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2019届一轮复习物理江苏专版:课时跟踪检测(三十九) 原子结构与原子核

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             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174N   获得反冲核187O,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
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电磁理论,选项       A 正确;查德威克用        α 粒子轰击49Be,获得反冲核162C,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(  )
                             E3-E2
    A.产生的光子的最大频率为              h
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    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     E3-E2

    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-E3                      的电

子撞击氢原子,二是用能量为-E3              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,
                    E3-E1
产生光子的最大频率为            h   ;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                               E2-E1,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

E3-E1-(E2-E1)=E3-E2;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-E3               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
                                                     1          1
                                                                ( )n
衰期不发生变化,故         A 错误,B    正确;该元素还剩余         12.5%=8,根据    m=  2  ·m0,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.29328U 衰变为29314 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 29328U 衰变为29314 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
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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29304Th 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29304Th      经 α、β  衰变会生成28262Rn,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29304Th 经过 120 天后,发生    5 个半衰期,1 
                          1
                         ( )5
g 钍经过   120 天后还剩    m=m0  2 =0.031  25 g,故  A 错误。光电效应中,依据光电效应方

程  Ekm=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29304Th  衰变成氡28262Rn,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           C42=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.29325U 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
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台

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→24He+13H+4.9                   MeV 和12H+13H→24He+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
                                 2   3   4
    解析:选    AD 根据核反应方程:1H+1H→2He+X,X                的质量数:m1=2+3-4=

1,核电荷数:z1=1+1-2=0,所以            X 是中子,故     A 正确;根据核反应方程:X+
    4    3
Y→2He+1H,X     是中子,所以      Y 的质量数:m2=4+3-1=6,核电荷数:z2=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                  m1、m2、m3,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1H+01n→13H+γ

    B.聚变反应中的质量亏损           Δm=m1+m2-m3

                                           2
    C.辐射出的      γ 光子的能量    E=(m3-m1-m2)c
                             h
    D.γ  光子的波长     λ=m1+m2-m3c
    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=m1+m2-m3,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,
                                                hc

                            2                                    2
故光子能量为      E=(m1+m2-m3)c    ,故  C 错误;根据     E=  λ =(m1+m2-m3)c  ,得光子的波
                h
长为:λ=m1+m2-m3c,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29349Pu,静止的29349Pu                           衰变
为铀核29325U  和 α 粒子,并放出频率为         ν 的 γ 光子,已知29349Pu、29325U 和  α 粒子的质量分别

为  mPu、mU、mα。下列说法正确的是(  )

    A.29349Pu 的衰变方程为29349Pu→29325U+24He+γ
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    B.此核反应过程中质量亏损为             Δm=mPu-mU-mα

                                          2
    C.释放出的      γ 光子的能量为(mPu-mU-mα)c
    D.反应后29325U   和 α 粒子结合能之和比29349Pu      的结合能大
    解析:选    ABD 根据质量数守恒与电荷数守恒可知,29349Pu                的衰变方程为

29349Pu→29325U+24He+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=mPu-mU-mα,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

                     2
量:E=(mPu-mU-mα)c      ,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

                                             2            239        235
及光子的能量,所以光子的能量小于(mPu-mU-mα)c                  ,故  C 错误;   94 Pu 衰变成   92 U 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29325U   和 α 粒子结合能之和比29349Pu      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                  m1、m2、m3、m4,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 m1=2.014 1 u、m2=3.016 1 u、m3=4.002 6 u、m4=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:

    12H+13H→24He+01n+γ,
    由质能方程得释放的核能为:

                         2
    ΔE=(m1+m2-m3-m4)c     ,
                                       c
    若此核能全部以光子形式释放,由               ΔE=hλ知   γ 光子的波长为:λ=
         h
m1+m2-m3-m4c。
    (2)质量亏损为:Δm=m1+m2-m3-m4=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。
                     h
    答案:(1)m1+m2-m3-m4c (2)17.6 MeV
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