高考物理一轮复习 课时跟踪检测(三十九)原子结构与原子核

课时跟踪检测（三十九）原子结构与原子核对点训练：原子的核式结构
1.如图所示为卢瑟福的粒子散射实验的经典再现，用放射性
元素发出的粒子轰击金箔，用显微镜观测在环形荧光屏上所产生
的亮点，根据实验现象，下列分析正确的是( )
A．在荧光屏上形成的亮点是由α粒子在金箔上打出的电子产生的
B．原子核应该带负电
C．在荧光屏上观测到极少数的α粒子发生了大角度的偏转
D．该实验中α粒子由于和电子发生碰撞而发生了大角度的偏转
解析：选C 在荧光屏上形成的亮点是由α粒子打在荧光屏上产生的，故A错误；原子核带正电，故B错误；当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核较远时，α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变量较小。

只有当α粒子与原子核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近原子核的机会就很少，所以只有极少数α粒子发生大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，故C正确，D错误。

2．如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为( )
A．轨迹a B．轨迹b
C．轨迹c D．轨迹d
解析：选A 卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越强，故A 正确，B、C、D错误。

3．[多选](2016·天津高考)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。

下列说法符合事实的是( )
A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
B．查德威克用α粒子轰击14 7N获得反冲核17 8O，发现了中子
C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构
D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
解析：选AC 麦克斯韦曾提出光是电磁波，赫兹通过实验证实了麦克斯韦关于光的电
磁理论，选项A正确；查德威克用α粒子轰击94Be，获得反冲核126C，发现了中子，选项B错误；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，选项C正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，选项D错误。

对点训练：原子能级跃迁规律
4．[多选](2018·南京模拟)下列说法中正确的是( )
A．一群氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁，最多可放出两种频率的光子
B．由于每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质
C．实际上，原子中的电子没有确定的轨道，但在空间各处出现的概率具有一定的规律D．α粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的
解析：选BC 一群氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁，可能放出3种不同频率的光子，故A错误。

每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质，称为光谱分析，故B正确。

原子中的电子没有确定的轨道，在空间各处出现的概率具有一定的规律，故C正确。

α粒子散射实验，揭示了原子的核式结构模型，认为电子绕核旋转，根据经典理论，可知向外辐射能量，轨道半径连续减小，辐射的能量连续，故D错误。

5.[多选]如图所示是氢原子能级图，大量处于n＝5激发态的氢
原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出10种不同频率的光子，其中
莱曼系是指氢原子由高能级向n＝1能级跃迁时释放的光子，则( )
A．10种光子中波长最短的是n＝5激发态跃迁到基态时产生的
B．10种光子中有4种属于莱曼系
C．使n＝5能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量
D．从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量等于n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量
解析：选AB 10种光子中，从n＝5跃迁到基态辐射的光子能量最大，频率最大，波长最短，故A正确；10种光子中，由高能级向基态跃迁的分别为n＝5，n＝4，n＝3和n＝2，故B正确；n＝5能级的氢原子具有的能量为－0.54 eV，故要使其发生电离，至少需要0.54 eV的能量，故C错误；根据玻尔理论，从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量：ΔE1＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量：ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，二者不相等，故D错误。

6．[多选](2018·安徽师大附中二模)已知氢原子的基态能量为E1，n＝2、3能级所对应的能量分别为E2和E3，大量处于第3 能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，依据玻尔理论，下列说法正确的是( )
A．产生的光子的最大频率为E3－E2 h
B．当氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时，对应的电子的轨道半径变小，能量也变小
C ．若氢原子从能级n ＝2跃迁到n ＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级n ＝3跃迁到n ＝1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为E 3－E 2
D ．若要使处于能级n ＝3的氢原子电离，可以采用两种方法：一是用能量为－
E 3的电子撞击氢原子，二是用能量为－E 3的光子照射氢原子
解析：选BC 大量处于能级n ＝3的氢原子向低能级跃迁能产生3种不同频率的光子，产生光子的最大频率为E 3－E 1h
；当氢原子从能级n ＝2跃迁到n ＝1时，能量减小，电子离原子核更近，电子轨道半径变小；若氢原子从能级n ＝2跃迁到n ＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，由光电效应方程可知，该金属的逸出功恰好等于E 2－E 1，则当氢原子从能级n ＝3跃迁到n ＝1时放出的光子照射该金属时，逸出光电子的最大初动能为E 3－E 1－(E 2－E 1)＝E 3－E 2；电子是有质量的，撞击氢原子是发生弹性碰撞，由于电子和氢原子质量不同，故电子不能把－E 3的能量完全传递给氢原子，因此不能使氢原子完全电离，而光子的能量可以完全被氢原子吸收。

综上所述，B 、C 正确。

对点训练：原子核的衰变规律
7．[多选](2018·扬州模拟)将某种放射性元素制成核电池，带到火星上去工作。

已知火星上的温度、压强等环境因素与地球上有很大差别，下列说法正确的是( )
A ．该放射性元素到火星上之后，半衰期发生变化
B ．该放射性元素到火星上之后，半衰期不变
C ．若该放射性元素的半衰期为T 年，经过2T 年，该放射性元素还剩余12.5%
D ．若该放射性元素的半衰期为T 年，经过3T 年，该放射性元素还剩余12.5%
解析：选BD 原子核的衰变是由原子核内部因素决定的，与外界环境无关，因此半衰
期不发生变化，故A 错误，B 正确；该元素还剩余12.5%＝18，根据m ＝⎝ ⎛⎭
⎪⎫12n ·m 0，可知经过了3个半衰期，所以经过了3T 年，故C 错误，D 正确。

8．下列说法正确的是( )
A.238 92U 衰变为234 91 Pa 要经过2次α衰变和1次β衰变
B ．β射线与γ射线一样都是电磁波，但β射线的穿透本领远比γ射线弱
C ．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
D ．天然放射性现象使人类首次认识到原子核可分
解析：选D 238
92U 衰变为234
91 Pa ，质量数减小4，所以α衰变的次数为1次，故A 错误；β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故B 错误；根据半衰期的特点可知，放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故C 错误；天然放射现象是原子核内部自发的放射出α粒子或电子的现象，反应的过程中核内核子数、质子数、中子数发生变化，涉及到原子核内部的变化，所以天然放射性现象使人类
首次认识到原子核可分，故D 正确。

9．(2018·玉林模拟)下列说法中正确的是( )
A ．钍的半衰期为24天，1 g 钍234
90Th 经过120天后还剩0.2 g 钍
B ．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将增加
C ．放射性同位素234 90Th 经α、β衰变会生成222 86Rn ，其中经过了3次α衰变和2次β衰变
D ．大量处于n ＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光子 解析：选C 钍的半衰期为24天，1 g 钍234 90Th 经过120天后，发生5个半衰期，1 g 钍经过120天后还剩m ＝m 0⎝ ⎛⎭
⎪⎫125＝0.031 25 g ，故A 错误。

光电效应中，依据光电效应方程E km ＝hν－W ，可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，与入射光照射时间长短无关，故B 错误。

钍234 90Th 衰变成氡222 86Rn ，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故C 正确。

大量处于n ＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生C 24＝6种不同频率的光子，故D 错误。

10．[多选]下列说法中正确的是( )
A ．放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加1
B.235 92U 的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，其半衰期可能变短
C ．卢瑟福的α散射实验可以估测原子核的大小
D ．若氢原子从n ＝6能级向n ＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n ＝6能级向n ＝2能级跃迁时辐射出的光能使该金属发生光电效应
解析：选AC 一次β衰变后电荷数增加1，质量数不变，所以原子序数增加1，故A 正确。

半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关。

所以随地球环境的变化，其半衰期不变，故B 错误。

α粒子穿过原子时，电子对α粒子运动的影响很小，影响α粒子运动的主要是带正电的原子核。

而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转，根据α粒子散射实验，可以估算出原子核的直径约为10－15～10－14 m ，原子直径大约是10－10 m ，故C 正确。

若氢原子从n ＝6能级向n ＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，说明从n ＝6能级向n ＝1能级跃迁时辐射出的光的频率小于金属的极限频率，从n ＝6能级向n ＝2能级跃迁时辐射出的光比从n ＝6能级向n ＝1能级跃迁时辐射出的光的频率还小，所以更不能发生光电效应，故D 错误。

对点训练：核反应方程与核能计算
11．[多选](2018·枣庄二中高考模拟)科学家利用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV 和21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV 。

下列表述正确的有( )
A ．X 是中子
B ．Y 的质子数是3，中子数是6
C ．两个核反应都没有出现质量亏损
D ．氘和氚的核反应是核聚变反应
解析：选AD 根据核反应方程：21H ＋31H→42He ＋X ，X 的质量数：m 1＝2＋3－4＝1，核电荷数：z 1＝1＋1－2＝0，所以X 是中子，故A 正确；根据核反应方程：X ＋Y→42He ＋31H ，X 是中子，所以Y 的质量数：m 2＝4＋3－1＝6，核电荷数：z 2＝2＋1－0＝3，所以Y 的质子数是3，中子数是3，故B 错误；根据两个核反应方程可知，都有大量的能量释放出来，所以一定都有质量亏损，故C 错误；氘和氚的核反应过程中是质量比较小的核生成质量比较大的新核，所以是核聚变反应，故D 正确。

12．[多选](2018·自贡模拟)一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。

已知质子、中子、氘核的质量分别为m 1、m 2、m 3，普朗克常量为h ，真空中的光速为c 。

下列说法正确的是( )
A ．核反应方程是11H ＋10n→31H ＋γ
B ．聚变反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3
C ．辐射出的γ光子的能量E ＝(m 3－m 1－m 2)c 2
D ．γ光子的波长λ＝h m 1＋m 2－m 3c
解析：选BD 选项A 中核反应方程质量数不守恒，故A 错误；聚变反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3，故B 正确；聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为E ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，故C 错误；根据E ＝hc
λ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2
，得光子的波长为：λ＝h m 1＋m 2－m 3c
，故D 正确。

13．[多选](2018·镇江模拟)我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球，并用于“嫦娥三号”的着陆器和月球车上，核电池是通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转变为电能。

“嫦娥三号”采用放射性同位素239 94Pu ，静止的239 94Pu 衰变为铀核235
92U 和α粒子，并放出频率为ν的γ光子，已知239 94Pu 、235
92U 和α粒子的质量分别为m Pu 、m U 、m α。

下列说法正确的是( )
A.239 94Pu 的衰变方程为239 94Pu→235 92U ＋4
2He ＋γ
B ．此核反应过程中质量亏损为Δm ＝m Pu －m U －m α
C ．释放出的γ光子的能量为(m Pu －m U －m α)c 2
D ．反应后235 92U 和α粒子结合能之和比239 94Pu 的结合能大
解析：选ABD 根据质量数守恒与电荷数守恒可知，239 94Pu 的衰变方程为239 94Pu→235 92U ＋42He ＋γ，故A 正确；此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差，为Δm ＝m Pu －m U －m α，故B 正确；释放的γ光子的能量为hν，核反应的过程中释放的能量：E ＝(m Pu －m U －m α)c 2，由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及光子的能量，所以光子的能量小于(m Pu －m U －m α)c 2，故C 错误；239 94Pu 衰变成235 92U 和α粒子后，释放核能，将原子核分解为单个的核子需要的能量更大，原子变得更稳定，所以反应后235 92U 和α粒子结合能之和比239
94Pu 的结合能大，故D 正确。

14.北京时间2016年12月10日，由中国研制的热核聚变堆
核心部件在国际上率先通过认证，这是中国对国际热核聚变实验
堆项目的重大贡献。

国际热核聚变实验堆计划，目的是实现可以
控制的核聚变反应，探索利用核聚变能量的方式，其产生能量的
原理和太阳发光发热的机理相似——在同位素氘和氚聚变成一个
氦核的过程中释放出能量。

(1)已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m 1、m 2、m 3、m 4，普朗克常量为h ，真空中的光速为c ，该核反应中释放出的核能全部以γ光子的形式释放，求辐射出的γ光子的波长。

(2)若m 1＝2.014 1 u 、m 2＝3.016 1 u 、m 3＝4.002 6 u 、m 4＝1.008 7 u ，1 u 相当于931.5 MeV 的能量，求该反应释放出的能量(以MeV 为单位，结果保留三位有效数字)。

解析：(1)由电荷数守恒、质量数守恒得，核反应方程为：
2
1H ＋31H→42He ＋1
0n ＋γ， 由质能方程得释放的核能为：
ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，
若此核能全部以光子形式释放，由ΔE ＝h c λ
知γ光子的波长为：λ＝h
m 1＋m 2－m 3－m 4c 。

(2)质量亏损为：Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4＝2.014 1 u ＋3.016 1 u －4.002 6 u －1.008 7 u ＝0.018 9 u ，
则释放的能量为：ΔE ＝0.018 9×931.5 MeV＝17.6 MeV 。

答案：(1)h
m 1＋m 2－m 3－m 4c (2)17.6 MeV。