高考物理一轮复习 第十二章 第2讲 原子和原子核课时作业（含解析）-人教版高三物理试题

原子和原子核一、选择题(本题共12小题，1～8题为单选题，9～12题为多选题．)1.(2018·秦皇岛模拟)如图所示，＋Q表示金原子核，α粒子射向金核时被散射，其偏转轨道可能是图中的()A．b B．cC．d D．e解析：B在α粒子的散射现象中粒子所受金原子核的作用力是斥力，故斥力指向轨迹的内侧，显然只有c符合要求，而b是不带电的，对于e则是带负电，而d是不可能出现此轨迹的，故B项正确，A、C、D项错误．2．不同元素都有自己独特的光谱线，这是因为各元素的()A．原子序数不同 B．原子质量数不同C．激发源能量不同 D．原子能级不同解析：D当原子从高能态向低能态跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差．由于原子的能级是分立的，所以放出光子的能量也是分立的，这就是产生原子光谱的原因；由于不同元素的能级差不同，故每种元素都有自己独特的光谱线，故A、B、C项错误，D项正确．3.如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置，实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场E，通过显微镜可以观察到，在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数．若撤去电场后继续观察．发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；如果再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加．由此可以判断，放射源发出的射线可能为()A．β射线和γ射线 B．α射线和β射线C．β射线和X射线 D．α射线和γ射线解析：D放射性元素放射出的射线为α射线、β射线和γ射线，α射线贯穿能力弱，一张薄纸就可挡住，β射线贯穿能力较强．可贯穿铝片，γ射线穿过能力极强．α射线带正电，β射线带负电，在电场中偏转，γ射线不带电．由此可知，放射源发出的射线可能为α射线和γ射线．选项D正确．

4．(2018·肇庆模拟)eq\o\al(238,92)U的衰变有多种途径，其中一种途径是先衰变成eq\o\al(210,83)Bi，然后可以经一次衰变变成eq\o\al(210,a)X(X代表某元素)，也可以经一次衰变变成eq\o\al(b,81)Ti，最后都衰变变成eq\o\al(206,82)Pb，衰变路径如图所示，下列说法中正确的是()A．过程①是β衰变，过程③是α衰变；过程②是β衰变，过程④是α衰变B．过程①是β衰变，过程③是α衰变；过程②是α衰变，过程④是β衰变C．过程①是α衰变，过程③是β衰变；过程②是β衰变，过程④是α衰变D．过程①是α衰变，过程③是β衰变；过程②是α衰变，过程④是β衰变解析：BBi经过①变化为X，质量数没有发生变化，为β衰变，X经过③变化为Pb，质量数少4，为α衰变，Bi经过②变化为Ti，电荷数少2，为α衰变，Ti经过④变化为Pb，电荷数增加1，为β衰变．故A、C、D错误，B正确．5．如图所示，图甲为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱，已知谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，谱线b可能是氢原子在下列哪种情形跃迁时的辐射光()A．从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级B．从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级C．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级D．从n＝5的能级跃迁到n＝3的能级解析：B谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光，波长大于谱线b，所以a光的光子频率小于b光的光子频率，所以b光的光子能量大于n＝4和n＝2间的能级差，n＝3跃迁到n＝2，n＝4跃迁到n＝3，n＝5跃迁到n＝3的能级差小于n＝4和n＝2的能级差；n＝5和n＝2间的能级差大于n＝4和n＝2间的能级差，A、C、D错误，B正确．6．已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是()解析：A根据跃迁规律可知，能够发出10种不同频率的光，则氢原子从第5能级向低能级跃迁，辐射光波长最长，则频率最低，能级差最小，A正确．7.(2018·衡水模拟)碳14可以用来作示踪剂标记化合物，也常在考古学中测定生物死亡年代，在匀强电场中有一个初速度可以忽略的放射性碳14原子核，它所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示，a、b均表示长度，那么碳14的衰变方程可能为()A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(10,4)Be B.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(14,5)BC.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(14,7)N D.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(12,5)B解析：A对图线分析，根据类平抛运动，对放射出的粒子1有v1t＝b，eq\f(1,2)·eq\f(q1E,m1)t2＝4b，对反冲核2有v2t＝a，eq\f(1,2)·eq\f(q2E,m2)t2＝2a，又根据动量守恒定律可得m1v1＝m2v2，联立解得q1＝2q2，故A正确．8.(2018·龙岩模拟)原子核的平均结合能与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子核结构和核反应的说法中正确的是()A．原子核a和b聚变成原子核c时会有质量亏损，要放出能量B．原子核f裂变成原子核d和e时会有质量增加，要吸收能量C．原子核c中核子的平均质量要比原子核b的大D．原子核f中核子的平均质量要比原子核e的小解析：A由图可知，a、b的一平均结合能小于c，原子核a和b聚变成原子核c时会有质量亏损，要放出能量，故A项正确；原子核f裂变成原子核d和e时，有质量亏损，放出能量，故B项错误；a、b聚变成c时有质量亏损，可知原子核c中核子的平均质量小于b，故C项错误；f裂变成d和e时，有质量亏损，可知f中核子的平均质量比原子核e的大，故D项错误．9.钚的一种同位素eq\o\al(239,94)Pu衰变时释放巨大能量，如图所示，其衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，则()A．核燃料总是利用比结合能小的核B．核反应中γ的能量就是eq\o\al(239,94)Pu的结合能C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更稳定，说明eq\o\al(235,92)U的结合能大D．由于衰变时释放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的比结合能小解析：AD核燃料总是利用比结合能小的核，这样通过核反应才能放出原子能，选项A正确．核反应中γ的能量是放出的能量，远小于eq\o\al(239,94)Pu的结合能，选项B错误.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更稳定，说明eq\o\al(235,92)U的比结合能大，但不能说明结合能大，选项C错误．由于衰变时释放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的比结合能小，选项D正确．10．(2018·新余模拟)放射性物质碘131的衰变方程为eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋Y.根据有关放射性知识，下列说法正确的是()A．生成的eq\o\al(131,54)Xe处于激发态，放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强B．若eq\o\al(131,53)I的半衰期大约是8天，取4个碘原子核，经16天就只剩下1个碘原子核了C．Y粒子为β粒子D.eq\o\al(151,53)I中有53个质子和131个核子解析：CD生成的eq\o\al(131,54)Xe处于激发态，还会放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，γ射线是高能光子，即高能电磁波，它是不带电的，所以γ射线的电离作用很弱，故A项错误；半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的．所以，若取4个碘原子核，经16天剩下几个碘原子核无法预测，故B项错误；反应方程中，eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋Y，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，Y粒子为β粒子，故C项正确；电荷数等于质子数，可知eq\o\al(131,53)I中有53个质子，131表示质量数即核子数，故D项正确．

11．PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是：将放射性同位素eq\o\al(15,8)O注入人体，参与人体的代谢过程.eq\o\al(15,8)O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像．根据PET原理，下列说法正确的是()A.eq\o\al(15,8)O衰变的方程式为eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,1)eB．将放射性同位素eq\o\al(15,8)O注入人体，eq\o\al(15,8)O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：AB由质量数守恒和电荷数守恒可知，eq\o\al(15,8)O的衰变方程式为eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,)1e，故A正确；将放射性同位素eq\o\al(15,8)O注入人体，eq\o\al(15,8)O的主要用途作为示踪原子，故B正确；正负电子湮灭后生成两个光子，故C错误；氧在人体内的代谢时间不长，PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故D错误．12．月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3(eq\o\al(3,2)He)”的化学元素，是核聚变的重要原料之一．科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3”，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3”与“氘核(eq\o\al(2,1)H)”聚变生成“氦4(eq\o\al(4,2)He)”，下列说法中正确的是()A．核反应方程为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)HB．核反应生成物的质量大于参加的反应物的质量C．该核反应出现质量将亏损，释放能量D．因为“氦3”比“氦4”的比结合能小，所以“氦3”比“氦4”稳定解析：AC该核反应方程为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H，电荷数守恒，质量数守恒，故A正确；关于“氦3(eq\o\al(3,2)He)”与“氘核(eq\o\al(2,1)H)”聚变生成“氦4(eq\o\al(4,2)He)”和质子，有大量的能量放出，根据爱因斯坦质能方程，知有质量亏损，生成物的质量小于参加的反应物的质量，故B错误，C正确；比结合能越大，原子核越稳定，故D错误．二、计算题(需写出规范的解题步骤)13．钚的放射性同位素eq\o\al(239,94)Pu静止时衰变为铀核激发态eq\o\al(235,92)U*、α粒子，而铀核激发态eq\o\al(235,92)U*立即衰变为铀核eq\o\al(235,92)U，并放出能量为0.097MeV的γ光子．已知：eq\o\al(239,94)Pu、eq\o\al(235,92)U和α粒子的质量分别为mPu＝239.0521u、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u,1u＝931.5MeV/c2.(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．解析：(1)衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U*＋α①eq\o\al(235,92)U*→eq\o\al(235,92)U＋γ②或合起来有eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋α＋γ③(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα④放出的能量为ΔE＝Δm·c2⑤ΔE是铀核eq\o\al(235,92)U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和，ΔE＝EU＋Eα＋Eγ⑥可得EU＋Eα＝(mPu－mU