第十六章第2講　原子結構　原子核-2025版高考總復習物理

[基礎落實練]1．核廢料具有很強的放射性，需要妥善處理。下列說法正確的是()A．放射性元素經(jīng)過兩個完整的半衰期后，將完全衰變殆盡B．原子核衰變時電荷數(shù)守恒，質量數(shù)不守恒C．改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期D．過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強度在安全劑量內則沒有傷害解析：半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時所需要的時間，根據(jù)半衰期的定義知，選項A錯誤；半衰期由原子核的內部結構所決定，與外界因素無關，選項C錯誤；原子核衰變過程滿足電荷數(shù)和質量數(shù)守恒，選項B錯誤。故選D。答案：D2．(2024·四川成都高三聯(lián)考)下列核反應屬于α衰變的是()A．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HC．eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD．eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e解析：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n屬于輕核聚變，A錯誤；eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H屬于人工轉變，B錯誤；eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He屬于α衰變，C正確；eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e屬于β衰變，D錯誤。答案：C3．(2022·山東卷)碘125衰變時產(chǎn)生γ射線，醫(yī)學上利用此特性可治療某些疾病。碘125的半衰期為60天，若將一定質量的碘125植入患者病灶組織，經(jīng)過180天剩余碘125的質量為剛植入時的()A．eq\f(1,16) B．eq\f(1,8)C．eq\f(1,4) D．eq\f(1,2)解析：設碘125剛植入時的質量為m0，則經(jīng)過n＝eq\f(180,60)＝3個半衰期以后剩余的質量為m＝(eq\f(1,2))nm0，解得eq\f(m,m0)＝eq\f(1,8)，B項正確。答案：B4.(2023·山東卷)“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發(fā)射升空，對提升我國導航定位、深空探測等技術具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ，然后自發(fā)輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，實現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài)。該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率ν2為()A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3解析：利用圖示能級關系及能級躍遷理論可知光子的能量關系是hν0＝hν1＋hν2＋hν3，解得ν2＝ν0－ν1－ν3。故選D。答案：D[能力提升練]5．(多選)根據(jù)玻爾的原子理論，下列說法正確的是()A．氫原子的核外電子在能級越高的軌道，電子的動能越大B．氫原子的核外電子在能級越高的軌道，原子的能量越高C．一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時最多可輻射出6種頻率的光D．能級為E1的氫原子，吸收能量為E的光子后被電離，則電離時電子的動能為E－E1解析：根據(jù)keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)可知，氫原子的核外電子在能級越高的軌道，速度越小，則電子的動能越小，選項A錯誤；氫原子的核外電子在能級越高的軌道，原子的能量越高，選項B正確；一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時最多可輻射出Ceq\o\al(2,4)＝6種頻率的光，選項C正確；能級為E1的氫原子，吸收能量為E的光子后被電離，則電離時電子的動能為E＋E1，選項D錯誤。答案：BC6．(多選)(2022·海南卷)一群處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷向外發(fā)出不同頻率的光子，則()A．需要吸收能量B．共能放出6種不同頻率的光子C．n＝4向n＝3躍遷發(fā)出的光子頻率最大D．n＝4向n＝1躍遷發(fā)出的光子頻率最大解析：氫原子從第4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)需要釋放光子，對外釋放能量，故A錯誤；一群處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時，最多能釋放不同頻率光子的種數(shù)為Ceq\o\al(2,4)＝6，故B正確；根據(jù)E＝En－Em，可知n＝4向n＝1躍遷發(fā)出的光子能量最大，光子頻率最大，故C錯誤，D正確。故選B、D。答案：BD7．(2023·新課標卷)銫原子基態(tài)的兩個超精細能級之間躍遷發(fā)射的光子具有穩(wěn)定的頻率，銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級為10-5eV，躍遷發(fā)射的光子的頻率量級為(普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，元電荷e＝1.60×10-19C)()A．103Hz B．106HzC．109Hz D．1012Hz解析：由躍遷理論可知，躍遷發(fā)射的光子能量等于發(fā)生躍遷的兩能級的能量差，即ΔE＝hν，解得ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(10-5×1.6×10-19,6.63×10-34)Hz≈2.4×109Hz，故躍遷發(fā)射的光子的頻率量級為109Hz，C正確。答案：C8．(多選)(2023·浙江1月卷)氫原子從高能級向低能級躍遷時，會產(chǎn)生四種頻率的可見光，其光譜如圖1所示。氫原子從能級6躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅰ，從能級3躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究兩種光的干涉現(xiàn)象，得到如圖2和圖3所示的干涉條紋。用兩種光分別照射如圖4所示的實驗裝置，都能產(chǎn)生光電效應。下列說法正確的是()A．圖1中的Hα對應的是ⅠB．圖2中的干涉條紋對應的是ⅡC．Ⅰ的光子動量大于Ⅱ的光子動量D．P向a移動，電流表示數(shù)為零時Ⅰ對應的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大解析：氫原子發(fā)生能級躍遷，由Em－En＝hν＝eq\f(hc,λ)可知，可見光Ⅰ的頻率大，波長小，可見光Ⅱ的頻率小，波長大。圖1中的Hα是四種可見光中頻率最小的，故不可能是可見光Ⅰ，A錯誤；圖2的干涉條紋的間距比圖3干涉條紋的間距窄，由Δx＝eq\f(l,d)λ可知圖2對應的是波長較小的光，即Ⅰ，B錯誤；由公式p＝eq\f(h,λ)可知，Ⅰ的光子動量大于Ⅱ的光子動量，C正確；P向a移動，電流表示數(shù)為零時，有eUc＝Ekm，又Ekm＝hν－W0，整理得eUc＝hν－W0，顯然入射光的頻率越大，電壓表的示數(shù)越大，所以Ⅰ對應的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大，D正確。答案：CD9.(多選)有一勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向外，一個原來靜止在A處的原子核發(fā)生衰變放射出兩個粒子，兩個新核的運動軌跡如圖所示，已知兩個相切圓半徑分別為r1、r2。下列說法正確的是()A．原子核發(fā)生α衰變，根據(jù)已知條件可以算出兩個新核的質量比B．衰變形成的兩個粒子帶同種電荷C．衰變過程中原子核遵循動量守恒定律D．衰變形成的兩個粒子電荷量的關系為q1∶q2＝r1∶r2解析：衰變后兩個新核速度方向相反，受力方向也相反，根據(jù)左手定則可判斷出兩個粒子帶同種電荷，所以衰變是α衰變，衰變后的新核由洛倫茲力提供向心力，有Bqv＝meq\f(v2,r)，可得r＝eq\f(mv,qB)，衰變過程遵循動量守恒定律，所以電荷量與半徑成反比，有q1∶q2＝r2∶r1，但無法求出質量比，故A、D錯誤，B、C正確。答案：BC10．(2024·四川綿陽南山中學高三診斷)用a、b兩種可見光照射同一光電效應裝置，測得的光電流和電壓的關系圖像如圖甲所示，圖乙為氫原子的能級圖。已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間，下列說法正確的是()A．a(chǎn)光的波長比b光的小B．單色光a的光子動量比單色光b的光子動量小C．用大量E＝12.7eV的光子去照射基態(tài)的氫原子可以得到兩種可見光D．若a光是氫原子從n＝4能級躍遷到n＝2能級時發(fā)出的光，則b光是氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級時發(fā)出的光解析：根據(jù)hν－W0＝eUc可知，發(fā)生光電效應時，頻率越大的光對應的遏止電壓越大，所以由題圖甲可知a光的頻率比b光的小，根據(jù)λ＝eq\f(c,ν)可知，頻率越小，波長越大，所以a光的波長比b光的大，故A錯誤；根據(jù)p＝eq\f(h,λ)可知，單色光a的光子動量比單色光b的光子動量小，故B正確；用大量E＝12.7