新高考物理一輪復(fù)習(xí)課后練習(xí)40第15章第2講 原子結(jié)構(gòu)與原子核（含解析）

課后練習(xí)[40]第2講原子結(jié)構(gòu)與原子核一、選擇題(本題共12小題，1～8題為單選，9～12題為多選)1．(2022·浙江高三模擬)2020年12月我國科學(xué)家潘建偉等在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大成果，構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，求解數(shù)學(xué)算法高斯玻色取樣只需200秒，而目前世界最快的超級計(jì)算機(jī)要用6億年。這一突破使我國成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。有關(guān)量子的相關(guān)知識，下列說法正確的是(B)A．玻爾提出氫原子的電子軌道是任意的B．原子發(fā)光的光譜是一系列不連續(xù)亮線組成的線狀光譜C．普朗克提出物體所帶的電荷量是量子化的，首次提出了能量子的概念D．愛因斯坦最早認(rèn)識到能量子的意義，提出光子說，并測量金屬的截止電壓Uc與入射光的頻率ν算出普朗克常量h[解析]玻爾提出氫原子的電子軌道是量子化的，不是任意的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；原子發(fā)光的光譜是一系列不連續(xù)亮線組成的線狀光譜，選項(xiàng)B正確；密立根提出物體所帶的電荷量是量子化的，普朗克首次提出了能量子的概念，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；愛因斯坦最早認(rèn)識到能量子的意義，提出光子說，美國著名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家密立根，完全肯定了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并測量金屬的截止電壓Uc與入射光的頻率ν，測出了當(dāng)時(shí)最精確的普朗克常量h的值，從而贏得1923年度諾貝爾物理學(xué)獎，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2．(2021·湖南卷，1)核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要妥善處理。下列說法正確的是(D)A．放射性元素經(jīng)過兩個(gè)完整的半衰期后，將完全衰變殆盡B．原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒C．改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期D．過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害[解析]放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少量的個(gè)別的原子核無意義，則放射性元素完全衰變殆盡的說法錯(cuò)誤，故A錯(cuò)誤；原子核衰變時(shí)滿足電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，故B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期是由原子核的自身結(jié)構(gòu)決定的，而與物理環(huán)境如壓力、溫度或濃度無關(guān)，與化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故C錯(cuò)誤；過量放射性輻射包含大量的射線，對人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害，故D正確。故選D。3．(2021·全國高三專題練習(xí))天然放射現(xiàn)象通常會放出三種射線，即α、β、γ射線，關(guān)于這三種射線，以下說法正確的是(C)A．云室中α射線徑跡長而粗，這是因?yàn)棣辽渚€具有較強(qiáng)的穿透能力B．β射線是高速質(zhì)子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板C．γ射線是能量很高的電磁波，在電場和磁場中都不偏轉(zhuǎn)D．用β射線照射帶正電的驗(yàn)電器，則驗(yàn)電器的張角會變大[解析]由于α粒子的電離本領(lǐng)大，貫穿本領(lǐng)小，所以α射線在云室中的徑跡粗而短，故A錯(cuò)誤；β射線是高速電子流，這種射線來源于原子核內(nèi)部，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板，故B錯(cuò)誤；γ射線是能量很高的電磁波，因其不帶電，所以在電場和磁場中都不偏轉(zhuǎn)，故C正確；β射線是高速電子流，用β射線照射帶正電的驗(yàn)電器，與驗(yàn)電器中的正電荷中和，則驗(yàn)電器的張角會變小，故D錯(cuò)誤。4．(2022·青海高三模擬)如圖所示為氫原子的能級圖，下列說法正確的是(A)A．用能量為13.0eV的電子激發(fā)n＝1能級的大量氫原子，可以使氫原子躍遷到高能級B．n＝2能級的氫原子可以吸收能量為3.3eV的光子而發(fā)生電離C．大量處于n＝4能級的氫原子躍遷到基態(tài)放出的所有光子中，n＝2能級躍遷到n＝1能級釋放的光子的粒子性最顯著D．大量處于基態(tài)的氫原子吸收12.09eV的光子后，只可以放出兩種頻率的光子[解析]n＝1能級與n＝2能級的能量差為10.2eV，由于13.0eV>10.2eV，因此用能量為13.0eV的電子激發(fā)n＝1能級的大量氫原子，可以使氫原子躍遷到高能級，故A正確；n＝2能級的氫原子的能量為－3.4eV，因此欲使其發(fā)生電離，吸收的能量至少為3.4eV，故B錯(cuò)誤；光子的波長越長波動性越顯著，光子的頻率越高，粒子性越顯著，由玻爾理論可知，從n＝4能級躍遷到n＝1能級的粒子能量最大，由E＝hν，可知該光子的頻率最高，該光子的粒子性最顯著，故C錯(cuò)誤；大量處于基態(tài)的氫原子吸收12.09eV的光子后，由躍遷規(guī)律可知，大量的氫原子可以躍遷到n＝3能級，則放出的光子數(shù)為Ceq\o\al(2,3)＝3，故D錯(cuò)誤。5．(2022·江西高三月考)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有(A)A．eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定B．eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為14MeVC．兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)吸收能量D．eq\o\al(235,92)U核中核子的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大[解析]比結(jié)合能越大，核越穩(wěn)定，eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核比結(jié)合能大，則更穩(wěn)定，A正確；根據(jù)圖像知eq\o\al(4,2)He核的比結(jié)合能約為7MeV，所以結(jié)合能ΔE＝7×4MeV＝28MeV，B錯(cuò)誤；由題圖可知eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能約為1MeV，則eq\o\al(2,1)H核結(jié)合能為2MeV；eq\o\al(4,2)He核的比結(jié)合能為7MeV，結(jié)合能為28MeV，則兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)放出能量，C錯(cuò)誤；由題圖圖像可知，eq\o\al(235,92)U核中核子的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的小，D錯(cuò)誤。6．(2022·遼寧高三模擬)2021年3月5日，十三屆人大四次會議上，總理作政府工作報(bào)告時(shí)提出：大力發(fā)展新能源，在確保安全的前提下積極有序發(fā)展核電。以下關(guān)于核能的說法正確的是(D)A．核反應(yīng)方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→x＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n中，x原子核中含有中子數(shù)為140個(gè)B．原子核在常溫下就能發(fā)生輕核聚變，目前核電站是利用核聚變釋放的能量來發(fā)電的C．重核裂變過程中釋放核能是因?yàn)樾潞说谋冉Y(jié)合能小D．兩中子與兩質(zhì)子的質(zhì)量之和大于聚合成的eq\o\al(4,2)He原子核的質(zhì)量[解析]由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，x原子核中的核子數(shù)為(235＋1)－(94＋2)＝140個(gè)，中子數(shù)為140－(92－38)＝86個(gè)，故A錯(cuò)誤；輕核聚變需在極高溫度下發(fā)生，核電站用核裂變釋放的能量發(fā)電，故B錯(cuò)誤；重核裂變釋放核能是因?yàn)樾潞说谋冉Y(jié)合能大于原來重核的比結(jié)合能，故C錯(cuò)誤；原子核所含核子單獨(dú)存在時(shí)的總質(zhì)量大于該原子核的質(zhì)量，因?yàn)楹俗咏Y(jié)合成原子核時(shí)要釋放能量，由質(zhì)能方程可知質(zhì)量要減小，故D正確。7．(2022·山東高三模擬)靜止在勻強(qiáng)磁場中的eq\o\al(238,92)U核發(fā)生α衰變，產(chǎn)生一個(gè)未知粒子X，它們在磁場中的運(yùn)動徑跡如圖所示，下列說法正確的是(C)A．軌跡1是α粒子的運(yùn)動徑跡B．軌跡1的粒子沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動C．α粒子、X粒子的運(yùn)動半徑之比為45∶1D．α粒子、X粒子的動能之比為2∶117[解析]根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒可得X的質(zhì)量數(shù)為238－4＝234，電荷數(shù)為92－2＝90，核反應(yīng)前U核靜止，動量為零，根據(jù)動量守恒定律，反應(yīng)前后動量守恒，則α粒子和X核的動量大小相等，方向相反，由qvB＝eq\f(mv2,R)，得R＝eq\f(mv,qB)，可得半徑之比為電荷量的反比為45∶1，則軌跡1為X粒子的運(yùn)動軌跡，由左手定則可判斷出兩個(gè)粒子的轉(zhuǎn)動方向相同，都為順時(shí)針方向，故C正確，A、B錯(cuò)誤；有Ek＝eq\f(p2,2m)，兩粒子動量相等，可得動能與質(zhì)量數(shù)成反比，則α粒子、X粒子的動能之比為117∶2，故D錯(cuò)誤。8．(2022·重慶市高三月考)由于放射性元素eq\o\al(237,93)Np的半衰期很短，所以在自然界中一直未被發(fā)現(xiàn)，只是在使用人工的方法制造后才被發(fā)現(xiàn)。已知一個(gè)eq\o\al(237,93)Np原子核經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成eq\o\al(209,83)Bi，下列說法正確的是(A)A．eq\o\al(237,93)Np的人工放射性同位素比天然放射性物質(zhì)半衰期更短，放射性廢料更容易處理B．一次衰變過程可以同時(shí)放出α粒子、β粒子和γ粒子C．eq\o\al(237,93)Np的半衰期與任意一個(gè)eq\o\al(237,93)Np原子核發(fā)生衰變的時(shí)間相等D．衰變過程中共發(fā)生了7次α衰變和6次β衰變[解析]eq\o\al(237,93)Np的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，與天然放射性物質(zhì)相比，eq\o\al(237,93)Np的人工放射性同位素的放射強(qiáng)度容易控制，放射性廢料更容易處理，選項(xiàng)A正確；一個(gè)原子核在一次衰變中要么是α衰變、要么是β衰變，同時(shí)伴隨γ射線的產(chǎn)生，可以同時(shí)放出α粒子和γ粒子或者β粒子和γ粒子，不能同時(shí)放出三種粒子，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)衰變的過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，衰變過程中發(fā)生α衰變的次數(shù)為eq\f(237－209,4)＝7(次)，β衰變的次數(shù)為2×7－(93－83)＝4(次)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。9．(2021·全國高三專題練習(xí))在α粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過程中，下列說法正確的是(BCD)A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受到原子核的引力作用B．α粒子一直受到原子核的斥力作用C．α粒子在靠近原子核的過程中，α粒子和原子核組成的系統(tǒng)能量不變D．α粒子一直受到庫侖斥力，速度先減小后增大[解析]α粒子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故A錯(cuò)誤，B正確；α粒子在靠近金原子核時(shí)斥力做負(fù)功，速度減小，遠(yuǎn)離時(shí)斥力做正功，速度增大，二者組成的系統(tǒng)能量不變，故C、D正確。10．(2022·貴州高三模擬)2020年12月17日，我國“嫦娥五號”返回器攜帶重1731克的月壤成功返回地面。大量的探測與研究結(jié)果表明，月壤中含有極為豐富的氦3，它是一種如今已被世界公認(rèn)的高效、清潔、安全和廉價(jià)的核聚變發(fā)電燃料。兩個(gè)氦3聚變的核反應(yīng)方程是eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋2X＋12.86MeV，已知氦3、氦4和X粒子的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，下列說法正確的是(BD)A．X粒子為中子B．X粒子為質(zhì)子C．2m1＝m2＋2m3D．氦4的比結(jié)合能大于氦3的比結(jié)合能[解析]由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知，X粒子為質(zhì)子，故A錯(cuò)誤，B正確；由愛因斯坦質(zhì)能方程可知，聚變的核反應(yīng)過程中有質(zhì)量虧損，則2m1≠m2＋2m3，故C錯(cuò)誤；聚變的核反應(yīng)過程放出能量，則氦4比氦3更穩(wěn)定，所以氦4的比結(jié)合能大于氦3的比結(jié)合能，故D正確。11．(2022·浙江高三模擬)2021年4月13日日本政府宣布將向太平洋傾倒逾125萬噸福島核電站內(nèi)儲存的核廢水，消息一出舉世嘩然。福島核電站的裂變材料是鈾235，核廢水含有大量的氚以及鋇141、氪92、鍶90、鈷60、碘129、釘106等放射性核素。由于含氚的水和普通的水具有相同的化學(xué)性質(zhì)，物理性質(zhì)也相近，因而現(xiàn)有的廢水處理技術(shù)很難去除，鈾235的半衰期大約為12.5年。針對這一事件，下列同學(xué)的觀點(diǎn)正確的是(BD)A．為了保護(hù)海洋環(huán)境，日本政府應(yīng)在12.5年后再排放經(jīng)過處理的核廢水B．比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾235的平均核子質(zhì)量最大C．比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾235的比結(jié)合能最大D．核反應(yīng)方程：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3X中的X是中子[解析]為了保護(hù)海洋環(huán)境，日本政府在12.5年后還是不能排放經(jīng)過處理的核廢水，因?yàn)榻?jīng)過一個(gè)半衰期只是有半數(shù)發(fā)生衰變，還在的沒有衰變，所以廢水還是具有放射性的，所以不能排放，則A錯(cuò)誤；比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾235的平均核子質(zhì)量最大，所以B正確；比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾235的比結(jié)合能最小，因?yàn)楸冉Y(jié)合能越大原子越穩(wěn)定，所以C錯(cuò)誤；根據(jù)核反應(yīng)過程中，遵循電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒定律，所以核反應(yīng)方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3X，方程中的X是中子eq\o\al(1,0)n，則D正確。12．(2022·云南高三模擬)硼中子俘獲治療(BNCT技術(shù))是一種生物靶向放射治療模式，其原理是利用超熱中子(eq\o\al(1,0)n)束照射富集含硼藥物的腫瘤組織部位，與硼(eq\o\al(10,5)B)發(fā)生核反應(yīng)生成鋰(eq\o\al(7,3)Li)并放出一種射線，利用該射線殺滅癌細(xì)胞。超熱中子束的來源之一是加速后的質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)轟擊鈹(eq\o\al(9,4)Be)產(chǎn)生的。根據(jù)以上信息可以推斷(AC)A．這種生物靶向治療用到的殺滅癌細(xì)胞的射線是α射線B．中子與硼(eq\o\al(10,5)B)發(fā)生的核反應(yīng)屬于α衰變C．產(chǎn)生超熱中子束的核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(9,5)B＋eq\o\al(1,0)nD．質(zhì)子與鈹(eq\o\al(9,4)Be)發(fā)生的核反應(yīng)屬于輕核聚變[解析]根據(jù)題意可知，利用超熱中子束照射富集含硼藥物的腫瘤組織部位，并與硼10發(fā)生反應(yīng)放出的粒子(鋰7和另一種射線)殺滅癌細(xì)胞，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(10,5)B→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)He，所以這種生物靶向治療用到的射線是α射線，由于α衰變是自發(fā)的，而該反應(yīng)屬于人工轉(zhuǎn)變，故A正確，B錯(cuò)誤；依題意可知，產(chǎn)生超熱中子束的核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(9,5)B＋eq\o\al(1,0)n，超熱中子束的來源之一是加速后的質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)轟擊鈹(eq\o\al(9,4)Be)產(chǎn)生的，則屬于人工轉(zhuǎn)變，故C正確，D錯(cuò)誤。二、非選擇題13．在用鈾235作燃料的核反應(yīng)堆中，鈾235核吸收一個(gè)慢中子后，可發(fā)生裂變反應(yīng)，放出能量和快中子，而快中子不利于鈾235的裂變。為了能使裂變反應(yīng)繼續(xù)下去，需要將反應(yīng)中放出的快中子減速。有一種減速的方法是使用石墨(碳12)作減速劑，讓鈾核裂變所產(chǎn)生的快中子通過和碳核不斷碰撞而被減速。假設(shè)中子與碳核的碰撞是完全彈性碰撞，并在碰撞前碳核是靜止的，碰撞后中子和碳核的速度都跟碰撞前中子的速度沿同一直線。已知碳核的質(zhì)量近似為中子質(zhì)量的12倍，中子原來的能量為E0。(1)鈾235的裂變方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋xeq\o\al(1,0)n，則x值為多少？若反應(yīng)過程中放出的能量為ΔE，則反應(yīng)前后的質(zhì)量差Δm為多少？(2)經(jīng)過一次碰撞后，中子的能量為多少？(3)若經(jīng)過n次碰撞后，一個(gè)動能為E0的快中子能減速成為能量為En的慢中子，請寫出En與E0和n的關(guān)系式。[答案](1)3eq\f(ΔE,c2)(2)E1＝eq\