2024高考物理一轮复习第十四章近代物理初步第2讲原子结构与原子核练习含解析新人教版

PAGEPAGE7第2讲原子结构与原子核一、单项选择题：在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．(2024·贵州毕节模拟)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实视察的基础上。下列说法正确的是(D)A．贝可勒尔发觉自然放射现象，其中β射线来自原子最外层的电子B．密立根油滴试验表明核外电子的轨道是不连续的C．卢瑟福的α粒子散射试验发觉电荷量子化D．汤姆孙发觉电子使人们相识到原子内部是有结构的[解析]本题考查近代原子物理学史及相关科学家的贡献。贝可勒尔发觉自然放射现象，其中β射线来自原子核内的中子转化为质子和电子，这种转化的电子放射到核外，也就是β射线，而不是来自原子核外的电子，A错误；玻尔的氢原子模型说明原子核外的电子的轨道是不连续的，B错误；密立根油滴试验首次发觉了电荷量子化，C错误；电子的发觉让人们相识到原子可以再分，说明原子内部是有结构的，D正确。2．(2024·云南昆明测试)大科学工程“人造太阳”主要是将氘聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。已知eq\o\al(2,1)H的质量为2.0136u，eq\o\al(3,2)He的质量为3.0150u，eq\o\al(1,0)n的质量为1.0087u,1u＝931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为(B)A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV[解析]氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.0035×931MeV/c2×c2≈3.3MeV，选项B正确。3．(2024·山东高考模拟)2024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，发觉产生了另一种元素，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。以下推断正确的是(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。4．(2024·陕西汉中质检)关于近代原子物理，下列说法正确的是(D)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有15eV[解析]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。5．(2024·湖南益阳期末)2018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(B)A．原子核核子间的距离接近到10－10mB．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[解析]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；6．(2024·江西南昌一模)在α粒子散射试验中，α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力作用而发生的，其中有极少数α粒子发生了大角度偏转，甚至被反向弹回。假定一个速度为v的高速α粒子(eq\o\al(4,2)He)与金原子核(eq\o\al(197,79)Au)发生弹性正碰(碰撞前金原子核可认为是静止的)，则(D)A．α粒子在靠近金原子核的过程中电势能渐渐减小B．α粒子散射试验说明原子核是由质子和中子组成的C．α粒子散射试验说明带正电的物质匀称分布在原子内部D．当它们的距离最小时，α粒子与金原子核的动量大小之比为4︰197[解析]本题考查α粒子散射试验的原理及相关计算。α粒子在靠近金原子核的过程中，库仑力做负功，电势能渐渐增加，选项A错误；α粒子散射试验是原子的核式结构理论的基础，并不能说明原子核是由质子和中子组成的，选项B错误；α粒子散射试验说明带正电的物质分布在原子内部很小的区域内，即原子的内部有一个很小的原子核，选项C错误；α粒子在靠近金原子核的过程中，系统动量守恒，当它们的距离最小时，两者的速度相等，则α粒子与金原子核的动量大小之比等于质量之比，即为4︰197，选项D正确。7．(2024·甘肃甘谷一中月考)关于原子核的改变、核能及核力，下列说法正确的是(B)A．核力是一种弱相互作用，只能发生在原子核内相邻核子之间B．某原子经过一次α衰变和两次β衰变后，核内质子数不变C．放射性原子核X发生衰变，生成物的结合能肯定小于X的结合能D．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)kr＋3eq\o\al(1,0)n是太阳内部发生的核反应之一[解析]本题考查原子核的改变、核能及核力的相识。核力是强相互作用，具有饱和性和短程性，且每个核子只跟邻近的核子发生核力的作用，故A错误；α衰变的过程中电荷数少2，β衰变的过程中电荷数增1，某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，电荷数不变，核内质子数不变，故B正确；放射性原子核X发生衰变，要释放能量，衰变产物核子总数不变，比结合能增大，则总结合能肯定大于原来X的结合能，故C错误；太阳内部的反应是聚变反应，而eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)kr＋3eq\o\al(1,0)n是裂变反应，故D错误。二、多项选择题：在每小题给出的四个选项中，有多项是符合题目要求的。8．(2024·河北大名一中期末)如图所示为氢原子能级图，现有大量氢原子从n＝4的能级发生跃迁，并放射光子照耀一个钠光管，其逸出功为2.29eV，以下说法正确的是(ABD)A．氢原子可能发出6种不同频率的光B．能够让钠光电管发生光电效应现象的有4种光子C．光电管发出的光电子与原子核发生β衰变时射出的电子都是来源于原子核内部D．钠光电管发出的光电子轰击处于基态的氢原子只能使氢原子跃迁到n＝2的能级[解析]本题考查光电效应方程。依据Ceq\o\al(2,4)＝6知，这些氢原子可能辐射出6种不同频率的光子，故A正确；氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级，辐射的光子能量是为3.4eV－0.85eV＝2.55eV，大于逸出功，能发生光电效应；而由n＝4能级跃迁到n＝3能级，辐射的光子能量为1.51eV－0.85eV＝0.66eV，由n＝3能级跃迁到n＝2能级，辐射的光子能量为3.4eV－1.51eV＝1.89eV，都小于逸出功，不能发生光电效应，因此让钠光电管发生光电效应现象的有n＝4能级跃迁到n＝2能级、n＝4能级跃迁到n＝1能级、n＝3能级跃迁到n＝1能级、n＝2能级跃迁到n＝1能级，共4种光子，故B正确；光电管发出的光电子来自核外，而原子核发生β衰变时射出的电子来自原子核内部，故C错误；氢原子从n＝4能级向n＝1能级发生跃迁，放射光子能量最大，照耀钠光管发生光电子的最大能量为E＝13.6eV－0.85eV－2.29eV＝10.46eV，而氢原子从n＝1能级跃迁到n＝2能级，须要汲取的能量为E′＝13.6eV－3.4eV＝10.2eV；氢原子从n＝1能级跃迁到n＝3能级，须要汲取的能量为E′＝13.6eV－1.51eV＝12.09eV。所以钠光电管发出的光电子最多能够让氢原子从n＝1能级跃迁到n＝2能级，故D正确。9．(2024·浙江杭州一模)如图是涉及不同物理学问的四幅图，下列说法正确的是(CD)A．图甲中，低频扼流圈的作用是“通高频阻低频”B．图乙中，康普顿效应说明白光子具有波动性C．图丙中，发生衰变时粒子在原子核中发生的反应为eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)eD．图丁中，铀块的大小是图中链式反应能够进行的重要因素[解析]本题考查原子物理及相关学问。低频扼流圈的作用是“通直流阻沟通”，这种线圈的自感系数很大，对低频沟通电的阻碍作用就很大，对高频沟通电的阻碍作用更大，故A错误；康普顿效应说明白光子具有粒子性，故B错误；发生β衰变时中子变成质子，粒子在原子核中发生的反应为eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e，故C正确；铀块达到肯定体积才可以发生链式反应，故D正确。10．(2024·红桥区质检)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推断正确的是(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，依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，依据左手定则可以得知，衰变后的粒子带电的电性相反，所以释放的粒子应当是电子，原子核发生的应当是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；依据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。11．(2024·浙江东阳中学检测)依据玻尔理论，下列说法正确的是(AD)A．各种原子汲取光谱中的每一条暗线都跟这种原子的放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。依据光谱分析法可知，各种原子汲取光谱中的每一条暗线都跟这种原子的放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)＝R(eq\f(1,22)－eq\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。12．(2024·江苏七校二模)2019年1月29日，中国散裂中子源加速器打靶束流功率超过50kW，技术水平达到世界前列。散裂中子源是由加速器供应高能质子轰击重金属靶而产生中子的装置。一能量为109eV的质子打到汞、钨等重核后，导致重核不稳定而放出20～30个中子，大大提高了中子的产生效率。关于质子和中子，下列说法中正确的有(CD)A．中子和质子的质量相等B．原子核由质子和中子组成，稳定的原子核内，中子数肯定大于质子数C．原子核的β衰变，实质是核内中子转化为质子和电子D．中子不带电，比质子更简单打入重核内[解析]本题考查对于中子和质子的相识。中子质量和质子质量不相等，故A错误；依据原子核内部质量数与质子数及中子数的关系可知，质子数和中子数的关系只与元素的种类有关，即中子数不肯定大于质子数，故B错误；依据β衰变的实质可知，在衰变过程中中子转化为质子和电子，故C正确；因为在原子核中全部的正电荷集中在原子核，在重核内部，原子核所带的正电荷量较大，对质子的库仑斥力较大，而中子不带电，原子核对中子没有库仑力，因此中子比质子更简单打入重核内部，故D正确。13．(2024·江苏扬州月考)人们发觉，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，要汲取能量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限制核反应速度[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；镉棒能汲取中子，可限制核反应速度，选项D正确。三、非选择题14．(2024·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