（課標(biāo)通用版）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十二章 02 第2講 原子結(jié)構(gòu)與原子核精練（含解析）

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1、第2講　原子結(jié)構(gòu)與原子核 A組　基礎(chǔ)過(guò)關(guān)　 1.處于n=3的能級(jí)的大量氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射光的頻率有(　　) A.1種 B.2種 C.3種 D.4種 答案　C　處于能級(jí)為n的大量氫原子向低能級(jí)躍遷能輻射光的種類為Cn2,所以處于n=3能級(jí)的大量氫原子向低能級(jí)躍遷,輻射光的頻率有C32=3種,故C項(xiàng)正確。 2.在核反應(yīng)方程?24He+714N→817O+X中,X表示的是(　　) A.質(zhì)子 B.中子 C.電子 D.α粒子 答案　A　本題考查核反應(yīng)方程。由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均守恒,可判斷X為質(zhì)子?11H,故選項(xiàng)A正確。 3.(多選)如圖所示是氫原子的能級(jí)圖,大量處于n=4激

2、發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),一共可以輻射出6種不同頻率的光子,其中巴耳末系是指氫原子由高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子,則(　　) A.6種光子中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是n=4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的 B.6種光子中有2種屬于巴耳末系 C.使n=4能級(jí)的氫原子電離至少要0.85eV的能量 D.若從n=2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng),則從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)釋放的光子也一定能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng) 答案　BC　氫原子在躍遷的過(guò)程中釋放光子的能量等于兩能級(jí)之差,故從n=4躍遷到n=3時(shí)釋放光子的能量最小,頻率最小,波長(zhǎng)最長(zhǎng),所以A錯(cuò)誤;由題意知6種光子中有2種屬于巴耳

3、末系,它們分別是從n=4躍遷到n=2和從n=3躍遷到n=2時(shí)釋放的光子,故B正確;E4=-0.85eV,故n=4能級(jí)的電離能等于0.85eV,所以C正確;由題圖知,從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)釋放的光子的能量小于n=2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放的光子的能量,所以D錯(cuò)誤。 4.氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為ν1,從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光的頻率為ν2,已知普朗克常量為h。若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m,則(　　) A.吸收光子的能量為hν1+hν2 B.輻射光子的能量為hν1+hν2 C.吸收光子的能量為hν2-hν1 D.輻射光子的能量為hν2-hν1 答案　D　氫原子

4、從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光,說(shuō)明能級(jí)m高于能級(jí)n,而從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光,說(shuō)明能級(jí)k也比能級(jí)n高,而紫光的頻率ν2大于紅光的頻率ν1,所以hν2>hν1,因此能級(jí)k比能級(jí)m高,所以若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m,應(yīng)輻射光子,且光子能量應(yīng)為hν2-hν1,選項(xiàng)D正確。 5.在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一原來(lái)靜止的原子核,該核衰變后,放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖中a、b所示,由圖可以判定(　　) A.該核發(fā)生的是α衰變 B.該核發(fā)生的是β衰變 C.磁場(chǎng)方向一定垂直紙面向里 D.磁場(chǎng)方向一定垂直紙面向外 答案　B　本題考查對(duì)α粒子及β粒子的性質(zhì)的了解,對(duì)動(dòng)量守

5、恒定律以及左手定則的應(yīng)用能力。原來(lái)靜止的核,放出粒子后,總動(dòng)量守恒,所以粒子和反沖核的速度方向一定相反,根據(jù)圖示,它們?cè)谕淮艌?chǎng)中是向同一側(cè)偏轉(zhuǎn)的,由左手定則可知它們必帶異種電荷,故應(yīng)為β衰變;由于不知它們的旋轉(zhuǎn)方向,因而無(wú)法判定磁場(chǎng)方向是向里還是向外,即都有可能。 6.一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M,其中鈾元素的質(zhì)量為m,鈾發(fā)生一系列衰變,最終生成物為鉛。已知鈾的半衰期為T(mén),那么下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.經(jīng)過(guò)2個(gè)半衰期后,這塊礦石中基本不再含有鈾 B.經(jīng)過(guò)2個(gè)半衰期后,原來(lái)所含的鈾元素的原子核有m4發(fā)生了衰變 C.經(jīng)過(guò)3個(gè)半衰期后,其中鈾元素的質(zhì)量還剩m8 D.經(jīng)過(guò)1個(gè)半衰期后,該礦

6、石的質(zhì)量剩下M2 答案　C　經(jīng)過(guò)2個(gè)半衰期后,這塊礦石中剩余的鈾元素質(zhì)量還有m4,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;經(jīng)過(guò)3個(gè)半衰期后,這塊礦石中剩余的鈾元素質(zhì)量還有m8,故選項(xiàng)C正確;因?yàn)樗プ儺a(chǎn)物大部分仍然留在該礦石中,所以礦石質(zhì)量沒(méi)有太大的改變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 7.(多選)如圖為氫原子的能級(jí)示意圖,則下列對(duì)氫原子躍遷的理解正確的是(　　) A.由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出來(lái)的光子一定不能使逸出功為3.34eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng) B.大量處于n=4能級(jí)的氫原子向n=1能級(jí)躍遷時(shí),向外輻射6種不同頻率的光子 C.大量處于n=3能級(jí)的氫原子向n=1能級(jí)躍遷時(shí),用發(fā)出的光照射逸出功為3.34eV的金屬,

7、從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能為8.75eV D.如果用光子能量為10.3eV的光照射處于n=1能級(jí)的氫原子,則該能級(jí)的氫原子能夠躍遷到較高能級(jí) 答案　BC　氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子的能量等于兩個(gè)能級(jí)之差,當(dāng)氫原子從高能級(jí)躍遷到基態(tài)時(shí)放出的光子的能量最小值為-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,大于3.34eV,所以一定能使逸出功為3.34eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng),A錯(cuò)誤;大量處于n=4能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),輻射光子的種類為C42=4×32=6,B正確;大量處于n=3能級(jí)的氫原子向n=1能級(jí)躍遷時(shí),輻射出的光子能量最大為-1.51eV-(-13.6eV)=12

8、.09eV,用此光子照射逸出功為3.34eV的金屬,由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可得從該金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能為12.09eV-3.34eV=8.75eV,C正確;當(dāng)氫原子由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí),氫原子吸收的光子能量一定等于兩能級(jí)之間的能量差,而由氫原子的能級(jí)圖可知任何兩能級(jí)間的能量差都不等于10.3eV,因此光子能量為10.3eV的光不能使n=1能級(jí)的氫原子躍遷到較高的能級(jí),D錯(cuò)誤。 8.(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線,下列判斷正確的有(　　) A.24He核的結(jié)合能約為14MeV B.24He核比?36Li核更穩(wěn)定 C.兩個(gè)?12H核結(jié)合成?24He核時(shí)釋

9、放能量 D.92235U核中核子的平均結(jié)合能比?3689Kr核中的大 答案　BC　由圖像可知,24He的比結(jié)合能約為7MeV,其結(jié)合能應(yīng)約為28MeV,故A錯(cuò)誤。比結(jié)合能較大的核較穩(wěn)定,故B正確。比結(jié)合能較小的核結(jié)合成比結(jié)合能較大的核時(shí)釋放能量,故C正確。比結(jié)合能就是平均結(jié)合能,故由圖可知D錯(cuò)誤。 9.(2018天津理綜,1,6分)國(guó)家大科學(xué)工程——中國(guó)散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,獲得中子束流,可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是(　　) A.714N俘獲一個(gè)α粒子,產(chǎn)生?817O并放出一個(gè)粒子 B.13

10、27Al俘獲一個(gè)α粒子,產(chǎn)生?1530P并放出一個(gè)粒子 C.511B俘獲一個(gè)質(zhì)子,產(chǎn)生?48Be并放出一個(gè)粒子 D.36Li俘獲一個(gè)質(zhì)子,產(chǎn)生?23He并放出一個(gè)粒子 答案　B　本題考查核反應(yīng)方程。由核反應(yīng)過(guò)程中遵循質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)均守恒的原則,可寫(xiě)出選項(xiàng)中的四個(gè)核反應(yīng)方程。714N+?24He→817O+11H,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。1327Al+24He→1530P+01n,選項(xiàng)B正確。?511B+11H→48Be+24He,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。36Li+11H→23He+24He,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 10.一個(gè)靜止的原子核?baX經(jīng)α衰變放出一個(gè)α粒子并生成一個(gè)新核,α粒子的動(dòng)能為E0。設(shè)衰變時(shí)產(chǎn)生的能量

11、全部變成α粒子和新核的動(dòng)能,則在此衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損為(　　) A.E0c2 B.E0(a-4)c2 C.(a-4)E0c2 D.aE0(a-4)c2 答案　D　衰變時(shí)放出的核能ΔE=Δmc2,由題知ΔE=E0+Ek,而Ek=p新22m新,衰變時(shí)動(dòng)量守恒,有pα=p新,故Ek=pα22m新=2mαE02m新=4a-4E0,則可得ΔE=E0+4a-4E0=aa-4E0,則質(zhì)量虧損Δm=ΔEc2=aE0(a-4)c2,D正確。 11.(多選)[2016課標(biāo)Ⅲ,35(1),5分]一靜止的鋁原子核?1327Al俘獲一速度為1.0×107m/s的質(zhì)子p后,變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核?1428Si

12、*。下列說(shuō)法正確的是　　　。? A.核反應(yīng)方程為p+1327Al→1428Si* B.核反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒 C.核反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)能量不守恒 D.核反應(yīng)前后核子數(shù)相等,所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和 E.硅原子核速度的數(shù)量級(jí)為105m/s,方向與質(zhì)子初速度的方向一致 答案　ABE　質(zhì)子p即?11H,核反應(yīng)方程為p+1327Al→1428Si*,A項(xiàng)正確;核反應(yīng)過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律,B項(xiàng)正確;核反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)能量守恒,C項(xiàng)錯(cuò)誤;在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒,但會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損,所以D項(xiàng)錯(cuò)誤;設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m,則?1428Si*的質(zhì)量為28m,由動(dòng)量守恒定律有mv0=28mv,得v=v0

13、28=1.0×10728m/s≈3.6×105m/s,方向與質(zhì)子的初速度方向相同,故E項(xiàng)正確。 B組　能力提升 12.(1)90232Th(釷)經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變,變成?82208Pb(鉛)。以下說(shuō)法中正確的是(　　) A.鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子 B.鉛核比釷核少16個(gè)中子 C.共經(jīng)過(guò)4次α衰變和6次β衰變 D.共經(jīng)過(guò)6次α衰變和4次β衰變 (2)約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素?1530P衰變成?1430Si的同時(shí)放出另一種粒子,這種粒子是　　　?。1532P是?1530P的同位素,被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù),1mg?15

14、32P隨時(shí)間衰變的關(guān)系如圖所示,請(qǐng)估算4mg的?1532P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25mg? 答案　(1)ABD　(2)正電子　56天 解析　(1)設(shè)α衰變次數(shù)為x,β衰變次數(shù)為y,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得 232=208+4x 90=82+2x-y 解得x=6,y=4,C錯(cuò)、D對(duì)。 鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90,故A對(duì)。 鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142,故B對(duì)。 (2)寫(xiě)出衰變方程為?1530P→1430Si+10e,故這種粒子為?10e(正電子)。由m-t圖線可知?1532P的半衰期為14天,由m=m012tτ得0.25mg=4mg×12t14,故t=5

15、6天。 13.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子(24He)在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。 (1)放射性原子核用?ZAX表示,新核的元素符號(hào)用Y表示,寫(xiě)出該α衰變的核反應(yīng)方程。 (2)α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流,求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大小。 (3)設(shè)該衰變過(guò)程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能,新核的質(zhì)量為M,求衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損Δm。 答案　見(jiàn)解析 解析　本題考查了原子核的衰變、動(dòng)量和能量守恒、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、質(zhì)能方程等多個(gè)考點(diǎn),是一道綜合題,難度中等。 (1)ZAX→Z-2A-4Y+24He (2)設(shè)α粒子的速度大小為v,由qvB=mv2R,T=2πRv,得 α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期T=2πmqB 環(huán)形電流大小I=qT=q2B2πm (3)由qvB=mv2R,得v=qBRm 設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v',系統(tǒng)動(dòng)量守恒 Mv'-mv=0 v'=mvM=qBRM 由Δmc2=12Mv'2+12mv2得Δm=(M+m)(qBR)22mMc2 說(shuō)明:若利用M=A-44m解答,亦可。 8