专题13-4+原子结构+原子核（押题专练）-2019年高考物理一轮复习精品资料
1．(多选)如图所示为卢瑟福和他的助手做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C三个位置时，关于观察到的现象，下列说法中正确的是( )
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数最少
C．相同时间内放在C位置时观察到屏上的闪光次数最少
D．放在C位置时观察不到屏上有闪光
【解析】 卢瑟福α粒子散射实验的结论是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度大于90°，甚至被弹回，则A、C正确．
【答案】 AC
2．(多选)有关原子结构，下列说法正确的是( )
A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律
B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性
C．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子
D．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”
【答案】 AD
3．氢原子辐射出一个光子后，则( )
A．电子绕核旋转的半径增大
B．电子的动能增大
C．电子的电势能增大
D．原子的能级值增大
【解析】 氢原子辐射出一个光子后，原子从高能级跃迁到低能级，能级值变小，电子绕核旋转的半径减小，库仑力对电子做正功，因此，电子的动能变大，电势能变小，选项B正确．
【答案】 B
4.
(多选)如图所示为氢原子能级图，可见光的能量范围为1.62 eV～3.11 eV，用可见光照射大量处于n＝2能级的氢原子，可观察到多条谱线，若是用能量为E的实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察到两条具有显著热效应的红外线，已知红外线的频率比可见光小，则实物粒子的能量E( )
A．一定有4.73 eV>E>1.62 eV
B．E的值可能使处于基态的氢原子电离
C．E一定大于2.86 eV
D．E的值可能使基态氢原子产生可见光
【答案】 BD
5．α粒子散射实验中，使α粒子发生散射的原因是( )
A．α粒子与原子核外电子碰撞
B．α粒子与原子核发生接触碰撞
C．α粒子发生明显衍射
D．α粒子与原子核的库仑斥力作用
【解析】 α粒子与原子核外电子的作用是很微弱的．由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子发生散射的原因是库仑力的作用，选项D正确．
【答案】 D
6．(多选)α粒子散射实验中，当α粒子最接近金原子核时，关于描述α粒子的有关物理量正确的是( )
A．动能最小
B．电势能最小
C．α粒子与金原子组成的系统能量最小
D．α粒子所受金原子核的斥力最大
【解析】 α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小时，库仑力做负功，故α粒子动能减小，电势能增加，当α粒子最接近金原子核时，其动能最小，电势能最大；由库仑定律可知随着距离的减小，库仑力逐渐增大，故A、D正确．
【答案】 AD
7．(多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有( )
A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运动，但不向外辐射能量
B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
【解析】 ABC三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念．原子的不同能量状态与电子绕核运动不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合．电子跃迁辐射或吸收的光子能量为hν＝Em－En，光子频率与电子绕核做圆周运动的频率无关．
【答案】 ABC
8．氢原子从能量为Em的较高激发态跃迁到能量为En的较低激发态，设真空中的光速为c，则( )
A．吸收光子的波长为
B．辐射光子的波长为
C．吸收光子的波长为
D．辐射光子的波长为
【答案】 D
9．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝，其中n＝2,3，…用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为( )
A．－ B．－
C．－ D．－
【解析】 处于第一激发态时n＝2，故其能量E2＝，电离时吸收的能量ΔE＝0－E2＝－，而光子能量 ΔE＝，则解得λ＝－，C正确．
【答案】 C
10．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠，下列说法正确的是( )
A．这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最短
B．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝1所发出的光频率最小
C．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60 eV
D．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11 eV
【解析】 这群氢原子能发出C＝3种频率不同的光，从n＝3跃迁到n＝2所发出的光子能量最小，频率最低，波长最长，A错误．从n＝3跃迁到n＝1的光子能量最大，频率最高，B错误．由ΔE＝|E3－E1|＝12.09 eV，照射到金属钠表面发出的光电子的最大初动能Ek＝ΔE－W0＝9.60 eV，C正确，D错误．
【答案】 C
11．下列与α粒子相关的说法中正确的是( )
A．天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当，穿透能力很强
B.U (铀238)核放出一个α粒子后就变为Th(钍234)
C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为He＋N →O＋n
D．丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型
【答案】 B
12．在存放放射性元素时，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于铅盒中；③与轻核元素结合成化合物．则( )
A．措施①可减缓放射性元素衰变
B．措施②可减缓放射性元素衰变
C．措施③可减缓放射性元素衰变
D．上述措施均无法减缓放射性元素衰变
【解析】 放射性元素的衰变快慢由其原子核内部结构决定，与外界因素无关，所以A、B、C错误，D正确．
【答案】 D
13．表示放射性元素碘131(I)β衰变的方程是( )
A.I→Sb＋He
B.I→Xe＋e
C.I→I＋n
D. I→Te＋H
【解析】 β衰变的实质是放射出电子(e)，由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知B正确．
【答案】 B
14．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为
H＋C→N＋Q1
H＋N→C＋X＋Q2
方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：
原子核
H
He
He
C
N
N
质量/u
1.007 8
3.016 0
4.002 6
12.000 0
13.005 7
15.000 1
以下推断正确的是( )
A．X是He，Q2>Q1
B．X是He，Q2>Q1
C．X是He，Q2
Q1.
【答案】 B
15．(多选)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇而湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图象，则根据PET原理判断下列表述正确的是( )
A.O在人体内衰变的方程是O→N＋e
B．正、负电子湮灭的方程是e＋e→2γ
C．在PET中，O主要用途是穿透作用
D．在PET 中，O主要用途是参与人体的新陈代谢
【答案】 AB
1
6．(多选)目前，在居家装修中，经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀、钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( )
A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的
B．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力
C．已知氡的半衰期为3.8天，若取1 g氡放在天平左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，则7.6天后，需取走0.75 砝码天平才能再次平衡
D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2
【答案】 AD
17．(多选)从一个小孔射出的α、β、γ三种射线沿同一直线进入同一匀强磁场或匀强电场，这三种射线在场内的径迹情况有可能是( )
A．三条重合
B．两条重合
C．三条分开
D．α与β的径迹一定分开
【解析】 当三种射线沿磁场方向运动时，三种射线中粒子均不受洛伦兹力作用，保持匀速直线运动状态，三条径迹重合，A项正确；当三种射线入射方向与电场或磁场方向不同时，γ射线不偏转，α、β粒子电性相反，向相反方向偏转，三条径迹是分开的，C项正确．
【答案】 AC
18．(多选)热核反应方程：H＋H→He＋X＋17.6 MeV，其中X表示某种粒子，则下列表述正确的是( )
A．X是质子
B．该反应需要吸收17.6 MeV的能量才能发生
C．平均每个核子能释放3MeV以上能量
D．(mH＋mH)>(mHe＋mX)
【解析】 由核反应中的质量数守恒和电荷数守恒可知X为中子，则选项A错误；该反应为轻核聚变，反应过程中应释放能量，则选项B错误；该反应共有5个核子，平均每个核子释放的能量为17.6 MeV/5＝3.52 MeV，则选项C正确；由于该反应释放能量，则反应前后存在质量亏损，反应前的质量应大于反应后的质量，则选项D正确．
【答案】 CD
19．如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是( )
A．①表示γ射线，③表示α射线
B．②表示β射线，③表示α射线
C．④表示α射线，⑤表示γ射线
D．⑤表示β射线，⑥表示α射线
【答案】 C
20．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( )
A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c
C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2
【解析】 根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，此核反应放出的能量ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，故C正确．
【答案】 C
21．14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量．图中能正确反映14C衰变规律的是( )
【解析】 设半衰期为τ，则剩余质量m＝，故m－t图象是曲线．C正确．
【答案】 C
22．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝E1/n2，其中n＝2,3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为( )
A．－ B．－
C．－ D．－
解析：由En＝E1/n2知，第一激发态的能量为E2＝，又≥－，得λ≤－，故C对，A、B、D错．
答案：C
23．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，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hν1＋hν2
B．辐射光子的能量为hν1＋hν2
C．吸收光子的能量为hν2－hν1
D．辐射光子的能量为hν2－hν1
答案：D
24卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是( )
解析：α粒子轰击金箔后偏转，越靠近金箔，偏转的角度越大，所以A、B、C错误，D正确．
答案：D
25．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，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hν1＋hν2
B．辐射光子的能量为hν1＋hν2
C．吸收光子的能量为hν2－hν1
D．辐射光子的能量为hν2－hν1
解析 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ν2大于红光的频率ν1，所以hν2>hν1，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hν2－hν1.故选项D正确．
答案 D
26．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图1-3-9所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景．图中实线表示α粒子的运动轨迹．其中一个α粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断正确的是( )．
图13-3-1
A．α粒子的动能先增大后减小
B．α粒子的电势能先增大后减小
C．α粒子的加速度先变小后变大
D．电场力对α粒子先做正功后做负功
解析 根据题意，α粒子运动过程中，电场力对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，而动能先减小后增大，B正确，A、D错误．根据库仑定律和牛顿第二定律可知α粒子加速度先增大后减小，C错误．
答案 B
27．氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子的能级示意图如图13-3-3所示，在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是( )．
图13-3-2
A．42.8 eV(光子) B．43.2 eV(电子)
C．41.0 eV(电子) D．54.4 eV(光子)
答案 A
28．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是( )．
A．核反应方程是H＋n―→H＋γ
B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3
C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c
D．γ光子的波长λ＝
解析 此核反应的核反应方程为H＋n―→H＋γ，A错；由质能方程，γ光子的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，C错；由E＝h知，波长λ＝，D错；故B正确．
答案 B
29．太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应，核反应方程是4H→He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是( )．
A．方程中的X表示中子(n)
B．方程中的X表示电子(e)
C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2
D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2
解析 由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为e，A、B错；质量亏损为Δm＝4m1－m2－2m3释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C错、D对．选D.
答案 D
30．我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：
(1)U＋n→Sr＋Xe＋kn
(2)H＋H→He＋dn
关于这两个方程的下列说法，正确的是( )．
A．方程(1)属于α衰变
B．方程(2)属于轻核聚变
C．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1
D．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1
答案 BC
31．放射性同位素电池是一种新型电池，它是利用放射性同位素衰变放出的高速带电粒子(α射线、β射线)与物质相互作用，射线的动能被吸收后转变为热能，再通过换能器转化为电能的一种装置．其构造大致是：最外层是由合金制成的保护层，次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层，第三层是把热能转化成电能的换能器，最里层是放射性同位素．
电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表：
同位素
90Sr
210Po
238Pu
射线
β
α
α
半衰期
28年
138天
89.6年
若选择上述某一种同位素作为放射源，使用相同材料制成的辐射屏蔽层，制造用于执行长期航天任务的核电池，则下列论述正确的是( )．
A．90Sr的半衰期较长，使用寿命较长，放出的β射线比α射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄
B．210Po的半衰期最短，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄
C．238Pu的半衰期最长，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄
D．放射性同位素在发生衰变时，出现质量亏损，但衰变前后的总质量数不变
解析 原子核衰变时，释放出高速运动的射线，这些射线的能量来自原子核的质量亏损，即质量减小，但质量数不变，D对；从表格中显示Sr的半衰期为28年、Po的半衰期为138天、Pu的半衰期为89.6年，故Pu的半衰期最长，其使用寿命也最长，α射线的穿透能力没有β射线强，故较薄的屏蔽材料即可挡住α射线的泄漏，C对．
答案 CD
32．(1)在核反应堆中，铀核吸收中子会发生裂变，裂变的产物是多样的，所生成的核往往还会衰变，其中一个衰变过程可表述为I―→Xe＋________＋ΔE.试问式中空格应为何种粒子？
(2)I的半衰期为8天．开始时核废料中有N0个I核，经过16天，还有________个I核．
(3)核电站的固体废料放射性比较强，要在核电站内的专用废物库放置5年，且在放置的初始阶段要对固体废料进行冷却处理．请简述需要进行冷却处理的理由．
33．太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射．已知氘核质量为2.013 6 u，氦核质量为3.015 0 u，中子质量为1.008 7 u，1 u的质量相当于931.5 MeV的能量则：
(1)完成核反应方程：H＋H→________＋n.
(2)求核反应中释放的核能．
(3)在两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能．
解析 (1)He
(2)ΔE＝Δmc2＝(2×2.013 6 u－3.015 0 u－1.008 7 u)×931.5 MeV＝3.26 MeV.
(3)两核发生碰撞时：0＝Mv1－mv2
由能量守恒可得：ΔE＋2Ek＝Mv＋mv
由以上两式解得：EHe＝Mv＝0.99 MeV，E中＝mv＝2.97 MeV
答案 (1)He (2)3.26 MeV (3)0.99 MeV 2.97 MeV
34．(1)Th是不稳定的，能自发的发生衰变．
①完成Th衰变反应方程Th→Pa＋________.
②Th衰变为Rn，经过________次α衰变，________次β衰变．
(2)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子．科学研究表明其核反应过程是：α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核．设α粒子质量为m1，初速度为v0，氮核质量为m2，质子质量为m0，氧核的质量为m3，不考虑相对论效应．
①α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？
②求此过程中释放的核能．
答案 (1)①e ②3 2
(2)①v＝ ②(m1＋m2－m0－m3)c2
35．如图所示，静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度为v0＝7.7×104 m/s的中子而发生核反应，Li＋n→H＋He，若已知He的速度为v2＝2.0×104 m/s，其方向跟中子反应前的速度方向相同(已知mn＝1 u，mHe＝4 u，mH＝3 u)．求：
(1)H的速度是多大？
(2)在图中画出粒子H和He的运动轨迹，并求它们的轨道半径之比．
(3)当粒子He旋转了3周时，粒子H旋转几周？
【解析】 (1)Li俘获n的过程，系统动量守恒，
则mnv0＝mHv1＋mHev2，
即v1＝.
代入数据得v1＝－1.0×103 m/s，负号表示跟v0的方向相反．
(2)运动轨迹如图所示．
H和He在磁场中半径之比为
rH：rHe＝：＝3：40.
(3)H和He的周期之比为
TH：THe＝：＝3：2，
所以它们的转速之比为nH：nHe＝THe：TH＝2：3.
当α粒子转3周时，氚核转动2周．
【答案】 (1)1.0×103 m/s，跟v0的方向相反
(2)3：40
(3)2
36.氢原子的能级示意图如图所示，有一群处于n＝4能级的氢原子．如果原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁所发出的光正好使某种金属材料产生光电效应，则：
(1)这群氢原子发出的光谱中共有几条谱线能使该金属产生光电效应？
(2)从能级n＝4向n＝1发出的光照射该金属材料，所产生的光电子的最大初动能为多少？
【答案】 (1)3条 (2)2.55 eV
37．氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6 eV，当处于n＝3的激发态时，能量为E3＝－1.51 eV，则：
(1)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到n＝1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？
(2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？
(3)若有大量的氢原子处于n＝3的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种不同频率的光子？
【答案】 (1)1.03×10－7 m
(2)3.3×1015 Hz
(3)3种
38．在研究原子物理时，科学家经常借用宏观模型进行模拟．在玻尔原子模型中，完全可用卫星绕行星运动来模拟研究电子绕原子核的运动．当然这时的向心力不是粒子间的万有引力(可忽略不计)，而是粒子间的静电力．设氢原子中，电子和原子核的带电荷量大小都是e＝1.60×10－19 C，电子在第1、2可能轨道运行时，其运动半径分别为r1＝0.53×10－10 m、r2＝4r1，据此求：
(1)电子分别在第1、2可能轨道运行时的动能(以eV为单位)；
(2)当电子从第1可能轨道跃迁到第2可能轨道时，原子还需吸收10.2 eV的光子，那么电子的电势能增加了多少？(静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)
【解析】 (1)电子所受静电力提供向心力
k＝m，故Ek＝mv2＝
Ek1＝ J＝13.6 eV
Ek2＝Ek1＝3.4 eV
(2)根据能量守恒，
ΔEp＝ΔE＋(Ek1－Ek2)，故ΔEp＝20.4 eV
【答案】 见解析
