高考物理一轮复习-第2讲-原子结构-原子核.docx

授课提示：对应学生用书第369页
[A组　基础巩固练]
热点一　原子的核式结构　玻尔理论
1．(多选)(2022·江苏南京中华中学摸底)下列说法正确的是(　　)

A．图甲中，当弧光灯发出的光照射到锌板上时，与锌板相连的验电器铝箔有张角，证明光具有粒子性
B．图乙为某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，当入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
C．图丙中，用光子能量分别为0.70 eV和0.80 eV的两种单色光同时照射大量处于n＝4能级的氢原子，有可能使这些氢原子电离
D．图丁中汤姆孙通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型
解析：本题考查光电效应、氢原子能级跃迁、α粒子散射实验。题图甲中，当弧光灯发出的光照射到锌板上时，与锌板相连的验电器铝箔有张角，这是光电效应现象，证明光具有粒子性，故A正确；题图乙为某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由题图乙可知Ek＝ν－E，当入射光的频率为2ν0时，对应图象中的光电子的最大初动能为E，故B正确；处于n＝4能级的氢原子，若想使氢原子电离，需要的最小能量为0.85 eV，因此用0.70 eV和0.80 eV的两种单色光照射不可能使处于n＝4能级的氢原子电离，故C错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故D错误
答案：AB
2. (2022·首师大附中模拟)已知巴耳末系对应的光谱线是可见光，那么赖曼系对应的光谱线与前者相比(　　)

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：由图可知，赖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；由于赖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：A
3．(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C＝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：C
热点二　原子核的衰变、半衰期
4．(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：本题考查对衰变及半衰期的理解。放射性元素经过一段时间后剩下的质量m剩＝m原()，其中t是指经过的时间，τ为该元素的半衰期，经过两个完整的半衰期后，m剩＝m原，故A错误；原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，故B错误；放射性元素的半衰期是由原子核内部自身因素决定的，与外界环境无关，所以改变压力、温度或浓度，都不会影响放射性元素的半衰期，故C错误；过量放射性辐射对人体组织有较强的破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D正确。
答案：D
5．(2022·山东济南模拟)医学影像诊断设备PET/CT是借助于示踪剂可以聚集到病变部位的特点来发现疾病的。示踪剂常利用同位素C作示踪原子标记，其半衰期仅有20 min。C由小型回旋加速器输出的高速质子轰击 N获得，则下列说法正确的是(　　)
A．用高速质子轰击N，生成C的同时释放出中子
B．用高速质子轰击N，生成C的同时释放出α粒子
C．1 g的C经40 min后，剩余 C的质量为0.2 g
D．将C置于回旋加速器中，其半衰期可能发生变化
解析：由题意得N＋H→C＋He，即生成C的同时释放出α粒子，故A错误，B正确；40 min即经过2个半衰期，剩余C的质量为0.25 g，故C错误；半衰期与速度无关，故D错误。
答案：B
热点三　核反应方程与核能的计算
6．(2022·河南郑州模拟)核能是满足能源供应、保障国家安全的重要支柱之一。核能发电在技术成熟性、经济性、可持续性等方面具有很大的优势。随着技术的发展，尤其是第四代核能系统技术逐渐成熟和应用，核能有望超出仅仅提供电力的角色。下列关于核力与核能的说法正确的是(　　)
A．核力是强相互作用的一种表现，任意两个核子之间都存在核力作用
B．原子核中所有核子单独存在时的质量总和等于该原子核的总质量
C．原子核的平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D．核泄漏会产生对人体有害的辐射，某核反应方程为Cs→Ba＋x，则可以判断x为α粒子
解析：核力是强相互作用的一种表现，只有相邻的两个核子之间存在核力作用，故A错误；核子结合成原子核时释放能量发生质量亏损，所以原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，故B错误；原子核的平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项C正确；根据核反应方程Cs→Ba＋x，则可以判断x质量数为0，电荷数为－1，为β粒子，选项D错误。
答案：C
[B组　综合提能练]
7．(2022·天津和平区模拟)下列四幅图涉及不同的物理知识说法正确的是(　　)

A．图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
B．图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的
D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构
解析：图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，故A错误；图乙：用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能，故B错误；图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确；图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有复杂结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构，故D错误。
答案：C
8．(2022·辽河油田模拟)下列说法错误的是(　　)
A．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
B．核泄漏事故污染物 Cs能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程为，可以判断x为电子
C．原子核发生一次β衰变，该原子外层就一定失去一个电子
D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
解析：根据玻尔理论可知，氢原子从n＝6的能级向n＝1的能级跃迁时辐射出的光的能量大于氢原子从n＝6的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出的光的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n＝6的能级向n＝1的能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故A正确；根据质量数守恒与电荷数守恒可知，核反应方程 Cs→Ba＋x中，可以判断x的质量数为0，电荷数z＝55－56＝－1，所以x为电子，故B正确；β衰变的实质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，不是来自核外电子，故C错误；原子和中子结合成一个α粒子的过程中亏损的质量为(2m1＋2m2－m3)，根据爱因斯坦质能方程可知，释放的能量为(2m1＋2m2－m3)c2，故D正确。
答案：C
9．(2022·江苏扬州中学月考)演示光电效应的实验装置如图甲所示；图乙为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；图丙为氢原子的能级图；图丁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．若B光为绿光，A光可能是紫光
C．若B光光子能量为2.81 eV，用它照射由金属铷制成的阴极，所产生的大量具有最大初动能的光电子去撞击大量处于n＝3激发态的氢原子，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
解析：由题图乙可知，B、C两种光对应的遏止电压是相同的，则两种光照射产生的光电子最大初动能相同，所以光的频率也是相等的，若B光为绿光，则C光也为绿光，故A错误；由题图乙可知，B光对应的遏止电压大于A光对应的遏止电压，则B光照射产生的光电子最大初动能大于A光照射产生的光电子的最大初动能，所以B光的频率大于A光的频率，若B光为绿光，则A光不可能是紫光，故B错误；若B光光子能量为2.81 eV，用它照射由金属铷制成的阴极，可产生大量具有最大初动能的光电子，光电子的最大初动能Ekm＝2.81 eV－2.13 eV＝0.68 eV，用它们去撞击大量处于n＝3激发态的氢原子时，能量值最大可以达到E＝Ekm＋E3＝0.68 eV－1.51 eV＝－0.83 eV，由于该能量值介于氢原子的第4能级与第5能级之间，可知该光电子与氢原子碰撞，可以使氢原子吸收0.66 eV的能量跃迁到n＝4的能级，当大量的处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可以产生＝6种不同频率的光，故C正确；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，能量值最大可以达到E＝Ekm＋E2＝0.68 eV－3.4 eV＝－2.72 eV由于该能量值介于氢原子的第2能级与第3能级之间，可知该光电子与处于n＝2激发态的氢原子碰撞，氢原子不能吸收0.68 eV的能量发生跃迁，故D错误。
答案：C
10．(多选)(2022·广东梅州模拟)下列说法中正确的是(　　)
A．卢瑟福通过对天然放射现象的研究，提出原子的核式结构学说
B．氡222的衰变方程是Rn→Po＋He，已知其半衰期约为3.8天，则经过15.2天，16克氡222衰变后还剩1克氡
C．已知中子、质子和氘核的质量分别为mn、mp和mD，则氘核的比结合能为(c表示真空中的光速)
D．对于某种金属，超过其极限频率的入射光强度越弱，所逸出的光电子的最大初动能越小
解析：本题考查天然放射现象、半衰期、比结合能和光电效应规律。卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出原子的核式结构学说，故A错误；已知氡222的半衰期约为3.8天，则经过15.2天，也就是4个半衰期，则16克氡222衰变后还剩16×()4 g＝1 g，故B正确；已知中子、质子和氘核的质量分别为mn、mp和mD，则氘核的比结合能E＝＝，故C正确；发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光强无关，故D错误。
答案：BC
11．一个静止的氡核 Rn放出一个α粒子后衰变为钋核 Po，同时放出能量E＝0.09 MeV的光子。假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能，不计光子的动量。已知M氡＝222.086 63 u、mα＝4.002 6 u、M钋＝218.076 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量。
(1)写出上述核反应方程；
(2)求出发生上述核反应放出的能量；
(3)确定钋核与α粒子的动能。
解析：(1)Rn→Po＋He＋γ。
(2)质量亏损
Δm＝222.086 63 u－4.002 6 u－218.076 6 u＝0.007 43 u
ΔE＝Δmc2＝0.007 43×931.5 MeV＝6.92 MeV。
(3)设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋，动量分别为pα、p钋，
由能量守恒定律得：ΔE＝Ekα＋Ek钋＋E
不计光子的动量，由动量守恒定律得：0＝pα＋p钋
又Ek＝，故Ekα∶Ek钋＝218∶4
联立解得Ek钋≈0.12 MeV，Ekα≈6.70 MeV。
答案：(1)Rn→Po＋He＋γ　(2)6.92 MeV
(3)0.12 MeV　6.70 MeV