高中物理原子结构、原子核检测题

高中物理原子结构、原子核检测题

1．下列说法正确的是( )

A．γ射线比α射线的贯穿本领强

B．外界环境温度升高，原子核的半衰期变大

C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应

D．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子

解析：选A γ射线比α射线的贯穿本领强，选项A正确；外界环境不影响原子核的半衰期，选项B 错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应，选项C错误；β衰变是原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，与原子的外层电子无关，选项D错误。

2.232 90Th经过一系列α衰变和β衰变后变成208 82Pb，则208 82Pb比232 90Th少( )

A．16个中子，8个质子B．8个中子，16个质子

C．24个中子，8个质子D．8个中子，24个质子

解析：选A 208 82Pb比232 90Th质子数少(90－82)＝8个，核子数少(232－208)＝24个，所以中子数少(24－

8)＝16个，故A正确，B、C、D错误。

3．下列说法正确的是( )

A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量

B．比结合能越大，原子核越不稳定

C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期

D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损

解析：选 A 光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，而且也有波动性，则不但具有能量，也具有动量，故A正确；比结合能越大，原子核越稳定，B错误；放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，C错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误。

4．[多选](2019·天津高考)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”

2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人

类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法

正确的是( )

A．核聚变比核裂变更为安全、清洁

B．任何两个原子核都可以发生聚变

C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加

D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加

解析：选AD 与核裂变相比，轻核聚变没有放射性污染，安全、清洁，A正确；只有原子序数小的轻核才能发生聚变，B错误；轻核聚变成质量较大的原子核，比结合能增加、总质量减小，故C错误，D正确。

5.如图为氢原子的能级示意图，现有大量的氢原子处于n ＝4的激发态，当原

子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确

的是( )

A ．最容易发生衍射现象的光是由n ＝4能级跃迁到n ＝1能级产生的

B ．频率最小的光是由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级产生的

C ．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光

D ．用由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光去照射逸出功为6.34 eV 的金属铂能发生光电效应 解析：D 由n ＝4能级跃迁到n ＝3能级产生的光，能量最小，波长最长，因此最容易发生衍射现象，故A 错误；由能级差可知能量最小的光频率最小，是由n ＝4能级跃迁到n ＝3能级产生的，故B 错误；大量处于n ＝4能级的氢原子能发射n n －1

2＝6种频率的光，故C 错误；由n ＝2能级跃迁到n ＝1

能级辐射出的光的能量为ΔE ＝－3.4 eV －(－13.6) eV ＝10.2 eV ，大于6.34 eV ，能使金属铂发生光电效应，故D 正确。

6．[多选]一个铍原子核(7

4Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K 壳层的电子)后发生衰变，生成一个锂核(73Li)，并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe ，人们把这种衰变称为“K 俘获”。静止的铍核发生零“K 俘获”，其核反应方程为74Be ＋ 0－1e ―→73Li ＋νe 已知铍原子的质量为M Be ＝7.016 929 u ，锂原子的质量为M Li ＝7.016 004 u,1 u 相当于9.31×102 MeV 。下列说法正确的是( )

A ．中微子的质量数和电荷数均为零

B ．锂核(73Li)获得的动能约为0.86 MeV

C ．中微子与锂核(73Li)的动量之和等于反应前电子的动量

D ．中微子与锂核(73Li)的能量之和等于反应前电子的能量

解析：选AC 反应方程为74Be ＋ 0－1e ―→73Li ＋νe ，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A 正确；根据质能方程可知，ΔE ＝(7.016 929 u ＋m e －7.016 004)×9.31×102 MeV ≈0.86 MeV ，为释放的核能，不是锂核获得的动能，B 错误；衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核(73Li)的动量之和等于反应前电子的动量，C 正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核(73Li)的能量之和小于反应前电子的能量，D 错误。

7.已知金属钙的逸出功为2.7 eV ，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子

处于量子数n ＝4的能量状态，则( )

A ．氢原子可能辐射3种频率的光子

B ．氢原子可能辐射5种频率的光子

C ．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应

D ．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应

解析：选C 根据C 24＝6知，这群氢原子可能辐射6种频率的光子，故A 、B 错误。从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级辐射的光子能量为0.66 eV ，从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级辐射的光子能量为1.89 eV ，从n ＝4能级跃迁到n ＝2能级辐射的光子能量为2.55 eV ，均小于逸出功，不能发生光电效应，其余3种光子能量均大于2.7 eV ，所以这群氢原子辐射的光中有3种频率的光子能使钙发生光电效应，故C 正

确，D 错误。

8．(2019·湖南长沙一模)下列说法正确的是( )

A ．氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，吸收光子，电子的轨道半径增大

B.238 92U →234 90Th ＋42He 是核裂变方程，当铀块体积大于临界体积时，才能发生链式反应

C ．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的强度无关，与照射光的频率成正比

D ．α射线是高速运动的氦原子核，能够穿透几厘米厚的铅板

解析：选 A 根据波尔理论，氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，要吸收光子，电子的轨道半径增大，选项A 正确；238 92U →234 90Th ＋42He 是α衰变方程，不是核裂变方程，B 错误；根据光电效应方程，光电子的最大初动能为E k ＝h ν－W ，与频率ν不成正比，C 错误。α射线是高速运动的氦原子核，但是不能穿透几厘米厚的铅板，D 错误。

9. 垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a 、b 所示。由图可以判定( )

A ．该核发生的是α衰变

B ．该核发生的是β衰变

C ．磁场方向一定垂直纸面向里

D ．磁场方向一定垂直纸面向外

解析：选 B 原来静止的核，放出粒子后，总动量守恒，所以粒子和反冲核的速度方向一定相反，根据图示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷，故应为β衰变；由于不知它们的旋转方向，因而无法判定磁场是垂直纸面向里还是向外，故B 项正确。

10．(2020·江西名校联考)电子是我们高中物理中常见的一种微观粒子，下列有关电子说法正确的是

( )

A ．汤姆孙研究阴极射线时发现了电子，并准确测出了电子的电荷量

B ．光电效应实验中，逸出的光电子来源于金属中自由电子

C ．卢瑟福的原子核式结构模型认为核外电子的轨道半径是量子化的

D ．元素发生α衰变时，能够产生电子，并伴随着γ射线产生

解析：选 B 汤姆孙研究阴极射线时发现了电子，但电子的电荷量是由密立根油滴实验测出的，故选项A 错误；根据光电效应现象的定义可知光电效应实验中，逸出的光电子来源于金属中自由电子，故选项B 正确；玻尔理论认为电子轨道半径是量子化的，卢瑟福的原子核式结构模型认为在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，故选项C 错误；元素发生β衰变时，能够产生电子，并伴随着γ射线产生，故选项D 错误。

11．[多选]太阳能量的来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢

核(11H)结合成1个氦核同时放出2个正电子。下表中列出了部分粒子的质量? ??

??取1 u ＝16×10－26 kg 粒子名称

质子(p) α粒子 正电子(e) 中子(n)

质量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7

A ．核反应方程为411H →42He ＋201e

B ．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 kg

C ．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.43×10

－29 kg D ．聚变反应过程中释放的能量约为4.0×10－12 J

解析：选ACD 由核反应的质量数守恒及核电荷数守恒得411H →42He ＋201e ，故A 正确；反应中的质量亏

损为Δm ＝4m p －m α－2m e ＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55)u ＝0.026 6 u ＝4.43×10

－29 kg ，故C 正确，B 错误；由质能方程得ΔE ＝Δmc 2＝4.43×10－29×(3×108)2 J ≈4.0×10－12 J ，故D 正确。

12.(2020·沈阳检测)静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某

种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后

形成的轨迹如图所示(a 、b 表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是

( )

A.14 6C →42He ＋10 4Be

B.14 6C →01e ＋14 5B

C.14 6C →0－1e ＋14 7N

D.14 6C →21H ＋12 5B 解析：选A 设时间为t ，则12a 1t 2v 1t ＝2 ①，12a 2t 2v 2t ＝4 ②，而加速度a ＝qE m ，则①②得q 1m 1v 1∶q 2m 2v 2

＝1∶2，又因为动量守恒m 1v 1＝m 2v 2，故q 1∶q 2＝1∶2，故只有A 正确。

13．(2017·北京高考)在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变。放射出的α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R 。以m 、q 分别表示α粒子的质量和电荷量。

(1)放射性原子核用A

Z X 表示，新核的元素符号用Y 表示，写出该α衰变的核反应方程。

(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小。

(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M ，求衰变过程的质量亏损Δm 。

解析：(1)α衰变的核反应方程：A Z X ―→A －4Z －2Y ＋42He 。

(2)设α粒子的速度大小为v ， 由qvB ＝m v 2R ，T ＝2πR v

，得 α粒子在磁场中运动周期T ＝2πm qB

环形电流大小I ＝q T ＝q 2B 2πm

。 (3)由qvB ＝m v 2R ，得v ＝qBR m

设衰变后新核Y 的速度大小为v ′，系统动量守恒

Mv ′－mv ＝0

v ′＝mv M ＝qBR M 由Δmc 2＝12Mv ′2＋12

mv 2 得Δm ＝M ＋m

qBR 22mMc 2。

说明：若利用M ＝A －44

m 解答，亦可。 答案：(1)A Z X ―→A －4

Z －2Y ＋4

2He

(2)2πm qB q 2B 2πm (3)M ＋m qBR 22mMc 2