课时达标　第33讲 原子结构与原子核

[解密考纲]综合考查氢原子能级的跃迁、放射性元素的衰变、半衰期、核反应，以及质能方程、核反应方程的有关计算．

1．在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的影响可以忽略．这是因为与α粒子相比，电子的(　D　)

A．电量太小 B．速度太小

C．体积太小 D．质量太小

解析　α粒子是氦核，是电子电量的2倍，质量是电子的7 600倍，当α粒子碰到电子时，就像子弹碰到尘埃一样，故电子对α粒子运动的影响可以忽略是因为电子的质量相比α粒子太小，选项D项正确．

2．氢原子能级示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示．

处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为(　A　)

A．红、蓝—靛 B．黄、绿

C．红、紫 D．蓝—靛、紫

解析　如果激发态的氢原子处于第2能级，能够发出10.2 eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第3能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV属于可见光；如果激发态的氢原子处于第4能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的6种光子，1.89 eV和2.55 eV属于可见光，1.89 eV的光子为红光，2.55 eV的光子为蓝—靛，故选项A正确．

3．(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约为5 700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是(　AC　)

A．该古木的年代距今约5 700年

B．12C、13C、14C具有相同的中子数

C．14C衰变为14N的过程中放出β射线

D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变

解析　由古木中的14C是现代植物中的二分之一知，14C经过了一个半衰期，距今5 700年，选项A正确；C的同位素质子数相同，中子数不同，选项B错误；14C衰变成14N是β衰变，选项C正确；改变环境的压强不会改变14C的半衰期，选项D错误．

4．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是U＋n→Ba＋Kr＋3n.下列说法正确的有(　AC　)

A．上述裂变反应中伴随着中子放出

B．铀块体积对链式反应的发生无影响

C．铀核的链式反应可人工控制

D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响

解析　根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题．裂变反应式中的n为中子，铀块体积大于临界体积，才能产生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误．

5．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为H＋C→N＋Q1、H＋N→C＋X＋Q2，Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：

以下推断正确的是(　B　)

A．X是He，Q2＞Q1 B．X是He，Q2＞Q1

C．X是He，Q2＜Q1 D．X是He，Q2＜Q1

解析　由核反应中质量数、电荷数守恒可确定X是α粒子．两个核反应中的质量亏损分别为Δm1＝(1.007 8＋12.000 0－13.005 7) u＝0.002 1 u，Δm2＝(1.007 8＋15.000 1－12.000 0－4.002 6) u＝0.005 3 u，结合爱因斯坦质能方程Q＝Δmc2知Q1＜Q2，故选项B正确．

6．放射性元素氡(Rn)经α衰变成为钋(Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素Rn的矿石，其原因是(　A　)

A．目前地壳中的Rn主要来自于其他放射性元素的衰变

B．在地球形成的初期，地壳中元素Rn的含量足够高

C．当衰变产物Po积累到一定量以后， Po的增加会减慢Rn的衰变进程

D． Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期

解析　放射性元素Rn可以衰变成Po，有的元素也可以衰变成Rn，所以尽管Rn的半衰期很短，自然界中仍然存在Rn，选项A正确；半衰期的大小与外界环境无关，选项C、D错；如果没有其他元素衰变成Rn，地球形成初期Rn的含量无论多么高，现在Rn也几乎不存在了，选项B错误．

7．(多选) U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Ti， X和Ti最后都变成Pb，衰变路径如图所示．可知图中(　BCE　)

A．a＝82，b＝206

B．a＝84，b＝206

C．①是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子和电子而生成的

D．②是α衰变，放出的是正电子，正电子是由质子转变成中子和一个正电子而生成的

E. U经过8次α衰变和6次β衰变后可生成新核Pb

解析　衰变①的方程式为： 83Bi→84X＋e，为β衰变，放出电子，选项C正确；衰变②的方程式为： 83Bi→81Ti＋He，为α衰变，选项A、D错误，B正确；238 92U需经过8次α衰变和6次β衰变后可生成新核82Pb，选项E正确．

8．(2017·珠海一模)典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子： U＋n→Ba＋Kr＋xn，铀235质量为m1，中子质量为m2，钡144质量为m3，氪89的质量为m4.下列说法正确的是(　C　)

A．该核反应类型属于人工转变

B．该反应放出能量(m1－xm2－m3－m4)c2

C．x的值是3

D．该核反应比聚变反应对环境的污染较少

解析　该核反应是核裂变，可以自发进行，不是人工控制的，选项A错误；核反应方程92U＋n→Ba＋Kr＋xn中根据质量数守恒，有235＋1＝144＋89＋x解得x＝3，选项C正确；根据爱因斯坦质能方程，该反应放出能量为ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3－m4－3m2)c2＝(m1－m3－m4－2m2)c2，选项B错误；该核反应生成两种放射性元素，核污染较大，故选项D错误．

9．如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是(　C　)

A．在图中A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多

B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光

C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似

D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金箔原子后产生的反弹

解析　α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射．所以A处观察到的粒子多，B处观察到的粒子少，所以选项A、B错误；α粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项D错误、C正确．

10．关于巴耳末公式＝R的理解，下列说法正确的是(　C　)

A．所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出

B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱

C．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱

D．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子光谱的分析

解析　巴耳末公式是经验公式，只适用于氢原子光谱，公式中n只能取n≥3的整数，故选项C正确．

11．太阳的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于(　C　)

A．太阳表面大气层中缺少相应的元素

B．太阳内部缺少相应的元素

C．太阳表面大气层中存在着相应的元素

D．太阳内部存在着相应的元素

解析　吸收光谱的暗线是连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的，太阳光的吸收光谱是太阳内部发出的强光经较低温度的太阳大气层时，某些波长的光被太阳大气层中的元素吸收而产生的．故选项C正确．

12．一个原子核X进行一次α衰变后成为原子核Y，然后又进行一次β衰变，成为原子核Z： X→Y→Z，它们的质量数a、c、f及电荷数b、d、g之间应有的关系中不正确的是(　C　)

A．a＝f＋4 B．c＝f

C．d＝g＋1 D．b＝g＋1

解析　根据α衰变(反应方程X→Y＋He)和β衰变(反应方程X→Y＋e)的规律，推出a＝c＋4，c＝f，d＝b－2，代入g＝d＋1得到g＝b－2＋1＝b－1，所以b＝g＋1.故选项C错误．

13．(2017·上海奉贤一模)2011年某国核电站发生核泄漏事故，其中铯137(Cs)对核辐射的影响最大，其半衰期约为30年．

(1)请写出铯137(Cs)发生β衰变的核反应方程__Cs→Ba＋e__[已知53号元素是碘(I)，56号元素是钡(Ba)]．

(2)若在该反应过程中释放的核能为E，则该反应过程中质量亏损为_ __(真空中的光速为c)．

(3)泄漏出的铯137约要到公元__2101__年才会有87.5%的原子核发生衰变．

解析　(1)发生β衰变的核反应方程

Cs→Ba＋e，

(2)根据爱因斯坦质能方程知Δm＝；

(3)由半衰期公式N余＝N0×知，经历了3个半衰期，即90年，剩余的原子核没衰变，所以要到公元2101年才会有87.5%的原子核发生衰变．

14．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现．天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用．

(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失．其原因是(　B　)

A．射线的贯穿作用 B．射线的电离作用

C．射线的物理、化学作用 D．以上三个选项都不是

(2)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如工厂生产的厚度为1 mm的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是__β__射线．

(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C作__示踪原子__．

解析　(1)因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失，选项B正确．

2019版高考物理大一轮复习第十二章波粒二象性原子结构与原子核课时达标33原子结构与原子核实战演练