2020年高考物理 母題題源系列 專題13 近代物理初步（含解析）

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1、專題13 近代物理初步 【母題來源一】2020年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試物理（全國Ⅰ卷） 【母題原題】（2020·新課標全國Ⅰ卷）氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光為可見光。要使處于基態(tài)（n=1）的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應給氫原子提供的能量為 A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.5l eV 【答案】A 【解析】由題意可知，基態(tài)（n=1）氫原子被激發(fā)后，至少被激發(fā)到n=3能級后，躍遷才可能產(chǎn)生能量在1.63eV~3.10eV的可見光。故。故本題選A。 【母題來源二】2020年全國普

2、通高等學校招生統(tǒng)一考試物理（全國Ⅱ卷） 【母題原題】（2020·新課標全國Ⅱ卷）太陽內(nèi)部核反應的主要模式之一是質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為，已知和的質(zhì)量分別為和，1u=931MeV/c2，c為光速。在4個轉(zhuǎn)變成1個的過程中，釋放的能量約為 A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV 【答案】C 【解析】由知，=，忽略電子質(zhì)量，則：，故C選項符合題意。 【母題來源三】2020年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試物理（天津卷） 【母題原題】（2020·天津卷）如圖為、、三種光在同一光電效應裝置中測得的光電流和電壓的關(guān)系。由、、組成的復色光通過三棱鏡時，下述光路

3、圖中正確的是 【答案】C 【解析】由光電效應的方程，動能定理，兩式聯(lián)立可得，故截止電壓越大說明光的頻率越大，則有三種光的頻率，則可知三種光的折射率的關(guān)系為，因此光穿過三棱鏡時b光偏折最大，c光次之，a光最小，故選C，ABD錯誤。 【母題來源四】2020年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試物理（天津卷） 【母題原題】（2020·天津卷）我國核聚變反應研究大科學裝置“人造太陽”2020年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達到1億度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎。下列關(guān)于聚變的說法正確的是 A．核聚變比核裂變更為安全、清潔 B．任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變 C

4、．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加 D．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加 【答案】AD 【解析】核聚變的最終產(chǎn)物時氦氣無污染，而核裂變會產(chǎn)生固體核廢料，因此核聚變更加清潔和安全，A正確；發(fā)生核聚變需要在高溫高壓下進行，大核不能發(fā)生核聚變，故B錯誤；核聚變反應會放出大量的能量，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系可知反應會發(fā)生質(zhì)量虧損，故C錯誤；因聚變反應放出能量，因此反應前的比結(jié)合能小于反應后的比結(jié)合能，故D正確。 【母題來源五】2020年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試物理（浙江選考） 【母題原題】（2020·浙江選考）一個鈹原子核（）俘獲一個核外電子（通常是最靠近原子核的K殼層的

5、電子）后發(fā)生衰變，生成一個鋰核（ ），并放出一個不帶電的質(zhì)量接近零的中微子νe，人們把這種衰變稱為“K俘獲”。靜止的鈹核發(fā)生零“K俘獲”，其核反應方程為已知鈹原子的質(zhì)量為MBe=7.016929u，鋰原子的質(zhì)量為MLi=7.016004u，1u相當于9.31×102MeV。下列說法正確的是 A．中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零 B．鋰核（）獲得的動能約為0.86MeV C．中微子與鋰核（）的動量之和等于反應前電子的動量 D．中微子與鋰核（）的能量之和等于反應前電子的能量 【答案】AC 【解析】反應方程為，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零，A正確；根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)量

6、減少，為釋放的核能，不是鋰核獲得的動能，B錯誤；衰變過程中內(nèi)力遠大于外力，故反應前后動量守恒，故中微子與鋰核（）的動量之和等于反應前電子的動量，C正確；由于反應過程中存在質(zhì)量虧損，所以中微子與鋰核（）的能量之和小于反應前電子的能量，D錯誤。 【母題來源六】2020年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試物理（江蘇卷） 【母題原題】（2020·江蘇卷）100年前，盧瑟福用α粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子．后來，人們用α粒子轟擊核也打出了質(zhì)子：；該反應中的X是 （選填“電子”“正電子”或“中子”）．此后，對原子核反應的持續(xù)研究為核能利用提供了可能．目前人類獲得核能的主要方式是 （選填“核衰

7、變”“核裂變”或“核聚變”）。 【答案】中子 核裂變 【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：X應為：即為中子，由于衰變是自發(fā)的，且周期與外界因素無關(guān)，核聚變目前還無法控制，所以目前獲得核能的主要方式是核裂變。 【命題意圖】本題考查近代物理知識中的一個重要考點—玻爾理論，意在考查考生的理解能力。 【考試方向】近代物理部分，涉及的考點較多，主要有光電效應、波粒二象性、原子結(jié)構(gòu)、玻爾理論、衰變、核反應和核能等，主要以選擇題的形式命題，可能單獨命題，但更多的是通過多個選項命制綜合題。 【得分要點】光電效應 波粒二象性主要考查方向有以下幾個方面，其主要破解方法也一并總結(jié)如下： 1、由Ek－

8、ν圖象可以得到的信息: （1）極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc. （2）逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值E=W0. （3）普朗克常量：圖線的斜率k=h. 2、光電效應中兩條線索 線索一：通過頻率分析：光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大。 線索二：通過光的強度分析：入射光強度大→光子數(shù)目多→產(chǎn)生的光電子多→光電流大。 3、對光的波粒二象性、物質(zhì)波的考查 光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為： （1）個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性． （2）頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干

9、涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強． （3）光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時，往往表現(xiàn)為粒子性 （4）由光子的能量E=hν，光子的動量表達式也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ。由以上兩式和波速公式c=λν還可以得出：E=pc。 玻爾理論的主要考查方向有以下幾個方面，其主要破解方法也一并總結(jié)如下： （1）原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)需要吸收能量，而從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)則會以光子的形式向外放出能量。不論是吸收能量還是放出能量，這個能量值不是任意的，而

10、是等于發(fā)生躍遷的這兩個能級間的能量差，即hν=Em-En。 （2）原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時發(fā)出光子的種類：當單個氫原子自發(fā)輻射，由量子數(shù)為 n（n＞1）的能級向低能級躍遷時最多只能形成（n-1）條譜線，或者說產(chǎn)生（n-1）種不同頻率的光子；當大量處于第n激發(fā)態(tài)的原子向低能級躍遷時最多可輻射種光子。 （3）原子躍遷時電子動能、原子勢能和原子能量的變化（與天體運動規(guī)律相同）：當軌道半徑減小時，庫侖引力引力做正功，電子動能增大，原子的電勢能減小，原子能量減??；當軌道半徑增大時，庫侖引力引力做負功，電子動能減小，原子的電勢能增大，原子能量增大。 原子核、核反應方程主要考查方向有以下幾個方面，其主

11、要破解方法也一并總結(jié)如下： 1、確定衰變次數(shù)的方法 （1）設放射性元素經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素，則表示該核反應的方程為 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m （2）確定衰變次數(shù)，因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。 2、核能的計算方法 （1）利用愛因斯坦的質(zhì)能方程計算核能：利用愛因斯坦的質(zhì)能方程計算核能，關(guān)鍵是求出質(zhì)量虧損，而求質(zhì)量虧損主要是利用其核反應方程式，再利用質(zhì)量與能量相當?shù)年P(guān)系求出核能。 （2）利用阿伏加德羅常數(shù)計算核能：求宏觀物體原子核發(fā)生核反應過程中所

12、釋放的核能，一般利用核反應方程及其比例關(guān)系和阿伏加德羅常數(shù)。 （3）由動量守恒和能量守恒計算核能：由動量守恒定律和能量守恒定律來求。 （4）說明： ①根據(jù)ΔE＝Δmc2計算，計算時Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”． ②根據(jù)ΔE＝Δm×931.5 MeV計算．因1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5 MeV的能量，所以計算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”． ③利用質(zhì)能方程計算核能時，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進行計算． 1．（2020·福建省福州市八校期末）物理學家通過對實驗的深入觀察和研究，獲得正確的科學認知，推動物理學的發(fā)展。下列說法符合事實

13、的是 A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了“原子的核式結(jié)構(gòu)模型” B．盧瑟福用α粒子轟擊獲得反沖核，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 C．查德威克發(fā)現(xiàn)了天然放射性現(xiàn)象，說明原子核有復雜結(jié)構(gòu) D．普朗克提出的“光子說”成功解釋了光電效應 【答案】B 【解析】A、湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，盧瑟福提出了“原子的核式結(jié)構(gòu)模型”，選項A錯誤；B、盧瑟福用α粒子轟擊獲得反沖核，，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，選項B正確；C、貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射性現(xiàn)象，說明原子核有復雜結(jié)構(gòu)，選項C錯誤；D、愛因斯坦提出的“光子說”成功解釋了光電效應，選項D錯誤。 2．（2020·天津市河東區(qū)二模）現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)常使用射線測重儀測量產(chǎn)品的規(guī)

14、格，下列核反應方程中屬于衰變的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．是輕核聚變的核反應方程，未生成電子，不符合題意；B．是天然放射的核反應方程，生成電子，屬于β衰變，符合題意；C．是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程，未生成電子，不符合題意；D．是天然放射的核反應方程，未生成電子，不符合題意。 3．（2020·內(nèi)蒙古集寧一中月考）如圖所示為氫原子的能級圖，已知可見光光子的能量范圍約為1.62~3.11 eV，則下列說法正確的是 A．大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，可發(fā)出6種不同頻率的可見光 B．用能量為10.3 eV的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子可使氫原子向高能

15、級躍遷 C．用可見光照射大量處于基態(tài)的氫原子可使氫原子向高能級躍遷 D．處于基態(tài)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離 【答案】B 【解析】A、大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，可發(fā)出種不同頻率的光子，因為可見光的光子能量范圍約為1.62 eV～3.11 eV，滿足此范圍的有：n=4到n=2，n=3到n=2．所以發(fā)出2種不同頻率的可見光。故A錯誤。B、從基態(tài)躍遷到n=2的能級需要的能量E0=E2–E1=–3.4 eV–（–13.6 eV）=10.2 eV，由于氫原子與電子發(fā)生碰撞時可以吸收部分的能量，所以用能量為10.3 eV的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子可以使氫原子吸收

16、10.2 eV能量向n=2能級躍遷。故B正確。C、從基態(tài)躍遷到n=2的能級需要的能量：E0=E2–E1=–3.4 eV–（–13.6 eV）=10.2eV，而可見光的最大能量為3.11 eV，所以用可見光照射大量處于基態(tài)的氫原子不可能使氫原子向高能級躍遷。故C錯誤；D、根據(jù)玻爾理論，處于基態(tài)的氫原子只能吸收特定頻率的光子的能量，故D錯誤。 4．（2020·重慶市南開中學高三第四次考試）以下關(guān)于物理學的發(fā)展史，不正確的表述是 A．愛因斯坦提出的光子說成功解釋了光電效應的實驗規(guī)律 B．盧瑟福對粒子散射實驗的研究，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 C．居里夫婦發(fā)現(xiàn)釙、鐳等都具有放射性 D．查德威克

17、通過實驗發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 【答案】D 【解析】愛因斯坦提出的光子說成功解釋了光電效應的實驗規(guī)律，選項A正確；盧瑟福對α粒子散射實驗的研究，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項B正確；居里夫婦發(fā)現(xiàn)釙、鐳等都具有放射性，選項C正確；查德威克通過實驗發(fā)現(xiàn)了中子，選項D錯誤；此題選擇不正確的選項，故選D。 5．（2020·天津市紅橋區(qū)質(zhì)量檢測）下列說法正確的是 A．原子核發(fā)生衰變時要遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒的規(guī)律 B．α射線是高速運動的帶電粒子流，穿透能力很強 C．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子 D．發(fā)生光電效應時光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比 【答案】C 【解析】A．原子

18、核發(fā)生衰變時要遵守電荷守恒和質(zhì)量數(shù)守恒的規(guī)律，若釋放核能，質(zhì)量有虧損，故A錯誤；B．α射線是高速運動的氦原子核，穿透能力較小，故B錯誤；C．由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時只能輻射特定頻率的光子，故C正確；D．光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，不是正比關(guān)系。故D錯誤。 6．（2020·黑龍江省哈爾濱市三模）在我們的生活中，日常用品、裝飾材料、周圍的巖石、食鹽、香煙等都不同程度地含有放射性元素。其中香煙中含有釙（），具有放射性，其衰變方程為：，半衰期為138天，則下列說法正確的是 A．該衰變中釋放出的α射線的穿透能力強于γ射線的穿透能力 B．釙（）衰變過程中會釋放出能

19、量 C．質(zhì)量為m的釙核經(jīng)過276天，剩余的釙核的質(zhì)量為 D．若采用提高溫度的方法，可以改變釙（）的半衰期 【答案】B 【解析】A．α射線的穿透能力弱于γ射線的穿透能力，A錯誤；B．釙（）衰變過程中產(chǎn)生質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程可知，會釋放能量，B正確；C．質(zhì)量為m的釙核經(jīng)過276天，兩個半衰期，每經(jīng)過一個半衰期質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼囊话耄越?jīng)過兩個半衰期質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼?，C錯誤；D．半衰期不會隨著溫度而改變，D錯誤。 7．（2020·湘贛十四校高三二模）關(guān)于原子核的衰變，下列說法正確的是 A．射線是電子流，是原子核外電子的一種自發(fā)的放射現(xiàn)象 B．對天然放射性元素加熱，其半衰期將變短 C．原

20、子核發(fā)生衰變時，衰變前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒 D．任何元素都有可能發(fā)生衰變 【答案】C 【解析】β射線是原子核發(fā)生β衰變產(chǎn)生的，是核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時放出的負電子，不是原子核外電子電離產(chǎn)生的，故A錯誤；半衰期的大小由原子核內(nèi)部因素決定，與溫度、壓強等因素無關(guān)，故B錯誤；原子核在衰變的過程中電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，故C正確；有些原子核不穩(wěn)定，可以自發(fā)地衰變，但不是所有元素都可能發(fā)生衰變，故D錯誤。 8．（2020·湖南省懷化市二模）下列說法正確的是 A．β衰變的實質(zhì)是原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子，同時釋放出一個電子 B．實驗表明，只要照射光的強度足夠大，就一定能發(fā)生光電效應

21、C．釷的半衰期為24天，1 g釷經(jīng)過120天后還剩0.2 g D．根據(jù)玻爾的原子理論，氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)時，核外電子動能減小 【答案】A 【解析】A、β衰變的實質(zhì)是原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子，同時釋放出一個電子，故A正確；B、根據(jù)光電效應方程可知，發(fā)生光電效應的條件與光的頻率有關(guān)，與光的強度無關(guān)，故B錯誤；C、釷的半衰期為24天，1 g釷經(jīng)過120天后，發(fā)生5次衰變，根據(jù)m＝m0（）5 g＝0.03125 g，故C錯誤；D、據(jù)玻爾的原子理論，氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)時，庫侖力提供向心力，向心力增加，速度變大電子動能增加，故D錯誤。 9．（

22、2020·陜西省西安中學期末）在光電效應實驗中，小強同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線（甲光、乙光、丙光），如圖所示。則可判斷出 A．甲光的頻率大于乙光的頻率 B．乙光的波長大于丙光的波長 C．乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率 D．甲光對應的光電子最大初動能小于丙光的光電子最大初動能 【答案】BD 【解析】A．根據(jù)截可知入射光的頻率越高，對應的截止電壓截越大，甲光、乙光的截止電壓相等，所以甲光、乙光的頻率相等，故選項A錯誤；B．丙光的截止電壓大于乙光的截止電壓，所以丙光的頻率大于乙光的頻率，則乙光的波長大于丙光的波長，故選項B正確；C．截止頻率是針對發(fā)生光電效應物體的，不是針對入射光的，故選項C錯誤；D．丙光的截止電壓大于甲光的截止電壓，根據(jù)截可知甲光對應的光電子最大初動能小于丙光的光電子最大初動能，故選項D正確。