1、【 精品教育资源文库 】 第十六章 原子结构与原子核 时间 :45分钟 分值 :85分 一、选择题 (每小题 6分 ,共 42分 ) 1.根据 粒子散射实验 ,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。 图中虚线表示原子核所形成的电场等势线 ,实线表示一个 粒子的运动轨道。在 粒子从 a运动到 b再运动到 c的过程中 ,下列说法中正确的是 ( ) A.动能先增大 ,后减小 B.电势能先减小 ,后增大 C.电场力先做负功 ,后做正功 ,总功等于零 D.加速度先变小 ,后变大 答案 C 粒子带正电 ,它跟靶核之间存在排斥力。在 粒子由 a运动到 c的过程中 ,排斥力先做负功后 做正功 ,故 粒子的动能先减
2、小后增大 ,电势能先增大后减小 ,故选项 A和 B均错误 ;由于 a和 c在同一等势面上 ,故 粒子由 a运动到 c的全过程中电场力对它做的总功为零 ,故选项 C 正确 ;由库仑定律知 粒子受到的电场力先增大后减小 ,则其加速度先增大后减小 ,故选项 D错误。 2.铝箔被 粒子轰击后发生了以下核反应 Al He n。下列判断正确的是 ( ) A n是质子 B n是中子 C.X 是 Si的同位素 D.X共有 31 个核子 答案 B n 的质量数为 1应为中子 ,则 A选项错误而选项 B正确 ;从 反应方程知 X为 X ,其电荷数为15,质量数为 30,是磷元素的同位素 ,所以选项 C和选项 D
3、均错误。 【 精品教育资源文库 】 3.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中 ( ) A.原子要吸收光子 ,电子的动能增大 ,原子的电势能增大 ,原子的能量增大 B.原子要放出光子 ,电子的动能减小 ,原子的电势能减小 ,原子的能量也减小 C.原子要吸收光子 ,电子的动能增大 ,原子的电势能减小 ,原子的能量增大 D.原子要吸收光子 ,电子的动能减小 ,原子的电势能增大 ,原子的能量增大 答案 D 氢原子的核外电子从距核较近轨道跃迁到距核较远的轨道 过程中 ,原子的能量要增大 ,原子要吸收光子 ,因克服静电引力做功 ,原子的电势能要增大 ,但其动能减小 ,故 ABC错误
4、 ,D正确。 4.图中所示为氢原子能级示意图 ,则关于氢原子发生能级跃迁的过程中 ,下列说法中正确的是 ( ) A.从高能级向低能级跃迁 ,氢原子放出光子 B.从高能级向低能级跃迁 ,氢原子核外电子轨道半径变大 C.从高能级向低能级跃迁 ,氢原子从外吸收能量 D.从 n=4能级跃迁到 n=3能级比从 n=3能级跃迁到 n=2能级辐射出电磁波的波长短 答案 A 氢原子从高能级向低能级跃迁时 ,氢原子会放出光子 ,A 正确 ;从高能级向低能级跃迁 ,氢原子放出光子 ,核外电子轨道半径变小 ,B错误 ;从高能级向低能级跃迁 ,氢原子释放能量 ,故 C错误 ;从 n=4能级跃迁到 n=3能级时释放的能
5、量比从 n=3能级跃迁到 n=2能级时释放的能量小 ,故辐射光的频率也小 ,光的波长较长 ,D错误。 5. 子与氢原子核 (质子 )构成的原子称为 氢原子 (hydrogen muon atom),它在原子核物理的研究中有重要作用。图为 氢原子的能级示意图。假定光子能量为 E的一束光照射容器中大量处于 n=2能级的 氢原子 , 氢原子吸收光子后 ,发出频率为 1、 2、 3、 4、 5和 6的光 ,且频率依次增大 ,则 E等于 ( ) A.h( 3- 1) B.h( 5+ 6) C.h 3 D.h 4 【 精品教育资源文库 】 答案 D 由能级跃迁知识及题意可知 ,处于 n=2能级的 氢原子
6、吸收能量为 E的光子后 ,发出 6种频率的光 ,说明 氢原子是从 n=4 能级跃迁的 ,而 1、 2、 3、 4、 5和 6频率依次增大 ,说明从 n=4能级跃迁到 n=2能级时 ,辐射能量为 h 3的光子 ,综上可知 E=h 3,C 正确 ,A、 B、 C错误。 6.已知氦原子的质量为 MHe(u),电子的质量为 me(u),质子的质量为 mp(u),中子的质量为 mn(u),u为原子质量单位 ,且由爱因斯坦质能方程 E=mc2可知 :1 u对应于 931.5 MeV的能量 ,若取光速 c=310 8 m/s,则两个质子和两个中子聚变成一个氦核 ,释放的能量为 ( ) A.2(m p+mn)
7、-MHe931.5 MeV B.2(m p+mn+me)-MHe931.5 MeV C.2(m p+mn+me)-MHec 2 J D.2(m p+mn)-MHec 2 J 答案 B 核反应方程为 H+ n He,质量亏损 m=2(m p+mn)-(MHe-2me)=2(m p+mn+me)-MHe,所以释放的能量为 E= m931.5 MeV=2(m p+mn+me)-MHe931.5 MeV, 选项 B正确。 7.如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数 Z的关系图像。下列说法中正确的是 ( ) A.若 D、 E能结合成 F,结合过程一定要释放能量 B.若 D、 E能结合成 F,结合过程一
8、定要吸收能量 C.若 A能分裂成 B、 C, 分裂过程一定要吸收能量 D.若 A能分裂成 B、 C, 则分裂后的原子核的总质量必定增大 答案 A 核反应过程中 ,核子数守恒 ,如果反应后比反应前核子平均质量减小 ,则反应过程一定要放出能量 ;如果反应后核子平均质量增大 ,则反应过程中一定要吸收能量。则由图像易知 A正确。 二、非选择题 (共 43分 ) 8.(14分 )一个静止的氮核 N俘获一个速度为 2.310 7 m/s的中子生成一个复核 A,A 又衰变成 B、 C两个新核。设 B、 C的速度方向与中子速度方向相同 ,B的质量是中子的 11倍 ,速度是 106 m/s,B、 C在同一匀强磁
9、场中做圆周运动的半径比为 RBR C=1130 。求 : (1)C核的速度大小 ; 【 精品教育资源文库 】 (2)根据计算判断 C核是什么核 ; (3)写出核反应方程。 答案 (1)310 6 m/s (2 He (3 N+10n B He 解析 (1)设中子的质量为 m,则氮核的质量为 14m,B核的质量为 11m,C核的质量为 4m,根据动量守恒可得 :mv0=11mvB+4mvC,代入数值解得 vC=310 6 m/s (2)根据带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径公式 R= 可得 : = = ,所以 = ;又 qC+qB=7e 解得 :qC=2e,qB=5e,所以 C核为 He
10、。 (3)核反应方程为 N n B He。 9.(14分 ) 如图所示为氢原子最低的四个能级 ,当一群氢原子处于 n=4的能级上向 低能级跃迁时 : (1)有可能放出 种能量的光子。 (2)在哪两个能级间跃迁时 ,所放出光子波长最长 ?波长是多少 ? (3)已知金属钠的截止频率为 5.5310 14 Hz,普朗克常量 h=6.6310 -34 Js 。请通过计算判断 ,氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板 ,能否发生光电效应。 答案 见解析 解析 (1)N= = =6。 (2)由题图知 ,氢原子由第四能级向第三能级跃迁时 ,能级差最小 ,辐射的光子波长最长。 由 h =
11、E4-E3,得 :h =E4-E3, 【 精品教育资源文库 】 所以 = = m 1.8810 -6 m。 (3)氢原子放出的光子能量 E=E2-E1, 代入数据得 E=1.89 eV 金属钠的逸出功 W0=h c,代入数据得 W0=2.3 eV 因为 EW0,所以不能发生光电效应。 10.(15 分 )如图所示 ,有界的匀强磁场磁感应强度为 B=0.05 T,磁场方向垂直于纸面向里 ,MN是磁场的左边界。在磁场中 A处放一个放射源 ,内装 Ra Ra放出某种射线后衰变成 Ra。 (1)试写出 Ra衰变成 Rn的核反应方程 ; (2)若 A距磁场边界 MN的距离 OA=1.0 m时 ,放在
12、MN左侧的粒子接收 器收到垂直于边界 MN 方向射出的质量较小的粒子 ,此时接收器距过 OA 的直线 1.0 m。据此可推算出一个静止镭核衰变过程中释放的核能有多少 ?(取 1 u=1.610 -27 kg,e=1.610 -19 C,结果保留三位有效数字 ) 答案 (1 Ra Rn He (2)2.0410 -14 J 解析 (1)根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒 ,可写出该衰变方程为 Ra Rn He,放出的粒子为 粒子。 (2)垂直 MN穿出磁场的 粒子在磁场中运动的轨迹如图所示 ,即其轨迹半径 R=OA=1.0 m。 由 qv B=m 得 【 精品教育资源文库 】 v = = m/s=2.510 6 m/s Ek = m = 6.410 -27(2.510 6)2 J=2.010 -14 J 又衰变过程中动量守恒 ,即 m v =mRnvRn 所以 = , = = 所以 EkRn= Ek 由能的转化和守恒定律得 ,释放的核能为 E=Ek +EkRn=(1+ )Ek =(1+ )2.010 -14 J=2.0410 -14 J。
