三年（2019-2021）高考物理真题分项汇编（解析版）专题15近代物理

这是一份三年（2019-2021）高考物理真题分项汇编（解析版）专题15近代物理，共25页。

1．（2021·山东卷）在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的，其衰变方程为。以下说法正确的是（ ）
A．衰变方程中的X是电子
B．升高温度可以加快的衰变
C．与的质量差等于衰变的质量亏损
D．方程中的X来自于内质子向中子的转化
【答案】A
【解析】
A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，A正确；
B．半衰期非常稳定，不受温度，压强，以及该物质是单质还是化合物的影响，B错误；
C．与和电子X的质量差等于衰变的质量亏损，C错误；
D．方程中的X来自于内中子向质子的转化，D错误。
故选A。
2．（2021·河北卷）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。
3．（2021·浙江卷）已知普朗克常量，电子的质量为，一个电子和一滴直径约为的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【解析】
根据德布罗意波长公式
解得
由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有
代入数据解得
所以C正确；ABD错误；
故选C。
4．（2021·广东卷）科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为，下列说法正确的是（ ）
A．Y是氦核
B．Y是质子
C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半
D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变
【答案】C
【解析】
AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，该核反应是
即Y是正电子，选项AB错误；
CD．因72万年是一个半衰期，可知再过72万年，现有的铝26衰变一半；再过144万年，即两个半衰期，现有的铝26衰变四分之三，选项C正确，D错误；
故选C。
5．（2021·湖南卷）核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是（ ）
A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽
B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒
C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期
D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害
【答案】D
【解析】
A．放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰变的统计规律，对少量的个别的原子核无意义，则放射性元素完全衰变殆尽的说法错误，故A错误；
B．原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故B错误；
C．放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C错误；
D．过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D正确；
故选D。
6．（2021·全国卷）如图，一个原子核X经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（ ）
A．6B．8C．10D．14
【答案】A
【解析】
由图分析可知，核反应方程为
设经过次衰变，次衰变。由电荷数与质量数守恒可得
；
解得
，
故放出6个电子。
故选A。
7．（2021·全国卷）医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【解析】
由图可知从到恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知半衰期为
故选C。
8．（2021·河北卷）银河系中存在大量的铝同位素，核衰变的衰变方程为，测得核的半衰期为72万年，下列说法正确的是（ ）
A．核的质量等于核的质量
B．核的中子数大于核的中子数
C．将铝同位素放置在低温低压的环境中，其半衰期不变
D．银河系中现有的铝同位素将在144万年后全部衰变为
【答案】C
【解析】
A．和的质量数均为相等，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不同，A错误；
B．核的中子数为个，核的中子数为个，B错误；
C．半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，C正确；
D．质量为的的半衰期为万年，经过万年为个半衰期，剩余质量为，不会全部衰变为，D错误。
故选C。
9．（2021·浙江卷）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。
10．（2021·浙江卷）下列说法正确的是（ ）
A．光的波动性是光子之间相互作用的结果
B．玻尔第一次将“量子”入原子领域，提出了定态和跃迁的概念
C．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量
D．α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大
【答案】B
【解析】
A．在光的双缝干涉实验中，减小光的强度，让光子通过双缝后，光子只能一个接一个地到达光屏，经过足够长时间，仍然发现相同的干涉条纹。这表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，故A错误；
B．玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故B正确；
C．光电效应揭示了光的粒子性，但是不能证明光子除了能量之外还具有动量，选项C错误；
D．α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方时，会使金属球附近的空气电离，金属球吸引负离子而使验电器金属箔的张角会变小，选项D错误。
故选B。
11．（2021·浙江卷）对四个核反应方程（1）；（2）；（3）；（4）。下列说法正确的是（ ）
A．（1）（2）式核反应没有释放能量
B．（1）（2）（3）式均是原子核衰变方程
C．（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程
D．利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一
【答案】CD
【解析】
A．（1）是 衰变，（2）是 衰变，均有能量放出，故A错误；
B．（3）是人工核转变，故B错误；
C．（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程，故C正确；
D．利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一，故D正确。
故选CD。
12．（2021·浙江卷）如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月，该装置实现了1×108℃等离子体运行等多项重大突破，为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核聚变，下列说法正确的是（ ）
A．聚变又叫热核反应
B．太阳就是一个巨大的热核反应堆
C．高温能使原子核克服核力而聚变
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多
【答案】ABD
【解析】
A．聚变又叫热核反应，选项A正确；
B．太阳就是一个巨大的热核反应堆，选项B正确；
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-15m以内，核力才能起作用，那么热核反应时要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服核力而聚变在一起形成新的原子核，即高温能使轻核克服核力而聚变，但不是能使所有的原子核克服核力而聚变，选项C错误；
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多，选项D正确；
故选ABD。
1．（2020·海南卷）100年前，卢瑟福猜想在原子核内除质子外还存在着另一种粒子X，后来科学家用粒子轰击铍核证实了这一猜想，该核反应方程为：，则（ ）
A．，，X是中子
B．，，X是电子
C．，，X是中子
D．，，X是电子
【答案】A
【解析】
根据电荷数和质量数守恒，则有
，
解得m=1，n=0，故X是中子
故选A。
2．（2020·北京卷）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是（ ）
A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B．从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低
C．从能级跃迁到能级需吸收的能量
D．能级的氢原子电离至少需要吸收的能量
【答案】C
【解析】
A．大量氢原子处于能级跃迁到最多可辐射出种不同频率的光子，故A错误；
B．根据能级图可知从能级跃迁到能级辐射的光子能量为
从能级跃迁到能级辐射的光子能量为
比较可知从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率高，故B错误；
C．根据能级图可知从能级跃迁到能级，需要吸收的能量为
故C正确；
D．根据能级图可知氢原子处于能级的能量为-1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误；
故选C。
3．（2020·天津卷）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【解析】
A．双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；
B．光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B错误；
C．实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误；
D．卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确；
故选D。
4．（2020·江苏卷）“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。
5．（2020·山东卷）氚核发生β衰变成为氦核。假设含氚材料中发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2104 s时间内形成的平均电流为5.010-8 A。已知电子电荷量为1.610-19 C，在这段时间内发生β衰变的氚核的个数为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【解析】
根据
可得产生的电子数为
个
因在β衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.0×1016个。
故选B．
6．（2020·浙江卷）下列说法正确的是（ ）
A．质子的德布罗意波长与其动能成正比
B．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是射线
C．光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
【答案】D
【解析】
A．由公式
可知质子的德布罗意波长，，故A错误；
B．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是射线，故B错误；
C．由
当，可知截止频率与入射光频率无关，由材料决定，故C错误；
D．电子束穿过铝箱后的衍射图样说明电子具有波动性，故D正确。
故选D。
7．（2020·全国卷）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知1kg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= 1.6×10–13J，则M约为（ ）
A．40 kgB．100 kgC．400 kgD．1 000 kg
【答案】C
【解析】
氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
则平均每个氘核聚变释放的能量为
1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，可以放出的总能量为
由可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量
8．（2020·浙江卷）下列说法正确的是（ ）
A．射线的穿透能力比射线强
B．天然放射现象说明原子具有复杂的结构
C．核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的小
D．半衰期跟放射性元素以单质或化合物形式存在无关
【答案】D
【解析】
A．射线可以被一张A4纸挡住，而射线可以穿透几厘米厚的铅板，所以射线的穿透能力比射线的穿透能力强，故A错误；
B．天然放射现象说明原子核具有复杂结构，故B错误；
C．聚变前要先使原有的原子结构破坏，发生类似裂变，然后重新组合成新的原子发生聚变，有质量亏损会对外再次释放能量，因此核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的大，故C错误；
D．半衰期是放射性元素固有的属性，和元素存在的形式无关，故D正确。
故选D．
9．（2020·浙江卷）太阳辐射的总功率约为，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为（c为真空中的光速）的氘核（）和一个质量为的氚核（）结合为一个质量为的氦核（），并放出一个X粒子，同时释放大约的能量。下列说法正确的是（ ）
A．X粒子是质子
B．X粒子的质量为
C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为
D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为
【答案】BC
【解析】
A．由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误；
B．根据能量关系可知
解得，选项B正确；
C．太阳每秒放出的能量
损失的质量
选项C正确；
D．因为
则太阳每秒因为辐射损失的质量为
选项D错误。
故选BC。
10．（2020·全国卷）1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：。X会衰变成原子核Y，衰变方程为，则（ ）
A．X的质量数与Y的质量数相等B．X的电荷数比Y的电荷数少1
C．X的电荷数比的电荷数多2D．X的质量数与的质量数相等
【答案】AC
【解析】
设和的质子数分别为和，质量数分别为和，则反应方程为
，
根据反应方程质子数和质量数守恒，解得
，
，
解得
， ， ，
AC．的质量数（）与的质量数（）相等，比的质量数多3，故A正确，D错误；
BC．X的电荷数（）比Y的电荷数（）多1，比的电荷数多2，故B错误，C正确；
故选AC。
11．（2020·全国卷）下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表α粒子的有（ ）
A．B．
C．D．
【答案】BD
【解析】
α粒子为氦原子核He，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，A选项中的X1为He，B选项中的X2为He，C选项中的X3为中子n，D选项中的X4为He。
故选BD。
12．（2020·浙江卷）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．
13．（2020·浙江卷）由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则（ ）
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出射线
B．氢原子从的能级向的能级跃迁时会辐射出红外线
C．处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离
D．大量氢原子从能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光
【答案】CD
【解析】
A．射线为重核衰变或裂变时才会放出，氢原子跃迁无法辐射射线，故A错误；
B．氢原子从的能级向的能级辐射光子的能量：
在可见光范围之内，故B错误；
C．氢原子在能级吸收的光子能量就可以电离，紫外线的最小频率大于，可以使处于能级的氢原子电离，故C正确；
D．氢原子从能级跃迁至能级辐射光子的能量：
在可见光范围之内；同理，从的能级向的能级辐射光子的能量也在可见光范围之内，所以大量氢原子从能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，故D正确。
故选CD．
14．（2020·江苏卷）大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为和，则该激发态与基态的能量差为_____，波长为的光子的动量为_____。（已知普朗克常量为h，光速为c）
【答案】
【解析】
[1]根据可知波长越短，对应光子的频率越大，对应跃迁的能级差越大；可知最短波长对应基态到激发态的能量差最大，结合得
[2]波长为对应的光子动量为
15．（2020·浙江卷）通过测量质子在磁场中的运动轨迹和打到探测板上的计数率（即打到探测板上质子数与衰变产生总质子数N的比值），可研究中子（）的衰变。中子衰变后转化成质子和电子，同时放出质量可视为零的反中微子。如图所示，位于P点的静止中子经衰变可形成一个质子源，该质子源在纸面内各向均匀地发射N个质子。在P点下方放置有长度以O为中点的探测板，P点离探测板的垂直距离为a。在探测板的上方存在方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场。
已知电子质量，中子质量，质子质量（c为光速，不考虑粒子之间的相互作用）。
若质子的动量。
（1）写出中子衰变的核反应式，求电子和反中微子的总动能（以为能量单位）；
（2）当，时，求计数率；
（3）若取不同的值，可通过调节的大小获得与（2）问中同样的计数率，求与的关系并给出的范围。
【答案】(1) (2) (3)
【解析】
（1）核反应方程满足质量数和质子数守恒：
核反应过程中：
根据动量和动能关系：
则总动能为：
（2）质子运动半径：
如图甲所示：
打到探测板对应发射角度：
可得质子计数率为：
（3）在确保计数率为的情况下：
即：
如图乙所示：
恰能打到探测板左端的条件为：
即：
1．（2019·海南卷）对于钠和钙两种金属，其遏止电压与入射光频率v的关系如图所示．用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则（ ）
A．钠的逸出功小于钙的逸出功
B．图中直线的斜率为
C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同
D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高
【答案】AB
【解析】
根据，即 ，则由图像可知钠的逸出功小于钙的逸出功，选项A正确；图中直线的斜率为，选项B正确；在得到这两条直线时，与入射光的强度无关，选项C错误；根据，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，选项D错误．
2．（2019·天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础．下列关于聚变的说法正确的是（ ）
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
【答案】AD
【解析】
核聚变的最终产物时氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确．
3．（2019·浙江卷）（加试题）波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距．则（下列表述中，脚标“1”和“2”分别代表波长为λ1和λ2的光所对应的物理量）
A．这两束光的光子的动量p1＞p2
B．这两束光从玻璃射向真空时，其临界角C1＞C2
C．这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压U1＞U2
D．这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n＝2能级时产生，则相应激发态的电离能△E1＞△E2
【答案】BD
【解析】
A．根据双峰干涉的条纹间距的表达式可知λ1>λ2，由可知p1