【文档说明】《高考物理一轮复习压轴题剖析（原子物理部分）》专题32 近代物理（原卷版）.doc，共(10)页，365.477 KB，由管理员店铺上传

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1专题32近代物理一、选择题（1-9题只有一个选项正确，10-12题有多个选项符合条件）1．如图所示，有一束单色光入射到极限频率为0v的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到

达右侧极板时速度刚好为零．已知电容器的电容为C，带电量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电量的绝对值为e，不计电子的重力．关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率v，以下判断正确的是（）A．带正电，0QevCh+B．带正电，0Qe

vChd+C．带负电，0QevCh+D．带负电，0QevChd+2．如图甲所示是研究光电效应实验规律的电路。当用强度一定的黄光照射到光电管上时，测得电流表的示数随电压变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（）A．若

改用红光照射光电管，一定不会发生光电效应B．若改用蓝光照射光电管，图像与横轴交点在黄光照射时的右侧C．若用频率更高的光照射光电管，则光电管中金属的逸出功变大D．若照射的黄光越强，饱和光电流将越大3．“通过观测的结果，间接构建微观世界图景”是现代物理

学研究的重要手段，如通过光电效应实验确定了光具有粒子性．弗兰克-赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验．实验原理如图1所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，GA间加有0.5V电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了

单位时间内能到达A极电子的多少．在原来真空的容器中充入汞2蒸汽后，发现KG间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图2所示．科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔进一步指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释

．仅依据本实验结果构建的微观图景合理的是A．汞原子的能量是连续变化的B．存在同一个电子使多个汞原子发生跃迁的可能C．相对于G极，在K极附近时电子更容易使汞原子跃迁D．电流上升，是因为单位时间内使汞原子发生跃迁的电子

个数减少4．氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为4.54eV的钨时，下列说法中正确的是:A．氢原子能辐射4种不同频率的光子B．氢原子辐射的光子有四种不

能使钨发生光电效应C．氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大D．钨能吸收从n＝4向n＝2能级跃迁的光子而发生光电效应5．2019年北京时间4月10日21时，人类历史上首张黑洞照片被正式披露，引起世界轰动．黑洞是一类特殊的

天体，质量极大，引力极强，在它附近（黑洞视界）范围内，连光也不能逃逸，并伴随很多新奇的物理现象．传统上认为，黑洞“有进无出”，任何东西都不能从黑洞视界里逃逸出来．但霍金、贝肯斯坦等人经过理论分析，认为黑洞也在向外发出热辐射，此即著名的“霍金辐射”，因此可以定义一个“黑洞温度”T：38

hcTkGM=常量，c为真空中的光速，G为万有引力常量，M为黑洞质量，k是一个有重要物理意义的3常量，叫做“玻尔兹曼常量”．以下几个选项，不能用来表示“玻尔兹曼常量”单位的是：A．kgmKsB．22kgmKsC．J·K

-1D．WsK6．“通过观测的结果，间接构建微观世界图景”是现代物理学研究的重要手段，如通过光电效应实验确定了光具有粒子性．弗兰克-赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验．实验原理如图1所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，GA间加有0.

5V电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少．在原来真空的容器中充入汞蒸汽后，发现KG间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图2所示．科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔进一步指出该现象应从汞原

子能量量子化的角度去解释．下列说法错误的是A．汞原子基态和第一激发态的能级之差可能是4.9eVB．KG间电压低于4.9V时，电流随电压增大而上升，是因为电子能量越高，越容易克服反向电压到达A极C．KG间电压在5~10V之间时，出现电流随电压增大而上升的

一段图线，是因为单位时间使汞原子发生跃迁的电子个数增加D．即使KG间电压高于4.9V，电子也存在始终不与汞原子发生碰撞的可能性7．瑞典皇家科学院2018年10月2日宣布，将2018年诺贝尔物理学奖授予美国科学家阿瑟•阿什金

、法国科学家热拉尔•穆鲁以及加拿大科学家唐娜•斯特里克兰，以表彰他们在激光物理学领域的突破性贡献．阿什金发明的光镊工具能够“夹”住微小如原子、病毒以及活细胞等物体．穆鲁和斯特里克兰发明了“啁啾（zhōujiū）脉冲放大”技术．“啁啾”出自唐诗

“到大啁啾解游飏，各自东西南北飞”，形容鸟的鸣叫．“啁啾脉冲放大”技术其原理为：将一段短脉冲在时域上展宽，然后放大，再进行压缩．此项技术已经成为高强度激光的标准，应用于众多领域．则下列关于激光的说法合理的是A．某激光器产生超短脉冲时长为2.0

×10-13s，能量为1.0J，则此激光超短脉冲的功率为5.0×1013WB．短脉冲激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，测得在该时间段内被测物体的移动距离，从而得到被测物体的移动速度．激光测速选取的时间

间隔越长，测得物体移动的瞬时速度越准确4C．“啁啾”来源于鸟鸣，意即频率变化，“啁啾脉冲”技术中的短脉冲激光瞬时频率随时间的变化而变化D．利用光学镊子捕获活体细菌时，红外激光光镊比绿色激光光镊更容易杀死活

体细菌8．LED，英文lightemittingdiode的简称，又称发光二极管．LED的心脏是一个半导体的晶片，它由两部分组成，一部分是P型半导体，里面拥有多余的带正电荷的空穴，另一端是N型半导体，里面拥有多余的电子．电流通过导线作用于这个晶片，自由电子在通过二极管时会

陷入P型层中的空穴，这一过程中电子会从传导带向低轨道跃迁，因而电子会以光子的形式释放出能量．晶片材料的传导带与低轨道之间的能级差，决定光子的频率，当二极管由某些特定材料制成时，就能发出可见光光子．LED因其独特的构造，多数光子不会被半导体材料自身吸收，因而能向外释放大量的光子．根据以上

信息，下列说法正确的是（）A．白炽灯是通过加热灯丝发光的，LED灯也需要通过加热才能发光，它们工作时都会散发大量的热B．传导带与低轨道之间的能级差越大，电子跃迁时辐射出光子的波长越长C．普通硅二极管工作时不能

产生可见光，而只会发出红外线，是由于该材料的传导带与低轨道之间的能级差太小D．LED灯与普通灯泡一样，没有正负极9．某实验室工作人员，用初速度v0＝0.09c(c为真空中的光速)的α粒子轰击静止的氮原子核147N，产生

了质子H.若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向射入磁场，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1∶20，已知质子质量为m.()A．该核反应方程4141612781HeNOH+→+B．质子的速度v为0.20cC．若用两个上述质子发生

对心弹性碰撞，则每个质子的动量变化量是0.20mcD．若用两个上述质子发生对心弹性碰撞，则每个质子的动量变化量方向与末动量方向相反10．2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德•博伊尔和乔治•史密斯主要成就是发明了电

荷耦合器件（CCD）图象传感器．他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理．如图所示电路可研究光电效应规律．图中标有A和K的为光电管，其中A为阳极，K为阴极．理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来

显示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V；现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是（）5A．光电管阴极材料的逸出功为4.5

eVB．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零C．若用光子能量为12eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能一定变大D．若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零11．利用光电效应可以把光信号

转变为电信号，动作迅速灵敏，因此利用光电效应制作的光电器件在工农业生产、科学技术和文化生活领域内得到了广泛的应用，其中光电管就是应用最普遍的一种光电器件．把光电管接入如图所示的电路中．闭合电键S，用波长为λ的单色光照射光电管时发生了光电效

应，下列说法正确的是A．照射的单色光越强，饱和光电流将越大B．若用波长更长的单色光照射光电管，则光电管中金属的逸出功越大C．若把滑片C向左滑动，电流表G的示数一定增大D．若把电源正负极反接，电流表G的示数可能为零12.如图所示，是氢原子四个能级的示意图．当氢原子从n=4的能级跃迁到n=3

的能级时，辐射出光子a，当氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时，辐射出光子b，则以下判断正确的是＿．（双选，填正确答案标号）6A．在真空中光子a的波长大于光子b的波长B．光子a可使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级C．光子b可使处于n=3能级的氢原子电离D．一群处于n=3

能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线二、非选择题（共6小题）13．能量的转化和守恒定律是自然界中最重要的一条普遍规律．（1）在光电效应实验中，一个电子在短时间内能吸收到一个光子的能量，从金属表面逸出．金属表面的电子逸出具有最大动能，一般不易测量，

经常借助于转化的思想，通过测量遏止电压间接得出．已知入射光的频率，金属材料的截止频率0，光电子的电荷量e，普朗克常量h．根据光电效应方程，请写出遏止电压U与入射光频率的关系式；（2）如图所示，平滑轨道ABC固定在竖直平面内，其表面光滑，在C点与高度

为0H粗糙的水平轨道CD相切，滑块M从高度为H的斜坡上A处静止滑下，与B处的滑块N发生对心弹性碰撞，碰后滑块N滑上右侧水平轨道，此过程中滑块N一直未脱离右侧轨道，沿CD滑行一段距离后停止．已知MN、的质量均为m，滑块N与CD间的动摩擦因数为，重力

加速度为g．求：a.滑块N到达C点的动能kE；b.若增大H的值，但仍保持滑块N一直不脱离轨道，则滑块N在CD段滑行的距离x也随之变化．请推导x与H的关系式，并作出xH−图像且指出横截距物理量的意义；c.对比两实例，光电效应中的逸出功对应于该

过程的哪个表达式？714．一个氘核（21H）和一个氚核（31H）聚变时产生一个中子（10n）和一个α粒子（42eH）．已知氘核的质量为Dm，氚核的质量为Tm，中子的质量为nm，α粒子的质量为αm，光速为c，元电荷电量为e．（1）写出核反应方程，并求一个氘核

和一个氚核聚变时释放的核能E．（2）反应放出的粒子在与匀强磁场垂直的平面内做圆周运动，轨道半径为R，磁感应强度大小为B．求粒子在磁场中圆周运动的周期T和等效电流I的大小．（3）1909年卢瑟福及盖革等

用α粒子轰击金箔发现，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进或只发生很小的偏转，但有些α粒子发生了较大的偏转，个别就像被弹回来了一样．卢瑟福认为“枣糕模型”中的电子不足以把α粒子反弹回来，在经过深思熟虑和仔细的计算后，他

提出了原子的核式结构模型．以一个α粒子以速度v与原来静止的电子发生弹性正碰为例，请通过计算说明为什么电子不能把α粒子反弹回来（已知α粒子的质量是电子质量的7300倍）．15．两个氘核（21H）聚变时产生一个氦核（23He，氦的同位素）和一个中子，

已知氘核的质量为M，氦核（23He）的质量为m，中子的质量为0m．以上质量均指静质量，不考虑相对论效应．（1）请写出核反应方程并求两个氘核聚变反应释放的核能E；（2）为了测量产生的氦核（23He）的速度，让氦核垂直

地射入磁感应强度为B的匀强磁场中，测得氦核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R，已知氦核的电荷量为q，氦核的重力忽略不计，求氦核的速度v及氦核做圆周运动的周期T；（3）要启动这样一个核聚变反应，必须使氘核（21H）具有足够大的动能，以克

服库仑斥力而进入核力作用范围之内．选无穷远处电势能为零，已知当两个氘核相距为r时，它们之间的电势能2peEkr=（k为静电力常量）．要使两个氘核发生聚变，必须使它们之间的距离接近到0r，氘核的重力忽略不计．那么，两个氘核从无穷远处以大小相同的初速度相向

运动发生聚变，氘核的初速度0v至少为多大？816．能量守恒定律、动量守恒定律、电荷守恒定律等等是自然界普遍遵循的规律，在微观粒子的相互作用过程中也同样适用．卢瑟福发现质子之后，他猜测：原子核内可能还存在一

种不带电的粒子．（1）为寻找这种不带电的粒子，他的学生查德威克用粒子轰击一系列元素进行实验．当他用粒子()42He轰击铍原子核()94Be时发现了一种未知射线，并经过实验确定这就是中子，从而证实了卢瑟福的猜测．请你完成此核反应方程491240______HeBen+→+．（2）

为了测定中子的质量nm，查德威克用初速度相同的中子分别与静止的氢核与静止的氮核发生弹性正碰．实验中他测得碰撞后氮核的速率与氢核的速率关系是17NHvv=．已知氮核质量与氢核质量的关系是14NHmm=，将中子与氢

核、氮核的碰撞视为完全弹性碰撞．请你根据以上数据计算中子质量nm与氢核质量Hm的比值．（3）以铀235为裂变燃料的“慢中子”核反应堆中，裂变时放出的中子有的速度很大，不易被铀235俘获，需要使其减速．在讨论如何使中子减速的问题时，有人设计了一种方案：让快中子与静止的粒子发生碰撞，他选择

了三种粒子：铅核、氢核、电子．以弹性正碰为例，仅从力学角度分析，哪一种粒子使中子减速效果最好，请说出你的观点并说明理由．17．真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置，如图所示，光照前两板都不带电，以光照射A板，则板中的电子可能吸收光的能量而逸出．电子逸出时其速度是向各个方向

的，作为一种简化模型，我们假设所有逸出的电子都垂直于A板向B板运动，且电子离开A板时的动能在0到Ekm之间概率均匀，即动能在任意Ek到Ek+∆Ek之间的电子数都相等．已知单位时间内从A板逸出的电子数为N0，忽略电子的重力及它们之间的相互作用，保持光照条件不变，a和b为接线柱．电子逸出时的最大动能为

Ekm，元电荷为e．9（1）图示装置可看作直流电源，试判断该电源的正负极并求其电动势E．（2）当ab间接有用电器时，AB板间电压为某一小于电动势的值Uab，此时初速度较小的电子将不能到达B板，求此时能够到达B板的电子数N与N0的比值，以及此时电路中电流强度I与短路电流I0的比值．（3）在对

外供电时，并不是所有的电源其路端电压与电源电动势之间都满足U=E-Ir，其中r为一与外电路无关的量，但可以证明在上述简化模型中这一关系成立．试证明之，并求出相应的r．18．根据光的粒子性，光的能量是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子，光

子具有动量和能量．已知光在真空中的速度为c，普朗克常量为h．（1）请根据爱因斯坦质能方程和光子说证明光子动量的表达式为P=h，并由此表达式可以说明光具有什么特性？（2）实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射

时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律．如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实．关于上述逆康

普顿散射，请定性分析散射光的波长将如何变化？（3）惯性质量和引力质量是两个不同的物理概念．万有引力定律公式中的质量称为引力质量，它表示物体产生引力场或变引力作用的本领，一般用天平称得的物体质量就是物体的引力质量．牛顿第二定律公式中的质量称为惯性质量，它是物体惯性的量

度，用惯性秤可以确定物体的惯性质量．频率为的一个光子具有惯性质量，此质量由相对论知识可以推得可由光子的能量确定，请通过本题陈述和所给已知量确定光子的惯性质量m的表达式．（4）接第三问，假定光子也有引力质量，量值等于惯性质量．据相对

论等近代物理知识可知：从一颗星球表面发射出的光子，逃离星球引力场时，该光子的引力质量会随着光子的运动而发生变化，光子的能量10将不断地减少．a.试分析该光子的波长将如何变化？b.若给定万有引力常量G，星球半

径R，光子的初始频率，光子从这颗星球（假定该星球为质量分布均匀的圆球体）表面到达无穷远处的频移（频率变化量值）为，假定<<,星球和光子系统的引力势能表达式为：GMmr−（选定光子和星球相距无穷远处为零势

能处），此表达式中的r为光子到星球中心的距离，试求该星球的质量M．