【2017優(yōu)化探究一輪復(fù)習(xí)習(xí)題】第13章第3講原子結(jié)構(gòu)原子核

[隨堂反饋]1．(2015·高考天津卷)物理學(xué)重視邏輯，崇尚理性，其理論總是建立在對(duì)事實(shí)觀察的基礎(chǔ)上．下列說法正確的是()A．天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的B．電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子具有核式結(jié)構(gòu)C．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的D．密立根油滴實(shí)驗(yàn)表明核外電子的軌道是不連續(xù)的解析：天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，人們認(rèn)識(shí)原子核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從天然放射現(xiàn)象開始的，選項(xiàng)A正確．電子的發(fā)現(xiàn)說明了原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．由α粒子散射實(shí)驗(yàn)建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．密立根油滴實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)所帶電荷量是量子化的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：A2．(多選)(2014·高考新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ)關(guān)于天然放射性，下列說法正確的是()A．所有元素都可能發(fā)生衰變B．放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān)C．放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D．α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)E．一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線解析：本題考查了原子核的衰變．原子序數(shù)大于83的元素才可以發(fā)生衰變，原子序數(shù)小于83的元素有的可以發(fā)生衰變，有的不可以發(fā)生衰變，A錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期與元素所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，B、C正確；三種射線α、β、γ穿透能力依次增強(qiáng)，D正確；原子核發(fā)生α或β衰變時(shí)常常伴隨著γ光子的產(chǎn)生，但同一原子核不會(huì)同時(shí)發(fā)生α衰變和β衰變，E錯(cuò)誤．答案：BCD3.如圖所示為氫原子的能級(jí)示意圖，一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向較低能級(jí)躍遷的過程中向外發(fā)出光子，用這些光照射逸出功為2.49eV的金屬鈉，下列說法正確的是()A．這群氫原子能發(fā)出3種頻率不同的光，其中從n＝3躍遷到n＝2所發(fā)出的光波長(zhǎng)最短B．這群氫原子能發(fā)出兩種頻率不同的光，其中從n＝3躍遷到n＝1所發(fā)出的光頻率最小C．金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為9.60eVD．金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為11.11eV解析：這群氫原子能發(fā)出Ceq\o\al(2,3)＝3種頻率不同的光，從n＝3躍遷到n＝2所發(fā)出的光子能量最小，頻率最低，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，A錯(cuò)誤．從n＝3躍遷到n＝1的光子能量最大，頻率最大，B錯(cuò)誤．由ΔE＝|E3－E1|＝12.09eV，照射到金屬鈉表面發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能Ek＝ΔE－W0＝9.60eV，C正確，D錯(cuò)誤．答案：C4．恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng)，當(dāng)溫度達(dá)到108K時(shí)，可以發(fā)生“氦燃燒”．(1)完成“氦燃燒”的核反應(yīng)方程：eq\o\al(4,2)He＋________→eq\o\al(8,4)Be＋γ.(2)eq\o\al(8,4)Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.6×10－16s．一定質(zhì)量的eq\o\al(8,4)Be經(jīng)7.8×10－16s后所剩eq\o\al(8,4)Be占開始時(shí)的________．解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(8,4)Be＋γ.(2)經(jīng)歷半衰期的次數(shù)n＝eq\f(t,τ)＝eq\f(7.8×10－16,2.6×10－16)＝3，故剩余的占開始時(shí)的eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))3＝eq\f(1,8).答案：(1)eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(1,8)(或12.5%)5．(2015·高考江蘇卷)取質(zhì)子的質(zhì)量mp＝1.6726×10－27kg，中子的質(zhì)量mn＝1.6749×10－27kg，α粒子的質(zhì)量mα＝6.6467×10－27kg，光速c＝3.0解析：組成α粒子的核子與α粒子的質(zhì)量差Δm＝(2mp＋2mn)－mα結(jié)合能ΔE＝Δmc2代入數(shù)據(jù)得ΔE≈4.3×10－12J答案：4.3×10－12J[課時(shí)作業(yè)]一、單項(xiàng)選擇題1．(2015·高考福建卷)下列有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認(rèn)識(shí)，其中正確的是()A．γ射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流B．氫原子輻射光子后，其繞核運(yùn)動(dòng)的電子動(dòng)能增大C．太陽(yáng)輻射能量的主要來源是太陽(yáng)中發(fā)生的重核裂變D.eq\o\al(210,83)Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,83)Bi經(jīng)過10天后還剩下50克解析：γ射線是高速運(yùn)動(dòng)的光子流，A錯(cuò)誤．氫原子輻射光子后，繞核運(yùn)動(dòng)的電子勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，B正確．太陽(yáng)輻射能量的主要來源是太陽(yáng)中的輕核聚變，C錯(cuò)誤.100克eq\o\al(210,)83Bi經(jīng)過兩個(gè)半衰期后剩25克，D錯(cuò)誤．答案：B2．鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng)：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→a＋b＋2eq\o\al(1,0)n，則a＋b可能是()A.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(93,36)Kr B．eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)KrC.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(93,38)Sr D．eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr解析：本題考查了裂變反應(yīng)的反應(yīng)方程，在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，經(jīng)分析各項(xiàng)中只有D選項(xiàng)符合要求．答案：D3．在一個(gè)eq\o\al(238,92)U原子核衰變?yōu)橐粋€(gè)eq\o\al(206,82)Pb原子核的過程中，發(fā)生β衰變的次數(shù)為()A．6次 B．10次C．22次 D．32次解析：本題考查衰變規(guī)律，解題的關(guān)鍵要明確每次發(fā)生α衰變，電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，每發(fā)生一次β衰變，電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變，設(shè)發(fā)生x次α衰變，y次β衰變，則有238－206＝4x,92－2x＋y＝82，解得y＝6，A正確．答案：A4．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En＝eq\f(E1,n2)，其中n＝2,3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長(zhǎng)為()A．－eq\f(4hc,3E1) B．－eq\f(2hc,E1)C．－eq\f(4hc,E1) D．－eq\f(9hc,E1)解析：處于第一激發(fā)態(tài)時(shí)n＝2，故其能量E2＝eq\f(E1,4)，電離時(shí)吸收的能量ΔE＝0－E2＝－eq\f(E1,4)，而光子能量ΔE＝eq\f(hc,λ)，則解得λ＝－eq\f(4hc,E1)，C正確．答案：C5．(2014·高考重慶卷)碘131的半衰期約為8天，若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131，經(jīng)過32天后，該藥物中碘131的含量大約還有()A.eq\f(m,4) B．eq\f(m,8)C.eq\f(m,16) D．eq\f(m,32)解析：本題考查元素的半衰期．根據(jù)半衰期公式m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))，將題目中的數(shù)據(jù)代入可得C正確，A、B、D錯(cuò)誤．答案：C6．一靜止的原子核A發(fā)生α衰變后變成原子核B，已知原子核A、原子核B和α粒子的質(zhì)量分別為mA、mB和mα，光速為c，反應(yīng)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子的動(dòng)能，則()A．原子核B與α粒子的速度之比為mB∶mαB．原子核B與α粒子的動(dòng)能之比為mB∶mαC．原子核B與α粒子的動(dòng)能之和為(mA－mB－mα)c2D．原子核A比原子核B的中子數(shù)多2，質(zhì)子數(shù)多4解析：原子核A發(fā)生α衰變，設(shè)原子核B和α粒子的速度分別為vB和vα，由動(dòng)量守恒定律有0＝mBvB－mαvα，則eq\f(vB,vα)＝eq\f(mα,mB)，eq\f(EkB,Ekα)＝eq\f(mα,mB)，A、B錯(cuò)誤．由質(zhì)能方程知原子核B和α粒子的動(dòng)能之和ΔE＝Δmc2＝(mA－mB－mα)c2，C正確．由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，A比B質(zhì)子數(shù)多2，中子數(shù)多2，D錯(cuò)誤．答案：C二、多項(xiàng)選擇題7．如圖所示為盧瑟福和他的助手做α粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C三個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法中正確的是()A．相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最少C．相同時(shí)間內(nèi)放在C位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最少D．放在C位置時(shí)觀察不到屏上有閃光解析：盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度大于90°，甚至被彈回，則A、C正確．答案：AC8．有關(guān)原子結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是()A．玻爾原子模型能很好地解釋氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律B．盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型可以很好地解釋原子的穩(wěn)定性C．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明原子內(nèi)部存在帶負(fù)電的電子D．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了湯姆孫關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的“西瓜模型”解析：玻爾提出的原子模型成功地說明了原子的穩(wěn)定性和氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律；盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型不能解釋原子的穩(wěn)定性；盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明原子具有核式結(jié)構(gòu)，否定了湯姆孫關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的“西瓜模型”；湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子．故A、D正確，B、C錯(cuò)誤．答案：AD9.(2015·東北三校二聯(lián))如圖所示，氫原子可在下列各能級(jí)間發(fā)生躍遷，設(shè)從n＝4到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ1，從n＝4到n＝2能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ2，從n＝2到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ3，則下列關(guān)系式中正確的是()A．λ1＜λ3 B．λ3＜λ2C．λ3＞λ2 D．eq\f(1,λ3)＝eq\f(1,λ1)＋eq\f(1,λ2)E.eq\f(1,λ3)＝eq\f(1,λ1)－eq\f(1,λ2)解析：已知從n＝4到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ1，從n＝4到n＝2能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ2，從n＝2到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ3，則λ1、λ2、λ3的關(guān)系為heq\f(c,λ1)＞heq\f(c,λ3)＞heq\f(c,λ2)，即eq\f(1,λ1)＞eq\f(1,λ3)，λ1＜λ3，eq\f(1,λ3)＞eq\f(1,λ2)，λ3＜λ2，又heq\f(c,λ1)＝heq\f(c,λ3)＋heq\f(c,λ2)，即eq\f(1,λ1)＝eq\f(1,λ3)＋eq\f(1,λ2)，則eq\f(1,λ3)＝eq\f(1,λ1)－eq\f(1,λ2)，即正確選項(xiàng)為A、B、E.答案：ABE三、非選擇題10．(2015·高考江蘇卷)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電，eq\o\al(235,92)U是核電站常用的核燃料.eq\o\al(235,92)U受一個(gè)中子轟擊后裂變成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr兩部分，并產(chǎn)生________個(gè)中子．要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積．解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可得，產(chǎn)生中子的數(shù)目為235＋1－144－89＝3；只有大于臨界體積才能發(fā)生裂變．答案：3大于11．假設(shè)兩個(gè)氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是2.0136u，中子的質(zhì)量是1.0087u，氦核同位素的質(zhì)量是3.0150u.(1)聚變的核反應(yīng)方程是________________，在聚變核反應(yīng)中釋放出的能量為________MeV.(保留兩位有效數(shù)字)(2)若氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應(yīng)方程式為eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li，已知各核子比結(jié)合能分別為EH＝1.112MeV、EHe＝7.075MeV、ELi＝5.603MeV，試求此核反應(yīng)過程中釋放的核能．解析：(1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程式為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×2.0136u－(3.0150＋1.0087)u＝3.5×10－3u.由于1u的質(zhì)量與931.5MeV的能量相對(duì)應(yīng)，所以氘核聚變時(shí)放出的能量ΔE＝3.5×10－3×931.5MeV≈3.3MeV.(2)eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He分解成7個(gè)核子所需的能量為E1＝3×1.112MeV＋4×7.075MeV＝31.636MeV，7個(gè)核子結(jié)合成eq\o\al(7,3)Li，釋放的能量為E2＝7×5.603MeV＝39.221MeV所以此核反應(yīng)過程中釋放的核能為ΔE＝E2－E1＝39.221MeV－31.636MeV＝7.585MeV.答案：(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n3.3(2)7.585MeV12．一靜止的eq\o\al(238,92)U核經(jīng)α衰變成為eq\o\al(234,90)Th核，釋放出的總動(dòng)能為4.27MeV.問：此衰變后eq\o\al(234,90)Th核的動(dòng)能為多少M(fèi)eV？(保留一位有效數(shù)字)解析：根據(jù)題意知：此α衰變的衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He根據(jù)動(dòng)量守恒定律得mαvα＝mThvTh①式中，m