2019届高考物理江苏专版一轮复习课时检测(三十九) 原子结构与原子核 Word版含解析

课时跟踪检测（三十九）原子结构与原子核

对点训练:原子的核式结构

1.如图所示为卢瑟福的粒子散射实验的经典

再现,用放射性元素发出的粒子轰击金箔,用显微

镜观测在环形荧光屏上所产生的亮点,根据实验现象,下列分析正确的是()

A、在荧光屏上形成的亮点是由α粒子在金箔上打出的电子产生的

B、原子核应该带负电

C、在荧光屏上观测到极少数的α粒子发生了大角度的偏转

D、该实验中α粒子由于和电子发生碰撞而发生了大角度的偏转

解析:选C在荧光屏上形成的亮点是由α粒子打在荧光屏上产生的,故A错误；原子核带正电,故B错误；当α粒子穿过原子时,电子对α粒子影响很小,影响α粒子运动的主要是原子核,离核较远时,α粒子受到的库仑斥力很小,运动方向改变量较小.只有当α粒子与原子核十分接近时,才会受到很大库仑斥力,而原子核很小,所以α粒子接近原子核的机会就很少,所以只有极少数α粒子发生大角度的偏转,而绝大多数基本按直线方向前进,故C正确,D错误.

2、如图为卢瑟福的α粒子散射实验,①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹,则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为()

A、轨迹a

B、轨迹b

C、轨迹c

D、轨迹d

解析:选A卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型,正电荷全部集中在原子核内,α粒子带正电,同种电荷相互排斥,所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a,因离原子核越近,受到的库仑斥力越强,则偏转程度越强,故A正确,B、C、D 错误.

3、[多选](2016·天津高考)物理学家通过对实验的深入观察和研究,获得正确的科学认知,推动物理学的发展.下列说法符合事实的是()

A、赫兹通过一系列实验,证实了麦克斯韦关于光的电磁理论

B、查德威克用α粒子轰击147N获得反冲核178O,发现了中子

C、贝克勒尔发现的天然放射性现象,说明原子核有复杂结构

D、卢瑟福通过对阴极射线的研究,提出了原子核式结构模型

解析:选AC麦克斯韦曾提出光是电磁波,赫兹通过实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论,选项A正确；查德威克用α粒子轰击94Be,获得反冲核126C,发现了中子,选项B错误；贝克勒尔发现了天然放射现象,说明原子核有复杂的结构,选项C正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究,提出了原子核式结构模型,选项D错误.

对点训练:原子能级跃迁规律

4、[多选](2018·南京模拟)下列说法中正确的是()

A、一群氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁,最多可放出两种频率的光子

B、由于每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质

C、实际上,原子中的电子没有确定的轨道,但在空间各处出现的概率具有一定的规律

D、α粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的

解析:选BC一群氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁,可能放出3种不同频率的光子,故A错误.每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质,称为光谱分析,故B正确.原子中的电子没有确定的轨道,在空间各处出现的概率具有一定的规律,故C 正确.α粒子散射实验,揭示了原子的核式结构模型,认为电子绕核旋转,根据经典理论,可知向外辐射能量,轨道半径连续减小,辐射的能量连续,故D错误.

5.[多选]如图所示是氢原子能级图,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n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量

解析:选AB10种光子中,从n＝5跃迁到基态辐射的光子能量最大,频率最大,波长最短,故A正确；10种光子中,由高能级向基态跃迁的分别为n＝5,n＝4,n＝3和n＝2,故B正确；n＝5能级的氢原子具有的能量为－0.54 eV,故要使其发生电离,至少需要0.54 eV的能量,故C错误；根据玻尔理论,从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量:ΔE1＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV,从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量:ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV,二者不相等,故D错误.

6、[多选](2018·安徽师大附中二模)已知氢原子的基态能量为E1,n＝2、3能级所对应的能量分别为E2和E3,大量处于第3 能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子,依据玻尔理论,下列说法正确的是()

A、产生的光子的最大频率为E3－E2

h

B、当氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时,对应的电子的轨道半径变小,能量也变小

C、若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照到该金属表面时,逸出的光电子的最大初动能为E3－E2

D、若要使处于能级n＝3的氢原子电离,可以采用两种方法:一是用能量为－E3的电子撞击氢原子,二是用能量为－E3的光子照射氢原子

解析:选BC大量处于能级n＝3的氢原子向低能级跃迁能产生

3种不同频率的光子,产生光子的最大频率为E3－E1

h；当氢原子从能级

n＝2跃迁到n＝1时,能量减小,电子离原子核更近,电子轨道半径变小；若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,由光电效应方程可知,该金属的逸出功恰好等于E2－E1,则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照射该金属时,逸出光电子的最大初动能为E3－E1－(E2－E1)＝E3－E2；电子是有质量的,撞击氢原子是发生弹性碰撞,由于电子和氢原子质量不同,故电子不能把－E3的能量完全传递给氢原子,因此不能使氢原子完全电离,而光子的能量可以完全被氢原子吸收.综上所述,B、C正确.

对点训练:原子核的衰变规律

7、[多选](2018·扬州模拟)将某种放射性元素制成核电池,带到火星上去工作.已知火星上的温度、压强等环境因素与地球上有很大差别,下列说法正确的是()

A、该放射性元素到火星上之后,半衰期发生变化

B、该放射性元素到火星上之后,半衰期不变

C、若该放射性元素的半衰期为T年,经过2T年,该放射性元素还剩余12.5%

D、若该放射性元素的半衰期为T年,经过3T年,该放射性元素还剩余12.5%

解析:选BD原子核的衰变是由原子核内部因素决定的,与外界环境无关,因此半衰期不发生变化,故A错误,B正确；该元素还剩余

12.5%＝1

8,根据m＝?

?

?

?

?1

2

n·m

,可知经过了3个半衰期,所以经过了3T年,

故C错误,D正确.

8、下列说法正确的是()

A.23892U衰变为23491Pa要经过2次α衰变和1次β衰变

B、β射线与γ射线一样都是电磁波,但β射线的穿透本领远比γ射线弱

C、放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关

D、天然放射性现象使人类首次认识到原子核可分

解析:选D23892U衰变为23491Pa,质量数减小4,所以α衰变的次数为1次,故A错误；β射线的实质是电子流,γ射线的实质是电磁波,γ射线的穿透本领比较强,故B错误；根据半衰期的特点可知,放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关,故C错误；天然放射现象是原子核内部自发的放射出α粒子或电子的现象,反应的过程中核内核子数、质子数、中子数发生变化,涉及到原子核内部的变

化,所以天然放射性现象使人类首次认识到原子核可分,故D 正确.

9、(2018·玉林模拟)下列说法中正确的是( )

A 、钍的半衰期为24天,1 g 钍234 90Th 经过120天后还剩0.2 g 钍

B 、一单色光照到某金属表面时,有光电子从金属表面逸出,只延长入射光照射时间,光电子的最大初动能将增加

C 、放射性同位素234 90Th 经α、β衰变会生成222 86Rn,其中经过了3

次α衰变和2次β衰变

D 、大量处于n ＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时,最多可产生4种不同频率的光子

解析:选C 钍的半衰期为24天,1 g 钍234 90Th 经过120天后,发生5

个半衰期,1 g 钍经过120天后还剩m ＝m 0? ??

??125＝0.031 25 g,故A 错误.光电效应中,依据光电效应方程E km ＝hν－W ,可知,光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定,与入射光照射时间长短无关,故B 错

误.钍234 90Th 衰变成氡222 86Rn,可知质量数少12,电荷数少4,因为经过一次

α衰变,电荷数少2,质量数少4,经过一次β衰变,电荷数多1,质量数不变,可知经过3次α衰变,2次β衰变,故C 正确.大量处于n ＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时,最多可产生C 24＝6种不同频率的光子,故D 错误.

10、[多选]下列说法中正确的是( )

A 、放射性元素发生一次β衰变,原子序数增加1

B.235 92U 的半衰期约为7亿年,随地球环境的变化,其半衰期可能变短

C 、卢瑟福的α散射实验可以估测原子核的大小

D 、若氢原子从n ＝6能级向n ＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应,则氢原子从n ＝6能级向n ＝2能级跃迁时辐射

出的光能使该金属发生光电效应

解析:选AC一次β衰变后电荷数增加1,质量数不变,所以原子序数增加1,故A正确.半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的,与原子所处的物理、化学状态无关.所以随地球环境的变化,其半衰期不变,故B错误.α粒子穿过原子时,电子对α粒子运动的影响很小,影响α粒子运动的主要是带正电的原子核.而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远,受到的库仑斥力很小,运动方向几乎没有改变,只有极少数α粒子可能与核十分接近,受到较大的库仑斥力,才会发生大角度的偏转,根据α粒子散射实验,可以估算出原子核的直径约为10－15～10－14 m,原子直径大约是10－10 m,故C正确.若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应,说明从n ＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光的频率小于金属的极限频率,从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光比从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光的频率还小,所以更不能发生光电效应,故D错误.

对点训练:核反应方程与核能计算

11、[多选](2018·枣庄二中高考模拟)科学家利用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为:X＋Y→42He＋31 H＋4.9 MeV和21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV.下列表述正确的有()

A、X是中子

B、Y的质子数是3,中子数是6

C、两个核反应都没有出现质量亏损

D、氘和氚的核反应是核聚变反应

解析:选AD根据核反应方程:21H＋31H→42He＋X,X的质量数:m1＝2＋3－4＝1,核电荷数:z1＝1＋1－2＝0,所以X是中子,故A正确；

根据核反应方程:X＋Y→42He＋31H,X是中子,所以Y的质量数:m2＝4＋3－1＝6,核电荷数:z2＝2＋1－0＝3,所以Y的质子数是3,中子数是3,故B错误；根据两个核反应方程可知,都有大量的能量释放出来,所以一定都有质量亏损,故C错误；氘和氚的核反应过程中是质量比较小的核生成质量比较大的新核,所以是核聚变反应,故D正确.

12、[多选](2018·自贡模拟)一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个γ光子.已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c.下列说法正确的是()

A、核反应方程是11H＋10n→31H＋γ

B、聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3

C、辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2

D、γ光子的波长λ＝

h

(m1＋m2－m3)c

解析:选BD选项A中核反应方程质量数不守恒,故A错误；聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3,故B正确；聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出,故光子能量为E＝(m1＋m2－

m3)c2,故C错误；根据E＝hc

λ＝(m1＋m2－m3)c

2,得光子的波长为:λ＝

h

(m1＋m2－m3)c

,故D正确.

13、[多选](2018·镇江模拟)我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球,并用于“嫦娥三号”的着陆器和月球车上,核电池是通过半导体换能器,将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转变为电能.“嫦娥三号”采用放射性同位素23994Pu,静止的23994Pu衰变为铀核23592 U和α粒子,并放出频率为ν的γ光子,已知23994Pu、23592U和α粒子的质量分别为m Pu、m U、mα.下列说法正确的是()

A.23994Pu的衰变方程为23994Pu→23592U＋42He＋γ

B、此核反应过程中质量亏损为Δm＝m Pu－m U－mα

C、释放出的γ光子的能量为(m Pu－m U－mα)c2

D、反应后23592U和α粒子结合能之和比23994Pu的结合能大

解析:选ABD根据质量数守恒与电荷数守恒可知,23994Pu的衰变方程为23994Pu→23592U＋42He＋γ,故A正确；此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差,为Δm＝m Pu－m U－mα,故B正确；释放的γ光子的能量为hν,核反应的过程中释放的能量:E＝(m Pu－m U－mα)c2,由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及光子的能量,所以光子的能量小于(m Pu－m U－mα)c2,故C错误；23994Pu衰变成23592U和α粒子后,释放核能,将原子核分解为单个的核子需要的能量更大,原子变得更稳定,所以反应后23592U和α粒子结合能之和比23994Pu 的结合能大,故D正确.

14.北京时间2016年12月10日,由中国研制

的热核聚变堆核心部件在国际上率先通过认证,

这是中国对国际热核聚变实验堆项目的重大贡献.

国际热核聚变实验堆计划,目的是实现可以控制

的核聚变反应,探索利用核聚变能量的方式,其产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似——在同位素氘和氚聚变成一个氦核的过程中释放出能量.

(1)已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4,普朗克常量为h,真空中的光速为c,该核反应中释放出的核能全部以γ光子的形式释放,求辐射出的γ光子的波长.

(2)若m1＝2.014 1 u、m2＝3.016 1 u、m3＝4.002 6 u、m4＝1.008 7 u,1 u相当于931.5 MeV的能量,求该反应释放出的能量(以MeV为单位,结果保留三位有效数字).

解析:(1)由电荷数守恒、质量数守恒得,核反应方程为: 21H ＋31H →42He ＋10n ＋γ,

由质能方程得释放的核能为:

ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2,

若此核能全部以光子形式释放,由ΔE ＝h c λ知γ光子的波长为:λ＝

h (m 1＋m 2－m 3－m 4)c

. (2)质量亏损为:Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4＝2.014 1 u ＋3.016 1 u －4.002 6 u －1.008 7 u ＝0.018 9 u,

则释放的能量为:ΔE ＝0.018 9×931.5 MeV ＝17.6 MeV .

答案:(1)h (m 1＋m 2－m 3－m 4)c

(2)17.6 MeV