(新高考)高考物理一轮复习课时作业第15章第2讲《原子和原子核》(含解析)

第2讲　原子和原子核

 　　时间：40分钟　 　　满分：100分

一、选择题(本题共13小题，每小题6分，共78分。其中1～10题为单选，11～13题为多选)

1．(2021·天津南开区高三上期末)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是(　　)

A．玻尔原子理论证实了原子的核式结构模型

B．卢瑟福通过α粒子轰击氮核的实验，证实了在原子核内部存在中子

C．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，确定了原子核的存在

D．J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了原子内部存在电子

答案　D

解析　玻尔原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，卢瑟福根据α粒子散射实验，得到了原子的核式结构模型，故A错误；卢瑟福通过对α粒子轰击氮核实验的研究，实现了原子核的人工转变，发现了质子，预言了中子的存在，查德威克证实了中子的存在，故B错误；贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，提出了原子核内部有复杂的结构，故C错误；J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了原子内部存在电子，故D正确。

2．(2020·贵州省黔东南自治州模拟)一块含铀矿石的质量为M，其中铀的质量为m，铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T，则经过时间T，下列说法正确的是(　　)

A．这块矿石的质量为0.5M

B．这块矿石的质量为0.5(M－m)

C．这块矿石中铀的质量为0.5m

D．这块矿石中铅的质量为0.5m

答案　C

解析　根据题意，经过时间T，即经过1个铀的半衰期，则这块矿石中铀的质量还剩0.5m；因铀发生衰变最终生成了铅，根据衰变过程会发生质量亏损，可知生成物铅的质量m′<0.5m；则经过时间T，这块矿石的质量M′＝(M－m)＋0.5m＋m′＝M－0.5m＋m′。综上所述，A、B、D错误，C正确。

3．(2020·山东省泰安市一轮检测)下列说法，正确的是(　　)

A.Th→Pa＋e是β衰变方程，U→Th＋He是核裂变方程

B.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程

C.Th衰变为Rh，经过3次α衰变，2次β衰变

D．已知铝核 Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷P，则同时放出一个质子

答案　C

解析　方程Th→Pa＋e放射出电子，是β衰变方程，U→Th＋He是α衰变方程，故A错误；核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变方程，也是原子弹的核反应方程，但不是氢弹的核反应方程，故B错误；Th衰变为Rh，设经过了m次α衰变，根据衰变过程质量数守恒，有4m＝234－222＝12，解得m＝3，设经过了n次β衰变，则根据电荷数守恒有2m－n＝90－86＝4，解得n＝2，故C正确；铝核 Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷 P，同时放出一种粒子，根据质量数守恒和电荷数守恒可知放出的粒子质量数为1，电荷数为0，该粒子为中子，故D错误。

4. (2020·宁夏银川市一模)科学研究中需要精确的计时工具，如氢原子钟，它的原理是用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟。如图所示为氢原子的能级图，则(　　)

A．当氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的

B．当用能量为11 eV的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子一定不能跃迁到激发态

C．从n＝4能级跃迁到n＝2能级时释放的光子可以使逸出功为2.75 eV的金属发生光电效应

D．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的电磁波的波长长

答案　D

解析　当氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同，故A错误；当用能量为11 eV的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子可能吸收其中的10.2 eV的能量跃迁到激发态，故B错误；从n＝4能级跃迁到n＝2能级时释放的光子的能量为ε＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV＜2.75 eV，该光子不能使逸出功为2.75 eV的金属发生光电效应，故C错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子能量小于从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量，由ε＝hν＝h可知，D正确。

5．(2020·陕西省榆林市模拟)下列说法正确的是(　　)

A．铀核裂变的核反应方程是U→Ba＋Kr＋2n

B．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性

C．原子从低能级向高能级跃迁，不吸收光子也能实现

D．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越长，光子的能量越大

答案　C

解析　铀核裂变需要用中子轰击，铀核裂变的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n，故A错误；德布罗意根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，故B错误；受到电子或其他粒子的碰撞，原子也可从低能级向髙能级跃迁，即不吸收光子也能实现，故C正确；根据ε＝hν＝h，可知光的波长越长，光子的能量越小，故D错误。

6. (2021·江苏省连云港市高三上适应性演练模拟)如图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里。以下判断可能正确的是(　　)

A．a、b为β粒子的径迹  B.a、b为γ粒子的径迹

C．c、d为α粒子的径迹  D.c、d为β粒子的径迹

答案　D

解析　γ射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，故B错误；α粒子为氦核，带正电，由左手定则知，在图示磁场中逆时针偏转，故C错误；β粒子是带负电的电子流，根据左手定则，在图示磁场中顺时针偏转，故A错误，D正确。

7．(2020·广东省佛山市二模)核能被视为人类解决能源问题的终极方案，我国在核能应用和研究方面目前都处于国际一流水平。以下关于轻核聚变和重核裂变的说法正确的是(　　)

A．经轻核聚变过程后核子的平均质量增大

B．经重核裂变过程后原子核的比结合能减小

C．经轻核聚变过程后原子核的比结合能增大

D．目前我国核电站还主要是利用轻核聚变释放的能量来发电

答案　C

解析　轻核聚变过程放出能量，有质量亏损，则经轻核聚变过程后核子的平均质量减小，A错误；经重核裂变过程后，由于放出核能，则原子核的比结合能增大，B错误；经轻核聚变过程后，由于放出核能，原子核的比结合能增大，C正确；目前我国核电站还主要是利用重核裂变释放的能量来发电，D错误。

8．(2021·八省联考福建卷)已知某种核电池的电能由Pu衰变释放的能量提供，该衰变方程形式上可表示为Pu→X＋He。某次由静止Pu衰变释放的能量为E，射出的α粒子动能是Eα，假定Pu衰变释放的能量全部转化为新核和α粒子的动能。则(　　)

A．A＝234，Z＝92，E＝Eα

B．A＝234，Z＝92，E＝Eα

C．A＝236，Z＝94，E＝Eα

D．A＝236，Z＝94，E＝Eα

答案　B

解析　根据质量数守恒和电荷数守恒有：94＝Z＋2,238＝A＋4，解得A＝234，Z＝92，C、D错误；由于衰变过程动量守恒，即pα＝pX，根据动量与动能的关系，Eα＝，EX＝，又因为＝＝，联立上式可得EX＝Eα，根据能量守恒定律，E＝Eα＋EX＝Eα，故A错误，B正确。

9．(2020·北京市朝阳区一模)下列说法正确的是(　　)

A．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前一定增加

B．稀薄气体发出的辉光经分光镜分析得到线状谱，说明原子的能量是量子化的

C．α粒子轰击金箔发生散射现象，说明原子核存在复杂的内部结构

D．当放射性物质的温度升高后，其半衰期会变小

答案　B

解析　两个轻核结合成质量较大核的过程中释放大量能量，根据质能方程可知总质量较聚变前减小，故A错误；稀薄气体发出的辉光经分光镜分析得到线状谱，说明原子的能量是量子化的，故B正确；α粒子轰击金箔发生散射现象，说明原子内部非常空旷，带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，故C错误；半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定的，跟原子所处的化学状态、温度、压强等因素无关，故D错误。

10. 如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是(　　)

A．α射线和β射线的混合放射源

B．纯α射线放射源

C．纯γ射线放射源

D．α射线和γ射线的混合放射源

答案　D

解析　在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减小，说明射线中含有穿透能力弱的α射线，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过L的射线不带电，即为γ射线，因此放射源x可能是α射线和γ射线的混合放射源，故A、B、C错误，D正确。

11. (2020·河南省六市二调)μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用，如图所示为μ氢原子的能级示意图。假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，若普朗克常量为h，则(　　)

A．E＝h(ν1＋ν2)  B.E＝h(ν1－ν4＋ν5)

C．E＝h(ν2＋ν4)  D.E＝h(ν6－ν3)

答案　AB

解析　设大量μ氢原子吸收光子后从n＝2能级跃迁到能量较高的m能级，然后从m能级向低能级跃迁时，发出的不同频率的光子种类有C＝＝6，解得m＝4，即μ氢原子吸收光子后先从n＝2能级跃迁到n＝4能级，然后从n＝4能级向低能级跃迁。由题意知，发出光子的频率对应的能级跃迁过程如图，由图可知E＝E4－E2＝h(ν1＋ν2)＝h(ν1－ν4＋ν5)＝h(ν6－ν4)，故A、B正确，C、D错误。

12. (2020·浙江省东阳市模拟)氢原子的能级图如图所示，若大量氢原子处于n＝4能级要向低能级跃迁，则下列说法正确的是(　　)

A．大量氢原子跃迁时可能发出6种不同频率的光

B．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时氢原子能量减小，电子动能减小

C．用能量为0.70 eV和0.80 eV的两种光子同时照射大量氢原子，有可能使处于n＝4能级的氢原子电离

D．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级释放的光子照射逸出功为2.25 eV的金属时，产生的光电子最大初动能是0.30 eV

答案　AD

解析　大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时，可能发出的光子频率的种类为C＝6，故A正确；氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，氢原子能量减小，电子的运动半径减小，根据k＝m，可得电子的动能Ek＝mv2＝k，由于轨道半径变小，则电子的动能增大，故B错误；处于n＝4能级的氢原子电离时需要吸收的最小能量为0－(－0.85 eV)＝0.85 eV，故C错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为hν＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV，当用该光子照射逸出功为W0＝2.25 eV的金属时，由爱因斯坦光电效应方程解得产生的光电子的最大初动能Ek＝hν－W0＝2.55 eV－2.25 eV＝0.30 eV，故D正确。

13．(2020·江苏省南京市六校联考)关于下列四幅图的说法中，正确的是(　　)

A．玻尔原子理论的基本假设认为，电子绕核运行轨道的半径是任意的

B．光电效应产生的条件为：入射光的频率大于金属的极限频率

C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了运动电子具有波动性

D．发现少数α粒子发生了较大偏转，说明金原子质量大而且很坚硬

答案　BC

解析　玻尔原子理论的基本假设认为，电子绕核运行的轨道是确定的，且轨道是量子化的，故A错误；发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，故B正确；衍射是波特有的现象，电子束通过铝箔时的衍射图样证实了运动电子具有波动性，故C正确；发现少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围内，且此部分带正电，故D错误。

二、非选择题(本题共2小题，共22分)

14．(2020·江苏省启东市模拟)(6分)氢原子第n能级的能量为En＝，其中E1是基态能量。若某氢原子发射能量为－E1的光子后处于比基态能量高－E1的激发态，则该氢原子发射光子前处于第________能级；发射光子后处于第________能级。

答案　4　2

解析　由题意可得发射光子后氢原子的能量为E＝E1＋＝E1；根据玻尔理论氢原子发射光子的能量ΔE＝Em－En(m＞n)，得到氢原子发射光子前的能量为E′＝E1＋＝；再根据氢原子第n能级的能量为En＝，可知发射光子前氢原子处于第4能级，发射光子后处于第2能级。

15．(2017·北京高考)(16分)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变。放射出的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。

(1)放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程。

(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小。

(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。

答案　(1)X→Y＋He　(2)　　

(3)

解析　(1)X→Y＋He。

(2)设α粒子的速度大小为v，

由qvB＝m，T＝，得

α粒子在磁场中运动周期T＝

环形电流大小I＝＝。

(3)由qvB＝m，得v＝

设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒

Mv′－mv＝0

v′＝＝

由Δmc2＝Mv′2＋mv2

得Δm＝。