2024届高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十五原子结构与原子核

这是一份2024届高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十五原子结构与原子核，共8页。试卷主要包含了下列说法正确的是，PET的基本原理是等内容，欢迎下载使用。


A．α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流
B．实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内
C．α粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对α粒子的作用引起的
D．α粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对α粒子的斥力引起的
解析：α粒子是从放射性物质中发射出来的氦核，A项错误；若原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内，α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动的影响不会很大，不会出现大角度偏转的实验结果，B项错误；电子对α粒子速度的大小和方向的影响可以忽略，C项错误；原子核带正电，体积很小，但几乎占有原子的全部质量，电子在核外运动，当α粒子进入原子区域后，大部分离原子核很远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不变，只有极少数α粒子在穿过时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散射，D项正确．故选D.
答案：D
2．(2023·广东江门一模)图甲为氢原子能级图，图乙为氢原子的光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可见光区的四条谱线，其中Hβ谱线是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射产生的，下列说法正确的是( )
A．这四条谱线中，Hα谱线光子频率最大
B．氢原子的发射光谱属于连续光谱
C．用能量为3.5 eV的光子照射处于n＝2激发态的氢原子，氢原子不发生电离
D．若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是Hδ
解析：由图乙可知Hα谱线对应的波长最大，由E＝heq \f(c,λ)，可知，波长越大，能量越小，A项错误；氢原子的发射光谱属于线状谱，B项错误；处于n＝2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4 eV的能量，C项错误；频率越大的光子越容易使金属产生光电效应，图中Hδ谱线波长最小，频率最大，Hδ光能量最大，若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是Hδ，D项正确．
答案：D
3．“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克，俗称“人造太阳”．人造太阳中发生的主要是氢的同位素——氘和氚的核聚变反应．下列说法中正确的是( )
A．核反应方程为eq \\al(3,1)H＋eq \\al(2,1)H―→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,1)H
B．该核反应过程吸收能量
C．该核反应生成物的质量大于反应物的质量
D．聚变生成物eq \\al(4,2)He的比结合能大于反应物eq \\al(2,1)H的比结合能
解析：核反应方程中质量数与电荷数守恒，而A选项中的电荷数不守恒，A项错误；核聚变反应过程放出能量，B项错误；核聚变反应有大量的能量放出，由爱因斯坦质能方程知，有质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量，C项错误；比结合能越大，原子核越稳定，故eq \\al(4,2)He的比结合能大于eq \\al(2,1)H的比结合能，D项正确．故选D.
答案：D
4．用加速后的电子轰击大量处于基态的氢原子，氢原子受到激发后发出的光可使逸出功W0＝2.75 eV的金属产生光电效应现象．氢原子的能级图如图所示，下列判断正确的是( )
A．加速后电子动能最小值可能为10.2 eV
B．加速后电子动能最小值可能为2.75 eV
C．金属逸出的光电子的最大初动能可能为0 eV
D．金属逸出的光电子的最大初动能可能为0.65 eV
解析：光子的能量大于逸出功2.75 eV时，才能产生光电效应现象，即hν>W0＝2.75 eV.电子加速度轰击基态的氢原子，氢原子受到激发跃迁到n＝2的能级，需要吸收的能量最小为ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV>2.75 eV，所以加速后电子动能最小值可能为10.2 eV，A项正确，B项错误；处于基态的氢原子受到激发，向低能级跃迁时，发射光子的能量为hν＝eq \f(E1,m2)－eq \f(E1,n2)(其中E1＝－13.6 eV，m、n为整数，且m>n)．若金属逸出的光电子的最大初动能为0 eV，则光子的能量为hν＝W0＝2.75 eV，没有相应的m、n能级之间的跃迁产生2.75 eV的光子，若金属逸出的光电子的最大初动能为0.65 eV，则光子的能量为hν＝W0＋Ek＝3.4 eV，没有相应能级间的跃迁可以产生3.4 eV的光子，故C、D两项错误．故选A.
答案：A
5．2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核污水，消息一出，举世哗然．福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水中含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钌106等放射性核素．其中铀235的半衰期大约为12.5年，其衰变方程为eq \\al(235, 92)U→eq \\al(231, 90)Th＋X＋γ，下列观点正确的是( )
A．衰变中产生的粒子X本质上是氦原子
B．铀235衰变后核子的总质量相比衰变前减少
C．衰变过程中释放核能，铀235的比结合能大于钍231的比结合能
D．如果日本政府在12.5年后再排放经过处理的核污水将不会对环境产生影响
解析：根据衰变规律可知，X为α粒子，本质上是氦的原子核，不是氦原子，故A项错误；由于衰变过程中出现射线，可知会释放出核能，产生质量亏损，故反应后核子的总质量会减少，衰变是不稳定的原子核向结构稳定的原子核的变化，故新核的比结合能大于核反应前原子核的比结合能，故B项正确，C项错误；铀235经过一个半衰期只是有半数发生衰变，还存在大量原子核没有衰变，所以此时核污水还是具有放射性，故D项错误．
答案：B
6．(2023·河北适应性考试)为了解释氢原子的发光现象，玻尔于1913年提出了原子假说．如图所示，一电子绕氢原子核做匀速圆周运动，基态的轨道半径为r1，电子在该轨道上运动的动能为Ek1，基态原子的能量为E1，某激发态的轨道半径为r2，电子在该轨道上运动的动能为Ek2，该激发态原子的能量为E2.下列说法中正确的是( )
A．Ek2>Ek1
B．电子可以在r1和r2之间的任意轨道上稳定运动
C．处于该激发态的原子向基态跃迁时释放的光子频率为eq \f(E2－E1,h)
D．氢原子的上述能级跃迁释放能量的方式和氢弹释放能量的相同
解析：电子绕原子核做圆周运动，由库仑力提供向心力得keq \f(e2,r2)＝meq \f(v2,r)，可得电子的动能为Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(ke2,2r)∝eq \f(1,r)，由于r1Ek2，故A项错误；根据玻尔的电子轨道量子化假设，可知电子不可以在r1和r2之间的任意轨道上稳定运动，故B项错误；处于该激发态的原子向基态跃迁时释放的光子能量为hν＝E2－E1，可得释放的光子频率为ν＝eq \f(E2－E1,h)，故C项正确；氢原子的上述能级跃迁释放能量的方式和氢弹释放能量的不相同，氢弹是通过轻核聚变释放能量，故D项错误．故选C.
答案：C
7．(2023·湖南彬州三模)下列说法正确的是( )
A．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
B.eq \\al(238, 92)U衰变为eq \\al(222, 86)Rn经过4次α衰变，2次β衰变
C．原子核发生β衰变过程中所放出的电子来自原子的外层电子
D．根据玻尔理论可知，一个氢原子核外电子从n＝4能级向低能级跃迁最多可辐射6种不同频率的光子
解析：比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A项错误；设eq \\al(238,)92U衰变为eq \\al(222,)86Rn经过m次α衰变，n次β衰变，根据电荷数和质量数守恒可得92＝86＋m×2＋n×(－1)238＝222＋m×4＋n×0联立解得m＝4，n＝2，故B项正确；原子核发生β衰变过程中所放出的电子来自中子转化为质子和电子，故C项错误；根据玻尔理论可知，一个氢原子核外电子从n＝4能级向低能级跃迁最多可辐射3种不同频率的光子，故D项错误．故选B项．
答案：B
8．科学研究发现，钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，已知钚的一种同位素eq \\al(239,)94Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为eq \\al(239,)94Pu→X＋eq \\al(4,2)He＋γ，该衰变过程中产生的γ光子照射到逸出功为W0的金属上，逸出光电子最大初动能为Ek0.已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h.下列说法中正确的是( )
A．衰变产生的γ光子带正电且具有很强的电离能力
B．X原子核中含有92个中子
C．γ光子的波长为eq \f(hc,W0＋Ek0)
D．80个eq \\al(239,)94Pu经过48 200年后一定剩余20个
解析：衰变产生的γ光子不带电，具有很强的穿透能力，但是电离本领很弱，选项A项错误；
X原子核中质量数为235，电荷数为92，则含有235－92＝143个中子，选项B项错误；根据光电效应规律可得Ek0＝eq \f(hc,λ)－W0，可得γ光子的波长为λ＝eq \f(hc,W0＋Ek0)，选项C项正确；半衰期是大量原子衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适应，选项D项错误．故选C.
答案：C
9．2020年1月10日，黄旭华获2019年国家最高科学技术奖．他是中国第一代核潜艇总设计师，成功研制了我国第一代核潜艇，为我国海基核力量实现从无到有的历史性跨越做出了卓越的贡献．核潜艇是以核反应堆(如图所示)为动力来源的潜艇，反应堆的核反应方程式为：eq \\al(235,)92U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(q,p)X＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n，下列说法正确的是( )
A．eq \\al(q,p)X元素有56个质子，144个中子
B．eq \\al(235,)92U的比结合能(平均结合能)大于eq \\al(89,36)Kr的比结合能
C．根据E＝mc2，裂变后释放核能，裂变过程质量发生亏损
D．要能发生链式反应，铀块的体积应小于临界体积
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X元素的电荷数(质子数)为p＝56，质量数q＝144，则含有144－56＝88个中子，A项错误；该反应放出核能，则生成物eq \\al(89,36)Kr的比结合能(平均结合能)大于eq \\al(235,)92U的比结合能，B项错误；根据E＝mc2，裂变后释放核能，裂变过程质量发生亏损，C项正确；要能发生链式反应，铀块的体积应大于临界体积，D项错误．故选C.
答案：C
10．(多选)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是：将eq \\al(15,)8O放射性同位素注入人体，参与人体的代谢过程. eq \\al(15,)8O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象．根据PET原理，下列说法正确的是( )
A．衰变的方程式为eq \\al(15,)8O→eq \\al(15,)7N＋eq \\al(0,1)e
B．将放射性同位素eq \\al(15,)8O注入人体，eq \\al(15,)8O 的主要用途作为示踪原子
C．一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子
D．PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长
解析：由质量数守恒和电荷数守恒得：eq \\al(15,8)O的衰变的方程式是eq \\al(15,)8O→eq \\al(15,)7N＋eq \\al(0,1)e，故A项正确；将放射性同位素eq \\al(15,)8O注入人体，eq \\al(15,)8O的主要用途作为示踪原子，故B项正确；正负电子湮灭生成两个光子，故C项错误；氧在人体内的代谢时间不长，因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故D项错误；故选AB.
答案：AB
11．(多选)2021年12月20日，我国宣布：全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功．标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一．目前核电站获取核能的基本核反应方程：eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋X＋3eq \\al(1,0)n，其中eq \\al(144, 56)Ba不稳定，衰变的半衰期为T，下列说法正确的是( )
A．反应产物X的中子数为50
B．0.5 kg的eq \\al(144, 56)Ba原子核，经过3T剩下开始时的eq \f(1,8)
C．反应产物X的比结合能比eq \\al(235, 92)U的比结合能大
D．上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量
解析：根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)X＋3eq \\al(1,0)n，可知X原子核中含有的中子数为53，故A项错误；根据半衰期公式m余＝m(eq \f(1,2))eq \a\vs4\al(\f(t,T))，可知，经过3T，eq \f(m余,m)＝(eq \f(1,2))3＝eq \f(1,8)，所以一定质量的eq \\al(144, 56)Ba原子核剩下的质量占开始时的eq \f(1,8)，故B项正确；核反应中生成物比反应物稳定，比结合能大，故C项正确；该核反应为重核裂变反应，故D项错误．故选BC.
答案：BC
12．(多选)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011 kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨．为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热．下列说法正确的是( )
A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kg
C．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D．反应堆中存在eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(89,36)Ba＋eq \\al(144,56)Kr＋3eq \\al(1,0)n的核反应
解析：秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，故A项错误；原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为Δm＝eq \f(ΔE,c2)＝eq \f(6.9×1011×1 000×3 600,（3×108）2) kg≈27.6 kg，核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6 kg，故B项错误；核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，故C项正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(89,36)Ba＋eq \\al(144,56)Kr＋3eq \\al(1,0)n的核反应，故D项正确；故选CD.
答案：CD
13．(多选)氢原子的能级图如图所示，原子从能级n＝4向n＝2跃迁所放出的光子能使某种金属材料发生光电效应，且光电子的最大初动能为0.3 eV，已知普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s，则以下说法中正确的是( )
A．该金属的逸出功为2.25 eV
B．该金属的截止频率为5.43×1033 Hz
C．氢原子从能级n＝2向n＝1跃迁所放出的光子照射该金属，产生的光电子的最大初动能为7.95 eV
D．用动能为0.3 eV的电子撞击能级n＝2的氢原子，可以使其跃迁到能级n＝3
解析：原子从能级n＝4向n＝2跃迁所放出的光子能量为E＝(－0.85 eV)－(－3.4 eV)＝2.55 eV，根据E＝W＋eq \f(1,2)mveq \\al(2,m)，该金属的逸出功为W＝E－eq \f(1,2)mveq \\al(2,m)＝2.55 eV－0.3 eV＝2.25 eV，截止频率ν0＝eq \f(W,h)＝eq \f(2.25×1.6×10－19,6.63×10－34) Hz＝5.43×1014 Hz，A项正确，B项错误；氢原子从能级n＝2向n＝1跃迁所放出的光子能量为E′＝(－3.4 eV)－(－13.6 eV)＝10.2 eV，所放出的光子照射该金属，产生的光电子的最大初动能为Ekm＝E′－W＝7.95 eV，C项正确；因n＝2与n＝3的能级差为1.89 eV，则用动能为0.3 eV的电子撞击能级n＝2的氢原子，不可以使其跃迁到能级n＝3，D项错误．故选AC.
答案：AC