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1-6-13 原子與原子核 課時強(qiáng)化訓(xùn)練 1．(2018安徽A10聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示為氫原子的能級圖，已知金屬鉑的逸出功為6.34 eV，則下列說法正確的是(　　) A．處于基態(tài)的氫原子可以吸收能量為10.5 eV的光子而被激發(fā) B．用n＝4能級躍遷到n＝1能級輻射的光照射金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng) C．用能量為12.5 eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，一定不能使氫原子發(fā)生能級躍遷 D．要使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離，入射光子的能量只能等于13.6 eV [解析] 氫原子發(fā)生能級躍遷時，其只能吸收(或輻射)光子能量等于兩能級間的能級差的光子，n＝1→n＝2吸收的光子能量為－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，n＝1→n＝3吸收的光子能量為－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，能量為10.5 eV的光子不能被吸收，A錯誤；從n＝4能級躍遷到n＝1能級輻射光子的能量為－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，大于金屬鉑的逸出功，能使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng)，B正確；用能量為12.5 eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，可能使氫原子發(fā)生能級躍遷，C錯誤；入射光子的能量大于13.6 eV時，可使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離，D錯誤。 [答案] B 2．(2018山西考前測試)(多選)我國利用“墨子號”量子通信衛(wèi)星在國際上率先實(shí)現(xiàn)了高速星地量子通信，初步構(gòu)成了量子通信網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于量子理論，下列說法正確的是(　　) A．量子論是普朗克首先提出的，光量子理論則是愛因斯坦首先提出的 B．光的強(qiáng)度越大，則光子的能量也就越大 C．三種放射線α、β、γ，其本質(zhì)上都是高能光子 D．大量氫原子從高能級向低能級躍遷時，只能發(fā)射某些特定頻率的光子 [解析] 光的強(qiáng)度越大，光的頻率不一定越大，所以光子能量不一定越大，B錯。三種放射線α、β、γ中，α射線是氦核流，β射線是電子流，γ射線是光子流，所以C錯，選項(xiàng)A、D說法正確。 [答案] AD 3．(2018河南調(diào)研聯(lián)考)甲、乙光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為E1、E2。該金屬的逸出功為(　　) A．E1＋E2 B．E1－E2 C．E1＋2E2 D．E1－2E2 [解析] 根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，對應(yīng)甲光子有hν甲＝E1＋W0，對應(yīng)乙光子有hν乙＝E2＋W0，又知hν甲＝2hν乙，解得W0＝E1－2E2，故選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)A、B、C錯誤。 [答案] D 4．(2018安徽六校二聯(lián))近幾年中國等許多國家積極發(fā)展“月球探測計(jì)劃”，該計(jì)劃中的科研任務(wù)之一是探測月球上氦3的含量。氦3是一種清潔、安全和高效的核發(fā)電燃料，可以采用在高溫高壓下用氘和氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電。若已知氘核的質(zhì)量為2.013 6 u，氦3的質(zhì)量為3.015 0 u，氦核的質(zhì)量為4.001 51 u，質(zhì)子質(zhì)量為1.007 83 u，中子質(zhì)量為1.008 665 u，1 u相當(dāng)于931.5 MeV。則下列說法正確的是(　　) A．一個氘和一個氦3的核聚變反應(yīng)釋放的核能約為17.9 MeV B．氘和氦3的核聚變反應(yīng)方程式：H＋He→He＋X，其中X是中子 C．因?yàn)榫圩儠r釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少 D．目前我國的秦山、大亞灣等核電站廣泛使用氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電 [解析] 氘和氦3的核聚變反應(yīng)方程式：H＋He→He＋H，可知X為質(zhì)子，B項(xiàng)錯誤。釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(2.013 6＋3.015 0－4.001 51－1.007 83)931.5 MeV≈17.9 MeV，所以A項(xiàng)正確。因?yàn)榫圩儠r釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，則反應(yīng)后的總質(zhì)量小于反應(yīng)前的總質(zhì)量，但是在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，故C項(xiàng)錯誤?，F(xiàn)在的核電站均使用核裂變反應(yīng)發(fā)電，故D項(xiàng)錯誤。 [答案] A 5．(2018山東菏澤一模)如圖所示為氫原子的能級圖，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子，用這些光子照射逸出功為1.90 eV的金屬銫，下列說法正確的是(　　) A．這群氫原子能發(fā)出6種頻率不同的光，其中從n＝4能級躍遷到n＝3能級所發(fā)出的光波長最短 B．這群氫原子能發(fā)出3種頻率不同的光，其中從n＝4能級躍遷到n＝1能級所發(fā)出的光頻率最高 C．金屬銫表面所逸出的光電子的初動能最大值為12.75 eV D．金屬銫表面所逸出的光電子的初動能最大值為10.85 eV [解析] 這群氫原子能發(fā)出C＝6種頻率的光子，從n＝4能級躍遷到n＝3能級所發(fā)出的光的頻率最小，波長最長，從n＝4能級躍遷到n＝1能級所發(fā)出的光的頻率最高，波長最短，選項(xiàng)A、B錯誤；光電子的初動能最大值對應(yīng)入射光子的頻率最高，ΔE＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，由光電效應(yīng)方程知Ek＝ΔE－W0＝10.85 eV，選項(xiàng)C錯誤，D正確。 [答案] D 6．(2018山西太原一模)(多選)下列說法正確的是(　　) A．鈾238發(fā)生α衰變變成釷234時，α粒子與釷234的質(zhì)量之和等于鈾238的質(zhì)量 B．鈾238發(fā)生α衰變變成釷234時，α粒子與釷234的結(jié)合能之和一定大于鈾238的結(jié)合能 C．β衰變中釋放的β射線是原子核外電子掙脫原子核的束縛形成的高速電子流 D．核反應(yīng)方程N(yùn)＋He→O＋X中，X是質(zhì)子且反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒 [解析] 鈾238發(fā)生α衰變時有質(zhì)量虧損，故A錯誤；鈾238發(fā)生α衰變變成釷234時，α粒子和釷234的結(jié)合能之和一定大于鈾238的結(jié)合能，故B正確。β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)部的一個中子變成一個質(zhì)子和一個電子，并將電子發(fā)射到核外，形成β射線，故C錯誤。在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，設(shè)X的質(zhì)量數(shù)為m，電荷數(shù)為n，則有4＋14＝17＋m，2＋7＝8＋n，解得：m＝1，n＝1，所以X表示質(zhì)子，核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒，故D正確。 [答案] BD 7．(2018廣東五校一聯(lián))2017年11月17日，“中國核潛艇之父”——黃旭華獲評全國道德模范，頒獎典禮上，習(xí)總書記為他“讓座”的場景感人肺腑。下列有關(guān)核反應(yīng)說法錯誤的是(　　) A．目前核潛艇是利用重核裂變提供動力 B．重核裂變反應(yīng)中一定有質(zhì)量虧損 C.U＋n→Xe＋Sr＋dn，式中d＝2 D．鈾核裂變后生成的新核比鈾核的比結(jié)合能小 [解析] 目前世界上的核潛艇都是利用重核裂變提供動力，A正確。重核裂變釋放能量一定存在質(zhì)量虧損，B正確。由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒可知d＝2，C正確。鈾核裂變后生成的新核的比結(jié)合能比鈾核的大，D錯誤。 [答案] D 8．(2018天津河?xùn)|一模)下列說法正確的是(　　) A．對于某種金屬，無論入射光多強(qiáng)，只要其頻率低于極限頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng) B．由玻爾理論可知，氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要輻射一定頻率的光子，同時電子的動能減小，電勢能增大 C．微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播 D．氡原子核的半衰期為3.8天，4個氡原子核經(jīng)過7.6天一定只剩下一個未發(fā)生衰變 [解析] 根據(jù)光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W，可以知道，當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)，與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)，故A正確；由玻爾理論可以知道，氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要輻射一定頻率的光子，電子的軌道半徑減小，該過程中電場力做正功，電子的動能增大，電勢能減小，故B錯誤；微波屬于電磁波，能在真空中傳播，而聲波只能在介質(zhì)中傳播，不能在真空中傳播，故C錯誤。半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對大量的原子核適用，對少量的原子核不適用，故D錯誤。 [答案] A 9．(2018江西上饒六校一聯(lián))PET(正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像)的基本原理是：將放射性同位素O注入人體，參與人體的代謝過程。O在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子，被探測器探測到，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖像。根據(jù)PET的基本原理，下列說法正確的是(　　) A.O衰變的方程式為O→F＋e B．將放射性同位素O注入人體，O的主要用途是作為示蹤原子 C．一對正負(fù)電子湮滅后也可能只生成一個光子 D．PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較長 [解析] 由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，O衰變的方程式為O→N＋e，故A錯誤；將放射性同位素O注入人體，O的主要用途是作為示蹤原子，故B正確；一對正負(fù)電子湮滅后生成兩個光子，故C錯誤；PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較短，故D錯誤。 [答案] B 10．(2018福建泉州檢測)如圖所示為氫原子的能級圖，用某種頻率的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，受到激發(fā)后的氫原子只輻射出三種不同頻率的光a、b、c，頻率νa>νb>νc，讓這三種光照射逸出功為10.2 eV的某金屬表面，則(　　) A．照射氫原子的光子能量為12.09 eV B．從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出的光頻率為νb C．逸出的光電子的最大初動能為1.51 eV D．光a、b、c均能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) [解析] 用某種頻率的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，受到激發(fā)后的氫原子只輻射出三種不同頻率的光，則知受激發(fā)后的氫原子處于n＝3能級，可知照射氫原子的光子能量為(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV，A選項(xiàng)正確；n＝3→n＝1時：hνa＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，n＝2→n＝1時：hνb＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，n＝3→n＝2時：hνc＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，則知從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出的光頻率為νc，讓這三種光照射逸出功為10.2 eV的某金屬表面，光c不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，光a、b可使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，逸出的光電子的最大初動能為12.09 eV－10.2 eV＝1.89 eV，故B、C、D錯誤。 [答案] A 11．(2018福建廈門質(zhì)檢)下列幾幅圖的有關(guān)說法正確的是(　　) A．圖一中少數(shù)α粒子穿過金箔后方向不變，大多數(shù)α粒子穿過金箔后發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn) B．圖二光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)說明了光具有粒子性 C．圖三中射線丙由α粒子組成，每個粒子帶兩個單位正電荷 D．圖四鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于輕核的聚變，又稱為熱核反應(yīng) [解析] 在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后方向基本不變，只有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，則A錯誤；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)說明了光具有粒子性，所以B正確；由左手定則可知，甲由α粒子組成，每個粒子帶兩個單位正電荷，故C錯誤；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于重核的裂變，故D錯誤。 [答案] B 12．在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子(He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，其軌道半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。 (1)放射性原子核用X表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該α衰變的核反應(yīng)方程。 (2)α粒子的圓周運(yùn)動可以等效成一個環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動的周期和環(huán)形電流大小。 (3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm。 [解析] 本題考查了原子核的衰變、動量和能量守恒、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動、質(zhì)能方程等多個考點(diǎn)，是一道綜合題，難度中等。 (1)X→Y＋He (2)設(shè)α粒子的速度大小為v，由qvB＝m，T＝，得 α粒子在磁場中運(yùn)動周期T＝ 環(huán)形電流大小I＝＝ (3)由qvB＝m，得v＝ 設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v′，系統(tǒng)動量守恒 Mv′－mv＝0 v′＝＝ 由Δmc2＝Mv′2＋mv2 得Δm＝ 說明：若利用M＝m解答，亦可。 [答案] 見解析