【精准解析】高考物理一轮复习课时作业40 原子结构 原子核
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第2讲原子结构和原子核[A级-基础练]1.(多选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观察到的现象,下列说法中正确的是( )A.放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B.放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C.放在C、D位置时,屏上观察不到闪光D.放在D位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少解析:ABD [根据α粒子散射现象,绝大多数α粒子沿原方向前进,少数α粒子发生较大偏转,A、B、D正确.]2.(2017·天津卷)如图所示,我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是( )A.21H+31H→42He+10nB.14 7N+42He→17 8O+11HC.42He+2713Al→3015P+10nD.235 92U+10n→144 56Ba+8936Kr+310n解析:A [21H+31H→42He+10n是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核,同时放出一个中子,属于聚变反应,故A正确;14 7N+42He→17 8O+11H是卢瑟福发现质子的核反应,他用α粒子轰击氮原子核,产生氧的同位素——氧17和一个质子,是人类第一次实现原子核的人工转变,属于人工核反应,故B错误;42He+2713Al→3015P+10n是居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30),属于人工核反应,故C错误;235 92U+10n→144 56Ba+8936Kr+310n是一种典型的铀核裂变,属于裂变反应,故D错误.]3.贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象,如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用.下列属于放射性衰变的是( )A.14 6C→14 7N+0-1eB.235 92U+10n→139 53I+9539Y+210nC.21H+31H→42He+10nD.42He+2713Al→3015P+10n解析:A [A属于β衰变,B属于裂变,C是聚变,D是原子核的人工转变,故选项A 正确.]4.氢原子的能级图如图所示,欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子,氢原子需要吸收的能量至少是( )A.13.60 eV B.10.20 eVC.0.54 eV D.27.20 eV解析:A [要使氢原子变成氢离子,使氢原子由基态向高能级跃迁,需要吸收的能量大于等于ΔE=E n-E1=0-(-13.6 eV)=13.6 eV.]5.(2018·全国卷Ⅲ)1934年,约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al,产生了第一个人工放射性核素X:α+2713Al→n+X.X的原子序数和质量数分别为( ) A.15和28 B.15和30C.16和30 D.17和31解析:B [α粒子轰击铝核的核反应方程为42He+2713Al―→10n+3015X,所以X的原子序数为15,质量数为30,故B对,A、C、D错误.]6.[2016·全国卷Ⅲ35(1)改编](多选)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为 1.0×107 m/s的质子p后,变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是( ) A.核反应方程为p+2713Al→2814Si*B.核反应过程中系统动量守恒C.核反应过程中系统能量不守恒D.核反应前后核子数相等,所以生成物的质量等于反应物的质量之和解析:AB [根据质量数和电荷数守恒可得,核反应方程为p+2713Al→2814Si*,A正确;核反应过程中释放的核力远远大于外力,故系统动量守恒,B正确;核反应过程中系统能量守恒,C错误;由于反应过程中,要释放大量的能量,伴随着质量亏损,所以生成物的质量小于反应物的质量之和,D 错误.]7.(2019·河北省两校模拟)下列说法正确的是( )A .用能量等于氘核结合能的光子照射静止的氘核,可使氘核分解为一个质子和一个中子B .质子和中子结合成原子核时不一定有质量亏损,但一定释放出能量C .原子核的结合能越大,原子核越稳定D .重核裂变前后质量数守恒,但质量一定减小解析:D [质子和中子结合成氘核前,需要有很大的动能,才能使它们的距离达到能够结合的程度,所以要使静止的氘核分解为质子和中子,除了要给它补充由于质量亏损释放的能量外,还需要给它们分离时所需的动能,选项A 错误;质子和中子结合成原子核时一定有质量亏损,根据爱因斯坦质能方程知,有能量放出,选项B 错误;原子核的比结合能越大,原子核越稳定,选项C 错误;重核裂变过程遵循质量数和电荷数守恒,但裂变过程会释放出巨大的能量,由爱因斯坦质能方程可知,一定有质量亏损,选项D 正确.][B 级-能力练]8.(2019·贵州贵阳模拟)如图所示为氢原子的能级图,现让一束单色光照射到一群处于基态的氢原子上,受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光,则照射氢原子的单色光的光子能量为( )A .13.6 eVB .3.4 eVC .12.75 eVD .14.45 eV解析:C [由题意有6=n n -2,得n =4,即能发出6种频率的光的氢原子一定是从基态跃迁到n =4能级的激发态,则照射氢原子的单色光的光子能量为E =-0.85 eV -(-13.6 eV)=12.75 eV ,故选项C 正确.]9.在匀强磁场中,有一个原来静止的146C 原子核,它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相内切的圆,圆的直径之比为7∶1,那么碳14的衰变方程为( )A.146C→0+1e +145B B.146C→42He +104Be C.146C→21H +125B D.146C→0-1e +147N解析:D [由动量守恒定律可知,放出的粒子与反冲核动量大小相等、方向相反,由在磁场中两圆径迹内切可知,反冲核带正电,放出的粒子带负电,由两圆直径之比为7∶1和R =mvqB可知,反冲核的电荷量是粒子的7倍,故只有选项D 正确.] 10.(2019·江苏南京模拟)23490Th 钍具有放射性,它能放出一个新的粒子而变为23491Pa 镤,同时伴随有γ射线产生,其方程为23490Th→23491Pa +x ,钍的半衰期为24天.则下列说法正确的是( )A .x 为质子B .x 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C.23490Th 的比结合能比23491Pa 的比结合能大 D .1 g 钍23490Th 经过120天后还剩0.2 g 23490Th解析:B [根据电荷数和质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子,即x 为电子,故选项A 错误;β衰变的实质是β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的,故选项B 正确;钍的比结合能比镤的比结合能小,故选项C 错误;钍的半衰期为24天,1 g 23490Th 经过120天后,发生5次衰变,最后还剩0.031 25 g 23590Th ,故选项D 错误.]11.(多选)太阳的能量来源是氢核的聚变,太阳中存在的主要元素是氢,核聚变反应可以看做是4个氢核(11H)结合成1个氦核同时放出2个正电子.下表中列出了部分粒子的质量(取1 u =16×10-26kg)A .核反应方程为411H→42He +201eB .4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 kgC .4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.43×10-29kgD .聚变反应过程中释放的能量约为4.0×10-12J解析:ACD [由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得411H→42He +201e ,故选项A 正确;反应中的质量亏损为Δm =4m p -m α-2m e =(4×1.007 3-4.001 5-2×0.000 55) u=0.026 6 u =4.43×10-29kg ,故选项C 正确,B 错误;由质能方程得ΔE =Δmc 2=4.43×10-29×(3×108)2J≈4×10-12J ,故选项D 正确.]12.如图所示为氢原子的能级图,当一群氢原子从n =3能级向低能级跃迁时,共辐射出三种不同频率的光子,光子的频率分别为ν1、ν2、ν3,且ν1>ν2>ν3,则下列说法正确的是( )A.1ν1+1ν2=1ν3B .ν1=ν2+ν3C .从n =3能级跃迁到n =2能级,辐射出的光子频率为ν1D .辐射出频率为ν1的光子后的氢原子的电势能比辐射出频率为ν2的光子后的氢原子的电势能大解析:B [由题意及玻尔理论可知,E 3-E 1=h ν1,E 2-E 1=h ν2,E 3-E 2=h ν3,因此有h ν1=h ν2+h ν3,即ν1=ν2+ν3,选项A 错误,B 正确;从n =3能级跃迁到n =2能级,辐射出的光子频率为ν3,选项C 错误;辐射出的频率为ν1的光子后的氢原子处于基态,辐射出频率为ν2的光子后氢原子也处于基态,因此氢原子的电势能相同,选项D 错误.]13.(多选)美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池,它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)和铜两种金属作为长效电池的材料,利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片,把镍63和铜片做电池两极外接负载,为负载提供电能.下面有关该电池的说法正确的是( )A .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B .镍63的衰变方程是6328Ni→ 0-1e +6329CuC .提高温度,增大压强可以改变镍63的半衰期D .该电池内部电流方向是从镍63到铜片解析:AB [β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子同时释放电子所产生的,A 正确;根据电荷数守恒、质量数守恒知镍63的衰变方程是6328Ni→0-1e +6329Cu ,B 正确;半衰期由原子核本身决定,与外界因素无关,故C 错误;铜片得到电子带负电,镍63带正电,和外接负载时镍63的电势比铜片的高,该电池内部电流方向是从铜片到镍63,故D 错误.]14.(2019·南昌十所省重点中学模拟)根据玻尔理论,氢原子的能级公式为E n =A n2(n 为能级,A 为基态能量),一个氢原子中的电子从n =4的能级直接跃迁到基态,在此过程中( )A .氢原子辐射一个能量为15A16的光子B .氢原子辐射一个能量为-15A16的光子C .氢原子辐射一系列频率的光子,其中频率最大的光子能量为15A16D .氢原子辐射一系列频率的光子,其中频率最大的光子能量为-15A16解析:B [根据玻尔理论,一个氢原子中的电子从n =4的能级直接跃迁到基态,辐射一个光子的能量为ΔE =E 4-E 1=A 42-A 12=-15A16,选项B 正确,A 、C 、D 错误.]。
第2讲原子和原子核时间:45分钟总分为:100分一、选择题(此题共14小题,每一小题6分,共84分。
其中1~11题为单项选择,12~14题为多项选择)1.(2019·广东揭阳一模)如下列图,x为未知的放射源,L为薄铝片,假设在放射源和计数器之间加上L后,计数器的计数率大幅度减小,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,如此x可能是()A.α射线和β射线的混合放射源B.纯α射线放射源C.纯γ射线放射源D.α射线和γ射线的混合放射源答案 D解析在放射源和计数器之间加薄铝片L后,发现计数器的计数率大幅度减小,说明射线中含有穿透能力弱的α射线,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,说明没有射线或剩下的射线不带电,即为γ射线,因此放射源x可能是α射线或它和γ射线的混合放射源,故A、B、C错误,D正确。
2.(2019·江西高三九校3月联考)如下说法中正确的答案是()A.天然放射现象的发现,揭示了原子核是由质子和中子组成的B.玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子理论C.天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线都是高能量的电磁波D.卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构答案 B解析天然放射现象的发现,揭示了原子核有复杂的结构,故A错误;玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说的根底上引入了量子理论,故B正确;天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线,其中α射线是氦原子核,β射线是电子流,只有γ射线是高能量的电磁波,故C错误;卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子有复杂结构,在此根底上,他建立了原子的核式结构模型,故D错误。
3.(2020·安徽省A10联盟高三摸底)据报道,香烟会释放一种危险的放射性元素“钋(210 84 Po)〞,如果每天抽1.5包香烟,一年后累积的辐射相当于300次胸透的辐射。
210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变后产生了新核,新核的中子数比质子数多()A.38个B.40个C.42个D.44个答案 B解析210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变产生的新核为206 83X,其中子数为206-83=123,中子数比质子数多123-83=40,B正确。
考点40 原子结构原子核题组一基础小题1.如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置,在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。
下列说法正确的是()A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转答案A解析卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子核式结构模型,A正确,B错误;电子质量太小,对α粒子的影响不大,C 错误;绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原方向前进,D 错误。
2.(多选)下列说法中正确的是()A.一群氢原子处于n=3的激发态向较低能级跃迁,最多可放出两种频率的光子B.一个氢原子由n=3的激发态向低能级跃迁,最多可放出两种频率的光子C.实际上,原子中的电子没有确定的轨道,所以玻尔的氢原子模型是没有实际意义的D.α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构答案BD解析一群氢原子处于n=3的激发态向较低能级跃迁,最多可放出C错误!=3种不同频率的光子,A错误;一个氢原子由n=3的激发态向低能级跃迁,最多可放出两种频率的光子,分别为n =3到n=2,n=2到n=1,B正确;原子中的电子没有确定的轨道,在空间各处出现的概率是不一样的,而玻尔的氢原子模型作出的定态与跃迁的假设,成功解释了氢原子光谱的实验规律,C 错误;α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构,D正确.3.如图所示是某原子的能级图,a、b、c为原子跃迁所发出的3种波长的光.在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是()答案C解析从能级图可知,E3-E1>E2-E1>E3-E2,根据E m-E n=h错误!知,λa<λc<λb,C正确.4.如图是氢原子四个能级的示意图.当氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级时,辐射出a光.当氢原子从n=3能级跃迁到n =2能级时,辐射出b光。
原子核(建议用时:25分钟)1.以下说法正确的选项是( )A. 贝克勒尔通过实验最早发现了电子B. 假设使放射性物质的温度升高,那么其半衰期增大C. 核反响堆用过的废料清洁无污染,没有放射性D. 核反响235 92U+10n―→9038Sr+136 54Xe+1010n属于重核的裂变D解析:汤姆孙通过实验最早发现了电子,故A错误;放射性物质的半衰期与外界的物理和化学状态无关,只取决于原子核的内部结构,故B错误;核反响堆用过的废料仍然有放射性,故C错误;核反响235 92U+10n―→9038Sr+136 54Xe+1010n,属于重核的裂变,D正确。
2.(2021·全国卷Ⅰ)(多项选择)以下核反响方程中,X1、X2、X3、X4代表α粒子的有( )A. 21H+21H―→10n+X1B. 21H+31H―→10n+X2C. 235 92U+10n―→144 56Ba+8936Kr+3X3D. 10n+63Li―→31H+X4BD解析:α粒子为氦原子核42He,根据核反响方程遵守电荷数守恒和质量数守恒,A选项中的X1为32He,B选项中的X2为42He,C选项中的X3为中子10n,D选项中的X4为42He。
应选B、D。
3.关于核反响方程238 92U―→234 90Th+X,以下说法正确的选项是( )A. 此核反响方程中的X代表的粒子为氢原子核B. 通过降低温度的方法,一定能缩短238 92U的半衰期C. 此核反响释放能量D. 此核反响方程属于β衰变,β粒子是238 92U核外的电子电离形成的C解析:由电荷数守恒与质量数守恒可知X的质量数为4,电荷数为2,核反响方程为238 92 U―→234 90Th+42He,所以此核反响方程中的X代表的粒子为α粒子,故A错误;半衰期与外界的温度等条件无关,故B错误;此反响是α衰变,由于发生质量亏损而释放能量,故C正确,D错误。
4.(2021·湖南模考)2020年12月4日,新一代“人造太阳〞装置——中国环流器二号M装置(HL2M)在成都建成并首次实现利用核聚变放电。
第2讲 原子核目标要求 1.了解原子核的组成及核力的性质,了解半衰期及其统计意义.2.认识原子核的结合能,了解核裂变及核聚变,能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程.考点一 原子核的衰变及半衰期1.原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的质子数. 2.天然放射现象放射性元素自发地发出射线的现象,首先由贝克勒尔发现.天然放射现象的发现,说明原子核具有复杂的结构. 3.三种射线的比较名称 构成 符号电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 氦核 42He +2e 4 u 最强 最弱 β射线 电子 0-1e-e 11 837 u 较强 较强 γ射线 光子γ最弱最强4.原子核的衰变(1)衰变:原子核自发地放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变. (2)α衰变、β衰变衰变类型 α衰变β衰变衰变方程M Z X →M -4Z -2Y +42HeM Z X →M Z +1Y +0-1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子211H +210n →42He10n →11H +0-1e 衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(3)γ射线:γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的. 5.半衰期 (1)公式:N 余=N 原1/212t T ⎛⎫⎪⎝⎭,m 余=m 原1/212tT ⎛⎫ ⎪⎝⎭.(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的外部条件(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关(选填“有关”或“无关”).6.放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同.(2)应用:消除静电、工业探伤、做示踪原子等.(3)防护:防止放射性对人体组织的伤害.1.三种射线,按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线.(√)2.β衰变中的电子来源于原子核外电子.(×)3.发生β衰变时,新核的电荷数不变.(×)4.如果现在有100个某放射性元素的原子核,那么经过一个半衰期后还剩50个.(×) 考向1原子核的衰变例1(多选)天然放射性元素232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后,变成208 82Pb(铅).下列判断中正确的是()A.衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变B.铅核比钍核少8个质子C.β衰变所放出的电子来自原子核外D.钍核比铅核多24个中子答案AB解析由于β衰变不会引起质量数的减少,故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数,x=232-2084=6,再结合电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数(设为y),2x-y=90-82=8,y=2x-8=4,钍核中的中子数为232-90=142,铅核中的中子数为208-82=126,所以钍核比铅核多16个中子,铅核比钍核少8个质子,β衰变所放出的电子来自原子核内,A、B正确.例2(多选)有一匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,一个原来静止在A处的原子核,发生衰变放射出某种粒子,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q 1∶q 2=r 1∶r 2 答案 BC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,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Bq v =m v 2r ,可得r =m vqB ,衰变过程遵循动量守恒定律,即m v 相同,所以电荷量与半径成反比,有q 1∶q 2=r 2∶r 1,但无法求出质量,故A 、D 错误,B 、C 正确. 考向2 半衰期例3 (2021·全国乙卷·17)医学治疗中常用放射性核素113In 产生γ射线,而113In 是由半衰期相对较长的113Sn 衰变产生的.对于质量为m 0的113Sn ,经过时间t 后剩余的113Sn 质量为m ,其mm 0-t 图线如图所示.从图中可以得到13Sn 的半衰期为( )A .67.3 dB .101.0 dC .115.1 dD .124.9 d答案 C解析 由题图可知从m m 0=23到m m 0=13,113Sn 恰好衰变了一半,根据半衰期的定义可知113Sn 的半衰期为T 1/2=182.4 d -67.3 d =115.1 d ,故选C.考点二 核反应及核反应类型1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发238 92U→234 90Th+42He β衰变自发234 90Th→234 91Pa+0-1e人工转变人工控制147N+42He→17 8O+11H(卢瑟福发现质子)42He+94Be→12 6C+10n(查德威克发现中子)2713Al+42He→3015P+10n3015P→3014Si+0+1e约里奥-居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子重核裂变容易控制23592U+10n→144 56Ba+8936Kr+310n23592U+10n→136 54Xe+9038Sr+1010n轻核聚变现阶段很难控制21H+31H→42He+10n2.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号,是正确书写核反应方程的基础.如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0-1e)、正电子(0+1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等.(2)掌握核反应方程遵循的规律:质量数守恒,电荷数守恒.(3)由于核反应不可逆,所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向.例4下列说法正确的是()A.238 92U→234 90Th+X中X为中子,核反应类型为β衰变B.21H+31H→42He+Y中Y为中子,核反应类型为人工转变C.235 92U+10n→136 54Xe+9038Sr+K,其中K为10个中子,核反应类型为重核裂变D.14 7N+42He→17 8O+Z,其中Z为氢核,核反应类型为轻核聚变答案 C解析根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,A选项反应中的X质量数为4,电荷数为2,为α粒子,核反应类型为α衰变,选项A错误;B选项反应中的Y质量数为1,电荷数为0,为中子,核反应类型为轻核聚变,选项B错误;C选项反应中的K质量数总数为10,电荷数为0,则K为10个中子,核反应类型为重核裂变,选项C正确;D选项反应中的Z质量数为1,电荷数为1,为质子,核反应类型为人工转变,选项D错误.例5(多选)(2020·全国卷Ⅰ·19)下列核反应方程中,X1、X2、X3、X4代表α粒子的有() A.21H+21H→10n+X1B.21H+31H→10n+X2C.235 92U+10n→144 56Ba+8936Kr+3X3D.10n+63Li→31H+X4答案BD解析21H+21H→10n+32He,A错.2H+31H→10n+42He,B对.1235U+10n→144 56Ba+8936Kr+310n,C错.921n+63Li→31H+42He,D对.考点三质量亏损及核能的计算核力和核能(1)核力:原子核内部,核子间所特有的相互作用力.(2)结合能:原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开需要的能量,叫作原子的结合能,也叫核能.(3)比结合能:原子核的结合能与核子数之比,叫作比结合能,也叫平均结合能.比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定.(4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应的能量ΔE=Δmc2.原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=Δmc2.1.原子核的结合能越大,原子核越稳定.(×)2.核反应中,出现质量亏损,一定有核能产生.(√)核能的计算方法(1)根据ΔE=Δmc2计算,计算时Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”.(2)根据ΔE=Δm×931.5 MeV计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量,所以计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”.(3)根据核子比结合能来计算核能:原子核的结合能=核子比结合能×核子数.例6(2019·全国卷Ⅱ·15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环,循环的结果可表示为411H →42He +201e +2ν,已知11H 和42He 的质量分别为m p =1.007 8 u 和m α=4.002 6 u,1 u =931 MeV/c 2,c 为光速.在4个11H 转变成1个42He 的过程中,释放的能量约为( )A .8 MeVB .16 MeVC .26 MeVD .52 MeV 答案 C解析 因电子质量远小于质子的质量,计算中可忽略不计,核反应质量亏损Δm =4×1.007 8 u -4.002 6 u =0.028 6 u ,释放的能量ΔE =0.028 6×931 MeV ≈26.6 MeV ,选项C 正确.例7 (多选)用中子(10n)轰击铀核(235 92U)产生裂变反应,会产生钡核(141 56Ba)和氪(9236Kr)并释放中子(10n),达到某些条件时可发生链式反应,一个铀核(235 92U)裂变时,释放的能量约为200 MeV(1 eV =1.6×10-19J).以下说法正确的是( )A.235 92U 裂变方程为235 92U →144 56Ba +8936Kr +210nB.235 92U 裂变方程为235 92U +10n →144 56Ba +8936Kr +310nC.235 92U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D .一个235 92U 裂变时,质量亏损约为3.6×10-28kg答案 BCD 解析235 92U 的裂变方程为235 92U +10n →144 56Ba +8936Kr +310n ,方程两边的中子不能相约,故A 错误,B 正确;铀块需达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去,故C 正确;一个铀核 (235 92U)裂变时,释放的能量约为200 MeV ,根据爱因斯坦质能方程得,质量亏损Δm =ΔEc 2=200×106×1.6×10-199×1016kg ≈3.6×10-28 kg ,故D 正确. 例8 花岗岩、砖砂、水泥等建筑材料是室内氡的最主要来源.人呼吸时,氡气会随气体进入肺脏,氡衰变放出的α射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞,使肺细胞受损,从而引发肺癌、白血病等.一静止的氡核222 86Rn 发生一次α衰变生成新核钋(Po),此过程动量守恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能.已知m 氡=222.086 6 u ,m α=4.002 6 u ,m 钋=218.076 6 u, 1 u 相当于931 MeV 的能量.(结果保留3位有效数字) (1)写出上述核反应方程; (2)求上述核反应放出的能量ΔE ; (3)求α粒子的动能E kα.答案 (1)222 86Rn →218 84Po +42He (2)6.89 MeV (3)6.77 MeV解析 (1)根据质量数和电荷数守恒有222 86Rn →218 84Po +42He (2)质量亏损Δm=222.086 6 u-4.002 6 u-218.076 6 u=0.007 4 uΔE=Δm×931 MeV解得ΔE=0.007 4 u×931 MeV≈6.89 MeV(3)设α粒子、钋核的动能分别为E kα、E k钋,动量分别为pα、p钋,由能量守恒定律得ΔE=E kα+E k钋由动量守恒定律得0=pα+p钋又E k=p22m故E kα∶E k钋=218∶4解得E kα≈6.77 MeV.课时精练1.(2021·湖南卷·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 答案 D解析 根据半衰期的定义可知,放射性元素经过两个完整的半衰期后,还剩原来的14未衰变,故A 错误;原子核衰变时满足电荷数守恒,质量数守恒,故B 错误;放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的,而与物理环境如压力、温度或浓度无关,与化学状态无关,故C 错误;过量放射性辐射包含大量的射线,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,故D 正确.2.2020年12月4日,新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M 装置(HL -2M)在成都建成并首次实现利用核聚变放电.下列方程中,正确的核聚变反应方程是( )A.21H +31H →42He +10nB.238 92U →234 90Th +42HeC.235 92U +10n →144 56Ba +8936Kr +310nD.42He +2713Al →3015P +10n答案 A解析 A 项方程是核聚变,B 项方程为α衰变,C 项方程为重核裂变,D 项方程为人工核转变.故选A.3.(2021·河北卷·1)银河系中存在大量的铝同位素26Al ,26Al 核β衰变的衰变方程为2613Al →2612Mg +01e ,测得26Al 核的半衰期为72万年,下列说法正确的是( )A .26Al 核的质量等于26Mg 核的质量B .26Al 核的中子数大于26Mg 核的中子数C .将铝同位素26Al 放置在低温低压的环境中,其半衰期不变D .银河系中现有的铝同位素26Al 将在144万年后全部衰变为26Mg答案 C解析26Al和26Mg的质量数均为26,相等,但是二者原子核中的质子数和中子数不同,所以质量不同,A错误;2613Al核的中子数为26-13=13个,2612Mg核的中子数为26-12=14个,B错误;半衰期是原子核固有的属性,与外界环境无关,C正确;质量为m的26Al的半衰期为72万年,144万年为2个半衰期,剩余质量为126Mg,D错误.4m,不会全部衰变为4.(多选)(2021·浙江6月选考·14)对四个核反应方程(1)238 92U→234 90Th+42He;(2)234 90Th→234 91Pa+e;(3)14 7N+42He→17 8O+11H;(4)21H+31H→42He+10n+17.6 MeV.-1下列说法正确的是()A.(1)(2)式核反应没有释放能量B.(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程C.(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程D.利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一答案CD解析(1)是α衰变,(2)是β衰变,均有能量放出,故A错误;(3)是人工核转变,故B错误;(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程,故C正确;利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一,故D正确.5.(2021·全国甲卷·17)如图,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为()A.6 B.8 C.10 D.14答案 A解析由题图分析可知,核反应方程为238X→206 82Y+a42He+b0-1e,92经过a次α衰变,b次β衰变,由电荷数与质量数守恒可得238=206+4a;92=82+2a-b,解得a=8,b=6,故放出6个电子,故选A.6.(多选)铀核裂变的一种方程为235 92U+X→9438Sr+139 54Xe+310n,已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示,下列说法中正确的有()A.X粒子是中子B.X粒子是质子C.235 92U、9438Sr、139 54Xe相比,9438Sr的比结合能最大,最稳定D.235 92U、9438Sr、139 54Xe相比,235 92U的质量数最大,结合能最大,最稳定答案AC解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,为中子,A正确,B错误;根据题图可知235 92U、9438Sr、139 54Xe相比,9438Sr的比结合能最大,最稳定,235 92U的质量数最大,结合能最大,比结合能最小,最不稳定,C正确,D错误.7.(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核21H可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式621H→242He+211H+210n+43.15 MeV表示.海水中富含氘,已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV=1.6×10-13 J,则M约为()A.40 kg B.100 kgC.400 kg D.1 000 kg答案 C解析根据核反应方程式,6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量,1 kg海水中的氘核反应释放的能量为E=1.0×102222 MeV≈1.15×1010 J,则相当于燃6×43.15 MeV≈7.19×10烧的标准煤的质量为M=1.15×1010kg≈396.6 kg,约为400 kg.2.9×1078.(多选)(2020·浙江7月选考·14)太阳辐射的总功率约为4×1026 W ,其辐射的能量来自于聚变反应.在聚变反应中,一个质量为1 876.1 MeV/c 2(c 为真空中的光速)的氘核(21H)和一个质量为2 809.5 MeV/c 2的氚核(31H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c 2的氦核(42He),并放出一个X 粒子,同时释放大约17.6 MeV 的能量.下列说法正确的是( )A .X 粒子是质子B .X 粒子的质量为939.6 MeV/c 2C .太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kgD .太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c 2答案 BC解析 该聚变反应方程为21H +31H →42He +10n ,X 为中子,故A 错误;该核反应中质量的减少量Δm 1=17.6 MeV/c 2,由质能方程知,m 氘+m 氚=m 氦+m X +Δm 1,代入数据知1 876.1 MeV/c 2+2 809.5 MeV/c 2=3 728.4 MeV/c 2+m X +17.6 MeV/c 2,故m X =939.6 MeV/c 2,故B 正确;太阳每秒辐射能量ΔE =P Δt =4×1026 J ,由质能方程知Δm =ΔE c 2,故太阳每秒因为辐射损失的质量Δm =4×1026(3×108)2 kg ≈4.4×109 kg ,故C 正确;因为ΔE =4×1026 J =4×10261.6×10-19eV =2.5×1039 MeV ,则太阳每秒因为辐射损失的质量为Δm =ΔE c2=2.5×1039 MeV/c 2,故D 错误. 9.A 、B 是两种放射性元素的原子核,原来都静止在同一匀强磁场,其中一个放出α粒子,另一个放出β粒子,运动方向都与磁场方向垂直.图中a 、b 与c 、d 分别表示各粒子的运动轨迹,下列说法中正确的是( )A .A 放出的是α粒子,B 放出的是β粒子B .a 为α粒子运动轨迹,d 为β粒子运动轨迹C .a 轨迹中的粒子比b 轨迹中的粒子动量小D .磁场方向一定垂直纸面向外答案 A解析 放射性元素放出α粒子时,α粒子与反冲核的速度相反,而电性相同,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反,两个粒子的轨迹应为外切圆;而放射性元素放出β粒子时,β粒子与反冲核的速度相反,而电性相反,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同,两个粒子的轨迹应为内切圆,故B 放出的是β粒子,A 放出的是α粒子,故A 正确;根据带电粒子在磁场中的运动的半径r =m v qB,放出的粒子与反冲核的动量相等,而反冲核的电荷量大,故轨迹半径小,故b 为α粒子运动轨迹,c 为β粒子运动轨迹,故B 、C 错误;粒子在磁场中做匀速圆周运动,磁场方向不同,粒子运动的方向相反,由于α粒子和β粒子的速度方向未知,不能判断磁场的方向,故D 错误.10.(2017·北京卷·23)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(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R .以m 、q 分别表示α粒子的质量和电荷量.(1)放射性原子核用A Z X 表示,新核的元素符号用Y 表示,写出该α衰变的核反应方程;(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小;(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能,新核的质量为M ,求衰变过程的质量亏损Δm .答案 (1)A Z X →A -4Z -2Y +42He (2)2πm qB q 2B 2πm (3)q 2B 2R 2(M +m )2Mmc 2解析 (1)A Z X →A -4Z -2Y +42He(2)洛伦兹力提供向心力,有q v αB =m v α2R所以v α=qBR m ,T =2πR v α=2πm qB环形电流大小I =q T =q 2B 2πm. (3)衰变过程动量守恒,有0=p Y +p α所以p Y =-p α,“-”表示方向相反.因为p =m v ,E k =12m v 2 所以E k =p 22m即:E kY ∶E kα=m ∶M由能量守恒得Δmc 2=E kY +E kαΔm =E kαc 2⎝ ⎛⎭⎪⎫M +m M ,其中E kα=12m v α2=q 2B 2R 22m , 所以Δm =q 2B 2R 2(M +m )2Mmc 2.。
高考物理一轮复习专项训练及答案解析—原子结构、原子核1.(2022·湖南卷·1)关于原子结构和微观粒子波粒二象性,下列说法正确的是()A.卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B.玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C.光电效应揭示了光的粒子性D.电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性2.(2022·北京卷·1)氢原子从某激发态跃迁到基态,则该氢原子()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3.(2022·辽宁卷·2)2022年1月,中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果.表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列.实验中所用核反应方程为X+2512Mg→2613Al,已知X、2512Mg、2613Al的质量分别为m1、m2、m3,真空中的光速为c,该反应中释放的能量为E.下列说法正确的是()A.X为氘核21HB.X为氚核31HC.E=(m1+m2+m3)c2D.E=(m1+m2-m3)c24.(多选)(2022·浙江6月选考·14)秦山核电站生产146C的核反应方程为147N+10n→146C+X,其产物146C的衰变方程为146C→147N+0-1e.下列说法正确的是()A.X是11HB.146C可以用作示踪原子C.0-1e来自原子核外D.经过一个半衰期,10个146C将剩下5个5.(2022·广东卷·5)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子.氢原子第n能级的能量为E n=E1n2,其中E1=-13.6eV.图是按能量排列的电磁波谱,要使n=20的氢原子吸收一个光子后,恰好失去一个电子变成氢离子,被吸收的光子是()A.红外线波段的光子B.可见光波段的光子C.紫外线波段的光子D.X射线波段的光子6.如图所示为氢原子能级图,以及从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线.则下列叙述正确的有()A.Hα、Hβ、Hγ、Hδ的频率依次增大B.可求出这四条谱线的波长之比,Hα、Hβ、Hγ、Hδ的波长依次增大C.处于基态的氢原子要吸收3.4eV的能量才能被电离D.如果Hδ可以使某种金属发生光电效应,Hβ一定可以使该金属发生光电效应7.(2021·全国甲卷·17)如图,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为()A.6B.8C.10D.148.(多选)(2022·浙江1月选考·14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨.为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热.下列说法正确的是()A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kgC.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度D.反应堆中存在23592U+10n→14456Ba+8936Kr+310n的核反应9.(多选)铀核裂变的一种方程为23592U+X→9438Sr+13954Xe+310n,已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示,下列说法中正确的有()A.X是中子B.X是质子C.23592U、9438Sr、13954Xe相比,9438Sr的比结合能最大,最稳定D.23592U、9438Sr、13954Xe相比,23592U的质量数最大,结合能最大,最稳定10.(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核21H可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式621H →242He+211H+210n+43.15MeV表示.海水中富含氘,已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知1kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107J,1MeV=1.6×10-13J,则M约为() A.40kg B.100kg C.400kg D.1000kg11.A、B是两种放射性元素的原子核,原来都静止在同一匀强磁场,其中一个放出α粒子,另一个放出β粒子,运动方向都与磁场方向垂直.图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨迹,下列说法中正确的是()A.A放出的是α粒子,B放出的是β粒子B.a为α粒子运动轨迹,d为β粒子运动轨迹C.a轨迹中的粒子比b轨迹中的粒子动量小D.磁场方向一定垂直纸面向外12.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(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨迹半径为R.以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量.(1)放射性原子核用A Z X表示,新核的元素符号用Y表示,写出该α衰变的核反应方程;(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小;(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损Δm(光速为c).1.C 2.B3.D4.AB5.A6.A7.A 8.CD [秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量,故A 错误;由题知原子核亏损释放的能量一部分转化为电能,一部分转化为内能,原子核亏损的质量大于27.6kg ,故B 错误;核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性,通过控制中子的数量控制链式反应的速度,故C 正确;反应堆利用铀235的裂变,生成多个中等质量的核和中子,且产物有随机的两分裂、三分裂,即存在23592U +10n →14456Ba +8936Kr +310n 的核反应,故D 正确.]9.AC [根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X 的质量数为1,电荷数为0,为中子,A 正确,B 错误;根据题图可知,23592U 、9438Sr 、13954Xe 相比,9438Sr 的比结合能最大,最稳定,23592U 的质量数最大,结合能最大,比结合能最小,最不稳定,C 正确,D 错误.]10.C [根据核反应方程式,6个氘核聚变反应可释放出43.15MeV 的能量,1kg 海水中的氘核反应释放的能量为E =1.0×10226×43.15MeV ≈7.19×1022MeV ≈1.15×1010J ,则相当于燃烧的标准煤的质量为M =1.15×10102.9×107kg ≈396.6kg ,约为400kg.故选C.]11.A [放射性元素放出α粒子时,α粒子与反冲核的速度相反,但电性相同,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反,两个粒子的运动轨迹应为外切圆;而放射性元素放出β粒子时,β粒子与反冲核的速度相反,且电性相反,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同,两个粒子的运动轨迹应为内切圆,故B 放出的是β粒子,A 放出的是α粒子,故A 正确;根据带电粒子在磁场中的运动的半径r =m v qB半径小,故b 为α粒子运动轨迹,c 为β粒子运动轨迹,故B 、C 错误;粒子在磁场中做匀速圆周运动,磁场方向不同,粒子运动的方向相反,由于α粒子和β粒子的速度方向未知,不能判断磁场的方向,故D 错误.]12.(1)A Z X →A -4Z -2Y +42He (2)2πmqB q 2B 2πm (3)q 2B 2R 2(M +m )2Mmc 2解析(1)A Z X →A -4Z -2Y +42He(2)洛伦兹力提供向心力,有q v αB =m v α2R所以v α=qBR m ,T =2πR v α=2πm qB环形电流大小I =q T =q 2B 2πm(3)衰变过程动量守恒,有0=p Y +p α所以p Y =-p α,“-”表示方向相反.因为p =m v ,E k =12m v 2,所以E k =p 22m即E kY ∶E kα=m ∶M 由能量守恒得Δmc 2=E kY +E kαΔm其中E kα=12m v α2=q 2B 2R 22m,所以Δm =q 2B 2R 2(M +m )2Mmc 2.。
高考物理一轮复习《原子结构》专题讲义[考点梳理]【考点一】阴极射线1.辉光放电现象(1)定义:放电管中若有气体,在放电管两级加上高电压可看到辉光放电现象。
但若管内气体非常稀薄即接近真空时,不能使气体,辉光放电现象消失。
(2)应用:如利用其发光效应制成的、,以及利用其正常辉光放电的电压稳定效应制成的。
2.阴极射线的产生如图所示,在研究0.1pa气压以下的气体导电的玻璃管内有阴、阳两级,当两级间加一定电压时,阴极便发出一种射线,这种射线能使玻璃管壁发出荧光,称为。
在稀薄气体的辉光放电实验中,若不断地抽出管中的气体,当管中的气压降到0.1pa的时候,管内已接近真空,不能使气体电离发光,这时对着阴极的玻璃管壁却发出荧光,如果在管中放一个十字形金属片,荧光中会出现十字阴影。
3.阴极射线的特点在真空中;碰到荧光物质能使其;本质上是。
4.判断阴极射线电性的方法阴极射线的本质是电子,在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力,故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时,一般不考虑重力的影响。
(1)粒子在电场中运动如图1所示。
带电粒子受电场力作用运动方向发生改变(粒子质量忽略不计)。
带电粒子在不受其他力的作用时,若沿电场线方向偏转,则粒子带电;若逆着电场线方向偏转,则粒子带电。
(2)粒子在磁场中运动,如图2所示。
粒子将受到洛伦兹力作用F=qvB,洛伦兹力方向始终与速度方向垂直,利用左手定则即可判断粒子的电性。
不考虑其他力的作用,如果粒子按图示方向进入磁场,且做顺时针的圆周运动,则粒子带电;若做逆时针的圆周运动,则粒子带电。
5.电子的发现(1)实验:英国物理学家在研究阴极射线时的实验装置如图所示,从阴极K发射出的带电粒子通过阳极A和小孔A’形成一束细射线,它穿过两片平行的金属板,到达右端带有标尺的荧光屏上,通过射线产生的荧光屏位置断定,它的本质是。
(2)意义:拉开了人们研究的序幕。
[典例1]关于阴极射线的本质,下列说法正确的是( )A.阴极射线本质是氢原子B.阴极射线本质是电磁波C.阴极射线本质是电子D.阴极射线本质是X射线[典例2]如图所示,一玻璃管中有从左向右的阴极射线可能是电磁波或某种粒子流形成的射线,若在其下方放一通电直导线AB,射线发生如图所示的偏转,AB中的电流方向由B到A,则该射线的本质为( )A.电磁波B.带正电的高速粒子流C.带负电的高速粒子流D.不带电的高速中性粒子流【考点二】密里根“油滴实验”1.实验原理实验过程及原理:装置如图所示,两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接,使A板带正电,B板带负电,从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔,落到两板之间的匀强电场E中。
课时作业40原子结构原子核时间:45分钟1.如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置,在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点.下列说法正确的是(A)A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转解析:卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子核式结构模型,A 项正确,B项错误;电子质量太小,对α粒子的影响不大,C项错误;绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原方向前进,D项错误.2.氡222经过α衰变变成钋218,t=0时氡的质量为m0,任意时刻氡的质量为m,下列四幅图中正确的是(B)解析:每经过一个半衰期有一半质量发生衰变,则剩余质量m =m 12=m 12t T ,解得m m 0=12t T ,T 为半衰期,可知m m 0与t 成指数函数关系,故B项正确,A 、C 、D 项错误.3.如图为氢原子能级示意图,则氢原子(A )A .从n =4能级跃迁到n =3能级比从n =3能级跃迁到n =2能级辐射出电磁波的波长长B .从n =5能级跃迁到n =1能级比从n =5能级跃迁到n =4能级辐射出电磁波的速度大C .处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是一样的D .从高能级向低能级跃迁时,氢原子核一定向外放出能量解析:光子能量E =hν=hc λ,而E 4-3<E 3-2,故λ4-3>λ3-2,A 项正确.不同频率的电磁波在真空中传播时速度均相等,故B 错误.电子在核外不同能级出现的概率是不同的,故C 错误.能级跃迁是核外电子在不同轨道间的跃迁,与原子核是否放出能量无关,故D 错误.4.如图所示为氢原子的能级图,当一群氢原子从n =3能级向低能级跃迁时,共辐射出三种不同频率的光子,光子的频率分别为ν1、ν2、ν3,且ν1>ν2>ν3,则下列说法正确的是(B )A.1ν1+1ν2=1ν3B .ν1=ν2+ν3C .从n =3能级跃迁到n =2能级,辐射出的光子频率为ν1D .辐射出频率为ν1的光子后的氢原子的电势能比辐射出频率为ν2的光子后的氢原子的电势能大解析:由题意及玻尔理论可知,E 3-E 1=hν1,E 2-E 1=hν2,E 3-E 2=hν3,因此有hν1=hν2+hν3,即ν1=ν2+ν3,选项A 错误,B 正确;从n =3能级跃迁到n =2能级,辐射出的光子频率为ν3,选项C 错误;辐射出的频率为ν1的光子后的氢原子处于基态,辐射出频率为ν2的光子后氢原子也处于基态,因此氢原子的电势能相同,选项D 错误.5.下列关于核反应方程及描述正确的是(C )A.31H+21H→42He+10n是α衰变方程B.23592U+10n→14054Xe+9438Sr+210n是核聚变方程C.42He+2713Al→3015P+10n是居里夫妇发现人工放射性同位素的核反应方程D.147N+42He→178O+11H是α衰变方程解析:A项是轻核聚变反应,故A错误;B项是核裂变方程,故B错误;D项是卢瑟福发现质子的核反应方程,故D错误;故本题选C.6.一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为23892U→23490Th+42He.下列说法正确的是(B)A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析:衰变过程满足动量守恒定律,所以衰变后钍核的动量与α粒子的动量等大反向,B正确;由动能和动量的关系式可知E k=12m v2=p22m,由于钍核的质量大于α粒子的质量,所以钍核的动能小于α粒子的动能,A错误;半衰期的定义是大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,并不是其放出一个α粒子所经历的时间,C错误;由于该反应放出能量,所以一定会发生质量亏损,衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量,D错误.7.在某些恒星内部,3个α粒子可以结合成一个126C核,已知126C 核的质量为m1=1.99302×10-26kg,α粒子的质量为m2=6.64672×10-27kg,真空中光速c=3×108m/s,求:(1)写出这个核反应方程.(2)这个核反应中释放的核能(保留一位有效数字).试比较α粒子的比结合能与126C的比结合能哪个大?解析:(1)3个α粒子可以结合成一个126C核,这个核反应方程是342He→126C.(2)由爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,有:ΔE=Δmc2=(3×6.646 72×10-27-1.99302×10-26)×(3×108)2J=9×10-13J结合能与核子数的比值即为比结合能,因此可知,α粒子的比结合能小于126C的比结合能.答案:(1)342He→126C(2)9×10-13J126C的比结合能大8.(2019·福建福州质检)(多选)氢原子能级如图所示,已知可见光光子的能量在1.61~3.10eV范围内,则下列说法正确的是(BD)A.氢原子能量状态由n=2能级跃迁到n=1能级,放出的光子为可见光B.大量氢原子处于n=4能级时,向低能级跃迁能发出6种不同频率的光子C.处于基态的氢原子电离需要释放13.6eV的能量D.氢原子处于n=2能级时,可吸收2.86eV能量的光子跃迁到高能级解析:由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子能量为E=-3.4 eV-(-13.6)eV=10.2eV,不在可见光的能量范围内,故放出的光子不是可见光,故A错误;大量处于n=4能级的激发态氢原子向低能级跃迁时,能产生C24=6种不同频率的光子,故B正确;处于基态的氢原子电离需要吸收13.6eV的能量,故C错误;氢原子处于n=2能级吸收能量为2.86eV的光子,能量变为-0.54eV,即将跃迁到n=5能级,故D正确.9.(2019·安徽六校二联)近几年中国等许多国家积极发展“月球探测计划”,该计划中的科研任务之一是探测月球上氦3的含量.氦3是一种清洁、安全和高效的核发电燃料,可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电.若已知氘核的质量为2.0136u,氦3的质量为3.0150u,氦核的质量为4.00151u,质子质量为1.00783u,中子质量为1.008665u,1u相当于931.5MeV.则下列说法正确的是(A)A.一个氘和一个氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9MeVB.氘和氦3的核聚变反应方程式:21H+32He→42He+X,其中X 是中子C.因为聚变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少D.目前我国的泰山、大亚湾等核电站广泛使用氦3进行核聚变反应发电解析:氘和氦3的核聚变反应方程式:21H+32He→42He+11H,可知X为质子,B项错误.释放的核能ΔE=Δmc2=(2.0136+3.0150-4.001 51-1.00783)×931.5MeV≈17.9MeV,所以A项正确.因为聚变时释放能量,出现质量亏损,则反应后的总质量小于反应前的总质量,但是在核反应中质量数守恒,故C项错误.现在的核电站均使用核裂变反应发电,故D项错误.10.(2019·山东菏泽一模)如图所示为氢原子的能级图,一群氢原子处于n=4的激发态,在向低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光子照射逸出功为1.90eV的金属铯,下列说法正确的是(D)A.这群氢原子能发出6种频率不同的光,其中从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光波长最短B.这群氢原子能发出3种频率不同的光,其中从n=4能级跃迁到n=1能级所发出的光频率最高C.金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75eVD.金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.85eV解析:这群氢原子能发出C24=6种频率的光子,从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光的频率最小,波长最长,从n=4能级跃迁到n=1能级所发出的光的频率最高,波长最短,选项A、B错误;光电子的初动能最大值对应入射光子的频率最高,ΔE=E4-E1=-0.85eV -(-13.6eV)=12.75eV,由光电效应方程知E k=ΔE-W0=10.85eV,选项C错误,D正确.11.(2019·安徽滁州模拟)2017年,量子通信卫星“墨子号”首席科学家潘建伟获得“物质科学奖”.对于有关粒子的研究,下列说法正确的是(A)A.在铀核的裂变中,当铀块的体积小于“临界体积”时,不能发生链式反应B.当温度发生变化时,铀元素的半衰期也发生变化C.轻核聚变的过程质量增大,重核裂变的过程有质量亏损D.比结合能小的原子核结合成(或分裂成)比结合能大的原子核时一定吸收能量解析:在铀核的裂变中,当铀块的体积小于“临界体积”时,不能发生链式反应,故A正确;半衰期由原子核内部因素决定,与温度等环境因素无关,故B 错误;裂变和聚变都有质量亏损,故C 错误;比结合能小的原子核结合成(或分裂成)比结合能大的原子核时有质量亏损,释放能量,故D 错误.12.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(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R .以m 、q 分别表示α粒子的质量和电荷量.(1)放射性原子核用A Z X 表示,新核的元素符号用Y 表示,写出该α衰变的核反应方程;(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流的大小;(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能,新核的质量为M ,求衰变过程的质量亏损Δm .解析:(1)A Z X →A -4Z -2Y +42He (2)洛伦兹力提供向心力,有q v B =m v 2R所以v =qBR m ,T =2πR v=2πm qB 等效电流I =q T =q 2B 2πm.(3)衰变过程动量守恒,有0=p Y +p α所以p Y =-p α,“-”表示方向相反.因为p =m v ,E k =12m v 2所以E k =p 22m即E kY E k α=m M由能量守恒Δmc 2=E kY +E k αΔmE k α=12m v 2=q 2B 2R 22m,所以Δm =q 2B 2R 2(M +m )2Mmc2.答案:(1)A Z X→A-4Z-2Y+42He(2)2πmqBq2B2πm(3)q2B2R2(M+m)2Mmc2。