（江蘇專用）2021版高考物理一輪復(fù)習(xí) 課后限時(shí)集訓(xùn)43 原子結(jié)構(gòu)和原子核

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1、 課后限時(shí)集訓(xùn)43 原子結(jié)構(gòu)和原子核 建議用時(shí)：45分鐘 1．(2018·北京高考)在核反應(yīng)方程He＋N→O＋X中，X表示的是(　　) A．質(zhì)子 B．中子 C．電子 D．α粒子 A　[核反應(yīng)方程中，電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，X為H。] 2．(多選)(2019·福建省泉州第一中學(xué)高三期末)科幻大片《流浪地球》影片中的行星發(fā)動(dòng)機(jī)為“聚變發(fā)動(dòng)機(jī)”，通過(guò)燃燒石頭獲得能量，其燃燒石頭指的是石頭里的Si原子核聚變生成Fe原子核。原子核的比結(jié)合能(即平均結(jié)合能)曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷正確的是(　　) A.H核比He核更穩(wěn)定 B.He核的結(jié)合能約為28 MeV

2、 C.Si核的比結(jié)合能比Fe核大 D.Si核聚變生成Fe核的過(guò)程要釋放能量 BD　[比結(jié)合能越大，核越穩(wěn)定，He核比H核的比結(jié)合能大，所以He核更穩(wěn)定，故A錯(cuò)誤；根據(jù)圖象知He核的比結(jié)合能約為7 MeV，所以結(jié)合能ΔE＝7×4 MeV＝28 MeV，故B正確；根據(jù)圖象得，F(xiàn)e核比Si核的比結(jié)合能大，故C錯(cuò)誤；輕核聚變成重核會(huì)放出能量，所以Si核聚變生成Fe核要釋放出能量，故D正確。] 3.某一放射性物質(zhì)發(fā)生衰變時(shí)放出α、β、γ三種射線，讓這三種射線進(jìn)入磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)情況如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．該放射性物質(zhì)的半衰期隨溫度的升高會(huì)增大 B．C粒子是原子核的重要組成部分

3、C．A粒子一定帶正電 D．B粒子的穿透性最弱 C　[半衰期由原子核本身決定，與外界因素?zé)o關(guān)，故A錯(cuò)誤；由題圖可知C粒子為電子，而原子核帶正電，故B錯(cuò)誤；由左手定則可知，A粒子一定帶正電，故C正確；B粒子為γ射線，穿透性最強(qiáng)，故D錯(cuò)誤。] 4．(2019·貴州凱里一中模擬)居里夫婦和貝克勒爾由于對(duì)放射性的研究而一起獲得1903年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，下列關(guān)于放射性的敘述，正確的是(　　) A．自然界中只有原子序數(shù)大于83的元素才具有放射性 B．三種天然放射線中，電離能力和穿透能力最強(qiáng)的是α射線 C．α衰變U→X＋He的產(chǎn)物X由90個(gè)質(zhì)子和144個(gè)中子組成 D．放射性元素的半衰期與原子所

4、處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件有關(guān) C　[原子序數(shù)大于83的元素都具有放射性，小于83的個(gè)別元素也具有放射性，故A錯(cuò)誤；α射線的穿透能力最弱，電離能力最強(qiáng)，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱，故B錯(cuò)誤；根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒得，產(chǎn)物X為X，則質(zhì)子為90個(gè)，中子數(shù)為234－90＝144個(gè)，故C正確；放射性元素的半衰期與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤。] 5．(2019·重慶一中高三開(kāi)學(xué)考試)下列說(shuō)法中不正確的是(　　) A．湯姆孫通過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子的結(jié)論，并求出了陰極射線的比荷 B．盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電子是原子的組成部分，原子不可再

5、分的觀念被打破 C．氫原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，能量減小，動(dòng)能增大 D．氫原子光譜表明氫原子的能量是不連續(xù)的 B　[湯姆孫通過(guò)陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)得出了陰極射線是帶負(fù)電的粒子的結(jié)論，并求出了陰極射線的比荷，故選項(xiàng)A不符合題意；湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子的結(jié)果表明電子是原子的組成部分，原子不可再分的觀念被打破，故選項(xiàng)B符合題意；根據(jù)玻爾理論，當(dāng)氫原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)，軌道半徑減小，能量減小，動(dòng)能增大，故選項(xiàng)C不符合題意；氫原子光譜是一條一條的不連續(xù)的光譜線，它表明氫原子的能量是不連續(xù)的，故選項(xiàng)D不符合題意。] 6.根據(jù)氫原子的能級(jí)圖，現(xiàn)讓一束單色光照射到大量處于基態(tài)(量子數(shù)n＝1)的

6、氫原子上，受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出6種不同頻率的光，則照射氫原子的單色光的光子能量為(　　) A．12.75 eV B．13.06 eV C．13.6 eV D．0.85 eV A　[受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出6種不同頻率的光，知躍遷到第4能級(jí)，則吸收的光子能量為ΔE＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。] 7.自然界存在的放射性元素的原子核并非只發(fā)生一次衰變就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而是要發(fā)生一系列連續(xù)的衰變，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。某些原子核的衰變情況如圖所示(N表示中子數(shù)，Z表示質(zhì)子數(shù))，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．由Ra

7、到Ac的衰變是α衰變 B．已知Ra的半衰期是T，則8個(gè)Ra原子核經(jīng)過(guò)2T時(shí)間后還剩2個(gè) C．從Th到Pb共發(fā)生5次α衰變和2次β衰變 D．圖中原子核發(fā)生的α衰變和β衰變分別只能產(chǎn)生α射線和β射線 C　[Ra衰變?yōu)锳c的過(guò)程中，放出負(fù)電子，則該衰變是β衰變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)少數(shù)原子核的衰變不適用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；Th衰變?yōu)镻b的過(guò)程中，質(zhì)量數(shù)減少20，由原子核衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)守恒可知，該過(guò)程中共發(fā)生了5次α衰變，又由原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒有5×2－x＝8，和x＝2，則該過(guò)程中共發(fā)生了2次β衰變，選項(xiàng)C正確；發(fā)生α衰變和β衰變時(shí)，往往伴隨γ射線產(chǎn)生，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]

8、 8.(2017·天津高考)我國(guó)自主研究制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是(　　) A.H＋H→He＋n B.7N＋He→8O＋H C.He＋Al→P＋n D.92U＋n→56Ba＋Kr＋3n A　[A對(duì)：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核。 B錯(cuò)：原子核的人工轉(zhuǎn)變。 C錯(cuò)：原子核的人工轉(zhuǎn)變。 D錯(cuò)：重核裂變。] 9．(2019·山西省長(zhǎng)治、運(yùn)城、大同、朔州、陽(yáng)泉五地市聯(lián)考)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應(yīng)方程為：H＋H→He＋X，式中X是某種粒子。已知：H、H、He和

9、粒子X(jué)的質(zhì)量分別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知(　　) A．粒子X(jué)是H B．該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為0.028 9 u C．該反應(yīng)釋放出的能量約為17.6 MeV D．該反應(yīng)中釋放的全部能量轉(zhuǎn)化為粒子X(jué)的動(dòng)能 C　[根據(jù)核反應(yīng)前、后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可判斷X為中子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u，故B錯(cuò)誤；由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知釋放出的能量為ΔE＝0.

10、018 9×931.5 MeV≈17.6 MeV，選項(xiàng)C正確；該反應(yīng)中釋放的能量一部分轉(zhuǎn)化為粒子X(jué)的動(dòng)能，一部分轉(zhuǎn)化為He的動(dòng)能，故D錯(cuò)誤。] 10.(2019·河北高三月考)如圖所示為氫原子能級(jí)示意圖的一部分，根據(jù)玻爾理論，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)比從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng) B．大量處于n＝4能級(jí)的電子向低能級(jí)躍遷時(shí)可放出4種頻率的光子 C．從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)，電子的電勢(shì)能增大 D．從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)輻射的光子可以使逸出功為2.5 eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng) A　[由圖可知，從n＝4能級(jí)躍遷到n

11、＝3能級(jí)比從n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射出光子能量小，則輻射的光子頻率小，所以輻射的電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng)，故A正確；大量處于n＝4能級(jí)的電子向低能級(jí)躍遷時(shí)可放出＝6種頻率的光子，故B錯(cuò)誤；從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)，氫原子向外發(fā)射光子，總能量減小，根據(jù)：＝可知，電子運(yùn)動(dòng)的半徑減小，則電子的動(dòng)能增大，所以電子的電勢(shì)能減小，故C錯(cuò)誤；從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)輻射的光子的能量：E32＝E3－E2＝－1.51－(－3.4)eV＝1.89 eV<2.5 eV，可知不能使逸出功為2.5 eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯(cuò)誤。] 11．(2019·吉林白城一中高三期末)下列四幅圖分別對(duì)應(yīng)著四種說(shuō)法，其中正

12、確的是(　　) A．氫原子能極圖　　　　　 B．α、β、γ穿透能力 　　　　C．氡的衰變　　　　 　D．原子彈的爆炸 A．氫原子輻射出一個(gè)光子后，電勢(shì)能增大，動(dòng)能減小 B．重核的裂變反應(yīng)方程可以有U→Ba＋Kr＋2n C．根據(jù)α、β、γ射線的特點(diǎn)可知，射線1是α射線，射線2是β射線，射線3是γ射線 D．天然放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件有關(guān) C　[一個(gè)氫原子放出光子，原子能量減小，根據(jù)＝，得：mv2＝，電子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小，故A錯(cuò)誤；重核的裂變是重核俘獲一個(gè)慢中子后才能發(fā)生的，所以核反應(yīng)方程有：U＋n→Ba＋Kr＋3n，故B

13、錯(cuò)誤；三種射線的穿透本領(lǐng)不同，根據(jù)α、β、γ射線的特點(diǎn)可知，射線1的穿透本領(lǐng)最弱，是α射線，射線3的穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，是γ射線，射線2是β射線，故C正確；天然放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤。] 12.(多選)(2017·江蘇高考)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.He核的結(jié)合能約為14 MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C．兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)釋放能量 D.92U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大 BC　[A錯(cuò)：He核有4個(gè)核子，由比結(jié)合能圖線可知，He核的結(jié)合能約為28 MeV。 B

14、對(duì)：比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。 C對(duì)：兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)，核子的比結(jié)合能變大，結(jié)合時(shí)要放出能量。 D錯(cuò)：由比結(jié)合能圖線知，92U核中核子平均結(jié)合能比Kr核中的小。] 13．(2019·廣東高三期末)由于放射性元素镎Np的半衰期很短，在自然界很難被發(fā)現(xiàn)，只有通過(guò)人工的方法制造，已知镎Np經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變后變成鉍Bi，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．镎Np原子核比鉍Bi原子核多28個(gè)質(zhì)子 B．發(fā)生了7次α衰變和6次β衰變 C．一定量的放射性核元素，隨著存放時(shí)間的推移，放射線的穿透力越來(lái)越弱 D．镎Np原子核的平均結(jié)合能小于衰變后生成的原子核的平均結(jié)合能 D　[Bi的原子

15、核比Np少10個(gè)質(zhì)子，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)總共少28，故A項(xiàng)與題意不相符；設(shè)Np變?yōu)锽i需要經(jīng)過(guò)x次α衰變和y次β衰變，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒則有：93＝2x－y＋83,4x＝237－209，所以解得：x＝7，y＝4，故B項(xiàng)與題意不相符；衰變的種類不變，則釋放出的射線不變，其穿透性也不變，故C項(xiàng)與題意不相符；由于衰變的過(guò)程中會(huì)釋放一部分的能量，所以镎Np原子核的平均結(jié)合能小于衰變后生成的原子核的平均結(jié)合能，故D項(xiàng)與題意相符。] 14．海水中含有豐富的氘，完全可充當(dāng)未來(lái)的主要能源。兩個(gè)氘核的核反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)He核和一個(gè)粒子，其中氘核的質(zhì)量為2.013 0 u，氦核的質(zhì)量為3.015 0 u，中子的質(zhì)量

16、為1.008 7 u。(1 u＝931.5 MeV)，求： (1)寫(xiě)出核反應(yīng)方程； (2)核反應(yīng)中釋放的核能； (3)在兩個(gè)氘核以相等的動(dòng)能0.35 MeV進(jìn)行對(duì)心碰撞，并且核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況下，反應(yīng)中產(chǎn)生的粒子和氦核的動(dòng)能。 [解析]　(1)核反應(yīng)方程為：H＋H→He＋n。 (2)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝2mH－mHe－mn 由ΔE＝Δmc2可知釋放的核能：ΔE＝(2mH－mHe－mn)×931.5 MeV＝2.14 MeV。 (3)把兩個(gè)氘核作為一個(gè)系統(tǒng)，碰撞過(guò)程系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，由于碰撞前兩氘核的動(dòng)能相等，其動(dòng)量等大反向，因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，即mHevHe

17、＋mnvn＝0；反應(yīng)前后系統(tǒng)的總能量守恒，即mHev＋mnv＝ΔE＋2EkH，又因?yàn)閙He∶mn＝3∶1，所以vHe∶vn＝1∶3， 由以上各式代入已知數(shù)據(jù)得：EkHe＝0.71 MeV，Ekn＝2.13 MeV。 [答案]　(1)H＋H→He＋n　 (2)2.14 MeV　(3)2.13 MeV　0.71 MeV 15．(2019·河北高三月考)在方向垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，靜止的Po核沿與磁場(chǎng)垂直的方向放出He核后變成Pb的同位素粒子。已知Po原子核質(zhì)量為209.982 87 u，Pb的同位素粒子的質(zhì)量為205.974 6 u，He原子核的質(zhì)量為4.002 60 u,1 u相當(dāng)于931

18、.5 MeV。求：(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s,1 eV＝1.6×10－19 J，真空中光速c＝3×108 m/s，計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) (1)請(qǐng)寫(xiě)出核反應(yīng)方程并計(jì)算該核反應(yīng)釋放的核能； (2)若釋放的核能以電磁波的形式釋放，求電磁波的波長(zhǎng)； (3)若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，求Pb的同位素粒子和He核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑之比。 [解析]　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒可知該核反應(yīng)方程為 Po→Pb＋He 該核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為 Δm＝mPo－mPb－mHe＝0.005 67 u 根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程得釋放的能量為 ΔE＝Δm×931.5 MeV＝5.28 MeV。 (2)若釋放的核能以電磁波的形式釋放，光子能量為 ΔE＝hν＝h 代入數(shù)據(jù)得： λ＝2.35×10－13 m。 (3)該衰變過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律 mHevHe－mPbvPb＝0 洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得 qvB＝m Pb的同位素粒子和He核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為 ＝。 [答案]　(1)Po→Pb＋He，ΔE＝5.28 MeV (2)2.35×10－13 m　(3) 8