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1、作業(yè)51 原子結構與原子核
一、選擇題
1.(華南師大附中模擬)下列說法正確的是( )
A.湯姆孫通過研究陰極射線發(fā)現(xiàn)了電子,并提出了原子的核式結構模型
B.太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的熱核反應
C.光電效應中光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比
D.N+H→C+He是α衰變方程
解析:湯姆孫通過研究陰極射線發(fā)現(xiàn)了電子,并提出了原子的“棗糕模型”,選項A錯誤;太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的熱核反應,選項B正確;光電效應中光電子的最大初動能與入射光的頻率成線性關系,不成正比,選項C錯誤;N+H→C+He是人工轉變,不是α衰變方程,選項D錯誤.
2、
答案:B
2.放射性元素氡(Rn)經(jīng)α衰變成為釙Po,半衰期為3.8天;但勘測表明,經(jīng)過漫長的地質年代后,目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素Rn的礦石,其原因是( )
A.目前地殼中的Rn主要來自于其他放射元素的衰變
B.在地球形成的初期,地殼中元素Rn的含量足夠高
C.當衰變產(chǎn)物Po積累到一定量以后,Po的增加會減慢Rn的衰變進程
D.Rn主要存在于地球深處的礦石中,溫度和壓力會改變它的半衰期
解析:由于Rn的半衰期很短,衰變很快,如果沒有新的Rn生成,含量不可能高,所以A對,B錯.半衰期是不會隨著物質的物理、化學性質改變的,故C、D錯.
答案:A
圖51-1
3
3、.如圖51-1所示是原子核的核子平均質量與原子序數(shù)Z的關系圖象,下列說法正確的是( )
A.若D、E結合成F,結合過程一定要釋放能量
B.若D、E結合成F,結合過程一定要吸收能量
C.若C、B結合成A,結合過程一定要釋放能量
D.若F、C結合成B,結合過程一定要釋放能量
解析:由圖可知F原子核的核子平均質量較小,則原子序數(shù)較小的核D、E結合成原子序數(shù)較大的核F時,因F的核子的平均質量小于D、E核子的平均質量,故出現(xiàn)質量虧損,根據(jù)質能方程知,該過程一定放出核能,選項A正確,選項B錯誤;因C、B的核子的平均質量小于A核子的平均質量,故C、B結合成A核時要吸收能量,選項C錯誤;因C核子的
4、平均質量介于F、B核之間,結合過程能量的吸收釋放不能確定,故選項D錯誤.
答案:A
圖51-2
4.如圖51-2所示為氫原子能級示意圖,現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光,下列說法正確的是( )
A.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光
B.由n=2能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的光頻率最小
C.由n=4能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的光最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象
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(fā)生光電效應
解析:這些氫原子向低能級躍遷時可輻射出C==6種光子,選項A錯誤;由n=4能級躍遷到n=3能級
5、產(chǎn)生的光子能量最小,所以頻率最小,選項B錯誤;由n=4能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的光子能量最大,頻率最大,波長最小,最不容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象,選項C錯誤;從n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光子能量為10.20 eV>6.34 eV,所以能使金屬鉑發(fā)生光電效應,選項D正確.
答案:D
圖51-3
5.(東北師大附中高三質檢)如圖51-3所示,氫原子在不同能級間發(fā)生a、b、c三種躍遷時,釋放光子的波長分別是λa、λb、λc,則下列說法正確的是( )
A.從n=3能級躍遷到n=1能級時,釋放光子的波長可表示為λb=
B.從n=3能級躍遷到n=2能級時,電子的勢能減小,氫原子的能量增加
6、
C.若用波長為λc的光照射某金屬時恰好能發(fā)生光電效應,則用波長為λa的光照射該金屬時也一定能發(fā)生光電效應
D.用12.09 eV的光子照射大量處于基態(tài)的氫原子時,一個氫原子可以輻射出三種頻率的光
解析:從n=3能級躍遷到n=1能級,有h=h+h,解得λb=,選項A正確;從n=3能級躍遷到n=2能級,放出光子,原子能量減小,選項B錯誤;從n=2能級躍遷到n=1能級的能量比從n=3能級躍遷到n=2能級放出的能量大,可知波長為λc的光的頻率比波長為λa的光的頻率大,根據(jù)光電效應發(fā)生的條件可知,選項C錯誤;根據(jù)躍遷的條件,可知用12.09 eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子,氫原子可以躍遷到n=3的
7、能級,可以輻射出三種不同頻率的光,但一個氫原子最多只能輻射兩種頻率的光,選項D錯誤.
答案:A
6.(湖南永州二模)如圖51-4所示,圖甲為氫原子的能級圖,圖乙為氫原子的光譜.已知譜線a是氫原子從n=4的能級躍遷到n=2能級時的輻射光,譜線b可能是氫原子在下列哪種躍遷情形時的輻射光( )
圖51-4
A.從n=3的能級躍遷到n=2的能級
B.從n=5的能級躍遷到n=2的能級
C.從n=4的能級躍遷到n=3的能級
D.從n=5的能級躍遷到n=3的能級
解析:由題圖乙可知,譜線a的波長大于譜線b的波長,所以a光的光子頻率小于b光的光子頻率,則b光的光子能量大于n=4和n=2間
8、的能級差,分析可知A、C、D錯誤,B正確.
答案:B
7.(多選)關于α粒子散射實驗的說法中正確的是( )
A.在實驗中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,仍沿原來方向前進,少數(shù)發(fā)生了較大偏轉,極少數(shù)偏轉超過90°,有的甚至接近180°
B.使α粒子發(fā)生明顯偏轉的力來自帶負電的核外電子,當α粒子接近電子時,是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉
C.實驗表明原子中心有一個核,它占有原子體積的極小部分
D.實驗表明原子中心的核帶有原子的全部正電荷及全部質量
解析:A項是對該實驗現(xiàn)象的描述,正確;使α粒子偏轉的力是原子核對它的靜電排斥力,而不是電子對它的吸引力,故B錯誤;C項是對實驗結
9、論之一的正確分析;原子核集中了全部正電荷和幾乎全部質量,因核外還有電子,故原子中心的核并沒有包括原子的全部質量,故D錯誤.
答案:AC
8.(河南安陽一模)(多選)根據(jù)圖片51-5及課本中有關歷史事實,結合有關物理知識,判斷下列說法正確的是( )
圖51-5
A.圖甲是研究光電效應的示意圖,發(fā)生光電效應的條件是入射光的波長大于金屬的“極限波長”
B.圖乙是鏈式反應的示意圖,發(fā)生鏈式反應的條件之一是裂變物質的體積大于或等于臨界體積
C.圖丙是氫原子的能級圖,一個處于n=4能級的氫原子,躍遷時可以產(chǎn)生6種光子
D.圖丁是衰變規(guī)律的示意圖,原子序數(shù)大于83的元素都具有放射性,
10、小于83的個別元素,也具有放射性
解析:根據(jù)光電效應方程Ek=h-h(huán),入射光的波長必須小于金屬的極限波長才能發(fā)生光電效應,故A錯誤;當裂變物質的體積小于臨界體積時,不會發(fā)生鏈式反應,有利于裂變物質的貯存,當大于或等于臨界體積時,則可發(fā)生鏈式反應,故B正確;處于n=4能級的氫原子向較低能級躍遷,最終躍遷到基態(tài),躍遷情況可能是4→1,釋放1種頻率的光子,4→3→1,4→2→1,釋放2種頻率的光子,4→3→2→1,釋放3種頻率的光子,故C錯誤;原子序數(shù)大于83的元素都具有放射性,小于83的個別元素,也具有放射性,故D正確.
答案:BD
9.(廣東清遠高二期末)(多選)2011年3月由9.0級地
11、震引發(fā)的海嘯摧毀了日本福島第一核電站的冷卻系統(tǒng),導致大量I泄露在大氣中,I是一種放射性物質,會發(fā)生β衰變而變成Xe元素.下列說法中正確的是( )
A.福島第一核電站是利用原子核衰變時釋放的核能來發(fā)電
B.I發(fā)生β衰變的方程式為I→Xe+e
C.I原子核內(nèi)有53個質子,78個中子
D.如果將碘131的溫度降低到0度以下,可以延緩其衰變速度
解析:核電站是利用核裂變來發(fā)電的,選項A錯;根據(jù)原子核的結構和方程式書寫規(guī)則可知選項B、C正確;衰變與物質所處的物理、化學狀態(tài)無關,選項D錯.
答案:BC
圖51-6
10.(多選)氫原子的能級如圖51-6所示,已知可見光的光子能量范圍約
12、為1.62 eV~3.11 eV.下列說法正確的是( )
A.處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線,并發(fā)生電離
B.大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時,發(fā)出的光具有顯著的熱效應
C.大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,可能發(fā)出6種不同頻率的光
D.大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,可能發(fā)出3種不同頻率的光
解析:大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,由N=C可知,共可發(fā)出6種頻率的光,故D錯誤,C正確;n=3能級的能量為-1.51 eV,因紫外線能量大于1.51 eV,故紫外線可使處于n=3能級的氫原子電離,故A正確;從高能級躍遷到n=3能級釋放能量最
13、多為1.51 eV<1.62 eV,此光為紅外線具有顯著熱效應,故B正確.
答案:ABC
圖51-7
11.(多選)靜止在勻強磁場中的U核發(fā)生α衰變,產(chǎn)生一個α粒子和一個未知的粒子X,它們在磁場中的運動軌跡如圖51-7所示,下列說法正確的是( )
A.該核反應方程為
U→X+He
B.α粒子和X粒子在磁場中做圓周運動時轉動方向相同
C.軌跡1、2分別是α粒子、X粒子的運動軌跡
D.α粒子、X粒子運動軌跡半徑之比為45∶1
解析:顯然選項A中核反應方程正確,選項A正確;U核靜止,根據(jù)動量守恒可知α粒子和X粒子速度方向相反,又都帶正電,故轉動方向相同,選項B正確;根據(jù)動量
14、守恒可知α粒子和X粒子的動量大小p相等,由帶電粒子在磁場中運動半徑公式R=可知軌道半徑R與其所帶電荷量成反比,故α粒子、X粒子運動軌跡半徑之比為45∶1,選項C錯誤,D正確.
答案:ABD
12.(湖北省武漢市四月調研)(多選)一種典型的鈾核裂變是生成鋇核和氪核,同時放出3個中子,核反應方程是U+X→Ba+Kr+3n,已知部分原子核的比結合能與核子數(shù)的關系如圖51-8所示,則下列說法正確的是( )
圖51-8
A.在核反應方程中,X粒子是中子
B.在核反應方程中,X粒子是質子
C.U、Ba和Kr相比,Ba的比結合能最大,它最穩(wěn)定
D.U、Ba和Kr相比,U的核子數(shù)最多,它的
15、結合能最大
解析:由質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得X為n,即中子,選項A正確,B錯誤;從圖中可知中等質量的原子核的比結合能最大,故Kr的比結合能最大,它最穩(wěn)定,選項C錯誤;原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量,則U、Ba和Kr相比,U的核子數(shù)最多,它的結合能最大,選項D正確.
答案:AD
二、非選擇題
13.(石家莊模擬)實驗室考查氫原子躍遷時的微觀效應.已知氫原子能級圖如圖51-9所示,氫原子質量為mH=1.67×10-27 kg.設原來處于靜止狀態(tài)的大量激發(fā)態(tài)氫原子處于n=5的能級狀態(tài).
(1)求氫原子由高能級向低能級躍遷時,可能發(fā)射出多少種不同頻率的光;
(2)若躍
16、遷后光子沿某一方向飛出,且光子的動量可以用p=表示(h為普朗克常量,ν為光子頻率,c為真空中光速),求發(fā)生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率.(保留三位有效數(shù)字)
圖51-9
解析:(1)不同頻率的光的種類為
N=C==10(種).
(2)由動量守恒
mHvH=p光子=知:
當ν最大時,反沖速率vH最大
又hν=E5-E1=-0.54 eV-(-13.6)eV=13.06 eV
=2.090×10-18 J
故vH==m/s
=4.17 m/s.
答案:(1)10種 (2)4.17 m/s
14.(2017年高考·北京卷)在磁感應強度為B的勻強磁場中,一個靜止的放射
17、性原子核發(fā)生了一次α衰變.放射出的α粒子(He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運動,其軌道半徑為R.以m、q分別表示α粒子的質量和電荷量.
(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符號用Y表示,寫出該α衰變的核反應方程.
(2)α粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流,求圓周運動的周期和環(huán)形電流大小.
(3)設該衰變過程釋放的核能都轉化為α粒子和新核的動能,新核的質量為M,求衰變過程的質量虧損Δm.
解析:(1)X―→Y+He
(2)設α粒子的速度大小為v,
由qvB=m,T=,得
α粒子在磁場中運動周期T=
環(huán)形電流大小I==
(3)由qvB=m,得v=
設衰變后新核Y的速度大小為v′,系統(tǒng)動量守恒
Mv′-mv=0
v′==
由Δmc2=Mv′2+mv2
得Δm=
說明:若利用M=m解答,亦可.
答案:(1)X―→Y+He (2)
(3)