【2017优化探究一轮复习习题】第13章-第3讲原子结构原子核

[随堂反馈]1．(2015·高考天津卷)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是()A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的解析：天然放射现象说明原子核内部是有结构的，人们认识原子核的复杂结构是从天然放射现象开始的，选项A正确．电子的发现说明了原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，选项B错误．由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，选项C错误．密立根油滴实验说明物质所带电荷量是量子化的，选项D错误．答案：A2．(多选)(2014·高考新课标全国卷Ⅰ)关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析：本题考查了原子核的衰变．原子序数大于83的元素才可以发生衰变，原子序数小于83的元素有的可以发生衰变，有的不可以发生衰变，A错误；放射性元素的半衰期与元素所处的物理、化学状态无关，B、C正确；三种射线α、β、γ穿透能力依次增强，D正确；原子核发生α或β衰变时常常伴随着γ光子的产生，但同一原子核不会同时发生α衰变和β衰变，E错误．答案：BCD3.如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠，下列说法正确的是()A．这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最短B．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝1所发出的光频率最小C．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60eVD．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11eV解析：这群氢原子能发出C23＝3种频率不同的光，从n＝3跃迁到n＝2所发出的光子能量最小，频率最低，波长最长，A错误．从n＝3跃迁到n＝1的光子能量最大，频率最大，B错误．由ΔE＝|E3－E1|＝12.09eV，照射到金属钠表面发出的光电子的最大初动能Ek＝ΔE－W0＝9.60eV，C正确，D错误．答案：C4．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：42He＋________→84Be＋γ.(2)84Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s．一定质量的84Be经7.8×10－16s后所剩84Be占开始时的________．解析：(1)根据质量数和电荷数守恒可知42He＋42He→84Be＋γ.(2)经历半衰期的次数n＝tτ＝7.8×10－162.6×10－16＝3，故剩余的占开始时的123＝18.答案：(1)42He(2)18(或12.5%)5．(2015·高考江苏卷)取质子的质量mp＝1.6726×10－27kg，中子的质量mn＝1.6749×10－27kg，α粒子的质量mα＝6.6467×10－27kg，光速c＝3.0×108m/s.请计算α粒子的结合能．(计算结果保留两位有效数字)解析：组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm＝(2mp＋2mn)－mα结合能ΔE＝Δmc2代入数据得ΔE≈4.3×10－12J答案：4.3×10－12J[课时作业]一、单项选择题1．(2015·高考福建卷)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A．γ射线是高速运动的电子流B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.21083Bi的半衰期是5天，100克21083Bi经过10天后还剩下50克解析：γ射线是高速运动的光子流，A错误．氢原子辐射光子后，绕核运动的电子势能减小，动能增大，B正确．太阳辐射能量的主要来源是太阳中的轻核聚变，C错误.100克21083Bi经过两个半衰期后剩25克，D错误．答案：B2．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：23592U＋10n→a＋b＋210n，则a＋b可能是()A.14054Xe＋9336KrB．14156Ba＋9236KrC.14156Ba＋9338SrD．14054Xe＋9438Sr解析：本题考查了裂变反应的反应方程，在核反应中质量数守恒和电荷数守恒，经分析各项中只有D选项符合要求．答案：D3．在一个23892U原子核衰变为一个20682Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为()A．6次B．10次C．22次D．32次解析：本题考查衰变规律，解题的关键要明确每次发生α衰变，电荷数减少2，质量数减少4，每发生一次β衰变，电荷数增加1，质量数不变，设发生x次α衰变，y次β衰变，则有238－206＝4x,92－2x＋y＝82，解得y＝6，A正确．答案：A4．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝E1n2，其中n＝2,3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()A．－4hc3E1B．－2hcE1C．－4hcE1D．－9hcE1解析：处于第一激发态时n＝2，故其能量E2＝E14，电离时吸收的能量ΔE＝0－E2＝－E14，而光子能量ΔE＝hcλ，则解得λ＝－4hcE1，C正确．答案：C5．(2014·高考重庆卷)碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有()A.m4B．m8C.m16D．m32解析：本题考查元素的半衰期．根据半衰期公式m＝m012，将题目中的数据代入可得C正确，A、B、D错误．答案：C6．一静止的原子核A发生α衰变后变成原子核B，已知原子核A、原子核B和α粒子的质量分别为mA、mB和mα，光速为c，反应释放的核能全部转化为粒子的动能，则()A．原子核B与α粒子的速度之比为mB∶mαB．原子核B与α粒子的动能之比为mB∶mαC．原子核B与α粒子的动能之和为(mA－mB－mα)c2D．原子核A比原子核B的中子数多2，质子数多4解析：原子核A发生α衰变，设原子核B和α粒子的速度分别为vB和vα，由动量守恒定律有0＝mBvB－mαvα，则vBvα＝mαmB，EkBEkα＝mαmB，A、B错误．由质能方程知原子核B和α粒子的动能之和ΔE＝Δmc2＝(mA－mB－mα)c2，C正确．由质量数守恒和电荷数守恒知，A比B质子数多2，中子数多2，D错误．答案：C二、多项选择题7．如图所示为卢瑟福和他的助手做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C三个位置时，关于观察到的现象，下列说法中正确的是()A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数最少C．相同时间内放在C位置时观察到屏上的闪光次数最少D．放在C位置时观察不到屏上有闪光解析：卢瑟福α粒子散射实验的结论是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度大于90°，甚至被弹回，则A、C正确．答案：AC8．有关原子结构，下列说法正确的是()A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性C．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子D．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”解析：玻尔提出的原子模型成功地说明了原子的稳定性和氢原子光谱的实验规律；卢瑟福核式结构模型不能解释原子的稳定性；卢瑟福的α粒子散射实验表明原子具有核式结构，否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”；汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子．故A、D正确，B、C错误．答案：AD9.(2015·东北三校二联)如图所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则下列关系式中正确的是()A．λ1＜λ3B．λ3＜λ2C．λ3＞λ2D．1λ3＝1λ1＋1λ2E.1λ3＝1λ1－1λ2解析：已知从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则λ1、λ2、λ3的关系为hcλ1＞hcλ3＞hcλ2，即1λ1＞1λ3，λ1＜λ3，1λ3＞1λ2，λ3＜λ2，又hcλ1＝hcλ3＋hcλ2，即1λ1＝1λ3＋1λ2，则1λ3＝1λ1－1λ2，即正确选项为A、B、E.答案：ABE三、非选择题10．(2015·高考江苏卷)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，23592U是核电站常用的核燃料.23592U受一个中子轰击后裂变成14456Ba和8936Kr两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．解析：根据质量数守恒可得，产生中子的数目为235＋1－144－89＝3；只有大于临界体积才能发生裂变．答案：3大于11．假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.0136u，中子的质量是1.0087u，氦核同位素的质量是3.0150u.(1)聚变的核反应方程是________________，在聚变核反应中释放出的能量为________MeV.(保留两位有效数字)(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为31H＋42He→73Li，已知各核子比结合能分别为EH＝1.112MeV、EHe＝7.075MeV、ELi＝5.603MeV，试求此核反应过程中释放的核能．解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程式为21H＋21H→32He＋10n.核反应过程中的质量亏损Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×2.0136u－(3.0150＋1.0087)u＝3.5×10－3u.由于1u的质量与931.5MeV的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量ΔE＝3.5×10－3×931.5MeV≈3.3MeV.(2)31H和42He分解成7个核子所需的能量为E1＝3×1.112MeV＋4×7.075MeV＝31.636MeV，7个核子结合成73Li，释放的能量为E2＝7×5.603MeV＝39.221MeV所以此核反应过程中释放的核能为ΔE＝E2－E1＝39.221MeV－31.636MeV＝7.585MeV.答案：(1)21H＋21H→32He＋10n3.3(2)7.585MeV12．一静止的23892U核经α衰变成为23490Th核，释放出的总动能为4.27MeV.问：此衰变后23490Th核的动能为多少MeV？(保留一位有效数字)解析：根据题意知：此α衰变的衰变方程为23892U→23490Th＋42He根据动量守恒定律得mαvα＝mThvTh①式中，mα和mTh分别为α粒子和Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和Th核的速度的大小，由题设条件知12mαv2α＋12mThv2Th＝Ek②mαmTh＝4234③式中Ek＝4.27MeV，是α粒子与Th核的总动能．由①②③式得12mThv2Th＝mαmα＋mThEk④代入数据得，衰变后23490Th核的动能12mThv2Th＝0.07MeV⑤答案：0.07MeV