微觀粒子-2025年上海高考物理復(fù)習(xí)專練（解析版）

熱點(diǎn)05微觀粒子

----------------------------h

1裝點(diǎn)解讀

高能粒子物理的最新狀況呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。各國科學(xué)家正利用先進(jìn)的大型粒子對撞機(jī)和探測

器，如歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）,深入探索高能粒子的性質(zhì)和相互作用。這些實(shí)驗(yàn)

不僅驗(yàn)證了粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的許多預(yù)測，還發(fā)現(xiàn)了許多新的物理現(xiàn)象，如希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)等。

同時在理論方面，科學(xué)家們正在積極探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理，試圖解釋一些標(biāo)準(zhǔn)模型無法涵蓋

的現(xiàn)象，如暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)等。同時，量子計(jì)算和量子模擬等新興技術(shù)也在高能粒子物理研究

中展現(xiàn)出巨大潛力，為探索微觀粒子世界的奧秘提供了新的工具和方法。

<1

限時提升練

考點(diǎn)01

近代物理電磁學(xué)

1.從光的波粒二象性出發(fā)，下列說法中正確的是（）

A.光是高速運(yùn)動的微觀粒子，單個光子表現(xiàn)出波動性

B.光的波長越大，光子的能量越大

C.在光的干涉中，暗條紋的地方是光子不會到達(dá)的地方

D.在光的干涉中，亮條紋的地方是光子到達(dá)概率大的地方

【答案】D

【詳解】AB.光具有波粒二象性，單個光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子表現(xiàn)出波動性，由￡=與知，光的

A

波長越大，光子能量越小，故AB錯誤；

C.在干涉條紋中亮紋是光子到達(dá)概率大的地方，暗紋是光子到達(dá)概率小的地方，故C錯誤，D正確。

故選D。

2.粒子物理研究中使用的一種球狀探測裝置橫截面的簡化模型如圖所示。內(nèi)圓區(qū)域有垂直紙面向里的勻

強(qiáng)磁場，外圓是探測器。兩個粒子先后從尸點(diǎn)沿徑向射入磁場，粒子1沿直線通過磁場區(qū)域后打在探測

器上的M點(diǎn)。粒子2經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后打在探測器上的N點(diǎn)。裝置內(nèi)部為真空狀態(tài)，忽略粒子重力及粒子

間相互作用力。下列說法正確的是（）

N

ZS子”\

A.粒子1帶正電

B.粒子2帶負(fù)電

C.若增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，粒子1可能打在探測器上的。點(diǎn)

D.若增大粒子入射速度，粒子2可能打在探測器上的。點(diǎn)

【答案】D

【詳解】AB.根據(jù)題意，由圖可知，粒子1在磁場中不偏轉(zhuǎn)，粒子1不帶電，粒子2在磁場中受向上

的洛倫茲力，由左手定則可知，粒子2帶正電，故AB錯誤；

C.由以上分析可知粒子1不帶電，則無論如何增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，粒子工都不會偏轉(zhuǎn)，故C錯誤；

D.粒子2在磁場中洛倫茲力提供向心力，有qvB=m—可得r=—

rqB

可知，若增大粒子入射速度，粒子2偏轉(zhuǎn)半徑變大，則粒子2可能打在探測器上的。點(diǎn)，故D正確。

故選D。

3.根據(jù)近代物理知識，你認(rèn)為下列說法中正確的是（）

A.腎1;+；11.翳*6+：於「+2；）11是核裂變反應(yīng)

B.結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固

C.氫的半衰期為3.8天，現(xiàn)有16個氫原子核，經(jīng)過7.6天后剩下4個氫原子核

D.a射線比Y射線穿透能力強(qiáng)，電離能力弱

【答案】A

）

【詳解】A.皆1;+；）11-普*6+25「+2；111是核裂變反應(yīng)，故A正確；

B.在原子核中，比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，故B錯誤；

C.半衰期是對大量的原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少量的原子核不適用，所以無法判斷16個氫原子

核，經(jīng)過7.6天后剩下多少氯原子核，故C錯誤；

D.a射線比丫射線電離能力強(qiáng)，但穿透能力弱，故D錯誤。

故選Ao

4.在近代物理發(fā)展的進(jìn)程中，實(shí)驗(yàn)和理論相互推動，促進(jìn)了人類對世界認(rèn)識的不斷深入。對下列四幅圖

描述不正確的是（)

0V

〃E/o

8

弧485

51

光3-0.

-L

燈2

-3.,40

1---------------------13.6

丙

A.圖甲中隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動

B.圖乙中光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性

C.圖丙中氫原子從"=2能級躍遷到“=1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬粕，能發(fā)生光電

效應(yīng)

D.圖丁中由原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系可知，若D和E能結(jié)合成F,結(jié)合過程一定會

吸收能量

【答案】D

【詳解】A.圖甲中隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故A正確；

B.圖乙中光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性，故B正確；

C.圖丙中根據(jù)能級躍遷公式，氫原子從〃=2能級躍遷到力=1能級輻射出的光的光子的能量為

hv=E2-Ex=10.2eV>6.34eV

故能發(fā)生光電效應(yīng)，故C正確；

D.圖丁中由原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系可知，若D和E能結(jié)合成F,質(zhì)量減小，結(jié)合

過程一定會放出能量，故D錯誤。

本題選錯誤的，故選D。

5.回旋加速器是高能物理研究中常用的儀器，它的工作原理如圖所示，如果將加速的粒子由;H換成

；He,不考慮相對論的影響，下列說法正確的是（）

A.兩粒子的最大動能之比為1:2B.兩粒子加速次數(shù)之比為2:1

C.兩粒子加速次數(shù)之比為1:2D.兩粒子在回旋加速器中的加速周期相等

【答案】B

【詳解】A.粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，運(yùn)動的最大半徑相等，設(shè)。形盒半徑為R,

洛倫茲力提供向心力，有qvB-m—

R

粒子獲得的最大動能或?,=[〃鵬=女駕所以兩粒子最大動能之比為1:1,選項(xiàng)A錯誤；

22m

BC.兩粒子的加速次數(shù)滿足，眄巧生。=/2

可得加速次數(shù)之比=1選項(xiàng)B正確，C錯誤；

%4121

2Tlm

D.粒子在磁場中的運(yùn)動周期為7=一1，由于兩粒子的比荷不相等，所以兩粒子的運(yùn)動周期不相等,

qB

所以加速周期（等于磁場中圓周運(yùn)動周期）不相等，選項(xiàng)D錯誤。

故選Bo

6.（多選）下列四幅圖涉及不同的近代物理知識，其中說法正確的是（）

甲

輻射強(qiáng)度

丙丁

A.圖甲：電子束穿過鋁箔的衍射圖樣，證實(shí)電子具有波動性，質(zhì)子、原子與分子同樣具有波動性

B.圖乙：盧瑟福通過分析a粒子散射結(jié)果，提出原子核式結(jié)構(gòu)模型，并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子

C.圖丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律，是量子力學(xué)的奠基人之一

D.圖丁：玻爾提出電子軌道是量子化的，氫原子能級是分立的，成功解釋氫原子發(fā)光的規(guī)律

【答案】ACD

【詳解】A.圖甲：電子束穿過鋁箔的衍射圖樣，證實(shí)電子具有波動性，質(zhì)子、原子與分子同樣具有波

動性，選項(xiàng)A正確；

B.圖乙：盧瑟福通過分析a粒子散射結(jié)果，提出原子核式結(jié)構(gòu)模型；盧瑟福在用a粒子轟擊氮原子核

的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在，查德威克發(fā)現(xiàn)中子，選項(xiàng)B錯誤；

C.圖丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律，是量子力學(xué)的奠基人之一，選

項(xiàng)C正確；

D.圖?。翰柼岢鲭娮榆壍朗橇孔踊模瑲湓幽芗壥欠至⒌?，成功解釋氫原子發(fā)光的規(guī)律，D正

確。

故選ACDo

電磁波和物質(zhì)波

波動是自然界最為常見的運(yùn)動，自然界的波包括機(jī)械波、電磁波和物質(zhì)波等，它們的產(chǎn)生和傳播等有許

多相似的特點(diǎn)，也有許多不同之處。

7.電磁波和機(jī)械波的不同是電磁波可以在_______,而機(jī)械波則不能；電磁波是（填"橫波"或

"縱波"），橫波和縱波最大的不同是橫波有現(xiàn)象，而縱波則沒有。

8.從2018年底開始，美國就陸續(xù)對華為進(jìn)行了打擊和制裁，甚至寧可自損八百，也要千方百計(jì)的打壓華

為，究其原因，其中一個就是華為5G技術(shù)已領(lǐng)跑世界。5G通信相較于4G通信，利用的電磁波頻率更

高，數(shù)據(jù)傳輸更快，下列說法正確的是（）

A.5G信號相比于4G信號更不容易發(fā)生衍射

B.5G信號和4G信號都是電磁波，在空中相遇會發(fā)生干涉現(xiàn)象

C.5G信號在空中傳播的速度大于4G信號在空中傳播的速度

D.5G信號利用的電磁波頻率高、能量大，也可以用來殺菌消毒

9.如圖所示為氫原子的能級示意圖。氫原子可在各能級間發(fā)生躍遷，設(shè)從”=4能級躍遷到“=1能級輻射

的電磁波的波長為力，從力=4能級躍遷到〃=2能級輻射的電磁波的波長為后，從n=2能級躍遷到n=l

能級輻射的電磁波的波長為右，則下列關(guān)系式中正確的是（）

E/eV

5“54

485

-o,51

3-0,

-1

2-3.4

1---------------------一13.6

111

A.丸3>入2B.入】>入2c.A1>AD.~r=~r+~r

34424

10.2003年全美物理學(xué)家的一項(xiàng)調(diào)查中評選出“十大最美物理實(shí)驗(yàn)”，排名第一的為1961年物理學(xué)家利用

“托馬斯?楊"雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行電子干涉的實(shí)驗(yàn)。從輻射源輻射出的電子束經(jīng)兩個靠近的狹縫后

在顯微鏡的熒光屏上出現(xiàn)干涉條紋,該實(shí)驗(yàn)說明。（）

］電子輻射源

??

sj,\S?狹縫

熒光屏

7〃〃〃〃〃〃,

A.光具有波動性B.光具有波粒二象性

C.微觀粒子也具有波動性D.微觀粒子也是一種電磁波

【答案】7.真空中傳播橫波偏振8.A9.D10.C

【解析】

7.電磁波和機(jī)械波的不同是電磁波可以在真空中傳播，而機(jī)械波則不能；電磁波是橫波，橫波和縱波

最大的不同是橫波有偏振現(xiàn)象，而縱波則沒有。

8.A.5G信號的頻率更高，則波長小，故5G信號更不容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故A正確；

B.5G信號和4G信號都是電磁波，但5G信號和4G信號的頻率不一樣，不能發(fā)生干涉現(xiàn)象，故B錯

誤；

C.任何電磁波在真空中的傳播速度均為光速，故傳播速度相同，故C錯誤；

D.5G信號利用的電磁波頻率高、能量大，但不具有殺菌消毒的作用，故D錯誤。

故選Ao

9.ABC.能級躍遷輻射光子能量\E=hv=h^~

A.

能級差越大，波長越短，因?yàn)锳E45>AEf>AE-2所以4>4>4故ABC錯誤;

CD.因?yàn)?/p>

ccc111

即hT=hT+hT所以了=7+7故D正確。

故選D。

10.ABC.電子的雙縫干涉說明微觀粒子具有波動性，因?yàn)楦缮媸遣ㄋ赜械默F(xiàn)象。

故C正確，AB錯誤：

D.該實(shí)驗(yàn)不能說明微觀粒子也是一種電磁波。故D錯誤。

故選C。

近代物理學(xué)初步

光給世界帶來光明，使我們能看清周圍的景物，進(jìn)行各種活動；光從太陽、星球射到我們這里，給我

們帶來了宇宙空間的信息，使我們能夠認(rèn)識宇宙;光從原子、分子內(nèi)部發(fā)射出來,使我們認(rèn)識了微觀

世界的奧秘。

11.如圖所示的現(xiàn)象中，解釋成因正確的是（）

A.圖甲所示泊松亮斑是由于光的干涉形成的

B.圖乙所示水中的氣泡看上去特別明亮，主要是由于光的折射引起的

C.圖丙所示疾馳而過的急救車使人感覺音調(diào)變化，是由于多普勒效應(yīng)引起的

D.圖丁所示豎直的肥皂膜看起來常常是水平彩色橫紋，是由于光的衍射產(chǎn)生的

12.關(guān)于下列四幅圖的說法，正確的是（）

A.甲圖為放射源放出的三種射線在磁場中運(yùn)動的軌跡，射線1為a射線

B.乙圖中，用紫外光燈照射與驗(yàn)電器相連的鋅板，發(fā)現(xiàn)原來閉合的驗(yàn)電器指針張開，此時鋅板和驗(yàn)

電器均帶正電

C.丙圖為a粒子散射實(shí)驗(yàn)示意圖，盧瑟福根據(jù)此實(shí)驗(yàn)提出了原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)

D.丁圖為核反應(yīng)堆示意圖，它是利用了鈾核聚變反應(yīng)所釋放的能量

13.2003年全美物理學(xué)家的一項(xiàng)調(diào)查中評選出"十大最美物理實(shí)驗(yàn)”，排名第一的為1961年物理學(xué)家利用

"托馬斯?楊"雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行電子干涉的實(shí)驗(yàn)。從輻射源輻射出的電子束經(jīng)兩個靠近的狹縫后

在顯微鏡的熒光屏上出現(xiàn)干涉條紋，該實(shí)驗(yàn)說明（）

Q電子輻射源

I1

一八S2狹縫

熒光屏

77777777777777

A.光具有波動性B.光具有波粒二象性

C.微觀粒子也具有波動性D.微觀粒子也是一種電磁波

14.貝克勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如今原子核的放射性在眾多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。下

列屬于放射性衰變的是（）

A.ICf1N+_；eB.啜1+嚕Y+2；n

C.；He+：nD.;He+->：*+jn

15.2021年《自然》雜志報(bào)道了中國科學(xué)家在稻城"拉索”基地探測到的迄今為止最高能量的y射線，能量

值達(dá)到1.40xlO^eV。若此能量全部用以加速一個靜止的氨核（：He）,不考慮氯核因加速而產(chǎn)生的電

19

磁輻射以及相對論效應(yīng)，氮核最終能被加速到m/s（e=1.60xl0C,氮核的靜止質(zhì)量

6.68xl0-27kg）,若采用電場加速氮核，需要提供—V的電壓才能將氫核加速到上述速度。你認(rèn)為你

計(jì)算的結(jié)果合理嗎—？簡要闡述理由____。

【答案】11.C12.B13.C14.A

15.2.59X10111.40xl015不合理因?yàn)槭俏⒂^粒子高速運(yùn)動，經(jīng)典力學(xué)不適用

【解析】ILA.圖甲所示泊松亮斑是由于光的衍射形成的，故A錯誤；

B.圖乙所示水中的氣泡看上去特別明亮，主要是由于光由水照射到氣泡表面時發(fā)生了全反射，B錯

誤；

C.圖丙所示疾馳而過的急救車使人感覺音調(diào)變化，是由于多普勒效應(yīng)引起的，故C正確；

D.圖丁所示豎直的肥皂膜看起來常常是水平彩色橫紋，是由于光的干涉產(chǎn)生的，故D錯誤。

故選Co

12.A.甲圖為放射源放出的三種射線在磁場中運(yùn)動的軌跡，根據(jù)左手定則可知，射線工帶負(fù)電，為6

射線，而射線3是a射線，故A錯誤；

B.用紫外光燈照射與驗(yàn)電器相連的鋅板，發(fā)生光電效應(yīng)，電子逃出，此時鋅板和驗(yàn)電器均帶正電，

故B正確；

C.丙圖為a粒子散射實(shí)驗(yàn)示意圖，盧瑟福根據(jù)此實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故C錯誤；

D.丁圖為核反應(yīng)堆示意圖，它是利用了鈾核裂變反應(yīng)所釋放的能量，故D錯誤。

故選Bo

13.電子的雙縫干涉說明微觀粒子具有波動性，因?yàn)楦缮媸遣ㄋ赜械默F(xiàn)象。

故選C。

14.A.該反應(yīng)為￡衰變，故A正確；

B.該反應(yīng)為核裂變，故B錯誤；

C.該反應(yīng)為核聚變，故C錯誤；

D.該反應(yīng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變，故D錯誤。

故選Ao

15.［1］根據(jù)|mv2=1.40x1015eV=l.40x1015x1.6x10-19J

m=6.68x1027kg

得v=2.59xlOnm/s

［2］根據(jù)eU=1.40x1015eV得［/=1.40x1015V

⑶⑷計(jì)算的結(jié)果不合理，因?yàn)槭俏⒂^粒子高速運(yùn)動，經(jīng)典力學(xué)不適用。

磁偏轉(zhuǎn)的應(yīng)用

磁偏轉(zhuǎn)廣泛應(yīng)用于粒子物理研究和粒子加速器中。在粒子物理研究中，磁偏轉(zhuǎn)常用于實(shí)驗(yàn)室中測量粒

子的電荷量、質(zhì)量、自旋等性質(zhì)。在粒子加速器中，磁偏轉(zhuǎn)則是常見的加速和聚焦方法。通過施加磁

場，可以將粒子束偏轉(zhuǎn)到我們所需的軌道上。同時，通過調(diào)整磁場的強(qiáng)度和分布，可以實(shí)現(xiàn)對粒子束

的聚焦和分離。

16.（雙項(xiàng)選擇題）由中國提供永磁體的阿爾法磁譜儀的原理如圖所示，其主要使命是探索宇宙中的反物

質(zhì)，所謂反物質(zhì)，即質(zhì)量與正粒子相同，帶電量與正粒子相等但符號相反。假如使一束質(zhì)子（氫原子

核）、反質(zhì)子、a粒子（氯原子核He）、反a粒子組成的射線，以相同速度大小通過00進(jìn)入勻強(qiáng)磁場

當(dāng)中形成四條徑跡，則（

A.1和2是反粒子徑跡B.3和4是反粒子徑跡

C.2為反質(zhì)子徑跡D.4為a粒子徑跡

17.洛倫茲力演示儀的實(shí)物圖和原理圖分別如下圖（a）、圖（b）所示。電子束從電子槍向右水平射出，

使玻璃泡中的稀薄氣體發(fā)光，從而顯示電子的運(yùn)動軌跡。調(diào)節(jié)加速極電壓可改變電子速度大小，調(diào)節(jié)

勵磁線圈電流可改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，某次實(shí)驗(yàn)，觀察到電子束打在圖（b）中的P點(diǎn)，則兩個勵磁線圈

中的電流均為—方向，若要看到完整的圓周運(yùn)動，則可以（選填"增大"或"減小"）加速極電

壓。

18.如圖所示，真空區(qū)域有寬度為3磁感應(yīng)強(qiáng)度為2的矩形勻強(qiáng)磁場，方向垂直于紙面向里，MN、PQ

是磁場的邊界，質(zhì)量為加、電荷量為4的帶正電粒子（不計(jì)重力）沿著與夾角為。=30。的方向垂

直射入磁場中，剛好垂直于尸。邊界射出，并沿半徑方向垂直進(jìn)入圓形磁場，磁場半徑為L方向垂

直紙面向外，離開圓形磁場時速度方向與水平方向夾角為60。。求：

（1）粒子射入磁場的速度大小;

（2）粒子在矩形磁場中運(yùn)動的時間;

（3）圓形磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度

【答案】16.AD17.逆時針減小18.(1)2后班;(2)篝；(3)或2B

3m3qB3

【解析】16.反物質(zhì)與原物質(zhì)電性相反，根據(jù)左手定則可以判斷1和2為反粒子的軌跡；

2

根據(jù)洛倫茲力提供向心力可知/8=空二解得R=R

RqB

可知a粒子的比荷小，故半徑大，軌跡是4；2是反a粒子軌跡。故AD正確，BC錯誤。

故選AD。

17.田⑵根據(jù)電子移動軌跡可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?，根?jù)右手定則可知，電流方向?yàn)?/p>

逆時針方向，能夠看到完整的圓周運(yùn)動，需要減小半徑，根據(jù)洛倫茲力提供向心力可知qvB=Q

R

mv

解得R=—可知需要減小速度，即需要減小加速電壓。

qB

18.(1)根據(jù)題意畫出軌跡圖如下圖

在矩形磁場區(qū)域，根據(jù)幾何關(guān)系

sin6003

根據(jù)洛倫茲力提供向心力可知qvB=*

可知物體的速度為八『

(2)粒子在矩形磁場區(qū)域內(nèi)，粒子轉(zhuǎn)過的圓心角為60。，粒子在矩形磁場中運(yùn)動的時間

T__1_2*7_rm_—7i_m_

66qB3qB

(3)若粒子離開圓形磁場時速度方向與水平向右方向夾角為60。，粒子在圓形磁場區(qū)域內(nèi),

根據(jù)幾何關(guān)系得R=Lxtan60。=描

根據(jù)洛倫茲力提供向心力可知qvB'=—解得B'=1B

R'3

若粒子離開圓形磁場時速度方向與水平向左方向夾角為60。，如下圖所示

根據(jù)幾何關(guān)系得7?1=Ltan300

解得粒子在圓形磁場的半徑為R=BL

3

2

由qvB=m~^解得B=2B

2

所以圓形磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為13或2瓦

粒子物理

六十年代初，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的基本粒子的數(shù)目已達(dá)到近百種。而且顯然，隨著加速器能量的提高，還會有

大量的新粒子會被發(fā)現(xiàn)出來。原來人們期望基本粒子的研究會給物質(zhì)世界描繪出一幅很簡明的圖象。

結(jié)果卻相反，基本粒子的種類竟然比化學(xué)元素的種類還多！這使人們意識到，這些粒子并不是物質(zhì)世

界的極終本原?；玖Ｗ訉λ鼈儾皇且粋€合適的名稱。于是人們?nèi)サ?基本"二字，而把它們簡稱為粒

子。相應(yīng)的研究領(lǐng)域也改稱為粒子物理。

19.下列粒子從靜止?fàn)顟B(tài)經(jīng)過電壓為U的電場加速后速度最大的是（）

A.質(zhì)子（］H）B.笊核（汨）

C.。粒子（；He）D.次核（汨）

20.如圖所示，帶電荷量之比為以：%=1：3的帶電粒子A、B,先后以相同的速度從同一點(diǎn)水平射入平行

板電容器中，不計(jì)重力，帶電粒子偏轉(zhuǎn)后打在同一極板上，水平飛行距離之比為4：/=2:1,則帶電

粒子的質(zhì)量之比機(jī)A：%以及在電場中飛行的時間之比4分別為（

A.1:1,2:3

C.1:1,3:4D.4:3,2:1

21.如圖所示，平行板電容器的兩個極板與水平面成一角度，兩極板與一直流電源相連。若一帶電粒子恰

能沿圖中所示水平直線通過電容器，則在此過程中，該粒子（）

A.所受重力與靜電力平衡B.電勢能逐漸增加

C.動能逐漸增加D.做勻變速直線運(yùn)動

22.如圖所示，6=&=6=2。。，電容器的電容C=5pF,電源電動勢E=7V,電源內(nèi)阻r=10Q。起

初，開關(guān)s是斷開的，電容器c所帶的電荷量為a；然后，閉合開關(guān)s,待電路穩(wěn)定后，電容器c所

帶的電荷量為下列說法正確的是（）

A.開關(guān)S斷開時，上極板所帶的電荷為正電荷

B.開關(guān)S閉合后，上極板所帶的電荷為正電荷

C.。1：。2=7：5

D.閉合開關(guān)S電路穩(wěn)定后，通過靈敏電流計(jì)的電荷量為2.4x10-5c

23.兩平行金屬板A、B水平放置，一個質(zhì)量為〃z=5xl0-6kg的帶電微粒，以%=2m/s的水平速度從兩板

正中央位置射入電場，如圖所示，A、B兩板間距離為d=4cm,板長/=10cm,g取lOm/s?。

（1）當(dāng)A、B間的電壓為UM=1000V時，微粒恰好不偏轉(zhuǎn)，沿圖中虛線射出電場，求該微粒的電荷

量和電性；

（2）令B板接地，欲使該微粒射出偏轉(zhuǎn)電場，求A板所加電勢的范圍。

【答案】19.A20.D21.BD22.ACD

23.（1）q=2xl0-9c,負(fù)電；（2）-600V＜（p^＜2600V

【解析】19.設(shè)粒子的電量為q,質(zhì)量為％,則由動能定理得qU=^mv2

得到v=理在題中四個粒子中質(zhì)子的比荷最大，速度也最大。

vm

故選Ao

20.豎直方向有'=；〃『二竿,（土＞解得加=羋彳

22m%2yvg

nY21924

因?yàn)镋、y、%相等，則得mA:mB=-^=--—=-

%瑪313

兩個帶電粒子垂直射入電場中做為平拋運(yùn)動，水平方向做勻速直線運(yùn)動，豎直方向做初速度為零的勻

加速直線運(yùn)動，水平方向有X=vot

%相等，則得tA:tB=xA:xB=2A

故選D。

21.A.由于帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過電容器，即粒子做直線運(yùn)動，則電場力和重力的

合力與速度方向在一條直線上，如圖所示

故所受重力與靜電力不平衡，故A錯誤；

B.靜電力的方向與運(yùn)動方向的夾角大于90。，則靜電力做負(fù)功，電勢能增加，故B正確;

CD.設(shè)運(yùn)動方向與上極板夾角為。，合力的方向與運(yùn)動方向相反，且合力的大小為F^=mgtan0

故合力大小固定，由牛頓第二定律可知F『ma

粒子做勻減速直線運(yùn)動，故動能逐漸減小，故C錯誤，D正確。

故選BDo

22.A.當(dāng)開關(guān)S斷開時，電容器下極板與電源負(fù)極相連，帶負(fù)電，故上極板帶正電荷，故A正確;

B.開關(guān)S閉合時，電容器下極板與電源正極相連，帶正電，故電容器上極板帶負(fù)電荷，故B錯誤;

C.開關(guān)S斷開時，電容器與用并聯(lián)，故有

F714

U=U=/凡=---------凡=----------X20V=—V

rRR,"片+尺3+廠”20+20+105

閉合開關(guān)S,待電路穩(wěn)定后，電容器C與4并聯(lián)，且由于鳥=&，

由電路結(jié)構(gòu)及閉合電路歐姆定律得有久=%=.

又路峰+r井R,+R3+R2

聯(lián)立以上三式，代入數(shù)據(jù)解得U'C=2V

又因?yàn)殡娙萜魉鶐щ姾闪繚M足Q=cu

14

由于電容器電容C不變，故旦故C正確；

Qz久25

D.電容器在閉合開關(guān)S后，電極板所帶正負(fù)電荷出現(xiàn)交換，故電路穩(wěn)定后通過靈敏電流計(jì)的電荷量

為

14

65

AG=e2+G1=CU'c+CUc=5X10^X(2+y)C=2.4x10C故D正確。

故選ACD?

23.(1)由題意可知，微粒不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明微粒受電場力與重力平衡，當(dāng)。筋=1。。。丫時,

可得9A＞色故上極板帶正電，其中重力跟電場力平衡，微粒沿初速方向做勻速直線運(yùn)動，

由平衡條件得q*=mg代入解得q=2xl(T9c

a

由于粒子重力方向是豎直向下，根據(jù)二力平衡，粒子所受的電場力方向?yàn)樨Q直向上，而A板是正極,

故粒子帶負(fù)電。

(2)當(dāng)時，帶電微粒向上偏，設(shè)微粒恰好從上板右邊緣飛出時A板電勢為防,

因夕B=°，所以UAB=(P\

此時，微粒在水平方向做勻速運(yùn)動，在豎直方向做勻加速運(yùn)動,

根據(jù)qE-mg=ma,E=

d

加速度為a羋-g且3二4,1=~

ma22%

聯(lián)立解得9I=2600V

當(dāng)qE＜7”g時，帶電微粒向下偏轉(zhuǎn)，根據(jù)mg-qE=tna',石=〃皿，

d1

豎直方向加速度a=g-N且t=-

ma22%

聯(lián)立解得%=-600V

因?yàn)榱Ｗ訋ж?fù)電，所以電場向上，B板接地，電勢為零，A板電勢-600V；要使微粒射出偏轉(zhuǎn)電場，A

板電勢必應(yīng)滿足-600V＜外＜2600V

A.圖甲中，從光電流與電壓的關(guān)系圖象中可以看出，電壓相同時，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明遏

止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)

B.圖乙中，可以研究單位時間發(fā)射的光電子數(shù)與照射光的強(qiáng)度有關(guān)

C.圖丙中，射線A由a粒子組成，射線B為電磁波，射線C由電子組成

D.圖丁中，少數(shù)a粒子發(fā)生了較大角度偏轉(zhuǎn)，是因?yàn)樵拥娜空姾珊徒^大部分質(zhì)量集中在一個

很小的核上

（2）國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施中國散裂中子源已經(jīng)通過國家驗(yàn)收，投入正式運(yùn)行.它是研究中子特

性、探測物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動的科研裝置.在某課題研究中核反應(yīng)方程為汨+汨-；He+X,則X是

.己知汨的質(zhì)量為2.0136u,的質(zhì)量為3.018Ou,；He的質(zhì)量為4.0026u,X的質(zhì)量為

1.0087u,該反應(yīng)釋放能量為MeV.（質(zhì)量虧損lu釋放的能量約931.5Mev）

（3）一質(zhì)量為1kg的小球A以2.0m/s的速度和靜止于光滑水平面上質(zhì)量為2kg的另一大小相同的小

球8發(fā)生正碰，碰撞后它以0.2m/s的速度反彈.求：

【答案】（1）CD（4分）（2）中子（2分）18.91（2分）（3）①：LIm/s②0.77J

【詳解】（1）由題圖可知電壓相同時，光照越強(qiáng)，光電流越大，只能說明光電流強(qiáng)度與光的強(qiáng)度有

關(guān)，遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，選項(xiàng)A錯誤；乙圖中，光電管兩端加的

是反向電壓，所以不可以研究單位時間發(fā)射的光電子數(shù)與照射光的強(qiáng)度有關(guān)，B錯誤；丙圖中，由左

手定則可知，A射線由a粒子組成，射線3是丫射線，B射線是高速電子流，所以C射線是由電子組

成，C正確；少數(shù)a粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，說明原子的幾乎全部質(zhì)量和所有正電荷主要集中在很小的

核上，否則不可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，D正確.

（2）根據(jù)核反應(yīng)過程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，知X為中子.在該反應(yīng)發(fā)生前反應(yīng)物的總質(zhì)量

1nl=2.0136u+3.0180u=5.0316u,反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量g=4.0026u+1.0087u=5.0113u，總質(zhì)

量減少，出現(xiàn)了質(zhì)量虧損.根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可知該反應(yīng)釋放能量，產(chǎn)生的質(zhì)量虧損是

Am=0.0203u.E=18.91MeV.

（3）①令小球A的速度方向?yàn)檎较?，由題意知，A、B兩球組成的系統(tǒng)總動量守恒

^mAv0=m.AvA+m.BvB

解得陽=1.1m/s,（1分）方向與小球A的初速度方向相同

@A.2兩球組成的系統(tǒng)在碰撞中損失的機(jī)械能是

m

M=gA^o~|mA~1mBv；

代入數(shù)據(jù)解得AE=0.77J

北京正負(fù)電子對撞機(jī)

北京正負(fù)電子對撞機(jī)是我國第一臺高能加速器，是高能物理研究的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，其外形似一個

碩大的羽毛球拍。長202米的直線加速器、輸運(yùn)線似羽毛球拍桿，周長240米的圓型加速器（也稱儲

存環(huán)）、高6米重500噸的北京譜儀和圍繞儲存環(huán)的同步輻射實(shí)驗(yàn)裝置似羽毛球拍頭。正負(fù)電子在"拍

頭”對撞，通過巨大的相互作用能來研究物質(zhì)的深層結(jié)構(gòu)。

25.電子束從電子槍中加速到240MeV時，轟擊一個約1cm厚的鴇轉(zhuǎn)換靶，得到正負(fù)電子對。

（1）正電子是電子的反粒子，帶正電，質(zhì)量和電荷量與電子相同。正電子的電荷量是C?（保留

2位有效數(shù)字）

（2）電子的質(zhì)量約為/IxlO^kg,按照牛頓力學(xué)，240MeV動能的電子速度為多大―？此速度值是

否合理？為什么—？

26.如圖用兩個平行金屬板制作一個直線加速器，兩極板間的電壓為U,兩極板間距為d,電子電量為e,

質(zhì)量為根，求：

U'

（加速電壓）

（1）兩平行金屬板間的電場強(qiáng)度為，在圖中畫出電場線―o

（2）電子在加速器中的加速度為,計(jì)算加速度時（選涂：A.可以B.不可以）忽略電子

的重力。

（3）若電子的初速度為零，經(jīng)過此加速電場獲得的動能為，是由____能量轉(zhuǎn)化而來。

（4）若電子的初速度不為零，且方向向上，電子在加速電場中做（選涂:.A直線B.曲線）運(yùn)

動。

（5）若每個極板的帶電量為。把兩個平行金屬板看作一個電容器，其電容為（）

27.如圖（a）,為讓正負(fù)電子束流以接近光速正碰，需要高精度電磁鐵控制束流的偏轉(zhuǎn)和聚焦。

圖（a）圖（b）

（1）1820年，物理學(xué)家（選涂：A.奧斯特B.法拉第）發(fā)現(xiàn)了“電流的磁效應(yīng)”。

（2）如圖（b）為一電磁鐵，開關(guān)S閉合后，內(nèi)部小磁針指向是否正確？—（選涂：A.正

確B.錯誤）。

（3）電磁鐵能控制束流的偏轉(zhuǎn)和聚焦說明帶電束流受到了力的作用。

【答案】25.1.6x10"9.2xlO9不合理、理由見解析

26.二見解析AqU電勢能BA

ama

27.AB洛倫茲

【解析】25.（1）[1]正電子所帶電荷量與電子相等,為1.6X10T9C；

2-13

（2）[2]根據(jù)Ek=^mv又lMeV=1.6xl0J代入數(shù)據(jù)解得“9.2x109mzs

⑶不正確，由于9.2x109mzs大于光速，所以不合理。

26.（1）[1]兩平行金屬板間的電場強(qiáng)度為￡

⑵由圖可知，右邊金屬板帶正電，則電場線如圖所示

+

(2)[3][4]電子的質(zhì)量很小，可以忽略不計(jì)。

故選Ao

根據(jù)牛頓第二定律ma=^-可得”=組

ama

(3)⑸⑹根據(jù)動能定理Ek=qU

電子的動能由電子的電勢能轉(zhuǎn)化而來。

(4)[7]電子的初速度豎直向上，所受電場力水平向右，初速度與合外力不在同一直線上，電子做曲

線運(yùn)動。

故選Bo

(5)⑻電容器的定義式C嗓故選A。

27.(1)田1820年，物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電流的磁效應(yīng)”。故選A。

(2)⑵根據(jù)右手螺旋定則可知螺旋管內(nèi)部磁場方向向左，故小磁針指向錯誤。故選B。

(3)[3]電磁鐵能控制束流的偏轉(zhuǎn)和聚焦說明帶電束流受到了洛倫茲力的作用。

微觀世界的研究

通過對微觀粒子碰撞的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子和中微子等基本粒子，對微觀世界的認(rèn)識不斷

深入。

28.下列粒子中，質(zhì)量最小的是()

A.電子B.質(zhì)子C.中子D.a粒子

29.圖為盧瑟福所做微觀粒子撞擊的實(shí)驗(yàn)裝置圖。該裝置中，放射源R放出的粒子是。轉(zhuǎn)動顯

微鏡，在熒光屏S上觀察到有個別粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，據(jù)此提出了原子的模型。

30.查德威克用針放出的a射線轟擊被，從而發(fā)現(xiàn)了中子。裝置圖中的粒子B為,發(fā)現(xiàn)中子的

核反應(yīng)方程為：：Be+；He少+：n。

31.(計(jì)算題)在核反應(yīng)堆中常用石墨做減速劑。已知碳核質(zhì)量是中子質(zhì)量的12倍，碰撞前中子的動能為

Ek0,碳核均處于靜止?fàn)顟B(tài)，中子與碳核相遇即發(fā)生彈性正碰。

(1)與碳核發(fā)生一次碰撞，中子損失的動能A以為多少？

(2)一個中子至少與碳核發(fā)生幾次碰撞，其動能才可減小為原來的萬分之一？

中子蹩

【答案】28.A29.a粒子核式結(jié)構(gòu)30.質(zhì)子工31.(1)卷E-。；⑵28

10^

【解析】28.電子、中子、質(zhì)子、a粒子的質(zhì)量關(guān)系滿足a粒子〉中子〉質(zhì)子)電子

故選Ao

29.山⑵盧瑟福在實(shí)驗(yàn)室用a粒子放射源放出的粒子去轟擊金箔從而觀察到有個別粒子發(fā)生了大角度

的偏轉(zhuǎn)，據(jù)此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。

30.[1]圖中A為中子流，中子流轟擊石蠟將氫中的質(zhì)子打出，可知圖中B為質(zhì)子。

⑵根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為：Be+；Hef/C+^n

31.(1)根據(jù)動量守恒和能量守恒有

利產(chǎn)=班,匕+加。匕

121213

~mnV=~mnVi+~mCV2

1191

解得Vi=-i3v,v2=-而E^=~my

解得V=T^

i42

可得與一個碳核碰撞后中子損失的動能為AE=E--m^=—E

kk02169k0

2

（2）設(shè)第二次碰撞后中子的速度大小為%,同理可得V12=^.v,=（j1）v

第三次碰撞后中子的速度大小％=（《）.

則第〃次碰撞后中子的速度大?。?41）與

可令〈Ekoxicr4

?EkoV/xloT

由數(shù)學(xué)知識有2nlg—<-4解得n>28

考點(diǎn)02

近代物理熱學(xué)

熱力學(xué)與近代物理

據(jù)2023年8月22日《人民日報(bào)》消息，日本政府宣布將從24日開始將福島核電站核污染水排入海

洋。核污水中含有多種放射性成分，其中有一種難以被清除的同位素旅可能會引起基因突變，旅亦稱

超重氫，是氫的同位素之一，有放射性，會