第34講 原子結(jié)構(gòu)與原子核解密考綱綜合考查氫原子能級的躍遷、放射性元素的衰變、半衰期、核反應，以及質(zhì)能方程、核反應方程的有關(guān)計算1(2019·黃山質(zhì)檢)關(guān)于下列四幅圖的說法正確的是()A圖甲中A處能觀察到大量的閃光點，B處能看到較多的閃光點，C處觀察不到閃光點B圖乙中1為射線，它的電離作用很強可消除靜電C圖丙中處于基態(tài)的氫原子能吸收能量為10.4 eV的光子而發(fā)生躍遷D圖丁中用弧光燈照射原來就帶電的鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗電器的張角變大，說明鋅板原來帶負電B解析 圖甲中A處能觀察到大量的閃光點，B處能看到較多的閃光點，在C處也可以觀察到很少的閃光點，選項A錯誤；根據(jù)左手定則可知，1帶正電，為射線，射線的電離作用很強，可消除靜電，選項B正確；吸收光子能量發(fā)生躍遷，吸收的光子能量需等于兩能級間的能級差，從基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷到n2能級，需要吸收的能量最小，吸收的能量為3.4 eV(13.6 eV)10.2 eV，即受10.2 eV光子照射，可以從基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷到n2能級，10.4 eV的光子不能被吸收，不能發(fā)生躍遷，選項C錯誤；圖中用弧光燈照射鋅板，鋅板上的電子逸出，鋅板帶上正電，發(fā)現(xiàn)驗電器的張角變大，說明原來就帶正電，選項D錯誤2(2019·河南天一大聯(lián)考高三期末)(多選)根據(jù)國家科技部2017年3月6日報道，迄今為止，科學家已經(jīng)成功檢測定位了納米晶體結(jié)構(gòu)中的氫原子，按玻爾氫原子理論，氫原子的能級如圖所示，下列判斷正確的是()A用光子能量為13.01 eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，可觀測到多種不同頻率的光B大量處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時，可能發(fā)出6條光譜線C氫原子從第4激發(fā)態(tài)躍遷到第2激發(fā)態(tài)需要吸收光子D氫原子的核外電子由高能級躍遷到低能級時，氫原子的電勢能減小，電子的動能增大BD解析 氫原子發(fā)生能級躍遷吸收或放出的光子能量等于兩能級的能量差，選項A錯誤；大量處于在n4激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時可發(fā)出的光譜線條數(shù)為6條，選項B正確；第4激發(fā)態(tài)是n5的能級態(tài)，第2激發(fā)態(tài)為n3的能級態(tài)，氫原子由高能級態(tài)向低能級態(tài)躍遷時輻射光子，選項C錯誤；氫原子的核外電子由高能級躍遷到低能級時，軌道半徑減小，因電場力做正功，故氫原子電勢能減小，電子的動能增大，選項D正確3(2019·煙臺一模)下列說法正確的是 ()A玻爾通過對氫原子光譜的研究建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型B某些原子核發(fā)生衰變時能夠放出粒子，說明原子核內(nèi)有粒子C原子核反應中的質(zhì)量虧損現(xiàn)象違反了能量守恒定律D某種單色光照射某種金屬發(fā)生光電效應，若增大光照強度，則單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)增加D解析 盧瑟福通過粒子散射實驗建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型，玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，其理論能夠解釋氫原子光譜的特征，故選項A錯誤；衰變中產(chǎn)生的射線實際上是原子核中的中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子，而放出電子，故選項B錯誤；核反應中的質(zhì)量虧損現(xiàn)象遵循能量守恒定律，故選項C錯誤；發(fā)生光電效應時，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)隨入射光強度的增加而增加，故選項D正確4(2019·南平高三一模)下列說法正確的是 ()A束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，可能是因為這束光的光照強度太弱B氫原子核外電子從半徑較大的軌道躍遷到半徑較小的軌道，電子的動能增大，但原子的能量減小C原子核發(fā)生一次衰變，該原子外層就失去一個電子D鈾核裂變產(chǎn)物多樣，其中一種核反應方程為UnBaKr2nB解析 能不能發(fā)生光電效應，和入射光的頻率有關(guān)，和入射光的強度無關(guān)，選項A錯誤；按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較大的軌道躍遷到半徑較小的軌道時，釋放光子，原子的能量減小，電子受到的庫侖力提供向心力，則Ekmv2，r越小，動能越大，選項B正確；衰變的實質(zhì)是原子核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，電子釋放出來，不是來自核外電子，選項C錯誤；UnBaKr3n，選項D錯誤5(2019·聊城一模)下列說法正確的是()A鈾核裂變的某種核反應方程是UBaKr3nB已知質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，那么2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個粒子，釋放的能量是(2m12m2m3)c2C盧瑟福通過粒子散射實驗驗證了在原子核內(nèi)部存在質(zhì)子D一群處于n4能級態(tài)的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷的過程中能輻射12種不同頻率的電磁波B解析 鈾核裂變的核反應是UnBaKr3n，選項A錯誤；已知質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，那么2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個粒子，根據(jù)質(zhì)能方程可得釋放的能量是(2m12m2m3)c2，選項B正確；盧瑟福通過粒子散射實驗驗證了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項C錯誤；一群處于n4能級態(tài)的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷的過程中能輻射C6 種不同頻率的電磁波，選項D錯誤6(2019·蘇北四市高三調(diào)研)(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AC解析 比結(jié)合能大的原子核分解為比結(jié)合能小的原子核時，核子的總結(jié)合能減小，一定要吸收核能才能完成，選項A正確；用紫光照射某種金屬可以發(fā)生光電效應，可知紫光的頻率大于金屬的極限頻率，紅光的頻率小于紫光的頻率，用紅光照射不一定能產(chǎn)生光電效應，選項B錯誤；隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，選項C正確；半衰期由原子核本身決定，與外界因素無關(guān)，選項D錯誤7. (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.He核的結(jié)合能約為14 MeVB.He核比Li核更穩(wěn)定C兩個H核結(jié)合成He核時釋放能量D. U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大BC解析 由題圖可知，He的比結(jié)合能為7 MeV，因此它的結(jié)合能為7 MeV×428 MeV，選項A錯誤；比結(jié)合能越大，表明原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，結(jié)合題圖可知，選項B正確；兩個比結(jié)合能小的H核結(jié)合成比結(jié)合能大的He時，會釋放能量，選項C正確；由題圖可知，U的比結(jié)合能(即平均結(jié)合能)比Kr的小，選項D錯誤8(2019·南昌重點中學模擬)下列說法正確的是 ()A光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動量B比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定C將由放射性元素組成的化合物進行高溫分解，會改變放射性元素的半衰期D原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損A解析 光子像其他粒子一樣，不但具有粒子性，而且也有波動性，則不但具有能量，也具有動量，選項A正確；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，選項B錯誤；放射性元素的半衰期與外界因素沒有任何關(guān)系，只和本身性質(zhì)有關(guān)，選項C錯誤；原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，選項D錯誤9(2019·承德期末)(多選)一個氘核(H)與氚核(H)反應生成一個新核同時放出一個中子，并釋放能量下列說法正確的是()A該核反應為裂變反應B該新核的中子數(shù)為2C氘核(H)與氚核(H)是兩種不同元素的原子核D若該核反應釋放的核能為E，真空中光速為c，則反應過程中的質(zhì)量虧損為BD解析 一個氘核和一個氚核經(jīng)過核反應后生成一個氦核和一個中子，是質(zhì)量數(shù)小的原子核聚變生成質(zhì)量數(shù)大的原子核的過程，屬于輕核聚變，選項A錯誤；當一個氘核和一個氚核經(jīng)過核反應后生成一個氦核和一個中子時，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，核反應方程是HHHen，新核的中子數(shù)為2，選項B正確；氘核(H)與氚核(H)是同種元素，不同中子數(shù)的原子核，是同位素，選項C錯誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2，因此核反應過程中的質(zhì)量虧損為，選項D正確10(2019·丹東高三一模)下列說法錯誤的是()A核反應方程 BeHeCX中的“X”為中子B在光電效應中，飽和電流的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)C釋放核能時必伴隨質(zhì)量虧損，因為質(zhì)量和能量有對應關(guān)系D玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，其理論能夠解釋氫原子光譜的特征B解析 根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，知該核反應方程中的X電荷數(shù)為零，質(zhì)量數(shù)為1，是中子，選項A正確；發(fā)生光電效應后，增加照射光電管的入射光的強度，電路中的光電流就一定增加，則飽和光電流的大小取決于入射光的強度，選項B錯誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2，可知釋放核能的核反應必伴隨著質(zhì)量虧損，選項C正確；玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，能夠很好解釋氫原子光譜，但不能解釋氦原子光譜特征，這就是玻爾理論的局限性，選項D正確11(2019·石家莊高三二模)如圖所示為氫原子的部分能級圖，則下列說法正確的是 ()A氫原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后，核外電子動能增大，原子的電勢能減小B大量處于n3激發(fā)態(tài)的氫原子，向低能級躍遷時可輻射出2種不同頻率的光C處于基態(tài)的氫原子可吸收能量為12.09 eV的光子發(fā)生躍遷D用氫原子n2躍遷到n1能級輻射出的光照射金屬鉑(逸出功為6.34 eV)時不能發(fā)生光電效應C解析 氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時，總能量變大，電子的軌道半徑變大，電子的速度減小，動能減小，電勢能增大，選項A錯誤；大量的氫原子處于n3的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時可輻射出nC3種不同頻率的光，選項B錯誤；大量處于基態(tài)的氫原子吸收了能量為12.09 eV的光子后，氫原子能量為1.51 eV，躍遷到第3能級，選項C正確；用氫原子n2躍遷到n1能級，輻射出的光(10.20 eV)照射金屬鉑(逸出功為6.34 eV)時能發(fā)生光電效應，選項D錯誤12(2019·北京師大附中期末)太陽中含有大量的氘核，氘核不斷發(fā)生核反應放出核能，以光和熱的形式向外輻射已知兩個氘核發(fā)生核反應可以產(chǎn)生一個新核，并放出一個中子該新核質(zhì)量為3.0150u，氘核質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u,1u的質(zhì)量相當于931.5 MeV的能量(1)寫出該核反應方程式；(2)求核反應中釋放的核能；(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)若兩氘核以相等的動能0.35 MeV進行對心碰撞，假設(shè)核能全部轉(zhuǎn)化為機械能，求反應后新核的動能(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析 (1)由質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒，寫出核反應方程為HHHen.(2)反應過程中質(zhì)量減少了m2×2.013 6u1.008 7u3.015 0u0.003 5u，反應過程中釋放的核能E0.003 5×931.5MeV3.26MeV.(3)設(shè)n核和He的動量分別為p1和p2，由動量守恒定律得0p1p2，由此得p1和p2大小相等，由動能和動量關(guān)系E及He核和n質(zhì)量關(guān)系得，中子的動能E1是He核動能E2的3倍，即E1E231，由能量守恒定律得E1E2E2×0.35，由以上可以算出E20.99 MeV.答案 (1)HHHen(2)3.26 MeV(3)0.99 MeV13(2019·衡水中學期末)一個靜止的鈾核U(原子質(zhì)量為232.037 2u)放出一個粒子(原子質(zhì)量為4.002 6u)后衰變成釷核Th(原子質(zhì)量為228.028 7u)已知：原子質(zhì)量單位1u1.67×1027kg,1u相當于931 MeV(計算結(jié)果均保留兩位小數(shù))(1)寫出核衰變反應方程并計算該核反應釋放出的核能；(2)假設(shè)反應中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和粒子的動能，請計算釷核的動能大小解析 (1)UThHe，質(zhì)量虧損m0.005 9u，由愛因斯坦質(zhì)能方程得Emc2，E 5.50 MeV.(2)系統(tǒng)動量守恒，釷核和粒子的動量大小相等，即pThp，由EkTh，Ek，得EkThEkE，所以釷核獲得的動能EkThE0.09 MeV.答案 (1)5.50 MeV(2)0.09 MeV14在磁感應強度為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(He)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X表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該衰變的核反應方程；(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?。?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.解析 (1)XYHe.(2)設(shè)粒子的速度大小為v，由qvBm，T，得粒子在磁場中運動周期T，環(huán)形電流大小I.(3)由qvBm，得v，設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v，系統(tǒng)動量守恒Mvmv0，解得v，由mc2Mv2mv2，得m.(若利用Mm解答，亦可)答案 (1)XYHe(2)(3)8