（江蘇專用）2021版高考物理一輪復習 課后限時集訓43 原子結構和原子核

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1、 課后限時集訓43 原子結構和原子核 建議用時：45分鐘 1．(2018·北京高考)在核反應方程He＋N→O＋X中，X表示的是(　　) A．質(zhì)子 B．中子 C．電子 D．α粒子 A　[核反應方程中，電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，X為H。] 2．(多選)(2019·福建省泉州第一中學高三期末)科幻大片《流浪地球》影片中的行星發(fā)動機為“聚變發(fā)動機”，通過燃燒石頭獲得能量，其燃燒石頭指的是石頭里的Si原子核聚變生成Fe原子核。原子核的比結合能(即平均結合能)曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷正確的是(　　) A.H核比He核更穩(wěn)定 B.He核的結合能約為28 MeV

2、 C.Si核的比結合能比Fe核大 D.Si核聚變生成Fe核的過程要釋放能量 BD　[比結合能越大，核越穩(wěn)定，He核比H核的比結合能大，所以He核更穩(wěn)定，故A錯誤；根據(jù)圖象知He核的比結合能約為7 MeV，所以結合能ΔE＝7×4 MeV＝28 MeV，故B正確；根據(jù)圖象得，F(xiàn)e核比Si核的比結合能大，故C錯誤；輕核聚變成重核會放出能量，所以Si核聚變生成Fe核要釋放出能量，故D正確。] 3.某一放射性物質(zhì)發(fā)生衰變時放出α、β、γ三種射線，讓這三種射線進入磁場，運動情況如圖所示。下列說法正確的是(　　) A．該放射性物質(zhì)的半衰期隨溫度的升高會增大 B．C粒子是原子核的重要組成部分

3、C．A粒子一定帶正電 D．B粒子的穿透性最弱 C　[半衰期由原子核本身決定，與外界因素無關，故A錯誤；由題圖可知C粒子為電子，而原子核帶正電，故B錯誤；由左手定則可知，A粒子一定帶正電，故C正確；B粒子為γ射線，穿透性最強，故D錯誤。] 4．(2019·貴州凱里一中模擬)居里夫婦和貝克勒爾由于對放射性的研究而一起獲得1903年的諾貝爾物理學獎，下列關于放射性的敘述，正確的是(　　) A．自然界中只有原子序數(shù)大于83的元素才具有放射性 B．三種天然放射線中，電離能力和穿透能力最強的是α射線 C．α衰變U→X＋He的產(chǎn)物X由90個質(zhì)子和144個中子組成 D．放射性元素的半衰期與原子所

4、處的化學狀態(tài)和外部條件有關 C　[原子序數(shù)大于83的元素都具有放射性，小于83的個別元素也具有放射性，故A錯誤；α射線的穿透能力最弱，電離能力最強，γ射線的穿透能力最強，電離能力最弱，故B錯誤；根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒得，產(chǎn)物X為X，則質(zhì)子為90個，中子數(shù)為234－90＝144個，故C正確；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D錯誤。] 5．(2019·重慶一中高三開學考試)下列說法中不正確的是(　　) A．湯姆孫通過陰極射線在電場和磁場中的運動得出了陰極射線是帶負電的粒子的結論，并求出了陰極射線的比荷 B．盧瑟福α粒子散射實驗結果表明電子是原子的組成部分，原子不可再

5、分的觀念被打破 C．氫原子從高能級躍遷到低能級，能量減小，動能增大 D．氫原子光譜表明氫原子的能量是不連續(xù)的 B　[湯姆孫通過陰極射線在電場和磁場中的運動得出了陰極射線是帶負電的粒子的結論，并求出了陰極射線的比荷，故選項A不符合題意；湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子的結果表明電子是原子的組成部分，原子不可再分的觀念被打破，故選項B符合題意；根據(jù)玻爾理論，當氫原子從高能級躍遷到低能級時，軌道半徑減小，能量減小，動能增大，故選項C不符合題意；氫原子光譜是一條一條的不連續(xù)的光譜線，它表明氫原子的能量是不連續(xù)的，故選項D不符合題意。] 6.根據(jù)氫原子的能級圖，現(xiàn)讓一束單色光照射到大量處于基態(tài)(量子數(shù)n＝1)的

6、氫原子上，受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出6種不同頻率的光，則照射氫原子的單色光的光子能量為(　　) A．12.75 eV B．13.06 eV C．13.6 eV D．0.85 eV A　[受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出6種不同頻率的光，知躍遷到第4能級，則吸收的光子能量為ΔE＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，A正確，B、C、D錯誤。] 7.自然界存在的放射性元素的原子核并非只發(fā)生一次衰變就達到穩(wěn)定狀態(tài)，而是要發(fā)生一系列連續(xù)的衰變，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。某些原子核的衰變情況如圖所示(N表示中子數(shù)，Z表示質(zhì)子數(shù))，則下列說法正確的是(　　) A．由Ra

7、到Ac的衰變是α衰變 B．已知Ra的半衰期是T，則8個Ra原子核經(jīng)過2T時間后還剩2個 C．從Th到Pb共發(fā)生5次α衰變和2次β衰變 D．圖中原子核發(fā)生的α衰變和β衰變分別只能產(chǎn)生α射線和β射線 C　[Ra衰變?yōu)锳c的過程中，放出負電子，則該衰變是β衰變，選項A錯誤；半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核的衰變不適用，選項B錯誤；Th衰變?yōu)镻b的過程中，質(zhì)量數(shù)減少20，由原子核衰變時質(zhì)量數(shù)守恒可知，該過程中共發(fā)生了5次α衰變，又由原子核衰變時電荷數(shù)守恒有5×2－x＝8，和x＝2，則該過程中共發(fā)生了2次β衰變，選項C正確；發(fā)生α衰變和β衰變時，往往伴隨γ射線產(chǎn)生，選項D錯誤。]

8、 8.(2017·天津高考)我國自主研究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.H＋H→He＋n B.7N＋He→8O＋H C.He＋Al→P＋n D.92U＋n→56Ba＋Kr＋3n A　[A對：兩個輕核結合成質(zhì)量較大的原子核。 B錯：原子核的人工轉(zhuǎn)變。 C錯：原子核的人工轉(zhuǎn)變。 D錯：重核裂變。] 9．(2019·山西省長治、運城、大同、朔州、陽泉五地市聯(lián)考)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應方程為：H＋H→He＋X，式中X是某種粒子。已知：H、H、He和

9、粒子X的質(zhì)量分別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反應方程和數(shù)據(jù)可知(　　) A．粒子X是H B．該反應中的質(zhì)量虧損為0.028 9 u C．該反應釋放出的能量約為17.6 MeV D．該反應中釋放的全部能量轉(zhuǎn)化為粒子X的動能 C　[根據(jù)核反應前、后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可判斷X為中子，選項A錯誤；該反應中的質(zhì)量虧損為Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u，故B錯誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程可知釋放出的能量為ΔE＝0.

10、018 9×931.5 MeV≈17.6 MeV，選項C正確；該反應中釋放的能量一部分轉(zhuǎn)化為粒子X的動能，一部分轉(zhuǎn)化為He的動能，故D錯誤。] 10.(2019·河北高三月考)如圖所示為氫原子能級示意圖的一部分，根據(jù)玻爾理論，下列說法中正確的是(　　) A．從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出電磁波的波長長 B．大量處于n＝4能級的電子向低能級躍遷時可放出4種頻率的光子 C．從n＝4能級躍遷到n＝3能級，電子的電勢能增大 D．從n＝3能級躍遷到n＝2能級時輻射的光子可以使逸出功為2.5 eV的金屬發(fā)生光電效應 A　[由圖可知，從n＝4能級躍遷到n

11、＝3能級比從n＝4能級躍遷到n＝2能級輻射出光子能量小，則輻射的光子頻率小，所以輻射的電磁波的波長長，故A正確；大量處于n＝4能級的電子向低能級躍遷時可放出＝6種頻率的光子，故B錯誤；從n＝4能級躍遷到n＝3能級，氫原子向外發(fā)射光子，總能量減小，根據(jù)：＝可知，電子運動的半徑減小，則電子的動能增大，所以電子的電勢能減小，故C錯誤；從n＝3能級躍遷到n＝2能級時輻射的光子的能量：E32＝E3－E2＝－1.51－(－3.4)eV＝1.89 eV<2.5 eV，可知不能使逸出功為2.5 eV的金屬發(fā)生光電效應，故D錯誤。] 11．(2019·吉林白城一中高三期末)下列四幅圖分別對應著四種說法，其中正

12、確的是(　　) A．氫原子能極圖　　　　　 B．α、β、γ穿透能力 　　　　C．氡的衰變　　　　 　D．原子彈的爆炸 A．氫原子輻射出一個光子后，電勢能增大，動能減小 B．重核的裂變反應方程可以有U→Ba＋Kr＋2n C．根據(jù)α、β、γ射線的特點可知，射線1是α射線，射線2是β射線，射線3是γ射線 D．天然放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學狀態(tài)和外部條件有關 C　[一個氫原子放出光子，原子能量減小，根據(jù)＝，得：mv2＝，電子的動能增大，電勢能減小，故A錯誤；重核的裂變是重核俘獲一個慢中子后才能發(fā)生的，所以核反應方程有：U＋n→Ba＋Kr＋3n，故B

13、錯誤；三種射線的穿透本領不同，根據(jù)α、β、γ射線的特點可知，射線1的穿透本領最弱，是α射線，射線3的穿透本領最強，是γ射線，射線2是β射線，故C正確；天然放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學狀態(tài)和外部條件無關，故D錯誤。] 12.(多選)(2017·江蘇高考)原子核的比結合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有(　　) A.He核的結合能約為14 MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C．兩個H核結合成He核時釋放能量 D.92U核中核子的平均結合能比Kr核中的大 BC　[A錯：He核有4個核子，由比結合能圖線可知，He核的結合能約為28 MeV。 B

14、對：比結合能越大，原子核越穩(wěn)定。 C對：兩個H核結合成He核時，核子的比結合能變大，結合時要放出能量。 D錯：由比結合能圖線知，92U核中核子平均結合能比Kr核中的小。] 13．(2019·廣東高三期末)由于放射性元素镎Np的半衰期很短，在自然界很難被發(fā)現(xiàn)，只有通過人工的方法制造，已知镎Np經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成鉍Bi，下列說法正確的是(　　) A．镎Np原子核比鉍Bi原子核多28個質(zhì)子 B．發(fā)生了7次α衰變和6次β衰變 C．一定量的放射性核元素，隨著存放時間的推移，放射線的穿透力越來越弱 D．镎Np原子核的平均結合能小于衰變后生成的原子核的平均結合能 D　[Bi的原子

15、核比Np少10個質(zhì)子，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)總共少28，故A項與題意不相符；設Np變?yōu)锽i需要經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒則有：93＝2x－y＋83,4x＝237－209，所以解得：x＝7，y＝4，故B項與題意不相符；衰變的種類不變，則釋放出的射線不變，其穿透性也不變，故C項與題意不相符；由于衰變的過程中會釋放一部分的能量，所以镎Np原子核的平均結合能小于衰變后生成的原子核的平均結合能，故D項與題意相符。] 14．海水中含有豐富的氘，完全可充當未來的主要能源。兩個氘核的核反應產(chǎn)生一個He核和一個粒子，其中氘核的質(zhì)量為2.013 0 u，氦核的質(zhì)量為3.015 0 u，中子的質(zhì)量

16、為1.008 7 u。(1 u＝931.5 MeV)，求： (1)寫出核反應方程； (2)核反應中釋放的核能； (3)在兩個氘核以相等的動能0.35 MeV進行對心碰撞，并且核能全部轉(zhuǎn)化為機械能的情況下，反應中產(chǎn)生的粒子和氦核的動能。 [解析]　(1)核反應方程為：H＋H→He＋n。 (2)核反應中的質(zhì)量虧損為Δm＝2mH－mHe－mn 由ΔE＝Δmc2可知釋放的核能：ΔE＝(2mH－mHe－mn)×931.5 MeV＝2.14 MeV。 (3)把兩個氘核作為一個系統(tǒng)，碰撞過程系統(tǒng)的動量守恒，由于碰撞前兩氘核的動能相等，其動量等大反向，因此反應前后系統(tǒng)的總動量為零，即mHevHe

17、＋mnvn＝0；反應前后系統(tǒng)的總能量守恒，即mHev＋mnv＝ΔE＋2EkH，又因為mHe∶mn＝3∶1，所以vHe∶vn＝1∶3， 由以上各式代入已知數(shù)據(jù)得：EkHe＝0.71 MeV，Ekn＝2.13 MeV。 [答案]　(1)H＋H→He＋n　 (2)2.14 MeV　(3)2.13 MeV　0.71 MeV 15．(2019·河北高三月考)在方向垂直紙面的勻強磁場中，靜止的Po核沿與磁場垂直的方向放出He核后變成Pb的同位素粒子。已知Po原子核質(zhì)量為209.982 87 u，Pb的同位素粒子的質(zhì)量為205.974 6 u，He原子核的質(zhì)量為4.002 60 u,1 u相當于931

18、.5 MeV。求：(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s,1 eV＝1.6×10－19 J，真空中光速c＝3×108 m/s，計算結果均保留三位有效數(shù)字) (1)請寫出核反應方程并計算該核反應釋放的核能； (2)若釋放的核能以電磁波的形式釋放，求電磁波的波長； (3)若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機械能，求Pb的同位素粒子和He核在磁場中運動的半徑之比。 [解析]　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒可知該核反應方程為 Po→Pb＋He 該核反應的質(zhì)量虧損為 Δm＝mPo－mPb－mHe＝0.005 67 u 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得釋放的能量為 ΔE＝Δm×931.5 MeV＝5.28 MeV。 (2)若釋放的核能以電磁波的形式釋放，光子能量為 ΔE＝hν＝h 代入數(shù)據(jù)得： λ＝2.35×10－13 m。 (3)該衰變過程遵循動量守恒定律 mHevHe－mPbvPb＝0 洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得 qvB＝m Pb的同位素粒子和He核在磁場中運動的半徑之比為 ＝。 [答案]　(1)Po→Pb＋He，ΔE＝5.28 MeV (2)2.35×10－13 m　(3) 8