(江苏专用)2020高考物理复习专题五动量与原子物理学第三讲原子结构与原子核——课前自测诊断卷【带答案】

第三讲原子结构与原子核

——课前自测诊断卷

考点一原子结构与原子光谱

1.[考查α

如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是( )

A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据

B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性

C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转

D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转

解析：选A 卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D错误。

2．[考查对玻尔理论及氢原子能级的理解]

下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法，正确的是( )

A．原子中的电子在某一定态时，电子做加速运动，向外辐射能量

B．原子中的电子运行轨道分布是连续的

C．由氢原子能级示意图知，处于基态的氢原子至少要吸收13.6 eV的能量才能发生电离D．氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级时，氢原子的能量一定增大

解析：选C 原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量，故A错误。原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故B错误。由氢原子能级示意图知，处于基态的氢原子至少要吸收13.6 eV的能量才能发生电离，故C正确。氢原子的核外电子由高能级向低能级跃迁时释放能量，能量减少；若从低能级向高能级跃迁，则要吸收能量，能量增大，故D 错误。

3．[考查氢原子能级分布图及其应用]

[多选]如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出10种不同频率的光子。其中莱曼系是指氢原子由高能级向n＝1能级跃迁时释放的光子，则( )

A．10种光子中波长最短的是从n＝5激发态跃迁到基态时产生的

B．10种光子中有4种属于莱曼系

C．使n＝5能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量

D．从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量等于从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量

解析：选AB n＝5激发态跃迁到基态时产生的光子的能量最大，频率最大，所以波长最短，故A正确；由题意

知，从n ＝5、4、3、2激发态跃迁到n ＝1时发出的4种光子属于莱曼系，故B 正确；由题图知，n ＝5能级的电离能为0.54 eV ，所以C 错误；从n ＝2能级跃迁到基态释放光子的能量大于从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级释放光子的能量，所以D 错误。

4．[考查氢原子能级跃迁理论]

[多选]图示为氢原子的能级图，现有一群处于n ＝3激发态的氢原子，则这些原子跃迁时

( )

A ．能发出3种不同频率的光子

B ．发出的光子最小能量是0.66 eV

C ．发出的光子最大能量是12.75 eV

D ．由n ＝3能级跃迁到n ＝1能级时发出的光子频率最高

解析：选AD 一群处于n ＝3激发态的氢原子，可能发出C 2

3＝3种不同频率的光子，故A 正确；由n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时发出的光子能量最小，则光子频率也最小，最小能量为(－1.51 eV)－(－3.4 eV)＝1.89 eV ，故B 错误；由n ＝3能级向n ＝1能级跃迁时发出的光子能量最大，则光子频率也最大，波长最小。最大能量为(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV ，故C 错误，D 正确。

5．[考查氢原子跃迁和电离]

氢原子处于基态时，原子的能量为E 1＝－13.6 eV ，当处于激发态时，能量为E n ＝E 1

n

2(普朗克常量h ＝6.63×10－34

J·s，真空中光速c ＝3.0×108

m/s)。

(1)若有大量的氢原子处于n ＝4的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？

(2)当氢原子从n ＝3的激发态跃迁到n ＝1的基态时，向外辐射光子的波长是多少？(结果保留3位有效数字) (3)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？(结果保留3位有效数字) 解析：(1)有大量的氢原子处于n ＝4的激发态，则在跃迁过程中可能释放出C 42

＝6种频率的光子。 (2)由跃迁方程得hν＝E 3－E 1 又有c ＝λν，E 3＝E 1

3

2，

联立解得向外辐射光子的波长是λ＝1.03×10－7

m 。

(3)要使处于基态的氢原子电离，入射光子必须满足hν≥0－E 1

代入数据解得ν＝－E 1h ＝－－13.6×1.6×10－19

6.63×10

－34

Hz≈3.28×1015

Hz 。 答案：(1)6种 (2)1.03×10－7 m (3)3.28×1015

Hz

考点二

原子核的衰变 半衰期

6.[考查物理学史]

在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法不符合历史事实的是( ) A ．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值

B ．贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核

C ．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素

D．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷

解析：选B 密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值，故A正确；贝可勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，α粒子散射实验说明原子中存在原子核，故B错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素，故C正确；汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷，故D正确。

7．[考查三种射线的特点]

如图是卢瑟福设计的一个实验：他在铅块上钻了一个小孔，孔内放入一点镭，使射线只能从这个小孔里发出，随后他将射线引入磁场中，发现射线立即分成三束，他把三束射线分别命名为α射线、β射线、γ射线。基于对这三种射线的深入分析，卢瑟福获得了1907年的诺贝尔奖。以下对这三束射线描述准确的是( )

A．α射线的穿透能力最弱，容易被物体吸收

B．β射线在真空中的运动速度是光速

C．γ射线本质上是波长极短的电磁波，电离能力极强

D．β射线带负电，是来自镭原子的核外电子

解析：选A 穿透能力最弱是α射线，电离作用强，容易被物体吸收，故A正确；β射线的速度约是光速的十分之九，故B错误；γ射线是一种波长很短的电磁波，电离能力极弱，故C错误；β射线(高速电子流)带负电，是由一个中子转化成一个质子后转化而来的，故D错误。

8．[考查α、β衰变次数的计算]

在一个238 92U原子核衰变为一个206 82Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为( )

A．6次B．10次

C．22次D．32次

解析：选A 一个238 92U原子核衰变为一个206 82Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A正确。

9．[考查对半衰期概念的理解]

[多选]地球年龄有多大？一直是科学研究的问题，其中一种方法是利用天然放射性元素的衰变规律探测。通过对古老岩石中铀和铅的含量的测定，设铀核衰变后全部变成铅核，通过计算推出该岩石中含有的铀是岩石形成初期的一半，铀238的相对含量随时间变化关系如图，由此可判断( )

A．铀238的半衰期为90亿年

B．地球年龄大约45亿年

C．被测定的岩石在90亿年后铀、铅粒子比例约为1∶4

D．被测定的岩石在90亿年后铀、铅粒子比例约为1∶3

解析：选BD 由于测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时的一半，由图像可知对应的时间是45亿年，即地球年龄大约为45亿年，半衰期为45亿年，故A错误，B正确；设被测定的岩石在90亿年后铀原子的数目为N，铅原

子的数目为N 1，则

N

N ＋N 1＝14，可得：N N 1＝1

3

，即铀、铅粒子数之比为1∶3，故C 错误，D 正确。 考点三

核反应方程与核能计算

10.[考查核反应的分类]

对下列各原子核变化的方程，表述正确的是( ) A.3

1H ＋2

1H→4

2He ＋1

0n 是核聚变反应 B.3

1H ＋2

1H→4

2He ＋1

0n 是α衰变 C.82

34Se→82

36Kr ＋2 0

－1e 是核裂变反应 D.235

92U ＋1

0n→140

54Xe ＋94

38Sr ＋21

0n 是β衰变

解析：选A 3

1H ＋2

1H→4

2He ＋1

0n ，属于核聚变反应，A 正确，B 错误；82

34Se→82

36Kr ＋2 0

－1e 是β衰变，C 错误；235

92U ＋1

0n→140

54

Xe ＋94

38Sr ＋21

0n 是核裂变反应，D 错误。

11．[考查核反应方程]

(2019·江苏高考)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击60

28Ni 核也打出了质子：4

2He ＋60

28Ni→62

29Cu ＋1

1H ＋X ，该反应中的X 是________(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是__________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。

解析：设X 的质量数为A ，质子数为Z ，即A

Z X ，由质量数守恒得A ＝4＋60－62－1＝1，由电荷数守恒得Z ＝2＋28－29－1＝0，则知X 是中子；目前人类获得核能的主要方式是重核的裂变。

答案：中子 核裂变 12．[考查裂变与质能方程]

[多选]核电站中采用反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能。反应堆中一种可能的核反应方程式是

235

92

U ＋10n→143 60Nd ＋90

40Zr ＋x ＋y ，设U 核质量为m 1，中子质量为m 2，Nd 核质量为m 3，Zr 核质量为m 4，x 质量为m 5，y 质量

为m 6，那么，在所给的核反应中( )

A ．x 可能是32

1H ，y 可能是11 0

－1e B ．x 可能是31

0n ，y 可能是8 0

－1e

C ．释放的核能为(m 1＋m 2－m 3－m 4－m 5－m 6)c 2

D ．释放的核能为(m 3＋m 4＋m 5＋m 6＋m 1－m 2)c 2

解析：选BC 根据质量数和电荷数守恒，若x 是32

1H ，y 是11 0

－1e ，则质量数不守恒，若x 是31

0n ，y 是8 0

－1e ，则都满足，故A 错误B 正确；根据质能方程可知释放的核能为(m 1＋m 2－m 3－m 4－m 5－m 6)c 2

，故C 正确D 错误。

13．[考查轻核聚变与质能方程]

[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(1

1H)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 －mα－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＝Δmc2＝4.43×10－29×(3× 108)2J≈4.0×10－12 J，故D正确。

14．[考查比结合能曲线]

[多选](2017·江苏高考)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有( )

A.42He核的结合能约为14 MeV

B.42He核比63Li核更稳定

C．两个21H核结合成42He核时释放能量

D.235 92U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大

解析：选BC 由题图可知，42He的比结合能为7 MeV，因此它的结合能为7 MeV×4＝28 MeV，A项错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B项正确；两个比结合能小的21H核结合成比结合能大的42He时，会释放能量，C项正确；由题图可知，235 92U的比结合能(即平均结合能)比8936Kr的小，D项错误。