2025年高考物理二轮核心考点：近代物理（有解析）

2025年高考物理二轮核心考点：近代物理
一、单选题
1.年月日，中国“人造太阳”完成亿摄氏度秒“高质量燃烧”这一成就不仅打破了世界纪录，更是我国核聚变能源研究领域的重大飞跃下列核反应中属于核聚变的是( )
A. B.
C. D.
2.如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像，以下说法正确的是( )
A. 由图甲可求得普朗克常量
B. 由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功大
C. 由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
D. 由图丁可知电压越高，则光电流越大
3.如图所示放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，从其中的氢气放电管观察氢原子的光谱，发现它只有一些分立的不连续的亮线，下列说法正确的是( )
A. 亮线分立是因为氢原子有时发光，有时不发光
B. 有几条谱线，就对应着氢原子有几个能级
C. 核式结构决定了氢原子有这种分立的光谱
D. 光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续
4.用不同波长的光照射光电管阴极探究光电效应的规律时，根据光电管的遏止电压与对应入射光的波长作出的图像如图所示。已知光电子的电荷量大小为，光速为，下列说法正确的是( )
A. 该光电管阴极材料的极限频率大小为
B. 由图像可得普朗克常量
C. 当用波长的光照射光电管极时，光电子的最大初动能为
D. 当用波长的光照射光电管的阴极时，光电子的最大初动能随的增大而增大
5.如图所示，为氢原子能级图，为某放射性元素剩余质量与原质量的比值随时间变化的图像，为轧制钢板时动态监测钢板厚度的装置图，为原子核的比结合能随质量数变化的图像。下列说法正确的是( )
A. 图中，一个氢原子从的能级向基态跃迁时，最多可以放出种不同频率的光
B. 图中，由放射性元素剩余质量与原质量的比值随时间的变化规律可知其半衰期为
C. 图中，探测器接收到的射线可能是射线
D. 图中，比结合能越大，平均核子质量越大，原子核越稳定
6.如图所示的火灾自动报警器具有稳定性好、安全性高的特点，应用非常广泛，其工作原理为：放射源处的镅放出的粒子，使壳内气室空气电离而导电，当烟雾进入壳内气室时，粒子被烟雾颗粒阻挡，导致工作电路的电流减小，于是蜂鸣器报警，则( )
A. 发生火灾时温度升高，的半衰期变短
B. 这种报警装置应用了射线贯穿本领强的特点
C. 发生衰变的核反应方程是
D. 发生衰变的核反应方程是
7.据新华社报道，月日时，我国全超导托卡马克核聚变装置成功实现稳态高约束模式等离子体运行秒，在该装置内发生的核反应方程是。若的质量是，的质量是，的质量是，的质量是，光速是，下列说法正确的是( )
A. 只有氘和氚能发生核聚变，其他原子核不能
B. 发生一次上述聚变反应所释放的核能大小为
C. 其中粒子的符号是
D. 核聚变反应发生后，需要外界不断给它提供能量才能将反应持续下去
8.如图所示为玻尔的氢原子电子轨道示意图一群处于能级的原子向低能级跃迁，下列说法中正确的是( )
A. 一共能产生种不同的光子
B. 一共能产生种不同的光子
C. 其中从能级跃迁到产生的光子动量最小
D. 其中从能级跃迁到产生的光子能量最大
9.年月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬射线。硬射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到个该种光子。已知探测仪镜头面积为，卫星离太阳中心的距离为，普朗克常量为，光速为，则太阳辐射硬射线的总功率为
A. B. C. D.
10.如图所示为氢原子的最低五个能级，一束光子能量为的单色光入射到大量处于基态的氢原子上，产生的光谱线是( )
A. B.
C. D.
11.地铁靠站时列车车体和屏蔽门之间安装有光电传感器。如图甲所示，若光线被乘客阻挡，电流发生变化，工作电路立即报警。如图乙所示，光线发射器内大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光中只有、两种可以使该光电管阴极逸出光电子，图丙为，光单独照射光电管时产生的光电流与光电管两端电压的关系图线。已知光电管阴极材料的逸出功为，下列说法正确的是( )
A. 光为氢原子从能级跃迁到能级时发出的光
B. 经同一障碍物时，光比光衍射现象更明显
C. 光电管中光电子飞出阴极时的最大初动能为
D. 若部分光线被遮挡，则放大器的电流将增大，从而引发报警
12.氢原子第能级的能量为，其中是基态能量，，，，。若处于某能级的氢原子可辐射能量为的光子，辐射光子后氢原子的能量比基态能量高，处于该能级辐射光子前的大量氢原子向低能级跃迁时，辐射光子的频率有( )
A. 种 B. 种 C. 种 D. 种
13.我国太阳探测科学技术试验卫星羲和号在国际上首次成功实现空间太阳波段光谱扫描成像。和分别为氢原子由和能级向能级跃迁产生的谱线，如图所示，用对应的光照射某种金属表面，恰好能使该金属发生光电效应。下列说法正确的是
A. 对应的光子能量为
B. 用对应的光照射该金属表面也能发生光电效应
C. 若照射光的频率大于对应的光的频率，则该金属的逸出功增大
D. 若照射光的频率大于对应的光的频率，则逸出的光电子的最大初动能增大
14.核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，能有效缓解能源短缺问题。年月日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行秒，对提升核聚变发电具有重要意义。假设“人造太阳”的热核反应方程为、，下列说法正确的是
A. 核反应方程中的为中子 B. 核反应方程中的为电子
C. 核反应前后质量和电荷量均守恒 D. 的比结合能大于的比结合能
15.氢原子跃迁与巴耳末系的对比图像如图所示，已知光速为，普朗克常量为，下列说法正确的是
A. 巴耳末系就是氢原子从，，能级跃迁到基态时辐射出的光谱
B. 气体的发光原理是气体放电管中原子受到光子的撞击跃迁到激发态，再向低能级跃迁，放出光子
C. 氢原子从能级跃迁到能级时辐射出的光是可见光，但不属于巴耳末系
D. 若处于某个激发态的几个氢原子，只发出、、三种波长的光，当，则有
二、多选题
16.英国物理学家卢瑟福用粒子轰击厚度为微米的金箔，发现少数粒子发生较大偏转。如图所示，甲、乙两个粒子从较远处规定电势为零分别以相同的初速度轰击金箔，实线为两个粒子在某一金原子核附近电场中的运动轨迹，两轨迹的交点为，虚线表示以金原子核为圆心的圆，两轨迹与该圆的交点分别为、。忽略其他原子核及粒子之间的作用，两粒子从较远处运动到、两点的过程中，下列说法正确的是( )
A. 电场力对甲、乙两个粒子做的功一定相同
B. 两个粒子经过点时加速度一定不同
C. 乙粒子在点的电势能一定大于在点时的电势能
D. 电场力对甲粒子冲量的大小一定等于对乙粒子冲量的大小
17.两金属板，的光电效应，光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图所示，图中现用频率的入射光分别照射在，表面上，下列判断正确的是
A. 两斜线的斜率都表示普朗克常量 B. 两金属板，的逸出功之比为
C. 两金属板，的截止频率之比为 D. 两金属板，的遏止电压之比为
18.原子核的结合能很难直接测量，但根据爱因斯坦质能方程可以推知原子核的结合能。原子核的结合能与核子数之比被称为该原子核的比结合能，不同原子核的比结合能不一样，如图所示为按照实际测量结果画出的不同原子核的比结合能随质量数的变化情况，则( )
A. 由图可知中等质量原子核的比结合能较大，原子核较稳定
B. 由图可知氦原子核的结合能大于
C. 图中的质量数等于原子核的核子数与中子数之和
D. 由图可知核裂变生成物的结合能之和等于反应物的结合能之和
19.氢原子的能级图如图甲所示，一群处于第能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出不同频率的光，用这些光照射图乙中的光电管，有种频率的光可让光电管阴极发生光电效应。调节滑片的位置，当电压表的示数为时，微安表示数恰好为零。下列说法中正确的是
A. 图乙电路中电源左侧为负极
B. 氢原子跃迁放出的光中有种频率不同的光子
C. 光电管阴极金属材料的逸出功为
D. 用能量为的光照射处于第能级的氢原子，可以使氢原子发生电离
20.一个铍原子核俘获一个核外电子通常是最靠近原子核的壳层的电子后发生衰变，生成一个锂核，并放出一个不带电的质量接近零的中微子，人们把这种衰变称为“俘获”。静止的铍核发生零“俘获”，其核反应方程为已知铍原子的质量为，锂原子的质量为，相当于。下列说法正确的是( )
A. 中微子的质量数和电荷数均为零
B. 锂核获得的动能约为
C. 中微子与锂核的动量之和等于反应前电子的动量
D. 中微子与锂核的能量之和等于反应前电子的能量
三、计算题
21.如图甲所示，静止在匀强磁场中的核俘获一个速度为的中子而发生核反应，即，若已知的速度，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：
的速度大小和方向；
在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比；
当旋转三周时，粒子旋转几周？
22.在磁感应强度为的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变。放射出的粒子在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为以、分别表示粒子的质量和电荷量。
放射性原子核用表示，新核的元素符号用表示，写出该衰变的核反应方程。
粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小。
设该衰变过程释放的核能都转为粒子和新核的动能，新核的质量为，求衰变过程的质量亏损。
23.物理学中有一个非常有趣的现象：研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通，相互支撑。目前地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能。
已知太阳向各个方向辐射能量的情况是相同的。如果太阳光的传播速度为，到达地球需要的时间为，在地球大气层表面每秒钟每平方米垂直接收到的太阳辐射能量为，请你求出太阳辐射的总功率的表达式；
根据量子理论可知，光子既有能量也有动量，光子的动量，其中为普朗克常量，为光的波长。太阳光照射到地球表面时，如同大量气体分子频繁碰撞器壁一样，会产生持续均匀的“光压力”。为了将问题简化，我们假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到达地球的所有光子能量均为，每秒钟照射到地球的光子数为，已知真空中光速，太阳对地球的万有引力大小约为，请你结合以上数据分析说明，我们在研究地球围绕太阳公转时，是否需要考虑太阳“光压力”对地球的影响结果保留一位有效数字；
在长期演化过程中，太阳内部的核反应过程非常复杂，我们将其简化为氢转变为氦。已知目前阶段太阳辐射的总功率，太阳质量其中氢约占，氢转变为氦的过程中质量亏损约为，请你估算如果现有氢中的发生聚变大约需要多少年。结果保留一位有效数字，年按计算
答案和解析
1.【答案】
【解析】聚变是质量轻的核结合成质量大的核；
裂变是质量较大的核分裂成较轻的几个核；
衰变是原子核自发地放射出粒子电子或正电子的衰变过程；
人工核转变是用快速粒子天然射线或人工加速的粒子穿入原子核的内部使原子核转变为另一种原子核的过程；
A.，该反应是钍核自发地放射出一个电子，属于衰变，故A不合题意；
B.是用粒子轰击氮核，使氮核转变为氧核，属于人工核转变，故B不合题意；
C.是氘核和氚核在一定条件下聚合生成氦核和中子，属于核聚变，故C符合题意；
D.是铀核在中子的轰击下分裂成两个质量较小的原子核，同时放出中子，属于核裂变，故D不合题意。
2.【答案】
【解析】解：、图甲是遏止电压与入射光频率的关系图象，根据光电效应方程，结合动能定理可知，
变式可得，斜率，解得普朗克常量，故A错误；
B、根据爱因斯坦光电效应方程可知，纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对应金属的逸出功比虚线大，故B错误；
C、由图丙可知在光的颜色频率不变的情况下，饱和光电流由入射光的强度决定，即光的颜色不变的情况下，入射光越强，光子数越多，饱和光电流越大，故C正确；
D.分析图丁可知，当达到饱和光电流以后，增加光电管两端的电压，光电流不变，故D错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】A.亮线分立是因为氢原子由高能级向低能级跃迁时，辐射一定频率的光形成的，故A错误；
B.谱线的条数并不是能级的个数，因为当氢原子由向低能级跃迁时会有条谱线，故B错误；
C.核式结构并不决定氢原子有这种分立的光谱，而是玻尔理论提出的电子绕原子核的不同轨道形成的能级，电子由高能级向低能级跃迁时会把多余的能量释放出来，而形成这种分立的光谱，故C错误；
D.光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续，故D正确。
故选D。
4.【答案】
【解析】由动能定理结合光电效应方程可得：，整理得，图像的斜率为，可求得，结合图像的特点可知，光电管阴极材料的极限频率大小为，故A错误，B错误；
C.波长的光照射光电管的阴极时，光电子的最大初动能为：，故C正确；
D.波长的光照射光电管的阴极时，光电子的最大初动能为：，光电子的最大初动能为， 增大不会发生光电效应，故D错误。
5.【答案】
【解析】A.一个氢原子从的能级向基态跃迁时，最多可以放出种不同频率的光，故A正确；
B.放射性原子核从 衰变为 ，所用时间，有半数发生衰变，所以半衰期为 ，故B错误；
C. 粒子穿透能力比较弱，不能穿透钢板，故C错误；
D.比结合能越大，原子核越稳定，平均核子质量越小，故D错误。
故选A。
6.【答案】
【解析】A、衰变发生在原子核内部，半衰期由原子核内部因素决定，与外界环境无关，故发生火灾时温度升高，的半衰期不变，故 A错误；
B、这种报警装置应用了射线电离本领强的特点，故B错误；
、粒子是，根据质量数与电荷数守恒可得发生衰变的核反应方程是，故C错误，D正确。
故选D。
7.【答案】
【解析】A.理论上，原子序数小于铁的都可以发生核聚变，不一定是氘 和氚 ，恒星演化后期会有氦聚变为碳进而聚变为氧的过程，所以A错误；
B.发生一次上述聚变反应所释放的核能大小为 ，B错误；
C.由核反应前后质量数守恒和核电荷数守恒可知，其中粒子的符号是 ，C正确；
D.核聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去，D错误。
故选C。
8.【答案】
【解析】一群处于能级的原子向低能级跃迁，一共能产生种不同的光子，故AB错误；
根据可知，从能级跃迁到产生的光子能量最大，光子频率最大，波长最小，根据可知动量最大，故C错误，D正确。
9.【答案】
【解析】【分析】
由算出每个光子的能量，再算出每秒辐射的总能量，根据功率的公式算出功率，题目难度不大。
【解答】
每个光子的能量为
太阳均匀地向各个方向辐射硬射线，根据题意设秒发射总光子数为，则
可得
所以秒辐射光子的总能量
太阳辐射硬射线的总功率
故选C。

10.【答案】
【解析】一束光子能量为的单色光入射到大量处于基态的氢原子上时，能使基态氢原子受到激发跃迁到第能极，大量处于第三能极的氢原子跃迁回基态时，最多产生三种频率的光子，故产生的光谱线是，均错误；故选C。
11.【答案】
【解析】解：、大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光只有、两种可使该光电管逸出光电子，对应的三种能量分别为：
；；，根据图丙可知，光产生的光电子对应的截止电压较小，根据光电效应方程，光光子能量小，光为氢原子从能级跃迁到能级时发出的光，故A错误；
B、由上述分析可知：光光子能量大，频率大，波长短，光比光衍射现象更不明显，B错误；
C、光光子能量大，所以光光电子飞出阴极时的最大初动能为：，C正确；
D、若部分光线被遮挡，则对应的光照强度减小，从阴极产生的光电子数量减少，则放大器中的电流将减小，故D错误；
12.【答案】
【解析】设氢原子发射光子前后分别处于第与第能级，发射后的能量，
故，解得：
发射前的能量，根据题意知，
将代入上式解得：
故处于该能级辐射光子前的大量氢原子向低能级跃迁时，辐射光子的频率有种。
故选A。
13.【答案】
【解析】A.根据能级跃迁公式，对谱线，对应的光子能量为，故A错误；
B.根据能级跃迁公式，对谱线，对应的光子能量为，
根据可知，的频率小于的频率，所以若照射某金属时发生光电效应，则照射该金属时不一定发生光电效应，故B错误；
根据光电效应方程知，，照射光的频率大于时，若频率增大，则光电子的最大初动能增大，逸出功的大小与入射光频率无关，由金属本身决定。故C错误，D正确。
故选：。
14.【答案】
【解析】核反应中，电荷数和质量数守恒，所以核反应方程为，，即方程中的为正电子，为质子，故AB错误；
C.核反应前后质量数和电荷数均守恒，热核反应放出能量，由质能方程可知，该反应过程中存在质量亏损，即该反应前后，质量不守恒，故C错误；
D.原子核的比结合能越大越稳定，生成物较稳定，比结合能较大，所以的比结合能大于的比结合能，故D正确。
15.【答案】
【解析】A.巴耳末系就是氢原子从，，能级跃迁到能级时辐射出的光谱，故A错误
B.气体的发光原理是气体放电管中的原子受到高速电子的撞击跃迁到激发态，然后自发的向低能级
跃迁，放出光子，故B错误
C.氢原子从能级跃迁到能级时辐射出的光是可见光，也属于巴耳末系，故C错误
D.若处于某个激发态的几个氢原子，只发出、、三种波长的光，则这个激发态是，当，则有，整理可得，故D正确。
16.【答案】
【解析】、以场源电荷为圆心的同心圆为等势面，因此可知、两点的电势相同；由电势能定义式，则甲、乙粒子在、两点的电势能相等，结合电场力做功等电势能的变化量可知，甲、乙两个粒子从较远处规定电势为零运动到、两点的过程中电场力做的功相等，故A正确；
B、根据点电荷的场强公式，可知离场源电荷距离相等的点场强大小相等，两个粒子经过点时所受电场力相同，由牛顿第二定律可知，两粒子在该点加速度相同，故B错误；
C、距离正点电荷越近，电势越高，离正点电荷越远，电势越低，可知，点电势高于点电势，即：，可知正电荷在电势越高的地方电势能越大，因此，乙粒子在点的电势能大于点的电势能，故C正确；
D、甲、乙粒子在、两点的电势能相等，只有电场力做功，粒子的动能和电势能之和不变，所以甲、乙粒子在、两点的动能相等，则两粒子在、两点的速度相等，即，甲、乙两粒子的初速度相等，但速度是矢量，、两点处速度大小相同，但方向不同，而根据矢量运算可知，甲粒子速度的变化量与乙粒子速度的变化量的大小方向均不同，由可知甲粒子从较远处到点过程中电场力冲量的大小不等于乙粒子从较远处到点过程中电场力冲量的大小，故D错误。
故选：。
17.【答案】
【解析】解析：根据爱因斯坦光电方程式：，推得图线的斜率都为普朗克常量，项正确
而纵轴上的截距则为两金属板、的逸出功，由题意知两金属板、的逸出功之比为，项正确
横轴上的截距为截止频率，由图信息可得两金属板、的截止频率之比为，项正确
对板，，对板，，得两金属板、的遏止电压之比，项错误。
故选ABC。
18.【答案】
【解析】A. 由图中可以看出中等大小的核的比结合能最大，比结合能越大，原子核越难分离，核子越稳定，A正确
B. 由图可知氦原子核的比结合能略大于，根据比结合能可知，氦原子核的结合能略大于，B正确
C. 质量数等于质子数与中子数之和，也等于核子数，C错误
D. 核裂变产生的新核的比结合能大，而反应前后核子数守恒，所以核裂变生成物的结合能之和大于原来反应物的结合能之和，D错误。
故选AB。
19.【答案】
【解析】调节滑片的位置，当电压表的示数为时，微安表示数恰好为零，说明加的是反向电压，则图乙电路中电源左侧为正极，故A错误；
B.由排列组合的规律可知，处于激发态的氢原子跃迁时能够发出种频率的光，故B正确；
C.大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率最高的光子对应到的跃迁，频率最高光子的能量为，由题知当电压表的示数为时，微安表示数恰好为零，所以，则光电子的最大初动能，由爱因斯坦光电效应方程可知，阴极金属材料的逸出功，故C正确；
D.要使处于能级的氢原子发生电离，所需要的能量只要大于就可以，所以能量为的光照射处于第能级的氢原子，不可以使氢原子发生电离，故D错误。
20.【答案】
【解析】A.由核反应方程中质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A正确
B.核获得的动能约为核衰变时放出的能量 ，B错误
根据动量守恒定律可知中微子与锂核的动量之和等于反应前电子的动量，但能量不同，C正确，D错误。
21.【答案】解：核反应前后满足动量守恒，选取中子的初速度的方向为正方向，则有：
代入数据解得：，方向与反应前中子方向相反；
粒子和在磁场中做匀速圆周运动，其洛伦兹力提供向心力，得：
所以：
代入数据得：
周期为：，则：

设粒子转周的时间内，反冲核旋转周，则有
代入数据得：周
22.【解析】由质量守恒及电荷守恒可得该衰变的核反应方程为；
粒子做圆周运动，洛伦兹力做向心力，设圆周运动的速率为，则有：，
则圆周运动的周期；
那么相当于环形电流在周期内通过的电量为，
则等效环形电流大小；
因为衰变时间极短，且衰变时内力远远大于外力，故认为在衰变过程中外力可忽略，则有动量守恒，设新核的速度为，
则有：；
由可得：，所以，，
则衰变过程使两粒子获得动能；
由于衰变过程，质量亏损产生的核能全部转化为粒子的动能，
故衰变过程的质量亏损；
23.【解析】日地间距离：
距太阳中心为的球面面积：
太阳辐射的总功率：
每个光子能量：
每个光子动量：
光照射到地球表面被吸收时，由动量定理有：
代入数据可得，太阳光照射到地球表面产生的光压力：
光压力与万有引力之比：
由此可知，光压力远小于太阳对地球的万有引力，我们在研究地球围绕太阳公转时，不需要考虑太阳“光压力”对地球的影响。
根据可知，每秒中太阳因核聚变亏损的质量：
现有氢中的发生聚变反应而亏损的质量为：
需要的时间：年
答：太阳辐射的总功率的表达式为；
光压力远小于太阳对地球的万有引力，我们在研究地球围绕太阳公转时，不需要考虑太阳“光压力”对地球的影响；
氢中的发生聚变大约需要多年。
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