第2講原子結(jié)構(gòu)與原子核一、選擇題(本題共13小題，1～7題為單選，8～13題為多選)1．關(guān)于光電效應(yīng)，下列表述正確的是(B)A．光照時(shí)間越長，光電流越大B．入射光頻率大于極限頻率時(shí)就能產(chǎn)生光電子C．入射光足夠強(qiáng)，就可以有光電流D．不同的金屬逸出功都是一樣的[解析]光電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，與光照射的時(shí)間長短無關(guān)，故A錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光頻率大于極限頻率，故B正確；能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，入射光足夠強(qiáng)，不一定能產(chǎn)生光電流，故C錯(cuò)誤；不同的金屬逸出功是不同的，故D錯(cuò)誤。故選B。2．(2023·遼寧鳳城月考)如圖所示，氫原子在不同能級間發(fā)生a、b、c三種躍遷時(shí)，釋放光子的頻率分別是νa、νb、νc，下列關(guān)系式正確的是(A)A．νb＝νa＋νc B．νa＝eq\f(νbνc,νb＋νc)C．νb＝eq\f(νaνc,νa＋νc) D．νc＝eq\f(νbνa,νb＋νa)[解析]本題考查氫原子能級躍遷與光子能量的表達(dá)式．因?yàn)镋m－En＝hν，知Eb＝Ea＋Ec，即hνb＝hνa＋hνc，解得νb＝νa＋νc，故選A。3．(2023·寧夏銀川月考)國產(chǎn)科幻大片《流浪地球》中講述了太陽即將在未來出現(xiàn)“氦燃燒”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致人類無法生存，決定移民到半人馬座比鄰星的故事，據(jù)科學(xué)家論證，太陽向外輻射的能量來自其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng)，當(dāng)太陽內(nèi)部達(dá)到一定溫度時(shí)，會(huì)發(fā)生“氦燃燒”，其中“氦燃燒”的核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋X→eq\o\al(8,4)Be＋γ，方程中X表示某種粒子，eq\o\al(8,4)Be是不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為T，則下列說法正確的是(A)A．X粒子是eq\o\al(4,2)HeB．若使eq\o\al(8,4)Be的溫度降低，其半衰期會(huì)減小C．經(jīng)過2T，一定質(zhì)量的eq\o\al(8,4)Be剩余量為開始時(shí)的eq\f(1,8)D．“氦燃燒”的核反應(yīng)是裂變反應(yīng)[解析]本題考查核反應(yīng)方程及半衰期。根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X粒子的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為eq\o\al(4,2)He，選項(xiàng)A正確；溫度不能改變放射性元素的半衰期，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；經(jīng)過2T，質(zhì)量為m的eq\o\al(8,4)Be剩余質(zhì)量m0＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2m＝eq\f(1,4)m，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；“氦燃燒”的核反應(yīng)是輕核聚變反應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4．(2023·山東高考模擬)2019年是世界上首次實(shí)現(xiàn)元素人工轉(zhuǎn)變100周年。1919年，盧瑟福用氦核轟擊氮原子核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了另一種元素，該核反應(yīng)方程可寫為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(m,8)X＋eq\o\al(1,n)Y。以下判斷正確的是(B)A．m＝16，n＝1 B．m＝17，n＝1C．m＝16，n＝0 D．m＝17，n＝0[解析]由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得：4＋14＝m＋1,2＋7＝8＋n，解得：m＝17，n＝1。5．(2023·北京西城區(qū)一模)已知氡222的半衰期為3.8天。那么4g放射性物質(zhì)氡222經(jīng)過7.6天，還剩下沒有發(fā)生衰變的質(zhì)量為(B)A．2g B．1gC．0.5g D．0g[解析]本題考查的是放射性元素的半衰期。根據(jù)衰變的半衰期公式m＝m0(eq\f(1,2))n，其中m0＝4g，n為經(jīng)歷的半衰期的個(gè)數(shù)，n＝eq\f(7.6,3.8)＝2，聯(lián)立可得m＝4×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2g＝1g，故選B。6．(2023·云南玉溪一中期末)如圖，天然放射性元素放出的射線通過電場后分成三束，則(C)A．①電離作用最強(qiáng)，是一種電磁波B．②貫穿本領(lǐng)最弱，用一張白紙就可以把它擋住C．原子核放出一個(gè)①粒子后，形成的新核比原來的電荷數(shù)多1D．原子核放出一個(gè)③粒子后，形成的新核質(zhì)子數(shù)比原來少4，中子數(shù)比原來少2[解析]本題考查對三種射線的認(rèn)識。①向右偏轉(zhuǎn)，知①帶負(fù)電，為β射線，實(shí)質(zhì)是電子流，電離作用不是最強(qiáng)，也不是電磁波，故A錯(cuò)誤；②不帶電，是γ射線，為電磁波，穿透能力最強(qiáng)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)電荷數(shù)守恒知，原子核放出一個(gè)①粒子后，新核的電荷數(shù)多1，故C正確；③向左偏，知③帶正電，為α射線，原子核放出一個(gè)③粒子后，新核的質(zhì)子數(shù)比原來少2，質(zhì)量數(shù)少4，則中子數(shù)少2，故D錯(cuò)誤。7．(2023·山東濟(jì)寧一模)日本福島核事故是世界上最大的核事故之一，2019年2月13日首次“觸及”到了該核電站內(nèi)部的核殘?jiān)渲胁糠謿埩舻姆派湫晕镔|(zhì)的半衰期可長達(dá)1570萬年。下列有關(guān)說法正確的是(D)A．eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb要經(jīng)過4次β衰變和7次α衰變B．天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的α射線的速度與光速相當(dāng)，穿透能力很強(qiáng)C．將由放射性元素組成的化合物進(jìn)行高溫分解，會(huì)改變放射性元素的半衰期D．放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的[解析]本題考查天然放射性的幾種衰變。設(shè)經(jīng)x次α衰變和y次β衰變eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，故要經(jīng)過6次β衰變和8次α衰變，故A錯(cuò)誤；α射線是速度為0.1c的氦核流，穿透能力最弱；γ射線的穿透能力最強(qiáng)且速度與光速相當(dāng)，故B錯(cuò)誤；半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只對大量的原子核適用，且半衰期的大小由原子核內(nèi)部因素決定，與所處的物理環(huán)境和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故C錯(cuò)誤；β衰變放出的電子是來自原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故D正確。8．正電子是電子的反粒子，它跟普通電子的電荷量相等，而電性相反。反氫是氫元素的反物質(zhì)，每個(gè)氫原子是由一個(gè)質(zhì)子與一個(gè)電子構(gòu)成，反氫原子的核外電子為一個(gè)正電子，由玻爾模型推測，關(guān)于反氫原子說法正確的是(AB)A．反氫原子由一個(gè)帶負(fù)電的質(zhì)子和正電子組成B．正電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑不是任意的C．反氫原子的光譜是連續(xù)的D．正電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，其動(dòng)能增加[解析]由原子呈電中性可知，在反氫原子中，質(zhì)子帶負(fù)電，由玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型可知，正電子的軌道半徑只能是某些分立值，稱為軌道量子化，故A、B正確；由于氫原子光譜是分立的，推測反氫原子光譜也是分立的，故C錯(cuò)誤；正電子繞核運(yùn)動(dòng)，庫侖力提供向心力，其從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，軌道半徑增大，動(dòng)能減小，故D錯(cuò)誤。9．(2023·浙江東陽中學(xué)檢測)根據(jù)玻爾理論，下列說法正確的是(AD)A．各種原子吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的發(fā)射光譜中的一條亮線相對應(yīng)B．電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng)，若其圓周運(yùn)動(dòng)的頻率是ν，則其發(fā)出光子的頻率也是νC．若氫原子處于量子數(shù)為m(m>1)的定態(tài)，則氫原子是穩(wěn)定的，不輻射光子D．在巴耳末線系中，波長最長的譜線是從量子數(shù)n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時(shí)發(fā)出的[解析]本題考查玻爾能級躍遷理論相關(guān)問題。根據(jù)光譜分析法可知，各種原子吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的發(fā)射光譜中的一條亮線相對應(yīng)，A正確；當(dāng)電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)并不向外輻射能量，其狀態(tài)是穩(wěn)定的，B錯(cuò)誤；若氫原子處于量子數(shù)為m(m>1)的定態(tài)，則氫原子處于激發(fā)態(tài)，是不穩(wěn)定的，會(huì)發(fā)生躍遷向外輻射光子，C錯(cuò)誤；巴耳末公式為eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5，…)，故當(dāng)波長最長時(shí)n＝3，即從n＝3能級躍遷至n＝2能級時(shí)輻射的光子頻率最小，波長最長，D正確。10．(2023·江蘇揚(yáng)州月考)人們發(fā)現(xiàn)，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系。下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說法正確的是(BD)A．由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要吸收能量B．由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出核能C．已知原子核A裂變成原子核B和C時(shí)放出的γ射線能使某金屬板逸出光電子，若增加γ射線強(qiáng)度，則逸出光電子的最大初動(dòng)能增大D．在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度[解析]原子核D、E聚變成原子核F，放出能量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；A裂變成B、C，放出能量，選項(xiàng)B正確；增加入射光強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；鎘棒能吸收中子，可控制核反應(yīng)速度，選項(xiàng)D正確。11．(2023·紅橋區(qū)月考)靜止的eq\o\al(211,83)Bi原子核在磁場中發(fā)生衰變后運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，大小圓半徑分別為R1、R2。則下列關(guān)于此衰變方程和兩圓軌跡半徑比值判斷正確的是(BC)A．eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(207,81)Tl＋eq\o\al(4,2)He B．eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC．R1︰R2＝84︰1 D．R1︰R2＝207︰4[解析]原子核發(fā)生衰變時(shí)，根據(jù)動(dòng)量守恒可知兩粒子的速度方向相反，由圖可知粒子的運(yùn)動(dòng)的軌跡在同一側(cè)，根據(jù)左手定則可以得知，衰變后的粒子帶電的電性相反，所以釋放的粒子應(yīng)該是電子，原子核發(fā)生的應(yīng)該是β衰變，衰變方程為eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)e，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)R＝eq\f(mv,qB)兩粒子動(dòng)量等大，做R1︰R2＝q2︰q1＝84︰1，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。12．氫原子能級如圖所示，已知可見光光子的能量在1.61～3.10eV范圍內(nèi)，則下列說法正確的是(BD)A．氫原子能量狀態(tài)由n＝2能級躍遷到n＝1能級，放出的光子為可見光B．大量氫原子處于n＝4能級時(shí)，向低能級躍遷能發(fā)出6種不同頻率的光子C．處于基態(tài)的氫原子電離需要釋放13.6eV的能量D．氫原子處于n＝2能級時(shí)，可吸收2.86eV能量的光子躍遷到高能級[解析]由n＝2能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的光子能量為E＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV，不在可見光的能量范圍內(nèi)，故放出的光子不是可見光，故A錯(cuò)誤；大量處于n＝4能級的激發(fā)態(tài)氫原子向低能級躍遷時(shí)，能產(chǎn)生Ceq\o\al(2,4)＝6種不同頻率的光子，故B正確；處于基態(tài)的氫原子電離需要吸收13.6eV的能量，故C錯(cuò)誤；氫原子處于n＝2能級吸收能量為2.86eV的光子，能量變?yōu)椋?.54eV，即將躍遷到n＝5能級，故D正確。13．新冠病毒是一種傳染病毒，傳染病的傳播過程十分復(fù)雜，但是可以構(gòu)建最簡單的傳播模型來描述，這個(gè)最簡模型可稱為鏈?zhǔn)侥Ｐ停愃朴诤肆炎冩準(zhǔn)椒磻?yīng)模型。鈾裂變核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(A,Z)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋Req\o\al(A,Z)n，其中n表示中子。裂變后產(chǎn)生的中子能繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)的次數(shù)稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的“傳染系數(shù)”。下列說法正確的有(BC)A．從鈾裂變核反應(yīng)方程看，“傳染系數(shù)”R＝2B．核反應(yīng)堆中通過鎘板吸收中子降低“傳染系數(shù)”C．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的臨界值對應(yīng)的實(shí)際“傳染系數(shù)”為1D．核反應(yīng)堆中的實(shí)際“傳染系數(shù)”與鈾濃度無關(guān)[解析]中子的電荷數(shù)Z＝0，質(zhì)量數(shù)A＝1，核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒，因此可計(jì)算得R＝3，故A錯(cuò)誤；核反應(yīng)堆中通過鎘板吸收中子，減少轟擊鈾核的中子數(shù)，最終起到降低實(shí)際“傳染系數(shù)”的作用，所以B正確；在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，當(dāng)實(shí)際“傳染系數(shù)”R≥1時(shí)，反應(yīng)才能持續(xù)發(fā)展下去，當(dāng)實(shí)際“傳染系數(shù)”R<1時(shí)，反應(yīng)將趨于停滯，即R＝1是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)下去的臨界值，故C正確；核反應(yīng)堆中還可以通過鈾棒來控制核反應(yīng)的速率，實(shí)際上就是通過調(diào)整鈾濃度來控制實(shí)際“傳染系數(shù)”，所以D錯(cuò)誤。二、非選擇題14．(2023·廣東汕頭月考)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)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(eq\o\al(4,2)He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，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eq\o\al(A,Z)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(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動(dòng)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(dòng)能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm。[答案](1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(2πm,qB)eq\f(q2B,2πm)(3)Δm＝eq\f(M＋mqBR2,2mMc2)[解析](1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(