专题跟踪检测（二十九） 原子物理

专题跟踪检测（二十九）原子物理1．(2023·广东高考)理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应eq\o\al(12,6)C＋Y→eq\o\al(16,8)O的影响。下列说法正确的是()A．Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强B．Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强C．Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强D．Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强解析：选D根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知，Y是α粒子(eq\o\al(4,2)He)，三种射线的穿透能力，γ射线最强，α射线最弱；三种射线的电离能力，α射线最强，γ射线最弱。故选D。2.(2023·杭州高三调研)2023年4月12日，中国的“人造太阳”成功实现稳态高约束模式等离子体运行时间403s，创造了世界纪录。“人造太阳”在工作时进行两种热核聚变反应：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋17.6MeV和eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋2Y＋12.86MeV，其内部结构如图，下列说法正确的是()A．目前主流核电站都在利用核聚变进行发电B．反应中释放出的X粒子会受到线圈磁场的磁约束力C．反应中释放出的Y粒子为中子D.eq\o\al(3,2)He核子平均质量大于eq\o\al(4,2)He核子平均质量解析：选D目前主流核电站都在利用核裂变进行发电，故A错误；由电荷数守恒和质量数守恒可知，反应中释放出的X粒子为eq\o\al(1,0)n，中子不带电，不会受到线圈磁场的磁约束力，故B错误；由电荷数守恒和质量数守恒可知，反应中释放出的Y粒子为eq\o\al(1,1)H，故C错误；该反应放出核能，则eq\o\al(4,2)He的结合能一定大于eq\o\al(3,2)He的结合能，由于该反应有质量亏损，则eq\o\al(3,2)He核子的平均质量一定大于eq\o\al(4,2)He核子的平均质量，故D正确。3．(2023·舟山高三模拟)有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是()A．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D．天然放射现象的发现使人们认识到原子核具有复杂的结构解析：选Dα、β衰变是独立进行的，但是在两种衰变的同时都伴随有γ衰变，故A错误；卢瑟福的α粒子散射实验让人们认识到了原子具有核式结构，故B错误；太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故C错误；天然放射现象的发现使人们认识到原子核具有复杂的结构，故D正确。4．(2022·浙江1月选考)(多选)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是()A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kgC．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度D．反应堆中存在eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n的核反应解析：选CD秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，A错误；没有给出核电站的电能转化率，故无法求出秦山核电站发电使原子核亏损的质量，B错误；核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，C正确；反应堆利用铀235的裂变，生成两个或几个中等质量数的原子核和多个中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n的核反应，D正确。5．(2023·绍兴高三调研)月壤中存在大量氦3(eq\o\al(3,2)He)，氦3可以进行核聚变反应，反应方程式为：eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋2X，是理想的清洁核能源。已知eq\o\al(3,2)He的质量为3.0161u，eq\o\al(4,2)He的质量为4.0026u，eq\o\al(1,1)H的质量为1.0078u，eq\o\al(1,0)n的质量为1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量，下列说法正确的是()A．X是质子，释放能量约11.36MeVB．X是质子，释放能量约13.04MeVC．X是中子，释放能量约13.04MeVD．X是中子，释放能量约11.36MeV解析：选B核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X是质子，释放的能量为ΔE＝(2×3.0161－4.0026－2×1.0078)×931.5MeV≈13.04MeV，故选B。6．图甲是研究光电效应的电路图，逸出功为2.25eV的金属为K极，图乙为氢原子能级图，巴耳末系的四种可见光，是分别从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级产生的。下列说法正确的是()A．仅将P移至C端，电流表示数一定变为0B．氢原子从基态跃迁到激发态，电子的动能增大C．上述的四种可见光只有一种不能让图甲中的K极金属发生光电效应D．处在n＝2能级的氢原子不能吸收动能为2.75eV的自由电子而向高能级跃迁解析：选C仅将P移至C端，A、K间的电压为0，但逸出的光电子具有动能，可以到达A极板，因此电流表的示数不为0，故A错误；氢原子从基态跃迁到高能级，电子的动能减小，故B错误；从能级n＝3跃迁至n＝2产生的光的光子能量为1.89eV，小于逸出功，不能使K极金属发生光电效应；从能级n＝4跃迁至n＝2产生的光的光子能量为2.55eV，大于逸出功，可以使K极金属发生光电效应；从能级n＝6、5跃迁至n＝2产生的光的光子能量大于2.55eV，大于逸出功，能使K极金属发生光电效应，所以题述四种可见光中仅有一种可见光不能让图甲中K极金属发生光电效应，故C正确；处在n＝2能级的氢原子可以吸收动能为2.75eV的自由电子的一部分动能1.89eV或2.55eV而向高能级跃迁，故D错误。7．现在装修经常使用的人造大理石会向空气中释放放射性气体氡气，氡(eq\o\al(222,86)Rn)经过一系列衰变后变成铅(eq\o\al(206,82)Pb)，其半衰期约为3.8天。一般情况下，人造大理石即使经过半年时间，气体氡的释放量依然比较高。下列说法正确的是()A．氡(eq\o\al(222,86)Rn)衰变至铅(eq\o\al(206,82)Pb)经过6次α衰变和4次β衰变B．人造大理石中的氡来源于其他放射性物质衰变C．氡在衰变过程中满足质量守恒和电荷守恒D．氡在夏天要比冬天衰变得更快解析：选B设氡(eq\o\al(222,86)Rn)衰变至铅(eq\o\al(206,82)Pb)经过x次α衰变和y次β衰变，eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(206,82)Pb＋xeq\o\al(4,2)He＋yeq\o\al(0,－1)e，则根据电荷数守恒和质量数守恒有86＝82＋2x－y，222＝206＋4x，解得x＝4，y＝4，则氡(eq\o\al(222,86)Rn)衰变至铅(eq\o\al(206,82)Pb)经过4次α衰变和4次β衰变，故A错误；如果人造大理石中本身含有氡，则经过半年时间(近50个半衰期)，人造大理石中氡的含量几乎为零，与事实不符，因此人造大理石中的氡来源于其他放射性物质衰变，故B正确；衰变过程中伴有能量释放，因此会有质量亏损，则氡在衰变过程中不满足质量守恒，满足电荷守恒，故C错误；半衰期不受温度影响，氡在夏天和冬天衰变得一样快，故D错误。8．(2023·浙江绍兴模拟)(多选)图甲是光电效应的电路图，分别用黄光、蓝光照射实验装置的K极，其中只有一种光照射时产生了光电流，下列说法中正确的是()A．产生光电流的光是弱蓝光B．P向右移，G表读数一定增大C.eq\o\al(6,3)Li原子核的结合能约为33MeVD．原子核eq\o\al(239,92)U的核子结合得比eq\o\al(144,56)Ba的核子更牢固解析：选AC蓝光的频率比黄光更大，所以蓝光的能量大于黄光的能量，即能够产生光电流的光是弱蓝光，故A正确；光电管加的是反向电压，P向右移，反向电压增大，对光电子的阻碍作用越来越大，所以G表读数会减小，故B错误；由题图乙知eq\o\al(6,3)Li原子核的比结合能约为5.5MeV，所以eq\o\al(6,3)Li原子核的结合能约为E＝6×5.5MeV＝33MeV，故C正确；原子核eq\o\al(239,92)U的比结合能比eq\o\al(144,56)Ba的比结合能小，所以原子核eq\o\al(144,56)Ba的核子结合得比eq\o\al(239,92)U的核子更牢固，故D错误。9．(2023·温州高三调研)如图为氢原子的能级示意图。处于n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光子再照射到逸出功为3.7eV的某金属板上。则()A．共有3种不同频率的光子能使金属板发生光电效应B．共有6种不同频率的光子能使金属板发生光电效应C．从金属板逸出的光电子的最大初动能为12.75eVD．向低能级跃迁的氢原子越多，从金属板逸出的光电子的最大初动能越大解析：选A由爱因斯坦光电效应方程hν－W逸＝Ekm可知，光电效应发生的条件是hν>W逸，辐射出的光子共有Ceq\o\al(2,4)＝eq\f(4×3,2)＝6种，其能量hν分别为12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV，而金属板的逸出功为3.7eV，所以共有3种不同频率的光子能使金属板发生光电效应，A正确，B错误；从金属板逸出的光电子的最大初动能为Ekm＝hν－W逸＝12.75eV－3.7eV＝9.05eV，C错误；逸出的光电子的最大初动能与跃迁的氢原子数目无关，D错误。10．(2023·台州高三质检)放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为eq\o\al(232,90)Th—→eq\o\al(220,86)Rn＋Xα＋2β。则下列说法中正确的是()A．衰变方程中X＝2B．氡核的比结合能大于钍核的比结合能C．钍核α衰变的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子、β粒子与氡核的质量之和等于衰变前钍核的质量解析：选Bα粒子为eq\o\al(4,2)He，β粒子为eq\o\al(0,－1)e，根据质量数守恒有232＝220＋4X，解得X＝3，故A错误；衰变过程释放能量，生成的氡核更稳定，比结合能大于钍核的比结合能，故B正确；根据半衰期的定义，可知钍核的半衰期不等于其放出一个α粒子所经历的时间，故C错误；α衰变释放核能，有质量亏损，故D错误。11．(2023·辽宁高考)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则()A．①和③的能量相等B．②的频率大于④的频率C．用②照射该金属一定能发生光电效应D．用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek解析：选A由题图可知，①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，A正确；因为②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据E＝hν可知，②的频率小于④的频率，B错误；因为②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①的能量，②的频率小于①的频率，则用②照射该金属不一定能发生光电效应，C错误；因为④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①的能量，即④的频率大于①的频率，因用①照射某金属表面时逸出光电子的最大初动能为Ek，根据Ek＝hν－W逸出功，则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，D错误。12．如图所示是原子核eq\o\al(226,88)Ra发生α衰变的能级图，eq\o\al(226,88)Ra经α衰变直接变至eq\o\al(222,86)Rn基态，或者衰变至一个激发态eq\o\al(222,86)Rn*，然后通过释放一个光子衰变至eq\o\al(222,86)Rn基态。若eq\o\al(226,88)Ra发生α衰变前是静止的，则()A．α衰变过程中系统动量不守恒B．α粒子的动能小于原子核eq\o\al(222,86)Rn的动能C.eq\o\al(226,88)Ra的质量大于eq\o\al(222,86)Rn与α粒子质量之和D．激发态eq\o\al(222,86)Rn*释放光子至eq\o\al(222,86)Rn基态的衰变是β衰变解析：选Cα衰变过程中系统不受外力，动量守恒，故A错误；设eq\o\al(222,86)Rn的反冲速度大小为v，α粒子的速度是v′，由动量守恒定律，得0＝Mv－mv′，则有Mv＝mv′，根据动能的表达式Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)，由于eq\o\al(222,86)Rn的质量大于α粒子的质量，则衰变后eq\o\al(222,86)Rn的动能小于α粒子的动能，故B错误；由于发生α衰变时要伴随释放一定的能量，由质能方程可知，eq\o\al(226,88)Ra的质量大于eq\o\al(222,86)Rn与α粒子质量之和，故C正确；激发态eq\o\al(222,86)Rn*释放光子至eq\o\al(222,86)Rn基态不是β衰变，故D错误。13．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