-高二物理下學(xué)期暑假訓(xùn)練8原子結(jié)構(gòu)原子核含解析

PAGE8-原子結(jié)構(gòu)原子核1．(多選)如圖所示是氫原子的能級(jí)圖，大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，一共可以輻射出6種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子，則()A．6種光子中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是n＝4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的B．6種光子中有2種屬于巴耳末系C．使n＝4能級(jí)的氫原子電離至少要0.85eV的能量D．若從n＝2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng)，則從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)釋放的光子也一定能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng)2．(1)1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核eq\o\al(27,13)Al，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X：α＋eq\o\al(27,13)Al→n＋X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為()A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31(2)現(xiàn)有四個(gè)核反應(yīng)：A．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC．eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)eD．eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n①________是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，________是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程，________是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程。②B中X的質(zhì)量數(shù)為________，中子數(shù)為________。一、單項(xiàng)選擇題1．已知eq\o\al(234,90)Th的半衰期為24天.4geq\o\al(234,90)Th經(jīng)過72天還剩下()A．0B．0.5gC．1gD．1.5g2．研究放射性元素射線性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．兩塊平行放置的金屬板A、B分別與電源的兩極a、b連接，放射源發(fā)出的射線從其上方小孔向外射出．則()A．a(chǎn)為電源正極，到達(dá)A板的為α射線B．a(chǎn)為電源正極，到達(dá)A板的為β射線C．a(chǎn)為電源負(fù)極，到達(dá)A板的為α射線D．a(chǎn)為電源負(fù)極，到達(dá)A板的為β射線3．下列有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是()A．氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B．氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光C．氫原子光譜說明氫原子能量是連續(xù)的D．氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差無關(guān)4．如圖所示為盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)，通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個(gè)角度的散射情況．下列說法正確的是()A．在圖中的A、B兩位置分別進(jìn)行觀察，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B．在圖中的B位置進(jìn)行觀察，屏上觀察不到任何閃光C．盧瑟福選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似D．α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子撞擊到金原子后產(chǎn)生的反彈5．一放射性原子核X靜止在與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，衰變后產(chǎn)生的原子核Y及粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，則()A．此次衰變可能為β衰變B．Y的質(zhì)子數(shù)比X的質(zhì)子數(shù)小4C．Y的中子數(shù)比X的中子數(shù)小4D．軌跡2為Y的運(yùn)動(dòng)軌跡6．大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電．氘核聚變反應(yīng)方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u,eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0150u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.0087u，1u＝931MeV/c2.氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV7．如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，圖中a、b、c、d對(duì)應(yīng)氫原子的四次躍遷，已知可見光光子的能量范圍為1.61～3.10eV，關(guān)于四次躍遷，下列說法正確的是()A．經(jīng)歷a躍遷，氫原子吸收的光子能量為0.66eVB．經(jīng)歷b躍遷，氫原子的軌道半徑增大，原子核外電子的動(dòng)能增大C．經(jīng)歷c躍遷，氫原子放出的光子是可見光光子D．經(jīng)歷d躍遷后，再用可見光照射躍遷后的氫原子，可使氫原子發(fā)生電離二、多項(xiàng)選擇題8．兩個(gè)氘核以相等的動(dòng)能Ek對(duì)心碰撞發(fā)生核聚變，核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，其中氘核的質(zhì)量為m1，氦核的質(zhì)量為m2，中子的質(zhì)量為m3.假設(shè)核反應(yīng)釋放的核能E全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，下列說法正確的是()A．核反應(yīng)后氮核與中子的動(dòng)量相同B．該核反應(yīng)釋放的能量為E＝(2m1－m2－m3)c2C．核反應(yīng)后氮核的動(dòng)能為eq\f(E＋2Ek,4)D．核反應(yīng)后中子的動(dòng)能為eq\f(E＋Ek,4)9．我國(guó)核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)．下列關(guān)于聚變的說法正確的是()A．核聚變比核裂變更為安全、清潔B．任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變C．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加10．太陽(yáng)的能量來源是輕核的聚變，太陽(yáng)中存在的主要元素是氫，核聚變反應(yīng)可以看做是4個(gè)氫核(eq\o\al(1,1)H)結(jié)合成1個(gè)氦核同時(shí)放出2個(gè)正電子．下表中列出了部分粒子的質(zhì)量(取1u＝eq\f(1,6)×10－26kg)：粒子名稱質(zhì)子(p)α粒子正電子(e)中子(n)質(zhì)量/u1.00734.00150.000551.0087以下說法正確的是()A．核反應(yīng)方程為4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)eB．4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為0.0266kgC．4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為4.43×10－29kgD．聚變反應(yīng)過程中釋放的能量約為4.0×10－12J11．氫原子的能級(jí)圖如圖所示，現(xiàn)有大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷，下列說法正確的是()A．這些氫原子可能發(fā)出6種不同頻率的光B．已知鉀的逸出功為2.22eV，則氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)釋放的光子可以從金屬鉀的表面打出光電子C．氫原子從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)釋放的光子能量最小D．氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)時(shí)，氫原子能量減小，電子的動(dòng)能增加三、非選擇題12．在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是_________，屬于β衰變的是_________，屬于核裂變的是________，屬于核聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號(hào))A．eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eB．eq\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)eC．eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HE．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nF．eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n13．(1)100年前，盧瑟福用α粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子．后來，人們用α粒子轟擊eq\o\al(60,28)Ni核也打出了質(zhì)子：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(60,28)Ni→eq\o\al(62,29)Cu＋eq\o\al(1,1)H＋X，該反應(yīng)中的X是________(選填“電子”“正電子”或“中子”)．此后，對(duì)原子核反應(yīng)的持續(xù)研究為核能利用提供了可能．目前人類獲得核能的主要方式是________(選填“核衰變”“核裂變”或“核聚變”)．(2)在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中，所用激光的波長(zhǎng)λ＝6.4×10－7m，每個(gè)激光脈沖的能量E＝1.5×10－2J．求每個(gè)脈沖中的光子數(shù)目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s.計(jì)算結(jié)果保留1位有效數(shù)字)

答案與解析答案與解析1．【答案】BC【解析】根據(jù)躍遷假說，在躍遷的過程中釋放光子的能量等于兩能級(jí)之差，故從n＝4躍遷到n＝3時(shí)釋放光子的能量最小，頻率最小，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，A錯(cuò)誤；由題意知6種光子中有2種屬于巴耳末系，它們分別是從n＝4躍遷到n＝2和從n＝3躍遷到n＝2時(shí)釋放的光子，B正確；E4＝－0.85eV，故n＝4能級(jí)的電離能等于0.85eV，C正確；由題圖知，從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)釋放的光子的能量小于n＝2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放的光子的能量，D錯(cuò)誤。2．【答案】(1)B(2)①DBA②14488【解析】(1)據(jù)α粒子和中子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)寫出核反應(yīng)方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(A,Z)X，結(jié)合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序數(shù)等于核電荷數(shù)，故B正確。(2)①D為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程；B是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程；A是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程。②X的質(zhì)量數(shù)為：(235＋1)－(89＋3)＝144X的質(zhì)子數(shù)為：92－36＝56X的中子數(shù)為：144－56＝88。一、單項(xiàng)選擇題1．【答案】B【解析】m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up6(\f(t,τ))＝4×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up6(\f(72,24))g＝0.5g，B正確．2．【答案】B【解析】從題圖可以看出，到達(dá)兩極板的粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，到達(dá)A極板的粒子在初速度方向的位移小于到達(dá)B板的粒子在初速度方向的位移，粒子在初速度方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則根據(jù)公式x＝v0t＝v0eq\r(\f(md2,qU))，兩個(gè)粒子初速度v0相差不大，兩極板間電壓U相同，放射源與兩極板的距離eq\f(d,2)也相同，而電子的eq\f(m,q)小得多，所以電子在初速度方向的位移小，故達(dá)到A極板的是β射線，A極板帶正電，a為電源的正極，故B正確．3．【答案】B【解析】由于氫原子發(fā)射的光子的能量E＝En－Em＝eq\f(1,n2)E1－eq\f(1,m2)E1＝eq\f(m2－n2,n2m2)E1，所以發(fā)射的光子的能量值E是不連續(xù)的，只能是一些特定頻率的譜線，A錯(cuò)誤，B正確；由于氫原子的軌道是不連續(xù)的，根據(jù)玻爾原子理論知?dú)湓拥哪芗?jí)也是不連續(xù)的，即是分立的，C錯(cuò)誤；當(dāng)氫原子從較高軌道第n能級(jí)躍遷到較低軌道第m能級(jí)時(shí)，發(fā)射的光子的能量為E＝En－Em＝hν，顯然n、m的取值不同，發(fā)射光子的頻率就不同，故氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差有關(guān)，D錯(cuò)誤．4．【答案】C【解析】放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)應(yīng)最多，說明大多數(shù)射線基本不偏折，可知金箔原子內(nèi)部很空曠，故A錯(cuò)誤；放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)較少，說明較少射線發(fā)生偏折，可知原子內(nèi)部帶正電的體積小，故B錯(cuò)誤；選用不同金屬箔片作為α粒子散射的靶，觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相似，故C正確；α粒子發(fā)生散射的主要原因是α粒子受到金原子庫(kù)侖力作用，且金原子質(zhì)量較大，從而出現(xiàn)的反彈，故D錯(cuò)誤．5．【答案】D【解析】衰變瞬間粒子和原子核Y速度方向相反，根據(jù)軌跡圖可知，兩者在切點(diǎn)處受到的洛倫茲力方向相反，而兩者處于同一磁場(chǎng)中，根據(jù)左手定則可判斷出兩者帶同種電荷，即X發(fā)生的是α衰變，A錯(cuò)誤；Y的質(zhì)子比X的質(zhì)子數(shù)小2，Y的中子數(shù)比X的中子數(shù)小2，B、C錯(cuò)誤；衰變過程遵循動(dòng)量守恒定律，可得粒子和Y的動(dòng)量大小相等、方向相反，結(jié)合qvB＝meq\f(v2,r)可得電荷量越大，運(yùn)動(dòng)半徑越小，故軌跡2為Y的運(yùn)動(dòng)軌跡，D正確．6．【答案】B【解析】氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.0035×931MeV/c2×c2≈3.3MeV，B正確．7．【答案】D【解析】經(jīng)歷a躍遷，氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光子的能量為0.66eV，A錯(cuò)誤；經(jīng)歷b躍遷，氫原子吸收能量，軌道半徑增大，但核外電子的動(dòng)能會(huì)減小，B錯(cuò)誤；經(jīng)歷c躍遷，氫原子輻射出的光子的能量為0.97eV，則該光子不是可見光光子，C錯(cuò)誤；經(jīng)歷d躍遷后，躍遷后的氫原子的電離能為1.51eV，因此用可見光光子照射可使其電離，D正確．二、多項(xiàng)選擇題8．【答案】BC【解析】核反應(yīng)前后兩氘核動(dòng)量和為零，因而反應(yīng)后氦核與中子的動(dòng)量等大反向，故A錯(cuò)誤；該核反應(yīng)前后釋放的能量ΔE＝(2m1－m2－m3)c2，故B正確；由能量守恒可得：核反應(yīng)后的總能量為E＋2Ek，由動(dòng)能與動(dòng)量的關(guān)系Ek＝eq\f(p2,2m)，且mHe＝3mn可知，核反應(yīng)后氦核的動(dòng)能為eq\f(E＋2Ek,4)，核反應(yīng)后中子的動(dòng)能為eq\f(3（E＋2Ek）,4)，故C正確，D錯(cuò)誤．9．【答案】AD【解析】與核裂變相比輕核聚變更為安全、清潔，A正確；自然界中最容易實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素氘與氚的聚變，不是任意兩個(gè)原子核都能發(fā)生核聚變，B錯(cuò)誤；兩個(gè)輕核發(fā)生聚變結(jié)合成質(zhì)量較大的核時(shí)，放出巨大的能量，根據(jù)E＝mc2可知，聚變反應(yīng)中存在質(zhì)量虧損，則總質(zhì)量較聚變前減少，C錯(cuò)誤；兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的過程中要釋放能量，核子的平均質(zhì)量減少，所以核子的比結(jié)合能增加，D正確．10．【答案】ACD【解析】由核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒得4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e，A正確；反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝4mp－mα－2me＝(4×1.