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第三讲原子结构与原子核——课前自测诊断卷考点一原子结构与原子光谱1.[考查α粒子散射实验装置及结论]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解析：选A卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项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．[考查对玻尔理论及氢原子能级的理解]下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法，正确的是()A．原子中的电子在某一定态时，电子做加速运动，向外辐射能量B．原子中的电子运行轨道分布是连续的C．由氢原子能级示意图知，处于基态的氢原子至少要吸收13.6eV的能量才能发生电离D．氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级时，氢原子的能量一定增大解析：选C原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量，故A错误。原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故B错误。由氢原子能级示意图知，处于基态的氢原子至少要吸收13.6eV的能量才能发生电离，故C正确。氢原子的核外电子由高能级向低能级跃迁时释放能量，能量减少；若从低能级向高能级跃迁，则要吸收能量，能量增大，故D错误。3．[考查氢原子能级分布图及其应用][多选]如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出10种不同频率的光子。其中莱曼系是指氢原子由高能级向n＝1能级跃迁时释放的光子，则()A．10种光子中波长最短的是从n＝5激发态跃迁到基态时产生的B．10种光子中有4种属于莱曼系C．使n＝5能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量D．从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量等于从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量解析：选ABn＝5激发态跃迁到基态时产生的光子的能量最大，频率最大，所以波长最短，故A正确；由题意知，从n＝5、4、3、2激发态跃迁到n＝1时发出的4种光子属于莱曼系，故B正确；由题图知，n＝5能级的电离能为0.54eV，所以C错误；从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量大于从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量，所以D错误。4．[考查氢原子能级跃迁理论][多选]图示为氢原子的能级图，现有一群处于n＝3激发态的氢原子，则这些原子跃迁时()A．能发出3种不同频率的光子B．发出的光子最小能量是0.66eVC．发出的光子最大能量是12.75eVD．由n＝3能级跃迁到n＝1能级时发出的光子频率最高解析：选AD一群处于n＝3激发态的氢原子，可能发出C23＝3种不同频率的光子，故A正确；由n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光子能量最小，则光子频率也最小，最小能量为(－1.51eV)－(－3.4eV)＝1.89eV，故B错误；由n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的光子能量最大，则光子频率也最大，波长最小。最大能量为(－1.51eV)－(－13.6eV)＝12.09eV，故C错误，D正确。5．[考查氢原子跃迁和电离]氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6eV，当处于激发态时，能量为En＝E1n2(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3.0×108m/s)。(1)若有大量的氢原子处于n＝4的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？(2)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到n＝1的基态时，向外辐射光子的波长是多少？(结果保留3位有效数字)(3)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？(结果保留3位有效数字)解析：(1)有大量的氢原子处于n＝4的激发态，则在跃迁过程中可能释放出C42＝6种频率的光子。(2)由跃迁方程得hν＝E3－E1又有c＝λν，E3＝E132，联立解得向外辐射光子的波长是λ＝1.03×10－7m。(3)要使处于基态的氢原子电离，入射光子必须满足hν≥0－E1代入数据解得ν＝－E1h＝－－－196.63×10－34Hz≈3.28×1015Hz。答案：(1)6种(2)1.03×10－7m(3)3.28×1015Hz考点二原子核的衰变半衰期6.[考查物理学史]在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法不符合历史事实的是()A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B．贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷解析：选B密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值，故A正确；贝可勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，α粒子散射实验说明原子中存在原子核，故B错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素，故C正确；汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷，故D正确。7．[考查三种射线的特点]如图是卢瑟福设计的一个实验：他在铅块上钻了一个小孔，孔内放入一点镭，使射线只能从这个小孔里发出，随后他将射线引入磁场中，发现射线立即分成三束，他把三束射线分别命名为α射线、β射线、γ射线。基于对这三种射线的深入分析，卢瑟福获得了1907年的诺贝尔奖。以下对这三束射线描述准确的是()A．α射线的穿透能力最弱，容易被物体吸收B．β射线在真空中的运动速度是光速C．γ射线本质上是波长极短的电磁波，电离能力极强D．β射线带负电，是来自镭原子的核外电子解析：选A穿透能力最弱是α射线，电离作用强，容易被物体吸收，故A正确；β射线的速度约是光速的十分之九，故B错误；γ射线是一种波长很短的电磁波，电离能力极弱，故C错误；β射线(高速电子流)带负电，是由一个中子转化成一个质子后转化而来的，故D错误。8．[考查α、β衰变次数的计算]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：选A一个23892U原子核衰变为一个20682Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A正确。9．[考查对半衰期概念的理解][多选]地球年龄有多大？一直是科学研究的问题，其中一种方法是利用天然放射性元素的衰变规律探测。通过对古老岩石中铀和铅的含量的测定，设铀核衰变后全部变成铅核，通过计算推出该岩石中含有的铀是岩石形成初期的一半，铀238的相对含量随时间变化关系如图，由此可判断()A．铀238的半衰期为90亿年B．地球年龄大约45亿年C．被测定的岩石在90亿年后铀、铅粒子比例约为1∶4D．被测定的岩石在90亿年后铀、铅粒子比例约为1∶3解析：选BD由于测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时的一半，由图像可知对应的时间是45亿年，即地球年龄大约为45亿年，半衰期为45亿年，故A错误，B正确；设被测定的岩石在90亿年后铀原子的数目为N，铅原子的数目为N1，则NN＋N1＝14，可得：NN1＝13，即铀、铅粒子数之比为1∶3，故C错误，D正确。考点三核反应方程与核能计算10.[考查核反应的分类]对下列各原子核变化的方程，表述正确的是()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是α衰变C.8234Se→8236Kr＋20－1e是核裂变反应D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是β衰变解析：选A31H＋21H→42He＋10n，属于核聚变反应，A正确，B错误；8234Se→8236Kr＋20－1e是β衰变，C错误；23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是核裂变反应，D错误。11．[考查核反应方程](2019·江苏高考)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击6028Ni核也打出了质子：42He＋6028Ni→6229Cu＋11H＋X，该反应中的X是________(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是__________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。解析：设X的质量数为A，质子数为Z，即AZX，由质量数守恒得A＝4＋60－62－1＝1，由电荷数守恒得Z＝2＋28－29－1＝0，则知X是中子；目前人类获得核能的主要方式是重核的裂变。答案：中子核裂变12．[考查裂变与质能方程][多选]核电站中采用反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能。反应堆中一种可能的核反应方程式是23592U＋10n→14360Nd＋9040Zr＋x＋y，设U核质量为m1，中子质量为m2，Nd核质量为m3，Zr核质量为m4，x质量为m5，y质量为m6，那么，在所给的核反应中()A．x可能是321H，y可能是110－1eB．x可能是310n，y可能是80－1eC．释放的核能为(m1＋m2－m3－m4－m5－m6)c2D．释放的核能为(m3＋m4＋m5＋m6＋m1－m2)c2解析：选BC根据质量数和电荷数守恒，若x是321H，y是110－1e，则质量数不守恒，若x是310n，y是80－1e，则都满足，故A错误B正确；根据质能方程可知释放的核能为(m1＋m2－m3－m4－m5－m6)c2，故C正确D错误。13．[考查轻核聚变与质能方程][多选]太阳能量的来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是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1u＝16×10－26kg粒子名称质子(p)α粒子正电子(e)中子(n)质量/u1.00734.00150.000551.0087以下说法中正确的是()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0.0266kgC．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：选ACD由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得411H→42He＋201e，故A正确。反应中的质量亏损为Δm＝4mp－mα－2me＝(4×1.0073－4.0015－2×0.00055)u＝0.0266u＝4.43×10－29kg，故C正确，B错误。由质能方程得ΔE＝Δmc2＝4.43×10－29×(3×108)2J≈4.0×10－12J，故D正确。14．[考查比结合能曲线][多选](2017·江苏高考)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有()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：选BC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。