专题14+近代物理-2019年高三物理期末与一模试题分项解析

专题14+近代物理-2019年高三物理期末与一模试题分项解析

专题14 近代物理 ‎2019年高三期末、一模物理试题分项解析 一．选择题 ‎1．【山师大附中摸拟】（2019山西临汾模拟）2017年12月6日报道，中国散裂中子源项目将于2018年前后建成。目前，位于广东东莞的国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)首次打靶成功，获得中子束流，这标志着(CSNS)主体工程顺利完工，进入试运行阶段。对于有关中子的研究，下面说法不正确的是(　　)‎ A．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性 B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是核聚变反应 C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 D．核反应方程中的y＝206，X中中子个数为124‎ ‎【答案】C ‎2．【浙江省2019届仿真模拟】2018年3月14日，英国剑桥大学著名物理学家斯蒂芬·威廉·霍金逝世，享年76岁，引发全球各界悼念。在物理学发展的历程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，为物理学的建立作出了巨大的贡献。在对以下几位物理学家所做的科学贡献的叙述中，不正确的是(　　)‎ A．卡文迪许将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出万有引力定律，并测出了引力常量G的数值 B．根据玻尔理论，原子从激发态向基态跃迁时将释放出核能 C．布拉凯特利用云室照片发现，粒子击中氮原子形成复核，复核不稳定，会放出一个质子 D．爱因斯坦的光子说认为，只要增加光照时间，使电子多吸收几个光子，所有电子最终都能跃出金属表面成为光电子 ‎【答案】ABD ‎【解析】牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出万有引力定律，并测出了引力常量G 的数值，选项A错误；根据玻尔理论，原子从激发态向基态跃迁时将释放出光能，不是核能，选项B错误；布拉凯特利用云室照片发现，粒子击中氮原子形成复核，复核不稳定，会放出一个质子，选项C正确；根据爱因斯坦的光子说认为，只要入射光的频率小于截止频率，即使增加光照时间，也不可能发生光电效应，故D错误。‎ ‎3.(2019广西百色质检)中国散裂中子源(CSNS)是国家“十一五”期间重点建设的大科学装置，2018年8月23日通过国家验收，并将对国内外各领域的用户开放。下列核反应中X为中子的是 A．P→Si+X B．U→Th+X C．Al+n→Mg+X D．Al+He→P +X ‎【答案】D ‎4.（2019山西临汾模拟）2017年12月6日报道，中国散裂中子源项目将于2018年前后建成。目前，位于广东东莞的国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)首次打靶成功，获得中子束流，这标志着(CSNS)主体工程顺利完工，进入试运行阶段。对于有关中子的研究，下面说法不正确的是(　　)‎ A．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性 B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是核聚变反应 C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 D．核反应方程中的y＝206，X中中子个数为124‎ ‎【答案】C ‎【解析】根据德布罗意物质波理论，中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性，选项A说法正确；一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是核聚变反应，选项B说法正确；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子核式结构模型，选项C说法不正确；根据核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程中的y＝206，根据质量数等于核子数，X中中子个数为206-82=124，选项 D说法正确。‎ ‎5．（2019江苏泰州12月联考）已知金属铯的逸出功为1.88eV，氢原子能级图如图所示，下列说法正确的是（ ） ‎ A．一个处于n＝4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出3种不同频率的光子 B．氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级过程中辐射出光子的动量为5.44×10-27kg•m/s C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级过程中辐射出的光子不能使金属铯发生光电效应 D．大量处于n＝2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光照射金属铯，产生的光电子最大初动能为8.32eV ‎【答案】ABD 二．计算题 ‎1. （2019浙江杭州期末） 光电倍增管是用来将光信号转化为电信号并加以放大的装置，其主要结构为多个相同且平行的倍增极。为简单起见，现只研究其第1倍增极和第2倍增极，其结构如图所示。两个倍增极平行且长度均为2a，几何位置如图所示图中长度数据已知 当频率为v的入射光照射到第1倍增极上表面时，从极板上逸出的光电子最大速率为 若加电场或磁场可使从第1倍增极逸出的部分光电子打到第2倍增极上表面，从而激发出更多的电子，实现信号放大。已知元电荷为e，电子质量为m，普朗克常量为h，只考虑电子在纸面内的运动，忽略相对论效应，不计重力。 试求制作第1倍增极的金属材料的逸出功W。 ‎ 为使更多光电子达到第2倍增极，可在接线柱AB间接入一个电动势为E的电源，则到达第2倍增极的电子的最大动能是多少？ 若仅在纸面内加上垂直纸面的匀强磁场时，发现速度为垂直第1倍增极出射的电子恰能全部到达第2倍增极上表面。忽略电场力的作用，试求： 磁感强度B的大小和方向； 关闭光源后多长时间仍有光电子到达第2倍增极上表面？ 可能用到的三角函数值：，，。‎ ‎【名师解析】根据光电效应方程： 所以金属材料的逸出功： 电子在磁场中做匀速圆周运动的过程中的半径：， 联立得： ‎ ‎ 关闭光源后仍有光电子到达第2倍增极上表面的时间即所有光电子中到达第2 倍增极的最长时间。 所有电子周期均相同，圆心角最大的粒子时间越长。若电子从第一倍增极M 点出发到达第二倍增极N 点，则MN 为圆周上的一条弦，若圆心角越大，则要求R 越大，即当粒子和第二倍增极相切时圆心角最大。 又图中，当R越大，越大，圆心角越大，故在所有轨迹和第二倍增极相切的电子中，半径越大圆心角越大。 综上当粒子以最大速率从第一倍增极最右端出射，刚好与第二倍增极相切时，圆心角最大，如图所示。此时：，即，所以： 又： 联立得： ‎ 答：试求制作第1倍增极的金属材料的逸出功是； 为使更多光电子达到第2倍增极，可在接线柱AB间接入一个电动势为E的电源，则到达第2倍增极的电子的最大动能是； 若仅在纸面内加上垂直纸面的匀强磁场时，发现速度为垂直第1倍增极出射的电子恰能全部到达第2倍增极上表面。忽略电场力的作用，试求： 磁感强度B的大小是，方向垂直于纸面向里； 关闭光源后时间仍有光电子到达第2倍增极上表面。‎ ‎2.(16分)(2018·南通市高三调研)如图2甲所示，真空室中电极K发出的电子(初速不计)经电场加速后，由小孔P沿两水平金属板M、N的中心线射入板间，加速电压为U0，M、N板长为L，两板相距。加在M、N两板间电压u随时间t变化关系为uMN＝sin(t)，如图乙所示。把两板间的电场看成匀强电场，忽略板外电场。在每个电子通过电场区域的极短时间内，电场可视作恒定。两板右侧放一记录圆筒，筒左侧边缘与极板右端相距，筒绕其竖直轴匀速转动，周期为T，筒的周长为s，筒上坐标纸的高为，以t＝0时电子打到坐标纸上的点作为xOy坐标系的原点，竖直向上为y轴正方向。已知电子电荷量为e，质量为m，重力忽略不计。‎ 图2‎ ‎(1)求穿过水平金属板的电子在板间运动的时间t；‎ ‎(2)通过计算，在示意图丙中画出电子打到坐标纸上的点形成的图线；‎ ‎(3)为使从N板右端下边缘飞出的电子打不到圆筒坐标纸上，在MN 右侧和圆筒左侧区域加一垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度B应满足什么条件？‎ 解得y＝＝3Lsin(t)(1分)‎ 设当M、N两板间电压为U时，‎ 电子从水平金属板右边缘飞出，‎ 则＝at2‎ 解得U＝U0(1分)‎ 故在一个周期中的～、～时间内，电子打在M、N板上，画出电子打到坐标纸上的点形成的图线如图所示。(3分)‎ ‎ (3)设从N板右端下边缘飞出时的电子速度与水平方向的夹角为θ，速度大小为v，‎ 则tan θ＝，v＝ 解得tan θ＝，‎ v＝·(2分)‎ ‎①当匀强磁场方向垂直于纸面向外时，电子打不到圆筒坐标纸上，磁场的磁感应 强度为B1，电子做圆周运动的轨道半径为r1，则 r1＋r1sin θ＝，evB1＝m 解得r1＝L，B1＝(1分)‎ 应满足的条件B>(1分)‎ ‎②当匀强磁场方向垂直于纸面向里时，电子打不到圆筒坐标纸上，磁场的磁感应强度为B2，电子做圆周运动的轨道半径为r2，则 ‎(r2sin θ＋)2＋(r2cos θ＋－)2＝r，evB2＝m 解得r2＝L，B2＝(1分)‎ 应满足的条件B>(1分)‎ 答案　(1)L ‎(2)如解析图所示 ‎(3)①当匀强磁场方向垂直于纸面向外时，B> ‎②当匀强磁场方向垂直于纸面向里时，B> ‎3．（14分）（2019陕西咸阳一模）如图所示是磁动力电梯示意图，即在竖直平面内有两根很长的平行竖直轨道，轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2，B1＝B2＝1.0T，B1和B2的方向相反，两磁场始终竖直向上做匀速运动，电梯轿厢固定在图示的金属框abcd内，并且与之绝缘。已知电梯载人时的总质量为4.95×103kg，所受阻力f＝500N，金属框垂直轨道的边长ab＝2.0m，两磁场的宽度均与金属框的边长ad相同，金属框整个回路的电阻R＝8.0×10﹣4Ω，g取10m/s2．已知电梯正以v1＝10m/s的速度匀速上升，求：‎ ‎（1）金属框中感应电流的大小及图示时刻感应电流的方向；‎ ‎（2）磁场向上运动速度v0的大小；‎ ‎（3）该电梯的工作效率。‎ ‎【名师解析】（1）对abcd金属框，由衡条件得：2F安＝mg+f，‎ 安培力：F安＝BI•ab，解得：I＝1.25×104A；‎ 由右手定则可知，图示时刻电流方向为：adcb；‎ ‎（2）感应电动势：E＝2B•ab（v0﹣v1），‎ E＝IR，解得：v0＝12.5m/s；‎ 答：（1）金属框中感应电流的大小为1.25×104A，图示时刻感应电流的方向为：adcb；‎ ‎（2）磁场向上运动速度v0的大小为12.5m/s；‎ ‎（3）该电梯的工作效率为79.2%。‎