1、原子结构 原子核1(2011 年高考天津理综)下列能揭示原子具有核式结构的实验是( )A光电效应实验 B伦琴射线的发现C 粒子散射实验 D氢原子光谱的发现解析:光电效应实验说明了光的粒子性,A 错;伦琴射线的发现说明了原子内部有能级结构,B 错; 粒子散射实验揭示了原子的核式结构, C 对;氢原子光谱的发现说明原子内轨道量子化,D 错答案:C2(2013 年温州测试) 已知金属钾的逸出功为 2.22 eV,氢原子的能级示意图如图所示,一群处在 n3 能级的氢原子向低能级跃迁时,能够从金属钾的表面打出光电子的光波共有( )A一种B两种C三种D四种解析:要从金属钾的表面打出光电子,入射光的能量应大
2、于钾的逸出功,一群处在 n3 能级的氢原子向低能级跃迁时,只有 3 能级向 1 能级、2 能级向1 能级跃迁时发出的光子能量大于钾的逸出功,因此选 B.答案:B3(2012 年高考重庆卷) 以下是物理学史上 3 个著名的核反应方程( )x Li2y y Nx O yx Bez C73 147 178 94 126x、y 和 z 是 3 种不同的粒子,其中 z 是( )A 粒子 B质子C中子 D电子解析:由 H Li2 He, He N H O, He Be n C,1 73 42 42 147 1 178 42 94 10 126可知 z 为 n,故 C 正确, A、B、D 错误10答案:C4
3、(2012 年高考上海单科) Co 发生一次 衰变后变为 Ni,其衰变方程为6027_在该衰变过程中还发出频率为 1、 2 的两个光子,其总能量为_解析:由衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒可得衰变方程为:Co Ni e,6027 6028 0 1由光子的能量公式得总能量为:Eh 1h 2h( 1 2)答案: Co Ni e h( 1 2)6027 6028 0 1(时间:45 分钟,满分:100 分)命题报告 教师用书独具 知识点 题号对天然放射现象、半衰期的理解 1、2原子的能级和跃迁 3半衰期的有关计算 4射线的性质 5、10核反应方程 6同位素 7核能的计算 8氢原子的能级图 9核反应方
4、程、核能的综合问题 11、12一、选择题(本题共 10 小题,每小题 7 分,共 70 分,每小题至少有一个选项正确,把正确选项前的字母填在题后的括号内)1关于天然放射现象,下列说法正确的是( )A 射线由氦原子核衰变产生B 射线由原子核外电子电离产生C 射线由原子核外的内层电子跃迁产生D通过化学反应不能改变物质的放射性解析: 射线是 衰变时射出的由氦原子核组成的高速粒子流,故选项 A错误; 射线是发生 衰变时从原子核内部射出的高速电子流,故选项 B 错误; 射线是原子核受到激发后产生的,故选项 C 错误;物质的放射性由原子核的内部结构决定,与物质是以单质形式还是以化合物形式存在无关,也不受温
5、度、压强等外界因素的影响,故选项 D 正确答案:D2(2012 年高考天津卷) 下列说法正确的是( )A采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期B由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子C从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力D原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量解析:放射性元素的半衰期由元素的原子核来决定,与元素以单质或化合物的形式存在无关,与压强、温度无关,即与化学、物理状态无关,故 A 项错误;由玻尔理论可知,氢原子从激发态跃迁到基态的过程放出光子,B 项正确;从高空对地面进行遥感摄影是利用红外线良好的穿透能力,C 项错误;核子结合成原子核放
6、出核能,因此核子单独存在时的总质量大于结合成原子核时核的质量,D 项错误答案:B3许多物质在紫外线照射下能发出荧光,紫外线照射时,这些物质的原子先后发生两次跃迁,其能量变化分别为 E1 和 E2,则下列说法正确的是( )A两次跃迁均向高能级跃迁,且 E1E2B两次跃迁均向低能级跃迁,且 E1E2D先向低能级跃迁,再向高能级跃迁,且 E1h2,故 E1E2, C 项正确答案:C4一块含铀的矿石质量为 M,其中铀元素的质量为 m,铀发生一系列衰变,最终生成物为铅已知铀的半衰期为 T,那么下列说法中正确的是( )A经过 2 个半衰期后,这块矿石中基本不再含有铀B经过 2 个半衰期后,原来所含的铀元素
7、的原子核有 发生了衰变m4C经过 3 个半衰期后,其中铀元素的质量还剩m8D经过 1 个半衰期后该矿石的质量剩下M2解析:经过 2 个半衰期后矿石中剩余的铀应该有 ,经过 3 个半衰期后矿m4石中剩余的铀还有 .因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中,所以矿石质量没m8有太大的改变答案:C5(2012 年高考上海卷) 在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度,其检测装置由放射源、探测器等构成,如图所示该装置中探测器接收到的是( )AX 射线 B 射线C 射线 D 射线解析:放射源发出的只有 、 三种射线,故选项 A 错误在 、 、三种射线中,只有 射线能穿透钢板,故选项 B、C 错误,D 正确答案:D6
8、.(2012 年高考广东卷) 能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一下列释放核能的反应方程,表述正确的有( )A. H H He n 是核聚变反应31 21 42 10B. H H He n 是 衰变31 21 42 10C. U n Ba Kr3 n 是核裂变反应23592 10 14456 8936 10D. U n Xe Sr2 n 是 衰变23592 10 1405 9438 10解析:因 A 项为两个轻核结合成质量较大的核,所以反应为核聚变, A 正确;B 项是核聚变,而不是 衰变,B 错误;在 C 项中铀核在被中子轰击后分裂成两个较轻原子核,所以反应为核裂变,C 正
9、确; 衰变本质为核内 2 个质子和 2 个中子结合成 He,所以 D 错误42答案:AC7(2012 年高考上海单科)某种元素具有多种同位素,反映这些同位素的质量数 A 与中子数 N 关系的是图( )解析:元素的质量数 A 与中子数 N、质子数 Z 的关系为:A Z N,又因为同位素的质子数相同,即 Z 为常数,故 A 是 N 的一次函数,且 A 随 N 的增大而增大,选项 B 正确,A、C、D 错误答案:B8雷蒙德戴维斯因研究来自太阳的中微子( e)而获得了 2002 年度诺贝尔物理学奖他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满 615 吨四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶中微子可以将一个氯核转
10、变为一个氩核,其核反应方程为e Cl Ar e,已知 Cl 核的质量为 36.956 58 u, Ar 核的质量为 371 3718 0 1 371 371836.956 91 u, e 的质量为 0.000 55 u,1 u 质量对应的能量为 931.5 MeV.根据0 1以上信息,可以判断( )A中微子不带电B中微子就是中子C. Cl 和 Ar 是同位素371 3718D参与上述反应的中微子的最小能量约为 0.82 MeV解析:在核反应中,电荷数守恒,质量数守恒,可以判断中微子所带电荷数是零,质量数是零,故 A 项正确;中子的质量数是 1,故 B 项错误;同位素是电荷数相等,质量数不等的同
11、种元素,而 Cl 和 Ar 是两种不同的元素,371 3718故 C 项错误;由爱因斯坦质能方程得中微子的质量 m(0.000 5536.956 9136.956 58)u0.000 88 u,而 1 u 质量对应的能量为 931.5 MeV,所以中微子的最小能量是 E931.50.000 88 MeV0.82 MeV ,故 D 项正确答案:AD9如图所示为氢原子能级图,可见光的能量范围为 1.62 eV3.11 eV,用可见光照射大量处于 n2 能级的氢原子,可观察到多条谱线,若是用能量为E 的实物粒子轰击大量处于 n2 能级的氢原子,至少可观察到两条具有显著热效应的红外线,则实物粒子的能量
12、 E( )A一定有 4.73 eVE1.62 eVBE 的值可能使处于基态的氢原子电离CE 一定大于 2.86 eVDE 的值可能使基态氢原子产生可见光解析:红外线光子的能量小于可见光光子的能量,由实物粒子轰击大量处于第 2 能级的氢原子,至少可观察到两种红外线光子,则说明处于第 2 能级的氢原子受激发后至少跃迁到第 5 能级所以实物粒子的最小能量为EE 5E 2 0.54 eV (3.4 eV)2.86 eV,A 、C 错误;因为 E 可以取大于或等于 2.86 eV 的任意值,则 B、D 正确答案:BD10如图(a)所示,国际原子能机构公布核辐射警示新标志,新标志为黑框红底三角,内有一个辐
13、射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形核辐射会向外释放三种射线: 射线带正电, 射线带负电, 射线不带电现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中,其中一个核放出一个 粒子,另一个核放出一个 粒子,得出图 (b)所示的四条径迹,则( )A磁场的方向一定垂直于纸面向里B甲核放出的是 粒子,乙核放出的是 粒子Ca 为 粒子的径迹,d 为 粒子的径迹Db 为 粒子的径迹,c 为 粒子的径迹解析:粒子与新核动量大小相等、方向相反,若轨迹为外切圆,则为 衰变;若轨迹为内切圆,则为 衰变,与磁场方向无关,又由 R 知半径与 qmvqB成反比,故 B、D 正确答案:BD二、非选择题(本题共 2 小题,
14、共 30 分,解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤,有数值计算的要注明单位)11(15 分) 静止的氮核 N 俘获一个速度为 2.3107 m/s 的中子,发生核147反应后若只产生了两个新粒子,其中一个粒子为氦核( He),它的速度大小是428.0106 m/s,方向与反应前的中子速度方向相同(1)写出此核反应的方程式,求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向;(2)此反应过程中是否发生了质量亏损,说明依据解析:(1) N n B He147 10 115 42用 m1、m 2、和 m3分别表示中子( n)、氦核( He)和新核的质量,由动量守10 42恒定律得 m1v1m 2v2m
15、 3v3代入数值,得 v38.210 5 m/s即反应后生成的新核的速度大小为 8.2105 m/s方向与反应前中子的速度方向相反(2)反应前的总动能 E1 m1v12 21反应后的总动能 E2 m2v m3v12 2 12 23经计算知 E1E 2,故可知反应中发生了质量盈余,没有亏损答案:(1) N n B He147 10 115 428210 5 m/s 与反应前中子的速度方向相反(2)见解析12(15 分)(2012 年高考海南单科) 一静止的 U 核经 衰变成为 Th23892 23490核,释放出的总动能为 4.27 MeV.问此衰变后 Th 核的动能为多少 MeV(保留2349
16、01 位有效数字)解析:据题意知,此 衰变的衰变方程为U Th He23892 23490 42根据动量守恒定律得mvm ThvTh式中,m 和 mTh分别为 粒子和 Th 核的质量,v 和 vTh分别为 粒子和Th 核的速度的大小,由题设条件知mv mThv E k12 2 12 2Th mmTh 4234由式得mThv Ek12 2Th mm mTh代入数据得,衰变后 Th 核的动能23490mThv 0.07 MeV12 2Th答案:0.07 MeV1质量数守恒和电荷数守恒的应用例 1 本题中用大写字母代表原子核,E 经 衰变成为 F,再经 衰变成为 G,再经 衰变成为 H.上述系列衰变
17、可记为下式:已知 P 和 F 是同位素,则 ( )AQ 和 G 是同位素,R 和 H 是同位素BR 和 E 是同位素,S 和 F 是同位素CR 和 G 是同位素, S 和 H 是同位素DQ 和 E 是同位素,R 和 F 是同位素解析 由于 P 和 F 是同位素,设它们的质子数为 n,则其他各原子核的质子数可分别表示如下:由此可以看出 R 和 E 是同位素,S 和 F 是同位素,Q 和 G 是同位素,故只有 B 正确 答案 B2动量守恒的应用动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一大到 天体,小到微观粒子,无论相互作用的是什么性质的力,动量守恒定律都是适用的因此动量守恒定律也适用于原子或原子核
18、之间的相互作用例 2 用速度为 v0、质量为 m1 的 He 核轰击质量为 m2 的静止的 7N 核,42 14发生核反应,最终产生两种新粒子 A 和 B.其中 A 为 8O 核,质量为 m3,速17度为 v3;B 的质量为 m4.(1)计算粒子 B 的速度 vB.(2)粒子 A 的速度符合什么条件时,粒子 B 的速度方向与 He 核的运动方向相反解析 (1)由动量守恒定律有:m1v0m 3v3m 4vB,解得:v B .m1v0 m3v3m4(2)B 的速度与 He 核的速度方向相反,即:m 1v0m 3v3 .m1v0m3答案 (1) (2)v3m1v0 m3v3m4 m1v0m33能量和
19、动量守恒的综合应用能量守恒定律是人类长期总结得到的一条普遍适用的基本规律能量和动量守恒定律是解决原子问题的金钥匙例 3 2011 年 3 月 11 日,日本发生 9.0 级地震并引发海啸及核泄漏,福岛第一核电站 6 座反应堆不同程度被损坏,其中核泄漏中的放射性元素Pu,半衰期 2.41 万年,在高温下生成,在大气中呈颗粒物形态,传播一段2349时间后就会掉落到地上,因此危害范围主要在核泄漏周边的土壤和水源中,对人体具有强毒性危害,一旦侵入人体,就会潜伏在人体肺部、骨髓等组织细胞中,破坏细胞基因,提高患癌症的风险. Pu 静止时衰变为铀核激发态 U*23994 23592和 粒子,而铀核激发态
20、U*立即衰变为铀核 U,并放出能量为 0.097 23592 23592MeV 的 光子已知: Pu、 U 和 粒子的质量分别为 mPu239.052 23994 235921u、m U235.043 9 u 和 m4.002 6 u,一个原子质量单位 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量(1)写出衰变方程(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,求 粒子的动能解析 (1)衰变方程为 Pu U* He 和 U* U 或合起来23994 23592 42 23592 23592有 Pu U He.23994 23592 42(2)上述衰变过程的质量亏损为 mm Pum Um 放出的能量为 Ec 2m由能量守恒知这能量等于铀核 U 的动能 EU 、 粒子的动能 E和 光23592子的能量 E之和,即有 EE UE E ,所以 EUE (m Pum Um )c2E 设衰变后的铀核和 粒子的速度分别为 vU和 v,则由动量守恒有mUvU mv又因 p 所以 2mEkEUE mmU联立可得:E (mPum Um )c2E mUmU m代入题给数据得 E5.034 MeV.答案 (1)见解析 (2)5.034 MeV