2021高考物理新高考版一轮习题：第十二章 微专题77 原子与原子核(含解析)

1．(2019·湖南长沙、望城、浏阳、宁乡四个县市区3月调研)现代科学的发展极大地促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是()A．卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构B．轻核聚变反应方程有：21H＋31H→42He＋10nC．天然放射现象表明原子核内部有电子D．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长2．(2019·湖北武汉市四月调研)1932年考克饶夫特(J.D.Cockroft)和瓦耳顿(E.T.S.Walton)发明了世界上第一台粒子加速器——高压倍压器，他们将质子(11H)加速到0.5 MeV的能量去撞击静止的原子核X，得到两个动能均为8.9 MeV的氦核(42He)，这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应．下列说法正确的是()A．X是63LiB．X由42He组成C．上述核反应中出现了质量亏损D．上述核反应的类型是裂变3．(2020·山东临沂市质检)氢原子的能级图如图1所示，不同色光的光子能量如下表所示．图1一群处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内只有1条，其颜色为() A．红色B．黄色C．绿色D．蓝－靛4．(2019·安徽黄山市一质检)关于图2中四幅图的说法正确的是()图2A．甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点B．乙图中1为α射线，它的电离作用很强，可消除静电C．丙图中处于基态的氢原子能吸收能量为10.4 eV的光子而发生跃迁D．丁图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，说明锌板原来带负电5．(2019·湖北稳派教育上学期第二次联考)如图3所示为氢原子的能级图，用某种频率的光照射大量处于基态的氢原子，结果受到激发后的氢原子能辐射出三种不同频率的光子，让辐射出的光子照射某种金属，结果有两种频率的光子能使该金属发生光电效应，其中一种光子恰好能使该金属发生光电效应，则打出的光电子的最大初动能为()图3A．12.09 eV B．10.2 eVC．1.89 eV D．06．(2019·广西桂林市、贺州市、崇左市3月联合调研)氢原子能级图如图4所示，大量处于n ＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁辐射出的光子中，发现有两种频率的光子能使金属A 产生光电效应，则下列说法正确的是()图4A．大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时，只辐射两种频率的光子B．从n＝3激发态直接跃迁到基态时放出的光子一定能使金属A发生光电效应C．一个氢原子从n＝3激发态跃到基态时，该氢原子能量增大D．一个氢原子从n＝3激发态跃到基态时该氢原子核外电子动能减小7．(2019·陕西榆林市第三次测试)目前，在居家装修中，经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是()A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的B．钍的半衰期为24天，1 g钍经过120天后还剩0.2 g未发生衰变C．已知氡的半衰期为3.8天，若取1 g氡放在天平左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，则3.8天后，需取走0.5 g砝码天平才能再次平衡D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了48．(2020·广东揭阳市模拟)如图5所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是()图5A．α射线和β射线的混合放射源B．纯α射线放射源C．纯γ射线放射源D．α射线和γ射线的混合放射源9．(2019·福建莆田市5月第二次质检)K－介子的衰变方程为：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负电，π0介子不带电．如下图，匀强磁场的方向垂直纸面向外，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入，其轨迹为图中的虚线圆弧，若K－介子在磁场中发生衰变，则衰变产生的π－介子和π0介子的运动轨迹可能是()10．(多选)(2019·广东汕头市第二次模拟)如图6，静止的238 92U核发生α衰变后生成反冲Th核，两个产物都在垂直于它们速度方向的匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法正确的是()图6A．衰变方程可表示为238 92U→234 90Th＋42HeB．Th核和α粒子的圆周轨道半径之比为1∶45C．Th核和α粒子的动能之比为1∶45D．Th核和α粒子在匀强磁场中旋转的方向相反11．(2019·四川雅安市第三次诊断)铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变．其衰变方程为238 92 U→234 90Th＋X，裂变方程为235 92U＋10n→Y＋8936Kr＋310n，其中235 92U、10n、Y、8936Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c.下列叙述正确的是()A.238 92U发生的是β衰变B．Y原子核中含有56个中子C．若提高温度，238 92U的半衰期将会变小D.235 92U裂变时释放的能量为(m1－2m2－m3－m4)c212．(2020·福建厦门市质检)钴－60(6027Co)放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业．在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐照保藏与保鲜等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗．一个钴－60原子核(6027Co)放出一个β粒子(0－1e)后衰变成一个镍核(6028 Ni)，并伴随产生了γ射线．已知钴－60(6027Co)的半衰期为5.27年，该反应中钴核6027Co、β粒子(0－1e)、镍核(6028Ni)的质量分别为m1、m2、m3.下列说法正确的是()A．核反应中释放的能量为(m2＋m3－m1)c2B．核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强C．若有16个钴－60原子核，经过5.27年后只剩下8个钴－60原子核D．β粒子是钴原子核外的电子电离形成的13．(多选)(2019·湖北武汉市二月调研)据悉我国第四代反应堆—钍基熔盐堆能源系统(TMSR)研究已获重要突破．该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀；铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量．下列说法正确的是()A．钍核23290Th有90个中子，142个质子B．铀核裂变的核反应方程为23392U＋10n→142 56Ba＋8936Kr＋310nC．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能增加14．(2020·江西南昌市模拟)在α粒子散射实验中，α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力作用而发生的，其中有极少数α粒子发生了大角度偏转，甚至被反向弹回．假定一个速度为v的高速α粒子(42He)与金原子核(197 79Au)发生弹性正碰(碰撞前金原子核可认为是静止的)，则()A．α粒子在靠近金原子核的过程中电势能逐渐减小B．α粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成的C．α粒子散射实验说明带正电的物质均匀分布在原子内部D．当它们的距离最小时，α粒子与金原子核的动量大小之比为4∶197答案精析1．B[卢瑟福由α粒子散射实验提出原子核式结构，天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，故A错误；轻核聚变反应是较小的核反应生成较大的核的过程，再由质量数与电荷数守恒可知，故B正确；天然放射现象中放出的β粒子是原子核中的一个中子转变成一个质子和一个电子而来的，故C错误；跃迁时辐射的能量等于两能级差，氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者跃迁辐射光子的能量大，频率大，则波长比后者的短，故D错误．]2．C[根据质量数和电荷数守恒可知，X是73Li，选项A、B错误；由题意可知，反应中释放了核能，则反应中出现了质量亏损，选项C正确；上述核反应的类型是原子核的人工转变方程，选项D错误．]3．A[如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出10.2 eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV属于红色可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子，1.89 eV和2.55 eV属于可见光，1.89 eV的光子为红光，2.55 eV的光子为蓝－靛．则由题意可知，由于一群处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内只有1条，则一定对应着从第三能级到第二能级的跃迁，其可见光的颜色为红光，故选A.]4．B[题图甲中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，在C处也可以观察到很少的闪光点，A错误；根据左手定则可知，1带正电，为α射线，α射线的电离作用很强，可消除静电，B正确；氢原子吸收光子能量发生跃迁，吸收的光子能量需等于两能级间的能级差，从基态氢原子发生跃迁到n＝2能级，需要吸收的能量最小，吸收的能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，即用10.2 eV的光子照射，可以使基态氢原子发生跃迁到n＝2能级，10.4 eV的光子不能被氢原子吸收，不能发生跃迁，C错误；题图丁用弧光灯照射锌板，锌板上的电子逸出，锌板带上正电，发现验电器的张角变大，说明验电器原来就带正电，D 错误．]5．C[因大量处于基态的氢原子受到激发后能辐射出三种不同频率的光子，故氢原子是从n ＝3的能级向低能级跃迁，即可释放三种不同频率的光子；只有两种频率的光子能使金属发生光电效应，而其中一种光子恰好能使该金属发生光电效应，则说明该入射光的能量与金属的逸出功相等，由此分析可知这种光子是从n＝2跃迁到n＝1辐射的光子，则金属的逸出功为W0＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV，而另一频率的光子是从n＝3跃迁到n＝1辐射的光子，此时辐射的能量为ΔE＝－1.51 eV－(－13.6) eV＝12.09 eV；故用此种光子照射该金属，则打出的光电子的最大初动能为E km＝12.09 eV－10.2 eV＝1.89 eV，故选C.]6．B[大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时，有3→1、3→2，和2→1，三种情况，所以跃迁过程中将释放出三种频率的光子，故选项A错误；由题意可知：有两种频率的光子能使金属A产生光电效应，大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁过程所放出的光子中，从n＝3跃迁到n＝1辐射的光子频率最大，则一定能使金属A发生光电效应，故选项B正确；根据玻尔理论，氢原子从激发态跃到基态时，放出能量，电子的动能增大，电势能减小，导致原子总能量减小，故选项C、D错误．]7．A[β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的，故A正确；钍的半衰期为24天，1 g钍经过120天即经过5个半衰期，还剩m＝m0(12)tT ＝m0×(12)12024＝1×132g＝132g钍未衰变，故B错误；氡的半衰期为3.8天，经3.8天后，有0.5克衰变成新核，新的原子核仍然留在天平左盘中，故取走的砝码应小于0.5 g，天平才能再次平衡，故C错误；发生α衰变时，电荷数少2(即质子数减少2)，质量数少4，故中子数减少2，故D错误．]8．D[在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减小，说明射线中含有穿透能力弱的粒子，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场B，计数器的计数率不变，说明剩下的粒子不带电，即为γ射线，因此放射源x可能是α射线和γ射线的混合放射源，故A、B、C错误，D正确．]9．C[π－介子与K－介子均带负电，若三者运动方向相同，可知受洛伦兹力的方向相同，圆弧的弯曲方向相同，由动量守恒定律可知，π－介子速度小于K－介子的速度，由r＝m vqB可知，π－介子半径较小；π0介子不带电，则沿直线运动，选项C正确，D错误；若π0介子反向运动，由动量守恒定律可知，π－介子速度大于K －介子的速度，由r ＝m v qB可知，π－介子半径较大；由于π－介子与K －介子均带负电，受洛伦兹力的方向相同，圆弧的弯曲方向相同，选项A 、B 错误．]10．AB [已知α粒子为42He ，则由电荷数守恒及质量数守恒可知，衰变方程为：238 92U →234 90Th＋42He ，故A 正确；Th 核和α粒子都带正电荷，则在题图匀强磁场中都是逆时针旋转，故D错误；由动量守恒可得衰变后v Th v α＝m αm Th ＝4234，则Th 核和α粒子的动能之比12m Th v Th 212m αv α2＝2344×⎝⎛⎭⎫42342＝4234＝2117，故C 错误；粒子在匀强磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有B v q ＝m v 2R ，则R ＝m v Bq ，所以Th 核和α粒子的圆周轨道半径之比R Th R α＝m Th v Th Bq Th ∶m αv αBq α＝2344×4234×290＝145，故B 正确．]11．D [根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒，知X 为氦原子核，238 92U 发生的是α衰变，故A 错误；Y 的质量数：A ＝235＋1－89－3＝144，电荷数：Z ＝92－36＝56，由原子核的组成特点可知，Y 原子核中含有56个质子，中子数为：144－56＝88个，故B 错误；半衰期与温度、压强等外界因素无关，故C 错误； 由于核裂变的过程中释放能量，根据爱因斯坦质能方程得：ΔE ＝Δmc 2＝(m 1－2m 2－m 3－m 4)c 2，故D 正确．]12．B [该反应的质量亏损为(m 1－m 2－m 3)，则根据质能方程可知，反应中释放的能量为(m 1－m 2－m 3)c 2，选项A 错误；核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强，选项B 正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适应，选项C 错误；β粒子是钴原子核内的中子转变为质子时放出的负电子，选项D 错误．]13．BD [钍核232 90Th 有90个质子，142个中子，故A 错误；根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒可知，故B 正确；根据半衰期的特点可知，放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C 错误；较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中会释放一定的能量，所以核子的比结合能增加，故D 正确．]14．D。