（江苏专用）2021版高考物理一轮复习 课后限时集训43 原子结构和原子核

课后限时集训43原子结构和原子核建议用时：45分钟1．(2018·北京高考)在核反应方程42He＋147N→178O＋X中，X表示的是()A．质子B．中子C．电子D．α粒子A[核反应方程中，电荷数守恒和质量数守恒，X为11H。]2．(多选)(2019·福建省泉州第一中学高三期末)科幻大片《流浪地球》影片中的行星发动机为“聚变发动机”，通过燃烧石头获得能量，其燃烧石头指的是石头里的2814Si原子核聚变生成5626Fe原子核。原子核的比结合能(即平均结合能)曲线如图所示，根据该曲线，下列判断正确的是()A.21H核比42He核更稳定B.42He核的结合能约为28MeVC.2814Si核的比结合能比5626Fe核大D.2814Si核聚变生成5626Fe核的过程要释放能量BD[比结合能越大，核越稳定，42He核比21H核的比结合能大，所以42He核更稳定，故A错误；根据图象知42He核的比结合能约为7MeV，所以结合能ΔE＝7×4MeV＝28MeV，故B正确；根据图象得，5626Fe核比2814Si核的比结合能大，故C错误；轻核聚变成重核会放出能量，所以2814Si核聚变生成5626Fe核要释放出能量，故D正确。]3.某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线，让这三种射线进入磁场，运动情况如图所示。下列说法正确的是()A．该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大B．C粒子是原子核的重要组成部分C．A粒子一定带正电D．B粒子的穿透性最弱C[半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故A错误；由题图可知C粒子为电子，而原子核带正电，故B错误；由左手定则可知，A粒子一定带正电，故C正确；B粒子为γ射线，穿透性最强，故D错误。]4．(2019·贵州凯里一中模拟)居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而一起获得1903年的诺贝尔物理学奖，下列关于放射性的叙述，正确的是()A．自然界中只有原子序数大于83的元素才具有放射性B．三种天然放射线中，电离能力和穿透能力最强的是α射线C．α衰变23892U→X＋42He的产物X由90个质子和144个中子组成D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关C[原子序数大于83的元素都具有放射性，小于83的个别元素也具有放射性，故A错误；α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故B错误；根据电荷数和质量数守恒得，产物X为23490X，则质子为90个，中子数为234－90＝144个，故C正确；放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故D错误。]5．(2019·重庆一中高三开学考试)下列说法中不正确的是()A．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷B．卢瑟福α粒子散射实验结果表明电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破C．氢原子从高能级跃迁到低能级，能量减小，动能增大D．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的B[汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷，故选项A不符合题意；汤姆孙发现了电子的结果表明电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破，故选项B符合题意；根据玻尔理论，当氢原子从高能级跃迁到低能级时，轨道半径减小，能量减小，动能增大，故选项C不符合题意；氢原子光谱是一条一条的不连续的光谱线，它表明氢原子的能量是不连续的，故选项D不符合题意。]6.根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为()A．12.75eVB．13.06eVC．13.6eVD．0.85eVA[受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，知跃迁到第4能级，则吸收的光子能量为ΔE＝－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV，A正确，B、C、D错误。]7.自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态。某些原子核的衰变情况如图所示(N表示中子数，Z表示质子数)，则下列说法正确的是()A．由22888Ra到22889Ac的衰变是α衰变B．已知22888Ra的半衰期是T，则8个22888Ra原子核经过2T时间后还剩2个C．从22890Th到20882Pb共发生5次α衰变和2次β衰变D．图中原子核发生的α衰变和β衰变分别只能产生α射线和β射线C[22888Ra衰变为22889Ac的过程中，放出负电子，则该衰变是β衰变，选项A错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适用，选项B错误；22890Th衰变为20882Pb的过程中，质量数减少20，由原子核衰变时质量数守恒可知，该过程中共发生了5次α衰变，又由原子核衰变时电荷数守恒有5×2－x＝8，和x＝2，则该过程中共发生了2次β衰变，选项C正确；发生α衰变和β衰变时，往往伴随γ射线产生，选项D错误。]8.(2017·天津高考)我国自主研究制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.21H＋31H→42He＋10nB.147N＋42He→178O＋11HC.42He＋2713Al→3015P＋10nD.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310nA[A对：两个轻核结合成质量较大的原子核。B错：原子核的人工转变。C错：原子核的人工转变。D错：重核裂变。]9．(2019·山西省长治、运城、大同、朔州、阳泉五地市联考)氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：21H＋31H→42He＋X，式中X是某种粒子。已知：21H、31H、42He和粒子X的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知()A．粒子X是11HB．该反应中的质量亏损为0.0289uC．该反应释放出的能量约为17.6MeVD．该反应中释放的全部能量转化为粒子X的动能C[根据核反应前、后质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为中子，选项A错误；该反应中的质量亏损为Δm＝2.0141u＋3.0161u－4.0026u－1.0087u＝0.0189u，故B错误；由爱因斯坦质能方程可知释放出的能量为ΔE＝0.0189×931.5MeV≈17.6MeV，选项C正确；该反应中释放的能量一部分转化为粒子X的动能，一部分转化为42He的动能，故D错误。]10.(2019·河北高三月考)如图所示为氢原子能级示意图的一部分，根据玻尔理论，下列说法中正确的是()A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长B．大量处于n＝4能级的电子向低能级跃迁时可放出4种频率的光子C．从n＝4能级跃迁到n＝3能级，电子的电势能增大D．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子可以使逸出功为2.5eV的金属发生光电效应A[由图可知，从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射出光子能量小，则辐射的光子频率小，所以辐射的电磁波的波长长，故A正确；大量处于n＝4能级的电子向低能级跃迁时可放出4×32＝6种频率的光子，故B错误；从n＝4能级跃迁到n＝3能级，氢原子向外发射光子，总能量减小，根据：ke2r2＝mv2r可知，电子运动的半径减小，则电子的动能增大，所以电子的电势能减小，故C错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子的能量：E32＝E3－E2＝－1.51－(－3.4)eV＝1.89eV2.5eV，可知不能使逸出功为2.5eV的金属发生光电效应，故D错误。]11．(2019·吉林白城一中高三期末)下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是()A．氢原子能极图B．α、β、γ穿透能力C．氡的衰变D．原子弹的爆炸A．氢原子辐射出一个光子后，电势能增大，动能减小B．重核的裂变反应方程可以有23592U→14456Ba＋8936Kr＋210nC．根据α、β、γ射线的特点可知，射线1是α射线，射线2是β射线，射线3是γ射线D．天然放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件有关C[一个氢原子放出光子，原子能量减小，根据ke2r2＝mv2r，得：12mv2＝ke22r，电子的动能增大，电势能减小，故A错误；重核的裂变是重核俘获一个慢中子后才能发生的，所以核反应方程有：23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n，故B错误；三种射线的穿透本领不同，根据α、β、γ射线的特点可知，射线1的穿透本领最弱，是α射线，射线3的穿透本领最强，是γ射线，射线2是β射线，故C正确；天然放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件无关，故D错误。]12.(多选)(2017·江苏高考)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有()A.42He核的结合能约为14MeVB.42He核比63Li核更稳定C．两个21H核结合成42He核时释放能量D.23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大BC[A错：42He核有4个核子，由比结合能图线可知，42He核的结合能约为28MeV。B对：比结合能越大，原子核越稳定。C对：两个21H核结合成42He核时，核子的比结合能变大，结合时要放出能量。D错：由比结合能图线知，23592U核中核子平均结合能比8936Kr核中的小。]13．(2019·广东高三期末)由于放射性元素镎23793Np的半衰期很短，在自然界很难被发现，只有通过人工的方法制造，已知镎23793Np经过一系列α衰变和β衰变后变成铋20983Bi，下列说法正确的是()A．镎23793Np原子核比铋20983Bi原子核多28个质子B．发生了7次α衰变和6次β衰变C．一定量的放射性核元素，随着存放时间的推移，放射线的穿透力越来越弱D．镎23793Np原子核的平均结合能小于衰变后生成的原子核的平均结合能D[20983Bi的原子核比23793Np少10个质子，质子数和中子数总共少28，故A项与题意不相符；设23793Np变为20983Bi需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有：93＝2x－y＋83,4x＝237－209，所以解得：x＝7，y＝4，故B项与题意不相符；衰变的种类不变，则释放出的射线不变，其穿透性也不变，故C项与题意不相符；由于衰变的过程中会释放一部分的能量，所以镎23793Np原子核的平均结合能小于衰变后生成的原子核的平均结合能，故D项与题意相符。]14．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应产生一个32He核和一个粒子，其中氘核的质量为2.0130u，氦核的质量为3.0150u，中子的质量为1.0087u。(1u＝931.5MeV)，求：(1)写出核反应方程；(2)核反应中释放的核能；(3)在两个氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，反应中产生的粒子和氦核的动能。[解析](1)核反应方程为：21H＋21H→32He＋10n。(2)核反应中的质量亏损为Δm＝2mH－mHe－mn由ΔE＝Δmc2可知释放的核能：ΔE＝(2mH－mHe－mn)×931.5MeV＝2.14MeV。(3)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即mHevHe＋mnvn＝0；反应前后系统的总能量守恒，即12mHev2He＋12mnv2n＝ΔE＋2EkH，又因为mHe∶mn＝3∶1，所以vHe∶vn＝1∶3，由以上各式代入已知数据得：EkHe＝0.71MeV，Ekn＝2.13MeV。[答案](1)21H＋21H→32He＋10n(2)2.14MeV(3)2.13MeV0.71MeV15．(2019·河北高三月考)在方向垂直纸面的匀强磁场