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1专题14近代物理2019年高三期末、一模物理试题分项解析一.选择题1.【山师大附中摸拟】(2019山西临汾模拟)2017年12月6日报道,中国散裂中子源项目将于2018年前后建成。目前,位于广东东莞的国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)首次打靶成功,获得中子束流,这标志着(CSNS)主体工程顺利完工,进入试运行阶段。对于有关中子的研究,下面说法不正确的是()A.中子和其他微观粒子,都具有波粒二象性B.一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是核聚变反应C.卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,发现了质子和中子D.核反应方程210484822PoXHey中的y=206,X中中子个数为124【答案】C2.【浙江省2019届仿真模拟】2018年3月14日,英国剑桥大学著名物理学家斯蒂芬·威廉·霍金逝世,享年76岁,引发全球各界悼念。在物理学发展的历程中,许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程,为物理学的建立作出了巨大的贡献。在对以下几位物理学家所做的科学贡献的叙述中,不正确的是()A.卡文迪许将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体,得出万有引力定律,并测出了引力常量G的数值B.根据玻尔理论,原子从激发态向基态跃迁时将释放出核能C.布拉凯特利用云室照片发现,粒子击中氮原子形成复核,复核不稳定,会放出一个质子D.爱因斯坦的光子说认为,只要增加光照时间,使电子多吸收几个光子,所有电子最终都能跃出金属表面成为光电子【答案】ABD【解析】牛顿将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体,得出万有引力定律,并测出了引力常量G的数值,选项A错误;根据玻尔理论,原子从激发态向基态跃迁时2将释放出光能,不是核能,选项B错误;布拉凯特利用云室照片发现,粒子击中氮原子形成复核,复核不稳定,会放出一个质子,选项C正确;根据爱因斯坦的光子说认为,只要入射光的频率小于截止频率,即使增加光照时间,也不可能发生光电效应,故D错误。3.(2019广西百色质检)中国散裂中子源(CSNS)是国家“十一五”期间重点建设的大科学装置,2018年8月23日通过国家验收,并将对国内外各领域的用户开放。下列核反应中X为中子的是A.3015P→3014Si+XB.23892U→23490Th+XC.2713Al+10n→2712Mg+XD.2713Al+42He→3015P+X【答案】D4.(2019山西临汾模拟)2017年12月6日报道,中国散裂中子源项目将于2018年前后建成。目前,位于广东东莞的国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)首次打靶成功,获得中子束流,这标志着(CSNS)主体工程顺利完工,进入试运行阶段。对于有关中子的研究,下面说法不正确的是()A.中子和其他微观粒子,都具有波粒二象性B.一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是核聚变反应C.卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,发现了质子和中子D.核反应方程210484822PoXHey中的y=206,X中中子个数为124【答案】C【解析】根据德布罗意物质波理论,中子和其他微观粒子,都具有波粒二象性,选项A说法正确;一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是核聚变反应,选项B说法正确;卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子核式结构模型,选项C说法不正确;根据核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒,核反应方程210484822PoXHey中的y=206,根据质量数等于核子数,X中中子个数为206-82=124,选项D说3法正确。5.(2019江苏泰州12月联考)已知金属铯的逸出功为1.88eV,氢原子能级图如图所示,下列说法正确的是()A.一个处于n=4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出3种不同频率的光子B.氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级过程中辐射出光子的动量为5.44×10-27kg•m/sC.氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级过程中辐射出的光子不能使金属铯发生光电效应D.大量处于n=2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光照射金属铯,产生的光电子最大初动能为8.32eV【答案】ABD二.计算题1.(2019浙江杭州期末)光电倍增管是用来将光信号转化为电信号并加以放大的装置,其主要结构为多个相同且平行的倍增极。为简单起见,现只研究其第1倍增极和第2倍增极,其结构如图所示。两个倍增极平行且长度均为2a,几何位置如图所示图中长度数据已知当频率为v的入射光照射到第1倍增极上表面时,从极板上逸出的光电子最大速率为若加电场或磁场可使从第1倍增极逸出的部分光电子打到第2倍增极上表面,从而激发出更多的电子,实现信号放大。已知元电荷为e,电子质量为m,普朗克常量为h,只考虑电子在纸面内的运动,忽略相对论效应,不计重力。试求制作第1倍增极的金属材料的逸出功W。4为使更多光电子达到第2倍增极,可在接线柱AB间接入一个电动势为E的电源,则到达第2倍增极的电子的最大动能是多少?若仅在纸面内加上垂直纸面的匀强磁场时,发现速度为垂直第1倍增极出射的电子恰能全部到达第2倍增极上表面。忽略电场力的作用,试求:磁感强度B的大小和方向;关闭光源后多长时间仍有光电子到达第2倍增极上表面?可能用到的三角函数值:,,。【名师解析】根据光电效应方程:所以金属材料的逸出功:电子在磁场中做匀速圆周运动的过程中的半径:,联立得:5关闭光源后仍有光电子到达第2倍增极上表面的时间即所有光电子中到达第2倍增极的最长时间。所有电子周期均相同,圆心角最大的粒子时间越长。若电子从第一倍增极M点出发到达第二倍增极N点,则MN为圆周上的一条弦,若圆心角越大,则要求R越大,即当粒子和第二倍增极相切时圆心角最大。又图中,当R越大,越大,圆心角越大,故在所有轨迹和第二倍增极相切的电子中,半径越大圆心角越大。综上当粒子以最大速率从第一倍增极最右端出射,刚好与第二倍增极相切时,圆心角最大,如图所示。此时:,即,所以:又:联立得:6答:试求制作第1倍增极的金属材料的逸出功是;为使更多光电子达到第2倍增极,可在接线柱AB间接入一个电动势为E的电源,则到达第2倍增极的电子的最大动能是;若仅在纸面内加上垂直纸面的匀强磁场时,发现速度为垂直第1倍增极出射的电子恰能全部到达第2倍增极上表面。忽略电场力的作用,试求:磁感强度B的大小是,方向垂直于纸面向里;关闭光源后时间仍有光电子到达第2倍增极上表面。2.(16分)(2018·南通市高三调研)如图2甲所示,真空室中电极K发出的电子(初速不计)经电场加速后,由小孔P沿两水平金属板M、N的中心线射入板间,加速电压为U0,M、N板长为L,两板相距3L4。加在M、N两板间电压u随时间t变化关系为uMN=9U04sin(2πTt),如图乙所示。把两板间的电场看成匀强电场,忽略板外电场。在每个电子通过电场区域的极短时间内,电场可视作恒定。两板右侧放一记录圆筒,筒左侧边缘与极板右端相距3L2,筒绕其竖直轴匀速转动,周期为T,筒的周长为s,筒上坐标纸的高为15L4,以t=0时电子打到坐标纸上的点作为xOy坐标系的原点,竖直向上为y轴正方向。已知电子电荷量为e,质量为m,重力忽略不计。图2(1)求穿过水平金属板的电子在板间运动的时间t;(2)通过计算,在示意图丙中画出电子打到坐标纸上的点形成的图线;(3)为使从N板右端下边缘飞出的电子打不到圆筒坐标纸上,在MN右侧和圆筒左侧区域加一垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度B应满足什么条件?7解得y=4Lu3U0=3Lsin(2πTt)(1分)设当M、N两板间电压为U时,电子从水平金属板右边缘飞出,则3L8=12at2解得U=98U0(1分)故在一个周期中的T12~5T12、7T12~11T12时间内,电子打在M、N板上,画出电子打到坐标纸上的点形成的图线如图所示。(3分)(3)设从N板右端下边缘飞出时的电子速度与水平方向的夹角为θ,速度大小为v,则tanθ=atv0,v=v0cosθ解得tanθ=34,v=54·2eU0m(2分)①当匀强磁场方向垂直于纸面向外时,电子打不到圆筒坐标纸上,磁场的磁感应强度为B1,电子做圆周运动的轨道半径为r1,则8r1+r1sinθ=3L2,evB1=mv2r1解得r1=1516L,B1=42emU03eL(1分)应满足的条件B42emU03eL(1分)②当匀强磁场方向垂直于纸面向里时,电子打不到圆筒坐标纸上,磁场的磁感应强度为B2,电子做圆周运动的轨道半径为r2,则(r2sinθ+3L2)2+(r2cosθ+3L8-15L8)2=r22,evB2=mv2r2解得r2=152L,B2=2emU06eL(1分)应满足的条件B2emU06eL(1分)答案(1)Lm2eU0(2)如解析图所示(3)①当匀强磁场方向垂直于纸面向外时,B42emU03eL②当匀强磁场方向垂直于纸面向里时,B2emU06eL3.(14分)(2019陕西咸阳一模)如图所示是磁动力电梯示意图,即在竖直平面内有两根很长的平行竖直轨道,轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2,B1=B2=1.0T,B1和B2的方向相反,两磁场始终竖直向上做匀速运动,电梯轿厢固定在图示的金属框abcd内,并且与之绝缘。已知电梯载人时的总质量为4.95×103kg,所受阻力f=500N,金属框垂直轨道的边长ab=2.0m,两磁场的宽度均与金属框的边长9ad相同,金属框整个回路的电阻R=8.0×10﹣4Ω,g取10m/s2.已知电梯正以v1=10m/s的速度匀速上升,求:(1)金属框中感应电流的大小及图示时刻感应电流的方向;(2)磁场向上运动速度v0的大小;(3)该电梯的工作效率。【名师解析】(1)对abcd金属框,由衡条件得:2F安=mg+f,安培力:F安=BI•ab,解得:I=1.25×104A;由右手定则可知,图示时刻电流方向为:adcb;(2)感应电动势:E=2B•ab(v0﹣v1),E=IR,解得:v0=12.5m/s;答:(1)金属框中感应电流的大小为1.25×104A,图示时刻感应电流的方向为:adcb;(2)磁场向上运动速度v0的大小为12.5m/s;(3)该电梯的工作效率为79.2%。
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