高考物理一轮复习第十四章近代物理初步第讲原子结构与原子核练习含解析新人教版

第2讲原子结构与原子核一、选择题(本题共13小题，1～7题为单选，8～13题为多选)1．关于光电效应，下列表述正确的是(B)A．光照时间越长，光电流越大B．入射光频率大于极限频率时就能产生光电子C．入射光足够强，就可以有光电流D．不同的金属逸出功都是一样的[解析]光电流的大小与入射光的强度有关，与光照射的时间长短无关，故A错误；发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，故B正确；能否发生光电效应与入射光的强度无关，入射光足够强，不一定能产生光电流，故C错误；不同的金属逸出功是不同的，故D错误。故选B。2．(2023·辽宁凤城月考)如图所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时，释放光子的频率分别是νa、νb、νc，下列关系式正确的是(A)A．νb＝νa＋νc B．νa＝eq\f(νbνc,νb＋νc)C．νb＝eq\f(νaνc,νa＋νc) D．νc＝eq\f(νbνa,νb＋νa)[解析]本题考查氢原子能级跃迁与光子能量的表达式．因为Em－En＝hν，知Eb＝Ea＋Ec，即hνb＝hνa＋hνc，解得νb＝νa＋νc，故选A。3．(2023·宁夏银川月考)国产科幻大片《流浪地球》中讲述了太阳即将在未来出现“氦燃烧”现象，从而导致人类无法生存，决定移民到半人马座比邻星的故事，据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“氦燃烧”，其中“氦燃烧”的核反应方程为eq\o\al(4,2)He＋X→eq\o\al(8,4)Be＋γ，方程中X表示某种粒子，eq\o\al(8,4)Be是不稳定的粒子，其半衰期为T，则下列说法正确的是(A)A．X粒子是eq\o\al(4,2)HeB．若使eq\o\al(8,4)Be的温度降低，其半衰期会减小C．经过2T，一定质量的eq\o\al(8,4)Be剩余量为开始时的eq\f(1,8)D．“氦燃烧”的核反应是裂变反应[解析]本题考查核反应方程及半衰期。根据质量数和电荷数守恒可知，X粒子的质量数为4，电荷数为2，为eq\o\al(4,2)He，选项A正确；温度不能改变放射性元素的半衰期，选项B错误；经过2T，质量为m的eq\o\al(8,4)Be剩余质量m0＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2m＝eq\f(1,4)m，选项C错误；“氦燃烧”的核反应是轻核聚变反应，选项D错误。4．(2023·山东高考模拟)2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年。1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(m,8)X＋eq\o\al(1,n)Y。以下判断正确的是(B)A．m＝16，n＝1 B．m＝17，n＝1C．m＝16，n＝0 D．m＝17，n＝0[解析]由质量数和电荷数守恒可得：4＋14＝m＋1,2＋7＝8＋n，解得：m＝17，n＝1。5．(2023·北京西城区一模)已知氡222的半衰期为3.8天。那么4g放射性物质氡222经过7.6天，还剩下没有发生衰变的质量为(B)A．2g B．1gC．0.5g D．0g[解析]本题考查的是放射性元素的半衰期。根据衰变的半衰期公式m＝m0(eq\f(1,2))n，其中m0＝4g，n为经历的半衰期的个数，n＝eq\f(7.6,3.8)＝2，联立可得m＝4×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2g＝1g，故选B。6．(2023·云南玉溪一中期末)如图，天然放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，则(C)A．①电离作用最强，是一种电磁波B．②贯穿本领最弱，用一张白纸就可以把它挡住C．原子核放出一个①粒子后，形成的新核比原来的电荷数多1D．原子核放出一个③粒子后，形成的新核质子数比原来少4，中子数比原来少2[解析]本题考查对三种射线的认识。①向右偏转，知①带负电，为β射线，实质是电子流，电离作用不是最强，也不是电磁波，故A错误；②不带电，是γ射线，为电磁波，穿透能力最强，故B错误；根据电荷数守恒知，原子核放出一个①粒子后，新核的电荷数多1，故C正确；③向左偏，知③带正电，为α射线，原子核放出一个③粒子后，新核的质子数比原来少2，质量数少4，则中子数少2，故D错误。7．(2023·山东济宁一模)日本福岛核事故是世界上最大的核事故之一，2019年2月13日首次“触及”到了该核电站内部的核残渣，其中部分残留的放射性物质的半衰期可长达1570万年。下列有关说法正确的是(D)A．eq\o\al(238,92)U衰变成eq\o\al(206,82)Pb要经过4次β衰变和7次α衰变B．天然放射现象中产生的α射线的速度与光速相当，穿透能力很强C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的[解析]本题考查天然放射性的几种衰变。设经x次α衰变和y次β衰变eq\o\al(238,92)U衰变成eq\o\al(206,82)Pb，根据质量数守恒和电荷数守恒得238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，故要经过6次β衰变和8次α衰变，故A错误；α射线是速度为0.1c的氦核流，穿透能力最弱；γ射线的穿透能力最强且速度与光速相当，故B错误；半衰期具有统计规律，只对大量的原子核适用，且半衰期的大小由原子核内部因素决定，与所处的物理环境和化学状态无关，故C错误；β衰变放出的电子是来自原子核内的中子转化为质子时产生的，故D正确。8．正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电荷量相等，而电性相反。反氢是氢元素的反物质，每个氢原子是由一个质子与一个电子构成，反氢原子的核外电子为一个正电子，由玻尔模型推测，关于反氢原子说法正确的是(AB)A．反氢原子由一个带负电的质子和正电子组成B．正电子绕核做圆周运动的轨道半径不是任意的C．反氢原子的光谱是连续的D．正电子从基态跃迁到激发态，其动能增加[解析]由原子呈电中性可知，在反氢原子中，质子带负电，由玻尔的原子结构模型可知，正电子的轨道半径只能是某些分立值，称为轨道量子化，故A、B正确；由于氢原子光谱是分立的，推测反氢原子光谱也是分立的，故C错误；正电子绕核运动，库仑力提供向心力，其从基态跃迁到激发态，轨道半径增大，动能减小，故D错误。9．(2023·浙江东阳中学检测)根据玻尔理论，下列说法正确的是(AD)A．各种原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应B．电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是ν，则其发出光子的频率也是νC．若氢原子处于量子数为m(m>1)的定态，则氢原子是稳定的，不辐射光子D．在巴耳末线系中，波长最长的谱线是从量子数n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时发出的[解析]本题考查玻尔能级跃迁理论相关问题。根据光谱分析法可知，各种原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应，A正确；当电子沿某一轨道绕核运动时并不向外辐射能量，其状态是稳定的，B错误；若氢原子处于量子数为m(m>1)的定态，则氢原子处于激发态，是不稳定的，会发生跃迁向外辐射光子，C错误；巴耳末公式为eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5，…)，故当波长最长时n＝3，即从n＝3能级跃迁至n＝2能级时辐射的光子频率最小，波长最长，D正确。10．(2023·江苏扬州月考)人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法正确的是(BD)A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度[解析]原子核D、E聚变成原子核F，放出能量，选项A错误；A裂变成B、C，放出能量，选项B正确；增加入射光强度，光电子的最大初动能不变，选项C错误；镉棒能吸收中子，可控制核反应速度，选项D正确。11．(2023·红桥区月考)静止的eq\o\al(211,83)Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示，大小圆半径分别为R1、R2。则下列关于此衰变方程和两圆轨迹半径比值判断正确的是(BC)A．eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(207,81)Tl＋eq\o\al(4,2)He B．eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC．R1︰R2＝84︰1 D．R1︰R2＝207︰4[解析]原子核发生衰变时，根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反，由图可知粒子的运动的轨迹在同一侧，根据左手定则可以得知，衰变后的粒子带电的电性相反，所以释放的粒子应该是电子，原子核发生的应该是β衰变，衰变方程为eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)e，选项A错误，B正确；根据R＝eq\f(mv,qB)两粒子动量等大，做R1︰R2＝q2︰q1＝84︰1，选项C正确，D错误。12．氢原子能级如图所示，已知可见光光子的能量在1.61～3.10eV范围内，则下列说法正确的是(BD)A．氢原子能量状态由n＝2能级跃迁到n＝1能级，放出的光子为可见光B．大量氢原子处于n＝4能级时，向低能级跃迁能发出6种不同频率的光子C．处于基态的氢原子电离需要释放13.6eV的能量D．氢原子处于n＝2能级时，可吸收2.86eV能量的光子跃迁到高能级[解析]由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量为E＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV，不在可见光的能量范围内，故放出的光子不是可见光，故A错误；大量处于n＝4能级的激发态氢原子向低能级跃迁时，能产生Ceq\o\al(2,4)＝6种不同频率的光子，故B正确；处于基态的氢原子电离需要吸收13.6eV的能量，故C错误；氢原子处于n＝2能级吸收能量为2.86eV的光子，能量变为－0.54eV，即将跃迁到n＝5能级，故D正确。13．新冠病毒是一种传染病毒，传染病的传播过程十分复杂，但是可以构建最简单的传播模型来描述，这个最简模型可称为链式模型，类似于核裂变链式反应模型。铀裂变核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(A,Z)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋Req\o\al(A,Z)n，其中n表示中子。裂变后产生的中子能继续发生反应的次数称为链式反应的“传染系数”。下列说法正确的有(BC)A．从铀裂变核反应方程看，“传染系数”R＝2B．核反应堆中通过镉板吸收中子降低“传染系数”C．链式反应的临界值对应的实际“传染系数”为1D．核反应堆中的实际“传染系数”与铀浓度无关[解析]中子的电荷数Z＝0，质量数A＝1，核反应遵循电荷数守恒及质量数守恒，因此可计算得R＝3，故A错误；核反应堆中通过镉板吸收中子，减少轰击铀核的中子数，最终起到降低实际“传染系数”的作用，所以B正确；在链式反应中，当实际“传染系数”R≥1时，反应才能持续发展下去，当实际“传染系数”R<1时，反应将趋于停滞，即R＝1是链式反应持续下去的临界值，故C正确；核反应堆中还可以通过铀棒来控制核反应的速率，实际上就是通过调整铀浓度来控制实际“传染系数”，所以D错误。二、非选择题14．(2023·广东汕头月考)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变。放射出的α粒子(eq\o\al(4,2)He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。(1)放射性原子核用eq\o\al(A,Z)X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程；(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。[答案](1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(2πm,qB)eq\f(q2B,2πm)(3)Δm＝eq\f(M＋mqBR2,2mMc2)[解析](1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(