loading专题五 原子结构和原子核
选择题(1～8题为单项选择题，9～15题为多项选择题) 1.关于光电效应，下列说法正确的是( ) A.极限频率越大的金属材料逸出功越大
B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
解析 逸出功W＝hν0，W∝ν0，A正确；只有照射光的频率ν大于金属极限频率ν0，才12
能产生光电效应现象，B错；由光电效应方程hν＝mvmax＋W知，因ν不确定时，无法确
212
定mvmax与W的关系，C错；光强E＝nhν，ν越大，E一定，则光子数n越小，单位时间2内逸出的光电子数就越少，D错。 答案 A
2.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； 92U＋0n―→a＋b＋20n则
235
1
1
a＋b可能是( )
A. 54Xe＋36Kr B. 56Ba＋36Kr C. 56Ba＋38Sr D. 54Xe＋38Sr
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
3.在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定相同的是( ) A.遏止电压 B.饱和光电流 C.光电子的最大初动能 D.逸出功
解析 同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金属逸出功不同，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同，所以饱和光电流相同。故选B。 答案 B
4.如图1所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原
141
93
140
94
140
93
141
93
1 / 61
子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是( )
图1
解析 根据玻尔的原子跃迁公式h＝Em－En可知，两个能级间的能量差值越大，辐射光的波长越短，从图中可看出，能量差值最大的是E3－E1，辐射光的波长a最短，能量差值最小的是E3－E2，辐射光的波长b最长，所以谱线从左向右的波长依次增大的是a、c、b，C正确。 答案 B
5.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 94Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为 94Pu→X＋2He＋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 94Pu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＝mc，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 94Pu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
6.如图2所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光，下列说法正确的是( )
2 / 62
239
2
239
239
239
4
cλ
图2
A.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 B.由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C.由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易发生衍射现象
D.用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
解析 由原子跃迁、光电效应的规律分析。这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出6种光子，A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，光频率最小，B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，光频率最大，光波长最小，最不容易发生衍射现象，C错误；由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV，所以能使金属铂发生光电效应，D正确。 答案 D
7.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则( ) A.吸收光子的能量为hν1＋hν2 B.辐射光子的能量为hν1＋hν2 C.吸收光子的能量为hν2－hν1 D.辐射光子的能量为hν2－hν1
解析 氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，而紫光的频率ν2大于红光的频率ν1，所以hν2>hν1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为hν2－hν1。故选项D正确。 答案 D
8.一中子与一质量数为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.
A＋1A－1
B. A－1A＋1
2
4A（A＋1）C.2D.2 （A＋1）（A－1）
解析 设中子的质量为m，则被碰原子核的质量为Am，两者发生弹性碰撞，据动量守恒，
3 / 63
121211－A2
有mv0＝mv1＋Amv′，据动能守恒，有mv0＝mv1＋Amv′。解以上两式得v1＝v0。若
2221＋A只考虑速度大小，则中子的速率为v1＝正确。 答案 A
9.氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m1、m2、m3和m4，如果氘核和氚核结合生成氦核，则下列说法中正确的是( ) A.核反应方程式为1H＋1H→2He＋0n B.这是一个裂变反应
C.核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3 D.核反应过程中释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c
解析 由氘核和氚核的结合以及电荷数、质量数守恒可知选项A正确；该核反应为聚变反应，选项B错误；核反应过程中的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，选项C错误；由爱因斯坦质能方程可知核反应过程中释放的核能ΔE＝Δmc，可知选项D正确。 答案 AD
10.下列说法正确的是( )
A.一个氢原子从n＝3的能级发生跃迁，可能只辐射一种频率的光子 B.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应
C.比结合能越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 D.铀核( 92U)衰变为铅核( 82Pb)，要经过8次α衰变和10次β衰变
解析 一个氢原子从n＝3的能级发生跃迁，可能辐射一种或者两种频率的光子，选项A正确；太阳辐射的能量是氢核聚变产生的能量，选项B正确；比结合能越大，核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项C错误；根据电荷数守恒和质量数守恒，α衰变的次数为238－206
＝8次，β衰变的次数为8×2－(92－82)＝6次，选项D正确。 4答案 ABD
11.下列说法正确的是( )
A.发现中子的核反应方程是4Be＋2He→ 6C＋0n B.20个 92U的原子核经过两个半衰期后剩下5个 92U
C. 92U在中子轰击下生成38Sr和 54Xe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，一定辐射出一定频率的光子
解析 发现中子的核反应方程是4Be＋2He→ 6C＋0n，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； 92U在中子轰击下生成38Sr和 54Xe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
4 / 64
235
94
140
9
4
12
1
235
94
140
238
238
9
4
12
1
238
206
22
2
3
4
1
A－1A＋1
v0，故中子前、后速率之比为，故选项AA＋1A－1
正确；原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可能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。 答案 AC
12.如图3所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是( )
图3
A.入射光太弱 B.入射光波长太长 C.光照时间短 D.电源正、负极接反
解析 入射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，故选项B正确；电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D正确。 答案 BD
13.如图4所示为氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV，镁板的电子逸出功为5.9 eV，以下说法正确的是( )
图4
A.用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射镁板一定不能产生光电效应现象 B.用能量为11.0 eV的自由电子轰击处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态 C.处于n＝2能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离 D.处于n＝4能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离 答案 BD
14.如图5所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)。由图可知( )
5 / 65