2019屆高考物理一輪復習 第十一章 近代物理初步 課時作業(yè)35 原子結(jié)構(gòu)與原子核.doc

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課時作業(yè)（三十五）原子結(jié)構(gòu)與原子核 [基礎(chǔ)小題練] 1．(2018四川五校高三上學期聯(lián)考)下列敘述中符合史實的是(　　) A．玻爾理論很好地解釋了氫原子的光譜 B．湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子具有核式結(jié)構(gòu) C．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗的現(xiàn)象，提出了原子的能級假設(shè) D．貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，并提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 【解析】　玻爾理論很好地解釋了氫原子的光譜，選項A正確；湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子具有“西瓜模型”結(jié)構(gòu)，選項B錯誤；盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗的現(xiàn)象，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項C錯誤；貝可勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項D錯誤． 【答案】　A 2．(2018長郡中學高三實驗班選撥考試)根據(jù)所給圖片結(jié)合課本相關(guān)知識，下列說法正確的是(　　) A．圖甲是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，證明電子具有粒子性 B．圖乙是利用不同氣體制成的五顏六色的霓虹燈，原因是各種氣體原子的能級不同，躍遷時發(fā)射光子的能量不同，光子的頻率不同 C．圖丙是工業(yè)上使用的用射線檢測金屬板厚度的裝置，在α、β、γ三種射線中，最有可能使用的射線是β射線 D．圖丁是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系圖象，由圖可知中等大小的核的比結(jié)合能最大，即(核反應中)平均每個核子的質(zhì)量虧損最小 【解析】　題圖甲是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，證明電子具有波動性，選項A錯誤；題圖乙是利用不同氣體制成的五顏六色的霓虹燈，原因是各種氣體原子的能級不同，躍遷時發(fā)射光子的能量不同，光子的頻率不同，選項B正確；題圖丙是工業(yè)上使用的用射線檢測金屬板厚度的裝置，在α、β、γ三種射線中，由于γ射線穿透能力最強，最有可能使用的射線是γ射線，選項C錯誤；題圖丁是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系圖象，可知中等大小的核的比結(jié)合能最大，即在核子結(jié)合成原子核時平均每個核子釋放的能量最大，平均每個核子的質(zhì)量虧損最大，選項D錯誤． 【答案】　B 3．碘131的半衰期約為8天，若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131，經(jīng)過32天后，該藥物中碘131的含量大約還有(　　) A. B． C. D． 【解析】　由半衰期公式m′＝m()可知，m′＝m()＝m，故選項C正確． 【答案】　C 4．下列核反應方程中，屬于α衰變的是(　　) A.N＋He→O＋H B．U→Th＋He C.H＋H→He＋n D．Th→Pa＋e 【解析】　α衰變是重核自發(fā)的發(fā)出α粒子的天然放射現(xiàn)象，其中α粒子是He，所以B正確；A為人工轉(zhuǎn)變，C為輕核的聚變，D是β衰變，故A、C、D皆錯誤． 【答案】　B 5．質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3.當一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時，釋放的能量是(c表示真空中的光速)(　　) A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2 【解析】　由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，選項C正確． 【答案】　C 6.μ子(電荷量為－e)與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為μ氫原子，它在原子核物理理的研究中有重要作用．如圖所示為μ氫原子的能級示意圖．假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n＝2能級的μ氫原子，μ氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且頻率依次增大，則E等于(　　) A．h(ν3－ν1) B．h(ν5＋ν6) C．hν3 D．hν4 【解析】　μ氫原子吸收能量后從n＝2能級躍遷到較高能級，然后向較低能級躍遷，發(fā)出C＝＝6種不同光子，解得n＝4，即μ氫原子吸收能量后先從n＝2能級躍遷到n＝4能級，然后從n＝4能級向低能級躍遷．輻射光子的頻率按從小到大的順序排列為4→3、3→2、4→2、2→1、3→1、4→1，所以能量E與hν3相等，C正確． 【答案】　C [創(chuàng)新導向練] 7．科學探究——利用光譜分析反氫原子的組成 1995年科學家“制成”了反氫原子，它是由一個反質(zhì)子和一個圍繞它運動的正電子組成；反質(zhì)子和質(zhì)子有相同的質(zhì)量，帶有等量異種電荷；反氫原子和氫原子有相同的能級分布，氫原子能級如圖所示．下列說法中正確的是(　　) A．反氫原子光譜與氫原子光譜不相同 B．基態(tài)反氫原子的電離能是13.6 eV C．基態(tài)反氫原子能吸收11 eV的光子發(fā)生躍遷 D．在反氫原子譜線中，從n＝2能級躍遷到基態(tài)輻射光子的波長最長 【解析】　反氫原子和氫原子有相同的能級分布，所以反氫原子光譜與氫原子光譜相同，故A錯誤；處于基態(tài)的反氫原子的電離能是13.6 eV，具有大于等于13.6 eV能量的光子可以使反氫原子電離，故B正確；基態(tài)的反氫原子吸收11 eV光子，能量為－13.6 eV＋11 eV＝－2.6 eV，不能發(fā)生躍遷，所以該光子不能被吸收，故C錯誤；在反氫原子譜線中，從n＝2能級躍遷到基態(tài)輻射光子能量較大，頻率較大，波長較小，故D錯誤． 【答案】　B 8．科學探索——盧瑟福對α粒子散射現(xiàn)象的研究 如圖是盧瑟福的α粒子散射實驗裝置，在一個小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點．下列說法正確的是(　　) A．該實驗是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù) B．該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性 C．α粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) D．絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn) 【解析】　盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項A正確；盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型的假設(shè)，從而否定了湯姆孫原子模型的正確性，選項B錯誤；電子質(zhì)量太小，對α粒子的影響不大，選項C錯誤；絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，幾乎仍沿原方向前進，選項D錯誤． 【答案】　A 9．動量守恒定律與核反應方程的完美結(jié)合 在勻強電場中有一個原來速度幾乎為零的放射性碳14原子核，某時刻它發(fā)生衰變放射出一個粒子，其所放射的粒子與反沖核的初速度方向均與電場方向垂直，且經(jīng)過相等的時間后形成的軌跡如圖所示(a、b均表示長度)．那么碳14的衰變方程可能是(　　) A.C→He＋Be B．C→e＋B C.C→e＋N D．C→H＋B 【解析】　設(shè)放射粒子反沖核的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)分別為q1、m1；q2，m2. 則由動量守恒有：m1v1＝m2v2① 對放射粒子有：2a＝t2② a＝t③ 對反沖核有：4b＝t2④ b＝t⑤ 由①②③④⑤解得＝，對照選項的四個核反應方程可知，只有A對． 【答案】　A 10．動量守恒定律在衰變中的應用 如圖甲所示，國際原子能機構(gòu)2007年2月15日公布了核輻射警示新標志，新標志為黑框紅底三角，內(nèi)有一個輻射波標記：一個骷髏頭標記和一個逃跑的人形．核輻射會向外釋放3種射線：α射線帶正電，β射線帶負電，γ射線不帶電．現(xiàn)有甲、乙兩個原子核，原來都靜止在同一勻強磁場中，其中一個核放出一個α粒子，另一個核放出一個β粒子，得出圖乙所示的4條徑跡，則(　　) A．磁場的方向一定垂直于紙面向里 B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子 C．a(chǎn)為α粒子的徑跡，d為β粒子的徑跡 D．b為α粒子的徑跡，c為β粒子的徑跡 【解析】　衰變過程中滿足動量守恒，粒子與新核的動量大小相等，方向相反．據(jù)帶電粒子在磁場中的運動不難分析：若軌跡為外切圓，則為α衰變；若軌跡為內(nèi)切圓，則為β衰變．又由R＝知半徑與電量成反比，B、D正確． 【答案】　BD [綜合提升練] 11．在一次研究原核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實驗中，讓一個速度為v0＝7.7104 m/s的中子沿著與磁場垂直的方向射入勻強磁場，擊中一個原來靜止的鋰核(Li)后產(chǎn)生1個氦核和另一個新核．測得氦核的速度是v1＝2.0104 m/s，方向與反應前中子的運動方向相同，設(shè)中子質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量相等． (1)寫出核反應方程； (2)求出氦核和新核的軌道半徑的比值； (3)當氦核轉(zhuǎn)6圈時，新核轉(zhuǎn)了幾圈？ 【解析】　(1)核反應方程：n＋Li→He＋H. (2)設(shè)中子質(zhì)量為m，則氦核質(zhì)量為4m，產(chǎn)生的新核質(zhì)量為3m 設(shè)新核速度為v2，由動量守恒定律得mv0＝4mv1＋3mv2 解得v2＝－1103 m/s，負號表示新核的速度方向與反應前中子的速度方向相反 由于氦核和新核在磁場中受到洛倫茲力作用做勻速圓周運動，qvB＝m 解得r＝ 氦核電荷量q＝2e，則氦核運動的軌道半徑r1＝ 新核電荷量q＝e，則新核運動的軌道半徑r2＝ 氦核和新核的軌道半徑的比值為＝||＝. (3)帶電粒子在磁場中運動的周期T＝＝ 氦核運動的周期T1＝，新核運動的周期T2＝，二者周期的比值為＝ 設(shè)氦核轉(zhuǎn)6圈時，新核轉(zhuǎn)了n圈，則有6T1＝nT2，解得：n＝4. 【答案】　(1)見解析　(2)　(3)4 12．氫原子基態(tài)能量E1＝－13.6 eV，電子繞核做圓周運動的半徑r1＝0.5310－10m.求氫原子處于n＝4激發(fā)態(tài)時： (1)原子系統(tǒng)具有的能量； (2)電子在n＝4軌道上運動的動能；(已知能量關(guān)系Ee＝E1，半徑關(guān)系rn＝n2r1，k＝9.0109 Nm2/C2，e＝1.610－19C) (3)若要使處于n＝2的氫原子電離，至少要用頻率多大的電磁波照射氫原子？(普朗克常量h＝6.6310－34Js) 【解析】　(1)由En＝E1，得E4＝＝－0.85 eV. (2)因為rn＝n2r1，所以r4＝42r1 由圓周運動的知識得k＝m 所以Ek4＝mv2＝≈0.85 eV. (3)要使處于n＝2的氫原子電離，照射光的光子能量應能使電子從第2能級躍遷到無限遠處，最小頻率的電磁波的光子能量為hν＝0－ 得ν≈8.211014 Hz. 【答案】　(1)－0.85 eV　(2)0.85 eV　(3)8.211014 Hz