第十六章第2讲　原子结构　原子核-2025版高考总复习物理

[基础落实练]1．核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是()A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害解析：半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，根据半衰期的定义知，选项A错误；半衰期由原子核的内部结构所决定，与外界因素无关，选项C错误；原子核衰变过程满足电荷数和质量数守恒，选项B错误。故选D。答案：D2．(2024·四川成都高三联考)下列核反应属于α衰变的是()A．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HC．eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD．eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e解析：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n属于轻核聚变，A错误；eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H属于人工转变，B错误；eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He属于α衰变，C正确；eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e属于β衰变，D错误。答案：C3．(2022·山东卷)碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的()A．eq\f(1,16) B．eq\f(1,8)C．eq\f(1,4) D．eq\f(1,2)解析：设碘125刚植入时的质量为m0，则经过n＝eq\f(180,60)＝3个半衰期以后剩余的质量为m＝(eq\f(1,2))nm0，解得eq\f(m,m0)＝eq\f(1,8)，B项正确。答案：B4.(2023·山东卷)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为()A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3解析：利用图示能级关系及能级跃迁理论可知光子的能量关系是hν0＝hν1＋hν2＋hν3，解得ν2＝ν0－ν1－ν3。故选D。答案：D[能力提升练]5．(多选)根据玻尔的原子理论，下列说法正确的是()A．氢原子的核外电子在能级越高的轨道，电子的动能越大B．氢原子的核外电子在能级越高的轨道，原子的能量越高C．一群氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时最多可辐射出6种频率的光D．能级为E1的氢原子，吸收能量为E的光子后被电离，则电离时电子的动能为E－E1解析：根据keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)可知，氢原子的核外电子在能级越高的轨道，速度越小，则电子的动能越小，选项A错误；氢原子的核外电子在能级越高的轨道，原子的能量越高，选项B正确；一群氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时最多可辐射出Ceq\o\al(2,4)＝6种频率的光，选项C正确；能级为E1的氢原子，吸收能量为E的光子后被电离，则电离时电子的动能为E＋E1，选项D错误。答案：BC6．(多选)(2022·海南卷)一群处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁向外发出不同频率的光子，则()A．需要吸收能量B．共能放出6种不同频率的光子C．n＝4向n＝3跃迁发出的光子频率最大D．n＝4向n＝1跃迁发出的光子频率最大解析：氢原子从第4激发态跃迁到基态需要释放光子，对外释放能量，故A错误；一群处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多能释放不同频率光子的种数为Ceq\o\al(2,4)＝6，故B正确；根据E＝En－Em，可知n＝4向n＝1跃迁发出的光子能量最大，光子频率最大，故C错误，D正确。故选B、D。答案：BD7．(2023·新课标卷)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10-5eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，元电荷e＝1.60×10-19C)()A．103Hz B．106HzC．109Hz D．1012Hz解析：由跃迁理论可知，跃迁发射的光子能量等于发生跃迁的两能级的能量差，即ΔE＝hν，解得ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(10-5×1.6×10-19,6.63×10-34)Hz≈2.4×109Hz，故跃迁发射的光子的频率量级为109Hz，C正确。答案：C8．(多选)(2023·浙江1月卷)氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是()A．图1中的Hα对应的是ⅠB．图2中的干涉条纹对应的是ⅡC．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大解析：氢原子发生能级跃迁，由Em－En＝hν＝eq\f(hc,λ)可知，可见光Ⅰ的频率大，波长小，可见光Ⅱ的频率小，波长大。图1中的Hα是四种可见光中频率最小的，故不可能是可见光Ⅰ，A错误；图2的干涉条纹的间距比图3干涉条纹的间距窄，由Δx＝eq\f(l,d)λ可知图2对应的是波长较小的光，即Ⅰ，B错误；由公式p＝eq\f(h,λ)可知，Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，C正确；P向a移动，电流表示数为零时，有eUc＝Ekm，又Ekm＝hν－W0，整理得eUc＝hν－W0，显然入射光的频率越大，电压表的示数越大，所以Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，D正确。答案：CD9.(多选)有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A处的原子核发生衰变放射出两个粒子，两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是()A．原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个新核的质量比B．衰变形成的两个粒子带同种电荷C．衰变过程中原子核遵循动量守恒定律D．衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2＝r1∶r2解析：衰变后两个新核速度方向相反，受力方向也相反，根据左手定则可判断出两个粒子带同种电荷，所以衰变是α衰变，衰变后的新核由洛伦兹力提供向心力，有Bqv＝meq\f(v2,r)，可得r＝eq\f(mv,qB)，衰变过程遵循动量守恒定律，所以电荷量与半径成反比，有q1∶q2＝r2∶r1，但无法求出质量比，故A、D错误，B、C正确。答案：BC10．(2024·四川绵阳南山中学高三诊断)用a、b两种可见光照射同一光电效应装置，测得的光电流和电压的关系图像如图甲所示，图乙为氢原子的能级图。已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，下列说法正确的是()A．a光的波长比b光的小B．单色光a的光子动量比单色光b的光子动量小C．用大量E＝12.7eV的光子去照射基态的氢原子可以得到两种可见光D．若a光是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时发出的光，则b光是氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光解析：根据hν－W0＝eUc可知，发生光电效应时，频率越大的光对应的遏止电压越大，所以由题图甲可知a光的频率比b光的小，根据λ＝eq\f(c,ν)可知，频率越小，波长越大，所以a光的波长比b光的大，故A错误；根据p＝eq\f(h,λ)可知，单色光a的光子动量比单色光b的光子动量小，故B正确；用大量E＝12.7