(新高考)高考物理一轮复习课时加练第16章　微专题93　原子结构和原子核 (含解析)

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微专题93　原子结构和原子核
1．掌握玻耳理论，会计算原子能级之间跃迁时放出(吸收)光子的频率和波长.2.掌握衰变规律，会计算半衰期.3.根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程.4.掌握核反应中核能的计算方法．
1．(2023·北京市模拟)衰变是原子核的自发变化，科学家希望人工控制原子核的变化．卢瑟福用α粒子轰击氮(N)原子核，产生了氧(O)的一种同位素——氧17，这是人类第一次实现原子核的人工转变．这个核反应的方程是(　　)
A.N＋H→O＋n
B.N＋He→O＋H
C.N＋H→O
D.N＋He→O＋H
答案　B
解析　根据质量数守恒、电荷数守恒可知，这个核反应的方程是N＋He→O＋H，故选B.
2．“氚电池”利用氚核β衰变产生的能量工作，可以给心脏起搏器供电．已知氚核的半衰期为12.5年，下列说法正确的是(　　)
A．氚核衰变放出的β射线是电子流，来源于核内中子衰变为质子放出的电子
B．氚核衰变放出的β射线是电子流，来源于核外内层电子
C．2个氚核经过12.5年后，衰变一个，还剩一个氚核
D．20克氚核经过12.5年后，衰变后剩余物的质量变为10克
答案　A
解析　氚核衰变放出的β射线是电子流，来源于核内中子衰变为质子放出的电子，A正确，B错误；半衰期是针对大量放射性元素的统计规律，不适用于个别原子核，C错误；经过一个半衰期，有半数氚核发生衰变转变为其他原子核，并不是总质量变为原来一半，D错误．
3．(2023·河北邯郸市质检)裂变核能燃料分为铀基和钍基，钍基核燃料中Th类似于U，要通过转换或增殖才能作为裂变核能燃料使用．中子轰击U或U发生裂变反应，产生的中子与Th反应生成Th，再经过两次β衰变后生成U，达到增殖的目的．下列说法正确的是(　　)
A.U比Th的中子数少1
B.Th比Th的质子数多1
C．β衰变的实质是n→H＋e
D.Th转化成U是化学变化
答案　C
解析　由质量数守恒，质子数守恒可知，U比Th的中子数少2，故A错误；Th与Th互为同位素，质子数相同，故B错误；β衰变的实质是核内中子转化为一个质子和一个电子，电子发射到核外，故C正确；Th转化成U不是化学变化，故D错误．
4．(2023·黑龙江省齐齐哈尔一中模拟)根据所学的物理知识，下列说法正确的是(　　)
A.U→Th＋He是重核裂变
B．在核反应方程He＋N→O＋X中，X是质子
C．β衰变的本质是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流
D．铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，要经过8次α衰变和4次β衰变
答案　B
解析　U→Th＋He是α衰变，故A错误；根据质量数守恒、电荷数守恒可知，X是质子，故B正确；β衰变是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流，故C错误；设该过程经历了x次α衰变和y次β衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，故D错误．
5．(2023·广西南宁市模拟)氟是放射性物质，其半衰期为12.5年．氚核(H)与其同位素氘核(H)在一定条件下可以发生反应，反应方程是H＋H→He＋n.下列说法正确的是(　　)
A．氚核(H)和氦核(He)的中子数相同
B．100 g氚经过25年会全部衰变完
C．当氚核(H)发生β衰变时，衰变产物有氘核(H)
D.H＋H→He＋n是α衰变方程
答案　A
解析　氚核(H)有两个中子，氦核(He)也有两个中子，A正确；根据m＝m0，可得m＝100×g＝25 g，B错误；氚核(H)发生β衰变的方程为H→He＋e，衰变产物有He，C错误；核反应方程式H＋H→He＋n，属于核聚变(或热核反应)不是α衰变，D错误．
6．(2023·陕西榆林市模拟)关于原子结构、原子核的组成与性质的认识，下列说法正确的是(　　)
A.Th(钍核)经过6次α衰变和4次β衰变后变成Pb
B．太阳辐射的能量，主要来自太阳内部发生的重核裂变
C．比结合能越小的原子核越稳定
D.Bi的半衰期为5天，10 gBi经过15天后，发生衰变的Bi的质量为1.25 g
答案　A
解析　Th(钍核)变成Pb质量数减少24，α衰变的次数为m＝＝6，β衰变的次数为n＝2×6－(90－82)＝4，故A正确；太阳辐射的能量，主要来自太阳内部发生的轻核聚变，故B错误；比结合能越大的原子核越稳定，故C错误；Bi的半衰期为5天，10 gBi经过15天后，没有发生衰变的Bi的质量为1.25 g，故D错误．
7．(多选)(2023·辽宁大连市模拟)卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子的核反应为：N＋He→O＋H.已知氮核质量为mN＝14.007 53 u，氦核质量mHe＝4.003 87 u，氧核的质量为mO＝17.004 54 u，质子(氢核)质量为mp＝1.008 15 u．(已知1 u相当于931 MeV)；假设入射氦核以v0＝3×107 m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核．反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1∶50.则(　　)
A．卢瑟福通过该反应发现了原子的核式结构
B．该反应吸收能量1.2 MeV
C．反应生成物的比结合能增大
D．反应后氧核的速率为1.8×106 m/s
答案　BD
解析　卢瑟福通过α粒子散射实验发现了原子的核式结构，故A错误；ΔE＝(mHe＋mN－mO－mp)c2≈－1.2 MeV，说明该反应吸收能量，故B正确；因为该反应吸收能量，生成物更不稳定，比结合能更小，故C错误；设反应后氧核的速率为v，则质子的速率为50v，质子质量为m，根据动量守恒有4mv0＝17mv＋m×50v，解得v≈1.8×106 m/s，故D正确．
8.氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62～3.11 eV之间，下列说法正确的是(　　)

A．一个氢原子从n＝4能级向基态跃迁时，可能发出2种不同频率的可见光
B．处于基态的氢原子可以吸收一个能量为12 eV的光子跃迁到n＝3能级
C．氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，会发出可见光
D．处于基态的氢原子不能吸收一个具有14 eV能量的光子
答案　A
解析　一个氢原子从n＝4能级向基态跃迁时，可能发出2种不同频率的可见光，如4→2,2→1，故A正确；处于基态的氢原子跃迁到n＝3能级需要的能量E＝－1.51 eV－(－13.6) eV＝12.09 eV，故B错误；氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时释放的光子的最大能量接近于E′＝0－(－1.51) eV＝1.51 eV，不在可见光能量范围内，故C错误；处于基态的氢原子可以吸收一个具有14 eV能量的光子进而发生电离，故D错误．
9.(2023·河南郑州市模拟)如图所示为氢原子部分能级示意图．现有大量处于激发态n＝5能级的氢原子，向基态跃迁时，会放出不同频率的光子．已知可见光的光子能量范围介于1.63～3.10 eV之间，某锌板发生光电效应的逸出功为3.34 eV.下列说法正确的是(　　)

A．最多有6种不同频率的光子放出
B．所有放出的光子中，有3种是可见光
C．所有放出的光子中，有3种可以使该锌板发生光电效应
D．放出的所有光子照射该锌板，逸出光电子的初动能的最大值为9.41 eV
答案　B
解析　大量处于激发态n＝5能级的氢原子向基态跃迁时，最多放出不同频率光子的种类为C＝10，A错误；根据能级跃迁满足hν＝Em－En可知，共可产生13.06 eV、12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.86 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.97 eV、0.66 eV、0.31 eV十种能量的光子．因为可见光的光子能量范围为1.63～3.10 eV，故有3种是可见光，B正确；由Ek＝hν－W0可知要想使锌板发生光电效应，光子能量应该大于逸出功，故有4种光子可以使该锌板发生光电效应，并且光子能量为13.06 eV的光子照射该锌板时，逸出光电子的初动能的值最大为Ek＝hν－W0＝13.06 eV－3.34 eV＝9.72 eV，C、D错误．
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(　　)
He
N
F
n
M1＝4.002 603 u
M2＝14.003 074 u
M3＝17.002 095 u
M4＝1.008 665 u

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，说明该反应为吸能反应，且ΔE＝0.005 083×931.5 MeV≈4.735 MeV，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．