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1作业51原子结构与原子核-2-一、选择题1．(华南师大附中模拟)下列说法正确的是()A．汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，并提出了原子的核式结构模型B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应C．光电效应中光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D.157N＋11H→126C＋42He是α衰变方程解析：汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，并提出了原子的“枣糕模型”，选项A错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，选项B正确；光电效应中光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，不成正比，选项C错误；157N＋11H→126C＋42He是人工转变，不是α衰变方程，选项D错误．答案：B2．放射性元素氡(22286Rn)经α衰变成为钋21884Po，半衰期为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn的矿石，其原因是()A．目前地壳中的22286Rn主要来自于其他放射元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素22286Rn的含量足够高C．当衰变产物21884Po积累到一定量以后，21884Po的增加会减慢22286Rn的衰变进程D.22286Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力会改变它的半衰期解析：由于22286Rn的半衰期很短，衰变很快，如果没有新的22286Rn生成，含量不可能高，所以A对，B错．半衰期是不会随着物质的物理、化学性质改变的，故C、D错．答案：A图51－13．如图51－1所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是()A．若D、E结合成F，结合过程一定要释放能量B．若D、E结合成F，结合过程一定要吸收能量C．若C、B结合成A，结合过程一定要释放能量-3-D．若F、C结合成B，结合过程一定要释放能量解析：由图可知F原子核的核子平均质量较小，则原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F的核子的平均质量小于D、E核子的平均质量，故出现质量亏损，根据质能方程知，该过程一定放出核能，选项A正确，选项B错误；因C、B的核子的平均质量小于A核子的平均质量，故C、B结合成A核时要吸收能量，选项C错误；因C核子的平均质量介于F、B核之间，结合过程能量的吸收释放不能确定，故选项D错误．答案：A图51－24．如图51－2所示为氢原子能级示意图，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，下列说法正确的是()A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应解析：这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C24＝4×32＝6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，选项C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20eV6.34eV，所以能使金属铂发生光电效应，选项D正确．答案：D图51－35．(东北师大附中高三质检)如图51－3所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃-4-迁时，释放光子的波长分别是λa、λb、λc，则下列说法正确的是()A．从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，释放光子的波长可表示为λb＝λaλcλa＋λcB．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，电子的势能减小，氢原子的能量增加C．若用波长为λc的光照射某金属时恰好能发生光电效应，则用波长为λa的光照射该金属时也一定能发生光电效应D．用12.09eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，一个氢原子可以辐射出三种频率的光解析：从n＝3能级跃迁到n＝1能级，有hcλb＝hcλa＋hcλc，解得λb＝λaλcλa＋λc，选项A正确；从n＝3能级跃迁到n＝2能级，放出光子，原子能量减小，选项B错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级的能量比从n＝3能级跃迁到n＝2能级放出的能量大，可知波长为λc的光的频率比波长为λa的光的频率大，根据光电效应发生的条件可知，选项C错误；根据跃迁的条件，可知用12.09eV的光子照射处于基态的氢原子，氢原子可以跃迁到n＝3的能级，可以辐射出三种不同频率的光，但一个氢原子最多只能辐射两种频率的光，选项D错误．答案：A6．(湖南永州二模)如图51－4所示，图甲为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱．已知谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，谱线b可能是氢原子在下列哪种跃迁情形时的辐射光()图51－4A．从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级B．从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级C．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级-5-D．从n＝5的能级跃迁到n＝3的能级解析：由题图乙可知，谱线a的波长大于谱线b的波长，所以a光的光子频率小于b光的光子频率，则b光的光子能量大于n＝4和n＝2间的能级差，分析可知A、C、D错误，B正确．答案：B7．(多选)关于α粒子散射实验的说法中正确的是()A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至接近180°B．使α粒子发生明显偏转的力来自带负电的核外电子，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C．实验表明原子中心有一个核，它占有原子体积的极小部分D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量解析：A项是对该实验现象的描述，正确；使α粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥力，而不是电子对它的吸引力，故B错误；C项是对实验结论之一的正确分析；原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量，因核外还有电子，故原子中心的核并没有包括原子的全部质量，故D错误．答案：AC8．(河南安阳一模)(多选)根据图片51－5及课本中有关历史事实，结合有关物理知识，判断下列说法正确的是()图51－5-6-A．图甲是研究光电效应的示意图，发生光电效应的条件是入射光的波长大于金属的“极限波长”B．图乙是链式反应的示意图，发生链式反应的条件之一是裂变物质的体积大于或等于临界体积C．图丙是氢原子的能级图，一个处于n＝4能级的氢原子，跃迁时可以产生6种光子D．图丁是衰变规律的示意图，原子序数大于83的元素都具有放射性，小于83的个别元素，也具有放射性解析：根据光电效应方程Ek＝hcλ－hcλ0，入射光的波长必须小于金属的极限波长才能发生光电效应，故A错误；当裂变物质的体积小于临界体积时，不会发生链式反应，有利于裂变物质的贮存，当大于或等于临界体积时，则可发生链式反应，故B正确；处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁，最终跃迁到基态，跃迁情况可能是4→1，释放1种频率的光子，4→3→1，4→2→1，释放2种频率的光子，4→3→2→1，释放3种频率的光子，故C错误；原子序数大于83的元素都具有放射性，小于83的个别元素，也具有放射性，故D正确．答案：BD9．(广东清远高二期末)(多选)2011年3月由9.0级地震引发的海啸摧毁了日本福岛第一核电站的冷却系统，导致大量13153I泄露在大气中，13153I是一种放射性物质，会发生β衰变而变成Xe元素．下列说法中正确的是()A．福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电B.13153I发生β衰变的方程式为13153I→13154Xe＋0－1eC.13153I原子核内有53个质子，78个中子D．如果将碘131的温度降低到0度以下，可以延缓其衰变速度解析：核电站是利用核裂变来发电的，选项A错；根据原子核的结构和方程式书写规则可知选项B、C正确；衰变与物质所处的物理、化学状态无关，选项D错．答案：BC图51－6-7-10．(多选)氢原子的能级如图51－6所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62eV～3.11eV.下列说法正确的是()A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光解析：大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，由N＝C2n可知，共可发出6种频率的光，故D错误，C正确；n＝3能级的能量为－1.51eV，因紫外线能量大于1.51eV，故紫外线可使处于n＝3能级的氢原子电离，故A正确；从高能级跃迁到n＝3能级释放能量最多为1.51eV＜1.62eV，此光为红外线具有显著热效应，故B正确．答案：ABC图51－711．(多选)静止在匀强磁场中的23892U核发生α衰变，产生一个α粒子和一个未知的粒子X，它们在磁场中的运动轨迹如图51－7所示，下列说法正确的是()A．该核反应方程为23892U→23490X＋42HeB．α粒子和X粒子在磁场中做圆周运动时转动方向相同C．轨迹1、2分别是α粒子、X粒子的运动轨迹D．α粒子、X粒子运动轨迹半径之比为45∶1解析：显然选项A中核反应方程正确，选项A正确；23892U核静止，根据动量守恒可知α粒子和X粒子速度方向相反，又都带正电，故转动方向相同，选项B正确；根据动量守恒可知α粒子和X粒子的动量大小p相等，由带电粒子在磁场中运动半径公式R＝pqB可知轨道半径R与其所带电荷量成反比，故α粒子、X粒子运动轨迹半径之比为45∶1，选项C错误，D正确．答案：ABD12．(湖北省武汉市四月调研)(多选)一种典型的铀核裂变是生成钡核和氪核，同时放出3个中子，核反应方程是23592U＋X→14456Ba＋8936Kr＋310n，已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图51－8所示，则下列说法正确的是()-8-图51－8A．在核反应方程中，X粒子是中子B．在核反应方程中，X粒子是质子C.23592U、14456Ba和8936Kr相比，14456Ba的比结合能最大，它最稳定D.23592U、14456Ba和8936Kr相比，23592U的核子数最多，它的结合能最大解析：由质量数和电荷数守恒可得X为10n，即中子，选项A正确，B错误；从图中可知中等质量的原子核的比结合能最大，故8936Kr的比结合能最大，它最稳定，选项C错误；原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，则23592U、14456Ba和8936Kr相比，23592U的核子数最多，它的结合能最大，选项D正确．答案：AD二、非选择题13．(石家庄模拟)实验室考查氢原子跃迁时的微观效应．已知氢原子能级图如图51－9所示，氢原子质量为mH＝1.67×10－27kg.设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n＝5的能级状态．(1)求氢原子由高能级向低能级跃迁时，可能发射出多少种不同频率的光；(2)若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用p＝hνc表示(h为普朗克常量，ν为光子频率，c为真空中光速)，求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率．(保留三位有效数字)图51－9解析：(1)不同频率的光的种类为-9-N＝C25＝5×42＝10(种)．(2)由动量守恒mHvH＝p光子＝hνc知：当ν最大时，反冲速率vH最大又hν＝E5－E1＝－0.54eV－(－13.6)eV＝13.06eV＝2.090×10－18J故vH＝hνcmH＝2.090×10－183.0×108×1.67×10－27m/s＝4.17m/s.答案：(1)10种(2)4.17m/s14．(2017年高考·北京卷)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AZX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，