2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第十四章近代物理初步第2講原子結(jié)構(gòu)與原子核練習(xí)含解析新人教版

PAGEPAGE7第2講原子結(jié)構(gòu)與原子核一、單項(xiàng)選擇題：在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1．(2024·貴州畢節(jié)模擬)物理學(xué)重視邏輯，崇尚理性，其理論總是建立在對事實(shí)視察的基礎(chǔ)上。下列說法正確的是(D)A．貝可勒爾發(fā)覺自然放射現(xiàn)象，其中β射線來自原子最外層的電子B．密立根油滴試驗(yàn)表明核外電子的軌道是不連續(xù)的C．盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)發(fā)覺電荷量子化D．湯姆孫發(fā)覺電子使人們相識(shí)到原子內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的[解析]本題考查近代原子物理學(xué)史及相關(guān)科學(xué)家的貢獻(xiàn)。貝可勒爾發(fā)覺自然放射現(xiàn)象，其中β射線來自原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，這種轉(zhuǎn)化的電子放射到核外，也就是β射線，而不是來自原子核外的電子，A錯(cuò)誤；玻爾的氫原子模型說明原子核外的電子的軌道是不連續(xù)的，B錯(cuò)誤；密立根油滴試驗(yàn)首次發(fā)覺了電荷量子化，C錯(cuò)誤；電子的發(fā)覺讓人們相識(shí)到原子可以再分，說明原子內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，D正確。2．(2024·云南昆明測試)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0150u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.0087u,1u＝931MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為(B)A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV[解析]氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.0035×931MeV/c2×c2≈3.3MeV，選項(xiàng)B正確。3．(2024·山東高考模擬)2024年是世界上首次實(shí)現(xiàn)元素人工轉(zhuǎn)變100周年。1919年，盧瑟福用氦核轟擊氮原子核，發(fā)覺產(chǎn)生了另一種元素，該核反應(yīng)方程可寫為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(m,8)X＋eq\o\al(1,n)Y。以下推斷正確的是(B)A．m＝16，n＝1 B．m＝17，n＝1C．m＝16，n＝0 D．m＝17，n＝0[解析]由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得：4＋14＝m＋1,2＋7＝8＋n，解得：m＝17，n＝1。4．(2024·陜西漢中質(zhì)檢)關(guān)于近代原子物理，下列說法正確的是(D)A．依據(jù)玻爾理論可知，一個(gè)氫原子從n＝4能級向低能級躍遷最多可輻射6種頻率的光子B．放射性物質(zhì)的半衰期受環(huán)境溫度的影響C．α粒子散射試驗(yàn)揭示了原子核是可分的D．能量為30eV的光子照耀到某一金屬表面時(shí)從該金屬表面逸出的電子最大初動(dòng)能為15eV，為使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量至少有15eV[解析]本題考查原子相關(guān)學(xué)問。依據(jù)玻爾理論可知，一個(gè)氫原子從n＝4能級向低能級躍遷最多可輻射3種頻率的光子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；放射性物質(zhì)的半衰期由自身內(nèi)部因素確定，不受環(huán)境溫度的影響，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；盧瑟福通過α粒子散射試驗(yàn)建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，沒有揭示原子核是可分的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；能量為30eV的光子照耀到某一金屬表面時(shí)從金屬表面逸出的電子最大初動(dòng)能為15eV，則該金屬的逸出功為15eV，則為使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量至少為15eV，選項(xiàng)D正確。5．(2024·湖南益陽期末)2018年11月21日消息，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)探討院核能平安所吳宜燦探討員獲得了美國核學(xué)會(huì)聚變核能杰出成就獎(jiǎng)。關(guān)于聚變與衰變、自然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是(B)A．原子核核子間的距離接近到10－10mB．eq\o\al(232,90)Th衰變成eq\o\al(208,82)Pb要經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變C．自然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的α射線穿透實(shí)力很強(qiáng)且速度與光速相當(dāng)D．β衰變是放射性元素原子的核外電子具有較高能量時(shí)發(fā)生的[解析]本題考查核聚變的條件和自然放射性的相關(guān)問題。要使原子核發(fā)生聚變反應(yīng)，必需使核子間的距離接近到10－15m，A項(xiàng)錯(cuò)誤；設(shè)發(fā)生了x次α衰變和y次β衰變，則依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒有2x－y＋82＝90,4x＋208＝232，解得x＝6，y＝4，故衰變過程中要經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變，B正確；α射線是速度約為0.1c的氦核流，穿透實(shí)力弱，C項(xiàng)錯(cuò)誤；6．(2024·江西南昌一模)在α粒子散射試驗(yàn)中，α粒子的偏轉(zhuǎn)是由于受到原子內(nèi)正電荷的庫侖力作用而發(fā)生的，其中有極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至被反向彈回。假定一個(gè)速度為v的高速α粒子(eq\o\al(4,2)He)與金原子核(eq\o\al(197,79)Au)發(fā)生彈性正碰(碰撞前金原子核可認(rèn)為是靜止的)，則(D)A．α粒子在靠近金原子核的過程中電勢能漸漸減小B．α粒子散射試驗(yàn)說明原子核是由質(zhì)子和中子組成的C．α粒子散射試驗(yàn)說明帶正電的物質(zhì)勻稱分布在原子內(nèi)部D．當(dāng)它們的距離最小時(shí)，α粒子與金原子核的動(dòng)量大小之比為4︰197[解析]本題考查α粒子散射試驗(yàn)的原理及相關(guān)計(jì)算。α粒子在靠近金原子核的過程中，庫侖力做負(fù)功，電勢能漸漸增加，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；α粒子散射試驗(yàn)是原子的核式結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)，并不能說明原子核是由質(zhì)子和中子組成的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；α粒子散射試驗(yàn)說明帶正電的物質(zhì)分布在原子內(nèi)部很小的區(qū)域內(nèi)，即原子的內(nèi)部有一個(gè)很小的原子核，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；α粒子在靠近金原子核的過程中，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，當(dāng)它們的距離最小時(shí)，兩者的速度相等，則α粒子與金原子核的動(dòng)量大小之比等于質(zhì)量之比，即為4︰197，選項(xiàng)D正確。7．(2024·甘肅甘谷一中月考)關(guān)于原子核的改變、核能及核力，下列說法正確的是(B)A．核力是一種弱相互作用，只能發(fā)生在原子核內(nèi)相鄰核子之間B．某原子經(jīng)過一次α衰變和兩次β衰變后，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)不變C．放射性原子核X發(fā)生衰變，生成物的結(jié)合能肯定小于X的結(jié)合能D．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)kr＋3eq\o\al(1,0)n是太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)之一[解析]本題考查原子核的改變、核能及核力的相識(shí)。核力是強(qiáng)相互作用，具有飽和性和短程性，且每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力的作用，故A錯(cuò)誤；α衰變的過程中電荷數(shù)少2，β衰變的過程中電荷數(shù)增1，某原子核經(jīng)過一次α衰變和兩次β衰變后，電荷數(shù)不變，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)不變，故B正確；放射性原子核X發(fā)生衰變，要釋放能量，衰變產(chǎn)物核子總數(shù)不變，比結(jié)合能增大，則總結(jié)合能肯定大于原來X的結(jié)合能，故C錯(cuò)誤；太陽內(nèi)部的反應(yīng)是聚變反應(yīng)，而eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)kr＋3eq\o\al(1,0)n是裂變反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)選擇題：在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)是符合題目要求的。8．(2024·河北大名一中期末)如圖所示為氫原子能級圖，現(xiàn)有大量氫原子從n＝4的能級發(fā)生躍遷，并放射光子照耀一個(gè)鈉光管，其逸出功為2.29eV，以下說法正確的是(ABD)A．氫原子可能發(fā)出6種不同頻率的光B．能夠讓鈉光電管發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的有4種光子C．光電管發(fā)出的光電子與原子核發(fā)生β衰變時(shí)射出的電子都是來源于原子核內(nèi)部D．鈉光電管發(fā)出的光電子轟擊處于基態(tài)的氫原子只能使氫原子躍遷到n＝2的能級[解析]本題考查光電效應(yīng)方程。依據(jù)Ceq\o\al(2,4)＝6知，這些氫原子可能輻射出6種不同頻率的光子，故A正確；氫原子由n＝4能級躍遷到n＝2能級，輻射的光子能量是為3.4eV－0.85eV＝2.55eV，大于逸出功，能發(fā)生光電效應(yīng)；而由n＝4能級躍遷到n＝3能級，輻射的光子能量為1.51eV－0.85eV＝0.66eV，由n＝3能級躍遷到n＝2能級，輻射的光子能量為3.4eV－1.51eV＝1.89eV，都小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，因此讓鈉光電管發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的有n＝4能級躍遷到n＝2能級、n＝4能級躍遷到n＝1能級、n＝3能級躍遷到n＝1能級、n＝2能級躍遷到n＝1能級，共4種光子，故B正確；光電管發(fā)出的光電子來自核外，而原子核發(fā)生β衰變時(shí)射出的電子來自原子核內(nèi)部，故C錯(cuò)誤；氫原子從n＝4能級向n＝1能級發(fā)生躍遷，放射光子能量最大，照耀鈉光管發(fā)生光電子的最大能量為E＝13.6eV－0.85eV－2.29eV＝10.46eV，而氫原子從n＝1能級躍遷到n＝2能級，須要汲取的能量為E′＝13.6eV－3.4eV＝10.2eV；氫原子從n＝1能級躍遷到n＝3能級，須要汲取的能量為E′＝13.6eV－1.51eV＝12.09eV。所以鈉光電管發(fā)出的光電子最多能夠讓氫原子從n＝1能級躍遷到n＝2能級，故D正確。9．(2024·浙江杭州一模)如圖是涉及不同物理學(xué)問的四幅圖，下列說法正確的是(CD)A．圖甲中，低頻扼流圈的作用是“通高頻阻低頻”B．圖乙中，康普頓效應(yīng)說明白光子具有波動(dòng)性C．圖丙中，發(fā)生衰變時(shí)粒子在原子核中發(fā)生的反應(yīng)為eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)eD．圖丁中，鈾塊的大小是圖中鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠進(jìn)行的重要因素[解析]本題考查原子物理及相關(guān)學(xué)問。低頻扼流圈的作用是“通直流阻溝通”，這種線圈的自感系數(shù)很大，對低頻溝通電的阻礙作用就很大，對高頻溝通電的阻礙作用更大，故A錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)說明白光子具有粒子性，故B錯(cuò)誤；發(fā)生β衰變時(shí)中子變成質(zhì)子，粒子在原子核中發(fā)生的反應(yīng)為eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e，故C正確；鈾塊達(dá)到肯定體積才可以發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故D正確。10．(2024·紅橋區(qū)質(zhì)檢)靜止的eq\o\al(211,83)Bi原子核在磁場中發(fā)生衰變后運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，大小圓半徑分別為R1、R2；則下列關(guān)于此衰變方程和兩圓軌跡半徑比值推斷正確的是(BC)A．eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(207,81)Tl＋eq\o\al(4,2)He B．eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC．R1︰R2＝84︰1 D．R1︰R2＝207︰4[解析]原子核發(fā)生衰變時(shí)，依據(jù)動(dòng)量守恒可知兩粒子的速度方向相反，由圖可知粒子的運(yùn)動(dòng)的軌跡在同一側(cè)，依據(jù)左手定則可以得知，衰變后的粒子帶電的電性相反，所以釋放的粒子應(yīng)當(dāng)是電子，原子核發(fā)生的應(yīng)當(dāng)是β衰變，衰變方程為eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)e，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；依據(jù)R＝eq\f(mv,qB)兩粒子動(dòng)量等大，做R1︰R2＝q2︰q1＝84︰1，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。11．(2024·浙江東陽中學(xué)檢測)依據(jù)玻爾理論，下列說法正確的是(AD)A．各種原子汲取光譜中的每一條暗線都跟這種原子的放射光譜中的一條亮線相對應(yīng)B．電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng)，若其圓周運(yùn)動(dòng)的頻率是ν，則其發(fā)出光子的頻率也是νC．若氫原子處于量子數(shù)為m(m>1)的定態(tài)，則氫原子是穩(wěn)定的，不輻射光子D．在巴耳末線系中，波長最長的譜線是從量子數(shù)n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時(shí)發(fā)出的[解析]本題考查玻爾能級躍遷理論相關(guān)問題。依據(jù)光譜分析法可知，各種原子汲取光譜中的每一條暗線都跟這種原子的放射光譜中的一條亮線相對應(yīng)，A正確；當(dāng)電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)并不向外輻射能量，其狀態(tài)是穩(wěn)定的，B錯(cuò)誤；若氫原子處于量子數(shù)為m(m>1)的定態(tài)，則氫原子處于激發(fā)態(tài)，是不穩(wěn)定的，會(huì)發(fā)生躍遷向外輻射光子，C錯(cuò)誤；巴耳末公式為eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)，故當(dāng)波長最長時(shí)n＝3，即從n＝3能級躍遷至n＝2能級時(shí)輻射的光子頻率最小，波長最長，D正確。12．(2024·江蘇七校二模)2019年1月29日，中國散裂中子源加速器打靶束流功率超過50kW，技術(shù)水平達(dá)到世界前列。散裂中子源是由加速器供應(yīng)高能質(zhì)子轟擊重金屬靶而產(chǎn)生中子的裝置。一能量為109eV的質(zhì)子打到汞、鎢等重核后，導(dǎo)致重核不穩(wěn)定而放出20～30個(gè)中子，大大提高了中子的產(chǎn)生效率。關(guān)于質(zhì)子和中子，下列說法中正確的有(CD)A．中子和質(zhì)子的質(zhì)量相等B．原子核由質(zhì)子和中子組成，穩(wěn)定的原子核內(nèi)，中子數(shù)肯定大于質(zhì)子數(shù)C．原子核的β衰變，實(shí)質(zhì)是核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子D．中子不帶電，比質(zhì)子更簡單打入重核內(nèi)[解析]本題考查對于中子和質(zhì)子的相識(shí)。中子質(zhì)量和質(zhì)子質(zhì)量不相等，故A錯(cuò)誤；依據(jù)原子核內(nèi)部質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)及中子數(shù)的關(guān)系可知，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的關(guān)系只與元素的種類有關(guān)，即中子數(shù)不肯定大于質(zhì)子數(shù)，故B錯(cuò)誤；依據(jù)β衰變的實(shí)質(zhì)可知，在衰變過程中中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，故C正確；因?yàn)樵谠雍酥腥康恼姾杉性谠雍?，在重核?nèi)部，原子核所帶的正電荷量較大，對質(zhì)子的庫侖斥力較大，而中子不帶電，原子核對中子沒有庫侖力，因此中子比質(zhì)子更簡單打入重核內(nèi)部，故D正確。13．(2024·江蘇揚(yáng)州月考)人們發(fā)覺，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系。下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說法正確的是(BD)A．由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要汲取能量B．由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出核能C．已知原子核A裂變成原子核B和C時(shí)放出的γ射線能使某金屬板逸出光電子，若增加γ射線強(qiáng)度，則逸出光電子的最大初動(dòng)能增大D．在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了限制核反應(yīng)速度[解析]原子核D、E聚變成原子核F，放出能量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；A裂變成B、C，放出能量，選項(xiàng)B正確；增加入射光強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；鎘棒能汲取中子，可限制核反應(yīng)速度，選項(xiàng)D正確。三、非選擇題14．(2024·廣東汕頭月考)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子