1、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
2、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AlHen。下列判断正确的是()An是质子Bn是中子C.X是Si的同位素D.X共有31个核子答案Bn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均错误。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
3、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,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
4、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
5、()A.h(3-1)B.h(5+6)C.h3D.h4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h3的光子,综上可知E=h3,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=3108 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
6、.2(mp+mn)-MHe931.5 MeVB.2(mp+mn+me)-MHe931.5 MeVC.2(mp+mn+me)-MHec2 JD.2(mp+mn)-MHec2 J答案B核反应方程为H+nHe,质量亏损m=2(mp+mn)-(MHe-2me)=2(mp+mn+me)-MHe,所以释放的能量为E=m931.5 MeV=2(mp+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,结合过程一定要吸收能量C.若A能分裂成B、C, 分裂过程一定
7、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2.3107 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在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比为RBRC=1130。求:(1)C核的速度大小;(2)根据计算判断C核是什么核;(3)写出核反应方程。
8、答案(1)3106 m/s(2He(3 N+10n BHe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=3106 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。(3)核反应方程为 Nn BHe。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
9、钠的截止频率为5.531014 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=E4-E3,得:h=E4-E3,所以= m1.8810-6 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=hc,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
10、向里,MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源,内装RaRa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(1RaRnHe(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RaRnHe,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qvB=m得v= m/s=2.5106 m/sEk=m=6.410-27(2.5106)2 J=2.010-14 J又衰变过程中动量守恒,即mv=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。
