（课标通用版）2020版高考物理总复习精练：第十二章02第2讲原子结构与原子核精练（含解析）.pdf
第 1 页 共 8 页 1 第 2 讲 原子结构与原子核第 2 讲 原子结构与原子核 A 组 基础过关A 组 基础过关 1.处于 n=3 的能级的大量氢原子向低能级跃迁时,辐射光的频率有( ) A.1 种B.2 种C.3 种D.4 种 答案 C 处于能级为 n 的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为,所以处于 n=3 能级的大量氢原C2n 子向低能级跃迁,辐射光的频率有=3 种,故 C 项正确。C23 2.在核反应方程HeNO+X 中,X 表示的是( ) 42+ 14 7178 A.质子B.中子C.电子D. 粒子 答案 A 本题考查核反应方程。 由核反应中质量数和电荷数均守恒,可判断 X 为质子H,故选项 A 正确。 11 3.(多选)如图所示是氢原子的能级图,大量处于 n=4 激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出 6 种不同频率的光子,其中巴耳末系是指氢原子由高能级向 n=2 能级跃迁时释放的光子,则( ) A.6 种光子中波长最长的是 n=4 激发态跃迁到基态时产生的 B.6 种光子中有 2 种属于巴耳末系 C.使 n=4 能级的氢原子电离至少要 0.85eV 的能量 D.若从 n=2 能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应,则从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级释放 的光子也一定能使该金属板发生光电效应 答案 BC 氢原子在跃迁的过程中释放光子的能量等于两能级之差,故从 n=4 跃迁到 n=3 时释放光子的 能量最小,频率最小,波长最长,所以 A 错误;由题意知 6 种光子中有 2 种属于巴耳末系,它们分别是从 n=4 跃迁到 n=2 和从 n=3 跃迁到 n=2 时释放的光子,故 B 正确;E4=-0.85eV,故 n=4 能级的电离能等于 0.85eV, 第 2 页 共 8 页 2 所以 C 正确;由题图知,从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级释放的光子的能量小于 n=2 能级跃迁到基态释放的光 子的能量,所以 D 错误。 4.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2, 已知普朗克常量为 h。若氢原子从能级 k 跃迁到能级 m,则( ) A.吸收光子的能量为 h1+h2 B.辐射光子的能量为 h1+h2 C.吸收光子的能量为 h2-h1 D.辐射光子的能量为 h2-h1 答案 D 氢原子从能级 m 跃迁到能级 n 时辐射红光,说明能级 m 高于能级 n,而从能级 n 跃迁到能级 k 时 吸收紫光,说明能级 k 也比能级 n 高,而紫光的频率 2大于红光的频率 1,所以 h2h1,因此能级 k 比能级 m 高,所以若氢原子从能级 k 跃迁到能级 m,应辐射光子,且光子能量应为 h2-h1,选项 D 正确。 5.在垂直于纸面的匀强磁场中,有一原来静止的原子核,该核衰变后,放出的带电粒子和反冲核的运动轨 迹分别如图中 a、b 所示,由图可以判定( ) A.该核发生的是 衰变 B.该核发生的是 衰变 C.磁场方向一定垂直纸面向里 D.磁场方向一定垂直纸面向外 答案 B 本题考查对 粒子及 粒子的性质的了解,对动量守恒定律以及左手定则的应用能力。原来 静止的核,放出粒子后,总动量守恒,所以粒子和反冲核的速度方向一定相反,根据图示,它们在同一磁场 第 3 页 共 8 页 3 中是向同一侧偏转的,由左手定则可知它们必带异种电荷,故应为 衰变;由于不知它们的旋转方向,因 而无法判定磁场方向是向里还是向外,即都有可能。 6.一块含铀的矿石质量为 M,其中铀元素的质量为 m,铀发生一系列衰变,最终生成物为铅。已知铀的半衰 期为 T,那么下列说法中正确的是( ) A.经过 2 个半衰期后,这块矿石中基本不再含有铀 B.经过 2 个半衰期后,原来所含的铀元素的原子核有 发生了衰变 m 4 C.经过 3 个半衰期后,其中铀元素的质量还剩 m 8 D.经过 1 个半衰期后,该矿石的质量剩下 M 2 答案 C 经过 2 个半衰期后,这块矿石中剩余的铀元素质量还有 ,故选项 A、B 错误;经过 3 个半衰期后, m 4 这块矿石中剩余的铀元素质量还有 ,故选项 C 正确;因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中,所以矿石质 m 8 量没有太大的改变,选项 D 错误。 7.(多选)如图为氢原子的能级示意图,则下列对氢原子跃迁的理解正确的是( ) A.由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光子一定不能使逸出功为 3.34eV 的金属发生光电效应 B.大量处于 n=4 能级的氢原子向 n=1 能级跃迁时,向外辐射 6 种不同频率的光子 C.大量处于 n=3 能级的氢原子向 n=1 能级跃迁时,用发出的光照射逸出功为 3.34eV 的金属,从金属表面 逸出的光电子的最大初动能为 8.75eV D.如果用光子能量为 10.3eV 的光照射处于 n=1 能级的氢原子,则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级 第 4 页 共 8 页 4 答案 BC 氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于两个能级之差,当氢原子从高能级跃 迁到基态时放出的光子的能量最小值为-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,大于 3.34eV,所以一定能使逸出功为 3.34eV 的金属发生光电效应,A 错误;大量处于 n=4 能级的氢原子向基态跃迁时,辐射光子的种类为=C24 =6,B 正确;大量处于 n=3 能级的氢原子向 n=1 能级跃迁时,辐射出的光子能量最大为-1.51eV-(- 4 × 3 2 13.6eV)=12.09eV,用此光子照射逸出功为 3.34eV 的金属,由爱因斯坦光电效应方程可得从该金属表面逸 出的光电子的最大初动能为 12.09eV-3.34eV=8.75eV,C 正确;当氢原子由低能级向高能级跃迁时,氢原子 吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差,而由氢原子的能级图可知任何两能级间的能量差都不等 于 10.3eV,因此光子能量为 10.3eV 的光不能使 n=1 能级的氢原子跃迁到较高的能级,D 错误。 8.(多选)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( ) AHe 核的结合能约为 14MeV.42 BHe 核比Li 核更稳定.42 63 C.两个H 核结合成He 核时释放能量 21 42 DU 核中核子的平均结合能比Kr 核中的大.235 92 89 36 答案 BC 由图像可知He 的比结合能约为 7MeV,其结合能应约为 28MeV,故 A 错误。比结合能较大的核,42 较稳定,故 B 正确。比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量,故 C 正确。比结合能就是平 均结合能,故由图可知 D 错误。 9.(2018天津理综,1,6分)国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功, 获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中 子的是( ) 第 5 页 共 8 页 5 AN 俘获一个 粒子,产生O 并放出一个粒子.14 7 178 BAl 俘获一个 粒子,产生P 并放出一个粒子.27 13 30 15 CB 俘获一个质子,产生Be 并放出一个粒子.11 5 84 DLi 俘获一个质子,产生He 并放出一个粒子.63 32 答案 B 本题考查核反应方程。由核反应过程中遵循质量数、电荷数均守恒的原则,可写出选项中的四 个核反应方程N+HeOH,选项 A 错误AlHePn,选项 B 正确。Be。14 7 42178+ 1 1 。27 13 + 4 2 30 15 + 1 0 115B + 1 1H 8 4 He,选项 C 错误LiHHeHe,选项 D 错误。+ 4 2 。63+ 1 132 + 4 2 10.一个静止的原子核X 经 衰变放出一个 粒子并生成一个新核, 粒子的动能为 E0。设衰变时产 ab 生的能量全部变成 粒子和新核的动能,则在此衰变过程中的质量亏损为( ) A.B. E0 c2 E0 (a - 4)c2 C.D. (a - 4)E0 c2 aE0 (a - 4)c2 答案 D 衰变时放出的核能 E=mc2,由题知 E=E0+Ek,而 Ek=,衰变时动量守恒,有 p=p新,故 Ek= p2新 2m新 =E0,则可得 E=E0+E0=E0,则质量亏损 m=,D 正确。 p2 2m新 2mE0 2m新 4 a - 4 4 a - 4 a a - 4 E c2 aE0 (a - 4)c2 11.(多选)2016 课标,35(1),5 分一静止的铝原子核Al 俘获一速度为 1.0×107m/s 的质子 p 后,变 27 13 为处于激发态的硅原子核Si*。下列说法正确的是 。 28 14 A.核反应方程为 pAlSi*+ 27 13 28 14 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 第 6 页 共 8 页 6 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 E.硅原子核速度的数量级为 105m/s,方向与质子初速度的方向一致 答案 ABE 质子p即H,核反应方程为pAlSi*,A项正确;核反应过程遵循动量守恒定律,B项正 11+ 27 13 28 14 确;核反应过程中系统能量守恒,C 项错误;在核反应中质量数守恒,但会发生质量亏损,所以 D 项错误;设 质子的质量为 m,则Si*的质量为 28m,由动量守恒定律有 mv0=28mv,得 v= =m/s3.6×105m/s, 28 14 v0 28 1.0 × 107 28 方向与质子的初速度方向相同,故 E 项正确。 B 组 能力提升B 组 能力提升 12.(1Th(钍)经过一系列 衰变和 衰变,变成Pb(铅)。以下说法中正确的是( )232 90 208 82 A.铅核比钍核少 8 个质子 B.铅核比钍核少 16 个中子 C.共经过 4 次 衰变和 6 次 衰变 D.共经过 6 次 衰变和 4 次 衰变 (2)约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了 1935 年的诺贝尔化学奖。他们发现的放射性元素P 30 15 衰变成Si 的同时放出另一种粒子,这种粒子是 P 是P 的同位素,被广泛应用于生物示踪 30 14 。32 15 30 15 技术,1mgP 随时间衰变的关系如图所示,请估算 4mg 的P 经多少天的衰变后还剩 0.25mg? 32 15 32 15 答案 (1)ABD (2)正电子 56 天 解析 (1)设 衰变次数为 x, 衰变次数为 y,由质量数守恒和电荷数守恒得 232=208+4x 第 7 页 共 8 页 7 90=82+2x-y 解得 x=6,y=4,C 错、D 对。 铅核、钍核的质子数分别为 82、90,故 A 对。 铅核、钍核的中子数分别为 126、142,故 B 对。 (2)写出衰变方程为PSie,故这种粒子为e(正电子)。 由 m-t 图线可知P 的半衰期为 14 30 153014 + 0 1 01 32 15 天,由 m=m0得 0.25mg=4mg×,故 t=56 天。( 1 2) t ( 1 2) t 14 13.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 衰变。放射出的 粒子(42 He)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 粒子的质量和电荷量。 (1)放射性原子核用X 表示,新核的元素符号用 Y 表示,写出该 衰变的核反应方程。 AZ (2) 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 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 m。 答案 见解析 解析 本题考查了原子核的衰变、动量和能量守恒、带电粒子在匀强磁场中的运动、质能方程等多个考 点,是一道综合题,难度中等。 (1XYHe)AZA - 4 Z - 2 + 4 2 (2)设 粒子的速度大小为 v,由 qvB=m ,T=,得 v2 R 2R v 粒子在磁场中运动周期 T= 2m qB 环形电流大小 I= = q T q2B 2m (3)由 qvB=m ,得 v= v2 R qBR m 第 8 页 共 8 页 8 设衰变后新核 Y 的速度大小为 v',系统动量守恒 Mv'-mv=0 v'= = mv M qBR M 由 mc2= Mv'2+ mv2得 m= 1 2 1 2 (M + m)(qBR)2 2mMc2 说明:若利用 M=m 解答,亦可。 A - 4 4
