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2014高考一輪復習選修3-5 第3講 原子結構 原子核 課時練試題及答案

1、一個氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級,該氫原子(  ).A.放出光子,能量增加      B.放出光子,能量減少

C.吸收光子,能量增加      D.吸收光子,能量減少

解析 氫原子從高能級向低能級躍遷時,放出光子,能量減少,故選項B正確,選項A、C、D錯誤.

答案 B

2、在軋制鋼板時需要動態地監測鋼板厚度,其檢測裝置由放射源、探測器等構成,如圖1-3-11所示.該裝置中探測器接收到的是                                                                                                 (  ).

A.X射線         B.α射線          C.β射線       D.γ射線

解析 放射源發出的只有α、β、γ三種射線,故選項A錯誤.在α、β、γ三種射線中,只有γ射線能穿透鋼板,故選項B、C錯誤,D正確.

答案 D

3、居室裝修中經常用到的花崗巖都不同程度地含有放射性元素(含鈾、釷等),會釋放出α、β、γ射線,這些射線會導致細胞發生癌變及呼吸道疾病.根據有關放射性知識判斷下列說法中正確的是                                       (  ).

A.α射線是發生α衰變時產生的,生成核與原來的原子核相比,中子數減少了4個

B.β射線是發生β衰變時產生的,生成核與原來的原子核相比,質量數減少了1個

C.γ射線是發生γ衰變時產生的,生成核與原來的原子核相比,中子數減少了1個

D.在α、β、γ三種射線中,γ射線的穿透能力最強、電離能力最弱

解析 α射線是發生α衰變時產生的,生成核與原來的原子核相比,中子數減少了2個,A錯;β射線是發生β衰變時產生的,生成核與原來的原子核相比,質量數不變,中子數減少了1個,B錯;γ射線是伴隨著α、β衰變產生的,穿透能力最強,電離能力最弱,C錯,D正確.

答案 D

4、太陽的能量來自下面的反應:四個質子(氫核)聚變成一個α粒子,同時發射出兩個正電子和兩個沒有靜止質量的中微子.已知α粒子的質量為mα,質子的質量為mp,電子的質量為me,則NA表示阿伏加德羅常數,用c表示光速,則太陽上1 kg的氫核聚變成α粒子所放出的能量為              (  ).

A.125(4mp-mα-2me)NAc2

B.250(4mp-mα-2me)NAc2

C.500(4mp-mα-2me)NAc2

D.1 000(4mp-4mα-2me)NAc2

解析 四個質子聚變成一個α粒子時放出的能量為(4mp-mα-2me)c2,則一個質子放出的能量為

,1 kg 氫核的物質的量為

mol,所包含氫核的個數為1 000NA,則其放出的能量為1 000 NA

=250(4mp-mα-2me)NAc2,故選項B正確.

答案 B

5、氘核、氚核、中子、氦核的質量分別是m1、m2、m3和m4,如果氘核和氚核結合生成氦核,則下列說法中正確的是                                         (  ).

A.核反應方程式為

H+

H→

He+

n

B.這是一個裂變反應

C.核反應過程中的質量虧損Δm=m1+m2-m3

D.核反應過程中釋放的核能ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2

解析 由氘核和氚核的結合以及電荷數、質量數守恒可知選項A正確;該核反應為聚變反應,選項B錯誤;核反應過程中的質量虧損為Δm=m1+m2-m3-m4,選項C錯誤;由愛因斯坦質能方程可知核反應過程中釋放的核能ΔE=Δmc2,可知選項D正確.

答案 AD

6、如圖1-3-12所示, 在氫原子能級圖中,氫原子從各個較高能級躍遷至同一較低能級時,會發出一系列光譜線,形成譜線系,分別稱為賴曼線系,巴耳末線系,帕邢線系等.在同一譜線系中,下列說法正確的是(  ).

A.每一躍遷都會釋放出一個電子,使原子變為粒子

B.各種躍遷都會釋放出不同能量的光子

C.各條譜線具有相同的頻率

D.躍遷后原子的能級是相同的

解析 由hν=Em-En可得,各種不同能級的氫原子從高能級躍遷至低能級,會釋放不同能量(不同頻率)的光子,A、C錯誤,B正確;躍遷后原子的能級相同,D正確.

答案 BD

7、如圖1-3-13為氫原子能級的示意圖, 現有大量的氫原子處于n=4的激發態,當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光.關于這些光,下列說法正確的是                                                               (  ).

A.最容易表現出衍射現象的光是由n=4能級躍遷到n=1能級產生的

B.頻率最小的光是由n=2能級躍遷到n=1能級產生的

C.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光

D.用n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發生光電效應

解析 最容易發生衍射的應是波長最長而頻率最小、能量最低的光波,hν=h

=En-Em,對應躍遷中能級差最小的應為n=4能級躍遷到n=3能級,故A、B錯.由C

可知n=4能級上的氫原子共可輻射出C

=6種不同頻率的光,故C錯.根據hν=E2-E1及發生光電效應的條件hν≥W可知D正確.

答案 D

8、下列關于近代物理知識說法中正確的是   (  ).

A.將放射性元素摻雜到其他穩定元素中,并降低其溫度,它的半衰期會發生改變

B.α粒子散射實驗中少數α粒子發生較大偏轉是盧瑟福猜想原子核式結構模型的主要依據

C.天然放射現象的發現說明了原子核有復雜的結構

D.用質子流工作的顯微鏡比用相同速度的電子流工作的顯微鏡分辨率低

答案:BC

9、氫原子的能級如圖1-3-14所示.有一群處于n=4能級的氫原子,這群氫原子最多能發出________種譜線,發出的光子照射某金屬能產生光電效應現象,則該金屬的逸出功不應超過________eV.

答案:6 12.75

10、近年來,國際熱核聚變實驗堆計劃取得了重大進展,它利用的核反應方程是

H+

H→

He+

n.若

H和

H迎面碰撞,初速度大小分別為v1、v2,

H、

H、

He、

n的質量分別為m1、m2、m3、m4,反應后

He的速度大小為v3,方向與

H的運動方向相同,求中子

n的速度(選取m1的運動方向為正方向,不計釋放的光子的動量,不考慮相對論效應).

答案:

11、下列說法中正確的是                                     (  ).

A.β衰變現象說明電子是原子核的組成部分

B.目前已建成的核電站的能量來自于重核裂變

C.一群氫原子從n=3的激發態躍遷到基態時,能輻射3種不同頻率的光子

D.盧瑟福依據極少數α粒子發生大角度散射提出了原子核式結構模型

答案:BCD

12、光照射到金屬上時,一個光子只能將其全部能量傳遞給一個電子,一個電子一次只能獲取一個光子的能量,成為光電子,因此極限頻率是由________(“金屬”或“照射光”)決定的.如圖1-3-15所示,當用光照射光電管時,毫安表的指針發生偏轉,若再將滑動變阻器的滑片P向右移動,毫安表的讀數不可能________(“變大”、“變小”或“不變”).

答案:金屬 變小

13、如圖1-3-16所示,總質量為M的火箭被飛機釋放時的速度為v0,方向水平.剛釋放時火箭向后以相對于地面的速率u噴出質量為m的燃氣,火箭相對于地面的速度變為多大?

答案:

14、下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中,符合黑體輻射實驗規律的是                                         (  ).

解析 A根據黑體輻射的實驗規律:隨著溫度的升高,各波長的輻射強度都增加,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動,可知正確答案為A.

15、按照玻爾原子理論,氫原子中的電子離原子核越遠,氫原子的能量________(選填“越大”或“越小”).已知氫原子的基態能量為E1(E1<0),電子質量為m,基態氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子被電離后,電子速度大小為________(普朗克常量為h).

解析:根據玻爾理論可知,氫原子中的電子離核越遠,氫原子的能量越大,由

mv2=hν+E1可得v= 

.

16、有些核反應過程是吸收能量的.例如,在X+

7N―→

8 O+1H中,核反應吸收的能量Q=[(mO+mH)-(mx+mN)]c2.在該核反應方程中,X表示什么粒子?X粒子以動能Ek轟擊靜止的

7N核,若Ek=Q,則該核反應能否發生?請簡要說明理由.

解析:根據核反應中的質量數守恒及電荷數守恒可知X粒子為

He(α粒子).不能發生,因為不能同時滿足能量守恒和動量守恒的要求.

He 不能發生 因為不能同時滿足能量守恒和動量守恒的要求.

17、氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為ν1,從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為ν2,已知普朗克常量為h,若氫原子從能級k躍遷到能級m,則(  )

A.吸收光子的能量為hν1+hν2

B.輻射光子的能量為hν1+hν2

C.吸收光子的能量為hν2-hν1

D.輻射光子的能量為hν2-hν1

解析 氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光,說明能級m高于能級n,而從能級n躍遷到能級k時吸收紫光,說明能級k也比能級n高,而紫光的頻率ν2大于紅光的頻率ν1,

所以hν2>hν1,因此能級k比能級m高,所以若氫原子從能級k

躍遷到能級m,應輻射光子,且光子能量應為hν2-hν1.故選項D正確.

答案 D

18、根據α粒子散射實驗,盧瑟福提出了原子的核式結構模型.如圖1-3-9所示為原子核式結構模型的α粒子散射圖景.圖中實線表示α粒子的運動軌跡.其中一個α粒子在從a運動到b、再運動到c的過程中(α粒子在b點時距原子核最近),下列判斷正確的是(  ).

圖13-3-1

A.α粒子的動能先增大后減小

B.α粒子的電勢能先增大后減小

C.α粒子的加速度先變小后變大

D.電場力對α粒子先做正功后做負功

解析 根據題意,α粒子運動過程中,電場力對α粒子先做負功后做正功,所以其電勢能先增大后減小,而動能先減小后增大,B正確,A、D錯誤.根據庫侖定律和牛頓第二定律可知α粒子加速度先增大后減小,C錯誤.

答案 B

19、氦原子被電離出一個核外電子,形成類氫結構的氦離子已知基態的氦離子能量為E1=-54.4 eV,氦離子的能級示意圖如圖13-3-3所示,在具有下列能量的光子或者電子中,不能被基態氦離子吸收而發生躍遷的是(  ).

圖13-3-2

A.42.8 eV(光子)              B.43.2 eV(電子)

C.41.0 eV(電子)              D.54.4 eV(光子)

解析 由于光子能量不可分,因此只有能量恰好等于兩能級差的光子才能被氦離子吸收,故A項中光子不能被吸收,D項中光子能被吸收;而實物粒子(如電子)只要能量不小于兩能級差,均可能被吸收,故B、C兩項中電子均能被吸收.

答案 A

20、如圖13-3-3為氫原子的能級圖,已知處于較高能級的氫原子能自發地向較低能級躍遷,則:

圖13-3-3

(1)一群氫原子由n=4能級向n=1能級躍遷時最多可輻射出________種不同頻率的光.

(2)要想使處在n=2激發態的氫原子電離至少吸收________eV的能量.

答案 (1)6 (2)3.40

21、光子不僅具有能量E=hν,而且像實物粒子一樣具有大小為p=

的動量.如果氫原子能級可用如下公式來描述:En=-(2.18×10-18J)

,n=1,2,3…,其中Z為原子序數.已

知電子電荷量取1.60×10-19C

.則氫原子第一激發態的能量為________,為使處于基態的氫原子進入激發態,入射光子所需的最小能量為________.氫原子從第一激發態躍遷回基態時,如果考慮到原子的反沖,輻射光子的頻率________(選填“小于”或“大于”)不考慮原子的反沖時輻射光子的頻率.

解析 第一激發態E2=-(

)J=-3.4 eV.由能級躍遷公式:hν=Em-En,從基態躍遷至第一激發態,所

需光子的最小能量為E最小=E2-E1=10.2 eV.不考慮氫原子反沖時,輻射光子的頻率為:hν0=E最小=E2-E1.考慮氫原子反沖時,設反沖的動能為

mν2,

輻射的光子能量為hν.由能量守恒:hν0=hν+

mν2,可見輻射光子的頻率降低了.

答案 -3.4 eV 10.2 eV 小于

22、一個質子和一個中子聚變結合成一個氘核,同時輻射一個γ光子.已知質子、中子、氘核的質量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c.下列說法正確的是(  ).

A.核反應方程是

H+

n―→

H+γ

B.聚變反應中的質量虧損Δm=m1+m2-m3

C.輻射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c

D.γ光子的波長λ=

解析 此核反應的核反應方程為

H+

n―→

H+γ,A錯;由質能方程,γ光子的能量為E=(m1+m2-m3)c2,C錯;由E=h

知,波長λ=

,D錯;故B正確.

答案 B

23、太陽內部持續不斷地發生著4個質子(

H)聚變為1個氦核(

He)的熱核反應,核反應方程是4

H→

He+2X,這個核反應釋放出大量核能.已知質子、氦核、X的質量分別為m1、m2、m3,真空中的光速為c.下列說法中正確的是(  ).

A.方程中的X表示中子(

n)

B.方程中的X表示電子(

e)

C.這個核反應中質量虧損Δm=4m1-m2

D.這個核反應中釋放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c2

解析 由核反應質量數守恒、電荷數守恒可推斷出X為

e,A、B錯;質量虧損為Δm=4m1-m2-2m3釋放的核能為ΔE=Δmc2=(4m1-m2-2m3)c2,C錯、D對.選D.

答案 D

24、我國科學家研制“兩彈”所涉及的基本核反應方程有:

(1)

U+

n→

Sr+

Xe+k

n

(2)

H+

H→

He+d

n

關于這兩個方程的下列說法,正確的是(  ).

A.方程(1)屬于α衰變

B.方程(2)屬于輕核聚變

C.方程(1)中k=10,方程(2)中d=1

D.方程(1)中k=6,方程(2)中d=1

解析 本題考查核反應方程.(1)為典型的裂變方程,故A選項錯誤.(2)為聚變反應,故B項正確.根據質量數守恒和電荷數守恒定律可得k=10,d=1,故C選項正確.

答案 BC

25、放射性同位素電池是一種新型電池,它是利用放射性同位素衰變放出的高速帶電粒子(α射線、β射線)與物質相互作用,射線的動能被吸收后轉變為熱能,再通過換能器轉化為電能的一種裝置.其構造大致是:最外層是由合金制成的保護層,次外層是防止射線泄漏的輻射屏蔽層,第三層是把熱能轉化成電能的換能器,最里層是放射性同位素.

電池使用的三種放射性同位素的半衰期和發出的射線如下表:

同位素

90Sr

210Po

238Pu

射線

β

α

α

半衰期

28年

138天

89.6年

若選擇上述某一種同位素作為放射源,使用相同材料制成的輻射屏蔽層,制造用于執行長期航天任務的核電池,則下列論述正確的是(  ).

A.90Sr的半衰期較長,使用壽命較長,放出的β射線比α射線的貫穿本領弱,所需的屏蔽材料較薄

B.210Po的半衰期最短,使用壽命最長,放出的α射線比β射線的貫穿本領弱,所需的屏蔽材料較薄

C.238Pu的半衰期最長,使用壽命最長,放出的α射線比β射線的貫穿本領弱,所需的屏蔽材料較薄

D.放射性同位素在發生衰變時,出現質量虧損,但衰變前后的總質量數不變

解析 原子核衰變時,釋放出高速運動的射線,這些射線的能量來自原子核的質量虧損,即質量減小,但質量數不變,D對;從表格中顯示Sr的半衰期為28年、Po的半衰期為138天、Pu的半衰期為89.6年,故Pu的半衰期最長,其使用壽命也最長,α射線的穿透能力沒有β射線強,故較薄的屏蔽材料即可擋住α射線的泄漏,C對.

答案 CD

26、2010年上海世博會太陽能應用技術引領了世界.太陽能屋頂、太陽能幕墻、太陽能汽車、太陽能動態景觀……科學研究發現太陽發光是由于其內部不斷發生從氫核到氦核的核聚變反應,即在太陽內部4個氫核(

H)轉化成一個氦核(

He)和兩個正電子(

e)并放出能量.已知質子質量mp=1.007 3 u,α粒子的質量mα=4.001 5 u,電子的質量me=0.000 5 u,1 u的質量相當于931 MeV的能量.

(1)熱核反應方程為________;

(2)一次這樣的熱核反應過程中釋放出多少MeV的能量?(結果保留四位有效數字)

解析 (1)4

H→

He+2

e

(2)Δm=4mp-mα-2me=4×1.007 3 u-4.001 5 u-2×0.000 5 u=0.026 7 u

ΔE=Δmc2=0.026 7 u×931 MeV=24.86 MeV

答案 (1)4

H→

He+2

e (2)24.86 MeV

27、 (1)在核反應堆中,鈾核吸收中子會發生裂變,裂變的產物是多樣的,所生成的核往往還會衰變,其中一個衰變過程可表述為

I―→

Xe+________+ΔE.試問式中空格應為何種粒子?

(2)

I的半衰期為8天.開始時核廢料中有N0個

I核,經過16天,還有________個

I核.

(3)核電站的固體廢料放射性比較強,要在核電站內的專用廢物庫放置5年,且在放置的初始階段要對固體廢料進行冷卻處理.請簡述需要進行冷卻處理的理由.

解析 (1)由核反應過程中質量數和核電核數守恒,得該粒子質量數為0,核電荷數為-1,核反應方程為

I―→

Xe+

e+ΔE,空格中粒子為電子.

(2)由半衰期定義得剩余

I核數N=N0·

N0.

答案 (1)

e 電子 (2)

N0

(3)核電站的固體廢料放射性比較強,能放出γ射線,放出巨大能量.且剛開始放射性比較強,釋放出的能量比較大,溫度升高快,必須在初始階段對核固體廢料進行冷卻處理.

28、太陽中含有大量的氘核,因氘核不斷發生核反應釋放大量的核能,以光和熱的形式向外輻射.已知氘核質量為2.013 6 u,氦核質量為3.015 0 u,中子質量為1.008 7 u,1 u的質量相當于931.5 MeV的能量則:

(1)完成核反應方程:

H+

H→________+

n.

(2)求核反應中釋放的核能.

(3)在兩氘核以相等的動能0.35 MeV進行對心碰撞,并且核能全部轉化為機械能的情況下,求反應中產生的中子和氦核的動能.

解析 (1)

He

(2)ΔE=Δmc2=(2×2.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u)×931.5 MeV=3.26 MeV.

(3)兩核發生碰撞時:0=Mv1-mv2

由能量守恒可得:ΔE+2Ek=

Mv

mv

由以上兩式解得:EHe=

Mv

=0.99 MeV,E中=

mv

=2.97 MeV

答案 (1)

He (2)3.26 MeV (3)0.99 MeV 2.97 MeV

29、 (1)

Th是不穩定的,能自發的發生衰變.

①完成

Th衰變反應方程

Th→

Pa+________.

Th衰變為

Rn,經過________次α衰變,________次β衰變.

(2)1919年,盧瑟福用α粒子轟擊氮核發現質子.科學研究表明其核反應過程是:α粒子轟擊靜止的氮核后形成了不穩定的復核,復核發生衰變放出質子,變成氧核.設α粒子質量為m1,初速度為v0,氮核質量為m2,質子質量為m0,氧核的質量為m3,不考慮相對論效應.

①α粒子轟擊氮核形成不穩定復核的瞬間,復核的速度為多大?

②求此過程中釋放的核能.

解析 (1)①根據核電荷數守恒和質量數守恒,粒子為

e.

②設發生n次α衰變,m次β衰變,則有234=222+4n,90=86+2n-m,解得n=3,m=2.

(2)①設復核的速度為v,由動量守恒定律得m1v0=(m1+m2)v

解得v=

.

②核反應過程中的質量虧損Δm=m1+m2-m0-m3

反應過程中釋放的核能ΔE=Δm·c2=(m1+m2-m0-m3)c2.

答案 (1)①

e ②3 2

(2)①v=

②(m1+m2-m0-m3)c2

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