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专题分层突破练15　近代物理初步
A组
1.(2024甘肃卷)2024年2月,我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新核素Os,核反应方程如下Cd+Os+4X,该方程中X是(　　)
A.质子 B.中子
C.电子 D.α粒子
2.(2024山东威海模拟)研究光电效应规律的电路图如图甲所示,闭合开关,某同学分别用a、b、c三束单色光照射光电管得到的光电流I与光电管两端电压U的关系如图乙所示。已知a、c两条图线与横轴的交点重合。下列说法正确的是(　　)
A.用a光照射时,单位时间内逸出的光电子数最多
B.用a光照射时,逸出光电子的最大初动能最大
C.该光电管用a光、b光照射时截止频率不同
D.若b光照射某金属发生光电效应,则a光照射该金属也一定发生光电效应
3.(2024河南部分名校联考)研究某种金属的光电效应规律,所得相关图像分别如图甲、乙、丙、丁所示,Ek为光电子的最大初动能、ν为入射光的频率、I为光电流、U为两极板间的电压、Uc为遏止电压。下列说法正确的是(　　)
A.由图甲知,入射光的频率为时,产生的光电子的最大初动能为
B.由图乙知,入射光的光照强度越大,光电子的最大初动能越大
C.由图丙知,入射光2的频率大于入射光1的频率
D.由图丁知,入射光的频率大于νc时,入射光的频率越大,遏止电压越大
4.(2023广西桂林、河池、防城港三市联考)正在运行的国家重大科技基础设施EAST全超导托卡马克装置(东方超环)再次创造新的世界纪录,实现了1 056秒的长脉冲高参数等离子体运行,这是目前世界上托卡马克装置实现的最长时间高温等离子体运行。EAST有着“人造太阳”之称,拥有类似太阳的核聚变反应机制。已知该装置内部发生的核反应方程为HXn,下列说法正确的是(　　)
A.X为He,反应过程放出能量
B.X为He,反应过程吸收能量
C.X为He,反应过程放出能量
D.X为He,反应过程吸收能量
5.(2025广西柳州模拟)氢原子的能级图如图所示,大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁共放出k种不同频率的光子,用这些光子一起照射某种金属,其中只有a、b两种频率的光子可以使该金属发生光电效应,a的频率大于b的频率,则下列说法正确的是(　　)
A.k=4
B.该金属的逸出功大于等于12.75 eV
C.产生的光电子最大初动能大于等于12.09 eV
D.a光子的动量比b光子的动量大
6.发现中子的核反应方程为HeBeXn,“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为PuU+Y,下列说法正确的是(　　)
A.核反应方程中的X为C
B.衰变方程中的Y为He
C.中子n的质量数为零
D.钚238的衰变吸收能量
7.(2024福建厦门期末)2024年6月13日,我国科学家通过分析Hα波段的光谱成像数据,首次精确刻画出太阳大气自转的三维图像。氢原子的能级如图所示,Hα是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁产生的谱线,则(　　)
A.图中Hβ光子的频率比Hα的低
B.一个能量为3.4 eV的光子可能使处于n=2能级的氢原子跃迁到n=3能级
C.氢原子由n=3能级跃迁到n=2能级,电子的动能减小
D.一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁最多产生6种频率的光
B组
8.(2024山师附中高三模拟)2024年1月天津大学科研团队攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题,打开了石墨烯带隙,开启了石墨烯芯片制造领域“大门”。石墨烯是C的同素异形体,目前已知C的同位素共有15种,其中14C是一种放射性的元素,可衰变为14N,图中包含14C衰变相关信息,下列说法正确的是(　　)
A.当环境温度变化时,14C的半衰期会发生改变
B.14C转变为14N,衰变方式为α衰变
C.32个14C原子核在经过22 920年后还剩2个
D.当14N数量是14C数量的3倍时,14C衰变经历的时间为11 460年
9.(2025山东潍坊模拟)氢原子能级跃迁可以帮助我们更好地理解宇宙的结构,并从中得到很多有价值的信息。大量氢原子处于n=4能级上,其能级图如图所示。下列关于这些氢原子能级跃迁过程中所发出的a、b、c三种光的说法正确的是(　　)
A.相同条件下,a光最容易发生明显的衍射现象
B.c光光子的动量最大
C.用b光照射处于n=4能级的氢原子,氢原子会发生电离
D.在真空中,c光的波长等于a、b两光波长之和
10.(2025广东韶关模拟)钍基熔盐堆是第四代核能反应堆,具有更安全、更清洁的特点,该反应堆以钍232Th)为核燃料。再生层钍232Th)俘获一个中子后会变成钍233Th),钍233Th)不稳定,经过多次β衰变转化成易裂变铀233U)。下列说法正确的是(　　)
A.钍232和铀233的半衰期不相同
B.β衰变中的电子是来源于原子核外的电子
C.钍232有90个中子,142个质子
D.铀233的裂变方程可能为nBaKr+n
11.(2025江苏镇江模拟)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12.75 eV
C.动能为1 eV的电子能使处于第3能级的氢原子电离
D.阴极金属的逸出功可能为6.75 eV
12.(2025广西防城港模拟)2025年4月9日,中广核广西防城港核电站4号机组成功实现首次并网发电,标志着该机组具备发电能力,向着商业运行目标迈出关键一步。在其核反应中有一个反应是U吸收一个中子引发裂变反应,生成物有SrXe和中子,其中Sr仍有放射性,半衰期为T。已知U的比结合能为E0Sr的比结合能为E1Xe的比结合能为E2,则下列说法正确的是(　　)
A.该核反应方程为nSr+Xe+n
B.一个U裂变时释放的能量为90E1+136E2-235E0
C.一个U裂变时释放的能量为E1+E2-E0
D.10个Sr核经过一个半衰期后有5个核会衰变
答案：
1.B　解析 根据质量数守恒和电荷数守恒,有X的质量数为(106+58-160)÷4=1,电荷数为(48+28-76)÷4=0,故X是中子n,故A、C、D错误,B正确。
2.A　解析 由图乙可知,a光照射时对应的饱和电流最大,则用a光照射时,单位时间内逸出的光电子数最多,故A正确;根据Ek=eUc由图乙可知,b光照射时对应的遏止电压最大,所以用b光照射时,逸出光电子的最大初动能最大,故B错误;截止频率只由光电管(金属)自身决定,所以该光电管用a光、b光照射时截止频率相同,故C错误;根据Ek=hν-W0=eUc,由于b光照射时对应的遏止电压大于a光照射时对应的遏止电压,则b光的频率大于a光的频率,若b光照射某金属发生光电效应,则a光照射该金属不一定发生光电效应,故D错误。
3.D　解析 根据Ek=hν-W0,W0=hνc,结合图甲可知,νc为截止频率,当入射光的频率为时,不能发生光电效应,不能产生光电子,故A错误。光电子的最大初动能由入射光的频率与金属的逸出功共同决定,与光照强度无关,故B错误。根据图丙可知Uc1>Uc2,根据eUc1=Ek1=hν1-W0,eUc2=Ek2=hν2-W0,则有ν1>ν2,即入射光2的频率小于入射光1的频率,故C错误。由Uc=ν-可知入射光的频率大于νc时,入射光的频率越大,遏止电压越大,故D正确。
4.C　解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为3,质子数为2,即X为He,该核反应为轻核聚变反应,反应过程放出能量,故C正确,A、B、D错误。
5.D　解析 大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁,则有k==6,故A错误;由于只有a、b两种频率的光子可以使该金属发生光电效应,a的频率大于b的频率,可知,a光为氢原子从n=4能级跃迁至n=1能级放出的光子,b光为氢原子从n=3能级跃迁至n=1能级放出的光子,则a光光子的能量Ea=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,b光光子的能量Eb=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,由于a、b两种频率的光子可以使该金属发生光电效应,则该金属的逸出功小于或等于12.09 eV,故B错误;结合上述可知,产生的光电子的最大初动能大于或等于12.75 eV-12.09 eV=0.66 eV,故C错误;由于p=,a的频率大于b的频率,则a光光子动量大于b光光子动量,故D正确。故选D。
6.A　解析 根据质量数和电荷数守恒可知X为C,Y为He,故A正确,B错误;中子的质量数为1,故C错误;衰变过程中质量亏损,释放能量,故D错误。故选A。
7.D　解析 从能级图可知,n=4→n=2的能级差大于n=3→n=2的能级差,根据E=hν可知Hβ光子的频率比Hα光子的频率高,故A错误。n=2能级的氢原子能级为-3.4 eV,其电离能为3.4 eV,一个能量为3.4 eV的光子可能使处于n=2能级的氢原子产生电离,故B错误。氢原子由n=3能级跃迁到n=2能级时,电子运动半径减小,根据可知电子的动能增大,故C错误。一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁最多产生=6种频率的光,故D正确。
8.D　解析 放射性元素的半衰期是由原子核自身的因素决定的,与外部影响无关,故A错误。根据核反应方程的书写规则,该反应为CNe,发生的是β衰变,故B错误。半衰期是统计规律,是针对数量足够多的原子核的一个规律,32个14C原子核数量太少,不符合该规律,故C错误。由图中数据可知,14C的半衰期是5 730年,经过11 460年,没有发生衰变的数量是原总数的,发生衰变的数量是,故14N数量是14C数量的3倍,故D正确。
9.C　解析 由能级图可知,a光的频率最高,b光的频率最低,结合c=λv可知a光波长最短,b光波长最长,条件相同时,b光最容易发生明显的衍射现象,故A错误;结合光子动量p=可知,a光光子的动量最大,故B错误;b光的光子能量为2.55 eV>0.85 eV,故用b光照射处于n=4能级的氢原子,氢原子会发生电离,故C正确;根据题意有λa=,λb=,λc=,由图可知νa=νb+νc,则有,故D错误。故选C。
10.A　解析 不同原子核的半衰期不同,A正确;β衰变释放电子,来源于原子核,B错误;钍的质子数为90,中子数为142,C错误;裂变方程应满足质子数和质量数守恒,该方程不满足,D错误。故选A。
11.B　解析 图乙中的a光遏止电压比b光小,根据Uce==hν-W逸出功可知,b光频率最大,对应的氢原子跃迁的能级差最大,则b光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的,选项A错误;图乙中的b光光子能量为Eb=E4-E1=(-0.85 eV)-(-13.6 eV)=12.75 eV,选项B正确;使处于第3能级的氢原子电离需要的最小能量为1.51 eV,则动能为1 eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离,选项C错误;因a光子对应着氢原子从第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10.2 eV,但是该光不能使光电管发生光电效应,可知阴极金属的逸出功大于10.2 eV,不可能为6.75 eV,选项D错误。故选B。
12.B　解析 该核反应方程为nSrXe+1n,故A错误;一个U核释放的能量为ΔE=90E1+136E2-235E0,故B正确,C错误;半衰期是大量放射性原子核衰变的统计规律,对少数原子核没有意义,故D错误。故选B。

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