【物理】2020届一轮复习人教版原子结构与原子核作业

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【物理】2020届一轮复习人教版原子结构与原子核作业

课时作业(五十五) 原子结构与原子核 ‎ [基础训练]‎ ‎1.“慧眼”观测的范围是美丽的银河系,γ射线暴是主要研究的对象之一.γ射线暴是来自天空中某一方向的γ射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象,它是仅次于宇宙大爆炸的爆发现象.下列关于γ射线的论述中正确的是(  )‎ A.γ射线同α、β射线一样,都是高速带电粒子流 B.γ射线的穿透能力比α射线强,但比β射线弱 C.γ射线是原子核能级跃迁蜕变时产生的 D.利用γ射线可以使空气电离,消除静电 答案:C 解析:γ射线是电磁波,不是高速带电粒子流;α、β、γ三种射线中,γ射线能量最高,穿透能力最强;利用α射线的电离作用可以使空气电离,将静电泄出,从而消除有害静电.‎ ‎2.(2018·东北三校二模)如图所示为查德威克发现中子的实验示意图,利用钋(Po)衰变放出的α粒子轰击铍(Be),产生的粒子P能将石蜡中的质子打出来,下列说法正确的是(  )‎ ‎  ‎ A.α粒子是氦原子 B.粒子Q的穿透能力比粒子P的强 C.钋的α衰变方程为Po→Pb+He D.α粒子轰击铍的核反应方程为He+Be→C+n 答案:D 解析:α粒子是氦原子核,选项A错误;粒子P是中子,粒子Q是质子,由于质子带正电,当质子射入物体时,受到的库仑力作用会阻碍质子的运动,而中子不带电,不受库仑力作用,所以选项B错误;在钋衰变中,根据质量数守恒知产生的是Pb,并非Pb,选项C错误;He+Be→6C+n是查德威克发现中子的核反应方程,选项D正确.‎ ‎3.(2018·辽宁沈阳联考)根据氢原子的能级图,现让一束单色光照射到一群处于基态(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.13.6 eV B.3.4 eV C.12.75 eV D.12.09 eV 答案:C 解析:根据受激的氢原子能发出6种不同频率的色光,有6=,解得n=4,即能发出6种不同频率的光的受激氢原子一定是在n=4能级,则照射处于基态的氢原子的单色光的光子能量为-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,C正确.‎ ‎4.(2018·福建质检)用波长为λ0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅有波长分别为λ1、λ2、λ3的三条谱线,且 λ1>λ2>λ3,则(  )‎ A.λ0=λ1 B.λ0=λ2+λ3‎ C.=+ D.=+ 答案:C 解析:处于激发态的氢原子在向低能级跃迁时向外辐射三种频率的光子,因此氢原子是由n=3能级向低能级跃迁的,因为λ1>λ2>λ3,由此可知==+,解得λ0=λ3、=+,所以C正确.‎ ‎5.如图所示是氢原子从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线,其中频率最大的是(  )‎ A.Hα B.Hβ ‎ C.Hγ D.Hδ 答案:D 解析:根据能级跃迁公式可知,当氢原子由第6能级跃迁到第2能级时,发出光子能量为hν=E6-E2,辐射的光子Hδ频率最大,故D选项正确.‎ ‎6.(2018·东北师大附中高三质检)如图所示,氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时,释放光子的波长分别是λa、λb、λc,则下列说法正确的是(  )‎ A.从n=3能级跃迁到n=1能级时,释放光子的波长可表示为λb= B.从n=3能级跃迁到n=2能级时,电子的势能减小,氢原子的能量增加 C.若用波长为λc的光照射某金属时恰好能发生光电效应,则用波长为λa的光照射该金属时也一定能发生光电效应 D.用12.09 eV的光子照射大量处于基态的氢原子时,一个氢原子可以辐射出三种频率的光 答案:A 解析:从n=3能级跃迁到n=1能级,有h=h+h,解得λb=,选项A正确;从n=3能级跃迁到n=2能级,放出光子,原子能量减小,选项B错误;从n=2能级跃迁到n=1能级的能量比从n=3能级跃迁到n=2能级放出的能量大,可知波长为λc的光的频率比波长为λa的光的频率大,根据光电效应发生的条件可知,选项C错误;根据跃迁的条件,可知用12.09 eV的光子照射处于基态的氢原子,氢原子可以跃迁到n=3的能级,可以辐射出三种不同频率的光,但一个氢原子只能辐射一种频率的光,选项D错误.‎ ‎7.(2018·湖南怀化三模)氦原子被电离失去一个核外电子,形成类氢结构的氦离子.已知基态的氦离子能量为E1=-54.4‎ ‎ eV,氦离子的能级示意图如图所示.以下关于该基态氦离子的说法中正确的是(  )‎ A.该基态氦离子吸收某种光子发生跃迁,当能量为E4=-3.4 eV时,氦离子最稳定 B.能量为48.4 eV的光子,能被该基态氦离子吸收而发生跃迁 C.一个该基态氦离子吸收能量为51.0 eV的光子后,向低能级跃迁能辐射出6种不同频率的光子 D.该基态氦离子吸收一个光子后,核外电子的动能增大 答案:B 解析:原子处于最低能量状态时最稳定,选项A错误;吸收能量为48.4 eV的光子,则氦离子的能量为-6.0 eV,能跃迁到n=3能级,选项B正确;一个处于基态的氦离子吸收能量为51.0 eV的光子后,能量为-3.4 eV,然后从n=4能级跃迁到n=1能级,最多可释放3种不同频率的光子,选项C错误;基态氦离子吸收一个光子后,由低能级向高能级跃迁,核外电子的轨道半径增大,根据k=m得v=,轨道半径增大,则核外电子的速度减小,动能减小,选项D错误.‎ ‎8.(2018·河南周口考前模拟)(多选)卢瑟福通过用α粒子(He)轰击氮核(N)的实验,首次实现了原子核的人工转变,则下列有关的说法中正确的是(  )‎ A.该核反应的方程为He+N→O+H B.通过此实验发现了质子 C.原子核在人工转变的过程中,电荷数可以不守恒 D.在此实验中,核子反应前的总质量一定等于反应后的总质量 答案:AB 解析:由质量数守恒和电荷数守恒,即可写出核反应方程:He+N→O+H,选项A正确;在这个核反应中产生了质子,选项B正确;在原子核的人工转变过程中,其电荷数守恒,选项C错误;由于在核反应中是质量数守恒,而非质量守恒,故选项D错误.‎ ‎ [能力提升]‎ ‎9.由于放射性元素Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现.已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi,下列论断中正确的是(  )‎ A.Bi比Np少28个中子 B.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变 C.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变 D.发生β衰变时,核内中子数不变 答案:B 解析:Bi和Np的中子数分别为126和144,相差18个,选项A错误;α衰变的次数为次=7次,7次α衰变减少了14个中子,所以还需再发生4次β衰变才能共减少18个中子,故选项B正确,C错误;β衰变是核内中子变为质子而放出的,故核内中子数要减少,选项D错误.‎ ‎10.(2018·江西临川模拟)氦3是一种清洁、高效和安全的核发电燃料,可以在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应从而实现发电.下列有关的说法中正确的是(  )‎ A.氘和氦3发生核聚变反应的方程为H+He→ He+X,其中X为中子 B.因为核聚变时释放能量,出现质量亏损,故其反应前后的质量数不守恒 C.核聚变反应后,核子的平均结合能增大 D.目前我国的核电站广泛采用氦3进行核聚变反应发电 答案:C 解析:由质量数守恒和电荷数守恒可知,X应为质子,选项A错误;核聚变过程中释放能量,出现质量亏损,但质量数仍然守恒,选项B错误;由于在这个核反应中会释放核能,所以反应后核子的平均结合能增大,选项C正确;目前我国的核电站均采用重核裂变的形式进行发电,选项D错误.‎ ‎11.(多选)静止在匀强磁场中的U核发生α衰变,产生一个α粒子和一个未知的粒子X,它们在磁场中的运动轨迹如图所示,下列说法正确的是(  )‎ A.该核反应方程为U→X+He B.α粒子和X粒子在磁场中做圆周运动时转动方向相同 C.轨迹1、2分别是α粒子、X粒子的运动轨迹 D.α粒子、X粒子运动轨迹半径之比为45∶1‎ 答案:ABD 解析:显然选项A中核反应方程正确,选项A正确;U核静止,根据动量守恒可知α粒子和X粒子速度方向相反,又都带正电,故转动方向相同,选项B正确;根据动量守恒可知α粒子和X粒子的动量大小p相等,由带电粒子在磁场中运动半径公式 R=可知轨道半径R与其所带电荷量成反比,故α粒子、X粒子运动轨迹半径之比为45∶1,选项C错误,D正确.‎ ‎12.(2018·湖北省武汉市四月调研)(多选)一种典型的铀核裂变是生成钡核和氪核,同时放出3个中子,核反应方程是U+X→Ba+Kr+3n,已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示,则下列说法正确的是(  )‎ A.在核反应方程中,X粒子是中子 B.在核反应方程中,X粒子是质子 C.U、Ba和Kr相比,Ba的比结合能最大,它最稳定 D.U、Ba和Kr相比,U的核子数最多,它的结合能最大 答案:AD 解析:由质量数和电荷数守恒可得X为n,即中子,选项A正确,B错误;从图中可知中等质量的原子核的比结合能最大,故Kr的比结合能最大,它最稳定,选项C错误;原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量,则U、Ba和Kr相比,U的核子数最多,它的结合能最大,选项D正确.‎ ‎13.(1)原子核U经放射性衰变①变为原子核Th,继而经放射性衰变②变为原子核Pa,再经放射性衰变③变为原子核U.放射性衰变①、②和③依次为(  )‎ A.α衰变、β衰变和β衰变 B.β衰变、α衰变和β衰变 C.β衰变、β衰变和α衰变 D.α衰变、β衰变和α衰变 ‎(2)法国科学家贝可勒尔(H.A.Becquerel)在1896年发现了天然放射现象.如图反映的是放射性元素铀核衰变的特性曲线.由图可知,铀的半衰期为________年;请在下式的括号中,填入铀在衰变过程中原子核放出的粒子的符号.‎ U→Th+(  )‎ 答案:(1)A (2)1 620 He 解析:(1)衰变过程中电荷数、质量数守恒,由题意可得衰变方程分别为:U→Th+He,Th→Pa+e,Pa→U+e,所以A对.‎ ‎(2)根据半衰期的定义,由题图坐标轴数据可知,铀的半衰期为1 620年;由核反应所遵循的电荷数守恒和质量数守恒可知,衰变过程中放出的粒子的电荷数为Z=92-90=2,质量数为A ‎=238-234=4,符号为He.‎ ‎14.如图甲所示,静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度为v0=7.7×104 m/s的中子而发生核反应,即Li+n→H+He,若已知He的速度v2=2.0×104 m/s,其方向与反应前中子速度方向相同,试求:‎ ‎ ‎ ‎(1)H的速度大小和方向;‎ ‎(2)在图乙中,已画出并标明两粒子的运动轨迹,请计算出轨迹半径之比;‎ ‎(3)当He旋转三周时,粒子H旋转几周?‎ 答案:(1)1.0×103 m/s,方向与v0相反 (2)3∶40‎ ‎(3)2周 解析:(1)反应前后动量守恒:m0v0=m1v1+m2v2 ①‎ ‎(v1为氚核速度,m0、m1、m2分别代表中子、氚核、氦核质量)‎ 代入数值可解得:v1=-1.0×103 m/s ②‎ 方向与v0相反.‎ ‎(2)H、He在磁场中均受洛伦兹力F洛,做匀速圆周运动的半径之比为 r1∶r2=∶=3∶40. ③‎ ‎(3)H和He做匀速圆周运动的周期之比为 T1∶T2=∶=3∶2 ④‎ 所以它们的旋转周数之比为 n1∶n2=T2∶T1=2∶3 ⑤‎ 即He旋转3周时,H旋转2周.‎
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