热点05 微观粒子-2025年高考物理 热点 重点 难点 专练（上海专用）

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高能粒子物理的最新状况呈现出蓬勃发展的态势。各国科学家正利用先进的大型粒子对撞机和探测器，如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC），深入探索高能粒子的性质和相互作用。这些实验不仅验证了粒子物理标准模型的许多预测，还发现了许多新的物理现象，如希格斯玻色子的发现等。
同时在理论方面，科学家们正在积极探索超越标准模型的新物理，试图解释一些标准模型无法涵盖的现象，如暗物质和暗能量的本质等。同时，量子计算和量子模拟等新兴技术也在高能粒子物理研究中展现出巨大潜力，为探索微观粒子世界的奥秘提供了新的工具和方法。
近代物理 电磁学
1．从光的波粒二象性出发，下列说法中正确的是（ ）
A．光是高速运动的微观粒子，单个光子表现出波动性
B．光的波长越大，光子的能量越大
C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方
D．在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率大的地方
2．粒子物理研究中使用的一种球状探测装置横截面的简化模型如图所示。内圆区域有垂直纸面向里的匀强磁场，外圆是探测器。两个粒子先后从点沿径向射入磁场，粒子1沿直线通过磁场区域后打在探测器上的点。粒子2经磁场偏转后打在探测器上的点。装置内部为真空状态，忽略粒子重力及粒子间相互作用力。下列说法正确的是（ ）
A．粒子1带正电
B．粒子2带负电
C．若增大磁感应强度，粒子1可能打在探测器上的点
D．若增大粒子入射速度，粒子2可能打在探测器上的点
3．根据近代物理知识，你认为下列说法中正确的是（ ）
A．是核裂变反应
B．结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固
C．氡的半衰期为3.8天，现有16个氡原子核，经过7.6天后剩下4个氡原子核
D．α射线比γ射线穿透能力强，电离能力弱
4．在近代物理发展的进程中，实验和理论相互推动，促进了人类对世界认识的不断深入。对下列四幅图描述不正确的是（ ）
A．图甲中随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
B．图乙中光电效应现象说明光具有粒子性
C．图丙中氢原子从能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂，能发生光电效应
D．图丁中由原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系可知，若D和E能结合成F，结合过程一定会吸收能量
5．回旋加速器是高能物理研究中常用的仪器，它的工作原理如图所示，如果将加速的粒子由换成，不考虑相对论的影响，下列说法正确的是（ ）
A．两粒子的最大动能之比为1:2B．两粒子加速次数之比为2:1
C．两粒子加速次数之比为1:2D．两粒子在回旋加速器中的加速周期相等
6．（多选）下列四幅图涉及不同的近代物理知识，其中说法正确的是（ ）

A．图甲：电子束穿过铝箔的衍射图样，证实电子具有波动性，质子、原子与分子同样具有波动性
B．图乙：卢瑟福通过分析α粒子散射结果，提出原子核式结构模型，并发现了质子和中子
C．图丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解释黑体辐射实验规律，是量子力学的奠基人之一
D．图丁：玻尔提出电子轨道是量子化的，氢原子能级是分立的，成功解释氢原子发光的规律
电磁波和物质波
波动是自然界最为常见的运动，自然界的波包括机械波、电磁波和物质波等，它们的产生和传播等有许多相似的特点，也有许多不同之处。
7．电磁波和机械波的不同是电磁波可以在 ，而机械波则不能；电磁波是 （填“横波”或“纵波”），横波和纵波最大的不同是横波有 现象，而纵波则没有。
8．从2018年底开始，美国就陆续对华为进行了打击和制裁，甚至宁可自损八百，也要千方百计的打压华为，究其原因，其中一个就是华为5G技术已领跑世界。5G通信相较于4G通信，利用的电磁波频率更高，数据传输更快，下列说法正确的是（ ）

A．5G信号相比于4G信号更不容易发生衍射
B．5G信号和4G信号都是电磁波，在空中相遇会发生干涉现象
C．5G信号在空中传播的速度大于4G信号在空中传播的速度
D．5G信号利用的电磁波频率高、能量大，也可以用来杀菌消毒
9．如图所示为氢原子的能级示意图。氢原子可在各能级间发生跃迁，设从n=4能级跃迁到n=1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n=4能级跃迁到n=2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则下列关系式中正确的是（ ）

A．λ3>λ2B．λ1>λ2C．λ1>λ3D．
10．2003年全美物理学家的一项调查中评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验。从辐射源辐射出的电子束经两个靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明。（ ）

A．光具有波动性B．光具有波粒二象性
C．微观粒子也具有波动性D．微观粒子也是一种电磁波
近代物理学初步
光给世界带来光明，使我们能看清周围的景物，进行各种活动；光从太阳、星球射到我们这里，给我们带来了宇宙空间的信息，使我们能够认识宇宙；光从原子、分子内部发射出来，使我们认识了微观世界的奥秘。
11．如图所示的现象中，解释成因正确的是（ ）
A．图甲所示泊松亮斑是由于光的干涉形成的
B．图乙所示水中的气泡看上去特别明亮，主要是由于光的折射引起的
C．图丙所示疾驰而过的急救车使人感觉音调变化，是由于多普勒效应引起的
D．图丁所示竖直的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，是由于光的衍射产生的
12．关于下列四幅图的说法，正确的是（ ）
A．甲图为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹，射线1为α射线
B．乙图中，用紫外光灯照射与验电器相连的锌板，发现原来闭合的验电器指针张开，此时锌板和验电器均带正电
C．丙图为α粒子散射实验示意图，卢瑟福根据此实验提出了原子核具有复杂结构
D．丁图为核反应堆示意图，它是利用了铀核聚变反应所释放的能量
13．2003年全美物理学家的一项调查中评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验。从辐射源辐射出的电子束经两个靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明（ ）
A．光具有波动性B．光具有波粒二象性
C．微观粒子也具有波动性D．微观粒子也是一种电磁波
14．贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于放射性衰变的是（ ）
A．B．
C．D．
15．2021年《自然》杂志报道了中国科学家在稻城“拉索”基地探测到的迄今为止最高能量的γ射线，能量值达到。若此能量全部用以加速一个静止的氦核（），不考虑氦核因加速而产生的电磁辐射以及相对论效应，氦核最终能被加速到 （，氦核的静止质量），若采用电场加速氦核，需要提供 V的电压才能将氦核加速到上述速度。你认为你计算的结果合理吗 ？简要阐述理由 。
磁偏转的应用
磁偏转广泛应用于粒子物理研究和粒子加速器中。在粒子物理研究中，磁偏转常用于实验室中测量粒子的电荷量、质量、自旋等性质。在粒子加速器中，磁偏转则是常见的加速和聚焦方法。通过施加磁场，可以将粒子束偏转到我们所需的轨道上。同时，通过调整磁场的强度和分布，可以实现对粒子束的聚焦和分离。
16．（双项选择题）由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪的原理如图所示，其主要使命是探索宇宙中的反物质，所谓反物质，即质量与正粒子相同，带电量与正粒子相等但符号相反。假如使一束质子（氢原子核）、反质子、粒子（氦原子核He）、反粒子组成的射线，以相同速度大小通过进入匀强磁场中形成四条径迹，则（ ）
A．1和2是反粒子径迹B．3和4是反粒子径迹
C．2为反质子径迹D．4为粒子径迹
17．洛伦兹力演示仪的实物图和原理图分别如下图（a）、图（b）所示。电子束从电子枪向右水平射出，使玻璃泡中的稀薄气体发光，从而显示电子的运动轨迹。调节加速极电压可改变电子速度大小，调节励磁线圈电流可改变磁感应强度，某次实验，观察到电子束打在图（b） 中的P点，则两个励磁线圈中的电流均为 方向，若要看到完整的圆周运动，则可以 （选填“增大”或“减小”）加速极电压。
18．如图所示，真空区域有宽度为L，磁感应强度为B的矩形匀强磁场，方向垂直于纸面向里，MN、PQ是磁场的边界，质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力）沿着与MN夹角为θ=30°的方向垂直射入磁场中，刚好垂直于 PQ边界射出，并沿半径方向垂直进入圆形磁场，磁场半径为L，方向垂直纸面向外，离开圆形磁场时速度方向与水平方向夹角为60°。求：
（1）粒子射入磁场的速度大小；
（2）粒子在矩形磁场中运动的时间；
（3） 圆形磁场的磁感应强度
粒子物理
六十年代初，实验发现的基本粒子的数目已达到近百种。而且显然，随着加速器能量的提高，还会有大量的新粒子会被发现出来。原来人们期望基本粒子的研究会给物质世界描绘出一幅很简明的图象。结果却相反，基本粒子的种类竟然比化学元素的种类还多！这使人们意识到，这些粒子并不是物质世界的极终本原。基本粒子对它们不是一个合适的名称。于是人们去掉“基本”二字，而把它们简称为粒子。相应的研究领域也改称为粒子物理。
19．下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后速度最大的是（ ）
A．质子（）B．氘核（）
C．粒子（）D．氚核（）
20．如图所示，带电荷量之比为的带电粒子A、B，先后以相同的速度从同一点水平射入平行板电容器中，不计重力，带电粒子偏转后打在同一极板上，水平飞行距离之比为，则带电粒子的质量之比以及在电场中飞行的时间之比分别为（ ）
A．，B．，
C．，D．，
21．如图所示，平行板电容器的两个极板与水平面成一角度，两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子（ ）
A．所受重力与静电力平衡B．电势能逐渐增加
C．动能逐渐增加D．做匀变速直线运动
22．如图所示，，电容器的电容，电源电动势，电源内阻。起初，开关S是断开的，电容器C所带的电荷量为；然后，闭合开关S，待电路稳定后，电容器C所带的电荷量为。下列说法正确的是（ ）
A．开关S断开时，上极板所带的电荷为正电荷
B．开关S闭合后，上极板所带的电荷为正电荷
C．
D．闭合开关S电路稳定后，通过灵敏电流计的电荷量为
23．两平行金属板A、B水平放置，一个质量为的带电微粒，以的水平速度从两板正中央位置射入电场，如图所示， A、B两板间距离为，板长，g取。
（1）当A、B间的电压为时，微粒恰好不偏转，沿图中虚线射出电场，求该微粒的电荷量和电性；
（2）令B板接地，欲使该微粒射出偏转电场，求A板所加电势的范围。
24．（1）有关近代物理知识，下列说法正确的是_______．
A．图甲中，从光电流与电压的关系图象中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
B．图乙中，可以研究单位时间发射的光电子数与照射光的强度有关
C．图丙中，射线A由α粒子组成，射线B为电磁波，射线C由电子组成
D．图丁中，少数α粒子发生了较大角度偏转，是因为原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
（2）国家重大科技基础设施中国散裂中子源已经通过国家验收，投入正式运行．它是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置．在某课题研究中核反应方程为 ，则X是_______．已知的质量为2.013 6 u，的质量为3.018 0 u，的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u，该反应释放能量为_______MeV．（质量亏损1 u释放的能量约931.5 Mev）
（3）一质量为1 kg的小球A以2.0 m/s的速度和静止于光滑水平面上质量为2 kg的另一大小相同的小球B发生正碰，碰撞后它以0.2 m/s的速度反弹．求：
北京正负电子对撞机
北京正负电子对撞机是我国第一台高能加速器，是高能物理研究的重大科技基础设施，其外形似一个硕大的羽毛球拍。长202米的直线加速器、输运线似羽毛球拍杆，周长240米的圆型加速器（也称储存环）、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置似羽毛球拍头。正负电子在“拍头”对撞，通过巨大的相互作用能来研究物质的深层结构。
25．电子束从电子枪中加速到240MeV时，轰击一个约1cm厚的钨转换靶，得到正负电子对。
（1）正电子是电子的反粒子，带正电，质量和电荷量与电子相同。正电子的电荷量是 C。（保留2位有效数字）
（2）电子的质量约为，按照牛顿力学，240MeV动能的电子速度为多大 ？此速度值是否合理？为什么 ？
26．如图用两个平行金属板制作一个直线加速器，两极板间的电压为U，两极板间距为d，电子电量为e，质量为m，求：
（1）两平行金属板间的电场强度为 ，在图中画出电场线 。
（2）电子在加速器中的加速度为 ，计算加速度时 （选涂：A．可以 B．不可以）忽略电子的重力。
（3）若电子的初速度为零，经过此加速电场获得的动能为 ，是由 能量转化而来。
（4）若电子的初速度不为零，且方向向上，电子在加速电场中做 （选涂：．A直线 B．曲线）运动。
（5）若每个极板的带电量为Q，把两个平行金属板看作一个电容器，其电容为( )
A． B． C． D．
27．如图（a），为让正负电子束流以接近光速正碰，需要高精度电磁铁控制束流的偏转和聚焦。
（1）1820年，物理学家 （选涂：A．奥斯特 B．法拉第）发现了“电流的磁效应”。
（2）如图（b）为一电磁铁，开关S闭合后，内部小磁针指向是否正确？ （选涂：A．正确 B．错误）。
（3）电磁铁能控制束流的偏转和聚焦说明带电束流受到了 力的作用。
微观世界的研究
通过对微观粒子碰撞的研究，科学家发现了质子、中子和中微子等基本粒子，对微观世界的认识不断深入。
28．下列粒子中，质量最小的是( )
A．电子 B．质子 C．中子 D．粒子
29．图为卢瑟福所做微观粒子撞击的实验装置图。该装置中，放射源R放出的粒子是 。转动显微镜，在荧光屏S上观察到有个别粒子发生了大角度的偏转，据此提出了原子的 模型。
30．查德威克用钋放出的α射线轰击铍，从而发现了中子。装置图中的粒子B为 ，发现中子的核反应方程为：+→ +。
31．（计算题）在核反应堆中常用石墨做减速剂。已知碳核质量是中子质量的12倍，碰撞前中子的动能为Ek0，碳核均处于静止状态，中子与碳核相遇即发生弹性正碰。
（1）与碳核发生一次碰撞，中子损失的动能ΔEk为多少？
（2）一个中子至少与碳核发生几次碰撞，其动能才可减小为原来的万分之一？
近代物理 热学
热力学与近代物理
据2023年8月22日《人民日报》消息，日本政府宣布将从24日开始将福岛核电站核污染水排入海洋。核污水中含有多种放射性成分，其中有一种难以被清除的同位素氚可能会引起基因突变，氚亦称超重氢，是氢的同位素之一，有放射性，会发生β衰变，其半衰期为年。另一种的具有放射性，其发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为Q。设的结合能为，的结合能为，X的结合能为，已知光在真空中的传播速度为c、
32．如果金属罐中密封有1kg氚，23年后金属罐的质量将减少 g（精确到4位有效数字）
33．用中子轰击锂能产生氚，其核反应方程式为
34．的核反应方程放出的能量为 ，该核反应过程中的质量亏损可以表示为 。
35．学校实验小组设计了测量不规则矿石体积的气压体积测量仪。如图所示为气压体积测量仪的原理图，上端开口的气压筒A和上端封闭的测量筒B均为高，横截面积的导热气缸，两气缸连接处的细管体积不计。现把待测矿石置于测量筒B中，将质量的活塞从气压筒A上方开口处放下，在两气缸内封闭一定质量的理想气体（不计活塞厚度和摩擦力），缓慢降低封闭气体的温度至，活塞稳定后，活塞距气压筒A顶端。已知环境温度为27℃，外界大气压强为，重力加速度。
（1）若该过程封闭气体内能减少，则气体对外 （吸收/放出）能量， （填做功/不做功）
（2）求矿石的体积
（3）把温度从缓慢升高，将活塞推到气压筒A的顶端，求此时封闭气体的温度
宏观与微观的联系
科学家在探究完微观粒子后，逐渐开始研究宏观与微观的联系，在高中阶段，最为典型的为气体。如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定。
36．能否比较f，g，h中气体的温度与压强的大小关系，如果可以，写出分析过程与结论，如果不能，写出部分可以写出的结论并说明为何无法判断。
37．如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过状态B、C又回到状态A，下列说法正确的是（ ）
A．A→B过程中气体分子的平均动能增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加
B．A→B过程中气体吸收的热量大于B→C过程中气体放出的热量
C．C→A过程中单位体积内分子数增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少
D．A→B过程中气体对外做的功大于C→A过程中外界对气体做的功
38．水银气压计在超失重情况下不能显示准确的气压。若某次火箭发射中携带了一只水银气压计。发射的火箭舱密封，起飞前舱内温度，水银气压计显示舱内气体压强为1个大气压。当火箭以加速度a=g竖直向上起飞时，舱内水银气压计示数稳定在，已知水银气压计的示数与液柱高度成正比，如图所示。可视为起飞时重力加速度恒为g，求起飞时舱内气体的温度
39．同样的，电磁感应定律也是构建微观世界与宏观世界的必不可缺的桥梁，在高中教材中我们就了解到安培力即为洛伦兹力的宏观表现，下列四种情境中说法中正确的是（ ）
A．图甲中，奥斯特利用该装置发现了电磁感应现象
B．图乙中，线圈穿过磁铁从M运动到L的过程中，穿过线圈的磁通量先减小后增大
C．图丙中，闭合线框绕垂直于磁场方向的轴转动的过程中，线框中没有感应电流产生
D．图丁中，线框在与通电导线在同一平面内向右平移的过程中，线框中有感应电流产生
40．如图所示，绝缘的水平面上固定两根相互垂直的光滑金属杆，沿两金属杆方向分别建立x轴和y轴。另有两光滑金属杆1、2，t=0时刻与两固定杆围成正方形，金属杆间彼此接触良好，空间存在竖直向上的匀强磁场。分别沿x轴正向和y轴负向以相同大小的速度匀速移动金属杆1、2，已知四根金属杆完全相同且足够长，回路中的电流为I（以逆时针为电流正方向），通过金属杆截面的电荷量为q。请用相关大致图像描述某段运动过程中电流I与电荷量q关于时间t变化的规律。
41．如图，电阻不计的光滑水平导轨距，其内有竖直向下的匀强磁场，导轨左侧接一电容的电容器，初始时刻电容器带电量，电性如图所示。质量、电阻不计的金属棒ab垂直架在导轨上，闭合开关S后，ab棒向右运动，且离开时已匀速。下方光滑绝缘轨道间距也为L，正对放置，其中为半径、圆心角的圆弧，与水平轨道相切于M、N两点，其中NO、MP两边长度，以O点为坐标原点，沿导轨向右建立坐标系，OP右侧处存在磁感应强度大小为的磁场，磁场方向竖直向下。质量、电阻的“U”型金属框静止于水平导轨NOPM处。导体棒ab自抛出后恰好能从处沿切线进入圆弧轨道，并于MN处与金属框发生完全非弹性碰撞，碰后组成闭合线框一起向右运动。完成下列小题：
（1）求导体棒ab离开时的速度大小；
（2）若闭合线框进入磁场区域时，立刻给线框施加一个水平向右的外力F，使线框匀速穿过磁场区域，求此过程中线框产生的焦耳热；
（3）闭合线框进入磁场区域后由于安培力作用而减速，试讨论线框能否穿过区域，若能，求出离开磁场时的速度：若不能，求出线框停止时ab边的位置坐标x。
电磁作用
电能生磁，磁能生电，电与磁紧密联系而又相互作用，在生活及科学研究领域都有重要的应用。
42．图是磁电式电表内部结构示意图，该电表利用的物理原理是
写出一条能提高该电表的灵敏度措施是：
43．威耳逊云室是能显示带电粒子径迹的实验装置，是研究微观粒子的重要器材。在真空云室中的矩形区域内存在着匀强磁场，在A点有一静止的原子核发生了某种衰变，生成的新核和释放出的粒子在磁场中的径迹如图中的曲线a、b所示，下列说法正确的是（ ）
A．核发生的是衰变B．曲线a是新核的径迹
C．匀强磁场方向垂直纸面向里D．曲线a、b的半径比与新核和粒子的质量有关
44．“回旋加速器”就是一种典型的粒子加速器，下图为一回旋加速器的简图，和是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上。位于圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略），它们在两盒之间被电场加速。当质子被加速到最大动能后，再将它们引出。忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是（ ）
A．若只增大交变电压U，则质子的最大动能会变大
B．若只增大交变电压U，则质子在回旋加速器中运行的时间会变短
C．若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子
D．质子第n次被加速前、后的轨道半径之比为
45．用一段横截面半径为r、电阻率为、密度为d的均匀导体材料做成一个半径为的圆环，圆环竖直向下落入如图所示的径向磁场中，圆环的圆心始终在N极的轴线上，圆环所在位置的磁感应强度大小均为B。圆环在加速下落过程中某一时刻的速度为v，忽略电感的影响，下列说法正确的是（ ）
A．下落过程圆环中磁通量不变
B．此时圆环受到竖直向上的安培力作用
C．此时圆环的加速度大小为
D．如果径向磁场足够深，则圆环的最大速度为
46．水平放置的金属细圆环P的半径为l，其内部充满方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。电阻为r，长度恰为l的细导体棒a一端搭接在细圆环上，可绕圆心处的金属细圆柱O在水平面内转动。两平行竖直金属导轨的间距为d，其中M导轨与小圆柱O相连，N导轨与圆环P相连，两导轨上方通过电键K连接能提供恒定电流大小为I，方向水平向右的恒流源S。质量为m，电阻为R的均匀导体棒b水平搁置在固定支架上并与两导轨紧密接触，棒b处在方向垂直于导轨平面向内的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B。除了导体棒a和导体棒b外其余电阻不计，一切摩擦不计。
（1）若电键K断开，外力使导体棒a以某一角速度匀速转动时导体棒b对支架的作用力恰好为0。求此时导体棒a的旋转方向（俯视图）和的大小。
（2）若电键K闭合，导体棒a作为“电动机”在水平面内旋转。
①“电动机”空载时导体棒a所受安培力为零，其匀速转动的角速度记为，求的大小。
②“电动机”效率为50%时，导体棒a的角速度。