习效率。
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最新10年（2014-2023）高考物理真题分项汇编
专题01 运动的描述
一、单选题
1．（2021·河北·高考真题）普朗克常量，光速为c，电子质量为，则在国际单位制下的单位是（ ）
A．B．mC．D．
【答案】B
【解析】根据可得它们的单位为：
故选B。
2．（2021·浙江·统考高考真题）2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（ ）
A．是计算机运算的一种程序B．表示运算速度的一个单位
C．表示微观世界的不连续性观念D．类似于质子、中子的微观粒子
【答案】C
【解析】量子是不可分割的最小的单元，体现了物质的不连续性，即通常所说的“量子化”。
故选C。
3．（2020·江苏·统考高考真题）“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是（ ）
A．I增大，增大B．I增大，减小
C．I减小，增大D．I减小，减小
【答案】B
【解析】黑体辐射的实验规律如图
特点是，随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以减小。
故选B。
4．（2017·上海·统考高考真题）光子的能量与其（ ）
A．频率成正比B．波长成正比
C．速度成正比D．速度平方成正比
【答案】A
【解析】根据可知，光子的能量与频率成正比，波长成反比；光子的速度为c，为定值；
故选A.
5．（2022·浙江·统考高考真题）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（ ）
A．逸出光电子的最大初动能为10.80eV
B．n=3跃迁到n=1放出的光子动量最大
C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D．用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态
【答案】B
【解析】A．从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据
可得此时最大初动能为
故A错误；
B．根据
又因为从n=3跃迁到n=1放出的光子能量最大，故可知动量最大，故B正确；
C．大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为
不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；
D．由于从n=3跃迁到n=4能级需要吸收的光子能量为
所以用0.85eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。
故选B。
6．（2021·辽宁·统考高考真题）赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（ ）
A．玻尔B．康普顿
C．爱因斯坦D．德布罗意
【答案】C
【解析】A．玻尔引入量子化的观念解释了氢原子光谱，与题意不符，A错误；
B．康普顿提出康普顿效应，发现了光子不仅具有能量，还具有动量，证明了光具有粒子性，与题意不符，B错误；
C．爱因斯坦提出光子说，从理论上解释了光电效应的实验现象，符合题意，C正确；
D．德布罗意提出一切物质都具有波粒二象性，与题意不符，D错误。
故选C。
7．（2014·江苏·高考真题）已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的（ ）
A．波长B．频率C．能量D．动量
【答案】A
【解析】根据爱因斯坦光电效应方程得
又
联立得
由题知，钙的截止频率比钾的截止频率大，由上式可知从钙表面逸出的光电子最大初动能较小，由
可知该光电子的动量较小，根据
可知，波长较大，则频率较小。
故选A。
二、多选题
8．（2023·浙江·高考真题）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（ ）
A．图1中的对应的是Ⅰ
B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ
C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量
D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大
【答案】CD
【解析】根据题意可知。氢原子发生能级跃迁时，由公式可得
可知，可见光I的频率大，波长小，可见光Ⅱ的频率小，波长大。
A．可知，图1中的对应的是可见光Ⅱ，故A错误；
B．由公式有，干涉条纹间距为
由图可知，图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光I，故B错误；
C．根据题意，由公式可得，光子动量为
可知，Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C正确；
D．根据光电效应方程及动能定理可得
可知，频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。
故选CD。
9．（2020·浙江·高考真题）如图所示，波长为和的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光（ ）
A．照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能
B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距
C．在水中的传播速度
D．光子动量
【答案】BD
【解析】A．根据光路图可知三棱镜对b光的偏折程度更大，所以b光折射率大，频率高，波长短。根据光电效应方程：
因为，所以，故A错误；
B．根据双缝干涉条纹间距公式：
因为，所以，故B正确；
C．介质中传播速度：
因为，所以，故C错误；
D．根据光子动量的公式：
因为，所以，故D正确。
故选BD．
10．（2016·海南·高考真题）下列说法正确的是_________．
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．波尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
E．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
【答案】ACD
【解析】爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故选项A正确；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故选项B错误；波尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故C正确；卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子核式结构模型，故D正确；布罗意波波长为：，其中P为微粒的动量，故动量越大，则对应的波长就越短，故选项E错误．
三、解答题
11．（2023·江苏·统考高考真题）“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：
（1）每个光子的动量p和能量E；
（2）太阳辐射硬X射线的总功率P。
【答案】（1），；（2）
【解析】（1）由题意可知每个光子的动量为
每个光子的能量为
（2）太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则
可得
所以t秒辐射光子的总能量
太阳辐射硬X射线的总功率
四、填空题
12．（2018·江苏·高考真题）光电效应实验中，用波长为的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为______，A、B两种光子的动量之比为_____． （已知普朗克常量为h、光速为c）
【答案】 1:2
【解析】根据光电效应方程，又，所以有，解得；又光子动量，所以A、B两种光子的动量之比为1:2.
13．（2016·江苏·高考真题）已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为ν的光子的动量为___________。用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为___________。
【答案】
【解析】[1]根据光子的动量公式
[2]取入射的方向为正方向，则光子动量的变化量为
【点睛】光子的动量的公式以及动量的矢量性。