2024屆高考物理二輪專題復(fù)習(xí)與測(cè)試專題強(qiáng)化練十五原子結(jié)構(gòu)與原子核

專題強(qiáng)化練(十五)原子結(jié)構(gòu)與原子核1．如圖所示是α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖．從α粒子源發(fā)射的α粒子射向金箔，利用觀測(cè)裝置觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上熒光屏仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子(約占八千分之一)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的α粒子束角度甚至大于90°.下列說(shuō)法正確的是()A．α粒子是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子流B．實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明原子中的正電荷彌漫性地均勻分布在原子內(nèi)C．α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是金箔中的電子對(duì)α粒子的作用引起的D．α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是帶正電的原子核對(duì)α粒子的斥力引起的解析：α粒子是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的氦核，A項(xiàng)錯(cuò)誤；若原子中的正電荷彌漫性地均勻分布在原子內(nèi)，α粒子穿過(guò)原子時(shí)受到的各方向正電荷的斥力基本上會(huì)相互平衡，對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)的影響不會(huì)很大，不會(huì)出現(xiàn)大角度偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電子對(duì)α粒子速度的大小和方向的影響可以忽略，C項(xiàng)錯(cuò)誤；原子核帶正電，體積很小，但幾乎占有原子的全部質(zhì)量，電子在核外運(yùn)動(dòng)，當(dāng)α粒子進(jìn)入原子區(qū)域后，大部分離原子核很遠(yuǎn)，受到的庫(kù)侖斥力很小，運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變，只有極少數(shù)α粒子在穿過(guò)時(shí)離原子核很近，因此受到很強(qiáng)的庫(kù)侖斥力，發(fā)生大角度散射，D項(xiàng)正確．故選D.答案：D2．(2023·廣東江門一模)圖甲為氫原子能級(jí)圖，圖乙為氫原子的光譜，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可見光區(qū)的四條譜線，其中Hβ譜線是氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射產(chǎn)生的，下列說(shuō)法正確的是()A．這四條譜線中，Hα譜線光子頻率最大B．氫原子的發(fā)射光譜屬于連續(xù)光譜C．用能量為3.5eV的光子照射處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子，氫原子不發(fā)生電離D．若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種光能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那一定是Hδ解析：由圖乙可知Hα譜線對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)最大，由E＝heq\f(c,λ)，可知，波長(zhǎng)越大，能量越小，A項(xiàng)錯(cuò)誤；氫原子的發(fā)射光譜屬于線狀譜，B項(xiàng)錯(cuò)誤；處于n＝2能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收3.4eV的能量，C項(xiàng)錯(cuò)誤；頻率越大的光子越容易使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，圖中Hδ譜線波長(zhǎng)最小，頻率最大，Hδ光能量最大，若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種光能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那一定是Hδ，D項(xiàng)正確．答案：D3．“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃”是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一，ITER裝置是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托卡馬克，俗稱“人造太陽(yáng)”．人造太陽(yáng)中發(fā)生的主要是氫的同位素——氘和氚的核聚變反應(yīng)．下列說(shuō)法中正確的是()A．核反應(yīng)方程為eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)HB．該核反應(yīng)過(guò)程吸收能量C．該核反應(yīng)生成物的質(zhì)量大于反應(yīng)物的質(zhì)量D．聚變生成物eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能大于反應(yīng)物eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能解析：核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，而A選項(xiàng)中的電荷數(shù)不守恒，A項(xiàng)錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)過(guò)程放出能量，B項(xiàng)錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)有大量的能量放出，由愛因斯坦質(zhì)能方程知，有質(zhì)量虧損，生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量，C項(xiàng)錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能大于eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能，D項(xiàng)正確．故選D.答案：D4．用加速后的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，氫原子受到激發(fā)后發(fā)出的光可使逸出功W0＝2.75eV的金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象．氫原子的能級(jí)圖如圖所示，下列判斷正確的是()A．加速后電子動(dòng)能最小值可能為10.2eVB．加速后電子動(dòng)能最小值可能為2.75eVC．金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能可能為0eVD．金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能可能為0.65eV解析：光子的能量大于逸出功2.75eV時(shí)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，即hν>W0＝2.75eV.電子加速度轟擊基態(tài)的氫原子，氫原子受到激發(fā)躍遷到n＝2的能級(jí)，需要吸收的能量最小為ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV>2.75eV，所以加速后電子動(dòng)能最小值可能為10.2eV，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；處于基態(tài)的氫原子受到激發(fā)，向低能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)射光子的能量為hν＝eq\f(E1,m2)－eq\f(E1,n2)(其中E1＝－13.6eV，m、n為整數(shù)，且m>n)．若金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能為0eV，則光子的能量為hν＝W0＝2.75eV，沒有相應(yīng)的m、n能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生2.75eV的光子，若金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能為0.65eV，則光子的能量為hν＝W0＋Ek＝3.4eV，沒有相應(yīng)能級(jí)間的躍遷可以產(chǎn)生3.4eV的光子，故C、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤．故選A.答案：A5．2021年4月13日日本政府宣布將向太平洋傾倒逾125萬(wàn)噸福島核電站內(nèi)儲(chǔ)存的核污水，消息一出，舉世嘩然．福島核電站的裂變材料是鈾235，核廢水中含有大量的氚以及鋇141、氪92、鍶90、鈷60、碘129、釕106等放射性核素．其中鈾235的半衰期大約為12.5年，其衰變方程為eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(231,90)Th＋X＋γ，下列觀點(diǎn)正確的是()A．衰變中產(chǎn)生的粒子X本質(zhì)上是氦原子B．鈾235衰變后核子的總質(zhì)量相比衰變前減少C．衰變過(guò)程中釋放核能，鈾235的比結(jié)合能大于釷231的比結(jié)合能D．如果日本政府在12.5年后再排放經(jīng)過(guò)處理的核污水將不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響解析：根據(jù)衰變規(guī)律可知，X為α粒子，本質(zhì)上是氦的原子核，不是氦原子，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；由于衰變過(guò)程中出現(xiàn)射線，可知會(huì)釋放出核能，產(chǎn)生質(zhì)量虧損，故反應(yīng)后核子的總質(zhì)量會(huì)減少，衰變是不穩(wěn)定的原子核向結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的原子核的變化，故新核的比結(jié)合能大于核反應(yīng)前原子核的比結(jié)合能，故B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；鈾235經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期只是有半數(shù)發(fā)生衰變，還存在大量原子核沒有衰變，所以此時(shí)核污水還是具有放射性，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：B6．(2023·河北適應(yīng)性考試)為了解釋氫原子的發(fā)光現(xiàn)象，玻爾于1913年提出了原子假說(shuō)．如圖所示，一電子繞氫原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，基態(tài)的軌道半徑為r1，電子在該軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為Ek1，基態(tài)原子的能量為E1，某激發(fā)態(tài)的軌道半徑為r2，電子在該軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為Ek2，該激發(fā)態(tài)原子的能量為E2.下列說(shuō)法中正確的是()A．Ek2>Ek1B．電子可以在r1和r2之間的任意軌道上穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)C．處于該激發(fā)態(tài)的原子向基態(tài)躍遷時(shí)釋放的光子頻率為eq\f(E2－E1,h)D．氫原子的上述能級(jí)躍遷釋放能量的方式和氫彈釋放能量的相同解析：電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，由庫(kù)侖力提供向心力得keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，可得電子的動(dòng)能為Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)∝eq\f(1,r)，由于r1<r2，則有Ek1>Ek2，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)玻爾的電子軌道量子化假設(shè)，可知電子不可以在r1和r2之間的任意軌道上穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；處于該激發(fā)態(tài)的原子向基態(tài)躍遷時(shí)釋放的光子能量為hν＝E2－E1，可得釋放的光子頻率為ν＝eq\f(E2－E1,h)，故C項(xiàng)正確；氫原子的上述能級(jí)躍遷釋放能量的方式和氫彈釋放能量的不相同，氫彈是通過(guò)輕核聚變釋放能量，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．故選C.答案：C7．(2023·湖南彬州三模)下列說(shuō)法正確的是()A．結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定B.eq\o\al(238,92)U衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn經(jīng)過(guò)4次α衰變，2次β衰變C．原子核發(fā)生β衰變過(guò)程中所放出的電子來(lái)自原子的外層電子D．根據(jù)玻爾理論可知，一個(gè)氫原子核外電子從n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷最多可輻射6種不同頻率的光子解析：比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；設(shè)eq\o\al(238,)92U衰變?yōu)閑q\o\al(222,)86Rn經(jīng)過(guò)m次α衰變，n次β衰變，根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可得92＝86＋m×2＋n×(－1)238＝222＋m×4＋n×0聯(lián)立解得m＝4，n＝2，故B項(xiàng)正確；原子核發(fā)生β衰變過(guò)程中所放出的電子來(lái)自中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)玻爾理論可知，一個(gè)氫原子核外電子從n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷最多可輻射3種不同頻率的光子，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．故選B項(xiàng)．答案：B8．科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，已知钚的一種同位素eq\o\al(239,)94Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為eq\o\al(239,)94Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，該衰變過(guò)程中產(chǎn)生的γ光子照射到逸出功為W0的金屬上，逸出光電子最大初動(dòng)能為Ek0.已知光電子的質(zhì)量為m，光速為c，普朗克常量為h.下列說(shuō)法中正確的是()A．衰變產(chǎn)生的γ光子帶正電且具有很強(qiáng)的電離能力B．X原子核中含有92個(gè)中子C．γ光子的波長(zhǎng)為eq\f(hc,W0＋Ek0)D．80個(gè)eq\o\al(239,)94Pu經(jīng)過(guò)48200年后一定剩余20個(gè)解析：衰變產(chǎn)生的γ光子不帶電，具有很強(qiáng)的穿透能力，但是電離本領(lǐng)很弱，選項(xiàng)A項(xiàng)錯(cuò)誤；X原子核中質(zhì)量數(shù)為235，電荷數(shù)為92，則含有235－92＝143個(gè)中子，選項(xiàng)B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可得Ek0＝eq\f(hc,λ)－W0，可得γ光子的波長(zhǎng)為λ＝eq\f(hc,W0＋Ek0)，選項(xiàng)C項(xiàng)正確；半衰期是大量原子衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)少數(shù)原子核的衰變不適應(yīng)，選項(xiàng)D項(xiàng)錯(cuò)誤．故選C.答案：C9．2020年1月10日，黃旭華獲2019年國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)．他是中國(guó)第一代核潛艇總設(shè)計(jì)師，成功研制了我國(guó)第一代核潛艇，為我國(guó)?；肆α繉?shí)現(xiàn)從無(wú)到有的歷史性跨越做出了卓越的貢獻(xiàn)．核潛艇是以核反應(yīng)堆(如圖所示)為動(dòng)力來(lái)源的潛艇，反應(yīng)堆的核反應(yīng)方程式為：eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(q,p)X＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，下列說(shuō)法正確的是()A．eq\o\al(q,p)X元素有56個(gè)質(zhì)子，144個(gè)中子B．eq\o\al(235,)92U的比結(jié)合能(平均結(jié)合能)大于eq\o\al(89,36)Kr的比結(jié)合能C．根據(jù)E＝mc2，裂變后釋放核能，裂變過(guò)程質(zhì)量發(fā)生虧損D．要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)小于臨界體積解析：根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X元素的電荷數(shù)(質(zhì)子數(shù))為p＝56，質(zhì)量數(shù)q＝144，則含有144－56＝88個(gè)中子，A項(xiàng)錯(cuò)誤；該反應(yīng)放出核能，則生成物eq\o\al(89,36)Kr的比結(jié)合能(平均結(jié)合能)大于eq\o\al(235,)92U的比結(jié)合能，B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)E＝mc2，裂變后釋放核能，裂變過(guò)程質(zhì)量發(fā)生虧損，C項(xiàng)正確；要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)大于臨界體積，D項(xiàng)錯(cuò)誤．故選C.答案：C10．(多選)PET(正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像)的基本原理是：將eq\o\al(15,)8O放射性同位素注入人體，參與人體的代謝過(guò)程.eq\o\al(15,)8O在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子，被探測(cè)器探測(cè)到，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖象．根據(jù)PET原理，下列說(shuō)法正確的是()A．衰變的方程式為eq\o\al(15,)8O→eq\o\al(15,)7N＋eq\o\al(0,1)eB．將放射性同位素eq\o\al(15,)8O注入人體，eq\o\al(15,)8O的主要用途作為示蹤原子C．一對(duì)正負(fù)電子湮滅后也可能只生成一個(gè)光子D．PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較長(zhǎng)解析：由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得：eq\o\al(15,8)O的衰變的方程式是eq\o\al(15,)8O→eq\o\al(15,)7N＋eq\o\al(0,1)e，故A項(xiàng)正確；將放射性同位素eq\o\al(15,)8O注入人體，eq\o\al(15,)8O的主要用途作為示蹤原子，故B項(xiàng)正確；正負(fù)電子湮滅生成兩個(gè)光子，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；氧在人體內(nèi)的代謝時(shí)間不長(zhǎng)，因此PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較短，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；故選AB.答案：AB11．(多選)2021年12月20日，我國(guó)宣布：全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站——山東榮成石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程送電成功．標(biāo)志著我國(guó)成為世界少數(shù)幾個(gè)掌握第四代核能技術(shù)的國(guó)家之一．目前核電站獲取核能的基本核反應(yīng)方程：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋X＋3eq\o\al(1,0)n，其中eq\o\al(144,56)Ba不穩(wěn)定，衰變的半衰期為T，下列說(shuō)法正確的是()A．反應(yīng)產(chǎn)物X的中子數(shù)為50B．0.5kg的eq\o\al(144,56)Ba原子核，經(jīng)過(guò)3T剩下開始時(shí)的eq\f(1,8)C．反應(yīng)產(chǎn)物X的比結(jié)合能比eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能大D．上述核反應(yīng)也稱熱核反應(yīng)，由于質(zhì)量虧損而釋放出能量解析：根據(jù)核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可寫出該核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)X＋3eq\o\al(1,0)n，可知X原子核中含有的中子數(shù)為53，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)半衰期公式m余＝m(eq\f(1,2))eq\a\vs4\al(\f(t,T))，可知，經(jīng)過(guò)3T，eq\f(m余,m)＝(eq\f(1,2))3＝eq\f(1,8)，所以一定質(zhì)量的eq\o\al(144,56)Ba原子核剩下的質(zhì)量占開始時(shí)的eq\f(1,8)，故B項(xiàng)正確；核反應(yīng)中生成物比反應(yīng)物穩(wěn)定，比結(jié)合能大，故C項(xiàng)正確；該核反應(yīng)為重核裂變反應(yīng)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．故選BC.答案：BC12．(多選)2021年12月15日秦山核電站迎來(lái)了安全發(fā)電30周年，核電站累計(jì)發(fā)電約6.9×1011kW·h，相當(dāng)于減排二氧化碳六億多噸．為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱．下列說(shuō)法正確的是()A．秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量B．秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為27.6kgC．核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度D．反應(yīng)堆中存在eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Ba＋eq\o\al(144,56)Kr＋3eq\o\al(1,0)n的核反應(yīng)解析：秦山核電站利用的是重核裂變釋放的能量，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；原子核虧損的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化為電能時(shí)，約為Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(6.9×1011×1000×3600,（3×108）2)kg≈27.6kg，核電站實(shí)際發(fā)電還要考慮到核能的轉(zhuǎn)化率和利用率，則原子核虧損的質(zhì)量大于27.6kg，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒能吸收中子的特性，通過(guò)中子的數(shù)量控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，故C項(xiàng)正確；反應(yīng)堆利用鈾235的裂變，生成多個(gè)中核和中子，且產(chǎn)物有隨機(jī)的兩分裂、三分裂，即存在eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)