2014高考一轮复习选修3-5 第3讲 原子结构　原子核 课时练试题及答案

1、一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子(　　)．

A．放出光子，能量增加      B．放出光子，能量减少

C．吸收光子，能量增加      D．吸收光子，能量减少

解析　氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，选项A、C、D错误．

答案　B

2、在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图1－3－11所示．该装置中探测器接收到的是                                                                                                 (　　)．

A．X射线         B．α射线          C．β射线       D．γ射线

解析　放射源发出的只有α、β、γ三种射线，故选项A错误．在α、β、γ三种射线中，只有γ射线能穿透钢板，故选项B、C错误，D正确．

答案　D

3、居室装修中经常用到的花岗岩都不同程度地含有放射性元素(含铀、钍等)，会释放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道疾病．根据有关放射性知识判断下列说法中正确的是                                       (　　)．

A．α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4个

B．β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数减少了1个

C．γ射线是发生γ衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了1个

D．在α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强、电离能力最弱

解析　α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2个，A错；β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数不变，中子数减少了1个，B错；γ射线是伴随着α、β衰变产生的，穿透能力最强，电离能力最弱，C错，D正确．

答案　D

4、太阳的能量来自下面的反应：四个质子(氢核)聚变成一个α粒子，同时发射出两个正电子和两个没有静止质量的中微子．已知α粒子的质量为m_α，质子的质量为m_p，电子的质量为m_e，则N_A表示阿伏加德罗常数，用c表示光速，则太阳上1 kg的氢核聚变成α粒子所放出的能量为              (　　)．

A．125(4m_p－m_α－2m_e)N_Ac²

B．250(4m_p－m_α－2m_e)N_Ac²

C．500(4m_p－m_α－2m_e)N_Ac²

D．1 000(4m_p－4m_α－2m_e)N_Ac²

解析　四个质子聚变成一个α粒子时放出的能量为(4m_p－m_α－2m_e)c²，则一个质子放出的能量为，1 kg 氢核的物质的量为mol，所包含氢核的个数为1 000N_A，则其放出的能量为1 000 N_A＝250(4m_p－m_α－2m_e)N_Ac²，故选项B正确．

答案　B

5、氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m₁、m₂、m₃和m₄，如果氘核和氚核结合生成氦核，则下列说法中正确的是                                         (　　)．

A．核反应方程式为H＋H→He＋n

B．这是一个裂变反应

C．核反应过程中的质量亏损Δm＝m₁＋m₂－m₃

D．核反应过程中释放的核能ΔE＝(m₁＋m₂－m₃－m₄)c²

解析　由氘核和氚核的结合以及电荷数、质量数守恒可知选项A正确；该核反应为聚变反应，选项B错误；核反应过程中的质量亏损为Δm＝m₁＋m₂－m₃－m₄，选项C错误；由爱因斯坦质能方程可知核反应过程中释放的核能ΔE＝Δmc²，可知选项D正确．

答案　AD

6、如图1－3－12所示， 在氢原子能级图中，氢原子从各个较高能级跃迁至同一较低能级时，会发出一系列光谱线，形成谱线系，分别称为赖曼线系，巴耳末线系，帕邢线系等．在同一谱线系中，下列说法正确的是(　　)．

A．每一跃迁都会释放出一个电子，使原子变为粒子

B．各种跃迁都会释放出不同能量的光子

C．各条谱线具有相同的频率

D．跃迁后原子的能级是相同的

解析　由hν＝E_m－E_n可得，各种不同能级的氢原子从高能级跃迁至低能级，会释放不同能量(不同频率)的光子，A、C错误，B正确；跃迁后原子的能级相同，D正确．

答案　BD

7、如图1－3－13为氢原子能级的示意图， 现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是                                                               (　　)．

A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的

B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的

C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光

D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应

解析　最容易发生衍射的应是波长最长而频率最小、能量最低的光波，hν＝h＝E_n－E_m，对应跃迁中能级差最小的应为n＝4能级跃迁到n＝3能级，故A、B错．由C可知n＝4能级上的氢原子共可辐射出C＝6种不同频率的光，故C错．根据hν＝E₂－E₁及发生光电效应的条件hν≥W可知D正确．

答案　D

8、下列关于近代物理知识说法中正确的是   (　　)．

A．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，并降低其温度，它的半衰期会发生改变

B．α粒子散射实验中少数α粒子发生较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据

C．天然放射现象的发现说明了原子核有复杂的结构

D．用质子流工作的显微镜比用相同速度的电子流工作的显微镜分辨率低

答案：BC

9、氢原子的能级如图1－3－14所示．有一群处于n＝4能级的氢原子，这群氢原子最多能发出________种谱线，发出的光子照射某金属能产生光电效应现象，则该金属的逸出功不应超过________eV.

答案：6　12.75

10、近年来，国际热核聚变实验堆计划取得了重大进展，它利用的核反应方程是H＋H→He＋n.若H和H迎面碰撞，初速度大小分别为v₁、v₂，H、H、He、n的质量分别为m₁、m₂、m₃、m₄，反应后He的速度大小为v₃，方向与H的运动方向相同，求中子n的速度(选取m₁的运动方向为正方向，不计释放的光子的动量，不考虑相对论效应)．

答案：

11、下列说法中正确的是                                     (　　)．

A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分

B．目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变

C．一群氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态时，能辐射3种不同频率的光子

D．卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型

答案：BCD

12、光照射到金属上时，一个光子只能将其全部能量传递给一个电子，一个电子一次只能获取一个光子的能量，成为光电子，因此极限频率是由________(“金属”或“照射光”)决定的．如图1－3－15所示，当用光照射光电管时，毫安表的指针发生偏转，若再将滑动变阻器的滑片P向右移动，毫安表的读数不可能________(“变大”、“变小”或“不变”)．

答案：金属　变小

13、如图1－3－16所示，总质量为M的火箭被飞机释放时的速度为v₀，方向水平．刚释放时火箭向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气，火箭相对于地面的速度变为多大？

答案：

14、下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是                                         (　　)．

解析　A根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，可知正确答案为A.

15、按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E₁(E₁<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)．

解析：根据玻尔理论可知，氢原子中的电子离核越远，氢原子的能量越大，由mv²＝hν＋E₁可得v＝ .

16、有些核反应过程是吸收能量的．例如，在X＋7N―→8 O＋1H中，核反应吸收的能量Q＝[(m_O＋m_H)－(m_x＋m_N)]c².在该核反应方程中，X表示什么粒子？X粒子以动能E_k轰击静止的7N核，若E_k＝Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由．

解析：根据核反应中的质量数守恒及电荷数守恒可知X粒子为He(α粒子)．不能发生，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．

He　不能发生　因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求.

17、氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν₁，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν₂，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则(　　)

A．吸收光子的能量为hν₁＋hν₂

B．辐射光子的能量为hν₁＋hν₂

C．吸收光子的能量为hν₂－hν₁

D．辐射光子的能量为hν₂－hν₁

解析 氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，而紫光的频率ν2大于红光的频率ν1，所以hν2>hν1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为hν2－hν1.故选项D正确．

答案 D

18、根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图1-3-9所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景．图中实线表示α粒子的运动轨迹．其中一个α粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断正确的是(　　)．

图13-3-1

A．α粒子的动能先增大后减小

B．α粒子的电势能先增大后减小

C．α粒子的加速度先变小后变大

D．电场力对α粒子先做正功后做负功

解析　根据题意，α粒子运动过程中，电场力对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，而动能先减小后增大，B正确，A、D错误．根据库仑定律和牛顿第二定律可知α粒子加速度先增大后减小，C错误．

答案　B

19、氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子已知基态的氦离子能量为E₁＝－54.4 eV，氦离子的能级示意图如图13-3-3所示，在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是(　　)．

图13-3-2

A．42.8 eV(光子)              B．43.2 eV(电子)

C．41.0 eV(电子)              D．54.4 eV(光子)

解析　由于光子能量不可分，因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸收，故A项中光子不能被吸收，D项中光子能被吸收；而实物粒子(如电子)只要能量不小于两能级差，均可能被吸收，故B、C两项中电子均能被吸收．

答案　A

20、如图13-3-3为氢原子的能级图，已知处于较高能级的氢原子能自发地向较低能级跃迁，则：

图13-3-3

(1)一群氢原子由n＝4能级向n＝1能级跃迁时最多可辐射出________种不同频率的光．

(2)要想使处在n＝2激发态的氢原子电离至少吸收________eV的能量．

答案　(1)6　(2)3.40

21、光子不仅具有能量E＝hν，而且像实物粒子一样具有大小为p＝＝的动量．如果氢原子能级可用如下公式来描述：E_n＝－(2.18×10^－18J)，n＝1,2,3…，其中Z为原子序数．已知电子电荷量取1.60×10^－19C.则氢原子第一激发态的能量为________，为使处于基态的氢原子进入激发态，入射光子所需的最小能量为________．氢原子从第一激发态跃迁回基态时，如果考虑到原子的反冲，辐射光子的频率________(选填“小于”或“大于”)不考虑原子的反冲时辐射光子的频率．

解析 第一激发态E2＝－()J＝－3.4 eV.由能级跃迁公式：hν＝Em－En，从基态跃迁至第一激发态，所需光子的最小能量为E最小＝E2－E1＝10.2 eV.不考虑氢原子反冲时，辐射光子的频率为：hν0＝E最小＝E2－E1.考虑氢原子反冲时，设反冲的动能为mν2，辐射的光子能量为hν.由能量守恒：hν0＝hν＋mν2，可见辐射光子的频率降低了．

答案 －3.4 eV　10.2 eV　小于

22、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m₁、m₂、m₃，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是(　　)．

A．核反应方程是H＋n―→H＋γ

B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m₁＋m₂－m₃

C．辐射出的γ光子的能量E＝(m₃－m₁－m₂)c

D．γ光子的波长λ＝

解析　此核反应的核反应方程为H＋n―→H＋γ，A错；由质能方程，γ光子的能量为E＝(m₁＋m₂－m₃)c²，C错；由E＝h知，波长λ＝，D错；故B正确．

答案　B

23、太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应，核反应方程是4H→He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X的质量分别为m₁、m₂、m₃，真空中的光速为c.下列说法中正确的是(　　)．

A．方程中的X表示中子(n)

B．方程中的X表示电子(e)

C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m₁－m₂

D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m₁－m₂－2m₃)c²

解析　由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为e，A、B错；质量亏损为Δm＝4m₁－m₂－2m₃释放的核能为ΔE＝Δmc²＝(4m₁－m₂－2m₃)c²，C错、D对．选D.

答案　D

24、我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：

(1)U＋n→Sr＋Xe＋kn

(2)H＋H→He＋dn

关于这两个方程的下列说法，正确的是(　　)．

A．方程(1)属于α衰变

B．方程(2)属于轻核聚变

C．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1

D．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1

解析　本题考查核反应方程．(1)为典型的裂变方程，故A选项错误．(2)为聚变反应，故B项正确．根据质量数守恒和电荷数守恒定律可得k＝10，d＝1，故C选项正确．

答案　BC

25、放射性同位素电池是一种新型电池，它是利用放射性同位素衰变放出的高速带电粒子(α射线、β射线)与物质相互作用，射线的动能被吸收后转变为热能，再通过换能器转化为电能的一种装置．其构造大致是：最外层是由合金制成的保护层，次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层，第三层是把热能转化成电能的换能器，最里层是放射性同位素．

电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表：

同位素	90Sr	210Po	238Pu
射线	β	α	α
半衰期	28年	138天	89.6年

若选择上述某一种同位素作为放射源，使用相同材料制成的辐射屏蔽层，制造用于执行长期航天任务的核电池，则下列论述正确的是(　　)．

A．⁹⁰Sr的半衰期较长，使用寿命较长，放出的β射线比α射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄

B．²¹⁰Po的半衰期最短，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄

C．²³⁸Pu的半衰期最长，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄

D．放射性同位素在发生衰变时，出现质量亏损，但衰变前后的总质量数不变

解析　原子核衰变时，释放出高速运动的射线，这些射线的能量来自原子核的质量亏损，即质量减小，但质量数不变，D对；从表格中显示Sr的半衰期为28年、Po的半衰期为138天、Pu的半衰期为89.6年，故Pu的半衰期最长，其使用寿命也最长，α射线的穿透能力没有β射线强，故较薄的屏蔽材料即可挡住α射线的泄漏，C对．

答案　CD

26、2010年上海世博会太阳能应用技术引领了世界．太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽车、太阳能动态景观……科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核(H)转化成一个氦核(He)和两个正电子(e)并放出能量．已知质子质量m_p＝1.007 3 u，α粒子的质量m_α＝4.001 5 u，电子的质量m_e＝0.000 5 u，1 u的质量相当于931 MeV的能量．

(1)热核反应方程为________；

(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV的能量？(结果保留四位有效数字)

解析　(1)4H→He＋2e

(2)Δm＝4m_p－m_α－2m_e＝4×1.007 3 u－4.001 5 u－2×0.000 5 u＝0.026 7 u

ΔE＝Δmc²＝0.026 7 u×931 MeV＝24.86 MeV

答案　(1)4H→He＋2e　(2)24.86 MeV

27、 (1)在核反应堆中，铀核吸收中子会发生裂变，裂变的产物是多样的，所生成的核往往还会衰变，其中一个衰变过程可表述为I―→Xe＋________＋ΔE.试问式中空格应为何种粒子？

(2)I的半衰期为8天．开始时核废料中有N₀个I核，经过16天，还有________个I核．

(3)核电站的固体废料放射性比较强，要在核电站内的专用废物库放置5年，且在放置的初始阶段要对固体废料进行冷却处理．请简述需要进行冷却处理的理由．

解析　(1)由核反应过程中质量数和核电核数守恒，得该粒子质量数为0，核电荷数为－1，核反应方程为I―→Xe＋e＋ΔE，空格中粒子为电子．

(2)由半衰期定义得剩余I核数N＝N₀·＝N₀.

答案　(1)e　电子　(2)N₀

(3)核电站的固体废料放射性比较强，能放出γ射线，放出巨大能量．且刚开始放射性比较强，释放出的能量比较大，温度升高快，必须在初始阶段对核固体废料进行冷却处理．

28、太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射．已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1 u的质量相当于931.5 MeV的能量则：

(1)完成核反应方程：H＋H→________＋n.

(2)求核反应中释放的核能．

(3)在两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能．

解析　(1)He

(2)ΔE＝Δmc²＝(2×2.013 6 u－3.015 0 u－1.008 7 u)×931.5 MeV＝3.26 MeV.

(3)两核发生碰撞时：0＝Mv₁－mv₂

由能量守恒可得：ΔE＋2E_k＝Mv＋mv

由以上两式解得：E_He＝Mv＝0.99 MeV，E_中＝mv＝2.97 MeV

答案　(1)He　(2)3.26 MeV　(3)0.99 MeV　2.97 MeV

29、 (1)Th是不稳定的，能自发的发生衰变．

①完成Th衰变反应方程Th→Pa＋________.

②Th衰变为Rn，经过________次α衰变，________次β衰变．

(2)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子．科学研究表明其核反应过程是：α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核．设α粒子质量为m₁，初速度为v₀，氮核质量为m₂，质子质量为m₀，氧核的质量为m₃，不考虑相对论效应．

①α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？

②求此过程中释放的核能．

解析　(1)①根据核电荷数守恒和质量数守恒，粒子为e.

②设发生n次α衰变，m次β衰变，则有234＝222＋4n，90＝86＋2n－m，解得n＝3，m＝2.

(2)①设复核的速度为v，由动量守恒定律得m₁v₀＝(m₁＋m₂)v

解得v＝.

②核反应过程中的质量亏损Δm＝m₁＋m₂－m₀－m₃

反应过程中释放的核能ΔE＝Δm·c²＝(m₁＋m₂－m₀－m₃)c².

答案　(1)①e　②3　2

(2)①v＝　②(m₁＋m₂－m₀－m₃)c²