第13章 第2课时 原子结构和原子核

课时规范训练(单独成册)[基础巩固题组]1．如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点．下列说法正确的是()A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转解析：选A.卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A 正确，卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，几乎仍沿原方向前进，D错误．2．(2016·高考上海卷)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在()A．电子B．中子C．质子D．原子核解析：选D.卢瑟福在α粒子散射实验中观察到绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的α粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核．故选项D正确．3．(2017·高考全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：21H＋21H→32He＋10n.已知21H的质量为2.013 6 u，32He的质量为3.015 0 u，10n的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A．3.7 MeV B．3.3 MeVC．2.7 MeV D．0.93 MeV解析：选B.在核反应方程21H＋21H→32He＋10n中，反应前物质的质量m1＝2×2.013 6 u＝4.027 2 u，反应后物质的质量m2＝3.0150 u＋1.008 7 u＝4.023 7 u，质量亏损Δm＝m1－m2＝0.003 5 u.则氘核聚变释放的核能为E＝931×0.003 5 MeV≈3.3 MeV，选项B正确．4．(多选)氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是()A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D．用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级解析：选CD.由玻尔的能级跃迁公式E m－E n＝hν＝h cλ得：E3－E2＝hcλ1，E2－E1＝h cλ2，又λ1＝656 nm，结合能级图上的能级值解得λ2＝122 nm＜656 nm，故A、B均错，D对；根据C23＝3可知，一群处于n＝3能级氢原子向低级跃迁，辐射的光子频率最多3种，故C对．5．(多选)科学家利用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→42He＋31H＋4.9 MeV和21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV.下列表述正确的有()A．X是中子B ．Y 的质子数是3，中子数是6C ．两个核反应都没有出现质量亏损D ．氘和氚的核反应是核聚变反应解析：选AD.根据核反应方程：21H ＋31H →42He ＋X ，X 的质量数：m 1＝2＋3－4＝1，核电荷数：z 1＝1＋1－2＝0，所以X 是中子，故A 正确；根据核反应方程：X ＋Y →42He ＋31H ，X 是中子，所以Y 的质量数：m 2＝4＋3－1＝6，核电荷数：z 2＝2＋1－0＝3，所以Y 的质子数是3，中子数是3，故B 错误；根据两个核反应方程可知，都有大量的能量释放出来，所以一定都有质量亏损，故C 错误；氘和氚的核反应过程中是质量比较小的核生成质量比较大的新核，所以是核聚变反应，故D 正确．6．一静止的238 92U 核经α衰变成为234 90Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV .问：此衰变后234 90Th 核的动能为多少MeV ？(保留1位有效数字)解析：根据题意知：此α衰变的衰变方程为238 92U →234 90Th ＋42He根据动量守恒定律得m αv α＝m Th v Th ① 式中，m α和m Th 分别为α粒子和Th 核的质量，v α和v Th 分别为α粒子和Th 核的速度的大小，由题设条件知12m αv 2α＋12m Th v 2Th ＝E k ② m αm Th ＝4234③ 式中E k ＝4.27 MeV ，是α粒子与Th 核的总动能．由①②③式得12m Th v 2Th ＝m αm α＋m Th E k ④代入数据得，衰变后234 90Th 核的动能1v2Th＝0.07 MeV ⑤2m Th答案：0.07 MeV[能力提升题组]7．以下说法正确的是()A．大量处于量子数n＝4的氢原子向低能级跃迁时最多可以发出3种不同频率的光子B．用不同频率的光照射同种金属发生的光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成了一个质子和一个β粒子D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和的现象叫作质量亏损解析：选C.处于量子数n＝4的氢原子向低能级跃迁时最多可以发出C24＝6种不同频率的光子，选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，选项B错误；原子核内没有电子，β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成了一个质子和一个β粒子，选项C正确；核子组成原子核时要发生质量亏损，释放能量，使原子核的质量小于组成它的核子的质量，选项D错误．8．(2017·高考江苏卷)(多选)原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有()A.42He核的结合能约为14 MeVB.42He核比63Li核更稳定C.两个21H核结合成42He核时释放能量D.23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大解析：选BC.本题考查原子核的相关知识．由图象可知，42He的比结合能约为7 MeV，其结合能应为28 MeV，故A错误．比结合能较大的核较稳定，故B 正确．比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故C正确．比结合能就是平均结合能，故由图可知D错误．9．铀核(23592U)经过m次α衰变和n次β衰变变成铅核(20782Pb)，关于该过程，下列说法中正确的是()A．m＝5，n＝4B．铀核(23592U)的比结合能比铅核(20782Pb)的比结合能小C．衰变产物的结合能之和小于铀核(23592U)的结合能D．铀核(23592U)衰变过程的半衰期与温度和压强有关解析：选B.原子核衰变时质量数守恒，电荷数守恒，235＝4m＋207,92＝82＋2m－n，两式联立解得：m＝7，n＝4，A项错误．衰变产物的结合能之和大于铀核(23592U)的结合能，C错误．半衰期由原子核内部自身的因素决定，与温度和压强无关，D项错误．10．一个静止的铀核，放在匀强磁场中，它发生一次α衰变后变为钍核，α粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动．某同学作出如图所示运动径迹示意图，以下判断正确的是()A．1是α粒子的径迹，2是钍核的径迹B．1是钍核的径迹，2是α粒子的径迹C．3是α粒子的径迹，4是钍核的径迹D．3是钍核的径迹，4是α粒子的径迹解析：选B.由动量守恒可知，静止的铀核发生α衰变后，生成的均带正电的α粒子和钍核的动量大小相等，但方向相反，由左手定则可知它们的运动轨迹应为“外切”圆，又R ＝m v Bq ＝p Bq ，在p 和B 相等的情况下，R ∝1q ，因q 钍＞q α，则R 钍＜R α，故B 正确．11．(多选)如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝3能级，下列说法中正确的是( )A ．这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波B ．这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eVC ．从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级时发出的光波长最长D ．这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁解析：选AC.根据C 23＝3知，这群氢原子能够发出3种不同频率的光子，故A 正确；由n ＝3跃迁到n ＝1，辐射的光子能量最大，ΔE ＝(13.6－1.51)eV ＝12.09 eV ，故B 错误；从n ＝3跃迁到n ＝2辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故C 正确；一群处于n ＝3能级的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差，故D 错误．12．1930年英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿建造了世界上第一台粒子加速器，他们获得了高速运动的质子，用来轰击静止的锂7(73Li)原子核，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核．(1)写出核反应方程；(2)已知质子的质量为m ，初速度为v 0，反应后产生的一个原子核速度大小为34v 0，方向与质子运动方向相反，求反应后产生的另一个原子核的速度以及反应过程中释放的核能(设反应过程释放的核能全部转变为动能)．解析：(1)根据质量数与电荷数守恒，则有73Li ＋11H →242He(2)由动量守恒定律得m v 0＝4m ⎝ ⎛⎭⎪⎫－34v 0＋4m v 解得v ＝v 0释放的核能为ΔE＝12·4m v2＋12·4m·⎝⎛⎭⎪⎫34v02－12m v2解得ΔE＝218m v2.答案：(1)73Li＋11H→242He(2)v0218m v2。