2019届高考物理一轮复习 第13章 5 第四节 原子与原子核课后达标能力提升 新人教版

5 第四节原子与原子核(建议用时：60分钟)一、选择题1．物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是( )A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的解析：选A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的，人们认识原子核的复杂结构是从天然放射现象开始的，选项A正确．电子的发现说明了原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，选项B错误．由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，选项C错误．密立根油滴实验说明物质所带电荷量是量子化的，选项D错误．2．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看做静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是( )解析：选C．α粒子与原子核相互排斥，A、D错；运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显，B错，C对．3．如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是( )A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线解析：选C．γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D项错；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C项对．4．在匀强磁场中，有一个原来静止的146C 原子核，它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相内切的圆，圆的直径之比为7∶1，那么碳14的衰变方程应为( )A ．146C →0＋1e ＋145B B ．14 6C →42He ＋104Be C ．146C →21H ＋125BD ．146C →0－1e ＋147N解析：选D ．由动量守恒定律可知：放出的粒子与反冲核动量大小相等、方向相反，由在磁场中两圆径迹内切可知，反冲核带正电，放出的粒子带负电，由两圆直径之比为7∶1和R ＝mv qB可知，反冲核的电量是粒子的7倍，故只有D 正确．5．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为r a 的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为r b 的圆轨道上，已知r a >r b ，则在此过程中( )A ．原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量也减小B ．原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C ．原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小D ．原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大解析：选A ．由玻尔氢原子理论知，电子轨道半径越大，原子能量越大，当电子从r a跃迁到r b 时，原子能量减小，放出光子；在电子跃迁过程中，库仑力做正功，原子的电势能减小；由库仑力提供电子做圆周运动的向心力，即ke 2r 2＝mv 2r，r 减小，电子速度增大，动能增大，综上所述可知A 正确．6．质子、中子和氘核的质量分别为m 1、m 2和m 3．当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c 表示真空中的光速)( )A ．(m 1＋m 2－m 3)cB ．(m 1－m 2－m 3)cC ．(m 1＋m 2－m 3)c 2D ．(m 1－m 2－m 3)c 2解析：选C ．由质能方程ΔE ＝Δmc 2，其中Δm ＝m 1＋m 2－m 3，可得ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，选项C 正确，A 、B 、D 错误．7．现有两动能均为E 0＝0．35 MeV 的21H 在一条直线上相向运动，两个21H 发生对撞后能发生核反应，得到32He 和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为32He 和新粒子的动能．已知21H 的质量为2．014 1 u ，32He 的质量为 3．016 0 u ，新粒子的质量为1．008 7 u ，核反应时质量亏损1 u 释放的核能约为931 MeV(如果涉及计算，结果保留整数)．则下列说法正确的是( )A．核反应方程为21H＋21H→32He＋11HB．核反应前后不满足能量守恒定律C．新粒子的动能约为3 MeVD．32He的动能约为4 MeV解析：选C．由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知21H＋21H→32He＋10n，则新粒子为中子10n，所以A错误；核反应过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变为能量，仍然满足能量守恒定律，B错误；由题意可知ΔE＝(2．014 1 u×2－3．016 0 u－1．008 7 u)×931 MeV/u＝3．3 MeV，根据核反应中系统的能量守恒有E kHe＋E kn＝2E0＋ΔE，根据核反应中系统的动量守恒有p He－p n＝0，由E k＝p22m ，可知E kHeE kn＝m nm He，解得E kHe＝m nm n＋m He·(2E0＋ΔE)≈1 MeV，E kn＝m Hem n＋m He·(2E0＋ΔE)≈3 MeV，所以C正确、D错误．8．科学家使用核反应获取氚，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＋31H＋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6C．两个核反应都没有质量亏损D．氘和氚的核反应是核聚变反应解析：选AD．核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由21H＋31H→42He＋X＋17．6 MeV知X为10n，由X＋Y→42He＋31H＋4．9 MeV知Y为63Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，选项A正确，选项B错误．两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项C错误．X＋Y→42 He＋31H＋4．9 MeV是原子核的人工转变，21H＋31H→42He＋10n＋17．6 MeV为轻核聚变，选项D 正确．9．氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1．62 eV～3．11 eV．下列说法正确的是( )A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光解析：选ABC．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，由N＝C2n可知，共可发出6种频率的光，故D错误，C正确．n＝3能级的能量为－1．51 eV，因紫外线能量大于1．51 eV，故紫外线可使处于n＝3能级的氢原子电离，故A正确；从高能级跃迁到n＝3能级释放能量最多为1．51 eV＜1．62 eV，此光为红外线具有显著热效应，故B正确．二、非选择题10．(2018·江苏六市高三调研)一群氢原子处于量子数n＝4能级状态，氢原子的能级图如图甲所示，氢原子可能发射________种频率的光子；氢原子由量子数n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时辐射光子照射图乙表中几种金属，能发生光电效应的有________种金属．几种金属的逸出功解析：一群氢原子处于量子数n＝4能级状态，氢原子可能发射3＋2＋1＝6种频率的光子；氢原子由量子数n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时辐射光子能量为2．55 eV，照射图乙表中几种金属，能发生光电效应的有钠、钾、铷三种金属．答案：见解析11．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源．两个氘核的核反应产生一个32He 核和一个粒子，其中氘核的质量为 2．013 0 u，氦核的质量为3．015 0 u，中子的质量为1．008 7 u．(1 u＝931．5 MeV)，求：(1)核反应中释放的核能；(2)在两个氘核以相等的动能0．35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的粒子和氦核的动能．解析：(1)核反应方程为：21H＋21H→32He＋10n．核反应中的质量亏损为Δm＝2m H－m He－m n，由ΔE＝Δmc2可知释放的核能：ΔE＝(2m H－m He－m n)c2＝2．14 MeV．(2)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即m He v He＋m n v n＝0；反应前后系统的总能量守恒，即12m He v 2He ＋12m n v 2n ＝ΔE ＋2E kH ，又因为m He ∶m n ＝3∶1，所以v He ∶v n ＝1∶3，由以上各式代入已知数据得：E kHe ＝0．71 MeV ，E kn ＝2．13 MeV ．答案：(1)2．14 MeV (2)2．13 MeV 0．71 MeV 12．(2018·苏锡常镇四市调研)(1)如图所示是研究光电效应的实验装置．用一定频率的光照射阴极K ，当滑片P 处于图示位置时，电流表的示数不为零．为使电流表示数减小，下列办法可行的是________．A ．将滑片P 向右移动B ．减小入射光的强度C ．换用电动势更大的电源D ．将电源的正、负极对调(2)由玻尔原子理论，氦离子He ＋能级图如图所示．电子在n ＝3轨道上比在n ＝4轨道上离氦核的距离________(填“大”或“小”)．当大量处在n ＝3的激发态的He ＋发生跃迁时，所发射的谱线有________条．(3)以一定速度运动的原子核AZ X 放出α粒子后变成静止的原子核Y ．若X 、Y 和α粒子的静质量分别是M 、m 1和m 2，真空中光速为c ，不考虑相对论效应．求反应过程中释放的能量以及α粒子的动能．解析：(1)滑片P 向右移动，所加电压增大，光电流增大，故A 错误；减小入射光的强度，光电流减小，故B 正确；换用电动势更大的电源，所加电压增大，光电流增大，故C 错误；将电源正、负极对调，光电子做减速运动，光电流减小，故D 正确．(2)因离核越近能量越低，所以n ＝3轨道离核近；n ＝3的激发态向低能级跃迁共有C 23＝3条谱线，分别是n ＝3跃迁到n ＝2，n ＝3跃迁到n ＝1，n ＝2跃迁到n ＝1．(3)由ΔE ＝Δmc 2得ΔE ＝(M －m 1－m 2)c 2由动量守恒定律得Mv X ＝m 2v α由能量守恒得12Mv 2X ＋ΔE ＝E k α解得E k α＝MM －m 2(M －m 1－m 2)c 2．答案：(1)BD (2)小 3 (3)见解析。