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专题15　近代物理
　　
1.（多选）（2025·浙江绍兴二模）下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）
A.卢瑟福通过分析甲图中的α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型
B.乙图为布朗运动实验，图中显示的是花粉颗粒的运动轨迹
C.丙图表示磁场对α、β和γ射线的作用情况，其中①是α射线，②是γ射线，③是β射线
D.丁图表示的核反应属于重核裂变，它是目前人工无法控制的核反应
2.（2025·安徽高考）2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核Th）俘获x个中子n），共发生y次β衰变，转化为易裂变的铀核U），则（　　）
A.x＝1，y＝1 B.x＝1，y＝2
C.x＝2，y＝1 D.x＝2，y＝2
3.（2021·浙江6月选考13题）已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子的质量为9.11×10－31 kg，一个电子和一滴直径约为4 μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为（　　）
A.10－8 B.106
C.108 D.1016
4.（多选）（2023·浙江6月选考）有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则（　　）
A.电子的动量pe＝
B.电子的动能Ek＝
C.光子的能量E＝W0＋
D.光子的动量p＝＋
5.（2025·浙江杭州二模）我国首座钍基熔盐实验堆采用钍Th作为燃料，并使用熔盐冷却剂，避免了核污水排放Th吸收中子后会发生的一系列核反应ThnThPaU。已知U的半衰期为16万年，某次实验中生成0.5 g的U。下列说法正确的是（　　）
A.x衰变为α衰变
BU比Th多1个质子
CU的比结合能小于Pa的比结合能
D.经过24万年，剩余U质量约为0.177 g
6.（2025·浙江温州二模）温州三澳核电站是浙江省首个采用“华龙一号”三代核电技术的项目，核电站是利用重核裂变发电的，其中一种裂变方程是Un→Ba＋Kr＋nU还可以自发进行α衰变，衰变方程为UThHe，已知UThHe的相对原子质量分别为235.043 9 u、231.036 3 u、4.002 6 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，下列关于这两个核反应的说法正确的是（　　）
A.衰变中U的比结合能大于Th的比结合能
B.裂变反应中Kr的结合能大于U的结合能
C.升高环境温度，可使U的半衰期变短
D.1个U发生一次α衰变，其释放的能量约为4.66 MeV
7.（2025·浙江杭州三模）1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图像中，下列说法正确的是（　　）
　　
　　
A.图1中，如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角一直变大
B.根据图2可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光强有关
C.图3，若电子的电荷量用e表示，ν1、U1、普朗克常量h已知，则该金属的截止频率为ν1－
D.图4中，光电子初动能Ek随入射光频率ν的增大而增大
8.（多选）（2025·浙江宁波三模）如图所示，我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球，该核电池是将放射性同位素衰变过程中释放出来的核能转变为电能。“嫦娥三号”采用放射性同位素Pu，静止的Pu衰变为U和α粒子，并放出γ光子。已知PuU和α粒子的质量分别为mPu、mU和mαPu和U的比结合能分别为E1和E2，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（　　）
A.γ光子是由钚原子的内层电子跃迁产生的
BPu的衰变方程为PuUHe
C.衰变产生的U和He的动能之比为235∶4
D.α粒子的结合能为（mPu－mU－mα）c2＋239E1－235E2
9.（多选）氢原子的能级图如图所示，关于大量氢原子的能级跃迁，下列说法正确的是（可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s）（　　）
A.氢原子从高能级跃迁到基态时，会辐射γ射线
B.氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光不属于可见光
C.氢原子从n＝3能级自发跃迁时，若辐射出能量最大与最小的两种光都能使某金属发生光电效应，则逸出的光电子最大初动能之差为10.2 eV
D.氢原子从n＝3能级自发跃迁时，辐射最大能量和最小能量所对应的光子动量之比为1 209∶189
10.（多选）（2025·浙江绍兴二模）一群处于基态的氢原子，在大量电子的碰撞下跃迁至n＝4的能级，然后从n＝4能级向低能级跃迁，如图甲，氢原子从能级n＝4跃迁到能级n＝2产生可见光Ⅰ，从能级n＝3跃迁到能级n＝2产生可见光Ⅱ，图乙是光Ⅰ、光Ⅱ对同种材料照射时产生的光电流与电压图线，已知普朗克常量h，元电荷e，光在真空中的速度为c，下列说法正确的是（　　）
A.使处于基态的氢原子跃迁至n＝4能级的电子动能Ek＞E4－E1
B.使处于基态的氢原子跃迁至n＝4能级的电子德布罗意波长λ＜
C.图乙中的U1、U2满足关系e（U2－U1）＝E4－E3
D.图乙的图线a对应光Ⅰ
11.（2025·浙江台州二模）光电传感器的基本电路如图甲所示，若通过放大器的电流发生变化，工作电路立即报警。图乙为a、b两种单色光分别照射K极时，光电子到达A极时动能的最大值Ekm与光电管两端电压U的关系图像。则下列说法正确的是（　　）
A.用a、b两种单色光做双缝干涉实验，a光的条纹间距较小
B.图乙中图线a、b的斜率均是电子电荷量的大小
C.单色光a、b的频率之比为1∶2
D.图甲中电源电压及滑动变阻器滑片位置不变，部分光线被遮挡，则放大器的电流将增大，一定会引发报警
12.（多选）氢原子的能级图如图1所示，大量处于某激发态的氢原子跃迁时，会产生四种频率的可见光。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用两种光分别照射如图2所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（　　）
A.可见光Ⅰ比可见光Ⅱ有更显著的波动性
B.两种光分别照射阴极K产生的光电子到达阳极A的最大动能之差为1.13 eV
C.滑片P向a移动，电流表示数为0时可见光Ⅰ对应的电压表示数比可见光Ⅱ的大
D.用光Ⅰ和光Ⅱ以相同入射角θ（0°＜θ＜90°）照射同一平行玻璃砖，光Ⅰ的侧移量小
13.（多选）（2025·浙江温州三模）研究光电效应时，用不同波长的光照射某金属，产生光电子的最大初动能Ekm与入射光波长λ的关系如图所示。大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，产生的光子中仅有一种能引发该金属发生光电效应。已知氢原子各能级关系为En＝，其中E1为基态能级值，量子数n＝1，2，3，…，真空中光速为c，则（　　）
A.普朗克常量为
B.λ＝时，光电子的最大初动能为E0
C.E0与氢原子基态能量E1的关系满足＜E0≤
D.氢原子由n＝3能级向n＝2能级跃迁发出的光子能使该金属发生光电效应
1.AC　卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故A正确；布朗运动实验，题图乙中显示的是花粉颗粒在不同时刻的位置，不是运动轨迹，故B错误；根据左手定则可得，题图丙射线①是α射线，而图线③是β射线，γ射线不偏转，因此②是γ射线，故C正确；题丁图表示的核反应属于重核裂变，它是人工可以控制的核反应，故D错误。
2.B　根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数加1，电荷数不变，每发生一次β衰变，质量数不变，电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1个中子，发生两次β衰败，即x＝1，y＝2，故选B。
3.C　根据德布罗意波长公式λ＝，由p＝，解得λ＝，由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有＝，m油＝ρ·πd3＝0.8×103××3.14×（4×10－6）3 kg≈2.7×10－14 kg，代入数据解得＝≈1.7×108，C正确，A、B、D错误。
4.AD　根据条纹间距公式有Δx＝λ，可得λ＝，根据pe＝，可得pe＝，故A正确；根据动能和动量的关系Ek＝，结合A选项可得Ek＝，故B错误；光子的能量E＝W0＋Ek＝W0＋，故C错误；光子的动量p＝mc，光子的能量E＝mc2，联立可得p＝，则光子的动量p＝＋，故D正确。
5.D　根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒，可知x衰变为β衰变，故A错误U的质子数为92Th的质子数为90，所以U比Th多2个质子，故B错误；根据衰变过程放出能量，所以生成的新核更稳定，所以U的比结合能大于Pa的比结合能，故C错误；根据半衰期公式，可得经过24万年，剩余U的质量为m＝m0（≈0.177 g，故D正确。
6.D　衰变后放出能量，生成的Th核更加稳定，则衰变中U的比结合能小于Th的比结合能，选项A错误；裂变反应放出能量，则Kr的比结合能大于U的比结合能，但是由于Kr核子数远小于U的核子数，可知Kr的结合能小于U的结合能，选项B错误；外部因素不会影响原子核的半衰期，选项C错误；1个U发生一次α衰变，其释放的能量约为E＝Δmc2＝（235.043 9 u－231.036 3 u－4.002 6 u）×931.5 MeV/u≈4.66 MeV，选项D正确。
7.C　先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，由于光电效应产生电子从锌板上飞出，锌板负电荷减少，验电器的张角变小，如果紫外线灯继续照射锌板，就会使锌板带正电，验电器的张角又增大，故A错误；由光子的能量公式E＝hν可知，光子的能量只与光的频率有关，与光的强度无关，故B错误；根据公式Ekm＝hν－W0＝eUc，可得Uc＝－，可知该金属的截止频率νc＝ν1－，故C正确；根据爱因斯坦光电效应方程有Ekmax＝hν－W0，光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν的增大而增大，故D错误。
8.BD　γ光子是U从高能态跃迁到低能态释放出来的，故A错误；根据衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒可知Pu的衰变方程为PuUHe，故B正确；衰变过程满足动量守恒，可知衰变产生的U和He的动量大小相等，方向相反，根据Ek＝mv2＝，可知衰变产生的U和He的动能之比为＝＝，故C错误；设α粒子的比结合能为E3，则衰变过程释放的能量为ΔE＝235E2＋4E3－239E1，又ΔE＝Δmc2＝（mPu－mU－mα）c2，联立可得α粒子的结合能为E＝4E3＝（mPu－mU－mα）c2＋239E1－235E2，故D正确。
9.BCD　γ射线能量很大，氢原子从高能级向基态跃迁时，不一定会辐射γ射线，故A错误；从n＝4能级跃迁到n＝3能级放出的光子的能量ΔE＝E4－E3＝－0.85 eV－（－1.51 eV）＝0.66 eV，波长λ＝＝1.875×10－6 m，辐射的光不属于可见光，故B正确；氢原子从n＝3能级自发跃迁时，若辐射出能量最大与最小的两种光都能使某金属发生光电效应，则能量最大的光子能量为－1.51 eV－（－13.6 eV）＝12.09 eV，动量为 kg·m/s2，能量最小的光子的能量为－1.51 eV－（－3.4 eV）＝1.89 eV，动量为 kg·m/s2，则逸出光电子的最大初动能之差为10.2 eV，辐射最大能量和最小能量所对应的光子动量之比为1 209∶189，故C、D正确。
10.AC　氢原子从基态跃迁至n＝4能级需要吸收的能量为ΔE＝E4－E1，由于电子的动能可全部或部分被氢原子吸收，使处于基态的氢原子跃迁至n＝4能级的电子动能需要满足Ek＞ΔE＝E4－E1，故A正确；设电子的质量为m，电子的动量为p＝mv＝，根据德布罗意波长公式λ＝可得电子德布罗意波长为λ＝＜，故B错误；由题图乙可知，图线a对应的遏止电压小于图线b对应的遏止电压，根据eUc＝Ekm＝hν－W0，则图线a对应的电子最大初动能小于图线b 对应的电子最大初动能，由题意可知图线a对应光Ⅱ，故D错误；由于图线a对应光Ⅱ，则有eU1＝Ek1＝E3－E2，图线b对应光Ⅰ，则有eU2＝Ek2＝E4－E2，联立可得e（U2－U1）＝E4－E3，故C正确。
11.B　根据Ekm＝Ue＋hν－W逸出功，由题图乙可知，斜率k＝e，即题图乙中图线a、b的斜率均是电子电荷量的大小；纵截距b＝hν－W逸出功，因b光的纵截距较大，可知b光频率较大，波长较小，根据Δx＝λ可知，用a、b两种单色光做双缝干涉实验，b光的条纹间距较小，选项A错误，B正确。由题图乙可知E0＝hνa－W逸出功，2E0＝hνb－W逸出功，可知单色光a、b的频率之比不等于1∶2，选项C错误。题图甲中电源电压及滑动变阻器滑片位置不变，若部分光线被遮挡，即光照强度减小，单位时间逸出的光电子数目减少，则放大器的电流将减小，选项D错误。
12.BC　氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ的光子能量为E62＝（－0.38 eV）－（－3.4 eV）＝3.02 eV，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ的光子能量为E32＝（－1.51 eV）－（－3.4 eV）＝1.89 eV，可知光Ⅰ的光子能量较大，频率较大，比光Ⅱ有更显著的粒子性，故A错误；根据Ekm＝hν－W逸出功，可知两种光分别照射阴极K产生的光电子的最大初动能之差等于光子能量之差，即ΔEkm＝（3.02－1.89）eV＝1.13 eV，根据Ekm'＝Ekm＋eU，可知到达阳极A的最大动能之差为ΔEkm'＝ΔEkm＝1.13 eV，故B正确；滑片P向a移动，光电管的反向电压变大，当光电流为0时满足Uce＝Ekm＝hν－W逸出功，可知光Ⅰ对应的截止电压较大，即电流表示数为0时，光Ⅰ对应的电压表示数比光Ⅱ的大，故C正确；光Ⅰ频率较大，折射率较大，可知用光Ⅰ和光Ⅱ以相同入射角θ（0°＜θ＜90°）照射同一平行玻璃砖，光Ⅰ的侧移量大，故D错误。
13.BC　根据题意，由爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W0，又因为ν＝，可得Ekm＝h－W0，结合图像可知W0＝E0，当λ＝λ0时，Ekm＝0，则有h＝，故A错误；当λ＝时，代入Ekm＝h－W0，解得Ekm＝E0，故B正确；氢原子基态能量为E1，则n＝3能级氢原子能量为，n＝2能级氢原子能量为，由题意可知，氢原子由n＝3能级向基态跃迁产生的光子能够引发光电效应，氢原子由n＝2能级向基态跃迁和由n＝3能级向n＝2能级跃迁产生的光子不能引发光电效应，则＜E0≤，故C正确，D错误。

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