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課時(shí)跟蹤檢測(cè)(三十九)　原子結(jié)構(gòu)　原子核

1．(2020·天津等級(jí)考)在物理學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，人們通過對(duì)某些重要物理實(shí)驗(yàn)的深入觀察和研究，獲得正確的理論認(rèn)識(shí)。下列圖示的實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)原子具有核式結(jié)構(gòu)的是(　　)

解析：選D　發(fā)現(xiàn)原子具有核式結(jié)構(gòu)的是盧瑟福的α粒子轟擊金箔發(fā)生散射的實(shí)驗(yàn)，選項(xiàng)D正確。
2．如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下列說法正確的是(　　)

A．①表示γ射線，③表示α射線
B．②表示β射線，③表示α射線
C．④表示α射線，⑤表示γ射線
D．⑤表示β射線，⑥表示α射線
解析：選C　γ射線為電磁波，在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中均不偏轉(zhuǎn)，故②和⑤表示γ射線，A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；α射線中的α粒子為氦的原子核，帶正電，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿電場(chǎng)方向偏轉(zhuǎn)，故③表示α射線，由左手定則可知在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中α射線向左偏，故④表示α射線，C項(xiàng)正確。
3．(多選)圖中有四幅圖片，涉及有關(guān)物理學(xué)發(fā)展歷史的四個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，則下列有關(guān)說法正確的是(　　)

A．甲圖片與居里夫人有關(guān)
B．乙圖片所反映的現(xiàn)象是貝克勒爾最先發(fā)現(xiàn)的
C．丙圖片是法拉第研究陰極射線并發(fā)現(xiàn)電子的裝置
D．丁圖片與愛因斯坦的質(zhì)能方程有關(guān)
解析：選BD　結(jié)合教材史料，應(yīng)用物理規(guī)律。甲圖為倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后，照射的倫琴夫人手的照片，與居里夫人無關(guān)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；乙圖中反映的天然放射性現(xiàn)象是貝克勒爾最先發(fā)現(xiàn)的，故選項(xiàng)B正確；丙圖的現(xiàn)象是法拉第研究電磁感應(yīng)規(guī)律時(shí)的裝置，與陰極射線及電子的發(fā)現(xiàn)無關(guān)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；原子彈的能量來源于核能，與愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2有關(guān)，故選項(xiàng)D正確。
4.氫原子的能級(jí)示意圖如圖所示。當(dāng)氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)時(shí)，輻射出光子a；從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，輻射出光子b。以下判斷正確的是(　　)
A．在真空中光子a的波長大于光子b的波長
B．光子b可使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)
C．光子a可能使處于n＝4能級(jí)的氫原子電離
D．大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多輻射2種不同譜線
解析：選A　氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)的能級(jí)差小于從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)的能級(jí)差，根據(jù)Em－En＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，所以光子a的頻率小于光子b的頻率，光子a的波長大于光子b的波長，故A正確；光子b的能量小于基態(tài)與任一激發(fā)態(tài)的能級(jí)差，所以不能被基態(tài)的原子吸收，故B錯(cuò)誤；根據(jù)Em－En＝hν，可求光子a的能量小于n＝4能級(jí)氫原子的電離能，所以不能使處于n＝4能級(jí)的氫原子電離，C錯(cuò)誤；大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多輻射3種不同譜線，故D錯(cuò)誤。
5.(2020·四川綿陽市模擬)氫原子的能級(jí)圖如圖所示，一個(gè)處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷，下列說法正確的是(　　)
A．氫原子可能發(fā)出3種不同頻率的光子
B．已知鉀的逸出功為2.22 eV，則氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)釋放的光子可以從金屬鉀的表面打出光電子
C．氫原子從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)釋放的光子能量最小
D．氫原子由n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，輻射出的光的頻率最高，波長最短
解析：選D　一個(gè)處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷，最多可輻射出兩種頻率的光子，即3→2，2→1，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)釋放的光子能量為E32 ＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV<2.22 eV，故不能從金屬鉀的表面打出光電子，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，能級(jí)差最小，釋放的光子能量最小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氫原子由n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，能級(jí)差最大，輻射出的光的頻率最高，波長最短，故D正確。
6．(多選)(2019·天津高考)我國核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億攝氏度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說法正確的是(　　)

A．核聚變比核裂變更為安全、清潔
B．任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變
C．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加
D．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加
解析：選AD　核聚變沒有放射性污染，安全、清潔，A對(duì)。只有原子序數(shù)小的“輕”核才能發(fā)生聚變，B錯(cuò)。輕核聚變成質(zhì)量較大的原子核，核子的比結(jié)合能增加，總質(zhì)量減小，C錯(cuò)，D對(duì)。
7．(2019·全國卷Ⅱ)太陽內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為411H→42He＋201e＋2γ。已知11H和42He的質(zhì)量分別為mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c為光速。在4個(gè)11H轉(zhuǎn)變成1個(gè)42He的過程中，釋放的能量約為(　　)
A．8 MeV　　　　　　　　 B．16 MeV
C．26 MeV D．52 MeV
解析：選C　因電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量，計(jì)算中可忽略不計(jì)。質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα，由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.007 8－4.002 6)×931 MeV≈26.6 MeV，選項(xiàng)C正確。
8．大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：21H＋21H→32He＋10n。已知21H的質(zhì)量為2.013 6 u，32He的質(zhì)量為3.015 0 u，10n的質(zhì)量為1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為(　　)
A．3.7 MeV B．3.3 MeV
C．2.7 MeV D．0.93 MeV
解析：選B　氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV≈3.3 MeV，選項(xiàng)B正確。

9．He-Ne激光器產(chǎn)生的波長為6.33×10－7 m的譜線是Ne原子從能量較高的激發(fā)態(tài)能級(jí)(用E1表示)向能量較低的激發(fā)態(tài)能級(jí)(用E2表示)躍遷時(shí)發(fā)生的；波長為3.39×10－6 m的譜線是Ne原子從能級(jí)E1向能量較低的激發(fā)態(tài)能級(jí)(用E3表示)躍遷時(shí)發(fā)生的。已知普朗克常量h與光速c的乘積hc＝1.24×10－6 m·eV。由此可知Ne的激發(fā)態(tài)能級(jí)E3與E2的能量差為(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(　　)
A．1.6 eV B．2.6 eV
C．3.6 eV D．4.0 eV
解析：選A　根據(jù)公式Em－En＝hcλ ，則有E1－E2＝hcλ1 ，E1－E3＝hcλ2 ；則有ΔE＝E3－E2＝hcλ1 －h(huán)cλ2 。代入數(shù)據(jù)，解得ΔE＝1.24×10－6×16.33×10－7－13.39×10－6eV ≈1.6 eV，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。
10．(多選)(2020·北京海淀區(qū)模擬)釷234 90Th具有放射性，它能放出一個(gè)新的粒子而變?yōu)殓h234 91Pa，同時(shí)伴隨有γ射線產(chǎn)生，其方程為234 90Th→234 91Pa＋X，釷的半衰期為24天。則下列說法正確的是(　　)
A．X為質(zhì)子
B．X是釷核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的
C．γ射線是鏷原子核放出的
D．1 g釷234 90Th經(jīng)過120天后還剩0.312 5 g
解析：選BC　根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，釷核衰變過程中放出了一個(gè)電子，即X為電子，故A錯(cuò)誤；發(fā)生β衰變時(shí)釋放的電子是由核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故B正確；γ射線是鏷原子核放出的，故C正確；釷的半衰期為24天，1 g釷234 90Th經(jīng)過120天即經(jīng)過5個(gè)半衰期，故經(jīng)過120天后還剩0.031 25 g，故D錯(cuò)誤。
11．某核電站遭受嚴(yán)重破壞，產(chǎn)生了嚴(yán)重的核泄漏，從核電站周圍一定范圍內(nèi)的空氣中和核電站排出的廢水中分別檢測(cè)出了放射性物質(zhì)碘131和钚239，嚴(yán)重危及了人們的生命安全。已知該核電站采用的是重水反應(yīng)堆，用238 92U(鈾)吸收中子后生成239 94Pu(钚)，碘131的半衰期為8天，下列說法正確的是(　　)
A．排出的廢水中的钚239是鈾核裂變的生成物
B．若238 92U吸收中子后變成239 92U，239 92U很不穩(wěn)定，則經(jīng)過2次β衰變后變成239 94Pu
C．核電站的核廢料可直接堆放在露天垃圾場(chǎng)
D．碘131的半衰期只有8天，因此16天后會(huì)全部消失
解析：選B　裂變是重核生成幾個(gè)中等質(zhì)量原子核的過程，鈾238的質(zhì)量數(shù)比钚239的小，因此钚不是鈾核裂變的生成物，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；發(fā)生β衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)不發(fā)生改變，根據(jù)電荷數(shù)守恒可知239 92U發(fā)生2次β衰變后變成239 94Pu，選項(xiàng)B正確；核電站的核廢料中具有很多的放射性物質(zhì)，不可以直接堆在露天垃圾場(chǎng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；碘131的半衰期是8天，它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，大量的碘131在8天后會(huì)剩一半，16天后會(huì)剩四分之一，因此選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
12．現(xiàn)有兩動(dòng)能均為E0＝0.35 MeV的21H在一條直線上相向運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)21H發(fā)生對(duì)撞后能發(fā)生核反應(yīng)，得到32He和新粒子，且在核反應(yīng)過程中釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為32He和新粒子的動(dòng)能。已知21H的質(zhì)量為2.014 1 u，32He的質(zhì)量為3.016 0 u，新粒子的質(zhì)量為1.008 7 u，核反應(yīng)時(shí)質(zhì)量虧損1 u釋放的核能約為931 MeV(如果涉及計(jì)算，結(jié)果保留整數(shù))。則下列說法正確的是(　　)
A．核反應(yīng)方程為21H＋21H→32He＋11H
B．核反應(yīng)前后不滿足能量守恒定律
C．新粒子的動(dòng)能約為3 MeV
D.32He的動(dòng)能約為4 MeV
解析：選C　由核反應(yīng)過程中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知21H＋21H→32He＋10n，則新粒子為中子10n，所以A錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損，釋放能量，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚匀粷M足能量守恒定律，B錯(cuò)誤；由題意可知ΔE＝(2.014 1 u×2－3.016 0 u－1.008 7 u)×931 MeV/u＝3.3 MeV，根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒有pHe－pn＝0，由Ek＝p22m，可知EkHeEkn＝mnmHe，解得EkHe＝mnmn＋mHe(2E0＋ΔE)＝1 MeV，Ekn＝mHemn＋mHe(2E0＋ΔE)＝3 MeV，所以C正確，D錯(cuò)誤。
13．在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)原來靜止的原子核，由于放出一個(gè)α粒子，結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓的徑跡照片(如圖所示)，今測(cè)得兩個(gè)相切圓半徑之比r1∶r2＝1∶44。則

(1)圖中哪一個(gè)圓是α粒子的徑跡？(說明理由)
(2)這個(gè)原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)是多少？
解析：(1)因?yàn)閯?dòng)量守恒，所以軌道半徑與粒子的電荷量成反比，所以圓軌道2是α粒子的徑跡，圓軌道1是新生核的徑跡，兩者電性相同，運(yùn)動(dòng)方向相反。
(2)設(shè)衰變后新生核的電荷量為q1，α粒子的電荷量為q2＝2e，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，衰變后的速度分別為v1和v2，所以原來原子核的電荷量q＝q1＋q2。
根據(jù)軌道半徑公式有r1r2＝m1v1Bq1m2v2Bq2＝m1v1q2m2v2q1，
又由于衰變過程中遵循動(dòng)量守恒定律，則
m1v1＝m2v2，
以上三式聯(lián)立解得q＝90e。
即這個(gè)原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)為90。
答案：(1)圓軌道2是α粒子的徑跡，理由見解析　
(2)90
14．(2020·深圳模擬)某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體——氡，氡可以發(fā)生α或β衰變，如果人長期生活在氡濃度過高的環(huán)境中，那么，氡經(jīng)過人的呼吸道沉積在肺部，并放出大量的射線，從而危害人體健康。原來靜止的氡核(222 86Rn)發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po)，并放出一個(gè)能量為E0＝0.09 MeV的光子。已知放出的α粒子動(dòng)能為Eα＝5.55 MeV。忽略放出光子的動(dòng)量，但考慮其能量。1 u＝931.5 MeV/c2。
(1)寫出衰變的核反應(yīng)方程；
(2)衰變過程中總的質(zhì)量虧損為多少？(保留3位有效數(shù)字)。
解析：(1)衰變方程為222 86Rn→218 84Po＋42He＋γ；
(2)忽略放出光子的動(dòng)量，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，0＝pα＋pPo，
即新核釙(Po)的動(dòng)量與α粒子的動(dòng)量大小相等，又Ek＝p22m，
可求出新核釙(Po)的動(dòng)能為EPo＝4218Eα
由題意知，質(zhì)量虧損對(duì)應(yīng)的能量以光子的能量和新核、α粒子動(dòng)能形式出現(xiàn)，衰變時(shí)釋放出的總能量為ΔE＝Eα＋EPo＋E0＝Δmc2
故衰變過程中總的質(zhì)量虧損是Δm＝111Eα＋109E0109c2＝6.16×10－3 u。
答案：(1)222 86Rn→218 86Po＋42He　(2)6.16×10－3 u

發(fā)表評(píng)論