高考物理一輪復習第12章波粒二象性原子結構與原子核第34講原子結構與原子核練習(含解析)

PAGEPAGE7第34講原子結構與原子核[解密考綱]綜合考查氫原子能級的躍遷、放射性元素的衰變、半衰期、核反應，以及質能方程、核反應方程的有關計算．1．(2019·黃山質檢)關于下列四幅圖的說法正確的是()A．圖甲中A處能觀察到大量的閃光點，B處能看到較多的閃光點，C處觀察不到閃光點B．圖乙中1為α射線，它的電離作用很強可消除靜電C．圖丙中處于基態(tài)的氫原子能吸收能量為10.4eV的光子而發(fā)生躍遷D．圖丁中用弧光燈照射原來就帶電的鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗電器的張角變大，說明鋅板原來帶負電B解析圖甲中A處能觀察到大量的閃光點，B處能看到較多的閃光點，在C處也可以觀察到很少的閃光點，選項A錯誤；根據(jù)左手定則可知，1帶正電，為α射線，α射線的電離作用很強，可消除靜電，選項B正確；吸收光子能量發(fā)生躍遷，吸收的光子能量需等于兩能級間的能級差，從基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷到n＝2能級，需要吸收的能量最小，吸收的能量為－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，即受10.2eV光子照射，可以從基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷到n＝2能級，10.4eV的光子不能被吸收，不能發(fā)生躍遷，選項C錯誤；圖中用弧光燈照射鋅板，鋅板上的電子逸出，鋅板帶上正電，發(fā)現(xiàn)驗電器的張角變大，說明原來就帶正電，選項D錯誤．2．(2019·河南天一大聯(lián)考高三期末)(多選)根據(jù)國家科技部2017年3月6日報道，迄今為止，科學家已經(jīng)成功檢測定位了納米晶體結構中的氫原子，按玻爾氫原子理論，氫原子的能級如圖所示，下列判斷正確的是()A．用光子能量為13.01eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，可觀測到多種不同頻率的光B．大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時，可能發(fā)出6條光譜線C．氫原子從第4激發(fā)態(tài)躍遷到第2激發(fā)態(tài)需要吸收光子D．氫原子的核外電子由高能級躍遷到低能級時，氫原子的電勢能減小，電子的動能增大BD解析氫原子發(fā)生能級躍遷吸收或放出的光子能量等于兩能級的能量差，選項A錯誤；大量處于在n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時可發(fā)出的光譜線條數(shù)為eq\f(nn－1,2)＝6條，選項B正確；第4激發(fā)態(tài)是n＝5的能級態(tài)，第2激發(fā)態(tài)為n＝3的能級態(tài)，氫原子由高能級態(tài)向低能級態(tài)躍遷時輻射光子，選項C錯誤；氫原子的核外電子由高能級躍遷到低能級時，軌道半徑減小，因電場力做正功，故氫原子電勢能減小，電子的動能增大，選項D正確．3．(2019·煙臺一模)下列說法正確的是()A．玻爾通過對氫原子光譜的研究建立了原子的核式結構模型B．某些原子核發(fā)生衰變時能夠放出β粒子，說明原子核內(nèi)有β粒子C．原子核反應中的質量虧損現(xiàn)象違反了能量守恒定律D．某種單色光照射某種金屬發(fā)生光電效應，若增大光照強度，則單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)增加D解析盧瑟福通過α粒子散射實驗建立了原子核式結構模型，玻爾將量子觀念引入原子領域，其理論能夠解釋氫原子光譜的特征，故選項A錯誤；β衰變中產(chǎn)生的β射線實際上是原子核中的中子轉變成質子，而放出電子，故選項B錯誤；核反應中的質量虧損現(xiàn)象遵循能量守恒定律，故選項C錯誤；發(fā)生光電效應時，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)隨入射光強度的增加而增加，故選項D正確．4．(2019·南平高三一模)下列說法正確的是()A．—束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，可能是因為這束光的光照強度太弱B．氫原子核外電子從半徑較大的軌道躍遷到半徑較小的軌道，電子的動能增大，但原子的能量減小C．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個電子D．鈾核裂變產(chǎn)物多樣，其中一種核反應方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nB解析能不能發(fā)生光電效應，和入射光的頻率有關，和入射光的強度無關，選項A錯誤；按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較大的軌道躍遷到半徑較小的軌道時，釋放光子，原子的能量減小，電子受到的庫侖力提供向心力，則eq\f(kQq,r2)＝eq\f(mv2,r)?Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(kQq,2r)，r越小，動能越大，選項B正確；β衰變的實質是原子核內(nèi)一個中子轉變?yōu)橐粋€質子和一個電子，電子釋放出來，不是來自核外電子，選項C錯誤；eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，選項D錯誤．5．(2019·聊城一模)下列說法正確的是()A．鈾核裂變的某種核反應方程是eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nB．已知質子、中子、α粒子的質量分別為m1、m2、m3，那么2個質子和2個中子結合成一個α粒子，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2C．盧瑟福通過α粒子散射實驗驗證了在原子核內(nèi)部存在質子D．一群處于n＝4能級態(tài)的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷的過程中能輻射12種不同頻率的電磁波B解析鈾核裂變的核反應是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，選項A錯誤；已知質子、中子、α粒子的質量分別為m1、m2、m3，那么2個質子和2個中子結合成一個α粒子，根據(jù)質能方程可得釋放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2，選項B正確；盧瑟福通過α粒子散射實驗驗證了原子核式結構模型，選項C錯誤；一群處于n＝4能級態(tài)的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷的過程中能輻射Ceq\o\al(2,4)＝6種不同頻率的電磁波，選項D錯誤．6．(2019·蘇北四市高三調研)(多選)下列說法正確的有()A．比結合能大的原子核分解成比結合能小的原子核時要吸收能量B．用紫光照射某金屬表面時發(fā)生光電效應，改用紅光照射時也一定能發(fā)生光電效應C．黑體輻射的強度隨溫度的升高而變大，且最大值向波長較短的方向移動D．改變壓強、溫度可改變放射性元素的半衰期AC解析比結合能大的原子核分解為比結合能小的原子核時，核子的總結合能減小，一定要吸收核能才能完成，選項A正確；用紫光照射某種金屬可以發(fā)生光電效應，可知紫光的頻率大于金屬的極限頻率，紅光的頻率小于紫光的頻率，用紅光照射不一定能產(chǎn)生光電效應，選項B錯誤；隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，選項C正確；半衰期由原子核本身決定，與外界因素無關，選項D錯誤．7.(多選)原子核的比結合能曲線如圖所示．根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()A.eq\o\al(4,2)He核的結合能約為14MeVB.eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定C．兩個eq\o\al(2,1)H核結合成eq\o\al(4,2)He核時釋放能量D.eq\o\al(235,92)U核中核子的平均結合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大BC解析由題圖可知，eq\o\al(4,2)He的比結合能為7MeV，因此它的結合能為7MeV×4＝28MeV，選項A錯誤；比結合能越大，表明原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，結合題圖可知，選項B正確；兩個比結合能小的eq\o\al(2,1)H核結合成比結合能大的eq\o\al(4,2)He時，會釋放能量，選項C正確；由題圖可知，eq\o\al(235,92)U的比結合能(即平均結合能)比eq\o\al(89,36)Kr的小，選項D錯誤．8．(2019·南昌重點中學模擬)下列說法正確的是()A．光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動量B．比結合能越大，原子核越不穩(wěn)定C．將由放射性元素組成的化合物進行高溫分解，會改變放射性元素的半衰期D．原子核的質量大于組成它的核子的質量之和，這個現(xiàn)象叫做質量虧損A解析光子像其他粒子一樣，不但具有粒子性，而且也有波動性，則不但具有能量，也具有動量，選項A正確；比結合能越大的原子核越穩(wěn)定，選項B錯誤；放射性元素的半衰期與外界因素沒有任何關系，只和本身性質有關，選項C錯誤；原子核的質量小于組成它的核子的質量之和，這個現(xiàn)象叫做質量虧損，選項D錯誤．9．(2019·承德期末)(多選)一個氘核(eq\o\al(2,1)H)與氚核(eq\o\al(3,1)H)反應生成一個新核同時放出一個中子，并釋放能量．下列說法正確的是()A．該核反應為裂變反應B．該新核的中子數(shù)為2C．氘核(eq\o\al(2,1)H)與氚核(eq\o\al(3,1)H)是兩種不同元素的原子核D．若該核反應釋放的核能為ΔE，真空中光速為c，則反應過程中的質量虧損為eq\f(ΔE,c2)BD解析一個氘核和一個氚核經(jīng)過核反應后生成一個氦核和一個中子，是質量數(shù)小的原子核聚變生成質量數(shù)大的原子核的過程，屬于輕核聚變，選項A錯誤；當一個氘核和一個氚核經(jīng)過核反應后生成一個氦核和一個中子時，由質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，核反應方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，新核的中子數(shù)為2，選項B正確；氘核(eq\o\al(2,1)H)與氚核(eq\o\al(3,1)H)是同種元素，不同中子數(shù)的原子核，是同位素，選項C錯誤；根據(jù)愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2，因此核反應過程中的質量虧損為eq\f(ΔE,c2)，選項D正確．10．(2019·丹東高三一模)下列說法錯誤的是()A．核反應方程eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋X中的“X”為中子B．在光電效應中，飽和電流的大小與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關C．釋放核能時必伴隨質量虧損，因為質量和能量有對應關系D．玻爾將量子觀念引入原子領域，其理論能夠解釋氫原子光譜的特征B解析根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒，知該核反應方程中的X電荷數(shù)為零，質量數(shù)為1，是中子，選項A正確；發(fā)生光電效應后，增加照射光電管的入射光的強度，電路中的光電流就一定增加，則飽和光電流的大小取決于入射光的強度，選項B錯誤；根據(jù)愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2，可知釋放核能的核反應必伴隨著質量虧損，選項C正確；玻爾將量子觀念引入原子領域，能夠很好解釋氫原子光譜，但不能解釋氦原子光譜特征，這就是玻爾理論的局限性，選項D正確．11．(2019·石家莊高三二模)如圖所示為氫原子的部分能級圖，則下列說法正確的是()A．氫原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后，核外電子動能增大，原子的電勢能減小B．大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子，向低能級躍遷時可輻射出2種不同頻率的光C．處于基態(tài)的氫原子可吸收能量為12.09eV的光子發(fā)生躍遷D．用氫原子n＝2躍遷到n＝1能級輻射出的光照射金屬鉑(逸出功為6.34eV)時不能發(fā)生光電效應C解析氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時，總能量變大，電子的軌道半徑變大，電子的速度減小，動能減小，電勢能增大，選項A錯誤；大量的氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時可輻射出n＝Ceq\o\al(2,3)＝3種不同頻率的光，選項B錯誤；大量處于基態(tài)的氫原子吸收了能量為12.09eV的光子后，氫原子能量為－1.51eV，躍遷到第3能級，選項C正確；用氫原子n＝2躍遷到n＝1能級，輻射出的光(10.20eV)照射金屬鉑(逸出功為6.34eV)時能發(fā)生光電效應，選項D錯誤．12．(2019·北京師大附中期末)太陽中含有大量的氘核，氘核不斷發(fā)生核反應放出核能，以光和熱的形式向外輻射．已知兩個氘核發(fā)生核反應可以產(chǎn)生一個新核，并放出一個中子．該新核質量為3.0150u，氘核質量為2.0136u，中子質量為1.0087u,1u的質量相當于931.5MeV的能量．(1)寫出該核反應方程式；(2)求核反應中釋放的核能；(結果保留三位有效數(shù)字)(3)若兩氘核以相等的動能0.35MeV進行對心碰撞，假設核能全部轉化為機械能，求反應后新核的動能．(結果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)由質量數(shù)和核電荷數(shù)守恒，寫出核反應方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.(2)反應過程中質量減少了Δm＝2×2.0136u－1.0087u－3.0150u＝0.0035u，反應過程中釋放的核能ΔE＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV.(3)設eq\o\al(1,0)n核和eq\o\al(3,2)He的動量分別為p1和p2，由動量守恒定律得0＝p1＋p2，由此得p1和p2大小相等，由動能和動量關系E＝eq\f(p2,2m)及eq\o\al(3,2)He核和eq\o\al(1,0)n質量關系得，中子的動能E1是eq\o\al(3,2)He核動能E2的3倍，即E1∶E2＝3∶1，由能量守恒定律得E1＋E2＝ΔE＋2×0.35，由以上可以算出E2＝0.99MeV.答案(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)3.26MeV(3)0.99MeV13．(2019·衡水中學期末)一個靜止的鈾核eq\o\al(232,92)U(原子質量為232.0372u)放出一個α粒子(原子質量為4.0026u)后衰變成釷核eq\o\al(228,90)Th(原子質量為228.0287u)．已知：原子質量單位1u＝1.67×10－27kg,1u相當于931MeV(計算結果均保留兩位小數(shù))．(1)寫出核衰變反應方程并計算該核反應釋放出的核能；(2)假設反應中釋放出的核能全部轉化為釷核和α粒子的動能，請計算釷核的動能大小．解析(1)eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，質量虧損Δm＝0.0059u，由愛因斯坦質能方程得ΔE＝Δmc2，ΔE≈5.50MeV.(2)系統(tǒng)動量守恒，釷核和α粒子的動量大小相等，即pTh＝pα，由EkTh＝eq\f(p\o\al(2,Th),2mTh)，Ekα＝eq\f(p\o\al(2,α),2mα)，得EkTh＋Ekα＝ΔE，所以釷核獲得的動能EkTh＝eq\f(mα,mα＋mTh)ΔE＝eq\f(4ΔE,4＋228)≈0.09MeV.答案(1)5.50MeV(2)0.09MeV14．在磁感應強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)