（江蘇專用版）2020版高考物理總復習 第十一章 第3講 原子結構和原子核練習（含解析）

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1、第3講　原子結構和原子核 一、選擇題 1.(多選)(2019運河中學月考)下列說法正確的是(　　) A.比結合能小的原子核結合成比結合能大的原子核時一定釋放核能 B.一定強度的入射光照射某金屬發(fā)生光電效應時,入射光的頻率越高,單位時間內逸出的光電子數(shù)就越多 C.根據(jù)玻爾理論可知,氫原子輻射出一個光子后,氫原子的電勢能減小,核外電子的運動速度增大 D.β射線的速度接近光速,一張普通白紙就可以擋住 答案　AC　比結合能小的原子核結合成比結合能大的原子核時有質量虧損,所以釋放核能,A項正確;一定強度的入射光照射某金屬發(fā)生光電效應時,入射光的頻率越高,單位時間內逸出的光電子數(shù)就越少,B項

2、錯誤;根據(jù)玻爾理論可知,氫原子輻射出一個光子后,電子與原子核距離變小,電場力做正功,氫原子的電勢能減小,核外電子的運動速度增大,C項正確;一張普通白紙可以擋住α射線,但擋不住β射線,D項錯誤。 2.(2017天津理綜)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證,這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應方程中屬于聚變反應的是(　　) A.12H+13H→24He+01n B.714N+24He→817O+11H C.24He+1327Al→1530P+01n D.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n 答案　A　12H+13H→2

3、4He+01n是核聚變反應方程,A項正確;?714N+24He→817O+11H是原子核的人工轉變反應方程,B項錯誤;24He+1327Al→1530P+01n是居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性的核反應方程,C項錯誤;92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n是鈾核裂變的反應方程,D項錯誤。 3.(2018課標Ⅲ,14,6分)1934年,約里奧·居里夫婦用α粒子轟擊鋁核?1327Al,產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X:α+1327Al→n+X。X的原子序數(shù)和質量數(shù)分別為(　　) A.15和28 B.15和30 C.16和30 D.17和31 答案　B　α粒子為?24He,n為中子,根

4、據(jù)核反應過程中滿足的質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,核反應方程為?24He+1327Al→?1530P+01n,所以X的原子序數(shù)和質量數(shù)分別為15和30,選項B正確。 4.(多選)(2018鹽城三模)如圖所示是氫原子的能級圖。下列判斷正確的是(　　) A.E1>E2 B.E1

5、+13H→24He+X+17.6MeV。下列表述正確的有(　　) A.X是中子 B.Y的質子數(shù)是3,中子數(shù)是6 C.兩個核反應都沒有質量虧損 D.氘和氚的核反應是核聚變反應 答案　AD　根據(jù)核反應方程:12H+13H→24He+X,X的質量數(shù):m1=2+3-4=1,核電荷數(shù):z1=1+1-2=0,所以X是中子,故A項正確;根據(jù)核反應方程:X+Y→24He+13H,X是中子,所以Y的質量數(shù):m2=4+3-1=6,核電荷數(shù):z2=2+1-0=3,所以Y的質子數(shù)是3,中子數(shù)是3,故B項錯誤;根據(jù)兩個核反應方程可知,都有大量的能量釋放出來,所以一定都有質量虧損,故C項錯誤;氘和氚的核反應過程中是

6、質量比較小的核生成質量比較大的新核,所以是核聚變反應,故D項正確。 6.下列說法正確的是(　　) A.92238U衰變?yōu)?91234Pa要經(jīng)過2次α衰變和1次β衰變 B.β射線與γ射線一樣都是電磁波,但β射線的穿透本領遠比γ射線弱 C.放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件有關 D.天然放射現(xiàn)象使人類首次認識到原子核可分 答案　D　92238U衰變?yōu)?91234Pa,質量數(shù)減小4,所以α衰變的次數(shù)為1次,故A項錯誤;β射線的實質是電子流,γ射線的實質是電磁波,γ射線的穿透本領比較強,故B項錯誤;根據(jù)半衰期的特點可知,放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件無關,故

7、C項錯誤;天然放射現(xiàn)象是原子核內部自發(fā)地放射出α粒子或電子的現(xiàn)象,反應的過程中核內核子數(shù)、質子數(shù)、中子數(shù)發(fā)生變化,涉及到原子核內部的變化,所以天然放射現(xiàn)象使人類首次認識到原子核可分,故D項正確。 7.(多選)(2017揚州調研)核電池又叫“放射性同位素電池”,一個硬幣大小的核電池可以讓手機不充電使用5000年。將某種放射性元素制成核電池,帶到火星上去工作,已知火星上的溫度、壓強等環(huán)境因素與地球有很大差別,下列說法正確的有(　　) A.該放射性元素到火星上之后,半衰期發(fā)生變化 B.該放射性元素到火星上之后,半衰期不變 C.若該放射性元素的半衰期為T年,經(jīng)過2T年,該放射性元素還剩余12.

8、5% D.若該放射性元素的半衰期為T年,經(jīng)過3T年,該放射性元素還剩余12.5% 答案　BD　原子核的衰變是由原子核內部因素決定的,與外界環(huán)境無關,因此半衰期不發(fā)生變化,故A項錯誤,B項正確;該元素還剩余12.5%=18,根據(jù)m=12n·m0,可知經(jīng)過了3個半衰期,所以經(jīng)過了3T年,故C項錯誤,D項正確。 8.(多選)(2017浙江11月選考)下列說法正確的是(　　) A.核聚變反應方程可能為?12H+13H→24He+201n B.鈾核裂變的核反應方程可能為?92235U+01n→54140Xe+3894Sr+201n C.發(fā)生β衰變時原子核放出電子,說明電子是原子核的組成部分

9、 D.中子和質子結合成氘核,若該過程質量虧損為Δm,則氘核的結合能為Δmc2 答案　BD　A項中的核聚變反應方程應為?12H+13H→24He+01n,選項A錯誤;根據(jù)重核裂變的核反應方程配平方式可知,選項B正確;β衰變時原子核內部中子轉化為一個質子和一個電子,并不是原子核內部存在電子,選項C錯誤;根據(jù)質能方程可知選項D正確。 二、非選擇題 9.(2018蘇州調研)(1)下列說法正確的是(　　) A.電子的衍射圖樣表明電子具有波動性 B.氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)要吸收特定頻率的光子 C.在光電效應現(xiàn)象中,金屬的逸出功能隨入射光的頻率增大而增大 D.在光電效應現(xiàn)象中,光電子的最大

10、初動能與入射光的強度有關 (2)氘核與氚核發(fā)生熱核聚變反應的方程式為?12H+13H→?34He+X,式中粒子X是　　　　,已知?12H、13H、24He和粒子X的質量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u,1u相當于931.5MeV,該反應中平均每個核子釋放出的能量為　　　　MeV。? 答案　(1)A　(2)01n　3.52 解析　(1)衍射和干涉都是波特有的性質,A正確;氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)要輻射特定頻率的光子,B錯誤;金屬的逸出功W0與入射光的頻率無關,只與金屬的極限頻率有關,即W0=hνc,C錯誤;光電子的最大初動能Emax=hν-W0,即與入

11、射光的頻率有關,與入射光的強度無必然關系,D錯誤。 (2)根據(jù)核反應前后質量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可知X應為?01n;根據(jù)ΔE=Δm·c2,可知該反應釋放的總能量為ΔE=(2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u)×931.5MeV/u=17.6MeV,因為共有5個核子,則每個核子釋放出的能量為17.6MeV5=3.52MeV。 10.(2018蘇北四市一模)(1)(多選)下列說法正確的有(　　) A.比結合能大的原子核分解成比結合能小的原子核時要吸收能量 B.用紫光照射某金屬表面時發(fā)生光電效應,改用紅光照射時也一定能發(fā)生光電效應 C.黑體輻射的強度隨溫度的升高而變大

12、,且最大值向波長較短的方向移動 D.改變壓強、溫度可改變放射性元素的半衰期 (2)如圖所示為氫原子的能級圖,萊曼線系是氫原子從n=2,3,4,5…激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時輻射的光譜線系,輻射出光子的最小頻率為　　　　;若該光子被某種金屬吸收后,逸出的光電子最大初動能為Ek,則該金屬的逸出功為　。? 已知普朗克常量為h,氫原子處于基態(tài)時的能級為E1。 答案　(1)AC　(2)-3E14h　-3E14-Ek 解析　(1)比結合能小的原子核分解成比結合能大的原子核時要放出能量,比結合能大的原子核分解成比結合能小的原子核時要吸收能量,A正確;用紫光照射某金屬表面時發(fā)生光電效應,紅光的頻率小于紫

13、光,改用紅光照射時不一定能發(fā)生光電效應,B錯誤,放射性元素衰變的快慢是由原子核內部自身的因素決定的,與其所處的外部環(huán)境沒有關系,D錯誤。 (2)萊曼線系中,從n=2激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)輻射出光子的頻率小,根據(jù)E2-E1=hν,解得ν=-3E14h;若該光子被某種金屬吸收后,逸出的光電子最大初動能為Ek,根據(jù)光電效應方程Ek=hν-W,可得逸出功W=hν-Ek=-3E14-Ek。 11.(2018揚州調研)(1)(多選)關于核反應方程,下列說法正確的是(　　) A.13H+12H→24He+01n是核聚變反應 B.鈾核裂變的核反應為:92235U→56141Ba+3692Kr+201n C

14、.在衰變方程?94239Pu→X+He+γ中,X原子核的質量數(shù)是234 D.盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質子的核反應方程為:24H+714N→817O+11H (2)可見光中某綠光的光子能量是2.5eV,若用它照射逸出功是2.2eV的某種金屬,產(chǎn)生光電子的最大初動能為　　　　eV;如圖所示為氫原子能級的示意圖,若用該綠光照射處于n=2能級的氫原子,　　　　(選填“能”或“不能”)使氫原子躍遷。? 答案　(1)AD　(2)0.3　不能 解析　(1)13H+12H→24He+01n是輕核的聚變,A正確;鈾核裂變的核反應方程為?92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n,B錯誤;根據(jù)核

15、反應中質量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知,在衰變方程?94219Pu→X+He+γ中,X原子核的質量數(shù)為235,C錯誤;盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)了質子,核反應方程為?24He+714N→?817O+11H,D正確。 (2)根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知,產(chǎn)生光電子的最大初動能為2.5eV-2.2eV=0.3eV;若用該綠光照射處于n=2能級的氫原子,由于該綠光光子的能量不等于能級差En-E2(n為大于2的正整數(shù)),因此氫原子不能吸收該光子而發(fā)生躍遷。 12.(2018蘇錫常鎮(zhèn)四市調研)(1)(多選)關于下列四幅圖的說法,正確的是　　　　。? A.圖甲中放射源放出的三種射線是由同一種元素的原子核釋

16、放的 B.圖乙中用紫外光燈照射與驗電器相連的鋅板,鋅板和驗電器均帶正電 C.圖丙為黑體輻射規(guī)律,普朗克提出能量子概念成功解釋了這個規(guī)律 D.圖丁中電子束通過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有粒子性 (2)我國自行研制的一種大型激光器,能發(fā)出頻率為ν、功率為P的高純度和高亮度激光,當該激光垂直照射到某純黑物體表面時能被完全吸收。已知真空中光速為c,普朗克常量為h,則該激光發(fā)出的光子的動量為　　　　　　　　,純黑物體受到該激光的壓力為　　　　。? (3)氡存在于建筑水泥、裝飾石材及土壤中,是除吸煙外導致肺癌的重大因素,靜止的氡核?86222Rn放出一個粒子X后變成釙核?84218Po,釙核的動

17、能為0.33MeV,設衰變放出的能量全部變成釙核和粒子X的動能。 ①寫出上述衰變的核反應方程　　　　　　　　;? ②粒子X的動能為　　　　　　　　。(保留兩位有效數(shù)字)? 答案　(1)BC　(2)hνc　Pc　(3)86222Rn→24He+84218Po　18MeV 解析　(1)由左手定則可知,放射源放出的三種射線分別帶正電、不帶電、帶負電,故不一定是由同一種元素的原子核釋放的,A錯誤;圖乙中用紫外光燈照射與驗電器相連的鋅板,由于發(fā)生光電效應釋放電子而使鋅板和驗電器均帶正電,B正確;圖丙為黑體輻射規(guī)律,普朗克提出能量子概念成功解釋了這個規(guī)律,C正確;圖丁中電子束通過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動性,干涉和衍射是波特有的性質,D錯誤。 (2)光子的動量p=hλ=hcν=hνc;設單位時間內發(fā)出光子數(shù)為n,則P=nhν,得n=Phν,根據(jù)動量定理nt·p=Ft,得F=np=Phν·p=Pc。 (3)①根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可得核反應方程為?86222Rn→84218Po+24He ②設釙核的質量為m1、速度為v1,粒子X的質量為m2、速度為v2, 根據(jù)動量守恒定律有0=m1v1-m2v2, 解得粒子X的動能 Ek1=(m2v2)22m2=109Ek12=18MeV。 8