2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 作業(yè)51 原子結(jié)構(gòu)與原子核（含解析）

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1、作業(yè)51　原子結(jié)構(gòu)與原子核 7 一、選擇題 1．(2019年華南師大附中模擬)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．湯姆孫通過(guò)研究陰極射線發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 B．太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的熱核反應(yīng) C．光電效應(yīng)中光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 D.N＋H→C＋He是α衰變方程 解析：湯姆孫通過(guò)研究陰極射線發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了原子的“棗糕模型”，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的熱核反應(yīng)，選項(xiàng)B正確；光電效應(yīng)中光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成線性關(guān)系，不成正比，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；N＋H→C＋He是人工轉(zhuǎn)變，不是α衰變方程，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．

2、答案：B 2．放射性元素氡(Rn)經(jīng)α衰變成為釙Po，半衰期為3.8天；但勘測(cè)表明，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素Rn的礦石，其原因是(　　) A．目前地殼中的Rn主要來(lái)自于其他放射元素的衰變 B．在地球形成的初期，地殼中元素Rn的含量足夠高 C．當(dāng)衰變產(chǎn)物Po積累到一定量以后，Po的增加會(huì)減慢Rn的衰變進(jìn)程 D.Rn主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力會(huì)改變它的半衰期 解析：由于Rn的半衰期很短，衰變很快，如果沒(méi)有新的Rn生成，含量不可能高，所以A對(duì)，B錯(cuò)．半衰期是不會(huì)隨著物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)改變的，故C、D錯(cuò)． 答案：A 圖51－1 3．

3、如圖51－1所示是原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖象，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若D、E結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程一定要釋放能量 B．若D、E結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程一定要吸收能量 C．若C、B結(jié)合成A，結(jié)合過(guò)程一定要釋放能量 D．若F、C結(jié)合成B，結(jié)合過(guò)程一定要釋放能量 解析：由圖可知F原子核的核子平均質(zhì)量較小，則原子序數(shù)較小的核D、E結(jié)合成原子序數(shù)較大的核F時(shí)，因F的核子的平均質(zhì)量小于D、E核子的平均質(zhì)量，故出現(xiàn)質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程知，該過(guò)程一定放出核能，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；因C、B的核子的平均質(zhì)量小于A核子的平均質(zhì)量，故C、B結(jié)合成A核時(shí)要吸收能量，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因C核子的平

4、均質(zhì)量介于F、B核之間，結(jié)合過(guò)程能量的吸收釋放不能確定，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案：A 圖51－2 4．如圖51－2所示為氫原子能級(jí)示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出若干不同頻率的光，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光 B．由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的光頻率最小 C．由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的光最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象 D．用n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng) 解析：這些氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可輻射出C＝＝6種光子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)產(chǎn)

5、生的光子能量最小，所以頻率最小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的光子能量最大，頻率最大，波長(zhǎng)最小，最不容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光子能量為10.20 eV>6.34 eV，所以能使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D正確． 答案：D 圖51－3 5．(2019年?yáng)|北師大附中高三質(zhì)檢)如圖51－3所示，氫原子在不同能級(jí)間發(fā)生a、b、c三種躍遷時(shí)，釋放光子的波長(zhǎng)分別是λa、λb、λc，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，釋放光子的波長(zhǎng)可表示為λb＝ B．從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，電子的勢(shì)能減小，氫原子的能

6、量增加 C．若用波長(zhǎng)為λc的光照射某金屬時(shí)恰好能發(fā)生光電效應(yīng)，則用波長(zhǎng)為λa的光照射該金屬時(shí)也一定能發(fā)生光電效應(yīng) D．用12.09 eV的光子照射大量處于基態(tài)的氫原子時(shí)，一個(gè)氫原子可以輻射出三種頻率的光 解析：從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)，有h＝h＋h，解得λb＝，選項(xiàng)A正確；從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，放出光子，原子能量減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)的能量比從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)放出的能量大，可知波長(zhǎng)為λc的光的頻率比波長(zhǎng)為λa的光的頻率大，根據(jù)光電效應(yīng)發(fā)生的條件可知，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)躍遷的條件，可知用12.09 eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子，氫原子可以躍遷到

7、n＝3的能級(jí)，可以輻射出三種不同頻率的光，但一個(gè)氫原子最多只能輻射兩種頻率的光，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案：A 6．(2019年湖南永州二模)如圖51－4所示，圖甲為氫原子的能級(jí)圖，圖乙為氫原子的光譜．已知譜線a是氫原子從n＝4的能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)的輻射光，譜線b可能是氫原子在下列哪種躍遷情形時(shí)的輻射光(　　) 圖51－4 A．從n＝3的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí) B．從n＝5的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí) C．從n＝4的能級(jí)躍遷到n＝3的能級(jí) D．從n＝5的能級(jí)躍遷到n＝3的能級(jí) 解析：由題圖乙可知，譜線a的波長(zhǎng)大于譜線b的波長(zhǎng)，所以a光的光子頻率小于b光的光子頻率，則b光的光子能量大

8、于n＝4和n＝2間的能級(jí)差，分析可知A、C、D錯(cuò)誤，B正確． 答案：B 7．(多選)關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中正確的是(　　) A．在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過(guò)90°，有的甚至接近180° B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力來(lái)自帶負(fù)電的核外電子，當(dāng)α粒子接近電子時(shí)，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn) C．實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)核，它占有原子體積的極小部分 D．實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電荷及全部質(zhì)量 解析：A項(xiàng)是對(duì)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述，正確；使α粒子偏轉(zhuǎn)的力是原子核對(duì)它的靜電排斥力，而不是電子對(duì)它的吸引力，故B錯(cuò)

9、誤；C項(xiàng)是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論之一的正確分析；原子核集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，因核外還有電子，故原子中心的核并沒(méi)有包括原子的全部質(zhì)量，故D錯(cuò)誤． 答案：AC 8．(2019年河南安陽(yáng)一模)(多選)根據(jù)圖片51－5及課本中有關(guān)歷史事實(shí)，結(jié)合有關(guān)物理知識(shí)，判斷下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖51－5 A．圖甲是研究光電效應(yīng)的示意圖，發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的波長(zhǎng)大于金屬的“極限波長(zhǎng)” B．圖乙是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的示意圖，發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件之一是裂變物質(zhì)的體積大于或等于臨界體積 C．圖丙是氫原子的能級(jí)圖，一個(gè)處于n＝4能級(jí)的氫原子，躍遷時(shí)可以產(chǎn)生6種光子 D．圖丁是衰變規(guī)律的示意圖，原子序數(shù)

10、大于83的元素都具有放射性，小于83的個(gè)別元素，也具有放射性 解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝h－h(huán)，入射光的波長(zhǎng)必須小于金屬的極限波長(zhǎng)才能發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；當(dāng)裂變物質(zhì)的體積小于臨界體積時(shí)，不會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，有利于裂變物質(zhì)的貯存，當(dāng)大于或等于臨界體積時(shí)，則可發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故B正確；處于n＝4能級(jí)的氫原子向較低能級(jí)躍遷，最終躍遷到基態(tài)，躍遷情況可能是4→1，釋放1種頻率的光子，4→3→1，4→2→1，釋放2種頻率的光子，4→3→2→1，釋放3種頻率的光子，故C錯(cuò)誤；原子序數(shù)大于83的元素都具有放射性，小于83的個(gè)別元素，也具有放射性，故D正確． 答案：BD 9．(2019年廣東清遠(yuǎn)高二期

11、末)(多選)2011年3月由9.0級(jí)地震引發(fā)的海嘯摧毀了日本福島第一核電站的冷卻系統(tǒng)，導(dǎo)致大量I泄露在大氣中，I是一種放射性物質(zhì)，會(huì)發(fā)生β衰變而變成Xe元素．下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．福島第一核電站是利用原子核衰變時(shí)釋放的核能來(lái)發(fā)電 B.I發(fā)生β衰變的方程式為I→Xe＋e C.I原子核內(nèi)有53個(gè)質(zhì)子，78個(gè)中子 D．如果將碘131的溫度降低到0度以下，可以延緩其衰變速度 解析：核電站是利用核裂變來(lái)發(fā)電的，選項(xiàng)A錯(cuò)；根據(jù)原子核的結(jié)構(gòu)和方程式書寫規(guī)則可知選項(xiàng)B、C正確；衰變與物質(zhì)所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)． 答案：BC 圖51－6 10．(多選)氫原子的能級(jí)如圖5

12、1－6所示，已知可見(jiàn)光的光子能量范圍約為1.62 eV～3.11 eV.下列說(shuō)法正確的是(　　) A．處于n＝3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離 B．大量氫原子從高能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng) C．大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光 D．大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的光 解析：大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，由N＝C可知，共可發(fā)出6種頻率的光，故D錯(cuò)誤，C正確；n＝3能級(jí)的能量為－1.51 eV，因紫外線能量大于1.51 eV，故紫外線可使處于n＝3能級(jí)的氫原子電離，故A正

13、確；從高能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)釋放能量最多為1.51 eV＜1.62 eV，此光為紅外線具有顯著熱效應(yīng)，故B正確． 答案：ABC 圖51－7 11．(多選)靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的U核發(fā)生α衰變，產(chǎn)生一個(gè)α粒子和一個(gè)未知的粒子X(jué)，它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖51－7所示，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．該核反應(yīng)方程為 　U→X＋He B．α粒子和X粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同 C．軌跡1、2分別是α粒子、X粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡 D．α粒子、X粒子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑之比為45∶1 解析：顯然選項(xiàng)A中核反應(yīng)方程正確，選項(xiàng)A正確；U核靜止，根據(jù)動(dòng)量守恒可知α粒子和X粒子速度方向相反，又都帶正電

14、，故轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，選項(xiàng)B正確；根據(jù)動(dòng)量守恒可知α粒子和X粒子的動(dòng)量大小p相等，由帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑公式R＝可知軌道半徑R與其所帶電荷量成反比，故α粒子、X粒子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑之比為45∶1，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確． 答案：ABD 12．(2019年湖北省武漢市四月調(diào)研)(多選)一種典型的鈾核裂變是生成鋇核和氪核，同時(shí)放出3個(gè)中子，核反應(yīng)方程是U＋X→Ba＋Kr＋3n，已知部分原子核的比結(jié)合能與核子數(shù)的關(guān)系如圖51－8所示，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖51－8 A．在核反應(yīng)方程中，X粒子是中子 B．在核反應(yīng)方程中，X粒子是質(zhì)子 C.U、Ba和Kr相比，Ba的比結(jié)合能最大，它最穩(wěn)定

15、 D.U、Ba和Kr相比，U的核子數(shù)最多，它的結(jié)合能最大 解析：由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得X為n，即中子，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；從圖中可知中等質(zhì)量的原子核的比結(jié)合能最大，故Kr的比結(jié)合能最大，它最穩(wěn)定，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，則U、Ba和Kr相比，U的核子數(shù)最多，它的結(jié)合能最大，選項(xiàng)D正確． 答案：AD 二、非選擇題 13．(2019年石家莊模擬)實(shí)驗(yàn)室考查氫原子躍遷時(shí)的微觀效應(yīng)．已知?dú)湓幽芗?jí)圖如圖51－9所示，氫原子質(zhì)量為mH＝1.67×10－27 kg.設(shè)原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)的大量激發(fā)態(tài)氫原子處于n＝5的能級(jí)狀態(tài)． (1)求氫原子由高能級(jí)向

16、低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)射出多少種不同頻率的光； (2)若躍遷后光子沿某一方向飛出，且光子的動(dòng)量可以用p＝表示(h為普朗克常量，ν為光子頻率，c為真空中光速)，求發(fā)生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率．(保留三位有效數(shù)字) 圖51－9 解析：(1)不同頻率的光的種類為 N＝C＝＝10(種)． (2)由動(dòng)量守恒 mHvH＝p光子＝知： 當(dāng)ν最大時(shí)，反沖速率vH最大 又hν＝E5－E1＝－0.54 eV－(－13.6)eV＝13.06 eV ＝2.090×10－18 J 故vH＝＝m/s ＝4.17 m/s. 答案：(1)10種　(2)4.17 m/s 14．(2017年

17、高考·北京卷)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變．放射出的α粒子(He)在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為R.以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量． (1)放射性原子核用X表示，新核的元素符號(hào)用Y表示，寫出該α衰變的核反應(yīng)方程． (2)α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大?。? (3)設(shè)該衰變過(guò)程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損Δm. 解析：(1)X―→Y＋He (2)設(shè)α粒子的速度大小為v， 由qvB＝m，T＝，得 α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期T＝ 環(huán)形電流大小I＝＝ (3)由qvB＝m，得v＝ 設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v′，系統(tǒng)動(dòng)量守恒 Mv′－mv＝0 v′＝＝ 由Δmc2＝Mv′2＋mv2 得Δm＝ 說(shuō)明：若利用M＝m解答，亦可． 答案：(1)X―→Y＋He　(2) (3) 　　　　　　　　　　 8