2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十二章 第2節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與原子核練習(xí)（含解析）

第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)與原子核1.以下是有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述,其中正確的是(B)A.粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子核內(nèi)部的復(fù)雜性B.光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光具有粒子性C.紫外線照射到金屬鋅板表面時(shí)能產(chǎn)生光電效應(yīng),當(dāng)增大紫外線的照射強(qiáng)度時(shí),從鋅板表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能也隨之增大D.處于基態(tài)的氫原子最不穩(wěn)定解析:粒子散射實(shí)驗(yàn)表明,原子絕大多數(shù)的質(zhì)量集中在很小的原子中心,天然放射現(xiàn)象揭示了原子核內(nèi)部的復(fù)雜性,故A錯(cuò)誤;光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有粒子性,故B正確;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek= h-W0,逸出的光電子的最大初動(dòng)能與照射光的頻率有關(guān),而與照射強(qiáng)度無關(guān),故C錯(cuò)誤;處于基態(tài)的氫原子最穩(wěn)定,處于高能級激發(fā)態(tài)的氫原子不穩(wěn)定,總要向低能級激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷,故D錯(cuò)誤.2.(2018·黑龍江哈爾濱六中二模)(多選)某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長為1.5×10-6 m,功率為5.0×10-3 W的連續(xù)激光.已知可見光波長的數(shù)量級為10-7 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,該激光器發(fā)出的(BD)A.是紫外線B.是紅外線C.光子能量約為1.3×10-13 JD.光子數(shù)約為每秒3.8×1016個(gè)解析:該激光的波長比可見光波長長,因此是紅外線,A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)=解得= Hz=2×1014 Hz.光子能量=h=1.326×10-19 J,故C錯(cuò)誤;光子數(shù)n=3.8×1016(個(gè)),故D正確.3.(2019·江西上饒六校聯(lián)考)PET(正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像)的基本原理是將放射性同位素O注入人體,參與人體的代謝過程O在人體內(nèi)衰變放出正電子,與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子,被探測器探測到,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖像.根據(jù)PET原理,下列說法正確的是(B)A.O的衰變方程為OFeB.將放射性同位素O注入人體O的主要用途是作為示蹤原子C.一對正負(fù)電子湮滅后也可能只生成一個(gè)光子D.PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較長解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得O的衰變方程為ONe,故A錯(cuò)誤;將放射性同位素O注入人體O的主要用途是作為示蹤原子,故B正確;一對正負(fù)電子湮滅后動(dòng)量為零,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,湮滅后的系統(tǒng)也必須動(dòng)量為零,因此必定是兩個(gè)光子,故C錯(cuò)誤;PET中所選的放射性同位素需要在人體內(nèi)衰變,故其半衰期較短為好,D 錯(cuò)誤.4.(2018·廣東廣州二模)氫原子第n能級的能量為En=(n=1,2, 3,),其中E1是基態(tài)能量.若氫原子從第k能級躍遷到第p能級,輻射的能量為-E1,第p能級比基態(tài)能量高-E1,則(A)A.k=3,p=2B.k=4,p=3C.k=5,p=3D.k=6,p=2解析:氫原子在第k能級的能量為,氫原子在第p能級的能量為,有-=-E1,-E1=-E1,解得k=3,p=2,故A正確.5.(2019·四川樂山調(diào)研)某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論,其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為H+N+Q1HNC+X+Q2;方程中Q1,Q2表示釋放的能量,相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表,下列判斷正確的是(B)原子核HHeHeCNN質(zhì)量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1A.X是He,Q2>Q1 B.X是He,Q2>Q1C.X是He,Q2<Q1 D.X是He,Q2<Q1解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得HNCHe+Q2;根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得,Q1=m1c2,Q2=m2c2,根據(jù)m1=(1.007 8+12.000 0- 13.005 7)u=0.002 1 u,m2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6)u=0.005 3 u,故Q2>Q1,B正確.6.(2019·四川綿陽南山中學(xué)模擬)2018年8月23日,國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施中國散裂中子源項(xiàng)目在東莞順利通過國家驗(yàn)收,正式投入運(yùn)行.對于有關(guān)中子的研究,下面說法正確的是(A)A.中子和其他微觀粒子,都具有波粒二象性B.一個(gè)氘核和一個(gè)氚核經(jīng)過核反應(yīng)后生成氦核和中子是裂變反應(yīng)C.盧瑟福通過分析粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子D.核反應(yīng)方程PoXHe中的y=206,X的中子個(gè)數(shù)為128解析:所有粒子都具有波粒二象性,A正確;裂變是較重的原子核分裂成較輕原子核的反應(yīng),而B項(xiàng)中的核反應(yīng)是較輕的原子核的聚變反應(yīng),B錯(cuò)誤;盧瑟福通過分析粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,查德威克通過粒子轟擊鈹核Be)獲得碳核C)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中子,C錯(cuò)誤;y=210-4=206,X的中子個(gè)數(shù)為206-82=124,D錯(cuò)誤.7.(2019·廣東深圳模擬)某些放射性元素如Np的半衰期很短,在自然界很難被發(fā)現(xiàn),可以在實(shí)驗(yàn)室使用人工的方法發(fā)現(xiàn).已知Np經(jīng)過一系列衰變和衰變后變成Bi,下列說法正確的是(C)A.Bi的原子核比Np的原子核少28個(gè)中子B.衰變過程中共發(fā)生了4次衰變和7次衰變C.衰變過程中共有4個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子D.若Bi繼續(xù)衰變成新核Bi,只需放出一個(gè)粒子解析Bi的原子核比Np少10個(gè)質(zhì)子,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)總共少237-209=28,故Bi的原子核比Np少18個(gè)中子,故A錯(cuò)誤;設(shè)Np衰變?yōu)锽i需要經(jīng)過x次衰變和y次衰變,根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,有93=2x-y+83,4x=237-209,解得x=7,y=4,即衰變過程中共發(fā)生了7次衰變和4次衰變,故B錯(cuò)誤;衰變過程中共發(fā)生了7次衰變和4次衰變,所以衰變過程中共有4個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子,故C正確;根據(jù)衰變前后質(zhì)量數(shù)守恒可知,D錯(cuò)誤.8.室內(nèi)裝修污染四大有害氣體是苯系物、甲醛、氨氣和氡.氡存在于建筑水泥、礦渣磚、裝飾石材及土壤中.氡看不到,嗅不到,即使在氡濃度很高的環(huán)境里,人們對它也毫無感覺.氡進(jìn)入人的呼吸系統(tǒng)能誘發(fā)肺癌,是除吸煙外導(dǎo)致肺癌的第二大因素.靜止的氡核Rn放出某種粒子X后變成釙核Po,粒子X的動(dòng)能為Ek1,若衰變放出的能量全部變成釙核和粒子X的動(dòng)能.試回答以下問題:(1)寫出上述衰變的核反應(yīng)方程(請用物理學(xué)上規(guī)定的符號(hào)表示粒 子X);(2)求釙核的動(dòng)能Ek2.解析:(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得,該核反應(yīng)方程為Rn PoHe.(2)設(shè)粒子X的質(zhì)量為m1、速度為v1,釙核的質(zhì)量為m2、速度為v2根據(jù)動(dòng)量守恒定律,有0=m1v1-m2v2釙核的動(dòng)能Ek2=m1=.答案:(1RnPoHe(2)9.(多選)如圖所示是氫原子的能級圖,大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時(shí),一共可以輻射出6種不同頻率的光子,其中巴耳末系是指氫原子由高能級向n=2能級躍遷時(shí)釋放的光子,則(BC)A.6種光子中波長最長的是n=4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的B.在6種光子中,從n=4能級躍遷到n=1能級釋放的光子康普頓效應(yīng)最明顯C.使n=4能級的氫原子電離至少要0.85 eV的能量D.若從n=2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng),則從n=3能級躍遷到n=2能級釋放的光子也一定能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng)解析:n=4激發(fā)態(tài)躍遷到n=3激發(fā)態(tài)時(shí)產(chǎn)生光子的能量最小,根據(jù)E=知,波長最長,故A錯(cuò)誤;根據(jù)氫光譜的特點(diǎn)可知,從n=4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生光子的能量最大,根據(jù)E=知,波長最短,粒子性最明顯,康普頓效應(yīng)最明顯,故B正確;n=4能級的氫原子具有的能量為-0.85 eV,故要使其發(fā)生電離,能量變?yōu)?,至少需要0.85 eV的能量,故C正確;從n=2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能量為-3.4 eV-(-13.6 eV) =10.2 eV,能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng),從n=3能級躍遷到n=2能級釋放的光子能量為-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV<10.2 eV,不一定能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng),D錯(cuò)誤.10.(2018·天津南開區(qū)二模)太陽內(nèi)部不斷地發(fā)生著熱核反應(yīng),質(zhì)量減少.核反應(yīng)方程是HHe+2X,這個(gè)核反應(yīng)釋放出大量核能.已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1,m2,m3,真空中的光速為c.下列說法中正確的是(D)A.方程中的X表示中子nB.方程中的X表示電子eC.這個(gè)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損m=4m1-m2D.這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能E=(4m1-m2-2m3)c2解析:根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可以知道,X是e,故A,B錯(cuò);核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損m=4m1-m2-2m3,故C錯(cuò)誤;這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能E=(4m1-m2-2m3)c2,故D正確.11.(多選)關(guān)于核反應(yīng)方程ThPa+X+E(E為釋放出的核能,X為新生成的粒子),已知Th的半衰期為T,則下列說法正確的是(ABC)A.Th的半衰期T由原子核內(nèi)部的因素決定,跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)BPa比Th少1個(gè)中子,X粒子是從原子核中射出的,此核反應(yīng)為衰變C.N個(gè)Th經(jīng)2T時(shí)間因發(fā)生上述核反應(yīng)而放出的核能為NE(N數(shù)值很大)DTh的比結(jié)合能為解析:原子核的半衰期T由原子核內(nèi)部的因素決定,跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān),故A正確;由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知X的質(zhì)量數(shù)是0,電荷數(shù)是-1,為電子,是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子而釋放一個(gè)電子,為衰變,故B正確;經(jīng)2T時(shí)間還剩余四分之一沒衰變,發(fā)生上述核反應(yīng)而放出的核能為NE,故C正確Pa的比結(jié)合能是234個(gè)核子結(jié)合成Pa時(shí)放出的能量,該能量不是它衰變時(shí)放出的能量E,所以Pa的比結(jié)合能不是Th的比結(jié)合能也不是,故D錯(cuò)誤.12.(2019·河北保定模擬)在勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)原來靜止的碳14原子核,它放射出的粒子與反沖核的徑跡是兩個(gè)內(nèi)切的圓,兩圓的直徑之比為71,如圖所示,那么碳14的衰變方程為(D)ACeB BCHeBeCCHB DCeN解析:原子核的衰變過程滿足動(dòng)量守恒,粒子與反沖核的速度方向相反,根據(jù)左手定則判斷得知,粒子與反沖核的電性相反,則知粒子帶負(fù)電,所以該衰變是衰變,此粒子是粒子,即電子.兩帶電粒子動(dòng)量大小相等,方向相反,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,有m1v1=m2v2,由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式r=可得,r與q成反比.由題意,大圓與小圓的直徑之比為71,半徑之比為71,則粒子與反沖核的電荷量之比為17.反沖核的電荷量為7e,電荷數(shù)是7,其符號(hào)為N.碳14的衰變方程為CeN,故D正確.13.(2019·江西上饒模擬)用一個(gè)中子轟擊U,可發(fā)生裂變反應(yīng)生成Ba和Kr,已知U的質(zhì)量為 235.043 9 u,Ba的質(zhì)量為140.913 9 uKr的質(zhì)量為91.897 3 u,中子質(zhì)量為1.008 7 u,1 u相當(dāng)于931 MeV.(1)請寫出裂變中的核反應(yīng)方程;(2)求一個(gè)U在裂變反應(yīng)中釋放的核能;(3)求1 U全部反應(yīng)釋放的能量.解析:(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得,該核反應(yīng)方程為Un BaKr+n.(2)反應(yīng)前后質(zhì)量虧損為m=235.043 9 u+1.008 7 u-140.913 9 u- 91.897 3 u-3×1.008 7 u=0.215 3 u釋放的能量為E=0.215 3×931 MeV=200 MeV.(3)1 U的物質(zhì)的量為n= mol=4.26×10-3 mol,1 U個(gè)數(shù)為N=4.26×10-3×6.02×1023=2.56×1021(個(gè))因此,1 U完全裂變時(shí)釋放的能量E=2.56×1021×200 MeV=5.12×1023MeV.答案:(1UnBaKr+n(2)200 MeV(3)5.12×1023 MeV- 6 -