【步步高】高考物理大一輪復(fù)習(xí) 13.3 原子與原子核

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1、 13.3　原子與原子核 1．(1)盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn)，獲得了重要發(fā)現(xiàn)： 關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，下列說法正確的是 (　　)． A．證明了質(zhì)子的存在 B．證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的 C．證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核里 D．說明了原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動(dòng) (2)英國物理學(xué)家盧瑟福用α粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)了α粒子的散射實(shí)驗(yàn)．下列圖中，O表 示金原子核的位置，則能正確表示該實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過金原子核附近的α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡的是 圖中的 (　　)． 解析　(1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了

2、原子內(nèi)存在一個(gè)集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的 核．?dāng)?shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測核內(nèi)存在中子，所以C對，A、B錯(cuò)．玻爾發(fā) 現(xiàn)了電子軌道量子化，D錯(cuò)． (2)α粒子散射的原因是原子核對其有庫侖斥力的作用，離核越近，斥力越大，偏轉(zhuǎn)越明 顯，當(dāng)正好擊中原子核時(shí)，由于α粒子質(zhì)量較小而反彈． 答案　(1)C　(2)B 2．根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．如圖13－3－1所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景．圖中實(shí)線表示α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡．其中一個(gè)α粒子在從a運(yùn)動(dòng)到b、再運(yùn)動(dòng)到c的過程中(α粒子在b點(diǎn)時(shí)距原子核最近)，下列判斷正確的是 (　　)．

3、 圖13－3－1 A．α粒子的動(dòng)能先增大后減小 B．α粒子的電勢能先增大后減小 C．α粒子的加速度先變小后變大 D．電場力對α粒子先做正功后做負(fù)功 解析　根據(jù)題意，α粒子運(yùn)動(dòng)過程中，電場力對α粒子先做負(fù)功后做正功，所以其電勢 能先增大后減小，而動(dòng)能先減小后增大，B正確，A、D錯(cuò)誤．根據(jù)庫侖定律和牛頓第 二定律可知α粒子加速度先增大后減小，C錯(cuò)誤． 答案　B 3．氫原子從能級m躍遷到能級n時(shí)輻射紅光的頻率為ν1，從能級n躍遷到能級k時(shí)吸收紫光的頻率為ν2，已知普朗克常量為h，若氫原子從能級k躍遷到能級m，則

4、 (　　)． A．吸收光子的能量為hν1＋hν2 B．輻射光子的能量為hν1＋hν2 C．吸收光子的能量為hν2－h(huán)ν1 D．輻射光子的能量為hν2－h(huán)ν1 解析　氫原子從能級m躍遷到能級n時(shí)輻射紅光，說明能級m高于能級n，而從能級n 躍遷到能級k時(shí)吸收紫光，說明能級k也比能級n高，而紫光的頻率ν2大于紅光的頻率ν1，所以hν2>hν1，因此能級k比能級m高，所以若氫原子從能級k躍遷到能級m，應(yīng)輻射光子，且光子能量應(yīng)為hν2－h(huán)ν1.故選項(xiàng)D正確． 答案　D 4．如圖13－3－2為氫原子的能級圖，已知處于較高能級的氫

5、原子能自發(fā)地向較低能級躍遷，則： 圖13－3－2 (1)一群氫原子由n＝4能級向n＝1能級躍遷時(shí)最多可輻射出________種不同頻率的光． (2)要想使處在n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子電離至少吸收________eV的能量． 答案　(1)6　(2)3.40 圖13－3－3 5．已知可見光光子的能量范圍約為1.61～3.11 eV，而氫原子的能級圖如圖13－3－3所示，則最低處于n＝________能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離；大量氫原子從高能級向n＝3的能級躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的________效應(yīng)；大量處于n＝4的氫原子向低能級躍遷時(shí)，可能發(fā)出_______

6、_種不同頻率的可見光． 解析　可從題目中得知紫外線的能量大于3.11 eV，而處于n＝3能級的氫原子吸收1.51 eV以上的能量就可以使氫原子電離，故n＝3；從大于3的能級向第3能級躍遷時(shí)，發(fā) 出最大頻率的光能量只有1.51 eV，在可見光頻率范圍以下的紅外線區(qū)域，具有顯著的熱 效應(yīng)；從第4能級向低能級躍遷時(shí)，可以發(fā)出6種可能的光子，但在可見光區(qū)域的只有 2種，即從第4能級躍遷到第2能級的能量為2.55 eV的光子和從第3能級躍遷到第2能 級的能量為1.89 eV的光子． 答案　3　熱　6 6．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)γ光子．已知質(zhì)子、中子、

7、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c.下列說法正確的是(　　)． A．核反應(yīng)方程是H＋n―→H＋γ B．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3 C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c D．γ光子的波長λ＝ 解析　此核反應(yīng)的核反應(yīng)方程為H＋n―→H＋γ，A錯(cuò)；由質(zhì)能方程，γ光子的能量為E ＝(m1＋m2－m3)c2，C錯(cuò)；由E＝h知，波長λ＝，D錯(cuò)；故B正確． 答案　B 7．太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子(H)聚變?yōu)?個(gè)氦核(He)的熱核反應(yīng)，核反應(yīng)方程是4H→He＋2X，這個(gè)核反應(yīng)釋放出大量核能．已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1

8、、m2、m3，真空中的光速為c.下列說法中正確的是 (　　)． A．方程中的X表示中子(n) B．方程中的X表示電子(e) C．這個(gè)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝4m1－m2 D．這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2 解析　由核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可推斷出X為e，A、B錯(cuò)；質(zhì)量虧損為Δm＝ 4m1－m2－2m3釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C錯(cuò)、D對．選D. 答案　D 8．我國科學(xué)家研制“兩彈”所涉及的基本核反應(yīng)方程有： (1)U＋n→Sr＋Xe＋kn (2)H＋H→He＋dn 關(guān)于這兩個(gè)方程的下列說法，正確的是

9、 (　　)． A．方程(1)屬于α衰變 B．方程(2)屬于輕核聚變 C．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1 D．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1 解析　本題考查核反應(yīng)方程．(1)為典型的裂變方程，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤．(2)為聚變反應(yīng)， 故B項(xiàng)正確．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒定律可得k＝10，d＝1，故C選項(xiàng)正確． 答案　BC 9．核電站泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會(huì)釋放β射線．銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時(shí)會(huì)輻射γ射線．下列說法正確的是

10、 (　　)． A．碘131釋放的β射線由氦核組成 B．銫137衰變時(shí)輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量 C．與銫137相比，碘131衰變更慢 D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù) 解析　β射線由高速電子流組成，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．γ射線為高頻電磁波，光子能量遠(yuǎn)大于可見光光子的能量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．碘131半衰期小，說明衰變快，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．銫133和 銫137為同位素，具有相同的質(zhì)子數(shù)，不同的中子數(shù)，選項(xiàng)D正確． 答案　D 10．2010年上海世博會(huì)太陽能應(yīng)用技術(shù)引領(lǐng)了世界．太陽能屋頂、太陽能幕墻、太陽能汽車、太陽能動(dòng)態(tài)景觀……科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)太陽發(fā)光是由

11、于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)，即在太陽內(nèi)部4個(gè)氫核(H)轉(zhuǎn)化成一個(gè)氦核(He)和兩個(gè)正電子(e)并放出能量．已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.007 3 u，α粒子的質(zhì)量mα＝4.001 5 u，電子的質(zhì)量me＝0.000 5 u，1 u的質(zhì)量相當(dāng)于931 MeV的能量． (1)熱核反應(yīng)方程為______________________； (2)一次這樣的熱核反應(yīng)過程中釋放出多少M(fèi)eV的能量？(結(jié)果保留四位有效數(shù)字) 解析　(1)4H→He＋2e (2)Δm＝4mp－mα－2me＝41.007 3 u－4.001 5 u－20.000 5 u＝0.026 7 u ΔE＝Δmc2＝0.

12、026 7 u931 MeV＝24.86 MeV 答案　(1)4H→He＋2e　(2)24.86 MeV 11．(1)在核反應(yīng)堆中，鈾核吸收中子會(huì)發(fā)生裂變，裂變的產(chǎn)物是多樣的，所生成的核往往還會(huì)衰變，其中一個(gè)衰變過程可表述為I―→Xe＋________＋ΔE.試問式中空格應(yīng)為何 種粒子？________. (2)I的半衰期為8天．開始時(shí)核廢料中有N0個(gè)I核，經(jīng)過16天，還有________個(gè) I核． (3)核電站的固體廢料放射性比較強(qiáng)，要在核電站內(nèi)的專用廢物庫放置5年，且在放置的 初始階段要對固體廢料進(jìn)行冷卻處理．請簡述需要進(jìn)行冷卻處理的理由． 解析　(1)由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)

13、和核電核數(shù)守恒，得該粒子質(zhì)量數(shù)為0，核電荷數(shù)為－1， 核反應(yīng)方程為I―→Xe＋e＋ΔE，空格中粒子為電子． (2)由半衰期定義得剩余I核數(shù)N＝N0＝N0. 答案　(1)e　電子　(2)N0 (3)核電站的固體廢料放射性比較強(qiáng)，能放出γ射線，放出巨大能量．且剛開始放射性比 較強(qiáng)，釋放出的能量比較大，溫度升高快，必須在初始階段對核固體廢料進(jìn)行冷卻處理． 12．太陽中含有大量的氘核，因氘核不斷發(fā)生核反應(yīng)釋放大量的核能，以光和熱的形式向外輻射．已知氘核質(zhì)量為2.013 6 u，氦核質(zhì)量為3.015 0 u，中子質(zhì)量為1.008 7 u，1 u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5 MeV的能量則： (1

14、)完成核反應(yīng)方程：H＋H→________＋n. (2)求核反應(yīng)中釋放的核能． (3)在兩氘核以相等的動(dòng)能0.35 MeV進(jìn)行對心碰撞，并且核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況 下，求反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和氦核的動(dòng)能． 解析　(1)He (2)ΔE＝Δmc2＝(22.013 6 u－3.015 0 u－1.008 7 u)931.5 MeV＝3.26 MeV. (3)兩核發(fā)生碰撞時(shí)：0＝Mv1－mv2 由能量守恒可得：ΔE＋2Ek＝Mv＋mv 由以上兩式解得：EHe＝Mv＝0.99 MeV，E中＝mv＝2.97 MeV 答案　(1)He　(2)3.26 MeV　(3)0.99 MeV　2.

15、97 MeV 13．(1)Th是不穩(wěn)定的，能自發(fā)的發(fā)生衰變． ①完成Th衰變反應(yīng)方程Th→Pa＋________. ②Th衰變?yōu)镽n，經(jīng)過________次α衰變，________次β衰變． (2)1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子．科學(xué)研究表明其核反應(yīng)過程是：α粒子 轟擊靜止的氮核后形成了不穩(wěn)定的復(fù)核，復(fù)核發(fā)生衰變放出質(zhì)子，變成氧核．設(shè)α粒子 質(zhì)量為m1，初速度為v0，氮核質(zhì)量為m2，質(zhì)子質(zhì)量為m0，氧核的質(zhì)量為m3，不考慮相 對論效應(yīng)． ①α粒子轟擊氮核形成不穩(wěn)定復(fù)核的瞬間，復(fù)核的速度為多大？ ②求此過程中釋放的核能． 解析　(1)①根據(jù)核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，粒子為e. ②設(shè)發(fā)生n次α衰變，m次β衰變，則有234＝222＋4n，90＝86＋2n－m，解得n＝3， m＝2. (2)①設(shè)復(fù)核的速度為v，由動(dòng)量守恒定律得m1v0＝(m1＋m2)v 解得v＝. ②核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m0－m3 反應(yīng)過程中釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m0－m3)c2. 答案　(1)①e?、?　2 (2)①v＝?、?m1＋m2－m0－m3)c2 7