1、1专题 14 近代物理一选择题1【山师大附中摸拟】（2019 山西临汾模拟）20 17 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 粒子散射实验结果，发现了质子和中子D核反应方程 中的 y206，X 中中子个数为 124【答案】C2【浙江省 2019 届仿真模拟】201
2、8 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
3、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
4、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A3015P 4Si+X2B2389U40Th+XC713Al+ n271Mg+XD2Al+4He305P +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
5、瑟福通过分析 粒子散射实验结果，发现了质子和中子D核反应方程 中的 y206，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 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 中的 y206，根据质量数等于核子数，X 中中子个数为 206-82=124，选项 D说法正确。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
6、所示，下列说法正确的是（ ） 3A一个处于 n4 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 5.4410-27kgm/sC氢原子从 n3 能级跃迁到 n2 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 n2 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
7、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。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？4若仅在纸面内加上垂直纸面的匀强磁场时，发现
8、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
9、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
10、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 。加在3L4M、 N 两板间电压 u 随时间 t 变化关系为 uMN sin( t)，如图乙所示。把两板间的电场看成匀强电场，9U04 2T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 ，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
11、高为 ，以3L2 15L4t0 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 3 Lsin( t)(1 分)4Lu3U0 2T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 at23L8 12解得 U U0(1 分) 98
12、故在一个周期中的 、 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T12 5T12 7T12 11T12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 ，速度大小为 v，则 tan ， vatv0 v0cos 解得 tan ，34v (2 分)54 2eU0m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 r1sin ， evB1 m3L2 v2r1解得 r1 L， B1 (1 分)1516 42emU03eL应满足的条件 B (1 分)42emU03eL当
13、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(r2sin )2( r2cos )2 r ， evB2 m3L2 3L8 15L8 2 v2r2解得 r2 L， B2 (1 分)152 2emU06eL应满足的条件 B (1 分)2emU06eL答案 (1) Lm2eU0(2)如解析图所示(3)当匀强磁场方向垂直于纸面向外时， B 42emU03eL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
14、面交替排列的匀强磁场 B1和 B2，B 1B 21.0T，B 1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 4.95103kg，所受阻力 f500N，金属框垂直轨道的边长 ab2.0m，两磁场的宽度均与金属框的边长 ad 相同，金属框整个回路的电阻 R8.010 4 ，g 取 10m/s2已知电梯正以 v110m/s 的速度匀速9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 BIab，解得：I1.2510 4A；由右手定则可知，图示时刻电流方向为：adcb；（2）感应电动势：E2Bab（v 0v 1），EIR，解得：v 012.5m/s；答：（1）金属框中感应电流的大小为 1.25104A，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%。
