第16章近代物理章末檢測卷

第16章近代物理章末檢測卷滿分100分，考試時長90分鐘一、單選題（本題共10小題，每題4分，共40分）1．光刻機是制造芯片的核心裝備，如圖甲所示，它采用類似照片沖印的技術，通過曝光去除晶圓表面保護膜的方式，先將掩膜版上的精細圖形印制到硅片上，然后將晶圓浸泡在腐化劑中，失去保護膜的部分被腐蝕掉后便形成電路。某光刻機使用的是真空中波長為的極紫外線光源（），如圖乙所示，在光刻膠和投影物鏡之間填充了折射率為1.8的液體用于提高光刻機投影精細圖的能力，則該紫外線由真空進入液體后（）A．光子能量減小 B．傳播速度不變C．波長變?yōu)?D．更容易發(fā)生明顯衍射【答案】C【詳解】A．紫外線由真空進入液體后，頻率不變，根據(jù)公式可知光子能量不變，故A錯誤；BC．由于頻率不變，傳播速度減小，波長變短，根據(jù)公式可得，故B錯誤，C正確；D．由于波長變短，所以更不容易發(fā)生明顯衍射，故D錯誤。故選C。2．下列四個核反應方程，屬于聚變的是（）A． B．C． D．【答案】B【詳解】A．該核反應是放射性元素發(fā)生衰變，故A錯誤；B．該核反應是輕核結合成較重的原子核，屬于聚變，故B正確；C．該核反應是高能粒子轟擊原子核使之轉變?yōu)榱硪环N原子核，屬于原子核的人工轉變，故C錯誤；D．該核反應是重核分裂成兩個質量較小的原子核，屬于裂變，故D錯誤。故選B。。3．在粒子散射實驗中，下列圖景正確的是（）A．

B．

C．

D．

【答案】B【詳解】AB．當粒子進入原子區(qū)域后，離帶正電的原子核遠的受到的庫侖斥力小，運動方向改變小。只有極少數(shù)粒子在穿過時距離正電體很近，受到很強的庫侖斥力，發(fā)生大角度散射，故A錯誤，B正確；CD．由庫侖定律和原子核式結構模型可知，電子的質量只有粒子的，它對粒子速度的大小和方向的影響的影響，完全可以忽略，粒子偏轉主要是帶正電的原子核造成的，故CD錯誤；故選B。4．下列與粒子相關的說法中正確的是（）A．（鈾238）核放出一個粒子后就變?yōu)椋ㄢQ234）B．天然放射性現(xiàn)象中產生的射線速度與光速相當，貫穿能力很強C．高速粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子，核反應方程為D．丹麥物理學家玻爾進行了粒子散射實驗并首先提出了原子的核式結構模型【答案】A【詳解】A．根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，（鈾238）核放出一個粒子后就變?yōu)椋ㄢQ234），故A正確；B．天然放射性現(xiàn)象中產生的射線速度大約為光速的，貫穿能力很弱，故B錯誤；C．高速粒子轟擊氮核可從氮核中打出質子，核反應方程為故C錯誤；D．盧瑟福進行了粒子散射實驗并首先提出了原子的核式結構模型，故D錯誤。故選A。5．人們認識量子論的第一步始于對黑體輻射實驗規(guī)律的解釋，下圖畫出了、兩種溫度下黑體的輻射強度與其輻射光波長的關系，下列說法正確的是（）A．B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關C．隨著溫度升高，波長短的輻射強度增大，波長長的輻射強度減小D．愛因斯坦提出的能量子假說很好地解釋了黑體輻射的實驗規(guī)律【答案】B【詳解】A．對于黑體輻射，溫度越高，輻射強度越強，且極大值向著波長較短的方向移動，因此根據(jù)圖像可知，，故A錯誤；B．黑體輻射隨著波長越短、溫度越高則輻射越強，所以黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，故B正確；C．隨著溫度升高，各種波長的輻射強度均增大有增加，但輻射強度的極大值向著波長較短的方向移動，故C錯誤；D．普朗克提出了能量子假說并根據(jù)能量子假說很好地解釋了黑體輻射的實驗規(guī)律，破除了“能量是連續(xù)變化的”傳統(tǒng)觀念，故D錯誤。故選B。6．2023年4月12日，我國科學家利用自主設計的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST），成功實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運行403秒的新世界紀錄。該核聚變反應方程為，其中粒子X是（）A．中子 B．電子 C．質子 D．正電子【答案】A【詳解】由核聚變前后的質量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知X的電荷數(shù)為1+12=0X的質量數(shù)為2+34=1，所以X是中子。故選A。7．如圖甲所示為某實驗小組成員研究某金屬發(fā)生光電效應的遏止電壓隨照射光頻率變化關系的實驗原理圖，圖乙為實驗得到的遏止電壓隨照射光頻率變化的關系圖像，電子的電荷量，則下列說法正確的是（）A．由圖乙可得普朗克常量為B．由圖乙可知，該金屬的極限頻率為C．圖甲中入射光的頻率為時，逸出的光電子的最大初動能為D．圖甲中入射光的頻率為時，滑動變阻器的滑片移到最左端，電流計G的示數(shù)為零【答案】C【詳解】AB．根據(jù)題意，由光電效應方程有又有整理可得由圖乙可知，，解得結合圖乙可知，當，該金屬的極限頻率，故AB錯誤；C．由光電效應方程有，則當入射光的頻率為時，逸出的光電子的最大初動能為，故C正確；D．圖甲中入射光的頻率為時，大于極限頻率，能夠發(fā)生光電效應，滑動變阻器的滑片移到最左端時，光電管、電流計和電壓表組成回路，則電流計G的示數(shù)不為零，故D錯誤。故選C。8．在光電效應中，當一定頻率的光照射某種金屬時，實驗得到的遏止電壓與入射光的頻率的關系如圖所示，其橫軸截距為，縱軸截距為，元電荷電量為。下列說法正確的是（）A．遏止電壓與入射光的頻率成正比 B．金屬的逸出功為C．金屬的截止頻率為 D．普朗克常量【答案】B【詳解】根據(jù)光電效應方程可得電子的最大初動能為根據(jù)動能定理可得聯(lián)立可得可知遏止電壓與入射光的頻率不成正比關系，圖像的斜率為解得普朗克常量為圖像的縱軸截距為解得金屬的逸出功為金屬的截止頻率為故選B。9．用如圖所示的裝置做單色光的光學實驗，光屏上得到明暗相間的條紋，發(fā)現(xiàn)用a光做實驗時，光屏中部同樣范圍內亮條紋的條數(shù)比用b光做實驗時多。實驗中雙縫間距不變，雙縫到光屏的距離不變。下列說法正確的是（）A．a光的頻率小于b光的頻率B．若用a、b光分別照射某金屬均能夠發(fā)生光電效應，用a光照射得到光電子的最大初動能小C．若a光是氫原子從能級躍遷到產生的，則b光可能是氫原子從能級躍遷到產生的D．在真空中，a光的傳播速度小于b光【答案】C【詳解】A．由雙縫干涉原理可得，發(fā)現(xiàn)用a光做實驗時，光屏中部同樣范圍內亮條紋的條數(shù)比用b光做實驗時多，說明a光條紋間距x較小，a光波長較小，a光頻率較高，A錯誤；D．在真空中，a光的傳播速度與b光傳播速度相同，均為光速c，D錯誤；C．a光頻率較高，光子能量較大，若a光是氫原子從能級躍遷到產生的，則b光可能是氫原子從能級躍遷到產生的，C正確；B．光電效應方程為，若用a、b光分別照射某金屬均能夠發(fā)生光電效應，用a光照射得到光電子的最大初動能較大，B錯誤。故選C。10．某種金屬逸出光電子的最大初動能與入射光頻率的關系如圖所示，其中為極限頻率。下列說法正確的是（）A．逸出功隨入射光頻率增大而減小 B．最大初動能與入射光強度成正比C．最大初動能與入射光頻率成正比 D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關【答案】D【詳解】A．逸出功是金屬的固有屬性，與金屬本身有關，與入射光的頻率無關，故A錯誤；BC．根據(jù)光電效應方程知，最大初動能與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關，但最大初動能與入射光的頻率不是成正比關系，故BC錯誤；D．根據(jù)結合圖象可知，圖線的斜率表示普朗克常量，故D正確。故選D。二、多選題（本題共4小題，每題4分，共16分，漏選得2分，錯選得0分，全部選對得4分）11．對于原子和原子核的說法，下列正確的是（

）A．原子核的結合能越大，說明該原子核越穩(wěn)定B．一群氫原子從的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，有可能輻射出10種不同頻率的光子C．盧瑟福的α粒子散射實驗證明了原子核是有結構的D．原子核衰變時電荷數(shù)和質量數(shù)都守恒【答案】BD【詳解】A．應該是原子核的比結合能越大，說明該原子核越穩(wěn)定，故A錯誤；B．一群氫原子從的激發(fā)態(tài)遷到基態(tài)時，有可能輻射出不同頻率的光子為種，故B正確；C．盧瑟福的粒子散射實驗證明了原子的核式結構理論，故C錯誤；D．原子核衰變時電荷數(shù)和質量數(shù)守恒，故D正確。故選BD。12．核反應是指入射粒子（或原子核）與原子核（稱靶核）碰撞導致原子核狀態(tài)發(fā)生變化或形成新核的過程?？茖W家發(fā)現(xiàn)，核反應，將氦核（）轉化為碳核（），下列說法正確的是（

）A．該核反應前后有質量虧損 B．該核反應前后的核子數(shù)減少C．氦核的比結合能大于碳核的比結合能 D．一個碳核的中子數(shù)為6【答案】AD【詳解】A．該核反應有能量放出，根據(jù)質能方程可知該核反應前后質量有虧損，A正確；B．根據(jù)質量數(shù)守恒可知，核反應中的核子數(shù)保持不變，B錯誤；C．該核反應釋放能量，表明生成核比反應核更加穩(wěn)定，而比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，因此碳核的比結合能大于氦核的比結合能，C錯誤；D．一個碳核的中子數(shù)為，D正確。故選AD。13．一群處于基態(tài)的氫原子，在大量電子的碰撞下躍遷至的能級，然后從能級向低能級躍遷，如圖甲，氫原子從能級躍遷到能級產生可見光Ⅰ，從能級躍遷到能級產生可見光Ⅱ，圖乙是光Ⅰ、光Ⅱ對同種材料照射時產生的光電流與電壓圖線，已知普朗克常量，元電荷，光在真空中的速度為，下列說法正確的是（）A．使處于基態(tài)的氫原子躍遷至能級的電子動能B．使處于基態(tài)的氫原子躍遷至能級的電子德布羅意波長C．圖乙中的滿足關系D．圖乙的圖線對應光Ⅰ【答案】AC【詳解】A．氫原子從基態(tài)躍遷至能級需要吸收的能量為則使處于基態(tài)的氫原子躍遷至能級的電子動能需要滿足，故A正確；B．根據(jù)德布羅意波長公式設電子的質量為，電子的動量為可得電子德布羅意波長為，故B錯誤；D．根據(jù)，由圖乙可知，圖線對應的遏止電壓小于圖線對應的遏止電壓，則圖線對應的電子最大初動能小于圖線對應的電子最大初動能，由題意可知圖乙的圖線對應光Ⅱ，故D錯誤；C．由于圖乙的圖線對應光Ⅱ，則有圖線對應光Ⅰ，則有聯(lián)立可得，故C正確。故選AC。14．如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出頻率不同的大量光子，其中頻率最高的光子照射到圖乙電路中光電管陰極K上時，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。下列說法正確的是（）B．這些氫原子躍遷時共發(fā)出3種頻率的光C．若調節(jié)滑動變阻器滑片能使光電流為零，則可判斷圖乙中電源右側為正極D．氫原子躍遷放出的光子中共有2種頻率的光子可以使陰極K發(fā)生光電效應現(xiàn)象【答案】BD【詳解】A．由圖甲可知，大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出頻率最高的光子的能量為根據(jù)圖丙可知，遏止電壓為，則光電子的初動能根據(jù)光電效應方程則光電管陰極K金屬材料的逸出功為，故A錯誤；B．根據(jù)排列組合的規(guī)律可知，大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，共發(fā)出3種頻率的光，故B正確；C．光電子由陰極K向對面的極板運動，形成光電流，要阻止該電流，需要接反向電壓，則可判斷圖乙中電源左側為正極，故C錯誤；D．通過A分析可知，只要光電子的能量大于，就可以使陰極K發(fā)生光電效應現(xiàn)象，由圖甲可知，大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，有2種頻率的光子滿足要求，故D正確。故選BD。三、解答題(本題共3小題，共44分）16．（14分）在火星上太陽能電池板發(fā)電能力有限，因此科學家們用放射性材料——PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電（PuO2中的Pu是）。已知衰變后變?yōu)楹土Ｗ?。若靜止的在勻強磁場中發(fā)生衰變，粒子的動能為E，粒子的速度方向與勻強磁場的方向垂直，在磁場中做勻速圓周運動的周期為，衰變放出的光子的動量可忽略，衰變釋放的核能全部轉化為和粒子的動能。已知光在真空中的傳播速度c．求：（1）衰變過程中的質量虧損；（2）從開始衰變到和粒子再次相遇的最短時間t。【答案】（1）；（2）【詳解】（1）α衰變方程為根據(jù)動量守恒定律可知α粒子和鈾核的動量大小相等，設為p，α粒子的動能鈾核的動能，則所以釋放能量為，且，解得（2）根據(jù)周期方程，因為想再次相遇，必然是在裂變的切點處，所以每個粒子運動的時間必須為整數(shù)周期，這樣就應有△t=nT0＝mTU，而n、m必須為整數(shù)，所以根據(jù)T0與TU的比例關系，則必須n=117或m=92，這就意味著△t=117T0所以相遇最短時間16．(14分)氫原子的能級圖如圖甲所示，一群處于的激發(fā)態(tài)的氫原子自發(fā)躍遷，輻射出的光子中僅有a、b兩種光能使圖乙中的光電管電路產生光電流，測量得到的光電流I與電壓U的關系曲線如圖丙所示。求：（1）b光產生的光電子的最大初動能（結果用eV為單位）；（2）陰極K的逸出功W（結果用eV為單位）；（3）反向遏止電壓?！敬鸢浮浚?）8.9eV；（2）；（3）【詳解】（1）對b光產生的光電子分析有解得（2）對b光的光子，有所以逸出功為（3）對a光的光子，有，，聯(lián)立解得17．（18分）如圖粒子源可以每秒發(fā)射出個粒子，其初速度均為，進入電壓為的加速電場，從電場中射出后與靜止在反應區(qū)A點的鈹核發(fā)生核反應，兩個反應產物垂直于邊界飛入探測區(qū)、探測區(qū)有一圓形磁場和粒子探測器、圓形磁場半徑為，其內存在磁感應強度為的勻強磁場，圓形磁場邊界與相切，探測器與平行且距圓心距離為。實驗中根據(jù)碰撞點的位置便可分析核反應的生成物。為簡化模型，假設每個粒子均可與鈹核發(fā)生核反應，實驗中探測器上有兩個點（點和點）持續(xù)受到撞擊，點在一直線上，且，打在點粒子穿透探測器，被探測器吸收，其中穿透的粒子能量損失，打在點的粒子全部被吸收。已知質子和中子的質量均為，原子核的質量為核子的總質量，質子電量為，不計粒子間相互作用（核反應過程除外）求：（1）粒子射出加速電場后的速度大??；（2）完成粒子與鈹核發(fā)生核反應方程：（3）判斷打在點的分別是什么粒子，計算其速度大??；（4）探測器上點每秒受到的撞擊力大小?！敬鸢浮浚?）；（2）；（3）點的為