（江蘇專用）2020高考物理二輪復習 第一部分 專題五 動量與原子物理學 第三講 原子結構與原子核課后自測診斷卷

第三講 原子結構與原子核 ——課后自測診斷卷 1．[多選](2020·江蘇七市三模)中微子是一種不帶電、質量很小的粒子。早在1942年我國物理學家王淦昌首先提出證實中微子存在的實驗方案。靜止的鈹核(Be)可能從很靠近它的核外電子中俘獲一個電子(動能忽略不計)形成一個新核并放出中微子，新核處于激發(fā)態(tài)，放出γ光子后回到基態(tài)。通過測量新核和γ光子的能量，可間接證明中微子的存在。則(　　) A．產(chǎn)生的新核是鋰核(Li) B．反應過程吸收能量 C．中微子的動量與處于激發(fā)態(tài)新核的動量大小相等 D．中微子的動能與處于激發(fā)態(tài)新核的動能相等 解析：選AC　根據(jù)題意可知發(fā)生的核反應方程為Be＋e→Li＋νe，所以產(chǎn)生的新核是鋰核，反應過程放出能量，故A正確，B錯誤；根據(jù)動量守恒可知中微子的動量與處于激發(fā)態(tài)新核的動量大小相等，方向相反，故C正確；因為中微子的動量與處于激發(fā)態(tài)新核的動量大小相等，質量不等，根據(jù)Ek＝，可知中微子的動能與處于激發(fā)態(tài)新核的動能不相等，故D錯誤。 2．[多選](2020·武漢質檢)我國自主研發(fā)的釷基熔鹽是瞄準未來20～30年后核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的第四代核反應堆，是一種液態(tài)燃料堆，使用釷鈾核燃料循環(huán)，以氧化鹽為冷卻劑，將天然核燃料和可轉化核燃料熔融于高溫氯化鹽中，攜帶核燃料在反應堆內部和外部進行循環(huán)。釷232不能直接使用，需要俘獲一個中子后經(jīng)過2次β衰變轉化成鈾233再使用，鈾233的一種典型裂變方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n。已知鈾233的結合能為E1、鋇142的結合能為E2、氪89的結合能為E3，則(　　) A．鈾233比釷232少一個中子 B．鈾233、鋇142、氪89三個核中氪89的結合能最小，比結合能卻最大 C．鈾233、鋇142、氪89三個核中鈾233的結合能最大，比結合能也最大 D．鈾233的裂變反應釋放的能量為ΔE＝E1－E2－E3 解析：選AB　設釷核的電荷數(shù)為a，則釷232俘獲一個中子后經(jīng)過2次β衰變轉化成鈾233，則a＝92－2＝90，則釷232中含有中子數(shù)為232－90＝142，鈾233含有中子數(shù)為233－92＝141，則鈾233比釷232少一個中子，選項A正確；鈾233、鋇142、氪89三個核中氪89質量數(shù)最小，結合能最小，因核子數(shù)較小，則比結合能卻最大，選項B正確，C錯誤；鈾233的裂變反應中釋放的能量等于生成物的結合能減去反應物的結合能，選項D錯誤。 3．[多選](2020·南京、鹽城三模)下列對物理知識的理解正確的有(　　) A．α射線的穿透能力較弱，用厚紙板就能擋住 B．動能相等的質子和電子，它們的德布羅意波長也相等 C．放射性元素釙的半衰期為138天，100 g的釙經(jīng)276天，已發(fā)生衰變的質量為75 g D．質子、中子、α粒子的質量分別為m1、m2、m3，兩個質子和兩個中子結合成一個α粒子，釋放的能量是(m1＋m2－m3)c2 解析：選AC　γ射線電離最弱，穿透最強，α射線電離最強，穿透最弱，用厚紙板就能擋住，故A正確；動能相同的質子和電子，它們的動量大小可以用公式p＝判斷，質子與電子的質量不同，所以動能相等的電子與質子的動量是不同的，再根據(jù)德布羅意波的波長公式λ＝，可知其波長也不相同，故B錯誤；根據(jù)m＝m0知，100 g的Po經(jīng)276天，即經(jīng)過2個半衰期，已衰變的質量為75 g，故C正確；質子、中子、α粒子的質量分別為m1、m2、m3，兩個質子和兩個中子結合成一個α粒子，由愛因斯坦質能方程可知，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2，故D錯誤。 4．[多選](2020·南京、鹽城二模)放射性元素氡(Rn)的半衰期為T，氡核放出一個X粒子后變成釙核(Po)，設氡核、釙核和X粒子的質量分別為m1、m2、m3，下列說法正確的是(　　) A．該過程的核反應方程是Rn→Po＋He B．發(fā)生一次核反應釋放的核能為(m2＋m3－m1)c2 C．1 g氡經(jīng)2T時間后，剩余氡原子的質量為0.5 g D．釙核的比結合能比氡核的比結合能大 解析：選AD　根據(jù)核反應過程質量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，該核反應方程是Rn→Po＋He，故A正確；聚變反應中虧損的質量轉化為能量，故釋放的核能為E＝(m1－m2－m3)c2，故B錯誤；1 g氡經(jīng)2T時間后，剩余氡原子的質量為0.25 g，故C錯誤；從氡核衰變成釙核放出核能，所以釙核的比結合能比氡核的比結合能大，故D正確。 5．[多選](2020·南師附中模擬)基于下列四幅圖的敘述正確的是(　　) A．由甲圖可知，黑體溫度升高時，各種波長的電磁波輻射強度都增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 B．由乙圖可知，a光光子的頻率高于b光光子的頻率 C．由丙圖可知，該種元素的原子核每經(jīng)過7.6天就有發(fā)生衰變 D．由丁圖可知，中等大小的核的比結合能大，這些核最穩(wěn)定 解析：選AD　由題圖甲觀察可知黑體溫度升高時，各種波長的電磁波輻射強度都增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故A正確；由題圖乙可知，a光光子的頻率低于b光光子的頻率，故B錯誤；由題圖丙可知，該種元素的原子核每經(jīng)過7.6天就有發(fā)生衰變，故C錯誤；由題圖丁可知，質量數(shù)為40的原子的比結合能最大，即中等大小的核的比結合能大，這些核最穩(wěn)定，故D正確。 6．[多選](2020·南通一模)已知氫原子基態(tài)能量為－13.6 eV，下列說法正確的有(　　) A．使n＝2能級的氫原子電離至少需要吸收3.4 eV的能量 B．氫原子由n＝3能級躍遷到n＝2能級，放出光子，能量增加 C．處于基態(tài)的氫原子吸收能量為10.2 eV的光子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài) D．大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子會輻射出3種不同頻率的光 解析：選AD　氫原子基態(tài)能量為－13.6 eV，則n＝2能級為E2＝－ eV＝－3.4 eV，因此要使處于n＝2能級的氫原子電離至少需要吸收3.4 eV的能量，故A正確；氫原子由n＝3能級躍遷到n＝2能級，放出光子，能量減少，故B錯誤；處于基態(tài)的氫原子吸收能量為10.2 eV的光子，能量變?yōu)镋＝－13.6 eV＋10.2 eV＝－3.4 eV，因此會從n＝1能級躍遷到n＝2能級，故C錯誤；根據(jù)C＝3，可知大量處于n＝3能級的氫原子躍遷時能輻射出3種不同頻率的光子，故D正確。 7．[多選](2020·宿遷一模)下列說法中正確的有(　　) A．氡核的半衰期為3.8天，20個氡原子核經(jīng)7.6天后剩下5個氫原子核 B．由質能方程可知，物體的能量發(fā)生變化時，物體的質量也相應變化 C．鐳核發(fā)生一次α衰變時，產(chǎn)生的新核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4 D．釷核發(fā)生β衰變后，產(chǎn)生新核的比結合能大于原來釷核的比結合能 解析：選BD　半衰期具有統(tǒng)計意義，對大量的原子核適用，對少數(shù)的原子核不適用，故A錯誤；質能方程E＝mc2可知，物體的能量發(fā)生變化時，物體的質量也相應變化，故B正確；鐳核發(fā)生一次α衰變時，新核與原來的原子核相比，質量數(shù)減少了4，中子數(shù)減少2，故C錯誤；釷核發(fā)生β衰變后，產(chǎn)生新核處于高能級，所以產(chǎn)生的新核比結合能增加，故D正確。 8．[多選](2020·鹽城四模)下列說法正確的是(　　) A．氘和氚聚變反應中產(chǎn)生的氦核具有放射性 B．核反應堆中的石墨是將快中子減速為慢中子 C．核反應堆中的鎘是調節(jié)中子數(shù)目控制反應速度 D．裂變反應后的平均結合能比反應前的平均結合能小 解析：選BC　氘和氚聚變反應中產(chǎn)生的氦核因原子序數(shù)較小，則不具有放射性，選項A錯誤；核反應堆中的石墨是將快中子減速為慢中子，選項B正確；核反應堆中的鎘是調節(jié)中子數(shù)目控制反應速度，選項C正確；裂變反應放出核能，則反應后的平均結合能比反應前的平均結合能大，選項D錯誤。 9．[多選](2020·蘇北四市一模)下列說法正確的是(　　) A．比結合能大的原子核分解成比結合能小的原子核時要吸收能量 B．用紫光照射某金屬表面時發(fā)生光電效應，改用紅光照射時也一定能發(fā)生光電效應 C．黑體輻射的強度隨溫度的升高而變大，且極大值向波長較短的方向移動 D．改變壓強、溫度可改變放射性元素的半衰期 解析：選AC　比結合能大的原子核分解為比結合能小的原子核時，核子的總結合能減小，一定要吸收核能才能完成，故A正確；用紫光照射某種金屬可以發(fā)生光電效應，可知紫光的頻率大于金屬的極限頻率，紅光的頻率小于紫光的頻率，用紅光照射不一定能產(chǎn)生光電效應，故B錯誤；黑體輻射的強度隨溫度的升高而變大，且極大值向波長較短的方向移動，故C正確；半衰期由原子核本身決定，與外界因素無關，故D錯誤。 10.(2020·蘇北四市一模)如圖所示為氫原子的能級圖，萊曼線系是氫原子從n＝2,3,4，5，…激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時輻射的光譜線系，輻射出光子的最小頻率為________，該光子被某種金屬吸收后，逸出的光電子最大初動能為Ek，則該金屬的逸出功為____________。已知普朗克常量為h，氫原子處于基態(tài)時的能量為E1。 解析：由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的能級差越小，輻射出的光子能量越小，頻率也越小，則從n＝2躍遷到n＝1輻射出的光子頻率最小，E2－E1＝ΔEmin＝hν，而E2＝＝，可得νmin＝－；根據(jù)愛因斯坦的光電效應方程Ek＝hνmin－W0，可得W0＝－E1－Ek。 答案：－　－－Ek 11.(2020·揚州期末)可見光中某綠光的光子能量是2.5 eV，若用它照射逸出功是2.2 eV的某種金屬，產(chǎn)生光電子的最大初動能為________eV。如圖所示為氫原子能級的示意圖，若用該綠光照射處于n＝2能級的氫原子，______(選填“能”或“不能”)使氫原子躍遷。 解析：用能量為2.5 eV的光子照到逸出功是2.2 eV的某種金屬，根據(jù)光電效應方程，產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ek＝hν－W0＝0.3 eV；綠光的光子能量2.5 eV不等于處于n＝2能級的氫原子與任一能級間的能量差，故不能使氫原子躍遷。 答案：0.3　不能 12.(2020·蘇北三市一模)靜止的電子經(jīng)電場加速后，撞擊氫原子使其由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，電子的加速電壓至少為________V；用大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷釋放的光子，照射某種金屬，有兩種頻率的光子能使該金屬發(fā)生光電效應，則該金屬的逸出功W0一定小于________ eV。 解析：使處于n＝1的氫原子躍遷到n＝2激發(fā)態(tài)，所需要的能量最小， 即：Ue＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV 則電子的加速電壓至少為：U＝10.2 V； 根據(jù)光電效應規(guī)律可知，從n＝4躍遷到n＝1和從n＝3躍遷到n＝1時釋放的兩種頻率的光子能產(chǎn)生光電效應，則從n＝3躍遷到n＝1時釋放出光子的能量為：ΔE＝12.09 eV，則可知該金屬的逸出功W0一定小于12.09 eV。 答案：10.2　12.09 13.(2020·鹽城、南京一模)氦原子的一個核外電子被電離，形成類氫結構的氦離子。如圖所示是氦離子能級的示意圖?，F(xiàn)有氦離子從n＝4 能級到n＝______能級輻射出的光子能量為10.2 eV；用該光照射逸出功為2.29 eV的金屬鈉，光電子產(chǎn)生的最大初動能為________eV。 解析：根據(jù)氫原子能級躍遷時吸收或放出的能量等于兩能級差，即hν＝Em－En，由題意可知，10.2 eV＝－3.4 eV－En，解得En＝－13.6 eV，所以n＝2；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0可知，Ek＝10.2 eV－2.29 eV＝7.91 eV。 答案：2　7.91 14．(2020·江蘇六市二模)氫原子能級圖如圖所示，大量處于n＝2能級的氫原子躍遷到基態(tài)，發(fā)射出的光照射光電管陰極K，測得遏止電壓為7.91 V，則陰極K的逸出功W＝________eV；在氫原子巴爾末系(氫原子從n≥3能級直接躍遷到n＝2能級形成的譜線)中有________種頻率的光照射該光電管不能發(fā)生光電效應。 解析：由題意知，遏止電壓為7.91 V，光電子的最大初動能為7.91 eV，光子的能量為(－3.4 eV)－(－13.6 eV)＝10.2 eV，故陰極K的逸出功W＝10.2 eV－7.91 eV＝2.29 eV。在氫原子巴爾末系中，從n＝3躍遷到n＝2釋放光子的能量為－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，小于2.29 eV，從n＝4躍遷到 n＝2釋放光子的能量為－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV，大于2.29 eV，故氫原子巴爾末系中只有1種頻率的光照射該光電管不能發(fā)生光電效應。 答案：2.29　1 15．(2020·江蘇七市三模)60Co是金屬元素鈷的一種放射性同位素，用中子輻射金屬鈷(Co)可得到60Co。質量為m0、速度大小為v0的中子打進一個質量為m1的原子核Co，形成一個處于激發(fā)態(tài)的新核Co，新核輻射光子后躍遷到基態(tài)。已知真空中光速為c，不考慮相對論效應。 (1)求處于激發(fā)態(tài)新核60Co的速度大小v； (2)已知原子核60Co的質量為m2，求整個過程中由于質量虧損釋放的核能ΔE。 解析：(1)由動量守恒定律有m0v0＝(m0＋m1)v， 解得v＝； (2)質量虧損Δm＝m1＋m0－m2， 根據(jù)愛因斯坦質能方程： 釋放的核能ΔE＝Δmc2， 解得ΔE＝(m1＋m0－m2)c2。 答案：(1)　(2)(m1＋m0－m2)c2