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2019年高考物理人教版一轮复习第14章近代物理初步:练案41原子结构与原子核

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                 练案[41]  第十四章 近代物理初步
                        第   2 讲 原子结构与原子核

    一、选择题(本题共        12 小题,1~8   题为单选,9~12      题为多选)
    1.(2018·吉林省百校联盟高三         12 月联考)在下列物理现象中,原子核发生变化的是
导学号 21993388( D )
    A.黑体辐射现象                           B.光电效应现象
    C.原子发光现象                           D.天然放射现象
    [解析] 黑体辐射现象和原子发光现象均为原子外层电子跃迁而辐射电磁波的现象,
不是核反应,A、C        错误;光电效应现象是原子外层电子受光照射脱离原子核的束缚而逸
出,没有发生核反应,B          错误;天然放射现象是原子核发生改变并伴随产生放射线的现象,
D 正确。

    2.(2018·江西省临川区第一中学高三上学期第三次段考试题)下列说法正确的是
导学号 21993389( C )
    A.铀核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
    B.发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能就越大
    C.原子核内的中子转化成一个质子和电子,产生的电子发射到核外,就是                               β 粒子,
这就是   β 衰变的实质
    D.用能量为      11.0eV 的光子照射时,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
    [解析] 根据爱因斯坦质能方程可知,裂变时释放能量是因为发生了亏损质量,ΔE=

    2
Δmc ,故   A 错误;发生光电效应时,入射光的频率越高,光子的能量越大,由:Ekm=

hν-W  逸出功得,逸出的光电子的最大初动能就越大,而与入射光的强度无关,故                              B 错误;
β 衰变时,原子核中的一个中子,转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,故                                 C 正确;
11.0eV 的能量不等于基态与其它能级间的能级差,所以不能吸收而发生跃迁,故                              D 错误;
故选   C。

    3.(2018·河北省邯郸市鸡泽县第一中学高三上学期期中试题)下列说法正确的是

导学号 21993390( D )
    A.卢瑟福     α 粒子散射实验表明原子存在中子
    B.外界温度越高,放射性元素的半衰期越短
    C.核聚变反应方程12H+13H→24He+A         中,A   表示质子
    D.29328U 原子核衰变为一个28026Pb     原子核的过程中,发生          6 次 β 衰变
    [解析] 卢瑟福      α 粒子散射实验确定了原子核核式结构理论,选项                   A 错误;放射性元
素的半衰期与外界因素无关,选项               B 错误;核聚变反应方程中          A 的电荷数为     0,质量数为
2+3-4=1,故     A 表示中子,选项       C 错误;29328U  原子核衰变为一个28026Pb     原子核的过程中
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设经过   m 次  α 衰变,n   次 β 衰变,则有:4m=32,2m-n=10,解得:m=8,n=6,选项
D 正确;故选     D。

    4.(2018·四川省资阳市      12 月月考)核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少,我

国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀
元素,它可破坏细胞基因,提高患癌的风险。已知钚的一种同位素29349Pu                          的衰变方程为:

29349Pu→X+24He+γ,半衰期为     24100 年,则下列说法中正确的是导学号 21993391( B )
    A.衰变时发出的        γ 射线是波长很短的实物粒子,穿透能力很强
    B.X  原子核中含有      143 个中子
    C.10  个29349Pu 经过 24100 年后一定还剩余      5 个
    D.衰变过程的总质量不变
    [解析] 衰变时发出的        γ 射线是电磁波,穿透能力很强,故              A 错误。根据电荷数守恒、
质量数守恒知,X        的电荷数为     92,质量数为     235,则  X 原子核中的中子数为         143,故  B 正
确。半衰其具有统计规律,对大量的原子核适用,对少数原子核不适用,故                                C 错误;衰变
的过程中有质量亏损,总质量减小,故                 D 错误,故选     B。

    5.(2018·河北八校检测)下列说法中,不属于玻尔所提出的原子模型理论的是
导学号 21993392( D )
    A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做圆周运动,但不向外辐射能量
    B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道
分布是不连续的

    C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子
    D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
    [解析] 根据玻尔对原于结构的假设可知:
    (1)原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做圆周运动,但不向外辐射能量。
    (2)原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道分
                                  1

布是不连续的,原子的能级公式为               En=n2E1(E1 是基态原子的能量)。
    (3)电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子,辐射(或吸收)

的光子的频率由两能级间的能量差决定,hν=Em-En。
    所以不属于玻尔所提出的原子模型理论的是                  D。

    6.(2018·天津红桥区月考)科学家发现在月球上含有丰富的23He(氦                    3),它是一种高效、
清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为23He+23He→21H+24He。
关于23He  聚变,下列表述正确的是导学号 21993393( B )
    A.聚变反应不会释放能量
    B.聚变反应产生了新的原子核
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    C.聚变反应没有质量亏损
    D.目前核电站都采用23He         聚变反应发电
    [解析] 由于核聚变过程中存在质量亏损,故                  C 错误。根据爱因斯坦质能方程            ΔE=
Δmc2 可以确定有质量亏损,则核聚变会释放能量,故                    A 错误。由于该核反应的生成物有

24He 和1H,故该反应产生了新的原子核,故               B 正确。目前的核电站都采用了铀             235 的核裂
变,而核聚变发电仍处于实验阶段,故                 D 错误。

    7.(2018·广东肇庆月考)下列说法正确的是导学号 21993394( B )
    A.玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功
地解释了各种原子光谱的实验规律

    B.普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一
    C.放射性原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时,辐射出                               γ 射线,
γ 射线在电场和磁场中都会发生偏转
    D.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,可能是因为这束光的光强太小
    [解析] 玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,
成功地解释了氢原子光谱的实验规律,故                  A 错误;普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的
概念,成为量子力学的奠基人之一,B                正确;放射性元素的原子核发生衰变后产生的新核
从高能级向低能级跃迁时,辐射出               γ 射线,γ  射线是一种波长很短的电磁波,在电场和磁场
中都不会发生偏转,故          C 错误;一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,可能是因为
这束光的频率太低,与光的强度无关,D                 错误。

    8.(2018·江西省新余市段考)关于核反应方程式12H+13H→24He+01n+17.6MeV,下列说
法正确的是导学号 21993395( B )
    A.17.6MeV  是该核反应的结合能
    B.12H、13H 的比结合能均比24He       的比结合能小
    C.该核反应质量数守恒,没有质量亏损
    D.结合能是质量较小的原子核结合成质量较大的原子核所放出的能量
    [解析] 17.6MeV   是该核反应放出的核能,而结合能是把原子核分成核子所需要的能
量,所以    A、D   错误;比结合能较小的原子核反应后生成比结合能较大的原子核时放出核
能,所以    B 正确;每个核反应都遵循质量数守恒,但是核反应会出现质量亏损,所以                               C 错
误。

    9.(2018·辽宁鞍山月考)氢原子能级的示意图如图所示,大量氢原子从                         n=4 的能级向
n=2  的能级跃迁时辐射出可见光           a,从   n=3 的能级向    n=2  的能级跃迁时辐射出可见光
b,则导学号 21993396( AC )
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    A.a  光的光子能量大于        b 光的光子能量
    B.氢原子从      n=4 的能级向    n=3  的能级跃迁时会辐射出紫外线
    C.处于    n=4 能级的电子的动能小于处于            n=2 能级的电子的动能
    D.在真空中传播时,b         光的波长较短
    [解析] 根据跃迁规律可知从高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级

的能量差。由公式        hν=Em-En,可知从      n=4  的能级向    n=2 的能级跃迁时辐射光子的能量
大于从   n=3  的能级向    n=2 的能级跃迁时辐射光子的能量,则               a 光的光子能量大于        b 光的
                                                                    c
光子能量,又根据光子能量            E=hν 可得   a 光子的频率大于      b 光子的频率,由       λ=ν,则   a 光
的波长小于     b 光的波长,故      A 正确,D    错误;根据跃迁规律可知,氢原子从               n=4  的能级
向  n=3 的能级跃迁时辐射出的光子的能量小于                 a 光子的能量,因为紫外线的能量大于可见
光的能量,所以不可能是紫外线,故                B 错误;根据玻尔理论,库仑力提供向心力,有
 e2   v2
kr2=m  r ,可知越靠近原子核,电子的速率越大,动能越大,那么处于                         n=4 能级的电子的
动能小于处于      n=2  能级的电子的动能,故          C 正确。

    10.(2018·山东省枣庄期中)氘核和氚核的核反应方程为12H+13H→24He+01n,已知13H                    的
比结合能是     2.78MeV,12H  的比结合能是      1.09MeV,24He 的比结合能是      7.03MeV,下列有关
核力、核能和结合能的说法正确的是导学号 21993397( AC )
    A.氦原子核由两个质子和两个中子组成,其中两个质子之间三种作用力从大到小的
排列顺序为:核力、库仑力、万有引力

    B.聚变反应后生成的氦核的结合能为                14.06MeV
    C.该核反应过程释放出的能量为              17.6MeV
    D.原子核的比结合能大小可反映原子核的稳定程度,该值随质量数的增加而增大
    [解析] 核力是强相互作用的一种表现,作用力最强,其次是库仑力,最小的是万有

引力,故    A 正确;反应后生成的氦核的结合能               E1=4×7.03MeV=28.12MeV,故      B 错误;

由核反应方程式可知,该反应是核聚变反应,反应中会释放能量,放出的能量                                 ΔE=E1-
E=28.12MeV-(2.78×3+1.09×2)MeV=17.6MeV,故        C 正确;比结合能越大,原子核越
稳定,但该值并不随质量数的增加而增大,故                    D 错误。

    11.(2018·东北三省三校联考)29328U      是一种放射性元素,能够自发地进行一系列放射性
衰变,如图所示,可以判断下列说法正确的是导学号 21993398( ABD )
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    A.图中    a 是 84,b 是 206
    B.28026Pb 比29328U 的比结合能大
    C.Y  是  β 衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的
    D.Y  和  Z 是同一种衰变
    E.从   X 衰变中放出的射线电离能力最强
    [解析] 21a0Po―→28026Pb,质量数少      4,知发生了一次       α 衰变,则电荷数少       2,所以
a=84,28130Bi―→8b1Tl,发生了一次      α 衰变,则    b=206,故   A 正确;比结合能小的原子核
结合成或分解成比结合能大的原子核时会出现质量亏损,根据爱因斯坦质能方程得知一定
释放核能,因此核反应放出能量,则28026Pb              比29328U 的比结合能大,选项       B 正确,Y    和 Z 是
同一种衰变,选项        C 错误,D    正确;28130Bi―→28140Po 发生了  β 衰变,放出的      β 射线电离能
力不是最强的,选项         E 错误。

    12.(2018·重庆九龙坡月考)锌对人体的新陈代谢起着重要作用,在儿童生长发育时期
测量体内含锌量已成为体格检查的重要内容之一。取儿童的头发约                            50mg,放在反应堆中经
中子照射后,头发中的锌元素与中子反应生成具有放射性的同位素锌,其核反应方程式为:

3604Zn+01n→3605Zn,3605Zn 衰变放出能量为   1115eV 的 γ 射线,通过    γ 射线强度的测定可以计
算出头发中锌的含量。关于以上叙述,下列说法正确的是导学号 21993399( BDE )
    A.3604Zn 和3605Zn 有相同的核子数
    B.3604Zn 和3605Zn 有相同的质子数
    C.γ  射线是由锌原子的内层电子激发的
    D.γ  射线在真空中传播的速度是           3×108m/s
    E.γ 射线其实是光子流(高频电磁波)
    [解析] 核子数=质子数+中子数,3604Zn            和3605Zn 核子数不同,质子数相同,故           A 错误,
B 正确;γ   射线是在    α、β  衰变过程中释放出来的,它是光子流,以光速传播,故                       C 错误,
D、E  正确。
    二、非选择题

    13.1909—1911  年,英国物理学家卢瑟福与其合作者做了用                   α 粒子轰击固定金箔的实
验,发现绝大多数        α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,少数                  α 粒子却发生子较大的偏
转,并且还有极少数         α 粒子偏转角度超过了         90°,有的甚至被弹回,偏转角几乎达到
180°,这就是    α 粒子散射实验。为了解释这个结果,卢瑟福在                   1911 年提出了原子的核式结
构学说:在原子的中心有一个很小的核,叫作原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量
都集中在原子核上,带负电的电子在核外空间绕着核旋转。设某一次实验,有一初速度为
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v0 的 α 粒子正对着金箔中某一金原子核             Q 运动,结果被反向弹回。已知在点电荷                Q 的电场
                                     kQ金qα
中,α   粒子在距离     Q 为 r 的点的电势能     W=     r  ,k=9.0×109N·m2/C2,金的原子序数为

                        -27                        7
79,α  粒子质量    ma=6.64×10   kg,α 粒子初速度     v0=1.6×10 m/s,电子电荷量      e=

1.6×10-19C。导学号 21993400

    (1)若该  α 粒子距离这个金核       r1 时,其速度为     v1,加速度为     a1,则在距离这个金核

r2 时,其速度    v2,加速度    a2 各为多少?
    (2)请估算出金原子核的直径          d。
    答案:见解析

                                                  1      a2  r12
                                                             2
    [解析] (1)由牛顿第二定律得         a∝F,由库仑定律知        F∝r2,故有a1=r2,解得       a2=
 r1

   2
(r2) a1,
    忽略金原子内电子产生的电场的影响,由能量守恒定律得
    kQ金qα   1      kQ金qα   1
                2              2
      r1  +2mαv1=    r2  +2mαv2
             2kQ金qα   1  1
                      -  +v12
               mα    r1  r2
    解得  v2=
               1  1
       10.96 ×  -  +v12
    =          r1 r2     。

    (2)设 α 粒子从零势能位置以速度          v0 对准金原子核运动,能到达离核最近的距离为                  s,
由能量守恒定律得
    1      kQ金qα
        2
    2mαv0=    s  ,
           2kQ金qα   2 × 9.0 × 109 × 79 × 2 × 1.6 × 10-192
    解得  s=  mαv02 =     6.64 × 10-27 × 1.6 × 1072 m

    ≈4.3×10-14m。
    金原子核的直径       d=2s=2×4.3×10-14m=8.6×10-14m,
    所以金原子核的直径约为           8.6×10-14m。

    14.(2018·湖北黄石联考)用速度大小为            v 的中子轰击静止的锂核(36Li),发生核反应后
生成氚核和     α 粒子。生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反,氚核与                         α 粒子的速度之
比为   78,中子的质量为       m,质子的质量可近似看成           m,光速为     c。导学号 21993401
    (1)写出核反应方程;
    (2)求氚核和    α 粒子的速度大小;
    (3)若核反应过程中放出的核能全部转化为                α 粒子和氚核的动能,求出质量亏损。
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                            7v  8v    141mv2
答案:(1)01n+36Li→13H+24He (2)11 11 (3)   121c2

[解析] (2)由动量守恒定律得         mnv=-mHv1+mHev2。
                            7v      8v

由题意得    v1v2=78,解得     v1=11,v2=11。
(3)氚核和   α 粒子的动能之和为
    1       1      403
         2       2       2
Ek=2·3mv1+2·4mv2=242mv   。
                         403     1    141

                              2     2       2
释放的核能为      ΔE=Ek-Ekn=242mv    -2mv =121mv  。
                                    ΔE   141mv2
由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为                Δm=  c2 = 121c2 。
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