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課時跟蹤檢測(三十九)　原子結構　原子核

1．(2020·天津等級考)在物理學發展的進程中，人們通過對某些重要物理實驗的深入觀察和研究，獲得正確的理論認識。下列圖示的實驗中導致發現原子具有核式結構的是(　　)

解析：選D　發現原子具有核式結構的是盧瑟福的α粒子轟擊金箔發生散射的實驗，選項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，分別進入勻強電場和勻強磁場中，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、磁場中均不偏轉，故②和⑤表示γ射線，A、B、D項錯誤；α射線中的α粒子為氦的原子核，帶正電，在勻強電場中，沿電場方向偏轉，故③表示α射線，由左手定則可知在勻強磁場中α射線向左偏，故④表示α射線，C項正確。
3．(多選)圖中有四幅圖片，涉及有關物理學發展歷史的四個重大發現，則下列有關說法正確的是(　　)

A．甲圖片與居里夫人有關
B．乙圖片所反映的現象是貝克勒爾最先發現的
C．丙圖片是法拉第研究陰極射線并發現電子的裝置
D．丁圖片與愛因斯坦的質能方程有關
解析：選BD　結合教材史料，應用物理規律。甲圖為倫琴發現X射線后，照射的倫琴夫人手的照片，與居里夫人無關，故選項A錯誤；乙圖中反映的天然放射性現象是貝克勒爾最先發現的，故選項B正確；丙圖的現象是法拉第研究電磁感應規律時的裝置，與陰極射線及電子的發現無關，故選項C錯誤；原子彈的能量來源于核能，與愛因斯坦的質能方程ΔE＝Δmc2有關，故選項D正確。
4.氫原子的能級示意圖如圖所示。當氫原子從n＝4能級躍遷到n＝3能級時，輻射出光子a；從n＝3能級躍遷到n＝2能級時，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可使氫原子從基態躍遷到激發態
C．光子a可能使處于n＝4能級的氫原子電離
D．大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時最多輻射2種不同譜線
解析：選A　氫原子從n＝4能級躍遷到n＝3能級的能級差小于從n＝3能級躍遷到n＝2能級時的能級差，根據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的能量小于基態與任一激發態的能級差，所以不能被基態的原子吸收，故B錯誤；根據Em－En＝hν，可求光子a的能量小于n＝4能級氫原子的電離能，所以不能使處于n＝4能級的氫原子電離，C錯誤；大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時最多輻射3種不同譜線，故D錯誤。
5.(2020·四川綿陽市模擬)氫原子的能級圖如圖所示，一個處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷，下列說法正確的是(　　)
A．氫原子可能發出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能級躍遷到n＝2能級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能級躍遷到n＝1能級釋放的光子能量最小
D．氫原子由n＝3能級躍遷到n＝1能級時，輻射出的光的頻率最高，波長最短
解析：選D　一個處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷，最多可輻射出兩種頻率的光子，即3→2，2→1，選項A錯誤；氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子能量為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B錯誤；氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級，能級差最小，釋放的光子能量最小，選項C錯誤；氫原子由n＝3能級躍遷到n＝1能級時，能級差最大，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)我國核聚變反應研究大科學裝置“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到1億攝氏度，為人類開發利用核聚變能源奠定了重要的技術基礎。下列關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．任何兩個原子核都可以發生聚變
C．兩個輕核結合成質量較大的核，總質量較聚變前增加
D．兩個輕核結合成質量較大的核，核子的比結合能增加
解析：選AD　核聚變沒有放射性污染，安全、清潔，A對。只有原子序數小的“輕”核才能發生聚變，B錯。輕核聚變成質量較大的原子核，核子的比結合能增加，總質量減小，C錯，D對。
7．(2019·全國卷Ⅱ)太陽內部核反應的主要模式之一是質子—質子循環，循環的結果可表示為411H→42He＋201e＋2γ。已知11H和42He的質量分別為mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c為光速。在4個11H轉變成1個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　因電子的質量遠小于質子的質量，計算中可忽略不計。質量虧損Δm＝4mp－mα，由質能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.007 8－4.002 6)×931 MeV≈26.6 MeV，選項C正確。
8．大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發電。氘核聚變反應方程是：21H＋21H→32He＋10n。已知21H的質量為2.013 6 u，32He的質量為3.015 0 u，10n的質量為1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2。氘核聚變反應中釋放的核能約為(　　)
A．3.7 MeV B．3.3 MeV
C．2.7 MeV D．0.93 MeV
解析：選B　氘核聚變反應的質量虧損為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B正確。

9．He-Ne激光器產生的波長為6.33×10－7 m的譜線是Ne原子從能量較高的激發態能級(用E1表示)向能量較低的激發態能級(用E2表示)躍遷時發生的；波長為3.39×10－6 m的譜線是Ne原子從能級E1向能量較低的激發態能級(用E3表示)躍遷時發生的。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的激發態能級E3與E2的能量差為(結果保留2位有效數字)(　　)
A．1.6 eV B．2.6 eV
C．3.6 eV D．4.0 eV
解析：選A　根據公式Em－En＝hcλ ，則有E1－E2＝hcλ1 ，E1－E3＝hcλ2 ；則有ΔE＝E3－E2＝hcλ1 －hcλ2 。代入數據，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錯誤。
10．(多選)(2020·北京海淀區模擬)釷234 90Th具有放射性，它能放出一個新的粒子而變為鏷234 91Pa，同時伴隨有γ射線產生，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為質子
B．X是釷核中的一個中子轉化成一個質子時產生的
C．γ射線是鏷原子核放出的
D．1 g釷234 90Th經過120天后還剩0.312 5 g
解析：選BC　根據電荷數和質量數守恒知，釷核衰變過程中放出了一個電子，即X為電子，故A錯誤；發生β衰變時釋放的電子是由核內一個中子轉化成一個質子時產生的，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經過120天即經過5個半衰期，故經過120天后還剩0.031 25 g，故D錯誤。
11．某核電站遭受嚴重破壞，產生了嚴重的核泄漏，從核電站周圍一定范圍內的空氣中和核電站排出的廢水中分別檢測出了放射性物質碘131和钚239，嚴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很不穩定，則經過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
D．碘131的半衰期只有8天，因此16天后會全部消失
解析：選B　裂變是重核生成幾個中等質量原子核的過程，鈾238的質量數比钚239的小，因此钚不是鈾核裂變的生成物，選項A錯誤；發生β衰變時質量數不發生改變，根據電荷數守恒可知239 92U發生2次β衰變后變成239 94Pu，選項B正確；核電站的核廢料中具有很多的放射性物質，不可以直接堆在露天垃圾場，選項C錯誤；碘131的半衰期是8天，它是一個統計規律，大量的碘131在8天后會剩一半，16天后會剩四分之一，因此選項D錯誤。
12．現有兩動能均為E0＝0.35 MeV的21H在一條直線上相向運動，兩個21H發生對撞后能發生核反應，得到32He和新粒子，且在核反應過程中釋放的能量完全轉化為32He和新粒子的動能。已知21H的質量為2.014 1 u，32He的質量為3.016 0 u，新粒子的質量為1.008 7 u，核反應時質量虧損1 u釋放的核能約為931 MeV(如果涉及計算，結果保留整數)。則下列說法正確的是(　　)
A．核反應方程為21H＋21H→32He＋11H
B．核反應前后不滿足能量守恒定律
C．新粒子的動能約為3 MeV
D.32He的動能約為4 MeV
解析：選C　由核反應過程中的質量數和電荷數守恒可知21H＋21H→32He＋10n，則新粒子為中子10n，所以A錯誤；核反應過程中質量虧損，釋放能量，虧損的質量轉變為能量，仍然滿足能量守恒定律，B錯誤；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，根據核反應中系統的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根據核反應中系統的動量守恒有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錯誤。
13．在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于放出一個α粒子，結果得到一張兩個相切圓的徑跡照片(如圖所示)，今測得兩個相切圓半徑之比r1∶r2＝1∶44。則

(1)圖中哪一個圓是α粒子的徑跡？(說明理由)
(2)這個原子核原來所含的質子數是多少？
解析：(1)因為動量守恒，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，運動方向相反。
(2)設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。
根據軌道半徑公式有r1r2＝m1v1Bq1m2v2Bq2＝m1v1q2m2v2q1，
又由于衰變過程中遵循動量守恒定律，則
m1v1＝m2v2，
以上三式聯立解得q＝90e。
即這個原子核原來所含的質子數為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)某些建筑材料可產生放射性氣體——氡，氡可以發生α或β衰變，如果人長期生活在氡濃度過高的環境中，那么，氡經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)發生一次α衰變生成新核釙(Po)，并放出一個能量為E0＝0.09 MeV的光子。已知放出的α粒子動能為Eα＝5.55 MeV。忽略放出光子的動量，但考慮其能量。1 u＝931.5 MeV/c2。
(1)寫出衰變的核反應方程；
(2)衰變過程中總的質量虧損為多少？(保留3位有效數字)。
解析：(1)衰變方程為222 86Rn→218 84Po＋42He＋γ；
(2)忽略放出光子的動量，根據動量守恒定律，0＝pα＋pPo，
即新核釙(Po)的動量與α粒子的動量大小相等，又Ek＝p22m，
可求出新核釙(Po)的動能為EPo＝4218Eα
由題意知，質量虧損對應的能量以光子的能量和新核、α粒子動能形式出現，衰變時釋放出的總能量為ΔE＝Eα＋EPo＋E0＝Δmc2
故衰變過程中總的質量虧損是Δm＝111Eα＋109E0109c2＝6.16×10－3 u。
答案：(1)222 86Rn→218 86Po＋42He　(2)6.16×10－3 u

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