2020年高考物理 母题题源系列 专题13 近代物理初步（含解析）

2020年高考物理 母题题源系列 专题13 近代物理初步（含解析）

专题13 近代物理初步 ‎ ‎【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅰ卷）‎ ‎【母题原题】（2020·新课标全国Ⅰ卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光为可见光。要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为 A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.5l eV ‎【答案】A ‎【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV的可见光。故。故本题选A。‎ ‎【母题来源二】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国Ⅱ卷）‎ ‎【母题原题】（2020·新课标全国Ⅱ卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为 A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV ‎【答案】C ‎【解析】由知，=，忽略电子质量，则：，故C选项符合题意。‎ ‎【母题来源三】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（天津卷）‎ ‎【母题原题】（2020·天津卷）如图为、、三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由、、组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是 ‎【答案】C ‎【解析】由光电效应的方程，动能定理，两式联立可得，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率，则可知三种光的折射率的关系为 ‎，因此光穿过三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误。‎ ‎【母题来源四】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（天津卷）‎ ‎【母题原题】（2020·天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2020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。‎ ‎【母题来源五】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（浙江选考）‎ ‎【母题原题】（2020·浙江选考）一个铍原子核（）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）后发生衰变，生成一个锂核（ ），并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为已知铍原子的质量为MBe=7.016929u，锂原子的质量为MLi=7.016004u，1u相当于9.31×102MeV。下列说法正确的是 A．中微子的质量数和电荷数均为零 B．锂核（）获得的动能约为0.86MeV C．中微子与锂核（）的动量之和等于反应前电子的动量 D．中微子与锂核（）的能量之和等于反应前电子的能量 ‎【答案】AC ‎【解析】反应方程为，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A正确；根据质能方程，质量减少，为释放的核能，不是锂核获得的动能，B错误；衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核（）的动量之和等于反应前电子的动量，C正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核（）的能量之和小于反应前电子的能量，D错误。‎ ‎【母题来源六】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（江苏卷）‎ ‎【母题原题】（2020·江苏卷）100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击核也打出了质子：；该反应中的X是 （选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是 （选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。‎ ‎【答案】中子 核裂变 ‎【解析】由质量数和电荷数守恒得：X应为：即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，核聚变目前还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变。‎ ‎【命题意图】本题考查近代物理知识中的一个重要考点—玻尔理论，意在考查考生的理解能力。‎ ‎【考试方向】近代物理部分，涉及的考点较多，主要有光电效应、波粒二象性、原子结构、玻尔理论、衰变、核反应和核能等，主要以选择题的形式命题，可能单独命题，但更多的是通过多个选项命制综合题。‎ ‎【得分要点】光电效应 波粒二象性主要考查方向有以下几个方面，其主要破解方法也一并总结如下：‎ ‎1、由Ek－ν图象可以得到的信息:‎ ‎（1）极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.‎ ‎（2）逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值E=W0.‎ ‎（3）普朗克常量：图线的斜率k=h.‎ ‎2、光电效应中两条线索 线索一：通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。‎ 线索二：通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大。‎ ‎3、对光的波粒二象性、物质波的考查 光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：‎ ‎（1）个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．‎ ‎（2）频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．‎ ‎（3）光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性 ‎（4）由光子的能量E=hν，光子的动量表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E=pc。‎ 玻尔理论的主要考查方向有以下几个方面，其主要破解方法也一并总结如下：‎ ‎（1）原子从基态跃迁到激发态需要吸收能量，而从激发态跃迁到基态则会以光子的形式向外放出能量。不论是吸收能量还是放出能量，这个能量值不是任意的，而是等于发生跃迁的这两个能级间的能量差，即hν=Em-En。‎ ‎（2）原子从激发态向基态跃迁时发出光子的种类：当单个氢原子自发辐射，由量子数为 n（n＞1）的能级向低能级跃迁时最多只能形成（n-1）条谱线，或者说产生（n-1）种不同频率的光子；当大量处于第n激发态的原子向低能级跃迁时最多可辐射种光子。‎ ‎（3）原子跃迁时电子动能、原子势能和原子能量的变化（与天体运动规律相同）：当轨道半径减小时，库仑引力引力做正功，电子动能增大，原子的电势能减小，原子能量减小；当轨道半径增大时，库仑引力引力做负功，电子动能减小，原子的电势能增大，原子能量增大。‎ 原子核、核反应方程主要考查方向有以下几个方面，其主要破解方法也一并总结如下：‎ ‎1、确定衰变次数的方法 ‎（1）设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m ‎（2）确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。‎ ‎2、核能的计算方法 ‎（1）利用爱因斯坦的质能方程计算核能：利用爱因斯坦的质能方程计算核能，关键是求出质量亏损，而求质量亏损主要是利用其核反应方程式，再利用质量与能量相当的关系求出核能。‎ ‎（2）利用阿伏加德罗常数计算核能：求宏观物体原子核发生核反应过程中所释放的核能，一般利用核反应方程及其比例关系和阿伏加德罗常数。‎ ‎（3）由动量守恒和能量守恒计算核能：由动量守恒定律和能量守恒定律来求。‎ ‎（4）说明：‎ ‎①根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．‎ ‎②根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．‎ ‎③利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．‎ ‎1．（2020·福建省福州市八校期末）物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法符合事实的是 A．汤姆孙发现了电子，并提出了“原子的核式结构模型”‎ B．卢瑟福用α粒子轰击获得反冲核，发现了质子 C．查德威克发现了天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D．普朗克提出的“光子说”成功解释了光电效应 ‎【答案】B ‎【解析】A、汤姆孙发现了电子，卢瑟福提出了“原子的核式结构模型”，选项A错误；B、卢瑟福用α粒子轰击获得反冲核，，发现了质子，选项B正确；C、贝克勒尔发现了天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，选项C错误；D、爱因斯坦提出的“光子说”成功解释了光电效应，选项D错误。‎ ‎2．（2020·天津市河东区二模）现在的工业生产中，为保证产品质量，经常使用射线测重仪测量产品的规格，下列核反应方程中属于衰变的是 A．‎ B．‎ C．‎ D．‎ ‎【答案】B ‎【解析】A．是轻核聚变的核反应方程，未生成电子，不符合题意；B．是天然放射的核反应方程，生成电子，属于β衰变，符合题意；C．是发现质子的核反应方程，未生成电子，不符合题意；D．是天然放射的核反应方程，未生成电子，不符合题意。‎ ‎3．（2020·内蒙古集宁一中月考）如图所示为氢原子的能级图，已知可见光光子的能量范围约为1.62~3.11 eV，则下列说法正确的是 A．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可发出6种不同频率的可见光 B．用能量为10.3 eV的电子轰击大量处于基态的氢原子可使氢原子向高能级跃迁 C．用可见光照射大量处于基态的氢原子可使氢原子向高能级跃迁 D．处于基态的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离 ‎【答案】B ‎【解析】A、大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可发出种不同频率的光子，因为可见光的光子能量范围约为1.62 eV～3.11 eV，满足此范围的有：n=4到n=2，n=3到n=2．所以发出2种不同频率的可见光。故A错误。B、从基态跃迁到n=2的能级需要的能量E0=E2–E1=–3.4 eV–（–13.6 eV）=10.2 eV，由于氢原子与电子发生碰撞时可以吸收部分的能量，所以用能量为10.3 eV的电子轰击大量处于基态的氢原子可以使氢原子吸收10.2 ‎ eV能量向n=2能级跃迁。故B正确。C、从基态跃迁到n=2的能级需要的能量：E0=E2–E1=–3.4 eV–（–13.6 eV）=10.2eV，而可见光的最大能量为3.11 eV，所以用可见光照射大量处于基态的氢原子不可能使氢原子向高能级跃迁。故C错误；D、根据玻尔理论，处于基态的氢原子只能吸收特定频率的光子的能量，故D错误。‎ ‎4．（2020·重庆市南开中学高三第四次考试）以下关于物理学的发展史，不正确的表述是 A．爱因斯坦提出的光子说成功解释了光电效应的实验规律 B．卢瑟福对粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型 C．居里夫妇发现钋、镭等都具有放射性 D．查德威克通过实验发现了质子 ‎【答案】D ‎【解析】爱因斯坦提出的光子说成功解释了光电效应的实验规律，选项A正确；卢瑟福对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，选项B正确；居里夫妇发现钋、镭等都具有放射性，选项C正确；查德威克通过实验发现了中子，选项D错误；此题选择不正确的选项，故选D。‎ ‎5．（2020·天津市红桥区质量检测）下列说法正确的是 A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律 B．α射线是高速运动的带电粒子流，穿透能力很强 C．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 D．发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 ‎【答案】C ‎【解析】A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量数守恒的规律，若释放核能，质量有亏损，故A错误；B．α射线是高速运动的氦原子核，穿透能力较小，故B错误；C．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时只能辐射特定频率的光子，故C正确；D．光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系。故D错误。‎ ‎6．（2020·黑龙江省哈尔滨市三模）‎ 在我们的生活中，日常用品、装饰材料、周围的岩石、食盐、香烟等都不同程度地含有放射性元素。其中香烟中含有钋（），具有放射性，其衰变方程为：，半衰期为138天，则下列说法正确的是 A．该衰变中释放出的α射线的穿透能力强于γ射线的穿透能力 B．钋（）衰变过程中会释放出能量 C．质量为m的钋核经过276天，剩余的钋核的质量为 D．若采用提高温度的方法，可以改变钋（）的半衰期 ‎【答案】B ‎【解析】A．α射线的穿透能力弱于γ射线的穿透能力，A错误；B．钋（）衰变过程中产生质量亏损，根据质能方程可知，会释放能量，B正确；C．质量为m的钋核经过276天，两个半衰期，每经过一个半衰期质量变为原来的一半，所以经过两个半衰期质量变为原来的，C错误；D．半衰期不会随着温度而改变，D错误。‎ ‎7．（2020·湘赣十四校高三二模）关于原子核的衰变，下列说法正确的是 A．射线是电子流，是原子核外电子的一种自发的放射现象 B．对天然放射性元素加热，其半衰期将变短 C．原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒 D．任何元素都有可能发生衰变 ‎【答案】C ‎【解析】β射线是原子核发生β衰变产生的，是核内中子转化为质子时放出的负电子，不是原子核外电子电离产生的，故A错误；半衰期的大小由原子核内部因素决定，与温度、压强等因素无关，故B错误；原子核在衰变的过程中电荷数守恒、质量数守恒，故C正确；有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故D错误。‎ ‎8．（2020·湖南省怀化市二模）下列说法正确的是 A．β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个电子 B．实验表明，只要照射光的强度足够大，就一定能发生光电效应 C．钍的半衰期为24天，1 g钍经过120天后还剩0.2 g D．根据玻尔的原子理论，氢原子从n＝5的激发态跃迁到n＝3的激发态时，核外电子动能减小 ‎【答案】A ‎【解析】A、β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个电子，故A正确；B、根据光电效应方程可知，发生光电效应的条件与光的频率有关，与光的强度无关，故B错误；C、钍的半衰期为24天，1 g钍经过120天后，发生5次衰变，根据m＝m0（）5 g＝0.03125 g，故C错误；D、据玻尔的原子理论，氢原子从n＝5的激发态跃迁到n＝3的激发态时，库仑力提供向心力，向心力增加，速度变大电子动能增加，故D错误。‎ ‎9．（2020·陕西省西安中学期末）在光电效应实验中，小强同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出 A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能 ‎【答案】BD ‎【解析】A．根据截可知入射光的频率越高，对应的截止电压截 越大，甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故选项A错误；B．丙光的截止电压大于乙光的截止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，故选项B正确；C．截止频率是针对发生光电效应物体的，不是针对入射光的，故选项C错误；D．丙光的截止电压大于甲光的截止电压，根据截可知甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能，故选项D正确。‎