專題跟蹤檢測（二十九） 原子物理

專題跟蹤檢測（二十九）原子物理1．(2023·廣東高考)理論認為，大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應eq\o\al(12,6)C＋Y→eq\o\al(16,8)O的影響。下列說法正確的是()A．Y是β粒子，β射線穿透能力比γ射線強B．Y是β粒子，β射線電離能力比γ射線強C．Y是α粒子，α射線穿透能力比γ射線強D．Y是α粒子，α射線電離能力比γ射線強解析：選D根據(jù)核反應方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，Y是α粒子(eq\o\al(4,2)He)，三種射線的穿透能力，γ射線最強，α射線最弱；三種射線的電離能力，α射線最強，γ射線最弱。故選D。2.(2023·杭州高三調(diào)研)2023年4月12日，中國的“人造太陽”成功實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運行時間403s，創(chuàng)造了世界紀錄。“人造太陽”在工作時進行兩種熱核聚變反應：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，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，下列說法正確的是()A．目前主流核電站都在利用核聚變進行發(fā)電B．反應中釋放出的X粒子會受到線圈磁場的磁約束力C．反應中釋放出的Y粒子為中子D.eq\o\al(3,2)He核子平均質(zhì)量大于eq\o\al(4,2)He核子平均質(zhì)量解析：選D目前主流核電站都在利用核裂變進行發(fā)電，故A錯誤；由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，反應中釋放出的X粒子為eq\o\al(1,0)n，中子不帶電，不會受到線圈磁場的磁約束力，故B錯誤；由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，反應中釋放出的Y粒子為eq\o\al(1,1)H，故C錯誤；該反應放出核能，則eq\o\al(4,2)He的結(jié)合能一定大于eq\o\al(3,2)He的結(jié)合能，由于該反應有質(zhì)量虧損，則eq\o\al(3,2)He核子的平均質(zhì)量一定大于eq\o\al(4,2)He核子的平均質(zhì)量，故D正確。3．(2023·舟山高三模擬)有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認識，下列說法正確的是()A．一個原子核在一次衰變中可同時放出α、β和γ三種射線B．電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子具有核式結(jié)構(gòu)C．太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子核具有復雜的結(jié)構(gòu)解析：選Dα、β衰變是獨立進行的，但是在兩種衰變的同時都伴隨有γ衰變，故A錯誤；盧瑟福的α粒子散射實驗讓人們認識到了原子具有核式結(jié)構(gòu)，故B錯誤；太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的輕核聚變，故C錯誤；天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子核具有復雜的結(jié)構(gòu)，故D正確。4．(2022·浙江1月選考)(多選)2021年12月15日秦山核電站迎來了安全發(fā)電30周年，核電站累計發(fā)電約6.9×1011kW·h，相當于減排二氧化碳六億多噸。為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱。下列說法正確的是()A．秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量B．秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為27.6kgC．核電站反應堆中需要用鎘棒控制鏈式反應的速度D．反應堆中存在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的核反應解析：選CD秦山核電站利用的是重核裂變釋放的能量，A錯誤；沒有給出核電站的電能轉(zhuǎn)化率，故無法求出秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量，B錯誤；核電站反應堆中需要用鎘棒能吸收中子的特性，通過中子的數(shù)量控制鏈式反應的速度，C正確；反應堆利用鈾235的裂變，生成兩個或幾個中等質(zhì)量數(shù)的原子核和多個中子，且產(chǎn)物有隨機的兩分裂、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的核反應，D正確。5．(2023·紹興高三調(diào)研)月壤中存在大量氦3(eq\o\al(3,2)He)，氦3可以進行核聚變反應，反應方程式為：eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋2X，是理想的清潔核能源。已知eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0161u，eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為4.0026u，eq\o\al(1,1)H的質(zhì)量為1.0078u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.0087u，1u相當于931.5MeV的能量，下列說法正確的是()A．X是質(zhì)子，釋放能量約11.36MeVB．X是質(zhì)子，釋放能量約13.04MeVC．X是中子，釋放能量約13.04MeVD．X是中子，釋放能量約11.36MeV解析：選B核反應方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知X是質(zhì)子，釋放的能量為ΔE＝(2×3.0161－4.0026－2×1.0078)×931.5MeV≈13.04MeV，故選B。6．圖甲是研究光電效應的電路圖，逸出功為2.25eV的金屬為K極，圖乙為氫原子能級圖，巴耳末系的四種可見光，是分別從n＝3、4、5、6能級躍遷到n＝2能級產(chǎn)生的。下列說法正確的是()A．僅將P移至C端，電流表示數(shù)一定變?yōu)?B．氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，電子的動能增大C．上述的四種可見光只有一種不能讓圖甲中的K極金屬發(fā)生光電效應D．處在n＝2能級的氫原子不能吸收動能為2.75eV的自由電子而向高能級躍遷解析：選C僅將P移至C端，A、K間的電壓為0，但逸出的光電子具有動能，可以到達A極板，因此電流表的示數(shù)不為0，故A錯誤；氫原子從基態(tài)躍遷到高能級，電子的動能減小，故B錯誤；從能級n＝3躍遷至n＝2產(chǎn)生的光的光子能量為1.89eV，小于逸出功，不能使K極金屬發(fā)生光電效應；從能級n＝4躍遷至n＝2產(chǎn)生的光的光子能量為2.55eV，大于逸出功，可以使K極金屬發(fā)生光電效應；從能級n＝6、5躍遷至n＝2產(chǎn)生的光的光子能量大于2.55eV，大于逸出功，能使K極金屬發(fā)生光電效應，所以題述四種可見光中僅有一種可見光不能讓圖甲中K極金屬發(fā)生光電效應，故C正確；處在n＝2能級的氫原子可以吸收動能為2.75eV的自由電子的一部分動能1.89eV或2.55eV而向高能級躍遷，故D錯誤。7．現(xiàn)在裝修經(jīng)常使用的人造大理石會向空氣中釋放放射性氣體氡氣，氡(eq\o\al(222,86)Rn)經(jīng)過一系列衰變后變成鉛(eq\o\al(206,82)Pb)，其半衰期約為3.8天。一般情況下，人造大理石即使經(jīng)過半年時間，氣體氡的釋放量依然比較高。下列說法正確的是()A．氡(eq\o\al(222,86)Rn)衰變至鉛(eq\o\al(206,82)Pb)經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變B．人造大理石中的氡來源于其他放射性物質(zhì)衰變C．氡在衰變過程中滿足質(zhì)量守恒和電荷守恒D．氡在夏天要比冬天衰變得更快解析：選B設氡(eq\o\al(222,86)Rn)衰變至鉛(eq\o\al(206,82)Pb)經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變，eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(206,82)Pb＋xeq\o\al(4,2)He＋yeq\o\al(0,－1)e，則根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒有86＝82＋2x－y，222＝206＋4x，解得x＝4，y＝4，則氡(eq\o\al(222,86)Rn)衰變至鉛(eq\o\al(206,82)Pb)經(jīng)過4次α衰變和4次β衰變，故A錯誤；如果人造大理石中本身含有氡，則經(jīng)過半年時間(近50個半衰期)，人造大理石中氡的含量幾乎為零，與事實不符，因此人造大理石中的氡來源于其他放射性物質(zhì)衰變，故B正確；衰變過程中伴有能量釋放，因此會有質(zhì)量虧損，則氡在衰變過程中不滿足質(zhì)量守恒，滿足電荷守恒，故C錯誤；半衰期不受溫度影響，氡在夏天和冬天衰變得一樣快，故D錯誤。8．(2023·浙江紹興模擬)(多選)圖甲是光電效應的電路圖，分別用黃光、藍光照射實驗裝置的K極，其中只有一種光照射時產(chǎn)生了光電流，下列說法中正確的是()A．產(chǎn)生光電流的光是弱藍光B．P向右移，G表讀數(shù)一定增大C.eq\o\al(6,3)Li原子核的結(jié)合能約為33MeVD．原子核eq\o\al(239,92)U的核子結(jié)合得比eq\o\al(144,56)Ba的核子更牢固解析：選AC藍光的頻率比黃光更大，所以藍光的能量大于黃光的能量，即能夠產(chǎn)生光電流的光是弱藍光，故A正確；光電管加的是反向電壓，P向右移，反向電壓增大，對光電子的阻礙作用越來越大，所以G表讀數(shù)會減小，故B錯誤；由題圖乙知eq\o\al(6,3)Li原子核的比結(jié)合能約為5.5MeV，所以eq\o\al(6,3)Li原子核的結(jié)合能約為E＝6×5.5MeV＝33MeV，故C正確；原子核eq\o\al(239,92)U的比結(jié)合能比eq\o\al(144,56)Ba的比結(jié)合能小，所以原子核eq\o\al(144,56)Ba的核子結(jié)合得比eq\o\al(239,92)U的核子更牢固，故D錯誤。9．(2023·溫州高三調(diào)研)如圖為氫原子的能級示意圖。處于n＝4能級的一群氫原子向低能級躍遷時，輻射出的光子再照射到逸出功為3.7eV的某金屬板上。則()A．共有3種不同頻率的光子能使金屬板發(fā)生光電效應B．共有6種不同頻率的光子能使金屬板發(fā)生光電效應C．從金屬板逸出的光電子的最大初動能為12.75eVD．向低能級躍遷的氫原子越多，從金屬板逸出的光電子的最大初動能越大解析：選A由愛因斯坦光電效應方程hν－W逸＝Ekm可知，光電效應發(fā)生的條件是hν>W逸，輻射出的光子共有Ceq\o\al(2,4)＝eq\f(4×3,2)＝6種，其能量hν分別為12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV，而金屬板的逸出功為3.7eV，所以共有3種不同頻率的光子能使金屬板發(fā)生光電效應，A正確，B錯誤；從金屬板逸出的光電子的最大初動能為Ekm＝hν－W逸＝12.75eV－3.7eV＝9.05eV，C錯誤；逸出的光電子的最大初動能與躍遷的氫原子數(shù)目無關(guān)，D錯誤。10．(2023·臺州高三質(zhì)檢)放射性同位素釷232經(jīng)α、β衰變會生成氡，其衰變方程為eq\o\al(232,90)Th—→eq\o\al(220,86)Rn＋Xα＋2β。則下列說法中正確的是()A．衰變方程中X＝2B．氡核的比結(jié)合能大于釷核的比結(jié)合能C．釷核α衰變的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間D．衰變后α粒子、β粒子與氡核的質(zhì)量之和等于衰變前釷核的質(zhì)量解析：選Bα粒子為eq\o\al(4,2)He，β粒子為eq\o\al(0,－1)e，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒有232＝220＋4X，解得X＝3，故A錯誤；衰變過程釋放能量，生成的氡核更穩(wěn)定，比結(jié)合能大于釷核的比結(jié)合能，故B正確；根據(jù)半衰期的定義，可知釷核的半衰期不等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間，故C錯誤；α衰變釋放核能，有質(zhì)量虧損，故D錯誤。11．(2023·遼寧高考)原子處于磁場中，某些能級會發(fā)生劈裂。某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示，相應能級躍遷放出的光子分別設為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則()A．①和③的能量相等B．②的頻率大于④的頻率C．用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應D．用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek解析：選A由題圖可知，①和③對應的躍遷能級差相同，可知①和③的能量相等，A正確；因為②對應的能級差小于④對應的能級差，可知②的能量小于④的能量，根據(jù)E＝hν可知，②的頻率小于④的頻率，B錯誤；因為②對應的能級差小于①對應的能級差，可知②的能量小于①的能量，②的頻率小于①的頻率，則用②照射該金屬不一定能發(fā)生光電效應，C錯誤；因為④對應的能級差大于①對應的能級差，可知④的能量大于①的能量，即④的頻率大于①的頻率，因用①照射某金屬表面時逸出光電子的最大初動能為Ek，根據(jù)Ek＝hν－W逸出功，則用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能大于Ek，D錯誤。12．如圖所示是原子核eq\o\al(226,88)Ra發(fā)生α衰變的能級圖，eq\o\al(226,88)Ra經(jīng)α衰變直接變至eq\o\al(222,86)Rn基態(tài)，或者衰變至一個激發(fā)態(tài)eq\o\al(222,86)Rn*，然后通過釋放一個光子衰變至eq\o\al(222,86)Rn基態(tài)。若eq\o\al(226,88)Ra發(fā)生α衰變前是靜止的，則()A．α衰變過程中系統(tǒng)動量不守恒B．α粒子的動能小于原子核eq\o\al(222,86)Rn的動能C.eq\o\al(226,88)Ra的質(zhì)量大于eq\o\al(222,86)Rn與α粒子質(zhì)量之和D．激發(fā)態(tài)eq\o\al(222,86)Rn*釋放光子至eq\o\al(222,86)Rn基態(tài)的衰變是β衰變解析：選Cα衰變過程中系統(tǒng)不受外力，動量守恒，故A錯誤；設eq\o\al(222,86)Rn的反沖速度大小為v，α粒子的速度是v′，由動量守恒定律，得0＝Mv－mv′，則有Mv＝mv′，根據(jù)動能的表達式Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)，由于eq\o\al(222,86)Rn的質(zhì)量大于α粒子的質(zhì)量，則衰變后eq\o\al(222,86)Rn的動能小于α粒子的動能，故B錯誤；由于發(fā)生α衰變時要伴隨釋放一定的能量，由質(zhì)能方程可知，eq\o\al(226,88)Ra的質(zhì)量大于eq\o\al(222,86)Rn與α粒子質(zhì)量之和，故C正確；激發(fā)態(tài)eq\o\al(222,86)Rn*釋放光子至eq\o\al(222,86)Rn基態(tài)不是β衰變，故D錯誤。13．地鐵靠站時列車車體和屏蔽門之間安裝有光電傳感器。如圖甲所示，若光線