原子結(jié)構(gòu)與原子核試題

15.2原子結(jié)構(gòu)與原子核

一、原子物理

1.原子的核式結(jié)構(gòu)

(1)1909~1911年，英籍物理學(xué)家左明1進(jìn)行了a粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型.

(2)a粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：絕大多數(shù)a粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有

支數(shù)a粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90。,也就是說(shuō)它們幾乎被“撞了回來(lái)”，

如圖1所示.

一一，

a粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析圖

圖1

(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積很小,但幾乎占有全部質(zhì)量,電子在正

電體的外面運(yùn)動(dòng).

2.氫原子光譜

(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)展開(kāi)，獲得光的幽(頻率)和強(qiáng)度分布的

記錄，即光譜.

(2)光譜分類

(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：巴耳末系是氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)公式：=??(爰一

。(〃=3,4,5,…，R是里德伯常量，7?=1.10X107m1).

(4)光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分,

且靈敏度很高.在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義.

3.玻爾理論

(1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電

子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量.

(2)躍遷：電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時(shí)，會(huì)放出能量為九的光

子，這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)的能量差決定，即hV=E,-En.(h是普朗克常量，〃=

6.63X1034Js)

(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng).原子的定態(tài)是土

連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的.

4.氫原子的能量和能級(jí)變遷

(1)能級(jí)和半徑公式：

①能級(jí)公式：E,產(chǎn)苗|(〃=1,2,3,…)，其中昂為基態(tài)能量，其數(shù)值為式=-13.6eV.

②半徑公式：%=&(〃=1,2,3,…)，其中八為基態(tài)軌道半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為ri

=0.53Xlor。m.

(2)氫原子的能級(jí)圖，如圖2所示

圖2

二、天然放射現(xiàn)象和原子核

1.天然放射現(xiàn)象

(1)天然放射現(xiàn)象

元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象,首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子核具有

復(fù)雜的結(jié)構(gòu).

(2)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)

①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類,放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)

相同.

②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、做示蹤原子等.

③防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的傷害.

2.原子核的組成

(1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子.質(zhì)子帶正電,中子不帶電.

(2)基本關(guān)系

①核電荷數(shù)億)=質(zhì)子數(shù)=元素的原子序數(shù)=原子的核外電子數(shù).

②質(zhì)量數(shù)(4)=核了數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù).

(3)X元素的原子核的符號(hào)為夕X,其中力表示質(zhì)量數(shù),Z表示核電荷數(shù).

3.原子核的衰變、半衰期

(1)原子核的衰變

①原子核放出a粒子或p粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變.

②分類

a衰變：外(f，刁Y+最

B衰變：iX-z^Y+^e

當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生a衰變，有的發(fā)生B衰變，同時(shí)伴隨著丫

輻射.

③兩個(gè)典型的衰變方程

a衰變：W-Wh+^He

B衰變：2監(jiān)rhf2MPa+_J)e.

(2)半衰期

①定義：放射性元素的原子核有生數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間.

②影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)都自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)

和外部條件沒(méi)有關(guān)系.

iy

(3)公式：N條=N常m余=團(tuán)原.

2,

4.核力和核能

(1)原子核內(nèi)部，核壬回所特有的相互作用力.

(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Aw,其對(duì)應(yīng)的能量\E=\mc2.

(3)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加△力,吸收的能量為A￡=上應(yīng).

①Q(mào)QQG

玻爾理論和能級(jí)躍遷

1.a粒子散射實(shí)驗(yàn)

(1)。粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置

(2)。粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：絕大多數(shù)。粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),

但少數(shù)。粒子穿過(guò)金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)a粒子甚至被“撞了回來(lái)”。

2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型

(1)。粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

①核外電子不會(huì)使。粒子的速度發(fā)生明顯改變。

②湯姆孫模型不能解釋。粒子的大角度散射。

③絕大多數(shù)。粒子沿直線穿過(guò)金箔，說(shuō)明原子中絕大部分是空的；少數(shù)。粒子發(fā)生較大

角度偏轉(zhuǎn)，反映了原子內(nèi)部集中存在著對(duì)。粒子有斥力的正電荷；極少數(shù)。粒子甚至被“撞

了回來(lái)”，反映了個(gè)別。粒子正對(duì)著質(zhì)量比。粒子大得多的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到該物體很大的

斥力作用。

(2)核式結(jié)構(gòu)模型的局限性

盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好地解釋。粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但不能解釋原子光譜

是特征光譜和原子的穩(wěn)定性。

3.對(duì)氫原子能級(jí)圖的理解

(1)能級(jí)圖如圖所示

2-T-------i*-------------------------------3.4

11------------------------------------------13.6

(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑

①氫原子的能級(jí)公式：4=/自(〃=1,2,3,…)，其中昂為基態(tài)能量，其數(shù)值為Ex

=-13.6eV。

②氫原子的半徑公式：％=/n(〃=1,2,3,…)，其中n為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，

其數(shù)值為八=0.53X10-I。m。

(3)能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說(shuō)明

相關(guān)量意義

能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)一一定態(tài)

橫線左端的數(shù)字“1,2,3,…”表示量子數(shù)

橫線右端的數(shù)字

表示氫原子的能量

“一13.6,-3.4,…”

表示相鄰的能量差，量子數(shù)越大，相鄰的能

相鄰橫線間的距離

量差越小，距離越小

表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子

帶箭頭的豎線

躍遷的條件為hv=Em-En

4.兩類能級(jí)躍遷

(1)自發(fā)躍遷：高能級(jí)f低能級(jí)，釋放能量，發(fā)出光子。

W7g生XE￡■舟—￡(11.

光子的頻率v=~=―%—。

(2)受激躍遷：低能級(jí)一高能級(jí)，吸收能量。

①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必須恰等于能級(jí)差6=△￡

②碰撞、加熱等：可以吸收實(shí)物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差

即可，E外》

③大于電離能的光子被吸收，將原子電離。

例題1.(2019?全國(guó)卷174)氫原子能級(jí)示意圖如圖所示.光子能量在1.63eV?3.10eV的光

為可見(jiàn)光.要使處于基態(tài)(〃=1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見(jiàn)光光子，最少應(yīng)給氫原子提

供的能量為()

nE/eV

OC..................................°

4------------0.85

3-1.51

2------------3.40

1------------13.60

A.12.09eVB.10.20eV

C.1.89eVD.1.51eV

【答案】A

【解析】

因?yàn)榭梢?jiàn)光光子的能量范圍是1.63eV~3.10eV,所以處于基態(tài)的氫原子至少要被激發(fā)到

〃=3能級(jí)，要給氫原子提供的能量最少為￡=(-1.51+13.60)eV=12.09eV,故選項(xiàng)A正

確.

氫原子的能級(jí)圖如圖所示.用氫原子從"=4能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)輻射的光照射逸出功為

6.34eV的金屬鈉，下列說(shuō)法正確的是()

nE/eV

8—.......0

4----------0.85

3------------1.51

2----------3.4

1------------13.6

A.產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為6.41eV

B.產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為12.75eV

C.氫原子從〃=2能級(jí)向”=1能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光不能使金屬伯發(fā)生光電效應(yīng)

D.氫原子從〃=4能級(jí)向?=2能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光也能使金屬粕發(fā)生光電效應(yīng)

【答案】A

【解析】

從〃=4能級(jí)躍遷至U〃=1能級(jí)輻射的光子能量為-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV,產(chǎn)生

的光電子的最大初動(dòng)能為后|<=九一％)=12.75?丫一6.34?丫=6.41山，故A正確，B錯(cuò)誤：

氫原子從〃=2能級(jí)向〃=1能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光子能量為10.2eV,能使金屬鈾發(fā)生光電效

應(yīng)，故C錯(cuò)誤；氫原子從〃=4能級(jí)向”=2能級(jí)躍迂時(shí)輻射的光子能量小于金屬箱的逸出

功，故不能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯(cuò)誤.

如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，下列說(shuō)法正確的是()

〃

8￡/eV

6-0

5—0.38

4一.054

—0.85

3

—1.51

2

-3.4()

1-------------------------13.60

A.用能量為9.0eV的電子激發(fā)”=1能級(jí)的大量氫原子，可以使氫原子躍遷到高能級(jí)

B.〃=2能級(jí)的氫原子可以吸收能量為3.3eV的光子而發(fā)生電離

C.大量處于〃=4能級(jí)的氫原子躍遷到基態(tài)放出的所有光子中，〃=4能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)

釋放的光子的粒子性最顯著

D.大量處于基態(tài)的氫原子吸收12.09eV的光子后，只可以放出兩種頻率的光子

【答案】C

【解析】

，?=1能級(jí)與〃=2能級(jí)的能量差為10.2eV,由于9.0eW10.2eV,因此用能量為9.0eV的

電子激發(fā)”=1能級(jí)的大量氫原子，不能使氫原子躍遷到高能級(jí)，故A錯(cuò)誤；〃=2能級(jí)的氫

原子的能量為-3.40eV,因此欲使其發(fā)生電離，吸收的能量至少為3.40eV,故B錯(cuò)誤；光

子的波長(zhǎng)越長(zhǎng)波動(dòng)性越顯著，光子的頻率越高，粒子性越顯著，由玻爾理論可知，從〃=4

能級(jí)躍遷到”=1能級(jí)釋放的光子能量最大，由可知，該光子的頻率最高，該光子的

粒子性最顯著，故C正確；大量處于基態(tài)的羲原子吸收12.09eV的光子后，由躍遷規(guī)律可

知，大量的氫原子可以躍遷到〃=3能級(jí)，則放出0=3種頻率的光子，故D錯(cuò)誤.

原子核的衰變半衰期

i.衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)

(l)a衰變、0衰變的比較

衰變類型a衰變P衰變

衰變過(guò)程3Xf那Y+,He2X-z，iY+-P,e

2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1

衰變實(shí)質(zhì)體射出個(gè)電子

2|H+2，n-3HeJnf]H+3e

勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡

形狀oO

衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒

（2為射線：丫射線經(jīng)常伴隨著a衰變或。衰變同時(shí)產(chǎn)生.其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生a衰

變或p衰變的過(guò)程中，產(chǎn)生的新核由于具有過(guò)多的能量（原子核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出光子.

2.確定衰變次數(shù)的方法

因?yàn)锽衰變對(duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響，所以先由質(zhì)量數(shù)的改變確定a衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)

律確定P衰變的次數(shù).

3.半衰期

（1）公式：,"2余=”或［不）.

（2）影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的物理

狀態(tài)（如溫度、壓強(qiáng)）或化學(xué)狀態(tài)（如單質(zhì)、化合物）無(wú)關(guān).

4.衰變中的動(dòng)量問(wèn)題：滿足動(dòng)量守恒定律.

例題2.（多選）天然放射性元素2弱Th（針）經(jīng)過(guò)一系列a衰變和p衰變之后，變成硼Pb（鉛）.下

列判斷中正確的是（）

A.衰變過(guò)程共有6次a衰變和4次。衰變

B.鉛核比牡核少8個(gè)質(zhì)子

C.p衰變所放出的電子來(lái)自原子核外

D.針核比鉛核多24個(gè)中子

【答案】AB

【解析】

由于B衰變不會(huì)引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定a衰變的次數(shù)，x=

232—208

—7—=6,再結(jié)合電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來(lái)判定0衰變的次數(shù)（設(shè)為y）,2x—y=

90-82=8,y=2x~S=4,包核中的中子數(shù)為232—90=142,鉛核中的中子數(shù)為208—82

=126,所以包核比鉛核多16個(gè)中子，鉛核比包核少8個(gè)質(zhì)子，。衰變所放出的電子來(lái)自原

子核內(nèi)，A、B正確.

（多選）有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為8,方向垂直紙面向外，一個(gè)原來(lái)靜止在/處的原子

核，發(fā)生衰變放射出某種粒子，兩個(gè)新核的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，已知兩個(gè)相切圓半徑分別為

「、/2.下列說(shuō)法正確的是（）

A.原子核發(fā)生a衰變，根據(jù)已知條件可以算出兩個(gè)新核的質(zhì)量比

B.衰變形成的兩個(gè)粒子帶同種電荷

C.衰變過(guò)程中原子核遵循動(dòng)量守恒定律

D.衰變形成的兩個(gè)粒子電荷量的關(guān)系為?。撼?":廠2

【答案】BC

【解析】

衰變后兩個(gè)新核速度方向相反，受力方向也相反，根據(jù)左手定則可判斷出，帶同種電荷，

mv

所以衰變是a衰變，衰變后的新核由洛倫茲力提供向心力，有Bqv=m：,可得片不，衰

變過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律，即mv相同，所以電荷量與半徑成反比，有q\:飲=廠2:門，但

無(wú)法求出質(zhì)量，故A、D錯(cuò)誤，B、C正確.

（2021?全國(guó)乙卷-17）醫(yī)學(xué)治療中常用放射性核素“31n產(chǎn)生丫射線，而「31n是由半衰期相對(duì)較

長(zhǎng)的msn衰變產(chǎn)生的.對(duì)于質(zhì)量為m°的ssn,經(jīng)過(guò)時(shí)間f后剩余的^Sn質(zhì)量為加，其需

—Z圖線如圖所示.從圖中可以得到usn的半衰期為（）

先

。

、

2

-

3

1

-一

3

067.3182.4r/d

A.67.3dB.lOl.Od

C.115.1dD.124.9d

【答案】C

【解析】

由題圖可知從"■='|到"3Sn恰好衰變了一半，根據(jù)半衰期的定義可知”3Sn的半衰

mo3mo3

期為7'1/2=182.4d-67.3d=115.1d,故選C.

核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程

1.核反應(yīng)的四種類型

類型可控性核反應(yīng)方程典例

衰。衰變自發(fā)鍍U-掰Th+?He

變￡衰變自發(fā)金Th-鉀Pa+』e

苧N+?He->90+舊

（盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子）

人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?/p>

^He+lBe-**%C+血

（查德威克發(fā)現(xiàn)中子）

召A1+夕He-*利P+8n（約里奧一居里夫婦發(fā)現(xiàn)

人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂品派湫訰J位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)

即T9Si++Ye

正電子）

比較容易進(jìn)燹U+Jnf弟Ba+鬃Kr+3，n

重核裂變

行人工控制W+6n-'^Xe+?8Sr+106n

輕核聚變很難控制彳H+田f?He+8n

2.核反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)

（1）熟記常見(jiàn)基本粒子的符號(hào)，是正確書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子（舊）、中子0n）、

。粒子?He）、￡粒子（一忖、正電子（5e）、笊核（汨）、瓶核（汨）等。

（2）掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正

確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“一”表示反應(yīng)方向。

（3）核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。

例題3.

下列說(shuō)法正確的是（）

A.2&Uf2的Th+X中X為中子，核反應(yīng)類型為p衰變

B.+H+m-MHe+Y中Y為中子，核反應(yīng)類型為人工轉(zhuǎn)變

C.2前U+和一啜Xe+戮Sr+K,其中K為10個(gè)中子，核反應(yīng)類型為重核裂變

D.號(hào)N+?He-用O+Z,其中Z為氫核，核反應(yīng)類型為輕核聚變

【答案】C

【解析】

根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，A選項(xiàng)反應(yīng)中的X質(zhì)量數(shù)為4,電荷數(shù)為2,為

a粒子，核反應(yīng)類型為a衰變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B選項(xiàng)反應(yīng)中的Y質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,

為中子，核反應(yīng)類型為輕核聚變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤：C選項(xiàng)反應(yīng)中的K質(zhì)量數(shù)總數(shù)為10,電荷

數(shù)為0,則K為10個(gè)中子，核反應(yīng)類型為重核裂變，選項(xiàng)C正確；D選項(xiàng)反應(yīng)中的Z質(zhì)

量數(shù)為1,電荷數(shù)為I,為質(zhì)子，核反應(yīng)類型為人工轉(zhuǎn)變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.

（多選）（2020?全國(guó)卷［19）下列核反應(yīng)方程中，Xi、X2、X3、X4代表a粒子的有（）

A.汨+汨-Jn+Xi

B彳H+汨-Jn+Xz

CP舫U+Jn-嘿Ba+繳Cr+3X3

D.Jn+§Lif汨+X4

【答案】BD

【解析】

+H++H-，n+3He,A錯(cuò).

+H+tHf，n+?He,B對(duì).

2?U+Jn—嘿Ba+然Kr+34n,C錯(cuò).

In+9Lif田+?He,D對(duì).

(多選)(2021?浙江6月選考-14)對(duì)四個(gè)核反應(yīng)方程(l)20Uf2甜rh+?He；(2)Wh-2^fPa+

一Ye；(3瀉N+MHe-qO+|H；(4)田+汨一?He+，n+17.6MeV.

下列說(shuō)法正確的是()

A.(1)(2)式核反應(yīng)沒(méi)有釋放能量

B.(1)(2)(3)式均是原子核衰變方程

C.(3)式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程

D.利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一

【答案】CD

【解析】

(1)是a衰變，(2)是|3衰變，均有能量放出，故A錯(cuò)誤；(3)是人工核轉(zhuǎn)變，故B錯(cuò)誤；(3)

式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程，故C正確：利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正

在嘗試的技術(shù)之一，故D正確.

質(zhì)量虧損及核能計(jì)算

i.利用質(zhì)能方程計(jì)算核能

(1)根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算出核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損A%

(2)根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程AE=Awc2計(jì)算核能.

質(zhì)能方程AE=△m02中△機(jī)的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則AE的單位為“J”.

OAfnAwc?中，若△機(jī)的單位用“u”，則可直接利用△￡■=△〃?X931.5MeV計(jì)算A￡,此

時(shí)"的單位為“MeV"，即1u=1.6606X10-27kg,相當(dāng)于931.5MeV,這個(gè)結(jié)論可在計(jì)

算中直接應(yīng)用.

2.利用比結(jié)合能計(jì)算核能

原子核的結(jié)合能=核子的比結(jié)合能義核子數(shù).

核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能的差值,

就是該核反應(yīng)所釋放（或吸收）的核能.

例題4.

（2019?全國(guó)卷1175）太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子一質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示

為4|H-3Hc+2Ye+2v,已知|H和扭e的質(zhì)量分別為wP=1.0078u和，如=4.0026u,lu=931

MeV/c2,c為光速.在4個(gè)|H轉(zhuǎn)變成1個(gè)狂Ie的過(guò)程中，釋放的能量約為（）

A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeV

【答案】C

【解析】

因電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量，計(jì)算中可忽略不計(jì)，核反應(yīng)質(zhì)量虧損A〃7=4X1.0078u

~4.0026u=0.0286u,釋放的能量AE=0.0286X931MeV-26.6MeV,選項(xiàng)C正確.

（多選）用中子（機(jī)）轟擊鈾核（2&U）產(chǎn)生裂變反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生鎖核（嗤Ba）和氟（瑞Kr）并釋放中子（布）,

達(dá)到某些條件時(shí)可發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，一個(gè)鈾核（2/U）裂變時(shí)，釋放的能量約為200MeV

（leV=1.6X10>9J）.以下說(shuō)法正確的是（）

A瑚U裂變方程為璃U-嘿Ba+酷Kr+2H

B矮U裂變方程為嗡U+Jn-嘿Ba+然Kr+34n

CP的U發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件與鈾塊的體積有關(guān)

D.一個(gè)啜U裂變時(shí)，質(zhì)量虧損約為3.6X10-28kg

【答案】BCD

【解析】

2胤J的裂變方程為哦U+?f嘿Ba+然Kr+3，n,方程兩邊的中子不能相約，故A錯(cuò)誤，B

正確；鈾塊需達(dá)到臨界體積才能維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)不斷進(jìn)行下去，故C正確；一個(gè)鈾核

（2/U）裂變時(shí)，釋放的能量約為200MeV,根據(jù)愛(ài)因斯垣質(zhì)能方程得，質(zhì)量虧損△〃i=《r=

200X1Q6X1.6X10~19

kg%3.6X10-28kg,故D正確.

9X1016

花崗巖、磚砂、水泥等建筑材料是室內(nèi)氨的最主要來(lái)源.人呼吸時(shí)，氨氣會(huì)隨氣體進(jìn)入肺臟,

氮衰變放出的a射線像小“炸彈”一樣轟擊肺細(xì)胞，使肺細(xì)胞受損，從而引發(fā)肺癌、白血病

等.一靜止的氨核嚼Rn發(fā)生一次a衰變生成新核針(P。)，此過(guò)程動(dòng)量守恒且釋放的能量全

部轉(zhuǎn)化為a粒子和車卜核的動(dòng)能.已知機(jī)第=222.0866u,wIa=4.0026u,小針=218.0766u,

lu相當(dāng)于931MeV的能量.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

(1)寫(xiě)出上述核反應(yīng)方程；

(2)求上述核反應(yīng)放出的能量A￡；

⑶求a粒子的動(dòng)能Fka.

【答案】⑴哪Rnf2熱Po+,He(2)6.89MeV(3)6.77MeV

【解析】

(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒有

2弟Rnf2始Po+?Hc

(2)質(zhì)量虧損

Am=222.0866u-4.0026u-218.0766u

=0.0074u

A￡=AwX931MeV

解得AE=0.0074uX931MeV"6.89MeV

(3)設(shè)a粒子、針核的動(dòng)能分別為EM、Ek%,動(dòng)量分別為p”、「撲,

由能量守恒定律得AE=Eka+瓦*i-

由動(dòng)量守恒定律得0=p“+pjb

p-

又反=六

2m

故￡ka:￡ktt=218:4

解得Ek產(chǎn)6.77MeV.

新嘴境綠合攫升練

1.如圖有關(guān)量子力學(xué)建立之初的幾個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

A.普朗克為解釋圖甲的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了能量子的概念，被稱為"量子力學(xué)之父"

B.如圖乙，在光照下，電流表發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，則無(wú)論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，都無(wú)法使

電流表示數(shù)變?yōu)榱?/p>

C.康普頓依據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，測(cè)量計(jì)算出普朗克常量，與普朗克根據(jù)黑體輻射得

出的值在誤差允許的范圍內(nèi)是一致的

D.可以用圖丙中的原子特征譜線來(lái)做光譜分析

【答案】C

【解析】A.普朗克為解釋圖甲的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了能量子的概念，被稱為"量子力學(xué)之父"，

故A正確，不符合題意；

B.如圖乙，在光照下，電流表發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，由圖可知接的正向電壓，則無(wú)論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)

變阻器的滑片，都無(wú)法使電流表示數(shù)變?yōu)榱悖蔅正確，不符合題意；

C.密里根依據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，測(cè)量計(jì)算出普朗克常量，與普朗克根據(jù)黑體輻射得

出的值在誤差允許的范圍內(nèi)是一致的，故c錯(cuò)誤，符合題意；

D.每種原子都有自己的特征譜線，則可以用圖丙中的原子特征譜線來(lái)做光譜分析，故D正

確，不符合題意。

故選Co

2.光譜分析儀能夠靈敏、迅速地根據(jù)物質(zhì)的光譜來(lái)鑒別物質(zhì)，及確定它的化學(xué)組成和相對(duì)

含量。如圖所示為氫原子的能級(jí)示意圖，則關(guān)于氫原子在能級(jí)躍遷過(guò)程中輻射或吸收光子的

特征，下列說(shuō)法中正確的是（）

〃

8￡/eV

50

4-0.54

3-0.85

-1.51

2---------------------3.4

1---------------------13.6

A.大量處于〃=4能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，能輻射出3種不同頻率的光子

B.大量處于〃=3能級(jí)的氫原子吸收能量為O.9eV的光子可以躍遷到〃=4能級(jí)

C.處于基態(tài)的氫原子吸收能量為14eV的光子可以發(fā)生電離

D.氫原子發(fā)射光譜屬于連續(xù)光譜

【答案】C

【解析】A.大量處于〃=4能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),能輻射出

----------=6

2

可以輻射出6種不同頻率的光子，A錯(cuò)誤；

B.氫原子從〃=3能級(jí)躍遷到〃=4能級(jí)

A￡=-0.85eV-<-1.5leV）=0.66eV

所以該光子不能被吸收，B錯(cuò)誤；

C.處于基態(tài)的氫原子吸收能量為14eV的光子可以發(fā)生電離，剩余的能量變?yōu)楣怆娮拥某鮿?dòng)

能，C正確；

D.氫原子的軌道是不連續(xù)的，發(fā)射的光子的能量值是不連續(xù)的，只能是一些特殊頻率的譜

線，D錯(cuò)誤；

故選C。

3.關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，下列說(shuō)法正確的是（）

A.各種原子的發(fā)射光譜都是連續(xù)譜

B.盧瑟福根據(jù)a粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了核式結(jié)構(gòu)模型

C.氫原子中的電子從”=4能級(jí)躍遷到“=2能級(jí)的過(guò)程，要吸收光子

D.處于基態(tài)的氫原子，吸收任意能量后都可以躍遷到某一激發(fā)態(tài)

【答案】B

【解析】A.各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，A錯(cuò)誤；

B.盧瑟福根據(jù)a粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了核式結(jié)構(gòu)模型，B正確；

C.氫原子中的電子從〃=4能級(jí)躍遷到〃=2能級(jí)的過(guò)程，會(huì)放出光子，C錯(cuò)誤；

D.能級(jí)躍遷時(shí)吸收的能量必須等于能級(jí)差，D錯(cuò)誤。

故選B.

4.在自然界中，一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周圍空間輻射紅外線。通過(guò)對(duì)

物體輻射紅外線強(qiáng)度分布規(guī)律的測(cè)量，能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這是紅外測(cè)溫儀測(cè)溫原

理。如圖為氫原子能級(jí)示意圖，高能級(jí)的氫原子能輻射的紅外線光子的能量最大值為1.51eV。

貝IJ（）

nE/feV

oo----------------------0

3二8留

3-------------------------1.51

-3.40

1-------------------------13.60

A.大量處于第3能級(jí)的氫原子能輻射3種紅外線光子

B.大量處于第5能級(jí)的氫原子能輻射3種紅外線光子

C.要使氫原子輻射出的光子可被紅外測(cè)溫儀捕捉，至少給基態(tài)氫原子提供12.09eV能量

D.若大量氫原子輻射紅外線光子，則必定不會(huì)輻射可見(jiàn)光光子

【答案】B

【解析】A.紅外線光子能量不能超過(guò)1.51eV,第3能級(jí)向下躍遷輻射的光子能量最小值為

1.89eV,超過(guò)1.51eV,故A錯(cuò)誤；

B.第5能級(jí)躍遷到第4能級(jí)、第4能級(jí)躍遷到第3能級(jí)、第5能級(jí)躍遷到第3能級(jí)輻射的

光子能量值均小于1.51eV,故B正確；

C.從基態(tài)躍遷到第4能級(jí)，再躍遷到第3能級(jí)能夠輻射紅外線光子，1能級(jí)到4能級(jí)需要

吸收12.75eV的能量，故C錯(cuò)誤；

D.輻射能量有可能達(dá)到可見(jiàn)光的能力范圍（可見(jiàn)光的能量范圍一般為1.62eV-3.11eV）,故

D錯(cuò)誤。

故選Bo

5.如圖所示，N為鋁板，M為金屬網(wǎng)，它們分別與電池兩極相連，電池的電動(dòng)勢(shì)E和極性

已在圖中標(biāo)出，鴇的逸出功為4.5eV,現(xiàn)分別用氫原子躍遷發(fā)出的能量不同的光照射鴇板，

A.用〃=3能級(jí)躍遷到〃=2能級(jí)發(fā)出的光照射，N板會(huì)發(fā)出電子

B.用〃=2能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)發(fā)出的光照射，N板會(huì)發(fā)出電子

C.用〃=3能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)發(fā)出的光照射，不會(huì)有電子到達(dá)金屬網(wǎng)M

D.用〃=4能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)發(fā)出的光照射，不會(huì)有電子到達(dá)金屬網(wǎng)M

【答案】B

【解析】A.用〃=3能級(jí)躍遷到〃=2能級(jí)發(fā)出的光照射，發(fā)出的光子能量為1.89eV,鋁的

逸出功為4.5eV,不能發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；

B.用〃=2能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)發(fā)出的光照射，發(fā)出的光子能量為10.2eV,鈣的逸出功為

4.5eV,能發(fā)生光電效應(yīng)，故B正確；

C.用”=3能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)發(fā)出的光照射，發(fā)出的光子能量為12.09eV,鴿的逸出功

為4.5eV,M、N板間的電壓為6V,所以從N發(fā)出電子最大初動(dòng)能為7.59eV,根據(jù)動(dòng)能定

理得有電子達(dá)到金屬網(wǎng)M,故C錯(cuò)誤；

D.用〃=4能級(jí)躍遷到”=1能級(jí)發(fā)出的光照射，發(fā)出的光子能量為12.75eV,鐺的逸出功

為4.5eV,M、N板間的電壓為6V,所以從N發(fā)出電子最大初動(dòng)能為8.25eV,根據(jù)動(dòng)量根

據(jù)動(dòng)能定理得有電子達(dá)到金屬網(wǎng)M,故D錯(cuò)誤。

故選Bo

6.氫原子能級(jí)示意如圖?，F(xiàn)有大量氫原子處于〃=3能級(jí)上，下列說(shuō)法正確的是()

n￡7eV

00----------------------------------------0

5=-0.54

4------------------------------0.85

3-----------------------------1.51

2-------------------------------3.4

1------------------------------13.6

A.這些原子躍遷過(guò)程中最多可輻射出2種頻率的光子

B.從〃=3能級(jí)躍遷到〃二1能級(jí)輻射出的光子能量為l.51eV

C.從九二3能級(jí)躍遷到片4能級(jí)需吸收1.51eV的能量

D.77=3能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收1.51eV的能量

【答案】D

【解析】A.大量氫原子處于片3能級(jí)躍遷可輻射出3種不同頻率的光子，故A錯(cuò)誤；

B.根據(jù)能級(jí)圖可知從〃=3能級(jí)躍遷到片1能級(jí)輻射的光子能量為

Q-E\=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV

故B錯(cuò)誤;

C.根據(jù)能級(jí)圖可知從"=3能級(jí)躍遷到〃=4能級(jí)，需要吸收的能量為

用-E3=-O.85eV-（-1.51eV）=0.66eV

故C錯(cuò)誤；

D.根據(jù)能級(jí)圖可知?dú)湓犹幱凇?3能級(jí)的能量為T.51eV,故要使其電離至少需要吸收

1.51eV的能量,故D正確。

故選D?

7.14C發(fā)生放射性衰變成為I，N,半衰期約5700年。已知植物存活期間，其體內(nèi)I，N與12

C的比例不變；生命活動(dòng)結(jié)束后，14c的比例持續(xù)減少?，F(xiàn)通過(guò)測(cè)量得知，某古木樣品中14c

的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。下列說(shuō)法正確的是（）

A.該古木的年代距今約11400年

B.12c、13c、Mc具有相同的中子數(shù)

C.MC衰變?yōu)镮，N的過(guò)程中放出6射線

D.增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速I4C的衰變

【答案】C

【解析】A.某古木樣品中"C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，表明該古木恰

好經(jīng)歷1Q個(gè)半衰期，所以該古木的年代距今約5700年，A錯(cuò)誤；

B.12c的中子數(shù)最少，1氣的中子數(shù)最多，B錯(cuò)誤；

C.根據(jù)核反應(yīng)方程

N+：e

14c衰變?yōu)?N的過(guò)程中放出尸射線，C正確；

D.增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)不能改變14c的半衰期，D錯(cuò)誤。

故選Co

2

8.某行星內(nèi)部含有氮核在一定條件下氮核經(jīng)過(guò)核反應(yīng)會(huì)生成碳核（；C）O已知］

個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量為"％，1個(gè)中子的質(zhì)量為叫，1個(gè)氮核（：He）的質(zhì)量為叫、1個(gè)碳核（工）

的質(zhì)量為嗎，真空中的光速為c,下列說(shuō)法正確的是（）

A.iHe轉(zhuǎn)變?yōu)?的核反應(yīng)方程為2；He-＞「C

B.:He轉(zhuǎn)變?yōu)?2c的核反應(yīng)中質(zhì)量虧損為6勺+6〃7n-m2.

C.碳核（：C）的比結(jié)合能為（6件+6小—汲）。2

12

D.「C的同位素:*C中有6個(gè)中子，14個(gè)核子

【答案】C

【解析】A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，核反應(yīng)方程應(yīng)為

3；He玉c

故A錯(cuò)誤：

B.由上述核反應(yīng)方程式可得質(zhì)量虧損為

AW=3/W/-/7?2

故B錯(cuò)誤；

C.由

E=rnc2

得

Am=6mp+6m,rm2

所以比結(jié)合能為

（6%+6肛—2

%—12

故C正確；

D.3有

14-6=8

個(gè)中子，故D錯(cuò)誤。

故選C?

9.（多選）如圖所示我國(guó)自主三代壓水堆核電“華龍一號(hào)"示范工程，在2