高考物理备考30分钟课堂集训系列专题16 原子结构和原子核

1 专题专题 1616 原子结构和原子核原子结构和原子核 第 卷 选择题 共 40 分 一 选择题 本大题包括 10 小题 每小题 4 分 共 40 分 1 氦原子核由两个质子与两个中子组成 这两个质子之间存在着万有引力 库仑力和核力 则 3 种 力从大到小的排列顺序是 A 核力 万有引力 库仑力 B 万有引力 库仑力 核力 C 库仑力 核力 万有引力 D 核力 库仑力 万有引力 解析 本题考查三种相互作用及库仑定律 万有引力定律 意在考查考生知道三种相互作用和对两 定律的理解 在原子核大小范围内 有强相互作用存在即核力是最大的 由于质子的质量比较小 由万有 引力定律和库仑定律可知 库仑力比万有引力大 所以选 D 答案 D 2 下列说法正确的是 A 7N H 6C He 是 衰变方程 151 1124 2 B H H He 是核聚变反应方程 1 12 13 2 C 92U 90Th He 是核裂变反应方程 2382344 2 D He Al P n 是原子核的人工转变方程 4 2271330151 0 解析 本题考查了核反应的相关知识 意在考查考生对天然放射现象 重核裂变 轻核聚变 原子 核的人工转变等相关知识的记忆及分析判断能力 选项 A D 为原子核的人工转变 选项 B 为轻核聚变 选项 C 为原子核的衰变 故选项 BD 正确 答案 BD 3 下面是一核反应方程式 H H He X 用c表示光速 则 2 13 14 2 A X 是质子 核反应放出的能量等于质子质量乘c2 B X 是中子 核反应放出的能量等于中子质量乘c2 C X 是质子 核反应放出的能量等于氘核与氘核的质量和减去氦核与质子的质量和 再乘c2 D X 是中子 核反应放出的能量等于氘核与氘核的质量和减去氦核与中子的质量和 再乘c2 解析 由荷电核数守恒及质量数守恒 和爱因斯坦质能方程可以求解 2 答案 D 4 据媒体报道 叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦教离奇身亡 英国警方调查认为毒杀利特 维年科的是超级毒药 放射性元素钋 Po 若该元素发生 衰变 其半衰期是 138 天 衰变方程 21084 为Po X He 则下列说法中正确的是 210844 2 A X 原子核含有 124 个中子 B X 原子核含有 206 个核子 C 射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的 D 100 g 的Po 经 276 天 已衰变的质量为 75 g 21084 解析 X 原子核中的核子数为 210 4 206 个 B 正确 中子数为 206 84 2 124 个 A 正确 射线是由于核反应前后因质量损亏释放的能量以 光子的形式放出 C 错 经过两个半衰期 剩余的钋的 质量为原来的四分之一 则已衰变的质量为原来的四分之三 D 正确 答案 ABD 5 根据有关放射性方面的知识可知 下列说法正确的是 A 随着气温的升高 氡的半衰期会变短 B 许多元素能自发地放出射线 使人们开始认识到原子是有复杂结构的 C 放射性元素发生 衰变时所释放的电子来源于核外电子 D 氢核 中子和氘核的质量分别为m1 m2 m3 当氢核与中子结合为氘核时 放出的能量为 m1 m2 m3 c2 解析 半衰期是由原子核内部结构决定的 与化学 物理性质无关 故 A 项错 衰变是核内的一个 中子转化为一个质子和一个电子 电子被释放出来 故 C 项错 氢核和中子结合成氘核放出的能量为 m1 m2 m3 c2是正确的 故 D 项正确 放射性使人们认识到原子核有复杂结构 B 错 答案 D 6 关于天然放射现象 下列说法正确的是 A 放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期 B 放射性物质放出的射线中 粒子动能很大 因此贯穿物质的本领很强 C 当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时 将发生 衰变 D 放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时 辐射出 射线 解析 半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所用的时间 故 A 错 三种射线 3 中 粒子速度最小 其贯穿本领最小 故 B 错 衰变的原因是原子核内部的中子转化为质子时产生 了电子 故 C 错 衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时 释放能量 辐射出 射线 故 D 对 答案 D 7 放射性同位素 14C 在考古中有重要应用 测得该化石中14C 残存量 可推算出化石的年代 为研究 14C 的衰变规律 将一个原来静止的14C 原子核放在匀强磁场中 观察到它所放射的粒子与反冲核的径迹 是两个相外切的圆 圆的半径之比R r 5 1 如图 1 所示 那么 14C 的衰变方程式应是下列给定的四个 方程中的 图 1 A 6C 4Be He B 6C 5B e 14104 214140 1 C 6C 7N e D 6C 5B H 14140 114121 1 答案 B 8 若原子的某内层电子被电离形成空位 其他层的电子跃迁到该空位上时 会将多余的能量以电磁 辐射的形式释放出来 此电磁辐射就是原子的特征X射线 内层空位的产生有多种机制 其中的一种称 为内转换 即原子中处于激发态的核跃迁回到基态时 将跃迁时释放的能量交给某一内层电子 使此内 层电子电离而形成空位 被电离的电子称为内转换电子 214Po 的原子核从某一激发态回到基态时 可将能 量E0 1 416 MeV 交给内层电子 如 K L M 层电子 K L M 标记原子中最靠近核的三个电子层 使其电 离 实验测得从 214Po 原子的 K L M 层电离出的电子的动能分别为EK 1 323 MeV EL 1 399 MeV EM 1 412 MeV 则可能发射的特征X射线的能量为 A 0 013 MeV B 0 017 MeV C 0 076 MeV D 0 093 MeV 解析 由题分析可知 电离后产生的电子动能在数值上与原子所处的激发态能级对应 即EK 1 323 MeV EL 1 399 MeV EM 1 412 MeV 当发生能级跃迁时 释放的 X 射线的能量可能值为EL EK 0 076 MeV EM EL 0 013 MeV EM EK 0 089 MeV 选项中 A C 正确 答案 AC 9 氢原子的能级如图 2 所示 已知可见光的光子能量范围约为 1 62 3 11 eV 下列说法错误的是 4 图 2 A 处于n 3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线 并发生电离 B 大量氢原子从高能级向n 3 能级跃迁时 发出的光具有显著的热效应 C 大量处于n 4 能级的氢原子向低能级跃迁时 可能发生 6 种不同频率的光 D 大量处于n 4 能级的氢原子向低能级跃迁时 可能发出 3 种不同频率的可见光 解析 要使处于n 3 能级的氢原子电离 其光子的能量必须大于或等于 1 51 eV 而紫外线光子的 能量大于 3 11 eV 故能使n 3 能级的氢原子电离 大量氢原子从高能级向n 3 能级跃迁时 放出的光 子在红外线区 故具有显著的热效应 大量氢原子由n 4 能级向低能级跃迁时 可能放出 6 种不同频率 的光 其中有 2 种不同频率的可见光 D 选项错误 答案 D 10 根据玻尔理论 某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E 的轨道 辐射出波长为 的 光 以h表示普朗克常量 c表示真空中的光速 则E 等于 A E h B E h c c C E h D E h c c 解析 根据玻尔理论 原子从一种定态 设能量为E 跃迁到另一种定态 设能量为E 时 它辐射 或吸收 一定频率的光子 光子的能量由这两种定态的能量差决定 即h E E 又光在真空中传播 时 联立得E E h c c 答案 C 第 卷 非选择题 共 60 分 二 填空题 每小题 10 分 共 20 分 11 历史上第一次利用加速器实现的核反应 是用加速后动能为 0 5 MeV 的质子 H 轰击静止的 X 1 1A Z 生成两个动能均为 8 9 MeV 的 He 1 MeV 1 6 10 13J 4 2 上述核反应方程为 5 质量亏损为 kg 解析 H X He He 或 H Li He He 1 17 34 24 21 17 34 24 2 m 3 1 10 29 kg 答案 见解析 12 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 填选项前的编号 卢瑟福 粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构 天然放射现象表明原子核内部有电子 轻核聚变反应方程有 H H He n 2 13 14 21 0 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 本题考查原子的基本结构和原子核的基本组成 核反应方程式的写法以及玻尔的氢原子能级 量子化理论 选项错误 卢瑟福的 粒子散射实验说明了原子应该具有核式结构 选项 错误 天然放射现象 放射出的 射线是高速运动的电子流 是由原子核中的中子变成质子后产生的 选项 正确 写核反应 方程时应 遵循质量数守恒和电荷数守恒的原则 选项 错误 由氢原子能级方程h Em En 而 则 Em En得 当氢原子从n 3 能级跃迁到n 1 能级时 1 从 c hc hc Em En hc E3 E1 n 2 能级跃迁到n 1 能级时 2 E3 E1 E2 E1 所以 1me 知pn pe 则 n e 14 从静止的镭核Ra 中射出的 粒子垂直进入正交的匀强电场E和匀强磁场B 在电磁场中做 22688 直线运动 已知E 3 72 104N C B 2 0 10 3T 1 写出核反应式 2 放出 粒子后 反冲核速度多大 3 若静止的镭核放出 粒子是在匀强磁场中进行的 而且衰变后它们的速度均垂直于匀强磁场B 求 粒子与反冲核做圆周运动的半径之比 并定性地画出 粒子和反冲核运动的完整轨迹 解析 1 核反应方程为Ra Rn He 22688222864 2 2 粒子在电 磁场中做直线运动时 受力平衡qv B qE 所以v E B 根据动量守恒可得反冲核的速度为 v v m MRn m E MRnB m s 4 3 72 104 222 2 10 3 3 4 105 m s 3 轨迹如图 3 所示 图 2 圆半径R 由于p B相同 可知R mv qB p qB 1 q 7 则有 R RRn 86 2 43 1 答案 1 Ra Rn He 2 3 4 105 m s 3 43 1 22688222864 2 15 U 受中子轰击时会发生裂变 产生Ba 和Kr 同时放出能量 已知每个铀核裂变释放的平 23592139569436 均能量为 200 Mev 1 写出核反应方程 2 现在要建设发电功率为 5 105 kW 的核电站 用U 作为核燃料 假设核裂变释放的能量一半转 23592 化为电能 那么该核电站一天消耗U 多少千克 阿伏加德罗常数取 6 0 1023 mol 1 23592 16 1996 年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车 该车是以太阳能电池将所接受的太 阳光能转化为电能而提供给电动机来驱动的 已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为 8 m2 正对 太阳能产生 120 V 的电压 并对车上的电动机提供 10 A 的电流 电动机的直流电阻为 4 而太阳光照 射到地面处时单位面积上的辐射功率为 103W m2 1 太阳光的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的 即在太阳内部持续不断地进行着热 核反应 4 个质子聚变为 1 个氦核 写出核反应方程 2 该车的太阳能电池转化太阳光能的效率 1是多少 3 若质子 氦核 正电子的静止质量分别为 mp 1 6726 10 27kg m 6 6425 10 27kg me 0 0009 10 27 kg 则m 1 kg 的质子发生上述热核 反应所释放的能量完全转化为驱动该车的有用功 能够维持该车行驶的时间是多少 4 已知太阳每秒释放的能量为 3 8 1026J 则太阳每秒减少的质量为多少千克 若太阳质量减少万 分之三 热核反应不能继续进行 计算太阳能存在多少年 解析 1 4 H He 2 e 1 14 20 1 2 1 1