第十六章 微專題104　原子結(jié)構(gòu)和原子核-2025年高中物理《加練半小時(shí)》新教材版

第十六章近代物理微專題104原子結(jié)構(gòu)和原子核1．掌握玻爾理論，會(huì)計(jì)算原子能級(jí)之間躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率和波長。2.掌握衰變規(guī)律，會(huì)計(jì)算半衰期。3.能根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒書寫核反應(yīng)方程。4.掌握核反應(yīng)中核能的計(jì)算方法。1．(2024·黑龍江齊齊哈爾開學(xué)考試)下列說法不正確的是()A．當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的減小而增大B．盧瑟福通過α粒子轟擊氮核實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了在原子核內(nèi)部存在中子C．一個(gè)eq\o\ar(238,92)U原子核衰變?yōu)橐粋€(gè)eq\o\ar(206,82)Pb原子核的過程中，發(fā)生6次β衰變D．大量處于基態(tài)的氫原子在單色光的照射下，發(fā)出多種頻率的光子，其中一種必與入射光頻率相同答案B解析當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的減小而增大，故A正確，不符合題意；盧瑟福通過α粒子轟擊氮核實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了在原子核內(nèi)部存在質(zhì)子，故B錯(cuò)誤，符合題意；一個(gè)eq\o\ar(238,92)U原子核衰變?yōu)橐粋€(gè)eq\o\ar(206,82)Pb原子核的過程中，發(fā)生8次α衰變，6次β衰變，故C正確，不符合題意；處于基態(tài)的氫原子在某單色光束照射下，先吸收能量向高能級(jí)躍遷，然后再從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，其中從吸收光子后的最高能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)出的光子的能量與入射光能量相等，所以頻率相同，故D正確，不符合題意。2．(2023·海南省華僑中學(xué)模擬)鈷60(60Co)是金屬元素鈷的放射性同位素之一，其半衰期為5.27年。鈷60會(huì)通過發(fā)生β衰變釋放能量高達(dá)315keV的高速電子并衰變成為鎳60，同時(shí)會(huì)放出兩束γ射線，則下列說法正確的是()A．315keV＝5.04×10－12JB．24個(gè)60Co原子核經(jīng)過兩個(gè)半衰期后只剩下6個(gè)C．β衰變釋放的電子是由60Co原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子產(chǎn)生的D．γ射線是60Co原子由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)輻射出來的答案C解析315keV＝315×103×1.6×10－19J＝5.04×10－14J，故A錯(cuò)誤；半衰期是對(duì)大量原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，少量原子核的衰變不能按照半衰期的定義計(jì)算，故B錯(cuò)誤；β衰變釋放的電子是由60Co原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子產(chǎn)生的，故C正確；γ射線是60Co原子核由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)輻射出來的，故D錯(cuò)誤。3．(多選)(2023·甘肅省統(tǒng)考)下列說法正確的是()A．核反應(yīng)eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(0,－1)e屬于β衰變且能自發(fā)發(fā)生B．核反應(yīng)eq\o\ar(3,1)H＋eq\o\ar(2,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(1,0)n屬于核聚變且能自發(fā)發(fā)生C．查德威克通過核反應(yīng)eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(9,4)Be→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\ar(1,0)n發(fā)現(xiàn)了中子D．普朗克發(fā)現(xiàn)了電子答案AC解析eq\o\ar(14,6)C自發(fā)地放射出β粒子且形成eq\o\ar(14,7)N，這個(gè)過程屬于β衰變且能自發(fā)形成，故A正確；核反應(yīng)eq\o\ar(3,1)H＋eq\o\ar(2,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(1,0)n屬于核聚變但不能自發(fā)進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；查德威克用α粒子轟擊Be原子核發(fā)現(xiàn)中子，其核反應(yīng)方程為eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(9,4)Be→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\ar(1,0)n，故C正確；電子是湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)的，故D錯(cuò)誤。4．(2023·河北邯鄲市質(zhì)檢)裂變核能燃料分為鈾基和釷基，釷基核燃料中eq\o\ar(232,90)Th類似于eq\o\ar(232,92)U，要通過轉(zhuǎn)換或增殖才能作為裂變核能燃料使用。中子轟擊eq\o\ar(235,92)U或eq\o\ar(233,92)U發(fā)生裂變反應(yīng)，產(chǎn)生的中子與eq\o\ar(232,90)Th反應(yīng)生成eq\o\ar(233,90)Th，再經(jīng)過兩次β衰變后生成eq\o\ar(233,92)U，達(dá)到增殖的目的。下列說法正確的是()A.eq\o\ar(233,92)U比eq\o\ar(233,90)Th的中子數(shù)少1B.eq\o\ar(233,90)Th比eq\o\ar(232,90)Th的質(zhì)子數(shù)多1C．β衰變的實(shí)質(zhì)是eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\ar(0,－1)eD.eq\o\ar(232,90)Th轉(zhuǎn)化成eq\o\ar(233,92)U是化學(xué)變化答案C解析由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，eq\o\ar(233,92)U比eq\o\ar(233,90)Th的中子數(shù)少2，故A錯(cuò)誤；eq\o\ar(233,90)Th與eq\o\ar(232,90)Th互為同位素，質(zhì)子數(shù)相同，故B錯(cuò)誤；β衰變的實(shí)質(zhì)是核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子發(fā)射到核外，故C正確；eq\o\ar(232,90)Th轉(zhuǎn)化成eq\o\ar(233,92)U不是化學(xué)變化，故D錯(cuò)誤。5．(2023·黑龍江省齊齊哈爾一中模擬)根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí)，下列說法正確的是()A.eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是重核裂變B．在核反應(yīng)方程eq\o\al(4,2)He＋eq\o\ar(14,7)N→eq\o\ar(17,8)O＋X中，X是質(zhì)子C．β衰變的本質(zhì)是原子核外電子掙脫原子核的束縛形成的高速電子流D．鈾核(eq\o\ar(238,92)U)衰變?yōu)殂U核(eq\o\ar(206,82)Pb)的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和4次β衰變答案B解析eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變，故A錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知，X是質(zhì)子，故B正確；β衰變是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來，不是原子核外電子掙脫原子核的束縛形成的高速電子流，故C錯(cuò)誤；設(shè)該過程經(jīng)歷了x次α衰變和y次β衰變，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，故D錯(cuò)誤。6．(2023·廣西南寧市模擬)氟是放射性物質(zhì)，其半衰期為12.5年。氚核(eq\o\al(3,1)H)與其同位素氘核(eq\o\al(2,1)H)在一定條件下可以發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n。下列說法正確的是()A．氚核(eq\o\al(3,1)H)和氦核(eq\o\al(4,2)He)的中子數(shù)相同B．100g氚經(jīng)過25年會(huì)全部衰變完C．當(dāng)氚核(eq\o\al(3,1)H)發(fā)生β衰變時(shí)，衰變產(chǎn)物有氘核(eq\o\al(2,1)H)D.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是α衰變方程答案A解析氚核(eq\o\al(3,1)H)有兩個(gè)中子，氦核(eq\o\al(4,2)He)也有兩個(gè)中子，A正確；根據(jù)m＝，可得m＝100×＝25g，B錯(cuò)誤；氚核(eq\o\al(3,1)H)發(fā)生β衰變的方程為eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\ar(0,－1)e，衰變產(chǎn)物有eq\o\al(3,2)He，C錯(cuò)誤；核反應(yīng)方程式eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，屬于核聚變(或熱核反應(yīng))不是α衰變，D錯(cuò)誤。7．(2023·陜西榆林市模擬)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)、原子核的組成與性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是()A.eq\o\ar(232,90)Th(釷核)經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變后變成eq\o\ar(208,82)PbB．太陽輻射的能量，主要來自太陽內(nèi)部發(fā)生的重核裂變C．比結(jié)合能越小的原子核越穩(wěn)定D.eq\o\ar(210,83)Bi的半衰期為5天，10geq\o\ar(210,83)Bi經(jīng)過15天后，發(fā)生衰變的eq\o\ar(210,83)Bi的質(zhì)量為1.25g答案A解析eq\o\ar(232,90)Th(釷核)變成eq\o\ar(208,82)Pb質(zhì)量數(shù)減少24，α衰變的次數(shù)為m＝eq\f(24,4)＝6，β衰變的次數(shù)為n＝2×6－(90－82)＝4，故A正確；太陽輻射的能量，主要來自太陽內(nèi)部發(fā)生的輕核聚變，故B錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，故C錯(cuò)誤；eq\o\ar(210,83)Bi的半衰期為5天，10geq\o\ar(210,83)Bi經(jīng)過15天后，沒有發(fā)生衰變的eq\o\ar(210,83)Bi的質(zhì)量為1.25g，故D錯(cuò)誤。8．(多選)(2023·遼寧大連市模擬)盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)為：eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。已知氮核質(zhì)量為mN＝14.00753u，氦核質(zhì)量mHe＝4.00387u，氧核的質(zhì)量為mO＝17.00454u，質(zhì)子(氫核)質(zhì)量為mp＝1.00815u。(已知1u相當(dāng)于931MeV)；假設(shè)入射氦核以v0＝3×107m/s的速度沿兩核中心連線方向轟擊靜止氮核。反應(yīng)生成的氧核和質(zhì)子同方向運(yùn)動(dòng)，且速度大小之比為1∶50。則()A．盧瑟福通過該反應(yīng)發(fā)現(xiàn)了原子的核式結(jié)構(gòu)B．該反應(yīng)吸收能量1.2MeVC．反應(yīng)生成物的比結(jié)合能增大D．反應(yīng)后氧核的速率為1.8×106m/s答案BD解析盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了原子的核式結(jié)構(gòu)，故A錯(cuò)誤；ΔE＝(mHe＋mN－mO－mp)c2≈－1.2MeV，說明該反應(yīng)吸收能量，故B正確；因?yàn)樵摲磻?yīng)吸收能量，生成物更不穩(wěn)定，比結(jié)合能更小，故C錯(cuò)誤；設(shè)反應(yīng)后氧核的速率為v，則質(zhì)子的速率為50v，質(zhì)子質(zhì)量為m，根據(jù)動(dòng)量守恒有4mv0＝17mv＋m×50v，解得v≈1.8×106m/s，故D正確。9.(2023·河南鄭州市模擬)如圖所示為氫原子部分能級(jí)示意圖?，F(xiàn)有大量處于激發(fā)態(tài)n＝5能級(jí)的氫原子，向基態(tài)躍遷時(shí)，會(huì)放出不同頻率的光子。已知可見光的光子能量范圍介于1.63～3.10eV之間，某鋅板發(fā)生光電效應(yīng)的逸出功為3.34eV。下列說法正確的是()A．最多有6種不同頻率的光子放出B．所有放出的光子中，有3種是可見光C．所有放出的光子中，有3種可以使該鋅板發(fā)生光電效應(yīng)D．放出的所有光子照射該鋅板，逸出光電子的初動(dòng)能的最大值為9.41eV答案B解析大量處于激發(fā)態(tài)n＝5能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，最多放出不同頻率光子的種類為Ceq\o\al(2,5)＝10，A錯(cuò)誤；根據(jù)能級(jí)躍遷滿足hν＝Em－En可知，共可產(chǎn)生13.06eV、12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.86eV、2.55eV、1.89eV、0.97eV、0.66eV、0.31eV十種能量的光子。因?yàn)榭梢姽獾墓庾幽芰糠秶鸀?.63～3.10eV，故有3種是可見光，B正確；由Ek＝hν－W0可知要想使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，光子能量應(yīng)該大于逸出功，故有4種光子可以使該鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，并且光子能量為13.06eV的光子照射該鋅板時(shí)，逸出光電子的初動(dòng)能的值最大為Ek＝hν－W0＝13.06eV－3.34eV＝9.72eV，C、D錯(cuò)誤。10．(多選)天然放射性元素鐳放出的α粒子動(dòng)能約為Ekα＝4.793MeV，用α粒子轟擊氮原子核，核反應(yīng)可能不止有一種，比如：①eq\o\al(4,2)He＋eq\o\ar(14,7)N→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H；②eq\o\al(4,2)He＋eq\o\ar(14,7)N→eq\o\ar(17,9)F＋eq\o\al(1,0)n等，可以通過計(jì)算判斷其是否有可能發(fā)生。已知：各原子核的相對(duì)原子質(zhì)量如表所示，其中1u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)931.5MeV的能量，下列關(guān)于第②種核反應(yīng)的說法中正確的是()eq\o\al(4,2)Heeq\o\ar(14,7)Neq\o\ar(17,9)Feq\o\al(1,0)nM1＝4.002603uM2＝14.003074uM3＝17.002095uM4＝1.008665uA.第②種核反應(yīng)為放能反應(yīng)，一次核反應(yīng)放出的能量約為4.735MeVB．第②種核反應(yīng)為吸能反應(yīng)，一次核反應(yīng)吸收的能量約為4.735MeVC．用該α粒子(Ekα＝4.793MeV)轟擊靜止的靶核(eq\o\ar(14,7)N)，可能發(fā)生第②種核反應(yīng)D．若用Ekα＝6.173MeV的α粒子轟擊靜止的靶核(eq\o\ar(14,7)N)，可能發(fā)生第②種核反應(yīng)答案BD解析由于(M1＋M2)－(M3＋M4)＝－0.005083