高三物理二轮复习培优专题训练：专题12原子物理

专题十二原子物理1．2025年8月14日，我国核医学领域迎来里程碑式突破!清华大学成功攻克新型同位素Ac﹣225（锕﹣225）的量产核心技术，为全球癌症治疗提供“中国方案”。Ac﹣225的衰变方程为89225AcA．x＝2，y＝2 B．x＝4，y＝2 C．x＝2，y＝4 D．x＝4，y＝42．核反应方程中92A．24He B．11H3．中国环流二号“人造太阳”装置中的核反应方程为12H+13H→X+01n，已知1A．该核反应也叫链式反应，是目前核电站的主要核反应 B．X为23C．E1、E2、E3中E3最小 D．该核反应释放的能量为4E3﹣2E1﹣3E24．2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为614CA．X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的 B．X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的 C．X为质子，是由核内中子转化而来的 D．X为中子，是由核内质子转化而来的5．目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为En=E1nA．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子 C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子6．“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜，核电池将94238Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。94238Pu的衰变方程为94A．衰变方程中的X等于233 B．24He的穿透能力比γC．94238Pu比92XU的比结合能小 7．图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（）A．逸出光电子的最大初动能为10.80eV B．n＝3跃迁到n＝1放出的光子动量最大 C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应 D．用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态8．如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（）A．钠的逸出功为hνc B．钠的截止频率为8.5×1014Hz C．图中直线的斜率为普朗克常量 D．遏止电压Uc与入射光频率v成正比9．被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η（η＜1）倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为（）A．4NL2hνRC．ηL2hν10．良渚古城遗址是新石器时代晚期文化遗址群，位于浙江省杭州市余杭区瓶窑镇。良渚文化时期稻作农业已相当进步，在遗址中发现了炭化稻谷。在考古中可用碳14测定年代，其衰变方程为6A．β射线来源于原子核外部的电子 B．核反应方程遵循电荷数守恒和质量守恒 C．100个614D．614C11．宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：714N+01n→614A．614C发生β衰变的产物是B．β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C．近年来由于地球的温室效应，引起614D．若测得一古木样品的614C含量为活体植物的12．一核裂变反应方程为92235U+01n→56144Ba+3689Kr+x01n，已知92235U半衰期为7×108年，单个A．x＝2 B．单次该核反应释放的能量为(mC．核裂变反应产生的中子最适用于直接引发核裂变 D．10个92235U经过7×1013．90234Th（钍）元素具有放射性，它能放出一个A．产生的Pa（镤）的质量数为233 B．放出的β粒子来自核外电子 C．镤核比钍核少一个中子 D．高温高压环境中衰变会变快14．具有完全自主知识产权的国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程商运投产，成为世界首个实现模块化第四代核电技术商业化运行的核电站，标志着我国在高温气冷堆核电技术领域实现了全球领先。关于高温气冷堆核电站说法正确的是（）A．利用核聚变发电，所以需要高温 B．通过改变温度控制核反应速度 C．利用核裂变时发生“质量亏损”而提供能量 D．核反应堆中镉棒插入是提高核反应速度15．如图为“热中子”核反应堆的示意图，下列说法正确的是（）A．铀棒是控制链式反应速度的“控制棒” B．可以用普通水作为“慢化剂” C．核反应堆的核燃料是镉棒 D．“水泥防护层”只是用来屏蔽核反应产生的中子16．一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得2条电流随电压变化的图像如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是（）A．图乙中的a光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的 B．图乙中的b光光子能量为12.75eV C．动能为2eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离 D．阴极金属的逸出功可能为W0＝10eV（多选）17．如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示，下列说法正确的是（）A．分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R宽 B．P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长，P大于Q C．氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高 D．对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q（多选）18．如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为vm。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（）A．M、N间距离增大时电子到达N的动能不变 B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能12C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmD．M、N间加反向电压mv（多选）19．如图所示，一光电管的阴极用极限频率为6×1014Hz的某种金属制成。现用频率为1015Hz的紫外线照射阴极，当光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1V时，光电流达到饱和状态，此时电流表的示数为0.56μA。已知普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s，下列同学的判断正确的是（）A．阴极K金属的逸出功是2.652×10﹣19J B．光电管每秒从K极逸出的光电子数为3.5×1012 C．光电子的最大初动能为3.978×10﹣19J D．电子到达A极的最大动能是6.0×10﹣19J20．江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为W0，普朗克常量为h。（1）求该金属的截止频率ν0；（2）若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能Ek。

专题十二原子物理参考答案与试题解析1．选B。【解答】解：根据质量数和电荷数守恒，有225＝209+4x+089＝83+2x﹣y解得x＝4y＝2故可知B正确，ACD错误。2．选C。【解答】解：核反应遵循质量数和电荷数守恒，设X的质量数为A，电荷数为Z；根据质量数守恒235+A＝144+89+3×1解得A＝1根据核电荷数守恒92+Z＝56+36+3×0解得Z＝0因此元素X是03．选D。【解答】解：A.该反应为核聚变反应，不是链式反应，核电站的核反应主要是核裂变，故A错误；B.根据质量数电荷数守恒，X是2C.核反应生成物更稳定，故E3更大，故C错误；D.释放能量为ΔE＝4E3﹣2E1﹣3E2，故D正确。4．选A。【解答】解：设元素X的质量数为A，核电荷数为Z，核反应遵循质量数和核电荷数守恒；质量数守恒14＝14+A解得A＝0电荷数守恒6＝7+Z解得Z＝﹣1因此X为电子，发生的是β衰变；核反应方程为为14X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的，核反应方程为1故A正确，BCD错误。5．选A。【解答】解：氢原子第n能级的能量为En=E1n2，其中E6．选C。【解答】解：A、由质量数守恒得：X＝238﹣4＝234故A错误；B、24He的穿透能力比C、94238Pu衰变过程释放能量，比结合能增大，即94D、半衰期的大小反映衰变的快慢，与所处的物理环境无关，故D错误。7．选B。【解答】解：AB、一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能产生C3逸出光电子的最大初动能为：Ek＝hν﹣w0＝E3﹣E1﹣w0代入数据解得：Ek＝9.8eV由德布罗意波公式λ=知p=h故A错误，B正确；C、从n＝2能级的氢原子跃迁到n＝3需要E＝﹣1.51eV﹣（﹣3.40eV）＝1.89eV的光子能量，1.89eV＜2.29eV，不能使金属钠发生光电效应，故C错误；D、n＝4能级的氢原子跃迁发出的光的能量可以是E＝﹣0.85eV﹣（﹣1.51eV）＝0.66eV，用0.85eV的光子照射，不满足能量差等于能级3到能级4的能量差值，氢原子不能跃迁到n＝4激发态，故D错误；8．选A。【解答】解：A、根据遏止电压与最大初动能的关系得：eUc＝Ekmax根据光电效应方程有Ekmax＝hν﹣W0结合图像可知，当Uc为0时，解得：W0＝hνc，故A正确；B、钠的截止频率为νc，根据图像可知，截止频率小于8.5×1014Hz，故B错误；C、结合遏止电压与光电效应方程可解得：Uc可知，图中直线的斜率表示heD、根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压与入射光频率成线性关系，不是成正比，故D错误；9．选A。【解答】解：以天体为球心，在天眼处对应的球形的表面积为S1＝4πL2天眼接收光子的横截面的面积为S2＝πR2天眼接收光子的功率为P1＝Nhν该天体发射频率为ν光子的功率P=S1S2•故A正确，BCD错误；10．选D。【解答】解：A．β射线来自原子核，原子核内的中子转化成质子和电子放出β射线，故A错误；B．核反应方程遵循电荷数守恒和质量数守恒，故B错误；C．半衰期描述的是大量核子衰变的统计规律，不能计算少数核子衰变的时间，故C错误；D．生成物比反应物更稳定且比结合能越大原子核越稳定，则714N11．选D。【解答】解：A、614C能自发进行β衰变，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，其衰变方程为：6B、β衰变产生的电子是β衰变过程中中子转化为一个质子同时放出一个电子形成的，故B错误；C、半衰期是放射性物质固有属性，由原子核自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，温度变化不能改变碳14的半衰期，故C错误；D、测得一古木样品的614C含量为活体植物的1412．选B。【解答】解：A.根据核反应方程质量数守恒和电荷数守恒，得x＝235+1﹣144﹣89＝3，故A错误；B.根据质能方程可知，单次该核反应释放的能量为(mC.核裂变反应产生的中子并非最适用于引发核裂变，需要添加“慢化剂”减速为慢中子，故C错误；D.半衰期为大量原子核的数学统计结果，对极少数量的原子核不适用，即无法准确推断剩下的原子核个数，故D错误。13．选C。【解答】解：A．根据质量数守恒，镤核质量数等于钍核质量数234，故A错误；B．β粒子是中子衰变质子的产物，并非核外电子，故B错误；C．根据核子数的计算，钍核中子数为234﹣90＝144，镤核中子数为234﹣91＝143，镤核比钍核少1个中子，故C正确；D．衰变的半衰期仅由原子核自身结构决定，高温、高压等外界条件不会改变衰变快慢，故D错误。14．选C。【解答】解：A.目前高温气冷堆核电站采用的是核裂变进行发电，故A错误；B.可控核裂变指的是通过隔棒吸收中子，调节参与反应的中子数目以控制反应速度，故B错误；C.可控核裂变是利用重核裂变的原理，重核裂变在放出能量的过程中存在质量亏损，故C正确；D.核反应堆中镉棒插入是为了减慢核反应速度，故D错误。15．选B。【解答】解：A、铀棒是核反应堆的燃料，镉棒因吸收中子能力强，常作为调节链式反应速率的控制棒，故A错误；B、慢化剂的功能是将核裂变产生的快中子减速为热中子，常用材料有重水、石墨和轻水，故B正确；C、核反应堆的核燃料通常为铀棒，不是镉棒，故C错误；D、厚重的水泥防护层主要用于屏蔽中子流和阻挡穿透力强的γ射线等放射性物质，故D错误。16．选B。【解答】解：A．图乙中的a光遏止电压比b光小，根据：eU则b光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的，故A错误；B．根据图丙，可知b光光子能量为：Eb＝E4﹣E1＝（﹣0.85eV）﹣（﹣13.6eV）＝12.75eV，故B正确；C．由图丙可知，使处于第3能级的氢原子电离需要的最小能量为1.51eV，则动能为2eV的电子能使处于第3能级的氢原子电离，故C错误；D．因a光子对应着从第3能级到基态的跃迁，该光能使光电管发生光电效应；比a光能量稍小的跃迁对应于从第2能级到基态的跃迁，该跃迁放出能量为10.2eV，但是该光不能使光电管发生光电效应；即逸出功的范围为：10.2eV＜W0≤12.09eV，即阴极金属的逸出功大于10.2eV，不可能为W0＝10eV，故D错误。17．选BC。【解答】解：A.根据图2，可知P、R两光的遏止电压相同，Q光的遏止电压更大一些，即UQ＞UP＝UR，根据eU＝Ek＝hν﹣W0，可知频率关系是νQ＞νP＝νR。根据ν=cλ，可知波长关系是λQ＜λP＝λB.光电子在K处，动能Ek＝hν﹣W0，则P产生的光电子动能小于Q；根据p=2mEkC.三束光中，Q的频率最大，对