优化探究新课标高考总复习人教物理选修3522原子结构 原子核 11页

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．α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；α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：C ‎2．(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n＝3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，入射光的能量应大于钾的逸出功，一群处在n＝3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：B ‎3．(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＋Li→2y　y＋N→x＋O　y＋x＋Be→z＋C x、y和z是3种不同的粒子，其中z是(　　)‎ A．α粒子 B．质子 C．中子 D．电子 解析：由H＋Li→2He，He＋N→H＋O，He＋Be→n＋C，可知z为n，故C正确，A、B、D错误．‎ 答案：C ‎4．(2012年高考上海单科)Co发生一次β衰变后变为Ni，其衰变方程为________．在该衰变过程中还发出频率为ν1、ν2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，‎ 由光子的能量公式得总能量为：E＝hν1＋hν2＝h(ν1＋ν2)‎ 答案：Co→Ni＋e　h(ν1＋ν2)‎ ‎(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．α射线由氦原子核衰变产生 B．β射线由原子核外电子电离产生 C．γ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：α射线是α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；β射线是发生β衰变时从原子核内部射出的高速电子流，故选项B错误；γ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，也不受温度、压强等外界因素的影响，故选项D正确．‎ 答案：D ‎2．(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：B ‎3．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ΔE1和ΔE2，则下列说法正确的是(　　)‎ A．两次跃迁均向高能级跃迁，且ΔE1>ΔE2‎ B．两次跃迁均向低能级跃迁，且ΔE1<ΔE2‎ C．先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且ΔE1>ΔE2‎ D．先向低能级跃迁，再向高能级跃迁，且ΔE1<ΔE2‎ 解析：第一次跃迁是吸收紫外线光子，第二次跃迁是放出可见光光子．由于hν1>hν2，故ΔE1>ΔE2，C项正确．‎ 答案：C ‎4．一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，原来所含的铀元素的原子核有发生了衰变 C．经过3个半衰期后，其中铀元素的质量还剩 D．经过1个半衰期后该矿石的质量剩下 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，所以矿石质量没有太大的改变．‎ 答案：C ‎5．(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(　　)‎ A．X射线 B．α射线 C．β射线 D．γ射线 解析：放射源发出的只有α、β、γ三种射线，故选项A错误．在α、β、γ三种射线中，只有γ射线能穿透钢板，故选项B、C错误，D正确．‎ 答案：D ‎ 6.(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 B.H＋H→He＋n是β衰变 C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应 D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变 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β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正确；α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．‎ 答案：AC ‎7．(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：B ‎8．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36.956 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 D．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，质量数不等的同种元素，而Cl和Ar是两种不同的元素，故C项错误；由爱因斯坦质能方程得中微子的质量m＝(0.000 55＋36.956 91－36.956 58)u＝0.000 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E＝931.5×0.000 88 MeV≈0.82 MeV，故D项正确．‎ 答案：AD ‎9．如图所示为氢原子能级图，可见光的能量范围为1.62 eV～3.11 eV，用可见光照射大量处于n＝2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n＝2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E(　　)‎ A．一定有4.73 eV>E>1.62 eV B．E的值可能使处于基态的氢原子电离 C．E一定大于2.86 eV D．E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E＝E5－E2＝－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：BD ‎10．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：α射线带正电，β射线带负电，γ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α粒子，另一个核放出一个β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α粒子，乙核放出的是β粒子 C．a为α粒子的径迹，d为β粒子的径迹 D．b为α粒子的径迹，c为β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α衰变；若轨迹为内切圆，则为β衰变，与磁场方向无关，又由R＝知半径与q成反比，故B、D正确．‎ 答案：BD 二、非选择题(本题共2小题，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2.3×‎107 m/s的中子，发生核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8.0×‎106 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＋He 用m1、m2、和m3分别表示中子(n)、氦核(He)和新核的质量，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3‎ 代入数值，得v3＝－8.2×‎105 m/s 即反应后生成的新核的速度大小为8.2×‎105 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＝m1v 反应后的总动能E2＝m2v＋m3v 经计算知E1＞E2，故可知反应中发生了质量盈余，没有亏损．‎ 答案：(1)N＋n→B＋He ‎8．2×‎105 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α衰变成为Th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1位有效数字)‎ 解析：据题意知，此α衰变的衰变方程为 U→Th＋He 根据动量守恒定律得 mαvα＝mThvTh①‎ 式中，mα和mTh分别为α粒子和Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和Th核的速度的大小，由题设条件知 mαv＋mThv＝Ek②‎ ＝③‎ 由①②③式得 mThv＝Ek④‎ 代入数据得，衰变后Th核的动能 mThv≈0.07 MeV 答案：0.07 MeV ‎1．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α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H.上述系列衰变可记为下式：‎ 已知P和F是同位素，则(　　)‎ A．Q和G是同位素，R和H是同位素 B．R和E是同位素，S和F是同位素 C．R和G是同位素，S和H是同位素 D．Q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]　B ‎2．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，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：‎ m1v0＝m3v3＋m4vB，解得：vB＝.‎ ‎(2)B的速度与He核的速度方向相反，即：m1v0－m3v3<0，‎ 解得：v3>.‎ ‎[答案]　(1)　(2)v3> ‎3．能量和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*和α粒子，而铀核激发态U*立即衰变为铀核U，并放出能量为0.097 MeV的γ光子．已知：Pu、U和α粒子的质量分别为mPu＝239.052 1u、mU＝235.043 9 u和mα＝4.002 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α粒子的动能．‎ ‎[解析]　(1)衰变方程为Pu→U*＋He和U*→U＋γ或合起来有Pu→U＋He＋γ.‎ ‎(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα 放出的能量为ΔE＝c2·Δm 由能量守恒知这能量等于铀核U的动能EU 、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即有ΔE＝EU＋Eα＋Eγ，所以EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ 设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒有mUvU＝mαvα 又因p＝所以＝ 联立可得：Eα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ]‎ 代入题给数据得Eα＝5.034 MeV.‎ ‎[答案]　(1)见解析　(2)5.034 MeV