人教版2020高考物理一轮总复习课时冲关四十二原子结构和原子核含解析新人教版20190606240

第2讲原子结构和原子核
[A级－基础练]
1．(多选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下列说法中正确的是( )
A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些
C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光
D．放在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
解析：ABD [根据α粒子散射现象，绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子发生较大偏转，A、B、D正确．]
2．(2017·天津卷)如图所示，我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是( )
A.21H＋31H→42He＋10n
B.14 7N＋42He→17 8O＋11H
C.42He＋2713Al→3015P＋10n
D.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n
解析：A [21H＋31H→42He＋10n是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；14 7N＋42He→17 8O＋11H是卢瑟福发现质子的核反应，他用α粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素——氧17和一个质子，是人类第一次实现原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；42He＋2713Al→3015P＋10n是居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30)，属于人工核反应，故C错误；235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误．]
3．贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是( )
A.14 6C→14 7N＋0－1e
B.235 92U＋10n→139 53I＋9539Y＋210n
C.21H＋31H→42He＋10n
D.42He＋2713Al→3015P＋10n
解析：A [A属于β衰变，B属于裂变，C是聚变，D是原子核的人工转变，故选项A 正确．]
4．氢原子的能级图如图所示，欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，氢原子需要吸收的能量至少是( )
A．13.60 eV B．10.20 eV
C．0.54 eV D．27.20 eV
解析：A [要使氢原子变成氢离子，使氢原子由基态向高能级跃迁，需要吸收的能量大于等于ΔE＝E n－E1＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV.]
5．(2018·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋2713Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为( ) A．15和28 B．15和30
C．16和30 D．17和31
解析：B [α粒子轰击铝核的核反应方程为42He＋2713Al―→10n＋3015X，所以X的原子序数为15，质量数为30，故B对，A、C、D错误．]
6．[2016·全国卷Ⅲ35(1)改编](多选)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为 1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是( ) A．核反应方程为p＋2713Al→2814Si*
B．核反应过程中系统动量守恒
C．核反应过程中系统能量不守恒
D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
解析：AB [根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为p＋2713Al→2814Si*，A正确；核反应过程中释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B正确；核反应过程中系统能量守恒，C错误；由于反应过程中，要释放大量的能量，伴随着质量亏损，所以生成物的质量小
于反应物的质量之和，D 错误．]
7．(2019·河北省两校模拟)下列说法正确的是( )
A ．用能量等于氘核结合能的光子照射静止的氘核，可使氘核分解为一个质子和一个中子
B ．质子和中子结合成原子核时不一定有质量亏损，但一定释放出能量
C ．原子核的结合能越大，原子核越稳定
D ．重核裂变前后质量数守恒，但质量一定减小
解析：D [质子和中子结合成氘核前，需要有很大的动能，才能使它们的距离达到能够结合的程度，所以要使静止的氘核分解为质子和中子，除了要给它补充由于质量亏损释放的能量外，还需要给它们分离时所需的动能，选项A 错误；质子和中子结合成原子核时一定有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程知，有能量放出，选项B 错误；原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项C 错误；重核裂变过程遵循质量数和电荷数守恒，但裂变过程会释放出巨大的能量，由爱因斯坦质能方程可知，一定有质量亏损，选项D 正确．]
[B 级－能力练]
8．(2019·贵州贵阳模拟)如图所示为氢原子的能级图，现让一束单色光照射到一群处于基态的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为( )
A ．13.6 eV
B ．3.4 eV
C ．12.75 eV
D ．14.45 eV
解析：C [由题意有6＝
n n －
2
，得n ＝4，即能发出6种频率的光的氢原子一定是
从基态跃迁到n ＝4能级的激发态，则照射氢原子的单色光的光子能量为E ＝－0.85 eV －(－13.6 eV)＝12.75 eV ，故选项C 正确．]
9．在匀强磁场中，有一个原来静止的14
6C 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的衰变方程为( )
A.14
6C→0
＋1e ＋14
5B B.14
6C→4
2He ＋10
4Be C.14
6C→2
1H ＋12
5B D.14
6C→0
－1e ＋14
7N
解析：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，反冲核的电荷量是粒子的7倍，故只有选项D 正确．] 10．(2019·江苏南京模拟)234
90Th 钍具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为234
91Pa 镤，同时伴随有γ射线产生，其方程为234
90Th→234
91Pa ＋x ，钍的半衰期为24天．则下列说法正确的是( )
A ．x 为质子
B ．x 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C.234
90Th 的比结合能比234
91Pa 的比结合能大 D ．1 g 钍234
90Th 经过120天后还剩0.2 g 234
90Th
解析：B [根据电荷数和质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子，即x 为电子，故选项A 错误；β衰变的实质是β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的，故选项B 正确；钍的比结合能比镤的比结合能小，故选项C 错误；钍的半衰期为24天，1 g 234
90Th 经过120天后，发生5次衰变，最后还剩0.031 25 g 235
90Th ，故选项D 错误．]
11．(多选)太阳的能量来源是氢核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看做是4个氢核(1
1H)结合成1个氦核同时放出2个正电子．下表中列出了部分粒子的质量(取1 u ＝16
×10－26
kg)
A ．核反应方程为41
1H→4
2He ＋20
1e
B ．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 kg
C ．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.43×10－29
kg
D ．聚变反应过程中释放的能量约为4.0×10
－12
J
解析：ACD [由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得41
1H→4
2He ＋20
1e ，故选项A 正确；反应中的质量亏损为Δm ＝4m p －m α－2m e ＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55) u＝0.026 6 u ＝4.43×10
－29
kg ，故选项C 正确，B 错误；由质能方程得ΔE ＝Δmc 2＝4.43×10
－
29
×(3×108)2
J≈4×10－12
J ，故选项D 正确．]
12．如图所示为氢原子的能级图，当一群氢原子从n ＝3能级向低能级跃迁时，共辐射出三种不同频率的光子，光子的频率分别为ν1、ν2、ν3，且ν1>ν2>ν3，则下列说法正确的是( )
A.
1ν1＋1ν2＝1ν3
B ．ν1＝ν2＋ν3
C ．从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级，辐射出的光子频率为ν1
D ．辐射出频率为ν1的光子后的氢原子的电势能比辐射出频率为ν2的光子后的氢原子的电势能大
解析：B [由题意及玻尔理论可知，E 3－E 1＝h ν1，E 2－E 1＝h ν2，E 3－E 2＝h ν3，因此有
h ν1＝h ν2＋h ν3，即ν1＝ν2＋ν3，选项A 错误，B 正确；从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级，
辐射出的光子频率为ν3，选项C 错误；辐射出的频率为ν1的光子后的氢原子处于基态，辐射出频率为ν2的光子后氢原子也处于基态，因此氢原子的电势能相同，选项D 错误．]
13．(多选)美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(63
28Ni)和铜两种金属作为长效电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片做电池两极外接负载，为负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是( )
A ．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
B ．镍63的衰变方程是63
28Ni→ 0
－1e ＋63
29Cu
C ．提高温度，增大压强可以改变镍63的半衰期
D ．该电池内部电流方向是从镍63到铜片
解析：AB [β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子同时释放电子所产生的，A 正确；根据电荷数守恒、质量数守恒知镍63的衰变方程是63
28Ni→0
－1e ＋63
29Cu ，B 正确；半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故C 错误；铜片得到电子带负电，镍63带正电，和外接负载时镍63的电势比铜片的高，该电池内部电流方向是从铜片到镍63，故D 错误．]
14．(2019·南昌十所省重点中学模拟)根据玻尔理论，氢原子的能级公式为E n ＝A n
2(n 为能级，A 为基态能量)，一个氢原子中的电子从n ＝4的能级直接跃迁到基态，在此过程中( )
A ．氢原子辐射一个能量为15A
16的光子
B ．氢原子辐射一个能量为－
15A
16
的光子
C ．氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为15A
16
D ．氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为－15A
16
解析：B [根据玻尔理论，一个氢原子中的电子从n ＝4的能级直接跃迁到基态，辐射一个
光子的能量为ΔE ＝E 4－E 1＝A 42－A 12＝－15A
16
，选项B 正确，A 、C 、D 错误．]。