1、15 第四节 原子与原子核(建议用时：60 分钟)一、选择题1物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上下列说法正确的是( )A天然放射现象说明原子核内部是有结构的B电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C 粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的解析：选 A天然放射现象说明原子核内部是有结构的，人们认识原子核的复杂结构是从天然放射现象开始的，选项 A 正确电子的发现说明了原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，选项 B 错误由 粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，选项 C 错误密立根油滴实验说明物质所带电荷量是量子化的，选项 D
2、错误2在卢瑟福 粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看做静止不动，下列各图画出的是其中两个 粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是( )解析：选 C 粒子与原子核相互排斥，A、D 错；运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显，B 错，C 对3如图，放射性元素镭衰变过程中释放出 、 三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是( )A表示 射线，表示 射线B表示 射线，表示 射线C表示 射线，表示 射线D表示 射线，表示 射线解析：选 C 射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故和表示 射线，A、B、D 项错； 射线中的 粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转
3、，故表示 射线，由左手定则可知在匀强磁场中 射线向左偏，故表示 射线，2C 项对4在匀强磁场中，有一个原来静止的 6C 原子核，它放出的粒子与反冲核的径迹是14两个相内切的圆，圆的直径之比为 71，那么碳 14 的衰变方程应为( )A C e B B C He Be146 0 1 145 146 42 104C C H B D C e N146 21 125 146 0 1 147解析：选 D由动量守恒定律可知：放出的粒子与反冲核动量大小相等、方向相反，由在磁场中两圆径迹内切可知，反冲核带正电，放出的粒子带负电，由两圆直径之比为71 和 R 可知，反冲核的电量是粒子的 7 倍，故只有 D 正确
4、mvqB5按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为 ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为 rb的圆轨道上，已知 rarb，则在此过程中( )A原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量也减小B原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小D原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大解析：选 A由玻尔氢原子理论知，电子轨道半径越大，原子能量越大，当电子从 ra跃迁到 rb时，原子能量减小，放出光子；在电子跃迁过程中，库仑力
5、做正功，原子的电势能减小；由库仑力提供电子做圆周运动的向心力，即 ， r 减小，电子速度增大，ke2r2 mv2r动能增大，综上所述可知 A 正确6质子、中子和氘核的质量分别为 m1、 m2和 m3当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是( c 表示真空中的光速)( )A( m1 m2 m3)c B( m1 m2 m3)cC( m1 m2 m3)c2 D( m1 m2 m3)c2解析：选 C由质能方程 E mc2，其中 m m1 m2 m3，可得 E( m1 m2 m3)c2，选项 C 正确，A、B、D 错误7现有两动能均为 E0035 MeV 的 H 在一条直线上相向运动，两个 H 发
6、生对撞后21 21能发生核反应，得到 He 和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为 He 和新粒32 32子的动能已知 H 的质量为 2014 1 u， He 的质量为 3016 0 u，新粒子的质量为21 321008 7 u，核反应时质量亏损 1 u 释放的核能约为 931 MeV(如果涉及计算，结果保留整数)则下列说法正确的是( )3A核反应方程为 H H He H21 21 32 1B核反应前后不满足能量守恒定律C新粒子的动能约为 3 MeVD He 的动能约为 4 MeV32解析：选 C由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知 H H He n，则新粒子21 21 32 10为
7、中子 n，所以 A 错误；核反应过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变为能量，仍10然满足能量守恒定律，B 错误；由题意可知 E(2014 1 u23016 0 u1008 7 u)931 MeV/u33 MeV，根据核反应中系统的能量守恒有 EkHe Ekn2 E0 E，根据核反应中系统的动量守恒有 pHe pn0，由 Ek ，可知 ，解得p22m EkHeEkn mnmHeEkHe (2E0 E)1 MeV， Ekn (2E0 E)3 MeV，所以 C 正确、Dmnmn mHe mHemn mHe错误8科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：XY He H
8、49 MeV 和 H H HeX176 MeV，下列表述正确的有( )42 31 21 31 42AX 是中子BY 的质子数是 3，中子数是 6C两个核反应都没有质量亏损D氘和氚的核反应是核聚变反应解析：选 AD核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由H H HeX176 MeV 知 X 为 n，由 XY He H49 MeV 知 Y 为 Li，其中21 31 42 10 42 31 63Y 的质子数是 3，中子数也是 3，选项 A 正确，选项 B 错误两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项 C 错误XY He H49 MeV 是原子核的人工转变，42 31H H He n176 M
9、eV 为轻核聚变，选项 D 正确21 31 42 109氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为 162 eV311 eV下列说法正确的是( )A处于 n3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B大量氢原子从高能级向 n3 能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C大量处于 n4 能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出 6 种不同频率的光4D大量处于 n4 能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出 3 种不同频率的光解析：选 ABC大量处于 n4 能级的氢原子向低能级跃迁时，由 NC 可知，共可发2n出 6 种频率的光，故 D 错误，C 正确 n3 能级的能量为151 eV，因紫外
10、线能量大于151 eV，故紫外线可使处于 n3 能级的氢原子电离，故 A 正确；从高能级跃迁到 n3能级释放能量最多为 151 eV162 eV，此光为红外线具有显著热效应，故 B 正确二、非选择题10(2018江苏六市高三调研)一群氢原子处于量子数 n4 能级状态，氢原子的能级图如图甲所示，氢原子可能发射_种频率的光子；氢原子由量子数 n4 的能级跃迁到 n2 的能级时辐射光子照射图乙表中几种金属，能发生光电效应的有_种金属几种金属的逸出功金属 钨 钙 钠 钾 铷逸出功 W0/eV 454 320 229 225 213乙解析：一群氢原子处于量子数 n4 能级状态，氢原子可能发射 3216
11、种频率的光子；氢原子由量子数 n4 的能级跃迁到 n2 的能级时辐射光子能量为 255 eV，照射图乙表中几种金属，能发生光电效应的有钠、钾、铷三种金属答案：见解析11海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源两个氘核的核反应产生一个He 核和一个粒子，其中氘核的质量为 2013 0 u，氦核的质量为 3015 0 u，中子的质32量为 1008 7 u(1 u9315 MeV)，求：(1)核反应中释放的核能；(2)在两个氘核以相等的动能 035 MeV 进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的粒子和氦核的动能解析：(1)核反应方程为： H H He n21 21 32
12、 10核反应中的质量亏损为 m2 mH mHe mn，由 E mc2可知释放的核能： E(2 mH mHe mn)c2214 MeV(2)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即 mHevHe mnvn0；反应前后系5统的总能量守恒，即 mHev mnv E2 EkH，又因为 mHe mn31，所以12 2He 12 2nvHe vn13，由以上各式代入已知数据得： EkHe071 MeV， Ekn213 MeV答案：(1)214 MeV (2)213 MeV 071 MeV12(2018苏锡常镇四市调研)(1
13、)如图所示是研究光电效应的实验装置用一定频率的光照射阴极 K，当滑片 P 处于图示位置时，电流表的示数不为零为使电流表示数减小，下列办法可行的是_A将滑片 P 向右移动 B减小入射光的强度C换用电动势更大的电源 D将电源的正、负极对调(2)由玻尔原子理论，氦离子 He 能级图如图所示电子在 n3 轨道上比在 n4 轨道上离氦核的距离_(填“大”或“小”)当大量处在 n3 的激发态的 He 发生跃迁时，所发射的谱线有_条(3)以一定速度运动的原子核 X 放出 粒子后变成静止的原子核 Y若 X、Y 和 粒AZ子的静质量分别是 M、 m1和 m2，真空中光速为 c，不考虑相对论效应求反应过程中释放的
14、能量以及 粒子的动能解析：(1)滑片 P 向右移动，所加电压增大，光电流增大，故 A 错误；减小入射光的强度，光电流减小，故 B 正确；换用电动势更大的电源，所加电压增大，光电流增大，故 C错误；将电源正、负极对调，光电子做减速运动，光电流减小，故 D 正确(2)因离核越近能量越低，所以 n3 轨道离核近； n3 的激发态向低能级跃迁共有C 3 条谱线，分别是 n3 跃迁到 n2， n3 跃迁到 n1， n2 跃迁到 n123(3)由 E mc2得 E( M m1 m2)c2由动量守恒定律得 MvX m2v由能量守恒得 Mv E Ek12 2X6解得 Ek (M m1 m2)c2MM m2答案：(1)BD (2)小 3 (3)见解析
