【步步高】高考物理大一輪復(fù)習(xí) 13.3 原子與原子核

13.3原子與原子核1(1)盧瑟福和他的助手做粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn)，獲得了重要發(fā)現(xiàn)：關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，下列說(shuō)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(shuō)明了原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動(dòng)(2)英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福用粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)了粒子的散射實(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(guò)金原子核附近的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡的是圖中的()解析(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個(gè)集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測(cè)核內(nèi)存在中子，所以C對(duì)，A、B錯(cuò)玻爾發(fā)現(xiàn)了電子軌道量子化，D錯(cuò)(2)粒子散射的原因是原子核對(duì)其有庫(kù)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)，由于粒子質(zhì)量較小而反彈答案(1)C(2)B2根據(jù)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1331所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的粒子散射圖景圖中實(shí)線表示粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡其中一個(gè)粒子在從a運(yùn)動(dòng)到b、再運(yùn)動(dòng)到c的過(guò)程中(粒子在b點(diǎn)時(shí)距原子核最近)，下列判斷正確的是 ()圖1331A粒子的動(dòng)能先增大后減小B粒子的電勢(shì)能先增大后減小C粒子的加速度先變小后變大D電場(chǎng)力對(duì)粒子先做正功后做負(fù)功解析根據(jù)題意，粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力對(duì)粒子先做負(fù)功后做正功，所以其電勢(shì)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(kù)侖定律和牛頓第二定律可知粒子加速度先增大后減小，C錯(cuò)誤答案B3氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為1，從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光的頻率為2，已知普朗克常量為h，若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m，則 ()A吸收光子的能量為h1h2B輻射光子的能量為h1h2C吸收光子的能量為h2h1D輻射光子的能量為h2h1解析氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光，說(shuō)明能級(jí)m高于能級(jí)n，而從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光，說(shuō)明能級(jí)k也比能級(jí)n高，而紫光的頻率2大于紅光的頻率1，所以h2>h1，因此能級(jí)k比能級(jí)m高，所以若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m，應(yīng)輻射光子，且光子能量應(yīng)為h2h1.故選項(xiàng)D正確答案D4如圖1332為氫原子的能級(jí)圖，已知處于較高能級(jí)的氫原子能自發(fā)地向較低能級(jí)躍遷，則：圖1332(1)一群氫原子由n4能級(jí)向n1能級(jí)躍遷時(shí)最多可輻射出_種不同頻率的光(2)要想使處在n2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13335已知可見(jiàn)光光子的能量范圍約為1.613.11 eV，而氫原子的能級(jí)圖如圖1333所示，則最低處于n_能級(jí)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(jí)向n3的能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的_效應(yīng)；大量處于n4的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出_種不同頻率的可見(jiàn)光解析可從題目中得知紫外線的能量大于3.11 eV，而處于n3能級(jí)的氫原子吸收1.51 eV以上的能量就可以使氫原子電離，故n3；從大于3的能級(jí)向第3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出最大頻率的光能量只有1.51 eV，在可見(jiàn)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(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可以發(fā)出6種可能的光子，但在可見(jiàn)光區(qū)域的只有2種，即從第4能級(jí)躍遷到第2能級(jí)的能量為2.55 eV的光子和從第3能級(jí)躍遷到第2能級(jí)的能量為1.89 eV的光子答案3熱66一個(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)光子已知質(zhì)子、中子、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(shuō)法正確的是()A核反應(yīng)方程是HnHB聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損mm1m2m3C輻射出的光子的能量E(m3m1m2)cD光子的波長(zhǎng)解析此核反應(yīng)的核反應(yīng)方程為HnH，A錯(cuò)；由質(zhì)能方程，光子的能量為E(m1m2m3)c2，C錯(cuò)；由Eh知，波長(zhǎng)，D錯(cuò)；故B正確答案B7太陽(yáng)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4HHe2X，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、m2、m3，真空中的光速為c.下列說(shuō)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m4m1m2D這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能E(4m1m22m3)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m4m1m22m3釋放的核能為Emc2(4m1m22m3)c2，C錯(cuò)、D對(duì)選D.答案D8我國(guó)科學(xué)家研制“兩彈”所涉及的基本核反應(yīng)方程有：(1)UnSrXekn(2)HHHedn關(guān)于這兩個(gè)方程的下列說(shuō)法，正確的是()A方程(1)屬于衰變B方程(2)屬于輕核聚變C方程(1)中k10，方程(2)中d1D方程(1)中k6，方程(2)中d1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k10，d1，故C選項(xiàng)正確答案BC9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)輻射射線下列說(shuō)法正確的是 ()A碘131釋放的射線由氦核組成B銫137衰變時(shí)輻射出的光子能量小于可見(jiàn)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)解析射線由高速電子流組成，選項(xiàng)A錯(cuò)誤射線為高頻電磁波，光子能量遠(yuǎn)大于可見(jiàn)光光子的能量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤碘131半衰期小，說(shuō)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D102010年上海世博會(huì)太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)引領(lǐng)了世界太陽(yáng)能屋頂、太陽(yáng)能幕墻、太陽(yáng)能汽車、太陽(yáng)能動(dòng)態(tài)景觀科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)，即在太陽(yáng)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mp1.007 3 u，粒子的質(zhì)量m4.001 5 u，電子的質(zhì)量me0.000 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_(kāi)；(2)一次這樣的熱核反應(yīng)過(guò)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)4HHe2e(2)m4mpm2me41.007 3 u4.001 5 u20.000 5 u0.026 7 uEmc20.026 7 u931 MeV24.86 MeV答案(1)4HHe2e(2)24.86 MeV11(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(guò)程可表述為IXe_E.試問(wèn)式中空格應(yīng)為何種粒子？_.(2)I的半衰期為8天開(kāi)始時(shí)核廢料中有N0個(gè)I核，經(jīng)過(guò)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(kù)放置5年，且在放置的初始階段要對(duì)固體廢料進(jìn)行冷卻處理請(qǐng)簡(jiǎn)述需要進(jìn)行冷卻處理的理由解析(1)由核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)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IXeeE，空格中粒子為電子(2)由半衰期定義得剩余I核數(shù)NN0N0.答案(1)e電子(2)N0(3)核電站的固體廢料放射性比較強(qiáng)，能放出射線，放出巨大能量且剛開(kāi)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(duì)核固體廢料進(jìn)行冷卻處理12太陽(yáng)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)完成核反應(yīng)方程：HH_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(duì)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)Emc2(22.013 6 u3.015 0 u1.008 7 u)931.5 MeV3.26 MeV.(3)兩核發(fā)生碰撞時(shí)：0Mv1mv2由能量守恒可得：E2EkMvmv由以上兩式解得：EHeMv0.99 MeV，E中mv2.97 MeV答案(1)He(2)3.26 MeV(3)0.99 MeV2.97 MeV13(1)Th是不穩(wěn)定的，能自發(fā)的發(fā)生衰變完成Th衰變反應(yīng)方程ThPa_.Th衰變?yōu)镽n，經(jīng)過(guò)_次衰變，_次衰變(2)1919年，盧瑟福用粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子科學(xué)研究表明其核反應(yīng)過(guò)程是：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)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(duì)論效應(yīng)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？求此過(guò)程中釋放的核能解析(1)根據(jù)核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，粒子為e.設(shè)發(fā)生n次衰變，m次衰變，則有2342224n，90862nm，解得n3，m2.(2)設(shè)復(fù)核的速度為v，由動(dòng)量守恒定律得m1v0(m1m2)v解得v.核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損mm1m2m0m3反應(yīng)過(guò)程中釋放的核能Emc2(m1m2m0m3)c2.答案(1)e32(2)v(m1m2m0m3)c27