第3講原子結(jié)構和原子核一、選擇題1.(多選)(2019運河中學月考)下列說法正確的是()A.比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成比結(jié)合能大的原子核時一定釋放核能B.一定強度的入射光照射某金屬發(fā)生光電效應時,入射光的頻率越高,單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多C.根據(jù)玻爾理論可知,氫原子輻射出一個光子后,氫原子的電勢能減小,核外電子的運動速度增大D.射線的速度接近光速,一張普通白紙就可以擋住答案AC比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成比結(jié)合能大的原子核時有質(zhì)量虧損,所以釋放核能,A項正確;一定強度的入射光照射某金屬發(fā)生光電效應時,入射光的頻率越高,單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少,B項錯誤;根據(jù)玻爾理論可知,氫原子輻射出一個光子后,電子與原子核距離變小,電場力做正功,氫原子的電勢能減小,核外電子的運動速度增大,C項正確;一張普通白紙可以擋住射線,但擋不住射線,D項錯誤。2.(2017天津理綜)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證,這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應方程中屬于聚變反應的是()A.12H+13H24He+01nB.714N+24He817O+11HC.24He+1327Al1530P+01nD.92235U+01n56144Ba+3689Kr+301n答案A12H+13H24He+01n是核聚變反應方程,A項正確; 714N+24He817O+11H是原子核的人工轉(zhuǎn)變反應方程,B項錯誤;24He+1327Al1530P+01n是居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性的核反應方程,C項錯誤;92235U+01n56144Ba+3689Kr+301n是鈾核裂變的反應方程,D項錯誤。3.(2018課標,14,6分)1934年,約里奧·居里夫婦用粒子轟擊鋁核 1327Al,產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X:+1327Aln+X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為()A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31答案B粒子為 24He,n為中子,根據(jù)核反應過程中滿足的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,核反應方程為 24He+1327Al 1530P+01n,所以X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為15和30,選項B正確。4.(多選)(2018鹽城三模)如圖所示是氫原子的能級圖。下列判斷正確的是()A.E1>E2B.E1<E2C.E2=12E1D.E2=14E1答案BD根據(jù)玻爾理論,原子能級E1是最低能級,A錯誤,B正確:能級關系為En=1n2E1,故C錯誤,D正確。5.(多選)(2018揚州中學模擬)科學家使用核反應獲取氚,再利用氘和氚的核反應獲得能量,核反應方程分別為:X+Y 24He+13H+4.9MeV和 12H+13H24He+X+17.6MeV。下列表述正確的有()A.X是中子B.Y的質(zhì)子數(shù)是3,中子數(shù)是6C.兩個核反應都沒有質(zhì)量虧損D.氘和氚的核反應是核聚變反應答案AD根據(jù)核反應方程:12H+13H24He+X,X的質(zhì)量數(shù):m1=2+3-4=1,核電荷數(shù):z1=1+1-2=0,所以X是中子,故A項正確;根據(jù)核反應方程:X+Y24He+13H,X是中子,所以Y的質(zhì)量數(shù):m2=4+3-1=6,核電荷數(shù):z2=2+1-0=3,所以Y的質(zhì)子數(shù)是3,中子數(shù)是3,故B項錯誤;根據(jù)兩個核反應方程可知,都有大量的能量釋放出來,所以一定都有質(zhì)量虧損,故C項錯誤;氘和氚的核反應過程中是質(zhì)量比較小的核生成質(zhì)量比較大的新核,所以是核聚變反應,故D項正確。6.下列說法正確的是()A.92238U衰變?yōu)?#160;91234Pa要經(jīng)過2次衰變和1次衰變B.射線與射線一樣都是電磁波,但射線的穿透本領遠比射線弱C.放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件有關D.天然放射現(xiàn)象使人類首次認識到原子核可分答案D92238U衰變?yōu)?#160;91234Pa,質(zhì)量數(shù)減小4,所以衰變的次數(shù)為1次,故A項錯誤;射線的實質(zhì)是電子流,射線的實質(zhì)是電磁波,射線的穿透本領比較強,故B項錯誤;根據(jù)半衰期的特點可知,放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件無關,故C項錯誤;天然放射現(xiàn)象是原子核內(nèi)部自發(fā)地放射出粒子或電子的現(xiàn)象,反應的過程中核內(nèi)核子數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)發(fā)生變化,涉及到原子核內(nèi)部的變化,所以天然放射現(xiàn)象使人類首次認識到原子核可分,故D項正確。7.(多選)(2017揚州調(diào)研)核電池又叫“放射性同位素電池”,一個硬幣大小的核電池可以讓手機不充電使用5000年。將某種放射性元素制成核電池,帶到火星上去工作,已知火星上的溫度、壓強等環(huán)境因素與地球有很大差別,下列說法正確的有()A.該放射性元素到火星上之后,半衰期發(fā)生變化B.該放射性元素到火星上之后,半衰期不變C.若該放射性元素的半衰期為T年,經(jīng)過2T年,該放射性元素還剩余12.5%D.若該放射性元素的半衰期為T年,經(jīng)過3T年,該放射性元素還剩余12.5%答案BD原子核的衰變是由原子核內(nèi)部因素決定的,與外界環(huán)境無關,因此半衰期不發(fā)生變化,故A項錯誤,B項正確;該元素還剩余12.5%=18,根據(jù)m=12n·m0,可知經(jīng)過了3個半衰期,所以經(jīng)過了3T年,故C項錯誤,D項正確。8.(多選)(2017浙江11月選考)下列說法正確的是()A.核聚變反應方程可能為 12H+13H24He+201nB.鈾核裂變的核反應方程可能為 92235U+01n54140Xe+3894Sr+201nC.發(fā)生衰變時原子核放出電子,說明電子是原子核的組成部分D.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核,若該過程質(zhì)量虧損為m,則氘核的結(jié)合能為mc2答案BDA項中的核聚變反應方程應為 12H+13H24He+01n,選項A錯誤;根據(jù)重核裂變的核反應方程配平方式可知,選項B正確;衰變時原子核內(nèi)部中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子,并不是原子核內(nèi)部存在電子,選項C錯誤;根據(jù)質(zhì)能方程可知選項D正確。二、非選擇題9.(2018蘇州調(diào)研)(1)下列說法正確的是()A.電子的衍射圖樣表明電子具有波動性B.氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)要吸收特定頻率的光子C.在光電效應現(xiàn)象中,金屬的逸出功能隨入射光的頻率增大而增大D.在光電效應現(xiàn)象中,光電子的最大初動能與入射光的強度有關(2)氘核與氚核發(fā)生熱核聚變反應的方程式為 12H+13H 34He+X,式中粒子X是,已知 12H、13H、24He和粒子X的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u,1u相當于931.5MeV,該反應中平均每個核子釋放出的能量為MeV。 答案(1)A(2)01n3.52解析(1)衍射和干涉都是波特有的性質(zhì),A正確;氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)要輻射特定頻率的光子,B錯誤;金屬的逸出功W0與入射光的頻率無關,只與金屬的極限頻率有關,即W0=hc,C錯誤;光電子的最大初動能Emax=h-W0,即與入射光的頻率有關,與入射光的強度無必然關系,D錯誤。(2)根據(jù)核反應前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可知X應為 01n;根據(jù)E=m·c2,可知該反應釋放的總能量為E=(2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u)×931.5MeV/u=17.6MeV,因為共有5個核子,則每個核子釋放出的能量為17.6MeV5=3.52MeV。10.(2018蘇北四市一模)(1)(多選)下列說法正確的有()A.比結(jié)合能大的原子核分解成比結(jié)合能小的原子核時要吸收能量B.用紫光照射某金屬表面時發(fā)生光電效應,改用紅光照射時也一定能發(fā)生光電效應C.黑體輻射的強度隨溫度的升高而變大,且最大值向波長較短的方向移動D.改變壓強、溫度可改變放射性元素的半衰期(2)如圖所示為氫原子的能級圖,萊曼線系是氫原子從n=2,3,4,5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時輻射的光譜線系,輻射出光子的最小頻率為;若該光子被某種金屬吸收后,逸出的光電子最大初動能為Ek,則該金屬的逸出功為。 已知普朗克常量為h,氫原子處于基態(tài)時的能級為E1。答案(1)AC(2)-3E14h-3E14-Ek解析(1)比結(jié)合能小的原子核分解成比結(jié)合能大的原子核時要放出能量,比結(jié)合能大的原子核分解成比結(jié)合能小的原子核時要吸收能量,A正確;用紫光照射某金屬表面時發(fā)生光電效應,紅光的頻率小于紫光,改用紅光照射時不一定能發(fā)生光電效應,B錯誤,放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身的因素決定的,與其所處的外部環(huán)境沒有關系,D錯誤。(2)萊曼線系中,從n=2激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)輻射出光子的頻率小,根據(jù)E2-E1=h,解得=-3E14h;若該光子被某種金屬吸收后,逸出的光電子最大初動能為Ek,根據(jù)光電效應方程Ek=h-W,可得逸出功W=h-Ek=-3E14-Ek。11.(2018揚州調(diào)研)(1)(多選)關于核反應方程,下列說法正確的是()A.13H+12H24He+01n是核聚變反應B.鈾核裂變的核反應為:92235U56141Ba+3692Kr+201nC.在衰變方程 94239PuX+He+中,X原子核的質(zhì)量數(shù)是234D.盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子的核反應方程為:24H+714N817O+11H(2)可見光中某綠光的光子能量是2.5eV,若用它照射逸出功是2.2eV的某種金屬,產(chǎn)生光電子的最大初動能為eV;如圖所示為氫原子能級的示意圖,若用該綠光照射處于n=2能級的氫原子,(選填“能”或“不能”)使氫原子躍遷。 答案(1)AD(2)0.3不能解析(1)13H+12H24He+01n是輕核的聚變,A正確;鈾核裂變的核反應方程為 92235U+01n56141Ba+3692Kr+301n,B錯誤;根據(jù)核反應中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知,在衰變方程 94219PuX+He+中,X原子核的質(zhì)量數(shù)為235,C錯誤;盧瑟福用粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,核反應方程為 24He+714N 817O+11H,D正確。(2)根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知,產(chǎn)生光電子的最大初動能為2.5eV-2.2eV=0.3eV;若用該綠光照射處于n=2能級的氫原子,由于該綠光光子的能量不等于能級差En-E2(n為大于2的正整數(shù)),因此氫原子不能吸收該光子而發(fā)生躍遷。12.(2018蘇錫常鎮(zhèn)四市調(diào)研)(1)(多選)關于下列四幅圖的說法,正確的是。 A.圖甲中放射源放出的三種射線是由同一種元素的原子核釋放的B.圖乙中用紫外光燈照射與驗電器相連的鋅板,鋅板和驗電器均帶正電C.圖丙為黑體輻射規(guī)律,普朗克提出能量子概念成功解釋了這個規(guī)律D.圖丁中電子束通過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有粒子性(2)我國自行研制的一種大型激光器,能發(fā)出頻率為、功率為P的高純度和高亮度激光,當該激光垂直照射到某純黑物體表面時能被完全吸收。已知真空中光速為c,普朗克常量為h,則該激光發(fā)出的光子的動量為,純黑物體受到該激光的壓力為。 (3)氡存在于建筑水泥、裝飾石材及土壤中,是除吸煙外導致肺癌的重大因素,靜止的氡核 86222Rn放出一個粒子X后變成釙核 84218Po,釙核的動能為0.33MeV,設衰變放出的能量全部變成釙核和粒子X的動能。寫出上述衰變的核反應方程; 粒子X的動能為。(保留兩位有效數(shù)字) 答案(1)BC(2)hcPc(3)86222Rn24He+84218Po18MeV解析(1)由左手定則可知,放射源放出的三種射線分別帶正電、不帶電、帶負電,故不一定是由同一種元素的原子核釋放的,A錯誤;圖乙中用紫外光燈照射與驗電器相連的鋅板,由于發(fā)生光電效應釋放電子而使鋅板和驗電器均帶正電,B正確;圖丙為黑體輻射規(guī)律,普朗克提出能量子概念成功解釋了這個規(guī)律,C正確;圖丁中電子束通過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動性,干涉和衍射是波特有的性質(zhì),D錯誤。(2)光子的動量p=h=hc=hc;設單位時間內(nèi)發(fā)出光子數(shù)為n,則P=nh,得n=Ph,根據(jù)動量定理nt·p=Ft,得F=np=Ph·p=Pc。(3)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可得核反應方程為 86222Rn84218Po+24He設釙核的質(zhì)量為m1、速度為v1,粒子X的質(zhì)量為m2、速度為v2,根據(jù)動量守恒定律有0=m1v1-m2v2,解得粒子X的動能Ek1=(m2v2)22m2=109Ek12=18MeV。8