浙江省2021版高考物理一轮复习第十三章近代物理第2节原子结构和原子核达标检测含解析 1 6页

第2节 原子结构和原子核 ‎1．(2019·4月浙江选考)静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y.已知核X的质量数为A，核电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，α粒子在磁场中运动的半径为R.则(　　)‎ A．衰变方程可表示为X→Y＋He B．核Y的结合能为(mX－mY－mα)c2‎ C．核Y在磁场中运动的半径为 D．核Y的动能为EkY＝ 解析：选AC.衰变过程中质量数和电荷数均守恒，故该衰变方程为X→Y＋He，故A正确；结合能是把核子分开而需要的能量，而(mX－mY－mα)c2是衰变过程中释放的能量，故B错误；衰变过程中满足动量守恒定律，即有0＝mYvY－mαvα，又粒子在磁场中做圆周运动的半径r＝，故核Y与α粒子在磁场中做圆周运动的半径之比＝＝，则rY＝，故C正确；衰变过程中根据能量守恒定律，若释放的核能全部转化为动能，则EkY＋Ekα＝(mX－mY－mα)c2，而＝＝，联合上述二式可得，EkY＝，若释放的核能不完全转化为动能，则无法计算，故D错误．‎ ‎2．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有(　　)‎ A.H＋H→He＋n是核聚变反应 B.H＋H→He＋n是β衰变 C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应 D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变 解析：选AC.β衰变时释放出电子(e)，α衰变时释放出氦原子核(He)，可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子．‎ ‎3．(2018·11月浙江选考)一个铍原子核(Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变，生成一个锂核(Li)，并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”．静止的铍核发生了“K俘获”，其核反应方程为Be＋－1e→Li＋νe.已知铍原子的质量为MBe＝7.016 929 u，锂原子的质量为MLi＝7.016 004 u，1 u相当于9.31×102 MeV.下列说法正确的是(　　)‎ 6‎ A．中微子的质量数和电荷数均为零 B．锂核(Li)获得的动能约为0.86 MeV C．中微子与锂核(Li)的动量之和等于反应前电子的动量 D．中微子与锂核(Li)的能量之和等于反应前电子的能量 解析：选AC.中微子是不带电的，且质量接近于零，根据质量数的确定法，可知中微子的质量数和电荷数均为零，选项A正确；Li核获得的动能约为由于核衰变时的质量亏损放出的能量E＝Δmc2＝9.31×102(MBe＋Me－MLi)＞0.86 MeV，选项B错误；根据动量守恒定律可知中微子与锂核(Li)的动量之和等于反应前电子的动量，但能量不等，选项C正确，D错误．‎ ‎4.(2020·浙江省绿色评估联盟高三考试)如图为氢原子的能级示意图，则下列对氢原子跃迁的理解正确的是(　　)‎ A．由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光电子一定不能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应 B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，向外辐射6种不同频率的光子 C．大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，用发出的光照射逸出功为3.34 eV的金属，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 eV D．如果用光子能量为10.3 eV的光照射处于n＝1能级的氢原子，则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级 解析：选BC.氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，当氢原子从高能级跃迁到基态时放出的光子的能量最小值为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，大于3.34 eV，所以一定能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应，A错误；大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子的种类为C＝＝6，B正确；大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，辐射出的光子能量最大为－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，用此光子照射逸出功为3.34 eV的金属，由爱因斯坦光电效应方程可得该金属的最大初动能为12.09 eV－3.34 eV＝8.75 eV，C正确；当氢原子由低能级向高能级跃迁时，氢原子吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差，而由氢原子的能级图可知任何两能级间的能量差都不等于10.3 eV，因此不能使n＝1能级的氢原子跃迁到较高的能级，D错误．‎ ‎5．一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si，下列说法正确的是(　　)‎ A．核反应方程为p＋Al―→Si B．核反应过程中系统动量守恒 C．核反应过程中系统能量不守恒 6‎ D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和 解析：选AB.核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，A项正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，B项正确；题述核反应过程属于“二合一”形式的完全非弹性碰撞，机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒，C项错误；核反应过程中的机械能有损失，故存在质量亏损现象，D项错误．‎ ‎[课后达标]‎ 一、不定项选择题 ‎1.我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础．下列关于聚变的说法正确的是(　　)‎ A．核聚变比核裂变更为安全、清洁 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加 D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加 答案：AD ‎2．(2016·10月浙江选考)用中子(n)轰击铀核(U)产生裂变反应，会产生钡核(Ba)和氪核(Kr)并释放出中子(n)，当达到某些条件时可发生链式反应．一个铀核(U)裂变时，释放的能量约为200 MeV(1 eV＝1.6×10－19J)．以下说法正确的是(　　)‎ A.U的裂变方程为U→Ba＋Kr＋n B.U的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n C.U发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D．一个U裂变时，质量亏损约为3.6×10－28kg 答案：BCD ‎3.(2018·4月浙江选考)氢原子的能级图如图所示，关于大量氢原子的能级跃迁，下列说法正确的是(可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s ，真空中的光速＝3.0×108 m/s)(　　)‎ A．氢原子从高能级跃迁到基态时，会辐射γ射线 B．氢原子处在n＝4能级，会辐射可见光 C．氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，辐射的光具有显著的热效应 D．氢原子从高能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89 eV　‎ 答案：BC ‎4．在一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为(　　)‎ 6‎ A．6次　　　　　　　　　 B．10次 C．22次 D．32次 解析：选A.一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A正确．‎ ‎5．(2020·杭州调研)原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向较低能级跃迁，用n表示氢原子所处能级状态的量子数，N表示由该能级状态发生跃迁时可能发出的不同波长的光谱线的数目，则(　　)‎ A．当n＝1时，N＝1 B．当n＝2时，N＝2‎ C．当n＝3时，N＝3 D．当n＝4时，N＝4‎ 解析：选C.据玻尔理论，处在n能级的氢原子向低能级跃迁时辐射光子的频率种类N＝.‎ ‎6．下列说法正确的是(　　)‎ A．发现中子的核反应方程是Be＋He→C＋n B．20个U的原子核经过两个半衰期后剩下5个U C.U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中，原子核中的平均核子质量变大 D．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射出一定频率的光子 解析：选A.发现中子的核反应方程是Be＋He→C＋n，A正确．原子核的半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，所以B错误.U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中，原子核中的平均核子质量变小，所以该反应过程会产生质量亏损，从而放出核能，C错误．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可能要辐射出一定频率的光子，也可能会吸收一定频率的光子，所以D错误．‎ ‎7．(2020·丽水质检)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)(　　)‎ A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2‎ 解析：选C.由质能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确．‎ ‎8．一个电子(质量为m，电量为－e)和一个正电子(质量为m，电量为e)，以相等的初动能Ek相向运动，并撞到了一起，发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，设产生光子的频率为ν；若这两个光子的能量都是hν，动量分别为p和p′，下列关系中正确的是(　　)‎ A．hν＝mc2，p＝－p′‎ B．hν＝mc2，p＝p′‎ C．hν＝mc2＋Ek，p＝－p′‎ 6‎ D．hν＝(mc2＋Ek)，p＝－p′‎ 解析：选C.由能量守恒知2mc2＋2Ek＝2hν，故hν＝mc2＋Ek，由动量守恒知0＝p＋p′，故p＝－p′，故选项C正确，选项A、B、D错误．‎ ‎9．(2020·台州质检)下列说法正确的是(　　)‎ A．核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站 B．原子反应堆主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统组成 C．铀块的体积对产生链式反应无影响 D．重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少 解析：选AB.只要措施得当，核电站造成的污染很小，A正确；原子反应堆主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统组成，B正确；要引起链式反应，须使铀块体积超过临界体积，C错误；重核裂变的质量亏损远小于一个核子的质量，核子数不会减少，D错误．‎ ‎10.(2020·台州调研)U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可 以经一次衰变变成Ti，X和Ti最后都变成Pb，衰变路径如图所示．可知图中(　　)‎ A．a＝82，b＝206‎ B．a＝84，b＝206‎ C．①是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子和电子而生成的 D．②是α衰变，放出的是正电子，正电子是由质子转变成中子和一个正电子而生成的 解析：选BC.衰变①的方程式为：Bi→X＋e，为β衰变，放出电子，选项C正确；衰变②的方程式为：Bi→Ti＋He，为α衰变，选项A、D错误，B正确．‎ ‎11．下列说法正确的是(　　)‎ A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期 B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子 C．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力 D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量 解析：选B.对A项，半衰期是元素固有性质；对C项，利用红外线的波长长，穿透能力强；对D项，重核裂变，轻核聚变，质量亏损，中等核向重核、轻核变化时，质量增加．‎ ‎12．(2020·嘉兴测试)按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道直接跃迁到另一半径为rb的圆轨道上，ra>rb，在此过程中(　　)‎ A．原子要发出一系列频率的光子 6‎ B．原子要吸收一系列频率的光子 C．原子要吸收某一频率的光子 D．原子要发出某一频率的光子 解析：选D.因ra>rb，则能级Ea>Eb，故电子向低能级轨道跃迁而发出光子，又因电子是直接跃迁，故只能发出某一频率的光子．‎ ‎13．下列说法正确的是(　　)‎ A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径不是任意的 B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视 C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短 D．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小 解析：选AD.由量子理论可知，原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是不连续的、不是任意的，选项A正确；利用γ射线的贯穿能力可以为金属探伤，但是γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，选项B错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于该金属的极限频率，说明该束光的波长太长，选项C错误；根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，选项D正确．‎ 二、非选择题 ‎14．(2020·金华质检)静止的Li核俘获一个速度v1＝7.7×104 m/s的中子而发生核反应，生成两个新核．已知生成物中He的速度v2＝2.0×104 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同．‎ ‎(1)写出上述反应方程．‎ ‎(2)求另一生成物的速度．‎ 解析：(1)Li＋n→He＋H.‎ ‎(2)设中子、氦核、新核的质量分别为m1、m2、m3，它们的速度分别为v1、v2、v3，根据核反应动量守恒有：m1v1＝m2v2＋m3v3‎ v3＝＝－1×103 m/s 负号说明新核运动方向与氦核相反．‎ 答案：(1)Li＋n→He＋H　(2)大小是1×103 m/s，方向与氦核速度方向相反 6‎