2024年高考物理第一轮复习讲义：第十五章 第2讲 原子和原子核

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【A级——夯实基础】1．(2021·湖南卷)核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是(　　)A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害解析：半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，根据半衰期的定义知，选项A错误；半衰期由原子核的内部结构所决定，与外界因素无关，选项C错误；原子核衰变过程满足电荷数和质量数守恒，选项B错误。故选D。答案：D2．(2021·广东卷)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＋Y。下列说法正确的是(　　)A．Y是氦核B．Y是质子C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变解析：由衰变过程满足质量数守恒、电荷数守恒，结合核反应方程可知Y的质量数为0，电荷数为1，Y应为e，选项A、B错误；由半衰期的定义知选项C正确，D错误。答案：C3．对四个核反应方程(1) U―→Th＋He；(2)Th―→Pa＋e；(3)N＋He―→O＋H；(4)H＋H―→He＋n＋17.6 MeV，，下列说法错误的是(　　)A．(1)(2)式核反应均释放能量B．(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程C．(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程D．利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一解析：(1)(2)两式是原子核衰变方程，在原子核衰变过程中，有质量亏损，会释放能量，A正确；(3)式是卢瑟福发现质子的核反应方程，是人类第一次实现原子核转变的方程，不是衰变方程，B错误，C正确；要使轻核发生聚变，必须使它们的间距达到核力作用的范围，即要给轻核很高的能量，用激光引发是正在尝试的技术之一，D正确。答案：B4．(2017·全国Ⅱ卷)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为U―→Th＋He。下列说法正确的是(　　)A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析：衰变过程遵守动量守恒定律，故选项A错误，B正确；根据半衰期的定义可知选项C错误；α衰变释放核能，有质量亏损，故选项D错误。答案：B5．(2018·全国Ⅲ卷)1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋Al―→n＋X。X的原子序数和质量数分别为(　　)A．15和28　　　　　　 B．15和30C．16和30    D．17和31解析：将核反应方程式改写成He＋Al―→n＋X，由电荷数和质量数守恒知，X应为X。答案：B6．(2018·江苏卷)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩余的A和B质量之比为(　　)A．1∶4           B．1∶2       C．2∶1　　　 D．4∶1解析：根据衰变规律，经过2T后A剩余的质量mA＝()m0＝m0B剩余的质量mB＝()m0＝m0所以＝，故选项B正确。答案：B7．原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是(　　)A．He核的结合能约为14 MeVB．He核比Li核更稳定C．两个H核结合成He核时释放能量D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大解析：结合能等于比结合能乘以核子数，故He核的结合能约为28 MeV，A错误；由图像可知He核的比结合能大于Li核的比结合能，B正确；两个H核结合成一个He核即为核聚变，核聚变会释放大量的能量，C错误；U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，D错误。答案：B8．2019年1月3日，嫦娥四号探测器完成了人类历史上的首次月背软着陆。嫦娥四号的核电池利用放射性同位素Pu衰变供电；静止的Pu衰变为铀核U和X粒子，产生热能并放出频率为ν的γ光子。已知Pu、U和X粒子的质量分别为mPu、mU和mX，普朗克常量为h，光速为c，则下列说法正确的是(　　)A．X粒子是HeB．U的比结合能比Pu的大C．释放出的γ光子能量为(mPu－mU－mX)c2D．若γ光子照射到某金属并发生光电效应，则光电子的最大初动能为hν解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X粒子质量数为4，电荷数为2，为He，选项A错误；因反应放出能量，可知U的比结合能比Pu的大，选项B正确；反应释放的总能量为c2，因为有热能放出，则释放出的γ光子能量小于c2，选项C错误；若γ光子照射到某金属并发生光电效应，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能小于hν，选项D错误。答案：B【B级——能力提升】9．我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是(　　)A．核裂变比核聚变更为安全、清洁B．任何两个原子核都可以发生聚变C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加解析：核聚变的最终产物是氦气，无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，故A错误；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确。答案：D10．(2022·北京首师大附中模拟)已知巴耳末系对应的光谱线是可见光，那么莱曼系对应的光谱线与前者相比有(　　)A．可能是紫外线B．可能是红外线C．光的波长会更长D．在真空中的传播速度会更大解析：由题图可知，莱曼系对应的光谱中光的频率比巴耳末系对应的光谱中光的频率大，则可能是紫外线，故A正确，B错误；由于莱曼系对应的光谱中光的频率比巴耳末系对应的光谱中光的频率大，根据c＝λν可知对应的波长更小，故C错误；所有光在真空中的传播速度都相同，故D错误。答案：A11．(2017·全国Ⅰ卷)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是H＋H―→He＋n。已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为(　　)A．3.7 MeV     B．3.3 MeVC．2.7 MeV     D．0.93 MeV解析：在核反应方程H＋H―→He＋n中，反应前物质的质量m1＝2×2.013 6 u＝4.027 2 u，反应后物质的质量m2＝3.015 0 u＋1.008 7 u＝4.023 7 u，质量亏损Δm＝m1－m2＝0.003 5 u，则氘核聚变释放的核能为E＝931×0.003 5 MeV≈3.3 MeV，选项B正确。答案：B12．(2019·全国Ⅱ卷)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为4H―→He＋2e＋2γ已知H和He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速。在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为(　　)A．8 MeV     B．16 MeVC．26 MeV     D．52 MeV解析：因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计。质量亏损Δm＝4mp－mα由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.007 8－4.002 6)×931 MeV≈26.6 MeV。答案：C 13．(2020·北京卷)氢原子能级示意图如图所示。现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是(　　)A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率低C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66 eV的能量D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量解析：这些原子跃迁过程中最多可辐射出C32＝3种频率的光子，A错误；从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射光子的能量大，辐射光子的频率高，B错误；从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收的能量为E＝－0.85 eV－(－1．51 eV)＝0.66 eV，C正确；从n＝3能级电离至少需要吸收1.51 eV的能量，D错误。答案：C14．(2020·浙江卷改编)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则(　　)A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线B．氢原子从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时会辐射出红外线C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出1种频率的可见光解析：γ射线在重核衰变或裂变时才会放出，氢原子跃迁无法辐射γ射线，故A错误；氢原子从n＝3的能级向n＝2 的能级跃迁时辐射光子的能量E＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV，在可见光范围之内，故B错误；氢原子在n＝3能级吸收1.51 eV的光子能量就可以电离，紫外线的最小能量大于1.51 eV，可以使处于n＝3能级的氢原子电离，故C正确；氢原子从n＝4能级跃迁至n＝2能级辐射光子的能量E′＝－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV，在可见光范围之内，从n＝3能级跃迁至n＝2能级辐射光子的能量E也在可见光范围之内，所以大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，故D错误。答案：C