2024高考物理一轮复习第12章波粒二象性原子结构和原子核第2讲原子结构和原子核课时作业含解析

PAGE7-第2讲原子结构和原子核1．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→a＋b＋2eq\o\al(1,0)n则a＋b可能是()A.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(93,36)Kr B.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(93,36)KrC.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(93,38)SrD.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)SrD[依据核反应中的质量数守恒可知，a＋b的质量数应为235＋1－2＝234，质子数应为92，A项中的质量数为140＋93＝233，B项中质量数是141＋92＝233，C项中质量数为141＋93＝234，质子数为56＋38＝94，D项中质量数为140＋94＝234，质子数为54＋38＝92，综上可知，答案为D。]2．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线。下列说法正确的是()A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C．与铯137相比，碘131衰变更慢D．铯133和铯137含有相同的质子数D[β射线的本质是电子，并非氦核，A错误。γ光子的频率大于可见光光子的频率，由E＝hν可知，γ光子的能量大于可见光光子的能量，B错误。半衰期越小表示元素衰变越快，C错误。同位素的中子数不同但含有相同的质子数，D正确。]3.氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子的能级示意图如图所示。在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子汲取而使其发生跃迁的是()A．42.8eV(光子) B．43.2eV(电子)C．41.0eV(电子) D．54.4eV(光子)A[入射光子使原子跃迁时，其能量应正好等于原子的两能级间的能量差，而电子使原子跃迁时，其能量可以大于等于原子两能级间的能量差，发生电离时入射光子的能量可以大于等于54.4eV，故选A。]4．目前，在居室装修中常常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素。比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。依据有关放射性学问可知，下列说法正确的是()A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，α射线的穿透实力最强，电离实力最弱D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数削减了4B[半衰期遵循统计规律，对少数原子核是没有意义的，A错误。依据三种射线的特性及衰变实质可知B正确，C、D错误。]5．(2024·江西南昌外国语学校模拟)关于原子结构，下列说法错误的是()A．汤姆孙依据气体放电管试验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷B．卢瑟福α粒子散射试验表明：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量C．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型C[本题考查原子物理学史相关学问。汤姆孙通过探讨求出了阴极射线的比荷，明确阴极射线是电子，选项A正确；α粒子散射试验中由于极少数α粒子发生了大角度偏转，表明原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子中很小的体积内，选项B正确；β射线是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来形成的电子流，选项C错误；玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型，选项D正确。]6．(2024·湖南益阳期末)2024年11月21日消息，中科院合肥物质科学探讨院核能平安所吴宜灿探讨员获得了美国核学会聚变核能杰出成就奖。关于聚变与衰变、自然放射现象，下列说法正确的是()A．原子核核子间的距离接近到10－10m就会发生聚变反应B.eq\o\al(232,90)Th衰变成eq\o\al(208,82)Pb要经过6次α衰变和4次β衰变C．自然放射现象中产生的α射线穿透实力很强且速度与光速相当D．β衰变是放射性元素原子的核外电子具有较高能量时发生的B[本题考查核聚变的条件和自然放射性的相关问题。要使原子核发生聚变反应，必需使核子间的距离接近到10－15m，A项错误；设发生了x次α衰变和y次β衰变，则依据质量数和电荷数守恒有2x－y＋82＝90,4x＋208＝232，解得x＝6，y＝4，故衰变过程中要经过6次α衰变和4次β衰变，B项正确；α射线是速度约为0.1c的氦核流，穿透实力弱，C项错误；β衰变放出的电子来自原子核内部发生变更时的产物，D项错误。]7．已知氘核的比结合能为1.1MeV，氦核的比结合能为7.1MeV，则两个氘核结合成一个氦核时()A．释放出4.9MeV的能量 B．释放出6.0MeV的能量C．释放出24.0MeV的能量 D．汲取4.9MeV的能量C[依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He，由于氘核的比结合能为1.1MeV，氦核的比结合能为7.1MeV，故结合前氘核的结合能为E1＝2×1.1MeV，结合后氦核的结合能为E2＝4×7.1MeV，故ΔE＝2E1－E2＝－24.0MeV，负号表示释放能量，选项C正确。]8．(2024·山东日照模拟)氢原子能级如图，一群氢原子处于n＝4能级上。当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1884nm，下列推断正确的是()A．一群氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时，最多产生4种谱线B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子汲取能量C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1884nmD．用从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照耀W逸＝6.34eV的铂，能发生光电效应D[本题考查氢原子的能级跃迁。一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生Ceq\o\al(2,4)＝6种谱线，故A错误；由高能级向低能级跃迁时，氢原子向外辐射能量，故B错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子的频率大，则波长短，即辐射光的波长小于1884nm，故C错误；氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为E＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV>6.34eV，可以发生光电效应，故D正确。]9．(2024·山东济宁一模)日本福岛核事故是世界上最大的核事故之一，2024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()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．自然放射现象中产生的α射线的速度与光速相当，穿透实力很强C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会变更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D[本题考查自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，依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，穿透实力最弱；γ射线的穿透实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确定，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。]10．(2024·永州模拟)如图所示，图甲为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱，已知谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，谱线b可能是氢原子在下列哪种情形跃迁时的辐射光()A．从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级B．从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级C．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级D．从n＝5的能级跃迁到n＝3的能级B[谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光，波长大于谱线b，所以a光的光子频率小于b光的光子频率。所以b光的光子能量大于n＝4和n＝2间的能级差。n＝3跃迁到n＝2，n＝4跃迁到n＝3，n＝5跃迁到n＝3的能级差小于n＝4和n＝2的能级差。n＝5和n＝2间的能级差大于n＝4和n＝2间的能级差。故A、C、D项错误，B项正确。]11．(2024·陕西汉中质检)关于近代原子物理，下列说法正确的是()A．依据玻尔理论可知，一个氢原子从n＝4能级向低能级跃迁最多可辐射6种频率的光子B．放射性物质的半衰期受环境温度的影响C．α粒子散射试验揭示了原子核是可分的D．能量为30eV的光子照耀到某一金属表面时从该金属表面逸出的电子最大初动能为15eV，为使该金属发生光电效应，入射光子的能量至少为15eVD[本题考查原子相关学问。依据玻尔理论可知，一个氢原子从n＝4能级向低能级跃迁最多可辐射3种频率的光子，选项A错误；放射性物质的半衰期由自身内部因素确定，不受环境温度的影响，选项B错误；卢瑟福通过α粒子散射试验建立了原子的核式结构模型，没有揭示原子核是可分的，选项C错误；能量为30eV的光子照耀到某一金属表面时从金属表面逸出的电子最大初动能为15eV，则该金属的逸出功为15eV，则为使该金属发生光电效应，入射光子的能量至少为15eV，选项D正确。]12．下列说法正确的是()A．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等B．铀核裂变的一种核反应方程是eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nC．设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(m1＋m2－m3)c2D．原子在a、b两个能级的能量分别为Ea、Eb，且Ea>Eb，当原子从a能级跃迁到b能级时，辐射出光子的波长λ＝eq\f(hc,Ea－Eb)(其中c为真空中的光速，h为普朗克常量)D[动能相等的质子和电子，因质子质量比电子质量大得多，依据动能Ek＝eq\f(p2,2m)可知质子和电子动量不相等，再依据德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)，可知动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长不相等，故A错误；铀核须要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，故B错误；依据爱因斯坦质能方程可知，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2，故C错误；原子在a、b两个能级的能量为Ea、Eb，且Ea>Eb，当原子从a能级跃迁到b能级时，辐射出光子的能量为E＝eq\f(hc,λ)＝Ea－Eb，所以光子的波长λ＝eq\f(hc,Ea－Eb)，故D正确。]13．(2024·广西三市调研)氢原子能级图如图所示，大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁辐射出的光子中，发觉有两种频率的光子能使金属A产生光电效应，则下列说法正确的是()A．大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时，只辐射两种频率的光子B．从n＝3激发态干脆跃迁到基态时放出的光子肯定能使金属A发生光电效应C．一个氢原子从n＝3激发态跃迁到基态时，该氢原子能量增大D．一个氢原子从n＝3激发态跃迁到基态时，该氢原子核外电子动能减小B[本题考查玻尔氢原子能级跃迁理论的综合应用。大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时，有3→1,3→2,2→1，三种状况，所以跃迁过程中将释放出3种频率的光子，故A错误；由题可知，大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁所放出的光子中，有两种频率的光子能使金属A发生光电效应，从n＝3跃迁到基态辐射的光子频率最大，则肯定能使金属A发生光电效应，故选项B正确；依据玻尔理论，氢原子从激发态跃迁到基态时，放出能量，电子的动能增大，电势能减小，原子总能量减小，故选项C、D错误。]14．(多选)如图所示，空间存在垂直纸面对外的匀强磁场(图中未画出)，一放射源P位于足够大的绝缘板AB上方，放射性物质为eq\o\al(238,92)U，发生α衰变后，放出α射线，eq\o\al(234,90)Th留在放射源中，P到AB的距离为d，在纸面内向各个方向放射速率均为v的α粒子，不考虑粒子间的相互作用和α粒子的重力。已知α粒子做圆周运动的半径也为d，则()A．核反应方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB．板上能被α粒子打到的区域长度是2dC．α粒子到达板上的最长时间为eq\f(3πd,2v)D．α粒子到达板上的最短时间为eq\f(πd,2v)AC[依据质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，选项A正确；如图所示，板上能被α粒子打到的区域长度为CD，由几何关系可求得OD＝d，OC＝eq\r(3)d，故板上能被α粒子打到的区域长度是(1＋eq\r(3))d，选项B错误；竖直向上射出的α粒子到达板上的时间最长，其轨迹对应的圆心角为270°，故最长时间为tmax＝eq\f(270°,360°)×eq\f(2πd,v)＝eq\f(3πd,2v)，选项C正确；α粒子到达板上的时间最短时，其轨迹对应的弦长为d，故对应的圆心角为60°，最短时间为tmin＝eq\f(60°,360°)×2eq\f(πd,v)＝eq\f(πd,3v)，选项D错误。]15．(2024·领航高考冲刺卷)(多选)小宇同学参与学校科技嘉年华，设计了一个光电烟雾探测器。如