第2講原子結(jié)構(gòu)與原子核A組基礎(chǔ)過關(guān)1.處于n=3的能級的大量氫原子向低能級躍遷時,輻射光的頻率有()A.1種B.2種C.3種D.4種答案C處于能級為n的大量氫原子向低能級躍遷能輻射光的種類為Cn2,所以處于n=3能級的大量氫原子向低能級躍遷,輻射光的頻率有C32=3種,故C項正確。2.在核反應(yīng)方程 24He+714N817O+X中,X表示的是()A.質(zhì)子B.中子C.電子D.粒子答案A本題考查核反應(yīng)方程。由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均守恒,可判斷X為質(zhì)子 11H,故選項A正確。3.(多選)如圖所示是氫原子的能級圖,大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時,一共可以輻射出6種不同頻率的光子,其中巴耳末系是指氫原子由高能級向n=2能級躍遷時釋放的光子,則()A.6種光子中波長最長的是n=4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產(chǎn)生的B.6種光子中有2種屬于巴耳末系C.使n=4能級的氫原子電離至少要0.85eV的能量D.若從n=2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng),則從n=3能級躍遷到n=2能級釋放的光子也一定能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng)答案BC氫原子在躍遷的過程中釋放光子的能量等于兩能級之差,故從n=4躍遷到n=3時釋放光子的能量最小,頻率最小,波長最長,所以A錯誤;由題意知6種光子中有2種屬于巴耳末系,它們分別是從n=4躍遷到n=2和從n=3躍遷到n=2時釋放的光子,故B正確;E4=-0.85eV,故n=4能級的電離能等于0.85eV,所以C正確;由題圖知,從n=3能級躍遷到n=2能級釋放的光子的能量小于n=2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子的能量,所以D錯誤。4.氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為1,從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為2,已知普朗克常量為h。若氫原子從能級k躍遷到能級m,則()A.吸收光子的能量為h1+h2B.輻射光子的能量為h1+h2C.吸收光子的能量為h2-h1D.輻射光子的能量為h2-h1答案D氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光,說明能級m高于能級n,而從能級n躍遷到能級k時吸收紫光,說明能級k也比能級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h2-h1,選項D正確。5.在垂直于紙面的勻強磁場中,有一原來靜止的原子核,該核衰變后,放出的帶電粒子和反沖核的運動軌跡分別如圖中a、b所示,由圖可以判定()A.該核發(fā)生的是衰變B.該核發(fā)生的是衰變C.磁場方向一定垂直紙面向里D.磁場方向一定垂直紙面向外答案B本題考查對粒子及粒子的性質(zhì)的了解,對動量守恒定律以及左手定則的應(yīng)用能力。原來靜止的核,放出粒子后,總動量守恒,所以粒子和反沖核的速度方向一定相反,根據(jù)圖示,它們在同一磁場中是向同一側(cè)偏轉(zhuǎn)的,由左手定則可知它們必帶異種電荷,故應(yīng)為衰變;由于不知它們的旋轉(zhuǎn)方向,因而無法判定磁場方向是向里還是向外,即都有可能。6.一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M,其中鈾元素的質(zhì)量為m,鈾發(fā)生一系列衰變,最終生成物為鉛。已知鈾的半衰期為T,那么下列說法中正確的是()A.經(jīng)過2個半衰期后,這塊礦石中基本不再含有鈾B.經(jīng)過2個半衰期后,原來所含的鈾元素的原子核有m4發(fā)生了衰變C.經(jīng)過3個半衰期后,其中鈾元素的質(zhì)量還剩m8D.經(jīng)過1個半衰期后,該礦石的質(zhì)量剩下M2答案C經(jīng)過2個半衰期后,這塊礦石中剩余的鈾元素質(zhì)量還有m4,故選項A、B錯誤;經(jīng)過3個半衰期后,這塊礦石中剩余的鈾元素質(zhì)量還有m8,故選項C正確;因為衰變產(chǎn)物大部分仍然留在該礦石中,所以礦石質(zhì)量沒有太大的改變,選項D錯誤。7.(多選)如圖為氫原子的能級示意圖,則下列對氫原子躍遷的理解正確的是()A.由高能級向低能級躍遷時輻射出來的光子一定不能使逸出功為3.34eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)B.大量處于n=4能級的氫原子向n=1能級躍遷時,向外輻射6種不同頻率的光子C.大量處于n=3能級的氫原子向n=1能級躍遷時,用發(fā)出的光照射逸出功為3.34eV的金屬,從金屬表面逸出的光電子的最大初動能為8.75eVD.如果用光子能量為10.3eV的光照射處于n=1能級的氫原子,則該能級的氫原子能夠躍遷到較高能級答案BC氫原子從高能級向低能級躍遷時放出的光子的能量等于兩個能級之差,當氫原子從高能級躍遷到基態(tài)時放出的光子的能量最小值為-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,大于3.34eV,所以一定能使逸出功為3.34eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng),A錯誤;大量處于n=4能級的氫原子向基態(tài)躍遷時,輻射光子的種類為C42=4×32=6,B正確;大量處于n=3能級的氫原子向n=1能級躍遷時,輻射出的光子能量最大為-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV,用此光子照射逸出功為3.34eV的金屬,由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得從該金屬表面逸出的光電子的最大初動能為12.09eV-3.34eV=8.75eV,C正確;當氫原子由低能級向高能級躍遷時,氫原子吸收的光子能量一定等于兩能級之間的能量差,而由氫原子的能級圖可知任何兩能級間的能量差都不等于10.3eV,因此光子能量為10.3eV的光不能使n=1能級的氫原子躍遷到較高的能級,D錯誤。8.(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線,下列判斷正確的有()A.24He核的結(jié)合能約為14MeVB.24He核比 36Li核更穩(wěn)定C.兩個 12H核結(jié)合成 24He核時釋放能量D.92235U核中核子的平均結(jié)合能比 3689Kr核中的大答案BC由圖像可知,24He的比結(jié)合能約為7MeV,其結(jié)合能應(yīng)約為28MeV,故A錯誤。比結(jié)合能較大的核較穩(wěn)定,故B正確。比結(jié)合能較小的核結(jié)合成比結(jié)合能較大的核時釋放能量,故C正確。比結(jié)合能就是平均結(jié)合能,故由圖可知D錯誤。9.(2018天津理綜,1,6分)國家大科學工程中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,獲得中子束流,可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進的研究平臺。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是()A.714N俘獲一個粒子,產(chǎn)生 817O并放出一個粒子B.1327Al俘獲一個粒子,產(chǎn)生 1530P并放出一個粒子C.511B俘獲一個質(zhì)子,產(chǎn)生 48Be并放出一個粒子D.36Li俘獲一個質(zhì)子,產(chǎn)生 23He并放出一個粒子答案B本題考查核反應(yīng)方程。由核反應(yīng)過程中遵循質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)均守恒的原則,可寫出選項中的四個核反應(yīng)方程。714N+ 24He817O+11H,選項A錯誤。1327Al+24He1530P+01n,選項B正確。 511B+11H48Be+24He,選項C錯誤。36Li+11H23He+24He,選項D錯誤。10.一個靜止的原子核 baX經(jīng)衰變放出一個粒子并生成一個新核,粒子的動能為E0。設(shè)衰變時產(chǎn)生的能量全部變成粒子和新核的動能,則在此衰變過程中的質(zhì)量虧損為()A.E0c2B.E0(a-4)c2C.(a-4)E0c2D.aE0(a-4)c2答案D衰變時放出的核能E=mc2,由題知E=E0+Ek,而Ek=p新22m新,衰變時動量守恒,有p=p新,故Ek=p22m新=2mE02m新=4a-4E0,則可得E=E0+4a-4E0=aa-4E0,則質(zhì)量虧損m=Ec2=aE0(a-4)c2,D正確。11.(多選)2016課標,35(1),5分一靜止的鋁原子核 1327Al俘獲一速度為1.0×107m/s的質(zhì)子p后,變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核 1428Si*。下列說法正確的是。 A.核反應(yīng)方程為p+1327Al1428Si*B.核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒C.核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒D.核反應(yīng)前后核子數(shù)相等,所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和E.硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s,方向與質(zhì)子初速度的方向一致答案ABE質(zhì)子p即 11H,核反應(yīng)方程為p+1327Al1428Si*,A項正確;核反應(yīng)過程遵循動量守恒定律,B項正確;核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量守恒,C項錯誤;在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒,但會發(fā)生質(zhì)量虧損,所以D項錯誤;設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m,則 1428Si*的質(zhì)量為28m,由動量守恒定律有mv0=28mv,得v=v028=1.0×10728m/s3.6×105m/s,方向與質(zhì)子的初速度方向相同,故E項正確。B組能力提升12.(1)90232Th(釷)經(jīng)過一系列衰變和衰變,變成 82208Pb(鉛)。以下說法中正確的是()A.鉛核比釷核少8個質(zhì)子B.鉛核比釷核少16個中子C.共經(jīng)過4次衰變和6次衰變D.共經(jīng)過6次衰變和4次衰變(2)約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學獎。他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素 1530P衰變成 1430Si的同時放出另一種粒子,這種粒子是 。1532P是 1530P的同位素,被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù),1mg 1532P隨時間衰變的關(guān)系如圖所示,請估算4mg的 1532P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25mg?答案(1)ABD(2)正電子56天解析(1)設(shè)衰變次數(shù)為x,衰變次數(shù)為y,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得232=208+4x90=82+2x-y解得x=6,y=4,C錯、D對。鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90,故A對。鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142,故B對。(2)寫出衰變方程為 1530P1430Si+10e,故這種粒子為 10e(正電子)。由m-t圖線可知 1532P的半衰期為14天,由m=m012t得0.25mg=4mg×12t14,故t=56天。13.在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次衰變。放射出的粒子(24He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運動,其軌道半徑為R。以m、q分別表示粒子的質(zhì)量和電荷量。(1)放射性原子核用 ZAX表示,新核的元素符號用Y表示,寫出該衰變的核反應(yīng)方程。(2)粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流,求圓周運動的周期和環(huán)形電流大小。(3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為粒子和新核的動能,新核的質(zhì)量為M,求衰變過程的質(zhì)量虧損m。答案見解析解析本題考查了原子核的衰變、動量和能量守恒、帶電粒子在勻強磁場中的運動、質(zhì)能方程等多個考點,是一道綜合題,難度中等。(1)ZAXZ-2A-4Y+24He(2)設(shè)粒子的速度大小為v,由qvB=mv2R,T=2Rv,得粒子在磁場中運動周期T=2mqB環(huán)形電流大小I=qT=q2B2m(3)由qvB=mv2R,得v=qBRm設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v',系統(tǒng)動量守恒Mv'-mv=0v'=mvM=qBRM由mc2=12Mv'2+12mv2得m=(M+m)(qBR)22mMc2說明:若利用M=A-44m解答,亦可。8