分层规范快练(三十八) 原子结构 原子核
[双基过关练]
1．[2017·上海单科，1]由放射性元素放出的氦核流被称为( )
A．阴极射线 B．α射线
C．β射线 D．γ射线
解析：在天然放射现象中，放出α、β、γ三种射线，其中α射线属于氦核流，选项B正确．
答案：B
2．[2017·上海单科，3]在同位素氢、氘、氚的核内具有相同的( )
A．核子数 B．电子数
C．中子数 D．质子数
解析：本题考查对同位素的认识．同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数不同的元素，故氢、氘、氚的核内具有相同的质子数，D项正确．
答案：D
3．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应；U＋n→a＋b＋2n则a＋b可能是( )
A.Xe＋Kr B.Ba＋Kr
C.Ba＋Sr D.Xe＋Sr
解析：根据核反应中的质量数守恒可知，a＋b的质量数应为235＋1－2＝234，质子数应为92，A项中的质量数为140＋93＝233，B项中的质量数是141＋92＝233，C项中质量数为141＋93＝234，质子数为56＋38＝94，D项中质量数为140＋94＝234，质子数为54＋38＝92，综上可知，答案为D.
答案：D
4．(多选)2018年是居里夫妇发现了放射性元素钋(Po)120周年．若元素钋发生某种衰变，其半衰期是138天，衰变方程为Po→Pb＋Y＋γ，则下列说法正确的是( )
A．该元素发生的是β衰变
B．Y原子核含有4个核子
C．γ射线是衰变形成的铅核释放的
D．200 g的Po经276天，已发生衰变的质量为150 g
解析：根据原子核衰变时质量数守恒和电荷数守恒，可知Y的电荷数为2，质量数为4，则核子数为4，Y是He，该元素发生的是α衰变，而γ射线是伴随着α衰变产生的，A错误，B正确；γ射线是衰变形成的铅核处于高能级时释放的，C正确；根据m＝m0
6
知，200 g的Po经276天，还剩余50 g，故已发生衰变的质量为150 g，D正确．
答案：BCD
5.
氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当这群氢原子向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为4.54 eV的钨时，下列说法正确的是( )
A．氢原子能辐射出4种不同频率的光子
B．氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应
C．氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大
D．氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率减小
解析：当大量处于n＝4的激发态的氢原子向低能级跃迁时，会辐射出C＝6种不同频率的光子，选项A错误；当辐射光子的能量超过4.54 eV时，才能使钨发生光电效应，因此只有氢原子从高能级跃迁到基态时，辐射的光子才能使钨发生光电效应，选项B错误；氢原子辐射一个光子后，跃迁到低能级，电子动能增大，核外电子的速率增大，选项C正确，D错误．
答案：C
6．(多选)下列有关核反应的说法正确的是( )
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力
B．重核裂变反应前后一定有质量亏损
C.U＋n→Xe＋Sr＋dn，式中d＝1
D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小
解析：目前核潜艇是利用重核裂变提供动力的，选项A正确；重核裂变要释放核能，即反应前后一定有质量亏损，选项B正确；根据质量数守恒和电荷数守恒可知，该核反应中的d＝3，选项C错误；铀核不如裂变后生成的新核稳定，可知铀核的比结合能比裂变后生成的新核的比结合能小，选项D错误．
答案：AB
7．已知一核反应方程为N＋H→C＋X＋ΔE，N的质量为m1，H的质量为m2，C的质量为m3，X的质量为m4，光在真空中的速度为c.则下列判断正确的是( )
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A．X是He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
B．X是He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
C．X是He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2
D．X是He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2
解析：根据核反应方程中质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数A＝15＋1－12＝4，核电荷数Z＝7＋1－6＝2，所以X为氦核(He)，该核反应过程中质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，所以释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，B正确．
答案：B
8．[2019·泰安模拟]
根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为( )
A．12.75 eV B．13.06 eV
C．13.6 eV D．0.85 eV
解析：由题意应该有6＝，得n＝4.即能发出6种频率光的一定是n＝4能级，则照射氢原子的单色光的光子能量为：－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，故A项正确，B、C、D项错误．
答案：A
9．[2019·宝鸡模拟]如图，是氢原子四个能级的示意图．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，辐射出a光．当氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出b光．则以下判断正确的是( )
A．a光光子的能量大于b光光子的能量
B．a光的波长大于b光的波长
C．a光的频率大于b光的频率
D．在真空中a光的传播速度大于b光的传播速度
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解析：氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级的能级差小于从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时的能级差，根据hν＝Em－En，知，光子a的能量小于光子b的能量．所以a光的频率小于b光的频率，则光子a的能量小于光子b的能量，故A、C项错误；光子a的频率小于光子b的频率，所以b的频率大，波长小，则a光的波长大于b光的波长，故B项正确；在真空中光子a的传播速度等于光子b的传播速度，故D项错误．
答案：B
[技能提升练]
10．(多选)有媒体报道，美国核动力航母中将要装备激光武器了，根据玻尔理论，激光是大量处于同一激发状态n1的原子同时跃迁到某一能级n2，而释放出的单色光，其能量大，破坏力强，下列针对上述原子跃迁过程的说法正确的是( )
A．原子处于n1能级时的能量大于处于n2能级时的能量
B．电子在n1能级时的半径小于在n2能级时的半径
C．电子在n1能级时的动能小于在n2能级时的动能
D．红外线、紫外线、γ射线都是处于激发状态的原子辐射出的
解析：同一激发态n1的原子同时跃迁到某一能级n2而释放出能量，可知原子处于n1能级时的能量大于处于n2能级时的能量，故A项正确；根据玻尔理论可知，原子的能级越高，同一个电子的轨道半径越大，所以电子在n1能级时的半径大于在n2能级时的半径，故B项错误；电子绕原子核运动的过程中库仑力提供向心力，则：＝，所以电子运动的半径越大，动能越小．所以电子在n1能级时的动能小于在n2能级时的动能，故C项正确；红外线、紫外线都是处于激发态的原子辐射出的，γ射线是处于激发态的原子核受到激发时产生的，故D项错误．
答案：AC
11.
静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图中虚线所示(b、c表示长度)．那么碳14的核反应方程可能是( )
A.C→He＋Be
B.C→e＋B
C.C→e＋N
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D.C→H＋B
解析：由题意可知＝2，＝4，而a＝，故有：＝1：2，又因为动量守恒，有m1v1＝m2v2，可知q1：q2＝1：2，故只有A正确．
答案：A
12．下列说法正确的是( )
A．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
B．铀核裂变的一种核反应方程是U→Ba＋Kr＋2n
C．设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(m1＋m2－m3)c2
D．原子在a、b两个能级的能量分别为Ea、Eb，且Ea>Eb，当原子从a能级跃迁到b能级时，辐射出光子的波长λ＝(其中c为真空中的光速，h为普朗克常量)
解析：动量相等的质子和电子，因质子质量比电子质量大得多，依据动能Ek＝可知质子和电子动量不相等，再根据德布罗意波长公式λ＝，可知动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长不相等，故A错误；铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n，故B错误；根据爱因斯坦质能方程可知，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2，故C错误；原子在a、b两个能级的能量为Ea、Eb，则Ea>Eb，当原子从a能级跃迁到b能级时，辐射出光子的能量为E＝＝Ea－Eb，所以光子的波长λ＝，故D正确．
答案：D
13．(多选)现有两动能均为E0＝0.35 MeV的H在一条直线上相向运动，两个H发生对撞后能发生核反应，得到He和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为He和新粒子的动能．已知H的质量为2.014 1 u，He的质量为3.016 0 u，新粒子的质量为1.008 7 u，核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV(如果涉及计算，结果保留整数)．则下列说法正确的是( )
A．核反应方程为H＋H→He＋n
B．核反应前后不满足能量守恒定律
C．新粒子的动能约为3 MeV
D.He的动能约为4 MeV
解析：由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知H＋H→He＋n，则新粒子为中子
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n，所以A正确．核反应过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变为能量，仍然满足能量守恒定律，B错误；由题意可知ΔE＝(2.014 1 u×2－3.016 0 u－1.008 7 u)×931 MeV/u＝3.3 MeV，根据核反应中系统的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根据核反应中系统的动量守恒有pHe－pn＝0，由Ek＝，可知＝，解得EkHe＝(2E0＋ΔE)＝1 MeV，Ekn＝(2E0＋ΔE)＝3 MeV，所以C正确、D错误．
答案：AC
14．(多选)
如图所示，空间存在垂直纸面向外的匀强磁场(图中未画出)，一放射源P位于足够大的绝缘板AB上方，放射性物质为U，发生α衰变后，放出α射线，Th留在放射源中，P到AB的距离为d，在纸面内向各个方向发射速率均为ν的α粒子，不考虑粒子间的相互作用和α粒子的重力．已知α粒子做圆周运动的半径也为d，则( )
A．核反应方程为U→Th＋He
B．板上能被α粒子打到的区域长度是2d
C．α粒子到达板上的最长时间为
D．α粒子到达板上的最短时间为
解析：
根据质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应方程为U→Th＋He，选项A正确；如图所示，板上能被α粒子打到的区域长度为CD，由几何关系可求得OD＝d，OC＝d，故板上能被α粒子打到的区域长度是(1＋)d，选项B错误；竖直向上射出的α粒子到达板上的时间最长，其轨迹对应的圆心角为270°，故最长时间为tmax＝×＝，选项C正确；α粒子到达板上的时间最短时，其轨迹对应的弦长为d，故对应的圆心角为60°，最短时间为tmin＝×2＝，选项D错误．
答案：AC
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