原子结构与原子核

练案[34]第十二章近代物理初步第2讲原子结构与原子核一、选择题(本题共12小题，1～8题为单选，9～12题为多选)1．(2018·四川成都实验中学诊断)物理学家通过对现象的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动了物理学的发展。下列说法正确的是(B)A．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型B．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律C．爱因斯坦通过对光电效应的研究，揭示了光具有波粒二象性D．德布罗意提出微观粒子动量越大，其对应的波长越长[解析]卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子核式结构模型，A错误；玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，B正确；为了解释光电效应，爱因斯坦提出光子说，认为光的发射、传播和吸收不是连续的，而是一份一份的，每一份就是一个光子，C错误；依据德布罗意波长公式λ＝hp可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，D错误。2．(2019·云南昆明测试)科学家对氢光谱可见光区的四条谱线进行了分析，发现这些谱线的波长可以用公式1λ＝R(122－1n2)来表示。关于此公式，下列说法正确的是(D)A．该公式是玻尔首先通过对光谱的分析得到的经验公式B．公式中R为普朗克常量C．公式中n的取值范围为自然数D．公式中n越大，辐射出的光子能量越大[解析]公式1λ＝R122－1n2是巴尔末通过对氢原子的光谱分析总结出来的经验公式，公式中的R叫做里德伯常量，选项A、B错误；公式中n的取值范围n＝3,4,5，…，选项C错误；公式中n越大，得出的光的波长λ越短，由ν＝c/λ可知，对应的光的频率越大，由E＝hν可知，光子能量E越大，选项D正确。3．(2019·广西百色质检)中国散裂中子源(CSNS)是国家“十一五”期间重点建设的大科学装置，2018年8月23日通过国家验收，并将对国内外各领域的用户开放。下列核反应中X为中子的是(D)A．3015P→3014Si＋XB．23892U→23490Th＋XC．2713Al＋10n→2712Mg＋XD．2713Al＋42He→3015P＋X[解析]根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，选项A的核反应方程中X质量数为零，电荷数为1，X为正电子，选项A错误；选项B的核反应方程中X质量数为4，电荷数为2，X为氦核，选项B错误；选项C的核反应方程中X质量数为1，电荷数为1，X为质子，选项C错误；选项D的核反应方程中X质量数为1，电荷数为0，X为中子，选项D正确。4．(2018·贵阳清华中学月考)电子的发现是人类对物质结构认识上的一次飞跃，开创了探索物质微观结构的新时代。下列关于电子的说法正确的是(D)A．β射线是高速电子流，它的穿透能力比α射线和γ射线都弱B．β衰变时原子核会释放电子，说明电子也是原子核的组成部分C．电子穿过晶体时会产生衍射图样，这证明了电子具有粒子性D．汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同，这种粒子即电子[解析]β射线是高速电子流，它的穿透能力比α射线强，比γ射线弱，选项A错误；β衰变时原子核会释放电子，这是原子核内的中子转化为质子时放出的，不能说明电子也是原子核的组成部分，选项B错误；电子穿过晶体时会产生衍射图样，这证明了电子具有波动性，选项C错误；汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同，这种粒子即电子，选项D正确。5．(2018·广东佛山二模)下列四幅图的有关说法中正确的是(C)A．图甲中的α粒子散射实验说明了原子核是由质子与中子组成B．图乙中若改用绿光照射，验电器金属箔一定不会张开C．图丙一群氢原子处于n＝4的激发态，最多能辐射6种不同频率的光子D．图丁原子核C、B结合成A时会有质量亏损，要释放能量[解析]α粒子散射实验说明了原子具有核式结构，故A项错误；紫外线照射金属板时能产生光电效应，换用绿光照射金属板可能会产生光电效应，验电器金属箔可能会张开，故B项错误；一群氢原子处于n＝4的激发态，最多能辐射不同频率的光子种数为C24＝6，故C项正确；原子核C、B结合成A时，核子平均质量增大，质量增大，要吸收能量，故D项错误。6．(2018·北京房山区期末)我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”。设可控热核实验反应前氘核(21H)的质量为m1，氚核(31H)的质量为m2，反应后氦核(42He)的质量为m3，中子(10n)的质量为m4，已知光速为c。下列说法中正确的是(A)A．核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2B．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．这种热核实验反应是α衰变D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同[解析]核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故A正确，B错误；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故C、D错误。7．(2019·江苏泰州联考)已知金属铯的逸出功为1.88eV，氢原子能级图如图所示，下列说法不正确的是(C)A．一个处于n＝4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出3种不同频率的光子B．氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级过程中辐射出光子的动量为5.44×10－27kg·m/sC．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级过程中辐射出的光子不能使金属铯发生光电效应D．大量处于n＝2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光照射金属铯，产生的光电子最大初动能为8.32eV[解析]根据C24＝6可知，n＝4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出6种频率的光子，一个氢原子最多可释放3种不同频率的光子，故A正确；由E2－E1＝hν＝hcλ＝pc，因此p＝E2－E1c＝－3.4＋13.6×1.6×10－193×108＝5.44×10－27kg·m/s，故B正确；从n＝3能级跃迁到n＝2能级过程中辐射出的光子能量ΔE＝3.4－1.51＝1.89eV，而金属铯的逸出功为1.88eV，符合光电效应发生条件，故C错误；根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，n＝2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光子能量为ΔE′＝13.6－3.4＝10.2eV，再根据Ekm＝hν－W，则有产生的光电子最大初动能为Ekm＝10.2－1.88＝8.32eV，故D正确；本题选不正确的，故选C。8．(2018·云南临沧一中期末)图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E。处在n＝4的能级的1200个氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光子。若这些受激氢原子最后都回到基态，假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的1n－1，已知金属钾的逸出功为2.22eV。则在此过程中发出的光子，能够从金属钾的表面打出光电子的光子数为(C)A．2200B．2000C．1600D．2400[解析]根据题中所给信息，处在量子数为4的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的13，即向量子数为2、3的激发态和基态各跃迁1200×13＝400(个)，发出光子400×3＝1200(个)；同理，处在量子数为3的激发态的400(个)氢原子跃迁到量子数为2的激发态和基态的原子数都是400×12＝200(个)，发出光子200×2＝400(个)；处在量子数为2的激发态的氢原子跃迁到基态的原子数是400＋200＝600(个)，发出光子600个。处在n＝4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时能发出不同光电子的数目为C24＝6种，n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光子能量为0.66eV，n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量为1.89eV，均小于2.22eV，不能使金属钾发生光电效应，其他四种光子能量都大于2.22eV。所以在此过程中能够从金属钾的表面打出光电子的光子数为1200＋400＋600－400－200＝1600(个)。故C正确。9．(2018·浙江温州模拟)我国首次将核电池用于嫦娥三号的着陆器和月球车上，核电池是通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转变为电能。嫦娥三号采用放射性同位素23994Pu，静止的23994Pu衰变为铀核23592U和α粒子，并放出频率为ν的γ光子，已知23994Pu、23592U和α粒子的质量分别为mPu、mU、mα。下列说法正确的是(ABD)A．23994Pu的衰变方程为23994Pu→23592U＋42He＋γB．此核反应过程中质量亏损为Δm＝mPu－mU－mαC．释放出的γ光子的能量为(mPu－mU－mα)c2D．反应后23592U和α粒子结合能之和比23994Pu的结合能大[解析]根据质量数守恒与电荷数守恒可知，23994Pu的衰变方程为23994Pu→23592U＋42He＋γ，故A正确；此核反应过程中的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα，故B正确；释放的γ光子的能量为hν，核反应的过程中释放的能量E＝(mPu－mU－mα)c2，由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及光子的能量，所以光子的能量小于(mPu－mU－mα)c2，故C错误；23994Pu衰变成23592U和α粒子后，释放核能，将原子核分解为单个的核子需要的能量更大，原子变得更稳定，所以反应后23592U和α粒子结合能之和比23994Pu的结合能大，故D正确。10．(2018·浙江宁波十校联考)下列说法中正确的是(BC)A．铀核裂变的核反应是23592U→14456Ba＋8936Kr＋210nB．已知质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2C．铀(23892U)经过多次α、β衰变形成稳定的铅(20682Pb)的过程中，有6个中子转变成质子D．一个处于n＝5能级的氢原子，自发地向低能级跃迁的过程中能辐射10种不同频率的电磁波[解析]铀核裂变时要用中子轰击铀核才能发生核反应，故A错误；两个质子和两个中子结合成一个α粒子，质量亏损为2m1＋2m2－m3，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2，故B正确；根据质量数和电荷数守恒知238－206＝4×8，即发生8次α衰变；92＝82＋2×8－6，即发生6次β衰变，β衰变的实质即为中子转化为质子同时释放电子，所以有6个中子转变成质子，故C正确；一个处于n＝5能级的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中最多能够辐射4种不同频率的电磁波，故D错误。11．(2019·贵州省贵阳市高三联考)某医院利用放射线治疗肿瘤，被利用的放射源必须具备以下两个条件：(1)放出的射线有较强的穿透能力，能辐射到体内肿瘤所在处；(2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度。现有四种放射性同位素的放射线及半衰期如表所示。关于在表中所列的四种同位素，下列说法正确的是(AD)同位素钴60锶90锝99氡222放射线γβγα半衰期5年28年6小时3.8天A．最适宜作为放疗使用的放射源应是钴60B．最适宜作为放疗使用的放射源应是锶90C．放射线的电离能力最强的放射源是锝99D．放射线的电离能力最强的放射源是氡222[解析]钴60放出的射线穿透能力强，半衰期长，选项A正确，B错误；α射线电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，氡222放出的是α射线，选项C错误，D正确。12．(2017·江苏卷)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断中正确的有(BC)A．42He核的结合能约为14MeVB．42He核比63Li核更稳定C．两个21H核结合成42He核时释放能量D．23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大[解析]由题图可知，42He的比结合能为7MeV，因此它的结合能为7MeV×4＝28MeV，A项错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B项正确；两个比结合能小的21H核结合成比结合能大的42He时，会释放能量，C项正确；由题图可知，23592U的比结合能(即平均结合能)比8936Kr的小，D项错误。二、非选择题13．(2017·