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四十 原子结构和原子核
1．(2021·上海市十三校质检)下列核反应方程及其表述中错误的是( )
A.He＋H―→He＋H是原子核的α衰变
B.He＋Al―→P＋n是原子核的人工转变
C.Na―→Mg＋e是原子核的β衰变
D.U＋n―→Kr＋Ba＋3n是重核的裂变反应
答案：A 解析：轻核结合成质量较大的核的反应是聚变反应，不是原子核的α衰变，选项A错误；用α粒子轰击铝核的反应是原子核的人工转变，选项B正确；β衰变放出电子，故选项C正确；重核裂变是粒子轰击原子核，产生中等质量的核，故选项D正确．故本题选A.
2．(2021·湖北黄冈模拟)(多选)下列说法中正确的是( )
A．卢瑟福的α粒子散射试验揭示了原子核有简单的结构
B.Th衰变成Pb要经过6次α衰变和4次β衰变
C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子摆脱原子核的束缚而形成的
D．上升放射性物质的温度，不行缩短其半衰期
E．对于某种金属，超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
答案：BDE 解析：卢瑟福的α粒子散射试验揭示了原子具有核式结构，但并不能说明原子核有简单的结构，A错；据α衰变、β衰变的实质可知Th→Pb＋nHe＋me，得n＝6，m＝4，故B正确；β衰变中的β射线是由原子核中的中子转变形成的，C错；放射性物质的半衰期只由其本身打算，与外界环境无关，D正确；据光电效应方程Ek＝hν－W0得入射光频率ν越高，所产生的光电子的最大初动能Ek就越大，E正确．
3．(2021·南京市一模)(多选)钚的一种同位素Pu衰变时释放巨大能量，其衰变方程为Pu→U＋He＋γ，则( )
A．核燃料总是利用比结合能小的核
B．核反应中γ光子的能量就是结合能
C.U核比Pu核更稳定，说明U的结合能大
D．由于衰变时释放巨大能量，所以Pu比U的比结合能小
答案：AD 解析：核燃料在衰变过程中要释放巨大能量，所以总是要利用比结合能小的核，才能更简洁实现，A、D正确；核反应中，γ光子的能量是结合能中的一小部分，B错；C项说明U的结合能小，更稳定，C错．
4．(2021·辽宁沈阳市质检)(多选)如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34 eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中放射或吸取光子的特征生疏正确的是( )
A．用氢原子从高能级向基态跃迁时放射的光照射锌板肯定不能产生光电效应现象
B．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光
C．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为 8.75 eV
D．用能量为10.3 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
E．用能量为14.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离
答案：BCE 解析：当氢原子从高能级向低能级跃迁时，辐射出光子的能量有可能大于3.34 eV，锌板有可能产生光电效应，选项A错误；由跃迁关系可知，选项B正确；从n＝3能级向基态跃迁时发出的光子最大能量为12.09 eV，由光电效应方程可知，发出光电子的最大初动能为8.75 V，选项C正确；氢原子在吸取光子能量时需满足两能级间的能量差，因此D选项错误；14.0 eV>13.6 eV，因此可以使处于基态的氢原子电离，选项E正确．
5．(2021·陕西西安八校联考)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牧而发生跃迁的是( )
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 解析：由于光子能量不行分，因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸取，故A项中光子不能被吸取，D项中光子能被吸取；而实物粒子(如电子)只要能量不小于两能级差，均可能被氦离子吸取而发生跃迁，故B、C两项中电子均能被吸取．
6．(2021·东北三省模拟)(多选)如图所示为氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV，镁板的电子逸出功为5.9 eV，以下说法正确的是( )
A．用氢原子从高能级向基态跃迁时放射的光照射镁板肯定不能产生光电效应现象
B．用能量为11.0 eV的自由电子轰击处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态
C．处于n＝2能级的氢原子可以吸取任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
D．处于n＝4能级的氢原子可以吸取任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
答案：BD 解析：能让镁板产生光电效应，入射光子的能量要大于或等于镁板的逸出功5.9 eV，由能级图可知：从n＝2跃迁到n＝1所释放光子的能量为10.2 eV，大于5.9 eV，选项A错误；由于电子的能量11.0 eV大于10.2 eV，可使基态的氢原子跃迁到n＝2的能级上，选项B正确；紫外线光子的能量大于3.11 eV，欲让n＝2能级的氢原子电离，至少需要吸取3.4 eV 的能量，故不能吸取任意频率的紫外线使氢原子电离，选项C错误；欲让n＝4能级的氢原子电离，至少需要吸取0.85 eV的能量，小于3.11 eV，选项D正确．
7．(2021·江苏扬州市调研)(1)1996年，物理学家利用加速器“制成”反氢原子．反氢原子是由一个反质子和一个绕它运动的正电子组成．反质子与质子质量相同，电荷量为－e.关于氢原子和反氢原子，下列说法中正确的是( )
A．它们的原子能级不同
B．它们的原子光谱相同
C．反氢原子中正电子绕反质子的运动具有确定的轨道
D．氢原子和反氢原子以大小相等的速度对心碰撞发生湮灭，只能放出一个光子
(2)O会衰变成N，衰变的一种方式有γ光子产生，方程为：O―→N＋x＋ν＋γ.另一种方式不辐射γ光子，方程为：O―→N＋x＋ν，其中ν是中微子(不带电，质量可忽视)，x粒子是________．第一种方式衰变时，x粒子最大动能为1.84 MeV，γ光子的能量为2.30 MeV，忽视核的反冲效应和中微子能量，则其次种方式衰变时，x粒子最大动能为________MeV.
答案：(1)B (2)e 4.14
解析：(1)反质子与质子、正电子与电子的质量大小、电荷量大小均相等，故反氢原子核外的正电子与氢原子核外的电子做圆周运动的轨道半径相同，则它们的原子能级相同，能级差也相同，故它们的原子光谱相同，选项A错误，B正确；当原子处于不同状态时，正电子在各处消灭的概率是不一样的，故反氢原子中正电子的坐标没有确定值，绕反质子运动也没有确定的轨道，选项C错误；氢原子和反氢原子以大小相等的速率对心碰撞发生湮灭，若只放出一个光子，则违反了动量守恒定律，选项D错误．
(2)衰变方程满足质量数守恒、电荷数守恒，故x粒子的质量数为0、电荷数为1，即x粒子是e；两种衰变方式，衰变前后粒子相同，故衰变放出的总能量相同，即x粒子最大动能为1.84 MeV＋2.30 MeV＝4.14 MeV.
8．(2021·江苏南通第一次调研)(1)自由中子是不稳定的，它的平均寿命大约是900 s，它能自发地发生放射性衰变，衰变方程是：n→H＋X＋，其中是反电子中微子(不带电的质量很小的粒子)．下列说法中正确的是( )
A．自由中子的衰变是β衰变，X是负电子
B．有20个自由中子，半小时后肯定剩下5个中子未发生衰变
C．衰变过程遵守动量守恒定律
D．衰变过程有质量亏损，所以能量不守恒
(2)电子俘获即原子核俘获1个核外轨道电子，使核内1个质子转变为中子．一种理论认为地热是镍58(Ni)在地球内部的高温高压下发生电子俘获核反应生成钴(Co)58时产生的，则镍58电子俘获核反应方程为________________________________；生成的钴核处于激发态，会向基态跃迁，辐射γ光子的频率为ν，已知真空中的光速和普朗克常量是c和h，则此核反应过程中的质量亏损为________．
答案：(1)AC (2)Ni＋e→Co (3)能级差ΔE＝hν0 EM＝E0－hν0
解析：(1)依据电荷数和质量数守恒可知X的质量数为0，电荷数为－1，应为电子，故自由中子的衰变为β衰变．衰变过程遵循电荷数、质量数、动量、能量守恒，故A、C正确．
(2)核反应方程为Ni＋e→Co；质量亏损为.
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