高考物理十年压轴题近代物理压轴选择题、填空题（全国甲卷和Ⅰ卷）-（解析版）

近代物理压轴选择题、填空题（全国甲卷和Ⅰ卷）高考物理近代物理压轴题是考查学生物理学科素养高低的试金石，表现为综合性强、求解难度适中、对考生的综合分析能力解决物理问题的能力要求适中等特点。命题范围1.波粒二象性（压轴指数★★★）①光电效应问题。结合结合光电效应的实验规律和光电效应方程解决。②物质的波粒二象性、康普顿效应、能量量子化。2、原子结构（压轴指数★★★★）波尔的氢原子模型，能级图。3、原子核（压轴指数★★★）原子核的组成，放射性元素的衰变、核力与结合能、核能、质能方程、半衰期二、命题类型1.单一情境型。物理情境选自生活生产情境或学习探究情境，物理力学情境综合型试题的物理模型有：氢原子能级图、放射性元素的衰变、原子核的人工转变、光电效应。2.综合型问题。氢原子放射出的光与光电效应的结合问题。一、单选题1．（2022·全国·统考高考真题）两种放射性元素的半衰期分别为和，在时刻这两种元素的原子核总数为N，在时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在时刻，尚未衰变的原子核总数为（ ）A． B． C． D．【答案】C【解析】根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有经历2t0后有联立可得，在时，原子核数为x的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素经历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为故选C。2．（2021·全国·高考真题）如图，一个原子核X经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（ ）A．6 B．8 C．10 D．14【答案】A【解析】由图分析可知，核反应方程为设经过次衰变，次衰变。由电荷数与质量数守恒可得；解得，故放出6个电子。故选A。3．（2019·全国·高考真题）氢原子能级示意图如图所示，光子能量在1.63eV~3.10eV的光为可见光，要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为（ ）A．12.09eV B．10.20eV C．1.89eV D．1.5leV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV的可见光．故．故本题选A．4．（2017·全国·高考真题）大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：＋→＋。已知的质量为2.0136u，的质量为3.0150u，的质量为1.0087u,1u=931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为（ ）A．3.7MeV B．3.3MeV C．2.7MeV D．0.93MeV【答案】B【解析】在核反应中，反应前物质的质量m1=2×2.0136u=4.0272u反应后物质的质量m2=3.0150u+1.0087u=4.0237u质量亏损Δm=m1-m2=0.0035u则氘核聚变释放的核能为E=931×0.0035MeV≈3.3MeV故选B。二、多选题5．（2020·全国·统考高考真题）下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表α粒子的有（ ）A． B．C． D．【答案】BD【解析】α粒子为氦原子核He，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，A选项中的X1为He，B选项中的X2为He，C选项中的X3为中子n，D选项中的X4为He。故选BD。6．（2016·全国·高考真题）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是（  ）A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关【答案】ACE【解析】AB．根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大，故A正确，B错误；C．根据爱因斯坦光电效应方程得：入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C正确；DE．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，保持入射光的光强不变，若低于遏止频率，则没有光电流产生，故D错误，E正确．故选ACE．【点睛】本题主要考查光电效应．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强弱只影响单位时间内发出光电子的数目；本题涉及的光电效应知识较多，很多结论都是识记的，注意把握现象的实质，明确其间的联系与区别；平时积累物理知识．7．（2014·全国·高考真题）关于天然放射性，下列说法正确的是A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强E．一个原子核在一次衰变中可同量放出α、β和γ三种射线【答案】BCD【解析】A．并不是所有的元素都能衰变，只有原子序号超过83的元素才都能发生衰变，故A错误；B．放射性元素的半衰期由原子核内部的结构决定，与外界温度无关，故B正确；C．放射性元素其放射性来自于原子核内部的，与其他元素形成化合物并没有改变其内部原子核结构所以仍具有放射性，故C正确；D．α、β和γ三种射线中，γ射线能量最高，穿透能力最强，故D正确；E．一个原子核在一次衰变中，要么是α衰变要么是β衰变，同时伴随着能量的释放即γ射线，故E错误。故选BCD。三、填空题8．（2015·全国·高考真题）在某次光电效应实验中，得到的遏制电压与入射光的频率的关系如图所示，若该直线的斜率和截距分别为和，电子电荷量的绝对值为，则普朗克常量可表示为_______，所用材料的逸出功可表示为_______【答案】        【解析】[1][2]光电效应中，入射光子能量，克服逸出功后多余的能量转换为电子动能，反向遏制电压整理得斜率所以普朗克常量截距为，即所以逸出功【名师点睛】根据光电效应写出数学表达式，按照数学里面的截距和斜率解决问题．数学的工具作用不可忽视．9．（2013·全国·高考真题）一质子束入射到静止靶核上，产生如下核反应：，式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为____________，中子数为______________．【答案】    14    13【解析】质子的电荷数为1，质量数为1，中子的电荷数为0，质量数为1．根据电荷数守恒、质量数守恒，X的质子数为1+13-0=14，质量数为1+27-1=27．因为质量数等于质子数和中子数之和，则新核的中子数为27-14=13。一、光电效应1．光电效应的分析思路2．光电效应图像图像名称图线形状获取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)νc：图线与ν轴交点的横坐标②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标②饱和电流：电流的最大值；③最大初动能：Ek＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2光的波粒二象性与物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．(2)光电效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．2．物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝eq\f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．三、原子结构1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．2．α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．3．原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．四、玻尔理论 能级跃迁1．玻尔理论(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射．(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m