基础课2　原子结构　原子核

选择题（1～7题为单项选择题，8～14题为多项选择题）

1．以m_D、m_P、m_n分别表示氘核、质子、中子的质量，则（　　）

    A．m_D＝m_P＋m_n                                   B．m_D＝m_P＋2m_n

      C．m_D＞m_P＋m_n                                   D．m_D＜m_P＋m_n

    解析　质子和中子通过聚变反应生成氘核，并释放能量，出现质量损失，所以m_P＋m_n＞m_D。

    答案　D

2．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为r_a的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为r_b的圆轨道上，r_a>r_b，在此过程中（　　）

    A．原子发出一系列频率的光子

    B．原子要吸收一系列频率的光子

    C．原子要吸收某一频率的光子

    D．原子要发出某一频率的光子

    解析　r_a>r_b，是从高能级向低能级跃迁，应向外发射能量，且所发射光子的能量等于两个能级的能量差。选项D正确。

    答案　D

3．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有（　　）

    A.                   B.                         C.                     D.

    解析　由半衰期公式m′＝m（）可知，m′＝m（）＝m，故选项C正确。

    答案　C

4．已知氦原子的质量为M_Heu，电子的质量为m_eu，质子的质量为m_pu，中子的质量为m_nu，u为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E＝mc²可知：1u对应于931.5 MeV的能量，若取光速c＝3×10⁸ m/s，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为（　　）

    A．[2×（m_p＋m_n）－M_He]×931.5 MeV

    B．[2×（m_p＋m_n＋m_e）－M_He]×931.5 MeV

    C．[2×（m_p＋m_n＋m_e）－M_He]×c² J

    D．[2×（m_p＋m_n）－M_He]×c² J

    解析　核反应方程为2H＋2n→He，质量亏损Δm＝2×（m_p＋m_n）－（M_He－2m_e）＝2×（m_p＋m_n＋m_e）－M_He，所以释放的能量为ΔE＝Δm×931.5 MeV＝[2×（m_p＋m_n＋m_e）－M_He]×931.5 MeV，选项B正确。

    答案　B

5．如图1所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是（　　）

图1

    A．α射线和β射线的混合放射源

    B．纯α射线放射源

    C．α射线和γ射线的混合放射源

    D．纯γ射线放射源

    解析　在放射源和计数器之间加上铝片后，计算器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的射线，即α射线，在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线，因此放射源可能是α射线和γ射线的混合放射源。

    答案　C

6．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚（Pu）是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险。已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu→X＋He＋γ，下列说法中正确的是（　　）

    A．X原子核中含有92个中子

    B．100个Pu经过24 100年后一定还剩余50个

    C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc²，衰变过程总质量增加

    D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力

    解析　根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可得，X原子核中含有92个质子，235个核子，则中子数为235－92＝143（个），选项A错误；半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，100个Pu经过24 100年后不一定还剩余50个，选项B错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减少，选项C错误；衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，选项D正确。

    答案　D

7．一中子与一质量数为A（A>1）的原子核发生弹性正碰。若碰前原子核静止，则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为（　　）

    A.                                                   B.

    C.                                         D.

    解析　设中子质量为m，则原子核的质量为Am。设碰撞前、后中子的速度分别为v₀、v₁，碰后原子核的速度为v₂，由弹性碰撞可得mv₀＝mv₁＋Amv₂，mv＝mv＋Amv，解得v₁＝v₀，故||＝，A正确。

    答案　A

8．如图2为卢瑟福的α粒子散射实验的经典再现，用放射性元素发出的α粒子轰击金箔，用显微镜观测在环形荧光屏上所产生的亮点，根据实验现象分析（　　）

图2

    A．在荧光屏上形成的亮点是由α粒子在金箔上打出的电子产生的

    B．该实验证明原子几乎全部质量和全部正电荷都集中在一个很小的体积内

    C．在荧光屏上观测到极少数的α粒子发生了大角度的偏转

    D．该实验中α粒子由于和电子发生碰撞而发生了大角度的偏转

    解析　在荧光屏上形成的亮点是由α粒子穿过金箔后打在荧光屏上产生的，A错误；根据实验现象，绝大多数α粒子仍沿原来的直线运动，说明原子几乎全部质量和全部正电荷都集中在一个很小的体积内，B正确；α粒子散射实验的内容是绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大角度的偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的几乎达到180°，被反弹回来），C正确；该实验中α粒子发生大角度偏转的原因是α粒子和金箔中的原子核发生了碰撞，D错误。

    答案　BC

9．如图3所示，为氢原子能级图，A、B、C分别表示电子三种不同能级跃迁时放出的光子，其中（　　）

图3

    A．频率最大的是B                           B．波长最长的是C

    C．频率最大的是A                           D．波长最长的是B

    解析　根据hν＝ΔE和c＝λν可知，ΔE大，频率就大，波长就小。选项A、B正确。

    答案　AB

10．（2015·广东理综，18）科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→He＋X＋17.6 MeV，下列表述正确的有（　　）

    A．X是中子

    B．Y的质子数是3，中子数是6

    C．两个核反应都没有质量亏损

    D．氘和氚的核反应是核聚变反应

    解析　根据核反应中质量数和电荷数守恒，可知X是X，所以为中子，A正确；Y应为Y，所以Y的质子数为3，核子数为6，中子数为3，B错误；两核反应均有能量释放，根据爱因斯坦质能方程，两核反应都有质量亏损，C错误；由聚变反应概念知，D正确。

    答案　AD

11．如图4为氢原子的能级示意图，则下列对氢原子跃迁的理解正确的是（　　）

图4

    A．由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光电子一定不能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应

    B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，向外辐射6种不同频率的光子

    C．大量处于n＝3级级的氢原子向n＝1能级跃迁时，用发出的光照射逸出功为3.34 eV的金属，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 eV

    D．如果用光子能量为10.3 eV的光照射处于n＝1能级的氢原子，则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级

    解析　氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，当氢原子从高能级跃迁到基态时放出的光子的能量最小值为－3.4 eV－（－13.6 eV）＝10.2 eV，大于3.34 eV，所以一定能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应，A错误；大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子的种类为C＝＝6，B正确；大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，辐射出的光子能量最大为－1.51 eV－（－13.6 eV）＝12.09 eV，用此光子照射逸出功为3.34 eV的金属，由爱因斯坦光电效应方程可得该金属的最大初动能为12.09 eV－3.34 eV＝8.75 eV，C正确；当氢原子由低能级向高能级跃迁时，氢原子吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差，而由氢原子的能级图可知任何两能级间的能量差都不等于10.3 eV，因此不能使n＝1能级的氢原子跃迁到较高的能级，D错误。

    答案　BC

12．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.92U＋n→56Ba＋Kr＋3n是核裂变反应

    D.92U＋n→54Xe＋Sr＋2n是α衰变

    解析　β衰变时释放出电子（0_－1e），α衰变时释放出氦原子核（He），可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个²³⁵U原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是核裂变反应，A、C正确。

    答案　AC

13．（2017·河北石家庄质检）下列说法正确的是（　　）

    A．Th核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4

    B．太阳辐射的能量最主要来自太阳内部的热核反应

    C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小

    D．用14 eV的光子照射处于基态的氢原子，可使其电离

    解析　因α衰变的本质是发生衰变的核中减少2个质子和2个中子形成氦核，所以一次α衰变，新核与原来的核相比，中子数减少了2，A项错；太阳辐射的能量是太阳内部核聚产生的，所以B项正确；半衰期由核内部自身因素决定，与其他因素无关，所以C项错；因为氢原子基态的能量为－13.6 eV，所以用14 eV光子照射一定能电离，D项正确。

    答案　BD

14．（2017·湖北黄冈模拟）下列说法中正确的是（　　）

    A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构

    B.Th衰变成Pb要经过6次α衰变和4次β衰变

    C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的

    D．对于某种金属，超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大

    解析　卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，但并不能说明原子核有复杂的结构，A错；据α衰变、β衰变的实质可知Th→Pb＋n He＋m e，得n＝6，m＝4，故B正确；β衰变中β射线是由原子核中的中子转变形成的，C错；据光电效应方程E_k＝hν－W₀得入射光频率ν越高，所产生的光电子的最大初动能E_k就越大，D正确。

    答案　BD