任務(wù)群檢測練(二十一)近代物理1．(2023·湖南高考)2023年4月13日，中國“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀(jì)錄，實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模式等離子體運行，為可控核聚變的最終實現(xiàn)又向前邁出了重要的一步，下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是()A．相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多B．氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(\s\up14(2),\s\do5(1))H＋eq\o\al(\s\up14(3),\s\do5(1))H→eq\o\al(\s\up14(4),\s\do5(2))He＋eq\o\al(\s\up14(0),\s\do5(－1))eC．核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235D．核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損解析：選A。相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變要比重核裂變質(zhì)量虧損更多，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，輕核聚變放出的核能更多，A正確，D錯誤；根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，氘氚核聚變的產(chǎn)物之一為中子，而不是電子，B錯誤；鈾235為核裂變的主要燃料，C錯誤。2．(2023·新課標(biāo)卷)一電子和一α粒子從鉛盒上的小孔O豎直向上射出后，打到鉛盒上方水平放置的屏幕P上的a和b兩點，a點在小孔O的正上方，b點在a點的右側(cè)，如圖所示。已知α粒子的速度約為電子速度的eq\f(1,10)，鉛盒與屏幕之間存在勻強電場和勻強磁場，則電場和磁場方向可能為()A．電場方向水平向左、磁場方向垂直紙面向里B．電場方向水平向左、磁場方向垂直紙面向外C.電場方向水平向右、磁場方向垂直紙面向里D．電場方向水平向右、磁場方向垂直紙面向外解析：選C。帶電粒子在電場和磁場中運動，打到a點的粒子電場力和洛倫茲力平衡。若電場方向水平向左、磁場方向垂直紙面向里，α粒子受到向左的電場力和洛倫茲力，電子受到向右的電場力和洛倫茲力，均不能滿足受力平衡打到a點，A錯誤。若電場方向水平向左、磁場方向垂直紙面向外，此時如果α粒子打在a點則受到向左的電場力和向右的洛倫茲力平衡，qE＝qvB，則電子向左的洛倫茲力大于向右的電場力，向左偏轉(zhuǎn)，同理如果電子打在a點，則α粒子向左的電場力大于向右的洛倫茲力，向左偏轉(zhuǎn)，均不會打在b點，B錯誤。若電場方向水平向右、磁場方向垂直紙面向里，如果α粒子打在a點，即向右的電場力和向左的洛倫茲力平衡，qE＝qvB，電子向右的洛倫茲力大于向左的電場力向右偏轉(zhuǎn)，同理如果電子打在a點，則α粒子向右的電場力大于向左的洛倫茲力，向右偏轉(zhuǎn)，均會打在b點；同理若電場方向水平向右、磁場垂直紙面向外，α粒子受到向右的電場力和洛倫茲力，電子受到向左的電場力和洛倫茲力，均不能受力平衡打到a點，故C正確，D錯誤。3．(2023·遼寧高考)原子處于磁場中，某些能級會發(fā)生劈裂。某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示，相應(yīng)能級躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則()A．①和③的能量相等B．②的頻率大于④的頻率C．用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)D．用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek解析：選A。由題圖可知躍遷時放出的光子①和③均由同一高能級躍遷到同一低能級，又釋放的能量等于兩能級的能量差，所以①和③的能量相等，A正確；由題圖可知②的能量比④的能量小，則由公式E＝hν可知②的頻率小于④的頻率，B錯誤；用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，但由于②的能量小于①，即②的頻率小于①的頻率，所以用②照射該金屬時不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，C錯誤；用①照射某金屬時逸出光電子的最大初動能為Ek，由于④的能量大于①，則由Ek＝hν－W0可知用④照射該金屬時，逸出光電子的最大初動能一定大于Ek，D錯誤。4．宇宙射線進入地球大氣層時，與大氣作用會產(chǎn)生中子，中子撞擊大氣中的粒子X引發(fā)核反應(yīng)產(chǎn)生粒子Y，核反應(yīng)方程為X＋eq\o\al(\s\up14(1),\s\do5(0))n→Y＋Z；Y具有放射性，能夠自發(fā)地進行β衰變而變成X，核反應(yīng)方程為Y→X＋eq\o\al(\s\up14(0),\s\do5(－1))e，則其中Z為()A．質(zhì)子B．α粒子C．中子D．電子解析：選A。將題中所給的兩個核反應(yīng)方程相加，可得X＋eq\o\al(\s\up14(1),\s\do5(0))n＋Y→Y＋Z＋X＋eq\o\al(\s\up14(0),\s\do5(－1))e，整理得eq\o\al(\s\up14(1),\s\do5(0))n→Z＋eq\o\al(\s\up14(0),\s\do5(－1))e，根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知，Z的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為1，則Z為質(zhì)子，A項正確。5．某光源發(fā)出的光由不同頻率的光組成，不同頻率的光的強度如圖所示，表中給出了某些材料的截止頻率，用該光源發(fā)出的光照射表中材料，下列說法正確的是()材料鉀鈣鎢截止頻率(/1014Hz)5.447.7310.95A.僅鉀能產(chǎn)生光電子B．僅鎢、鈣能產(chǎn)生光電子C．僅鈣、鉀能產(chǎn)生光電子D．鎢、鈣、鉀都能產(chǎn)生光電子解析：選D。由題圖可知，該光源發(fā)出的光的頻率在6×1014Hz到14×1014Hz之間，而三種材料中，截止頻率最大的鎢的截止頻率為10.95×1014Hz，小于14×1014Hz，所以該光源能使三種材料都發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生光電子，故選D。6．(2022·全國乙卷)一點光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長約為6×10－7m的光，在離點光源距離為R處每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×1014個。普朗克常量為h＝6.63×10－34J·s。R約為()A．1×102mB．3×102mC．6×102mD．9×102m解析：選B。根據(jù)題述，點光源向所有方向均勻輻射，即距離點光源為R的球面上單位時間所接收的光的能量等于點光源單位時間所輻射的光的能量。點光源輻射功率P＝4πR2nE0，其中E0＝eq\f(hc,λ)，聯(lián)立解得R≈3×102m，選項B正確。7．(多選)(2023·浙江6月高考)有一種新型光電效應(yīng)量子材料，其逸出功為W0。當(dāng)紫外光照射該材料時，只產(chǎn)生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得條紋間距為Δx，已知電子質(zhì)量為m，普朗克常量為h，光速為c，則()A．電子的動量pe＝eq\f(hL,dΔx)B．電子的動能Ek＝eq\f(hL2,2md2Δx2)C．光子的能量E＝W0＋eq\f(chL,dΔx)D．光子的動量p＝eq\f(W0,c)＋eq\f(h2L2,2cmd2Δx2)解析：選AD。由條紋間距Δx＝eq\f(L,d)λ、電子動量pe＝eq\f(h,λ)聯(lián)立解得pe＝eq\f(hL,dΔx)，A正確；電子的動能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(peq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(e)),2m)，解得Ek＝eq\f(h2L2,2md2Δx2)，B錯誤；光子的能量E＝W0＋Ek，故E＝W0＋eq\f(h2L2,2md2Δx2)，C錯誤；光子的動量p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(hν,c)＝eq\f(E,c)，解得p＝eq\f(W0,c)＋eq\f(h2L2,2cmd2Δx2)，D正確。8．氫原子能級示意圖如圖所示，下列說法正確的是()A．氫原子由較高能級躍遷到較低能級時，電勢能增大，其核外電子的動能減小B．當(dāng)氫原子從n＝4能級躍遷到n＝2能級時，輻射出的光不能使逸出功為2.25eV的鉀發(fā)生光電效應(yīng)C．一群處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，輻射出的光頻率最多有6種D．用能量為9eV和4.6eV的兩種光同時照射大量的氫原子，有可能使處于基態(tài)的氫原子電離解析：選C。氫原子由較高能級躍遷到較低能級時，電勢能減小，其核外電子的動能增大，故A錯誤；當(dāng)氫原子從n＝4能級躍遷到n＝2能級時，輻射出的光子能量為2.55eV，能使逸出功為2.25eV的鉀發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯誤；一群處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，可知最多輻射出Ceq\o\al(\s\up14(2),\s\do5(4))＝6種頻率的光子，故C正確；要使處于基態(tài)的氫原子電離，入射光子的能量必須大于或等于13.6eV，故D錯誤。9．核電池是各種深空探測器中最理想的能量源，它不受極冷極熱的溫度影響，也不被宇宙射線干擾。钚238同位素溫差電池的工作原理是其發(fā)生衰變時將釋放的熱能轉(zhuǎn)化為電能。已知钚238的半衰期為88年，其衰變方程為eq\o\al(\s\up14(238),\s\do5(94))Pu→eq\o\al(\s\up14(234),\s\do5(92))U＋X。下列說法正確的是()A．衰變放出的射線是高速氦核流，它的貫穿能力很強B．eq\o\al(\s\up14(238),\s\do5(94))Pu的比結(jié)合能小于eq\o\al(\s\up14(234),\s\do5(92))U的比結(jié)合能C．eq\o\al(\s\up14(238),\s\do5(94))Pu的核子平均質(zhì)量小于eq\o\al(\s\up14(234),\s\do5(92))U的核子平均質(zhì)量D．钚238在極高壓下可加速衰變，其半衰期可小于88年解析：選B。根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可判斷X是eq\o\al(\s\up14(4),\s\do5(2))He，氦核流的貫穿能力很弱，電離能力很強，故A錯誤；eq\o\al(\s\up14(234),\s\do5(92))U比eq\o\al(\s\up14(238),\s\do5(94))Pu更穩(wěn)定，則比結(jié)合能更大，故B正確；因為釋放能量，存在質(zhì)量虧損，所以eq\o\al(\s\up14(238),\s\do5(94))Pu的核子平均質(zhì)量大于eq\o\al(\s\up14(234),\s\do5(92))U，故C錯誤；原子核半衰期與外界環(huán)境無關(guān)，故D錯誤。10．從1907年起，美國物理學(xué)家密立根用如圖所示的實驗裝置測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量。在這個實驗中，若先后用頻率為ν1、ν2的單色光照射陰極K均可產(chǎn)生光電流。調(diào)節(jié)滑片P，當(dāng)電壓表示數(shù)分別為U1、U2時，ν1、ν2的光電流恰好減小到零。已知U1>U2，電子電荷量為e。下列說法正確的是()A．兩種單色光光子的動量p1<p2B．光電子的最大初動能Ek1<Ek2C．普郎克常量為eq\f(e（U1－U2）,ν1－ν2)D．逸出功為eq\f(e（ν1U1－ν2U2）,ν1－ν2)解析：選C。根據(jù)公式eU＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－W0，因為U1>U2，所以λ1<λ2，光子動量p＝eq\f(h,λ)，故p1>p2，光子最大初動能Ek＝eU，故Ek1>Ek2，A、B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程得hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，解得h＝eq\f(e（U1－U2）,ν1－ν2)，W0＝eq\f(e（ν2U1－ν1U2）,ν1－ν2)，C正確，D錯誤。11．大量處于n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時產(chǎn)生的a、b兩種單色光照射某光電管的陰極時，測得遏止電壓之比為2∶1，根據(jù)該信息下列說法正確的是()A．a(chǎn)光照射產(chǎn)生的光電子最大速度是b光照射產(chǎn)生的光電子的2倍B．若b光是躍遷到n＝3能級產(chǎn)生的，則a光可能是躍遷到n＝4能級產(chǎn)生的C．用同樣的裝置做雙縫干涉實驗，b光束的條紋間距是a光束的2倍D．當(dāng)兩種光從水中射向空氣時，a光的臨界角小于b光的臨界角解析：選D。遏止電壓是光電流為零時的最小反向電壓，根據(jù)動能定理可知eUc＝Ek＝eq\f(1,2)mv2，則a光照射產(chǎn)生的光電子最大速度是b光照射產(chǎn)生的光電子的eq\r(2)倍，A錯誤；遏止電壓大，頻率高，能量大，a光的能量大于b光的能量，若b光是躍遷到n＝3能級產(chǎn)生的，則a光躍遷到比n＝3能級低才能產(chǎn)生，B錯誤；根據(jù)ν＝eq\f(c,λ)和eUc＝hν－W0可知，a、b兩種單色光的頻率有νa<2νb，則b光的波長比a光波長的2倍小，由Δx＝eq\f(L,d)λ，可知b光束的條紋間距比a光束條紋間距的2倍小，C錯誤；a光的遏止電壓大，則a光的頻率高，折射率大，根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)，a光的臨界角小，D正確。12．原子核的平均結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系圖線如圖所示。下列說法正確的是()A．eq\o\al(\s\up14(4),\s\do5(2))He核的結(jié)合能約為14MeVB．eq\o\al(\s\up14(89),\s\do5(36))Kr核比eq\o\al(\s\up14(144),\s\do5(56))Ba核更穩(wěn)定C．三個中子和三個質(zhì)子結(jié)合成eq\o\al(\s\up14(6),\s\do5(3))Li核時吸收能量D．在核反應(yīng)eq\o\al(\s\up14(235),\s\do5(92))U＋eq\o\al(\s\up14(1),\s\do5(0))n→eq\o\al(\s\up14(89),\s\do5(36))Kr＋eq\o\al(\s\up14(144),\s\do5(56))Ba＋3eq\o\al(\s\up14(1),\s\do5(0))n中，要吸收熱量解析：選B。分析題圖可知，eq\o\al(\s\up14(4),\s\do5(2))He核的平均結(jié)合能為7MeV，根據(jù)平均結(jié)合能的定義可知，eq\o\al(\s\up14(4),\s\do5(2))He核的結(jié)合能為7×4MeV＝28MeV，故A錯誤；平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，分析題圖可知，eq\o\al(\s\up14(89),\s\do5(36))Kr核比eq\o\al(\s\up14(144),\s\do5(56))Ba核的平均結(jié)合能大，故eq\o\al(\s\up14(89),\s\do5(36))Kr核比eq\o\al(\s\up14(144),\s\do5(56))Ba核更穩(wěn)定，故B正確；核子結(jié)合成原子核時，質(zhì)量虧損，釋放核能，故三個中子和三個質(zhì)子結(jié)合成eq\o\al(\s\up14(6),\s\do5(3))Li核時釋放能量，故C錯誤；重核裂變時，質(zhì)量虧損，釋放能量，故D錯誤。13．硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù)，其原理是進入