2019版高考物理一轮复习第十二章第2讲原子结构与原子核练习鲁科版

第2讲原子结构与原子核

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[基础题组]

一、单项选择题

1．(2017·四川宜宾高三诊断)有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是

( ) A．居里夫人最先发现天然放射现象

B．伦琴射线的发现揭示了原子具有核式结构

C．在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关

D．在衰变方程239 94Pu→X＋42He＋γ中，X原子核的质量数是234

解析：贝克勒尔首先发现了天然放射性现象，证明原子核有复杂的结构，故A错误；卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，B错误；在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，选项C正确；在衰变方程239 94Pu →X＋42He＋γ中，X原子核的质量数是235，电荷数为92，选项D错误．

答案：C

2．(2018·湖北六校联考)关于近代物理，下列说法正确的是( )

A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分

B．目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变

C．一个氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态时，能辐射3种不同频率的光子

D．α粒子散射实验表明核外电子轨道是量子化的

解析：β衰变时β射线是原子核内部发出来的，不是原子核外的电子释放出来的，A错误．目前的核电都是利用重核裂变发电的，B正确．一群氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态时，能辐射C23＝3种不同频率的光子，而只有一个氢原子时，只能是三种可能频率中的一种或两种，C错误．α粒子散射实验表明原子具有核式结构，D错误．

答案：B

3．(2018·安徽江南十校联考)铀核(23592U)经过m次α衰变和n次β衰变变成铅核(20782Pb)，关于该过程，下列说法中正确的是( )

A．m＝5，n＝4

B．铀核(23592U)的比结合能比铅核(20782Pb)的比结合能小

C．衰变产物的结合能之和小于铀核(23592U)的结合能

D．铀核(23592U)衰变过程的半衰期与温度和压强有关

解析：原子核衰变时质量数守恒，电荷数守恒，235＝4m＋207,92＝82＋2m－n，两式联立解得m＝7，n＝4，A项错误．衰变产物的结合能之和大于铀核(23592U)的结合能，C错误．半衰期由原子核内部自身的因素决定，与温度和压强无关，D项错误．

答案：B

4．(2018·湖南长沙模拟)一个静止的铀核，放在匀强磁场中，它发生一次α衰变后变为钍核，α粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动．某同学作出如图所示运动径迹示意图，以下判断正确的是( )

A ．1是α粒子的径迹，2是钍核的径迹

B ．1是钍核的径迹，2是α粒子的径迹

C ．3是α粒子的径迹，4是钍核的径迹

D ．3是钍核的径迹，4是α粒子的径迹

解析：由动量守恒可知，静止的铀核发生α衰变后，生成的均带正电的α粒子和钍核的动量大小相等，但方向相反，由左手定则可知它们的运动轨迹应为“外切”圆，又R ＝mv Bq ＝p Bq

，在p 和B 相等的情况下，R ∝1

q

，因q 钍>q α，则R 钍

答案：B

5．氢原子从能级m 跃迁到能级n 时辐射红光的频率为ν1，从能级n 跃迁到能级k 时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h ，若氢原子从能级k 跃迁到能级m ，则( ) A ．吸收光子的能量为hν1＋hν2 B ．辐射光子的能量为hν1＋hν2 C ．吸收光子的能量为hν2－hν1 D ．辐射光子的能量为hν2－hν1

解析：氢原子从能级m 跃迁到能级n 时辐射红光，说明能级m 高于能级n ，而从能级n 跃迁到能级k 时吸收紫光，说明能级k 也比能级n 高，而紫光的频率ν2大于红光的频率ν1，所以hν2>hν1，因此能级k 比能级m 高，所以若氢原子从能级k 跃迁到能级m ，应辐射光子，且光子能量应为hν2－hν1.故选项D 正确． 答案：D 二、多项选择题

6．(2017·高考江苏卷)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.23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大

解析：由图象可知，42He的比结合能约为7 MeV，其结合能应约为28 MeV，故A错误．比结合能较大的核较稳定，故B正确．比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故C正确．比结合能就是平均结合能，故由图可知D错误．

答案：BC

7．下列说法正确的是( )

A．方程式238 92U→234 90Th＋42He是重核裂变反应方程

B．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能

C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的

D．核力是短程力，与核子间的距离有关，有时表现为引力，有时表现为斥力

解析：方程式238 92U→234 90Th＋42He的反应物只有一个，生成物有42He，属于α衰变，选项A错误；由原子核的比结合能的曲线可知，铯原子核的比结合能与铅原子核的比结合能差不多，而铯原子核的核子数少得多，所以铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，选项B正确；β衰变所释放的电子不是来源于原子核外的电子，而是原子核内的中子转化成质子时所产生的(10n→11H＋0－1e)，选项C正确；相邻的质子与质子、中子与质子、中子与中子既不会融合在一起(斥力)，又相距一定距离组成原子核(引力)，选项D正确．

答案：BCD

8．氢原子核外电子发生了两次跃迁，第一次从外层轨道跃迁到n＝3轨道；第二次核外电子再从n＝3轨道跃迁到n＝2轨道，下列说法中正确的是( )

A．两次跃迁原子的能量增加相等

B．第二次跃迁原子的能量减小量比第一次的大

C．两次跃迁原子的电势能减小量均大于电子的动能增加量

D．两次跃迁原子均要放出光子，第一次放出的光子能量要大于第二次放出的光子能量

解析：氢原子核外电子从外层轨道跃迁到内层轨道这一过程中，原子的能量减小，原子要放出光子，由能量守恒定律可知原子的电势能减小量大于电子的动能增加量．又由氢原子能级图知因跃迁到n＝3轨道放出的光子能量(或原子的能量减小量)最多为1.51 eV，而氢原子

核外电子从n ＝3轨道跃迁到n ＝2轨道放出的光子的能量(或原子的能量减小量)为1.89 eV ，B 、C 正确． 答案：BC

[能力题组]

一、选择题

9．原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n ＝2能级上的电子跃迁到n ＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n ＝4能级上的电子，使之脱离原子，这一现象叫作俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫作俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为E n ＝－A n

2，式中n ＝1,2,3，…表示不同能级，A 是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是( ) A.11

16A B.716A C.316

A D.1316

A 解析：由题意可知铬原子n ＝1能级能量为E 1＝－A ，n ＝2能级能量为E 2＝－A

4，从n ＝2能

级跃迁到n ＝1能级释放的能量为ΔE ＝E 2－E 1＝3A 4，n ＝4能级能量为E 4＝－A

16

，电离需要能

量为E ＝0－E 4＝A 16，所以电子从n ＝4能级电离后的动能为E k ＝ΔE －E ＝3A 4－A 16＝11A

16

，故B 、

C 、

D 错误，A 正确． 答案：A

10.K －

介子衰变的方程为K －

→π－

＋π0

，其中K －

介子和π－

介子带负的基元电荷，π0

介子不带电．如图所示，一个K －

介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP ，衰变后产生的π－

介子的轨迹为圆弧

PB ，两轨迹在P 点相切，它们半径R K －与R π－之比为2∶1.π0介子的轨迹

未画出．由此可知π－

的动量大小与π0

的动量大小之比为( ) A ．1∶1 B ．1∶2 C ．1∶3

D ．1∶6

解析：由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知

R ＝mv Bq ＝p

Bq ∝p ， p K －p π－＝21

.

即p π－＝1

2

p K －.

又由动量守恒定律p K －＝p π0－p π－ 得p π0＝p K －＋p π－＝3

2p K －.

即

p π－p π0＝1

3

. 答案：C

11．下列描述中正确的是( )

A ．质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量

B ．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少2个

C ．238 92U(铀核)衰变为222 86Rn(氡核)要经过3次α衰变，4次β衰变

D ．发生光电效应时入射光波长相同，从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，这种金属的逸出功越小

解析：中子和质子结合成氘核有质量亏损，释放能量，选顼A 错误；某原子核经过一次 α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少4个，选项B 错误；238 92U(铀核)衰变为222 86Rn(氡核)质量数减小16，故要经过4次α衰变，由于电荷数减少6，则应该有2次β衰变，选项C 错误；发生光电效应时入射光波长相同，则光的频率相同，根据hν＝W 逸出功＋

1

2

mv m2，从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，这种金属的逸出功越小，选项D 正确．

答案：D

12．(多选)下列说法正确的是( )

A ．人们在研究天然放射现象过程中发现了质子

B ．铀核裂变的一种核反应方程为235

92U→144

56Ba ＋89

36Kr ＋21

0n

C ．设质子、中子、α粒子的质量分别为m 1、m 2、m 3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m 1＋2m 2－m 3)c 2

D ．原子在a 、b 两个能级的能量分别为

E a 、E b ，且E a >E b ，当原子从a 能级跃迁到b 能级时，放出光子的波长λ＝

hc

E a －E b

(其中c 为真空中的光速，h 为普朗克常量) 解析：卢瑟福通过α粒子轰击氮核，发现了质子，选项A 错误；铀核裂变的一种核反应方程为235

92U ＋1

0n→144

56Ba ＋89

36Kr ＋31

0n ，反应前后的中子不能抵消，选项B 错误；根据爱因斯坦质能方程E ＝mc 2

可知，当两个质子和两个中子结合成一个α粒子时释放的能量为E ＝(2m 1＋2m 2－m 3)c 2

，选项C 正确；根据玻尔原子模型可知，原子从高能级跃迁到低能级时会释放光子，由E a －E b ＝hc λ

解得λ＝hc

E a －E b

，选项D 正确．

答案：CD 二、非选择题

13．氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤．它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是222

86Rn→218

84Po ＋________.已知222

86Rn 的半衰期约为3.8天，则约经过________天16 g 的222

86Rn 衰变后还剩1 g. 解析：衰变过程中质量数、电荷数守恒， 有222

86Rn→218

84Po ＋4

2He ；

由半衰期定义，1＝16×(12)t 3.8，

解得t ＝15.2天． 答案：4

2He(或α) 15.2

14．(2017·高考北京卷)在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子(4

2He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R .以m 、q 分别表示α粒子的质量和电荷量．

(1)放射性原子核用A

Z X 表示，新核的元素符号用Y 表示，写出该α衰变的核反应方程． (2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小． (3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M ，求衰变过程的质量亏损Δm . 解析：(1)A

Z X→A －4

Z －2Y ＋4

2He (2)设α粒子的速度大小为v ，

由qvB ＝m v 2R ，T ＝2πR v

，

得α粒子在磁场中的运动周期T ＝2πm

qB

环形电流大小I ＝q T ＝q 2B 2πm

(3)由qvB ＝m v 2R ，得v ＝qBR

m

设衰变后新核Y 的速度大小为v ′，系统动量守恒

Mv ′－mv ＝0 v ′＝mv M ＝qBR

M

由Δmc 2＝12Mv ′2

＋12mv 2

得Δm ＝

M ＋m

qBR

2

2mMc

2

答案：见解析