2023版高考物理总复习之加练半小时 第十六章 微专题92 原子结构和原子核

微专题92　原子结构和原子核

1．氢原子能级之间跃迁时放出(吸收)光子的频率由hν＝Em－En求得．波长可由公式c＝λf求得.2.核反应中核能由ΔE＝Δmc2或根据核子比结合能来计算．

1．1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，其实验装置如图所示．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)

A．α粒子发生偏转是由于它跟电子发生了碰撞

B．α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞

C．α粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量

D．通过α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10－10 m

答案　C

解析　α粒子发生偏转是由于它受到原子核的斥力，并不是跟电子发生了碰撞，A错误；造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明原子中心的核带有原子的全部正电，和几乎全部质量，C正确；α粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级是

10－15 m，D错误．

2．(2022·四川成都七中高三月考)下列说法正确的是(　　)

A．β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的

B．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是有复杂结构的

C．卢瑟福的原子核式结构模型解释了α粒子散射实验

D．查德威克发现的天然放射现象说明原子具有复杂的结构

答案　C

解析　β射线是原子核内中子转化为质子时释放的电子，故A错误；汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是有复杂结构的，故B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，故C正确；

贝克勒尔发现的天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，故D错误．

3.如图为氢原子的能级图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时(　　)

A．能辐射出6种不同频率的光子

B．能辐射出4种不同频率的光子

C．由n＝4直接跃迁到n＝1时辐射出的光子的频率最低

D．由n＝4直接跃迁到n＝2时辐射出的光子不可使逸出功为2.25 eV的金属钾发生光电效应

答案　A

解析　从n＝4能级向低能级跃迁能放出C＝6种不同频率的光子，其中从n＝4直接跃迁到n＝1的能级差最大，则放出光子的能量最大，频率最高，故A正确，B、C错误；从n＝4直接跃迁到n＝2放出光子的能量为hν＝E4－E2＝2.55 eV，该光子的能量大于金属钾的逸出功，所以能使钾发生光电效应，故D错误．

4．(多选)如图所示，能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系，比如：巴耳末系就是氢原子从n＝3,4,5…能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光谱，其波长λ遵循以下规律：＝R(－)，下列说法正确的是(　　)

A．公式中n只能取整数值，故氢光谱是线状谱

B．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的动能增大

C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中波长最短

D．用能量为14.0 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受照射后，氢原子能跃迁到n＝4的能级

答案　AB

解析　根据玻尔理论可知，公式中n只能取整数值，故氢光谱是线状谱，A正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的轨道半径减小，由牛顿第二定律可得k＝m，即Ek＝mv2＝，

故电子动能增大，B正确；根据玻尔理论可知ΔE＝hν＝h，氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中光子的能量值最小，则波长最长，C错误；由于光子的能量满足14.0 eV>13.6 eV，

故该光子能使基态氢原子电离，不会跃迁到n＝4能级，D错误．

5．如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线；丙图为氢原子的能级图；表格给出了几种金属的逸出功和截止频率．以下说法正确的是(　　)

A.若b光为绿光，c光可能是紫光

B．b光的光照强度一定大于c光的光照强度

C．若b光光子能量为2.79 eV，用它照射由金属铷构成的阴极，产生的大量具有最大初动能的光电子去轰击大量处于n＝3激发态的静止的氢原子，一定可以产生6种不同频率的光

D．若b光光子能量为2.81 eV，用它直接照射大量处于n＝2激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光

答案　B

解析　由动能定理及光电效应方程可得eUc＝mv2＝hν－W0，由题图乙可知，b光与c光对应的遏止电压相同，故光的频率相同，为同一颜色的光，A错误；入射光越强，饱和光电流越大，由题图乙可知，b光对应的饱和光电流大于c光对应的饱和光电流，故b光的光照强度一定大于c光的光照强度，B正确；铷的逸出功为2.13 eV，用b光照射该阴极，由光电效应方程可得，光电子的最大初动能为Ek1＝hν－W0＝2.79 eV－2.13 eV＝0.66 eV，

去轰击大量处于n＝3激发态的静止的氢原子，由于3、4能级差为ΔE＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，

电子撞击过程有能量损失，故无法跃迁到n＝4能级，即无法产生6种不同频率的光，C错误；若b光光子能量为2.81 eV，用它直接照射大量处于n＝2激发态的氢原子，由于En＝(－3.4 eV)＋2.81 eV＝－0.59 eV，

与任何一个能级对应的能量不相等，故无法发生跃迁，不可能产生6种不同频率的光，D错误．

6．核废水即使经处理，还是含有氚、锶－90、铯－137、碘－129等放射性元素．其中Sr半衰期为30年，它能通过β衰变变为新核，用X表示新核的元素符号，下列有关说法错误的是(　　)

A．锶发生β衰变时，产生的β射线不能穿透几厘米厚的铅板

B．锶发生β衰变的方程为Sr→X＋e

C．10个锶核发生β衰变时，经过30年，一定还有5个锶核未发生衰变

D．新核X的比结合能比Sr大

答案　C

解析　β射线是高速电子流，穿透能力很弱，不能穿透几厘米厚的铅板，A正确，不符合题意；根据质量数和电荷数守恒可知，锶发生β衰变的方程为Sr→X＋e，B正确，不符合题意；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核衰变不适用，C错误，符合题意；衰变后的新核更稳定，其原子核中核子结合更牢固，比结合能更大，D正确，不符合题意．

7．科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为Al―→Mg＋X，下列说法正确的是(　　)

A．X是质子

B．经过两个半衰期后现有铝26将全部衰变

C．一个Al原子与一个Mg原子的质量相等

D．将铝26置于高温高压环境中，其半衰期不发生改变

答案　D

解析　由核反应方程和质量数、电荷数守恒得X是正电子e，故A错误；两个半衰期后剩余铝26占原来的n＝()2＝，故B错误；核反应过程中质量数守恒，质量不守恒，衰变过程释放能量，有质量亏损，所以衰变前铝26的质量大于镁26的质量，故C错误；半衰期不受物质所处的物理及化学环境影响，故D正确．

8．(2022·重庆市清华中学校高三月考)2020年11月27日00时41分，华龙一号全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功，标志着中国正式进入核电技术先进国家行列．核电站的产热核心是放射性重元素，通常为铀235.以下关于华龙一号的说法正确的是(　　)

A．华龙一号中发生的是核聚变

B．华龙一号中可能发生的一种核反应是U→Ba＋Kr＋2n

C．核反应堆中可采用重水、石墨作为慢化剂

D．核反应过程中遵循质量守恒

答案　C

解析　核电站是利用重核裂变进行发电的，所以华龙一号中发生的是核裂变，故A错误；铀核裂变的条件是反应前有中子轰击铀235，而核反应U→Ba＋Kr＋2n中，没有中子轰击铀235，故B错误；核反应堆中可采用重水、石墨作为慢化剂，故C正确；核反应过程中出现质量亏损，不遵循质量守恒，故D错误．

9．据报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法错误的是(　　)

A．“人造太阳”的核反应是轻核聚变

B．“人造太阳”的核反应方程是H＋H→He＋n

C．“人造太阳”的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n

D．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2

答案　C

解析　人造太阳的核聚变是氘核和氚核进行的核聚变反应，核反应方程是H＋H→He＋n，故A、B正确，不符合题意，C错误，符合题意；核聚变的过程中，只有亏损的质量转化为能量，所以根据质能方程可知，“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2，故D正确，不符合题意．

10．(多选)天然放射性元素镭放出的α粒子动能约为Ekα＝4.793 MeV，用α粒子轰击氮原子核，核反应可能不止有一种，比如：①He＋N→O＋H；②He＋N→F＋n等，可以通过计算判断其是否有可能发生．已知：各原子核的相对原子质量如表所示，其中1 u的质量对应931.5 MeV的能量，下列关于第②种核反应的说法中正确的是(　　)

A.第②种核反应为放能反应，一次核反应放出的能量约为4.735 MeV

B．第②种核反应为吸能反应，一次核反应吸收的能量约为4.735 MeV

C．用该α粒子(Ekα＝4.793 MeV)轰击静止的靶核(N)，可能发生第②种核反应

D．若用Ekα＝6.173 MeV的α粒子轰击静止的靶核(N)，可能发生第②种核反应

答案　BD

解析　由于(M1＋M2)－(M3＋M4)＝－0.005 083 u，说明反应后原子核的质量在增加，该反应为吸能反应，且ΔE＝0.005 083×931.5 MeV≈4.735 MeV，则B项正确，A项错误；由反应前后动量守恒和能量守恒可知当反应后共速时，用Ekα＝4.793 MeV的α粒子实验，生成新核的总动能为Ek＝Ekα≈×4.793 MeV≈1.065 MeV，系统损失的动能最多为3.728 MeV，该能量小于发生核反应所需要吸收的4.735 MeV，故不能发生第②种核反应，同理，初动能达到6.173 MeV，损失动能最多为4.801 MeV，大于反应所需要的能量，该反应可能发生，D项正确，C项错误．