专题能力训练13近代物理 (时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60分。在每小题给出的四个选项中,15题只有一个选项符合题目要求,610题有多个选项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)1.(2018北京卷)在核反应方程24He+714N817O+X中,X表示的是()A.质子B.中子C.电子D.粒子2.已知钙和钾的截止频率分别为7.731014 Hz和5.441014 Hz,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3.右图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里。以下判断可能正确的是()A.a、b为粒子的径迹B.a、b为粒子的径迹C.c、d为粒子的径迹D.c、d为粒子的径迹4.汞原子的能级如图所示,现用一束单色光照射到大量处于基态的汞原子,汞原子只发出三种不同频率的单色光。关于入射光的能量,下列说法正确的是()A.等于4.9 eVB.等于7.7 eVC.等于8.8 eVD.大于或等于10.4 eV5.(2018天津卷)国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.714N俘获一个粒子,产生817O并放出一个粒子B.1327Al俘获一个粒子,产生1530P并放出一个粒子C.511B俘获一个质子,产生48Be并放出一个粒子D.36Li俘获一个质子,产生23He并放出一个粒子6.下列说法正确的是()A.原子的核式结构是汤姆生发现的B.铀核(92238U)衰变为铅核(82206Pb)的过程中,要经过8次衰变和6次衰变C.一个氢原子从量子数n=3的激发态跃迁到基态时最多可产生2条不同频率的谱线D.用加热、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期7.下列说法正确的是()A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经7.6天后就剩下1个原子核了B.原子核内的中子转化成一个质子和一个电子,这种转化产生的电子发射到核外,就是粒子,这就是衰变的实质C.光子的能量由光的频率所决定D.只要有核反应发生,就一定会释放出核能8.关于近代物理的相关内容,下列说法正确的是()A.射线是高速运动的氦原子B.核聚变反应方程12H+13H24He+01n中,01n表示中子C.玻尔将量子观念引入原子领域,其理论能够解释氢原子光谱的特征D.比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定放出能量9.氢原子的能级图如图所示,大量处于n=5激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出10种不同频率的光子。其中莱曼系是指氢原子由高能级向n=1能级跃迁时释放的光子,则()A.10种光子中波长最短的是n=5激发态跃迁到基态时产生的B.10种光子中有4种属于莱曼系C.使n=5能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量D.从n=2能级跃迁到基态释放光子的能量等于n=3能级跃迁到n=2能级释放光子的能量10.按如图的方式连接电路,当用某种紫光照射阴极K时,电路中的电流表有示数。则下列叙述正确的是()A.如果仅将紫光换成黄光,则电流表一定没有示数B.如果仅将紫光换成紫外线,则电流表一定有示数C.仅将滑动变阻器的滑片向右滑动,则电流表的示数一定增大D.仅将滑动变阻器的滑片向左滑动,则电流表的示数可能不变二、非选择题(本题共2小题,共40分)11.(20分)一静止的氡核(86222Rn)发生衰变,放出一个速度为v0、质量为m的粒子和一个质量为m0的反冲核钋(Po),若氡核发生衰变时,释放的能量全部转化为粒子和钋核的动能。(1)写出衰变方程;(2)求出反冲核的速度;(3)求出这一衰变过程中亏损的质量。12.(20分)海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应产生一个23He核和一个粒子,其中氘核的质量为2.013 0 u,氦核的质量为3.015 0 u,粒子的质量为1.008 7 u。(1 u相当于931.5 MeV)(1)写出核反应方程;(2)核反应中释放的核能;(3)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为动能的情况下,求反应中产生的粒子和氦核的动能。答案：1.A解析根据质量数守恒和电荷数守恒可得,X的质量数=4+14-17=1,X的电荷数=2+7-8=1,即X是质子,故选项A正确。2.A解析 光电效应方程Ekm=h-W=h-h0,钙的截止频率大,因此钙中逸出的光电子的最大初动能小,其动量p=2mEkm,故动量小,由=hp可知波长较大,则频率较小,选项A正确。3.D解析 射线是不带电的光子流,在磁场中不偏转,故选项B错误;粒子为氦核,带正电,由左手定则知受到向上的洛伦兹力,向上偏转,故选项A、C错误;粒子是带负电的电子流,应向下偏转,选项D正确。故选D。4.B解析 因为汞原子只发出三种频率不同的单色光,可知原子发生的是从能级3到低能级的跃迁,所以单色光的照射使原子从基态跃迁到了n=3的能量状态,所以单色光的能量等于能级3与基态的能级差:-2.7 eV-(-10.4 eV)=7.7 eV,故选项B正确。5.B解析 本题考查核反应方程式的书写,根据质量数守恒和核电荷数守恒可快速选出答案。根据质量数和核电荷数守恒可得:714N+24He817O+11H,选项A错误;1327Al+24He1530P+01n,选项B正确;511B+11H48Be+24He,选项C错误;36Li+11H23He+24He,选项D错误。6.BCD解析 原子的核式结构是卢瑟福通过粒子散射实验发现的,A错;质量数238=206+48守恒,电荷数92=82+28-6守恒,B正确;只有一个氢原子跃迁时最多可产生两条谱线是从32和从21跃迁时产生的,C正确;衰变是原子核内部的变化,由其本身决定,与外界环境无关,D正确。7.BC解析 因半衰期是对大量原子核的衰变作出的统计规律,对于少数原子核是没有意义的,所以A项错误;因为衰变的本质是核内一个中子转化成一个质子和一个电子并将电子发射出来的过程,所以B项正确;由光子的能量式=h,知C项正确;并不是所有核反应都放出核能,有些核反应过程需要吸收能量,D项错误。8.BCD解析 粒子是高速运动的氦原子核,A项错误;由核反应过程的质量数和电荷数守恒可知,01n表示中子,B项正确;由玻尔理论可知,C项正确;由核聚变和核裂变规律可知,D项正确。9.AB解析 n=5激发态跃迁到基态时产生的光子的能量最大、频率最大,所以波长最短,A正确;由题意知,从n=5、4、3、2激发态跃迁到n=1时发出的4种光子属于莱曼系,所以B正确;由题图知,n=5能级的电离能为0.54 eV,所以C错误;从n=2能级跃迁到基态释放光子的能量大于n=3能级跃迁到n=2能级释放光子的能量,所以D错误。10.BD解析 当换用黄光后,入射光的频率减小,但入射光的频率可能仍大于金属的极限频率,发生光电效应,电路中可能有光电流,A错误;当换用紫外线后,入射光的频率增大,一定能产生光电效应现象,则微安表一定有示数,B正确;滑动变阻器的滑片向右滑动,则光电管两极间的电压增大,电路中的光电流可能已经达到饱和值,保持不变,C错误;滑动变阻器的滑片向左滑动,则光电管两极间的电压减小,电路中的光电流可能仍为饱和值,保持不变,D正确。11.答案 (1)86222Rn84218Po+24He(2)mv0m0(3)m=(m0+m)mv022m0c2解析 (1)由已知得86222Rn84218Po+24He(2)设反冲核的速度为v,由动量守恒可知mv0=m0v即v=mv0m0。(3)由质能方程可知E=mc2=12mv02+12m0v2mc2=12mv02+12m0mv0m02解得m=(m0+m)mv022m0c212.答案 (1)12H+12H23He+01n(2)2.14 MeV(3)2.13 MeV0.71 MeV解析 (1)核反应方程为12H+12H23He+01n。(2)核反应中的质量亏损m=2mH-mHe-mn由E=mc2可知释放的核能E=(2mH-mHe-mn)c2=2.14 MeV。(3)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程系统的动量守恒,由于碰撞前两氘核的动能相等,其动量等大反向,因此反应前后系统的总动量为零,设碰撞后瞬间氦核、中子的速度分别为vHe、vn,动能分别为EkHe、Ekn,碰撞前氘核的动能EkH=0.35 MeV,则mHevHe+mnvn=0反应前后系统的总能量守恒,则12mHevHe2+12mnvn2=E+2EkH又有mHemn=31EkHe=12mHevHe2,Ekn=12mnvn2,解得EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV。5