(能力提高练) 第二节 原子结构和原子核-2023年高考物理一轮系统复习学思用
展开【能力提升练】 第二节 原子结构和原子核
1.(2022•高考浙江卷)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态,在向低能级跃迁时放出光子,用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是( )
A.逸出光电子的最大初动能为10.80eV
B.n=3跃迁到n=1放出的光子动量最大
C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D.用0.85eV的光子照射,氢原子跃迁到n=4激发态
【解析】 A.从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大,根据,可得此时最大初动能为,故A错误;
B.根据,,又因为从n=3跃迁到n=1放出的光子能量最大,故可知动量最大,故B正确;
C.大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出种频率的光子,其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为,不能使金属钠产生光电效应,其他两种均可以,故C错误;
D.由于从n=3跃迁到n=4能级需要吸收的光子能量为,所以用0.85eV的光子照射,不能使氢原子跃迁到n=4激发态,故D错误。故选B。
【答案】 B
2.(2022•四川省石室中学高三(下)第五次专家联测卷)如图所示为氢原子能级图,现有大量氢原子从n=4的能级发生跃迁,产生一些不同频率的光,让这些光照射一个逸出功为2.29 eV的钠光电管,以下说法正确的是( )
A.这些氢原子可能发出3种不同频率的光
B.能够让钠光电管发生光电效应现象的有4种光子
C.光电管发出的光电子与原子核发生衰变时飞出的电子都是来源于原子核内部
D.钠光电管在这些光照射下发出的光电子再次轰击处于基态的氢原子,可以使氢原子跃迁到n=3的能级
【解析】 A.大量氢原子从n=4能级跃迁能产生6种不同频率的光,故A错误;
B.其中能让钠光电管发生光电效应现象的有4种光子,即为氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级,从n=3能级跃迁到n=1能级,从n=4能级跃迁到n=1能级,从n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光子,故B正确;
C.光电管发出的光电子来自于金属板原子核外的自由电子,故C错误;
D.氢原子从n=4能级向n=1能级发生跃迁,辐射光能量最大,当该光照射钠光电管时,逸出的光电子的最大能量为E=-0.85 eV-(-13.60 eV)-2.29 eV=10.46 eV,而氢原子从n=1能级跃迁到n=3能级,需要吸收的能量为E′=-1.51 eV-(-13.60 eV)=12.09 eV,因10.46 eV<12.09 eV,故用该光电子轰击处于基态的氢原子,不能使之跃迁到n=3能级,故D错误。故选:B
【答案】 B
3.(2022•重庆市第一中学高三(下)第一次月考)锌的逸出功是.如图为氢原子的能级示意图,则下列对氢原子在能级跃迁过程中的特征认识,正确的是( )
A.用能量为的光子轰击氢原子,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
B.一群处于能级的氢原子向基态跃迁时,发出的光照射锌板,锌板表面所发出的光电子的最大初动能为
C.一个处于能级的氢原子向基态跃迁时,最多放出3个光子
D.用氢原子从高能级直接向基态跃迁时发射的光照射锌板不一定能产生光电效应
【解析】 A.若氢原子吸收能量为10.3eV的光子,吸收光子后氢原子的能量,氢原子没有该能级,所以不可使处于基态的氢原子跃迁到激发态,A错误;
B.氢原子从n=3的能级向基态跃迁时发出的光子的能量最大,光子能量,因锌的逸出功是3.34ev,锌板表面所发出的光电子的最大初动能为,B错误;
C.一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时最多可放出3种不同频率的光子,即从n=4能级跃迁到n=3能级,从n=3能级跃迁到n=2能级,从n=2能级跃迁到n=1能级,C正确;
D.氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的能量最小为从n=2能级跃迁到n=1能级发出的光子的能量,为10.2eV,大于锌的逸出功,则照射金属锌板一定能产生光电效应现象,D错误。故选C。
【答案】 C
4.(2022•四省区八校高三(下)开学考试)根据玻尔原子结构理论,氢原子部分能级的示意图如图所示。用动能为Ek的电子撞击一群处于基态的氢原子,发现能产生6种频率的光子,下列说法正确的是( )
A.Ek一定等于12.75eV
B.处于基态的氢原子可能被激发到n=5的激发态
C.用这些光子照射逸出功为6.34eV的金属铂,只有部分光子能使金属铂发生光电效应
D.用这些光子照射逸出功为6.34eV的金属铂,逸出光电子的最大初动能可能为12.75eV
【解析】 AB.用动能为Ek的电子撞击一群处于基态的氢原子,发现能产生6种频率的光子,由可知氢原子被激发到n=4的激发态,所以有12.75eV≤Ek<13.06eV,AB错误;
C.产生6种频率的光子中,最小能量的光子为E1=−0.85eV−(−1.51)eV=0.66eV,最大能量的光子为E2=−0.85eV−(−13.6)eV=12.75eV,所以有用这些光子照射逸出功为6.34eV的金属铂,只有部分光子能使金属铂产生光电效应,C正确;
D.用最大能量为12.75eV的光子照射逸出功为6.34eV的金属铂,逸出光电子的最大初动能可能为6.41eV,D错误。故选C。
【答案】 C
5.(多选)(2022•成都市第七中学高三(下)入学考试)巴耳末系是指氢原子从能级跃迁到n=2能级时发出的光谱线系,如图甲所示。图乙中给出了巴耳末谱线对应的波长。已知可见光的能量在之间,普朗克常量,则下列说法正确的是( )
A.Hα谱线对应光子的能量大于Hβ谱线对应光子的能量
B.属于巴耳末系的Hα、Hβ、Hγ、Hδ谱线均属于可见光
C.Hδ谱线的光子照射极限频率为的钨时,不能发生光电效应现象
D.大量处于能级的氢原子向基态跃迁的过程中,可辐射出3种处于巴耳末系的光子
【解析】 A.由题图乙和可知,波长越小的光子,能量越大,因此Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应的光子的能量,A错误;
B.可见光的能量在1.64eV~3.10eV之间,由光子能量公式可得,,由图乙可知,属于巴尔末系的Hα、Hβ、Hγ、Hδ谱线均属于可见光,B正确;
C.因钨的极限频率是=10.95×1014Hz,其逸出功为,其逸出功大于Hδ谱线的最大能量3.4eV,因此用Hδ谱线的光子照射极限频率为10.95×1014Hz的金属钨时,不能产生光电效应现象,C正确;
D.由于处于大量n=4能级的氢原子向基态跃迁运动中,可辐射出光子的最小能量是E2−E1=−3.4eV−(−13.6)eV=10.2eV,处于巴尔末系的光子最大能量是3.4eV,因此辐射不出巴尔末系的光子,D错误。故选BC。
【答案】 BC
6.(2022•四川省成都七中高三(下)二模)用a、b两种可见光照射同一光电效应装置,测得的光电流和电压的关系图像如图甲所示,图乙为氢原子的能级图。已知可见光的光子能量在到之间,下列说法正确的是( )
A.a光的波长比b光的小
B.单色光a的光子动量比单色光b的光子动量大
C.用大量的光子去照射基态的氢原子可以得到两种可见光
D.若a光是氢原子从能级跃迁到能级时发出的光,则b光是氢原子从能级跃迁到能级时发出的光
【解析】 A.根据,可知,频率越大的截止电压越大,所以a光的频率比b光的小,根据可知,频率越大时波长越小,所以a光的波长比b光的大,A错误;
B.根据,可知,单色光a的光子动量比单色光b的光子动量小,B错误;
C.用大量的光子去照射基态的氢原子,则有,可知n=4,即可以跃迁到第四个能级,所以能得到两种可见光,即跃迁到,跃迁到,C正确;
D.根据,因为a光的频率比b光的小,则a光是从跃迁到能级时发出的光,则b光不可能是从跃迁到能级时发出的光,D错误。故选C。
【答案】 C
7.(2022•四川省成都石室中学高三(下)二模)用a、b两种可见光照射同一光电效应装置,测得的光电流和电压的关系图像如图甲所示,图乙为氢原子的能级图。已知可见光的光子能量在到之间,下列说法正确的是( )
A.a光的波长比b光的小
B.单色光a的光子动量比单色光b的光子动量大
C.用大量的光子去照射基态的氢原子可以得到两种可见光
D.若a光是氢原子从能级跃迁到能级时发出的光,则b光是氢原子从能级跃迁到能级时发出的光
【解析】 A.根据,可知,频率越大的截止电压越大,所以a光的频率比b光的小,根据,可知,频率越大时波长越小,所以a光的波长比b光的大,A错误;
B.根据,可知,单色光a的光子动量比单色光b的光子动量小,B错误;
C.用大量的光子去照射基态的氢原子,则有,可知n=4,即可以跃迁到第四个能级,所以能得到两种可见光,即跃迁到,跃迁到,C正确;
D.根据,因为a光的频率比b光的小,则a光是从跃迁到能级时发出的光,则b光不可能是从跃迁到能级时发出的光,D错误。故选C。
【答案】 C
8.(2022•陕西省西安中学高三(上)期中)如图为氢原子的能级示意图,锌的逸出功是3.34 eV,那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是( )
A.用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应现象
B.一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时,能放出种不同频率的光
C.一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时,发出的光照射锌板,锌板表面所发出的光电子的最大初动能为
D.用能量为14.0eV的光子照射,可使处于基态的氢原子电离
【解析】 A.氢原子从高能级直接向基态跃迁时发射的光子能量都大于锌的逸出功,都可以使锌板发生光电效应,故A错误;
B.一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时,能放出2种不同频率的光,故B错误;
C.一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时,放出光子的最大能量为,用此光照射锌板,锌板表面所发出的光电子的最大初动能为,故C错误;
D.基态氢原子的电离能为13.6eV,用能量为14.0eV的光子照射,可使处于基态的氢原子电离,故D正确。故选D。
【答案】 D
9.(多选)(2022•辽宁省协作体高三(下)一模)红外测温具有响应时间快、非接触、安全准确的优点,在新冠疫情防控中发挥了重要作用。红外测温仪捕捉被测物体电磁辐射中的红外线部分,将其转变成电信号。图甲为红外线光谱的三个区域,图乙为氢原子能级示意图。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光在真空中的速度c=3.0×108m/s,下列说法正确的是( )
A.红外线光子能量的最大值约为1.64eV
B.氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时释放出的光子能被红外测温仪捕捉
C.大量氢原子从n=4能级向低能级跃迁时,红外测温仪可捕捉到2种频率的红外线
D.大量处于n=2激发态的氢原子吸收能量为2.86eV的光子后,辐射出的光子可能被红外测温仪捕捉
【解析】 A.红外线最短波长和最长波长分别为,,根据光子能量,代入数据可得光子最大和最小能量分别为,,A正确;
B.氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时释放出的光子能量,因此不会被被红外测温仪捕捉到,B错误;
C.大量氢原子从n=4能级向低能级跃迁时,放出的能量为,……,只有从n=4向n=3轨道跃迁时放出的光子能量在红外区,因此红外测温仪可捕捉到1种频率的红外线,C错误;
D.大量处于n=2激发态的氢原子吸收能量为2.86eV的光子后跃迁到n=5的能级,再从该能级向回跃迁时,放出的能量有,……,因此,辐射出的光子可能被红外测温仪捕捉,D正确。故选AD。
【答案】 AD
10.(多选)(2022•辽宁省名校联盟高三(上)9月联考)氢原子的能级图如图甲所示,一群处于第4能级的氢原子,向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光,其中只有频率为、的两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应.分别用频率为、的两种光照射光电管阴极K,测得电流随电压变化的图像如图丙所示.下列说法中正确的是( )
A.图丙中的图线所表示的光的光子能量为
B.图乙研究阴极K的遏止电压与照射光频率关系时,电源左侧为负极
C.处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为的光子并电离
D.用图丙中的图线所表示的光照射阴极K时,光电子的最大初动能比用图线所表示的光照射时小
【解析】 A.图丙中的图线所表示的光的遏止电压较大,则光电子最大初动能较大,所对应的光子能量较大,原子跃迁对应的能级差较大,即对应于从到的跃迁,则光子能量为,故A错误;
B.研究阴极K的遏止电压与照射光频率关系时,阴极K电势高,电源左侧应为正极,B错误;
C.处于第4能级的氢原子至少要吸收的能量才能电离,故C正确;
D.用图丙中的图线所表示的光照射阴极K时,遏止电压小于图线表示的光子的遏止电压,可知表示的光照射阴极K时,光电子的最大初动能比用图线所表示的光照射时更小,故D正确。故选CD。
【答案】 CD
11.(2022•北京市北师大附属实验中学高三(下)零模)氢原子的能级图如图甲所示,一群处于第4能级的氢原子,向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光,其中只有频率为、两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。分别用频率为、的两个光源照射光电管阴极K,测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法中正确的是( )
A.处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为0.75eV的光子并电离
B.图丙中的图线a所表示的光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的
C.图丙中的图线b所表示的光的光子能量为12.75eV
D.用图丙中的图线a所表示的光照射阴极K时,光电子的最大初动能比用图线b所表示的光照射时更大
【解析】 A.处于第4能级的氢原子至少要吸收能量为0.85eV的光子才能电离,故A错误;
B.让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应,所以发生光电效应的能量值对应的跃迁为氢原子由第4能级向基态跃迁或氢原子由第3能级向基态跃迁。由图乙可知,b光的遏止电压大,a光的遏制电压小,根据光电效应方程,及知各光对应的跃迁为b光为氢原子由第4能级向基态跃迁发出的;a光为氢原子由第3能级向基态跃迁发出的。故B错误;
C.图丙中的图线b所表示的光的光子能量为,故C正确;
D.由图乙可知,b光的遏止电压大,a光的遏制电压小,根据光电效应方程,用图丙中的图线a所表示的光照射阴极K时,光电子的最大初动能比用图线b所表示的光照射时更小,故D错误。故选C。
【答案】 C
12.(2022•安徽师范大学附属中学第五次综合测试)如图所示为氢原子的能级图,下列说法正确的是( )
A.从能级跃迁到能级时,电子的动能会变大,总能量也变大
B.从能级向低能级跃迁时,辐射出的光子能使逸出功为11.5eV的金属板发生光电效应
C.处于基态的氢原子吸收了12.5eV的光子,可以跃迁到n=3能级
D.用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子,一定不能使氢原子发生能级跃迁
【解析】 A.氢原子从高能级跃迁到低能级时,一定向外辐射能量,氢原子的总能量一定变小,A错误;
B.从能级向能级跃迁时,向外辐射的能量为,向外辐射的能量12.75eV大于该金属的逸出功11.5eV,由爱因斯坦的光电效应方程可知,能使该金属板发生光电效应,B正确;
C.处于基态的氢原子跃迁到n=3能级时需要吸收的光子的能量为,处于基态的氢原子必须吸收能量为12.09eV的光子,才能跃迁到n=3能级,吸收的能量大于或者小于12.09eV都不能使氢原子从基态跃迁到n=3能级,C错误;
D.氢原子处于基态与能级的能量差为10.09eV,用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子时,氢原子可以从电子能量12.5eV中吸收10.09eV,从基态跃迁到能级,D错误。故选B。
【答案】 B
13.(2022•高考辽宁卷)2022年1月,中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为,己知、、的质量分别为,真空中的光速为c,该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是( )
A.X为氘核 B.X为氚核
C. D.
【解析】 AB.根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,X的质量数为3,电荷数为1,为氚核,选项A错误,B正确;
CD.因该反应为人工转变,反应前两种粒子都有动能(总动能设为Ek1),反应后的生成物也有动能Ek2,根据质能方程可知,由于质量亏损反应放出的能量为,则反应释放的能量为,选项CD错误。故选B。
【答案】 B
14.(2022•高考全国甲卷)两种放射性元素的半衰期分别为和,在时刻这两种元素的原子核总数为N,在时刻,尚未衰变的原子核总数为,则在时刻,尚未衰变的原子核总数为( )
A. B. C. D.
【解析】 根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x,另一种元素原子核数为y,依题意有,经历2t0后有,联立可得,,在时,原子核数为x的元素经历了4个半衰期,原子核数为y的元素经历了2个半衰期,则此时未衰变的原子核总数为,故选C。
【答案】 C
15.(多选)(2022•高考浙江卷)秦山核电站生产的核反应方程为,其产物的衰变方程为。下列说法正确的是( )
A.X是 B.可以用作示踪原子
C.来自原子核外 D.经过一个半衰期,10个将剩下5个
【解析】 A.根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质子数为1,中子数为1,即为,故A正确;
B.常用的示踪原子有:,,,故B正确;
C.由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子,电子被释放出来,所以来自原子核内,故C错误;
D.半衰期是一个统计规律,对于大量原子核衰变是成立的,个数较少时规律不成立,故D错误。故选AB。
【答案】 AB
16.(2022•辽南协作体高三(下)二模)被誉为“20世纪人类最重大考古发现之一”的三星堆遗址考古新发现让古新文明一醒惊天下。考古学家利用放射性元素C的半衰期可以确定文物的年代。C碳元素能自发释放β射线,衰变方程为,其半衰期约为5730年。则下列说法正确的是( )
A.X比C多一个质子
B.C衰变的实质是碳原子失去核外电子
C.当X数量是C数量的7倍时,C衰变所经历时间为22920年
D.随着文物的出土,文物所在环境温度升高,C衰变速度也会增大
【解析】 A.根据衰变方程,比C多一个质子,A正确;
B.C衰变的实质是碳原子核的一个中子转变为质子时放出一个电子,B错误;
C.根据半衰期公式,根据题意得,解得,C错误;
D.随着文物的出土,文物所在环境温度升高,C衰变速度不变,D错误。故选A。
【答案】 A
17.(2022•成都外国语学校高三(下)二模)下面图(a)是研究光电效应规律的装置图,光电管的阴极K固接在变阻器的中点;图(b)是铀核发生衰变的示意图。关于这两幅图描述的现象,以下说法正确的是( )
A.图(a)中,分别用频率为和的光照射同一光电管,电流表均有示数,调节滑动变阻器的触头P,使微安表示数恰好为零,分别读出电压表对应的示数U1和U2,若电子电量为e,则普朗克常量
B.图(a)中,当用某一频率的光照射阴极时,电流表有示数,此时若将滑片向右移动,电流表的示数一定会增大
C.图(b)中,钍核比铀核少4个中子
D.图(b)中,铀核的比结合能大于钍核的比结合能
【解析】 A.根据题意,由光电效应方程,可得,,联立解得,故A正确;
B.图(a)中,当用某一频率的光照射阴极时,电流表有示数,此时若将滑片向右移动,导致正向电压增大,而光电子的最大初动能不变,饱和电流不会变,则光电流的大小不变,故B错误;
C.图(b)中,铀核的的衰变方程为,铀核中的中子数为,钍核中的中子数为,可知,钍核比铀核少2个中子,故C错误;
D.图(b)中,衰变过程释放能量,生成的钍核更稳定,比结合能大于铀核的比结合能,故D错误。故选A。
【答案】 A
18.(2022•东北师范大学附属中学七测)现代已知碳的同位素共有十五种,有碳8至碳22,其中碳12和碳13属于稳定型,碳14是宇宙射线透过空气时撞击氮原子核产生的,碳14是一种放射性的元素,衰变为氮14.图中包含碳14衰变相关信息,结合这些信息可以判定下列说法正确的是( )
A.碳14转变为氮14,衰变方式为衰变
B.100个碳14原子核在经过一个半衰期后,一定还剩50个
C.若氮14生成碳14的核反应方程为,则X为质子
D.当氮14数量是碳14数量的7倍时,碳14衰变所经历时间为22920年
【解析】 A.由核反应方程可知碳14转变为氮14是衰变,A正确;
B.半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,个别原子核经多长时间衰变无法预测,即对个别或极少数原子核无半衰期可言,B错误;
C.由核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可知,X为中子,C错误;
D.当氮14数量是碳14数量的7倍时,碳14数量占总原子核数量的,经过3个半衰期即17190年,D错误。故选A。
【答案】 A
19.(2022•湖南师范大学附属中学一模)静止在匀强磁场中的碳14原子核发生衰变,放射出的粒子与反冲核的运动轨迹是两个内切的圆,两圆的直径之比为7:1,如图所示,那么碳14的衰变方程为( )
A.→+ B.→+
C.→+ D.→+
【解析】 原子核的衰变过程满足动量守恒,粒子与反冲核的速度方向相反,根据左手定则判断得知,粒子与反冲核的电性相反,则知粒子带负电,所以该衰变是衰变,此粒子是粒子,符号为;可得两带电粒子动量大小相等,方向相反,据动量守恒定律可得,带电粒子在匀强磁场中做圆周运动,满足,可得半径公式为,见r与q成反比,由题意,大圆与小圆的半径之比为7:1,则得粒子与反冲核的电荷量之比为1:7,所以反冲核的电荷量为7e,电荷数是7,其符号为,所以碳14的衰变方程为,故ABC错误,D正确。故选D。
【答案】D
20.(多选)(2022•重庆市第七次质检)1986年4月26日当地时间1点23分,苏联的切尔诺贝利核能发电厂由于核电站操纵员失误及压力管式石墨慢化沸水反应堆(RBMK)的设计缺陷发生严重泄漏及爆炸事故,事故导致31人当场死亡,上万人由于放射性物质远期影响而致命或重病,在被辐射污染的地区里,有许多小孩喝了被碘131()污染的牛奶而患病,已知碘131是稳定的碘127的同位素,其半衰期为8天。下列说法正确的是( )
A.碘131比碘127的比结合能大
B.碘131经过24天后还有未衰变
C.核反应堆利用石墨吸收中子,从而控制核反应的速度
D.核反应堆中可能发生反应是
【解析】 A.由题意知碘127比碘131稳定,可知碘127比碘131的比结合能大,故A错误;
B.根据,可知碘131经过24天后还有未衰变,故B正确;
C.核反应堆利用镉棒吸收中子,从而控制核反应的速度,故C错误;
D.根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应堆中可能发生的反应是,故D正确。故选BD。
【答案】 BD
21.(2022•云南省巴蜀中学第七次月考)1911年、卢瑟福通过著名的粒子散射实验发现原子内部有一个小小的核心——被称为原子核,原子核如此神秘,很长时间人们对它的研究都没有进展。直到中子的发现,它敲开了人类进入核能时代的大门。下列关于中子的说法正确的是( )
A.查德威克首次提出中子的概念,认为在原子核内有一种质量与质子相近的中性粒子
B.粒子轰击生成并发现中子
C.热中子反应堆中,石墨可以作减速剂,通过碰撞将快中子变为慢中子
D.利用重核裂变制选氢弹,需要中子参与,氢弹中一种可能的核反应方程为
【解析】 A.中子的概念是由卢瑟福提出的,查德威克通过粒子轰击实验中首次发现了中子,A错误;
B.粒子轰击发现中子的方程为,B错误;
C.热中子反应堆中,石墨可以作减速剂,通过碰撞将快中子变为慢中子,C正确;
D.核反应方程,为重核裂变方程,氢弹中的核反应为氢核聚变,而非重核裂变,D错误。故选C。
【答案】 C
22.(多选)(2022•昆明一中、银川一中高三(下)一模)如图所示是原子核的平均结合能(也称比结合能)与质量数的关系图像,通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能,如的核子平均结合能约为8MeV ,的核子平均结合能约为7 MeV,根据该图像判断下列说法正确的是( )
A.随着原子质量数的增加,原子核的平均结合能增大
B.Fe核的平均结合能最大,最稳定
C.把O分成8个质子和8个中子比把O分成4个He要多提供约16 MeV的能量
D.把O分成8个质子和8个中子比把O分成4个He要多提供约112 MeV的能量
【解析】 A.根据图像,随着原子质量数的增加,原子核的平均结合能先增大后减小,A错误;
B.根据图像,Fe核的平均结合能最大,最稳定,B正确;
CD.把O分成8个质子和8个中子,需要提供的能量约为,把O分成4个He要多提供约为,多提供的能量为,C错误,D正确。故选BD。
【答案】 BD
23.(2022•陕西省西安中学第二次模拟考试)静止在匀强电场中的碳14原子核,某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直,且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是( )
A. B.
C. D.
【解析】 由轨迹弯曲方向可以看出,反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向相同,均带正电,由题中数据可知,,且,,核反应前后动量守恒有,解得,只有A选项符合题意,故BCD错误。故选A。
【答案】 A
24.(多选)(2022•山东省泰安第一中学高三(下)一模)核电站铀核裂变的产物是多样的,一种典型的铀核裂变是生成钡和氪,同时放出3个中子,核反应方程是,铀核的质量为,钡核的质量为,氪核的质量为,中子的质量为。此类核反应中放出光子,能使逸出功为的金属板放出最大初动能为的光电子,已知电子的质量为,光速为,普朗克常量为,则( )
A.该核反应放出的核能为
B.光子是原子核外最外层电子向基态跃迁时放出的,因此能量很高
C.这些光电子的德布罗意波长不小于
D.该核反应产物的结合能之和大于反应前铀核的结合能
【解析】 A.由爱因斯坦的质能方程,可知,裂变反应释放的核能为,故A错误;
B.光子来源于裂变反应释放的能量,与核外电子的能级跃迁无关,故B错误;
C.由公式,又,则光电子的德布罗意波长为,故C正确;
D.由于该反应是放出能量的,因此反应产物的比结合能增大,总结合能也增大,故D正确。故选CD。
【答案】 CD
25.(多选)(2022•辽宁省名校联盟高三(上)9月联考)天然放射性元素镭放出的粒子动能约为,用粒子轰击氮原子核,核反应可能不止有一种,比如:①;②等,我们可以通过计算判断其是否有可能发生。已知:各原子核的相对原子质量如下表所示,其中1u的质量对应931.5MeV的能量,下列关于第②种核反应的说法中正确的是( )
A.第②种核反应为放能反应,一次核反应放出的能量约为
B.第②种核反应为吸能反应,一次核反应吸收的能量约为
C.用该粒子()轰击静止的靶核(),可能发生第②种核反应
D.若用的粒子轰击静止的靶核(),可能发生第②种核反应
【解析】 AB.由于,说明反应后原子核的质量在增加,该反应为吸能反应,且,则B项正确,A项错误;
CD.由反应前后动量守恒和能量守恒可知当反应后共速时,用的粒子实验,生成新核的总动能为,系统损失的动能最多为,该能量小于发生核反应所需要吸收的,故不能发生第②种核反应,同理,初动能达到,损失动能最多为,大于反应所需要的能量,该反应可以发生,D项正确.C项错误。故选BD。
【答案】 BD
26.(2022•长春外国语学校高三(下)期初考试)物理学中,将如同是这样质子数与中子数互换的原子核互称为“镜像核”。已知和的质量分别为和,中子和质子质量分别是和,则关于“镜像核”,及核反应,下列说法正确的是( )
A.N和O互为“镜像核”
B.N和互为“镜像核”
C.互为“镜像核”的两个原子核的结合能是一样的
D.核反应的生成物中有α粒子,该反应是α衰变
【解析】 A.N的质子数为7,中子数为8,互换后质子数变为8,质量数仍为15,则N和O不是“镜像核”,故A错误;
B.N的质子数为7,中子数为6,互换后质子数变为6,质量数仍为13,故B正确;
C.质子和中子质量不同,镜像核结合能不同,故C错误;
D.核反应,是核聚变,生成物中虽然有α粒子,但该反应不是α衰变,故D错误。故选B。
【答案】 B
27.(2022•湖南新高考教学教研联盟高三(下)第一次联考)科学研究发现,钚(Pu)是一种具有放射性的超轴元素,已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24100年,其衰变方程为Pu→X+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
D.80个Pu经过48200年后一定剩余20个
【解析】 A.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错误;
B.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错误;
C.根据光电效应规律可得,可得γ光子的波长为,选项C正确;
D.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错误。故选C。
【答案】 C
28.(2022•湖北省荆州中学高三(上)期末)原子核的比结合能曲线如图所示,根据该曲线,下列判断中正确的有( )
A.核的结合能约为14 MeV
B.核比核结合能大
C.两个核结合成核时释放能量
D.核中核子的平均结合能比核中的大
【解析】 A.由图可知核的比结合能约为7MeV,所以结合能约为28MeV,故A错误;
B.由图可知核的比结合能约为5MeV,所以结合能约为30MeV,大于核的结合能,故B错误;
C.两个核结合成核时,生成物的总结合能大于反应物的总结合能,所以会释放能量,故C正确;
D.由图可知核中核子的平均结合能比核中的小,故D错误。故选C。
【答案】 C
29.(2022•黑龙江省大庆中学高三(上)期中)放射性元素的原子核往往需要经历一系列的衰变和衰变才能达到稳定的状态,如,若、、、的质量分别用、、和表示,则下列说法正确的是( )
A.在中,,
B.衰变过程中释放出的射线比射线的穿透能力强
C.20个核经过2个半衰期后还剩5个核
D.一个核衰变成一个核释放的核能为
【解析】 A.根据电荷数守恒和质量数守恒,可知,,解得,,A正确;
B.衰变过程中释放出的射线比射线的电离能力强,穿透能力弱,B错误;
C.半衰期是统计学规律,对于大量原子核衰变时才适用,对于个别原子核没有意义,C错误;
D.根据质能方程可得释放的核能为,D错误。故选A。
【答案】 A
30.(2022•黑龙江省大庆一中高三(下)第二次月考)关于聚变与衰变、天然放射现象,下面说法( )
A.原子核核子间的距离接近到10-10m就会发生聚变反应
B.衰变成要经过6次α衰变和4次β衰变
C.天然放射现象中产生的α射线穿透能力很强且速度与光速相当
D.β衰变是放射性元素原子的核外电子具有较高能量时发生的
【解析】 A.要使原子核发生聚变反应,必须使核子间的距离接近10-15m,A选项错误;
B.设发生了x次α衰变和y次β衰变,则根据质量数和电荷数守恒有,,得到,,B选项正确;
C.α射线的速度约为0.1个光速,穿透力弱,C选项错误;
D.β衰变放出的的电子来自原子核内部发生变化时的产物,D选项错误。故选B。
【答案】 B
31.(2022•河北省沧州市第一中学高三(下)第一次月考)随着现代科学的发展,大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识,下列有关原子、原子核的叙述正确的是( )
A.卢瑟福粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构
B.天然放射现象表明原子核内部有电子
C.轻核聚变反应方程有:
D.氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级和从n=2能级跃迁到n=1能级,前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长
【解析】 A.卢瑟福的粒子散射实验说明原子具有核式结构模型,没有涉及原子核内部结构,故A错误;
B.天然放射现象只说明原子核内部有复杂结构,原子核内部没有电子,衰变产生的电子,是原子核内部的中子转变为质子和电子,电子释放出来,故B错误;
C.轻核聚变方程电荷数守恒、质量数守恒,故C正确;
D.氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级和从n=2能级跃迁到n=1能级,前者辐射的光子能量大,即光子的频率大,则前者辐射的光子波长比后者短,故D错误。故选C。
【答案】 C
32.(2022•华南师范大学附属中学1月模拟考试)2017年11月17日,“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范,颁奖典礼上,习总书记为他“让座”的场景感人肺腑,下列有关核反应说法错误的是( )
A.目前核潜艇是利用重核裂变提供动力
B.重核裂变反应前后一定有质量亏损
C.式中d=1
D.铀核裂变后的新核比铀核的比结合能大
【解析】 A.目前核潜艇是利用重核裂变提供动力,故A正确;
B.重核裂变反应前后会释放核能,一定有质量亏损,故B正确;
C.根据质量数和电荷数守恒可知,式中d=2,故C错误;
D.铀核裂变后的新核比铀核更稳定,所以新核比铀核的比结合能大,故D正确。本题选错误的,故选C。
【答案】 C
33.(2022•福建省漳州一中高三(下)第五次阶段考)在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时,常利用沉积物中半衰期较短的,其衰变方程为。以下说法正确的是( )
A.衰变方程中的X是电子
B.升高温度可以加快的衰变
C.与的质量差等于衰变的质量亏损
D.方程中的X来自于内质子向中子的转化
【解析】 A.根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X是电子,A正确;
B.半衰期非常稳定,不受温度,压强,以及该物质是单质还是化合物的影响,B错误;
C.与和电子X的质量差等于衰变的质量亏损,C错误;
D.方程中的X来自于内中子向质子的转化,D错误。故选A。
【答案】 A
34.(2022•北京市中央民族大学附属中学高三(下)2月检测)玻尔的原子结构理论指出,电子环绕氢原子核做圆周运动,如图1所示。已知某状态下电子绕核运动的轨道半径为r,电子的电量为e,静电力常量为k。试回答以下问题:
(1)求电子在轨道半径为r圆周上运动时动能Ek;
(2)氢原子核外电子的轨道是一系列分立、特定的轨道,如图2所示,电子对应的轨道半径关系为rn=n2r1(n=1,2,3…)。图3为氢原子的能级图。已知n=1时,相应的轨道半径r1=0.53×10-10 m,静电力常量k=9.0×109 Nm2/C2。计算n=3时,氢原子的势能Ep3;
(3)若规定两质点相距无限远时引力势能为零,则质量分别为M、m的两个质点相距为r时的引力势能表达式为,式中G为引力常量。原子核和它周围的电子运动模型与太阳和地球、地球和人造卫星运动很相似。如图4所示,设距地球无穷远处万有引力势能为零,已知地球的质量为MD,地球半径为RD。请推导地球的第二宇宙速度表达式。
【解析】 (1)设电子质量为,由静电力提供向心力得
电子动能表达式为,联立可得
(2)由,可得当时,,所以,代入数据解得
又因为,由图可知,解得
(3)要摆脱地球束缚,需从地球表面飞至离地球无穷远处,由于地球无穷远处引力为0,忽略空气阻力,物体与地球组成的系统机械能守恒,
设第二宇宙速度为,则,解得
【答案】 (1);(2);(3)
(要点归纳+夯实基础练) 第二节 原子结构和原子核-2023年高考物理一轮系统复习学思用: 这是一份(要点归纳+夯实基础练) 第二节 原子结构和原子核-2023年高考物理一轮系统复习学思用,共34页。
(能力提高练) 第二节 圆周运动的应用-2023年高考物理一轮系统复习学思用: 这是一份(能力提高练) 第二节 圆周运动的应用-2023年高考物理一轮系统复习学思用,共15页。
(能力提高练) 第二节 力的合成和分解-2023年高考物理一轮系统复习学思用: 这是一份(能力提高练) 第二节 力的合成和分解-2023年高考物理一轮系统复习学思用,共16页。