课时跟踪检测(四十七) 原子结构和原子核
高考常考题型：选择题＋填空题＋计算题
1．(2012·天津高考)下列说法正确的是( )
A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子
C．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力
D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
2．(2012·吉林二模)目前，在居家装修中，经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀、钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( )
A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的
B．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力
C．已知氡的半衰期为3.8天，若取1 g氡放在天平左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，则7. 6天后，需取走0.75 g砝码天平才能再次平衡
D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2
3. (2012·广东部分名校联考)某光电管的阴极为金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV，如图1所示是氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光照射到该光电管的阴极上，这束光中能使金属钾发生光电效应的光谱线条数是( )
A．2条 B．4条
C．5条 D．6条 图1
4．(2013·丽水模拟)如图2所示，由天然放射性元素钋(Po)放出的射线x1，轰击铍(49Be)时会产生粒子流x2，用粒子流x2轰击石蜡时会打出粒子流x3，经研究知道( )
图2
A．x1为α粒子，x2为质子
B．x1为α粒子，x3为质子
C．x2为质子，x3为中子
D．x2为质子，x3为光子
5．(2012·广东高考)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程，表述正确的有( )
A．H＋H→He＋n是核聚变反应
B．H＋H→He＋n是β衰变
C. U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应
D. U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变
6．(2012·江西重点中学第二次联考)如图3所示，氢原子在下列各能级间跃迁：(1)从n＝2到n＝1；(2)从n＝5到n＝3；(3)从n＝4到n＝2。在跃迁过程中辐射的电磁波的波长分别用λ1、λ2、λ3表示。波长λ1、λ2、λ3大小的顺序是( )
图3
A．λ1<λ2<λ3 B．λ1<λ3<λ2
C．λ3<λ2<λ1 D．λ2＝λ3<λ1
7．由于放射性元素 Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知 Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列判断中正确的是( )
A. Bi的原子核比 Np的原子核少28个中子
B. Bi的原子核比 Np的原子核少18个中子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
8．下列说法正确的是( )
A．发现中子的核反应方程是Be＋He―→C＋n
B．20个 U的原子核经过两个半衰期后剩下5个 U [ ]
C. U在中子轰击下生成Sr和 Xe的过程中，原子核中的平均核子质量变小
D．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射出一定频率的光子
9．(2012·四川高考)如图4为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )
图4
A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长
B．从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出电磁波的速度大
C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
10．(2012·东北三省三校联考)如图5所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时，释放光子的波长分别是λa、λb、λc，则下列说法正确的是( )
图5
A．从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，释放光子的波长可表示为
B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，电子的电势能减小，氢原子的能量增加
C．若用波长为λc的光照射某金属时恰好能发生光电效应，则用波长为λa的光照射该金属时也一定能发生光电效应
D．用12.09 eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，可以发出3种频率的光
11．按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)。已知氢原子的基态能量为E1(E1＜0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)。
12．假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是3.015 0 u。
(1)聚变的核反应方程是________，在聚变核反应中释放出的能量为________ MeV。(保留两位有效数字)
(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为H＋He―→Li，已知各核子比结合能分别为EH＝1.112 MeV、EHe＝7.075 MeV、ELi＝5.603 MeV，试求此核反应过程中释放的核能。
答 案
课时跟踪检测(四十七) 原子结构和原子核
1．选B 采用物理和化学方法不能改变放射性元素的半衰期，选项A错误；由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子，选项B正确；从高空对地面进行遥感摄影利用的是红外线，选项C错误；原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，选项D错误。
2．选AD β衰变是原子核内的中子转化成质子同时释放一个电子，A正确，B错误。半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是原子核的质量减少一半，C错误。α粒子为氦原子核，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2，D正确。
3．选B 一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射出C42＝＝6种光子，它们的光子能量分别为12.75 eV、12.09 eV、10.20 eV、2.55 eV、1.89 eV和0.66 eV，其中两种光子能量小于金属钾的逸出功2.21 eV，它们不能使金属钾发生光电效应。本题答案为B。
4．选B 用从钋发出的α射线轰击铍时，会产生一种不受电场和磁场影响、穿透力很强的粒子流。如果用这种粒子流轰击石蜡，能从石蜡中打出质子。查德威克经过研究，发现这种粒子正是卢瑟福猜想的中子。由以上可知x1为α粒子，x2为中子，x3为质子，B正确，A、C、D错误。
5．选AC H＋H→He＋n是核聚变反应，而不是β衰变；D选项中是核裂变反应，D错。
6．选B 设从n＝2到n＝1，从n＝5到n＝3和从n＝4到n＝2在跃迁过程中辐射光子的能量分别为E1、E2、E3，则E1＝10.2 eV，E2＝0.97 eV，E3＝2.55 eV，即E1>E3>E2，由E＝h可知λ1<λ3<λ2，B正确。
7．选BC Bi的中子数为209－83＝126, Np的中子数为237－93＝144, Bi的原子核比 93237Np的原子核少18个中子，A错、B对；衰变过程中共发生了α衰变的次数为＝7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)＝4次，C对、D错。
8．选AC 发现中子的核反应方程是Be＋He―→C＋n，A正确。原子核的半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，所以B错误。 U在中子轰击下生成Sr和 Xe的过程中，原子核中的平均核子质量变小，所以该反应过程会产生质量亏损，从而放出核能，C正确。原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可能要辐射出一定频率的光子，也可能会吸收一定频率的光子，所以D错误。
9．选A 根据Em－En＝hν＝h可得λ＝h，则从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的电磁波的波长要长，故A选项正确；由于电磁波在空气中的传播速度都是相同的，接近光速，故B选项错误；根据氢原子的电子云图可知，处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故C选项错误；从高能级向低能级跃迁时，原子一定向外以光子的形式释放能量，但这是核外电子在不同轨道间的跃迁，与原子核无关，故D选项错误。
10．选AD 从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，释放出的光子能量为(E3－E1)，由E＝hν得释放光子的波长为，A正确。从n＝3能级跃迁到n＝2能级时释放光子，因此电子的电势能减小，氢原子的能量减小，B错误。由能级图可知波长为λc的光对应的光子频率大于波长为λa的光所对应的光子频率，因此用波长为λc的光照射某金属时恰好能发生光电效应，用波长为λa的光照射该金属时一定不能发生光电效应，C错误。用12.09 eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，氢原子可以从n＝1能级跃迁到n＝3能级，大量氢原子再由n＝3能级跃迁到n＝1能级时将发出3种不同频率的光，D正确。
11．解析：根据玻尔理论可知，氢原子中的电子离核越远，氢原子的能量越大，由mv2＝hν＋E1可得v＝ 。
答案：越大
12．解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程式为H＋H―→He＋n。核反应过程中的质量亏损：Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×2.013 6 u－(3.015 0＋1.008 7)u＝3.5×10－3u。
由于1 u的质量与931.5 MeV的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量：
ΔE＝3.5×10－3×931.5 MeV≈3.3 MeV。
(2)13H和24He分解成7个核子所需的能量为E1＝3×1.112 MeV＋4×7.075 MeV＝31.636 MeV
7个核子结合成37Li，释放的能量为E2＝7×5.603 MeV＝39.221 MeV
所以此核反应过程中释放的核能为
ΔE＝E2－E1＝39.221 MeV－31.636 MeV＝7.585 MeV。
答案：(1) H＋H―→He＋n 3.3
(2)7.585 MeV
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