2015高考真题分类汇编+模拟新题物理O单元近代物理初步

O单元近代物理初步O1量子论初步光的粒子性24．[2015·北京卷]真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置，如图1­10所示．光照前两板都不带电．以光照射A板，则板中的电子可能吸收光的能量而逸出．假设所有逸出的电子都垂直于A板向B板运动，忽略电子之间的相互作用．保持光照条件不变．a和b为接线柱．已知单位时间内从A板逸出的电子数为N，电子逸出时的最大动能为Ekm，元电荷为e.(1)求A板和B板之间的最大电势差Um，以及将a、b短接时回路中的电流I短．(2)图示装置可看作直流电源，求其电动势E和内阻r.(3)在a和b之间连接一个外电阻时，该电阻两端的电压为U，外电阻上消耗的电功率设为P；单位时间内到达B板的电子，在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为ΔEk.请推导证明P＝ΔEk.(注意：解题过程中需要用到、但题目中没有给出的物理量，要在解题中做必要的说明)图1­1024．(1)EkmeNe(2)EkmeEkmNe2(3)略[解析](1)由动能定理，有Ekm＝eUm，可得Um＝Ekme短路时所有逸出电子都到达B板，故短路电流I短＝Ne.(2)电源的电动势等于断路时的路端电压，即上面求出的Um，所以E＝Um＝Ekme电源内阻r＝EI短＝EkmNe2.(3)外电阻两端的电压为U，则电源两端的电压也是U.由动能定理，一个电子经电源内部电场后损失的动能ΔEke＝eU设单位时间内有N′个电子到达B板，则损失的动能之和ΔEk＝N′eU根据电流的定义，此时电源内部的电流I＝N′e此时流过外电阻的电流也是I＝N′e，外电阻上消耗的电功率P＝IU＝N′eU所以P＝ΔEk.17．[2015·海南卷]模块3－5试题(1)氢原子基态的能量为E1＝－13.6eV.大量氢原子处于某一激发态，由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为________eV(保留两位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率．(2)运动的原子核AZX放出α粒子后变成静止的原子核Y.己知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速．求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能．[答案](1)0.31eV10(2)(M－m1－m2)C2M（M－m1－m2）C2M－m2[解析](1)量子数为n的能级的能量En＝E1n2频率最大的光子是从最高能级直接跃迁到基态，则En－E1＝－0.96E1，联立得n＝5，频率最小的光子是从能级n＝5跃迁到n＝4放出的，则E5－E4＝E152－E142＝0.306eV≈0.31eV；大量氢原子从最高能级n＝5向低能级跃迁，可以放出C25＝10种光子．(2)设运动的原子核AZΧ的速度为V1，放出的α粒子速度为V2，由质量亏损可得12m2V22－12MV21＝(M－m1－m2)C2①由动量守恒定律得MV1＝m2V2②联立①②式得Εk＝12m2V22＝M（M－m1－m2）C2M－m212．[2015·江苏卷]C.[选修3—5](1)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有________．A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等(1)AB[解析](1)黑体辐射的实验规律只能用光的粒子性解释，普朗克用能量子理论分析，结果与事实完全相符，故选项C错误；由于Ek＝12mv2，p＝mv，因此p＝2mEk，质子和电子动能相等，但质量不等，故动量p也不等，再根据德布罗意波的波长λ＝hp可知，德布罗意波的波长λ也不同，故选项D错误．35．[2015·全国卷Ⅱ][物理选修3－5](1)实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是________．A．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C．人们利用中子衍射来研究晶体的结构D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关[答案]ACD35．[物理—选修3－5][2015·全国卷Ⅰ](1)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图1­13所示．若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为__________________，所用材料的逸出功可表示为________________．图1­1335．(1)ek－eb[解析]在光电效应现象中，入射光子能量为hν，这些能量的一部分用于克服逸出功W0，多余的能量转化为电子的最大初动能，由动能定理得eUc＝hν－W0，整理得Uc＝heν－W0e.图线斜率k＝he，所以普朗克常量h＝ek；截距为b，即eb＝－W0，所以逸出功W0＝－eb.14．[2015·浙江卷]【自选3－5】(1)以下说法正确的是()A．所有原子核中的质子数和中子数都相等B．在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒C．氢原子从高能级向低能级跃迁时能辐射出γ射线D．只要光照射金属电极的时间足够长，就能发生光电效应[解析]B原子核中的质子数和中子数是不一定相同的，例如一种元素可能有多种同位素，即质子数相同，但中子数不同，选项A错误．在核反应中，虽然有质量亏损，但质量数、电荷数仍然守恒，B正确．γ射线是原子核反应中伴随着α或β射线产生的，选项C错误．光电效应能否发生只与照射光的频率有关，与照射时间无关，D错误．原子核14．[2015·北京卷]下列核反应方程中，属于α衰变的是()A.147N＋42He→178O＋11HB.23892U→23490Th＋42HeC.21H＋31H→42He＋10nD.23490Th→23491Pa＋0－1e14．B[解析]当原子核放出一个α粒子就说它发生了一次α衰变，新核的质量数比原来核的质量数减少了4，而电荷数减少了2，新核在元素周期表中的位置前移两位，所以选项B正确．选项A是发现质子的人工核转变方程，所以不正确．选项C是聚变方程，所以不正确．选项D是β衰变方程，所以不正确．30．[2015·福建卷]〔物理一选修3－5](1)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是________．(填选项前的字母)A．γ射线是高速运动的电子流B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.21083Bi的半衰期是5天，100克21083Bi经过10天后还剩下50克[答案]B[解析]γ射线是光子流，A错；太阳辐射能量主要来源于核聚变，C错；100g21083Bi经10天后剩下的质量为100×122g＝25g，D错．18．[2015·广东卷]科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→42He＋31H＋4.9MeV和21H＋31H→42He＋X＋17.6MeV，下列表述正确的有()A．X是中子B．Y的质子数是3，中子数是6C．两个核反应都没有质量亏损D．氘和氚的核反应是核聚变反应[解析]AD首先由第二个核反应方程，根据核反应中的质量数守恒和电荷数守恒知，X的电荷数为0，质量数为1，故X为中子(10n)，A正确；再分析第一个核反应方程知，Y的电荷数为3，质量数为6，中子数为3，即63Li核，B错误；氘核和氚核的反应生成了一个较重的核，反应为核聚变反应，D正确；由于两个反应都释放能量，故均有质量亏损，C错误．12．[2015·江苏卷]C.[选修3—5](2)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，23592U是核电站常用的核燃料.23592U受一个中子轰击后裂变成14456Ba和8936Kr两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．(3)取质子的质量mp＝1.6726×10－27kg，中子的质量mn＝1.6749×10－27kg，α粒子的质量mα＝6.6467×10－27kg，光速c＝3.0×108m/s.请计算α粒子的结合能．(计算结果保留两位有效数字)(2)3大于(3)4.3×10－12J[解析](2)该核反应方程为23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n；只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链式反应不断进行下去．(3)组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm＝(2mp＋2mn)－mα结合能ΔE＝Δmc2代入数据得ΔE＝4.3×10－12J.39．[2015·山东卷]【物理—物理3－5】(1)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是________．(双选，填正确答案标号)a．该古木的年代距今约5700年b.12C、13C、14C具有相同的中子数c.14C衰变为14N的过程中放出β射线d．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变[解析]ac由半衰期公式N＝N012tT得t＝5700年.12C、13C、14C质量数不同，说明中子数不同.14C衰变成14N过程放出电子，所以属于β衰变．半衰期与环境压强无关．a、c正确．1．[2015·天津卷]物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是()A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的1．A[解析]天然放射现象是原子核由于放出某种粒子而转变成新核的现象，说明原子核内部是有结构的，A正确，α粒子的散射实验发现了原子的核式结构，B、C错误，密立根油滴实验表明电荷所带的电荷量是某一最小电荷量的整数倍，D错误．14．[2015·浙江卷]【自选3－5】(1)以下说法正确的是()A．所有原子核中的质子数和中子数都相等B．在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒C．氢原子从高能级向低能级跃迁时能辐射出γ射线D．只要光照射金属电极的时间足够长，就能发生光电效应[解析]B原子核中的质子数和中子数是不一定相同的，例如一种元素可能有多种同位素，即质子数相同，但中子数不同，选项A错误．在核反应中，虽然有质量亏损，但质量数、电荷数仍然守恒，B正确．γ射线是原子核反应中伴随着α或β射线产生的，选项C错误．光电效应能否发生只与照射光的频率有关，与照射时间无关，D错误．近代物理初步综合17．[2015·海南卷]模块3－5试题(1)氢原子基态的能量为E1＝－13.6eV.大量氢原子处于某一激发态，由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为________eV(保留两位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率．(2)运动的原子核AZX放出α粒子后变成静止的原子核Y.己知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速．求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能．[答案](1)0.31eV10(2)(M－m1－m2)C2M（M－m1－m2）C2M－m2[解析](1)量子数为n的能级的能量En＝E1n2频率最大的光子是从最高能级直接跃迁到基态，则En－E1＝－0.96E1，联立得n＝5，频率最小的光子是从能级n＝5跃迁到n＝4放出的，则E5－E4＝E152－E142＝0.306eV≈0.31eV；大量氢原子从最高能级n＝5向低能级跃迁，可以放出C25＝10种光子．(2)设运动的原子核AZΧ的速度为V1，放出的α粒子速度为V2，由质量亏损可得12m2V22－12MV21＝(M－m1－m2)C2①由动量守恒定律得MV1＝m2V2②联立①②式得Εk＝12m2V22＝M（M－m1－m2）C2M－m21．[201