热点16 近代物理
[分值：46分]
[1~7题，每题4分，8~10题，每题6分]
1.(2025·广西卷·1)有四种不同逸出功的金属材料：铷2.15 eV，钾2.25 eV，钠2.30 eV和镁3.20 eV制成的金属板。现有能量为2.20 eV的光子，分别照到这四种金属板上，则会发生光电效应的金属板为( )
A.铷B.钾C.钠D.镁
答案 A
解析当光子的能量大于金属的逸出功时就能发生光电效应，可知能量为2.20eV的光子分别照射到四种金属板上，会发生光电效应的金属板是铷。故选A。
2.(2025·江西省名校学术联盟模拟)如图为研究光电效应的实验装置图，将滑动变阻器的滑片移到最左端，用a、b两束不同的单色光分别照射光电管K极，发现两次电流表示数相同。将滑动变阻器向右移，发现电流表的示数为零时，用单色光a照射时电压表的示数比用单色光b照射时电压表的示数大，下列说法正确的是( )
A.a光遏止电压比b光遏止电压大
B.a光频率比b光频率低
C.滑动变阻器向右移动过程中，从K极打出的光电子逐渐减少
D.滑动变阻器向右移动过程中，从K极打出的光电子最大初动能减小
答案 A
解析发现电流表的示数为零时，用单色光a照射时电压表的示数比用单色光b照射时电压表的示数大，说明a光的遏止电压大，频率高，A项正确，B项错误；光束一定，打出的光电子数一定，C项错误；光束一定时，由Ek=hν-W0可知，从K极打出的光电子最大初动能与所加的反向电压无关，即打出的光电子的最大初动能一定，D项错误。
3.(2025·河南省五市第一次联考)碳14具有放射性，其衰变方程为
C→
N+X，半衰期约为5 730年。下列相关说法正确的是( )
A.碳14发生的是α衰变
B.X是来自原子核外的电子
C.10个碳14经过5 730年有5个发生衰变
D.
N的比结合能比
C的大
答案 D
解析根据质量数、电荷数守恒，可知核反应方程为
C→
N+
e，可知碳14发生的是β衰变，故A错误；结合上述可知，X是电子，是原子核内中子向质子转化的过程中形成的，X不是来自原子核外的电子，故B错误；半衰期是描述大量原子核衰变快慢的物理量，对少数原子核不适用，10个碳14经过5730年不一定有5个发生衰变，故C错误；结合上述，碳14发生的是衰变，衰变反应释放能量，反应后的原子核更稳定，可知
N的比结合能比
C的大，故D正确。
4.(2025·天津市重点校联考一模)关于下列四幅图的说法正确的是( )
A.图甲是α粒子散射实验，α粒子穿过金箔后，多数α粒子发生了大角度的偏转
B.图乙是光电效应实验，此时张开的验电器指针带负电，锌板带正电
C.图丙是放射源放出三种射线在磁场中的运动轨迹，其中1为β射线
D.图丁是核反应堆示意图，其中石墨作为慢化剂的作用是吸收中子
答案 C
解析题图甲是α粒子散射实验，α粒子穿过金箔后，少数α粒子发生了大角度偏转，故A错误；题图乙是光电效应实验，锌板失去电子，张开的验电器指针和锌板都带正电，故B错误；题图丙是放射源放出三种射线在磁场中的运动轨迹，根据左手定则，1带负电为β射线，故C正确；核反应堆中的石墨起使中子减速作用，故D错误。
5.(2025·安徽省九师联盟模拟)大量处于n=2能级的氢原子被频率为ν的单色光照射后，能辐射出频率不等于ν的光子有5种，氢原子的能级示意图如图所示，则辐射出的光子中频率最高的光子的频率为( )
A.3νB.4νC.5νD.6ν
答案 C
解析依题意，吸收光子后，能辐射出6种不同频率的光子，则吸收光子后，氢原子从n=2能级跃迁到n=4能级，根据跃迁条件可得hν=E4-E2=-0.85eV-(-3.4eV)=2.55eV，氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光子频率最高，即hνm=E4-E1=-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV，解得νm=5ν，故选C。
6.(多选)(2025·黑吉辽蒙卷·8)某理论研究认为，原子核可能发生双β衰变，衰变方程为
Mo→
Ru+
e。处于第二激发态的
Ru原子核先后辐射能量分别为0.590 8 MeV和0.539 5 MeV的γ1、γ2两光子后回到基态。下列说法正确的是( )
A.A=100
B.y=2
C.γ1的频率比γ2的大
D.γ1的波长比γ2的大
答案 ABC
解析由核反应方程质量数和电荷数守恒可得100=A+0，42=44-y，解得A=100，y=2，A、B正确；由题可知γ1光子的能量大于γ2光子的能量，根据光子的能量公式ε=hν，波长λ=
，可得γ1的频率大于γ2的频率，γ1的波长小于γ2的波长，C正确，D错误。
7.(2025·北京卷·13)自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是( )
A.已知氢原子的基态能量为-13.6 eV，则反氢原子的基态能量也为-13.6 eV
B.一个中子可以转化为一个质子和一个正电子
C.一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子
D.反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
答案 A
解析氢原子基态能量由电子与质子决定。反氢原子由正电子和反质子构成，电荷结构相同，能级结构不变，基态能量仍为-13.6eV，故A正确；若中子衰变(β+衰变)生成一个质子和一个正电子
n
p
e，不符合电荷守恒，故B错误；
正负电子对撞湮灭时，总动量为零，需产生至少两个光子以保证动量守恒。单个光子无法满足动量守恒条件，故C错误；核聚变通常释放能量(如普通氘核聚变)，反氘核聚变遵循相同规律，应释放能量而非吸收，故D错误。
8.(2025·江苏南通市调研)氢原子的可见光光谱如图所示，谱线的波长满足公式
=R∞(
-
)(n=3、4、5、6)，式中R∞是常量。已知四条光谱线对应的光照射某种金属，仅一种光能使该金属发生光电效应。则( )
A.Hα谱线对应的光子能量最大
B.Hα谱线对应的光子动量最大
C.Hα谱线对应的光子能使该金属发生光电效应
D.Hδ谱线是氢原子从第5激发态跃迁到第1激发态产生的
答案 D
解析由题图可知，Hα谱线对应的光子的波长最大，由于波长和频率关系可知，其频率最小，由能量子公式ε=hν可知，其能量最小，故A项错误；由光子的动量与波长的关系有p=
α谱线对应的光子的波长最长，所以Hα谱线对应的光子动量最小，故B项错误；
由之前的分析可知，Hα谱线对应的光子能量最小，而题意为仅有一种光能使该金属发生光电效应，所以该光应该是能量最大的，即Hα谱线对应的光子不能使该金属发生光电效应，故C项错误；由之前的分析可知，Hδ谱线对应的光子能量最高，由玻尔理论可知，其是氢原子从第5激发态跃迁到第1激发态产生的，故D项正确。
9.(多选)(2025·四川南充市示范名校联考)核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。
U
n→
Ba
Kr+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用mU、mBa、mKr分别表示
U、
、
核的质量，mX表示X粒子的质量，c为真空中的光速，以下说法正确的是( )
A.X为中子，a=2
B.X为中子，a=3
C.上述核反应中放出的核能ΔE=(mU-mBa-mKr-2mx)c2
D.上述核反应中放出的核能ΔE=(mU-mBa-mKr-3mx)c2
答案 BC
解析由电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子；由质量数守恒知a=3，故A错误，B正确；由题意知，核反应过程中的质量亏损Δm=mU-mBa-mKr-2mX，由质能方程可知，释放的核能ΔE=Δmc2=(mU-mBa-mKr-2mX)c2，故C正确，D错误。
10.(多选)(2025·河南南阳市一模)光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。现有含光电管的电路如图(a)所示，图(b)是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的I-U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压。下列说法中正确的是( )
A.甲、乙是不同颜色的光且甲光束比乙光束的光照强度强
B.甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能小
C.分别用甲光、丙光照射同一双缝干涉实验装置，甲光照射比丙光照射形成的干涉条纹间距宽
D.甲、乙、丙三束光的光子动量p甲=p乙<p丙
答案 BCD
解析根据eUc=hν-W0结合题图(b)可知，甲光和乙光频率相同，则甲、乙是同种颜色的光，但是甲光比乙光的饱和电流大，即甲光的光强大于乙光，故A错误；根据eUc=Ekm和题图(b)可知，甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能小，故B正确；光的双缝干涉实验中，相邻干涉条纹的宽度为Δx=
λ，根据光电效应方程eUc=Ekm=hν-W0，可得ν丙>ν甲，则λ丙<λ甲，所以分别用甲光、丙光照射同一双缝干涉实验装置，甲光照射形成的干涉条纹间距比丙光的宽，故C正确；由上述分析可知ν丙>ν甲=ν乙，而光子动量p=
，因此甲、乙、丙三束光的光子动量p甲=p乙<p丙，故D正确。
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