第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)與原子核1.(2019·貴州安順模擬)根據(jù)粒子散射實(shí)驗,盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型.如圖表示了原子核式結(jié)構(gòu)模型的粒子散射圖景.圖中實(shí)線表示粒子的運(yùn)動軌跡.其中一個粒子在從a運(yùn)動到b、再運(yùn)動到c的過程中(粒子在b點(diǎn)時距原子核最近),下列判斷正確的是(B)A.粒子的動能先增大后減小B.粒子的電勢能先增大后減小C.粒子的加速度先變小后變大D.電場力對粒子先做正功后做負(fù)功解析:粒子受到斥力作用,根據(jù)電場力做功特點(diǎn)可知從a運(yùn)動到b過程中電場力做負(fù)功,電勢能增加,動能減小,從b運(yùn)動到c過程中,電場力做正功,電勢能減小,動能增加,A,D錯誤,B正確;根據(jù)點(diǎn)電荷周圍電場可知,距離原子核近的地方電場強(qiáng)度大,故越靠近原子核加速度越大,因此粒子加速度先增大后減小,故C錯誤.2.(2018·廣東肇慶三模)如圖所示為1934年約里奧居里夫婦用粒子轟擊鋁箔時的實(shí)驗示意圖,他們除探測到預(yù)料中的中子外,還發(fā)現(xiàn)拿走粒子放射源以后,鋁箔仍繼續(xù)發(fā)射出一種神奇的粒子.下列說法中正確的是(B)A.粒子轟擊鋁箔的核反應(yīng)方程為AlHePHB.轟擊鋁箔后的生成物是磷P),它的衰變方程為 PSie+C.拿走粒子放射源以后,鋁箔繼續(xù)發(fā)射出的神奇粒子實(shí)際上是中子D.磷P)也具有放射性,只是它不像天然放射性元素那樣有一定的半衰期解析:粒子轟擊鋁箔的核反應(yīng)方程為AlHePn,轟擊鋁箔后的生成物是P,是磷的一種同位素,它具有放射性,跟天然放射性元素一樣發(fā)生衰變,也有一定的半衰期,衰變時放出正電子,衰變方程為PSie+,故選B.3.(2019·湖南常德模擬)(多選)有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是(BCD)A.氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B.氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光C.氫原子光譜說明氫原子能級是分立的D.巴耳末公式反映了氫原子輻射光子頻率的分立特性解析:由于氫原子發(fā)射的光子的能量E=Em-En,所以發(fā)射的光子的能量值E是不連續(xù)的,只能是一些特定頻率的譜線,故A錯誤,B正確;由于氫原子的軌道是不連續(xù)的,故氫原子的能級是不連續(xù)的即是分立的,故C正確;由于躍遷時吸收或發(fā)射的光子的能量是兩個能級的能量差,所以氫原子光譜的頻率與氫原子能級的能量差有關(guān),巴耳末公式反映了氫原子輻射光子頻率的分立特性,故D正確.4.(2019·河南安陽模擬)一群處于基態(tài)的氫原子吸收某種光子后,向外輻射了a,b,c三種光,其波長分別為a,b,c,且a>b>c,三種光子的能量分別為Ea,Eb,Ec,若a光恰能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),則(D)A.被氫原子吸收的光子的能量為hB.Ea=Eb+EcC.=+D.b光一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)解析:根據(jù)能級間躍遷輻射或吸收的光子的能量等于兩能級間的能級差,且E=及a>b>c,知Ec=Ea+Eb,氫原子吸收的光子的能量為h,A,B錯誤;根據(jù)光子能量與波長的關(guān)系有,h=h+h,即=+,故C錯誤;b光的光子能量大于a光的光子能量,a光恰好能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則b光一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng).故D正確.5.(2019·河北保定模擬)氫原子能級的示意圖如圖所示,大量氫原子從n=4的能級向n=2的能級躍遷時輻射出可見光a,從n=3的能級向n=2的能級躍遷時輻射出可見光b,則(C)A.氫原子從高能級向低能級躍遷時可能會輻射出射線B.大量氫原子從n=4的能級向n=2的能級躍遷時能夠輻射出6種頻率的光子C.a光子能量比b光子的能量大D.氫原子在n=2的能級時可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離解析:因為射線是原子核變化時輻射的,因此氫原子從高能級向低能級躍遷時,不會輻射射線,故A錯誤;大量的氫原子從n=4的能級向n=2的能級躍遷時釋放3種頻率的光子,故B錯誤;從n=4的能級向n=2的能級躍遷時輻射出的光子能量大于從n=3的能級向n=2的能級躍遷時輻射出的光子能量,則a光子能量比b光子的能量大,故C正確;氫原子在n=2能級時,吸收的能量需大于等于3.4 eV,才能發(fā)生電離,故D錯誤.6.(2019·湖北宜昌質(zhì)檢)關(guān)于天然放射現(xiàn)象,下列說法正確的是(B)A.放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時間就是半衰期B.放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時,輻射出射線C.當(dāng)放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時,將發(fā)生衰變D.放射性物質(zhì)放出的射線中,粒子動能很大,因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強(qiáng)解析:放射性元素的半衰期是有一半該元素的原子核發(fā)生衰變所用的時間,故A錯誤;放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時,輻射出射線,故B正確;衰變的實(shí)質(zhì)是核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子,產(chǎn)生的電子從核內(nèi)發(fā)射出來,當(dāng)放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時將向低能級躍遷,不是發(fā)生衰變,故C錯誤;粒子動能很大,但是貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很弱,故D錯誤.7.(2018·安徽安慶二模)2017年9月29日世界首條量子保密通信干線“京滬干線”正式開通,我國科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了世界上首次洲際量子保密通信.下列有關(guān)量子化學(xué)說的敘述中正確的是(A)A.愛因斯坦根據(jù)光電效應(yīng)的實(shí)驗規(guī)律,提出了“光子說”B.庫侖通過對油滴實(shí)驗的分析,發(fā)現(xiàn)“電荷是量子化”的C.湯姆孫根據(jù)原子核式結(jié)構(gòu)理論,提出了“原子軌道量子化”的假說D.盧瑟福根據(jù)原子光譜的實(shí)驗規(guī)律,提出了“原子能量量子化”的假說解析:愛因斯坦通過對光電效應(yīng)現(xiàn)象的研究提出了“光子說”,A對;密立根通過油滴實(shí)驗發(fā)現(xiàn)了電荷是量子化的,B錯;玻爾提出了原子軌道量子化及原子能量量子化假說,C,D錯誤.8.(2018·江西上饒六校第一次聯(lián)考)PET(正電子發(fā)射型計算機(jī)斷層顯像)的基本原理是:將放射性同位素O注入人體,參與人體的代謝過程O在人體內(nèi)衰變放出正電子,與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子,被探測器探測到,經(jīng)計算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖像.根據(jù)PET原理,下列說法正確的是(B)A.O衰變的方程為OFeB.將放射性同位素O注入人體O的主要用途是作為示蹤原子C.一對正負(fù)電子湮滅后也可能只生成一個光子D.PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較長解析:由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得O的衰變方程是 ONe,故A錯誤;將放射性同位素O注入人體,其主要用途是作為示蹤原子,故B正確;由動量守恒定律可知,正負(fù)電子湮滅一定生成兩個光子,故C錯誤;氧在人體內(nèi)的代謝時間不長,因此PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較短,故D錯誤.9.(2019·安徽宿州模擬)鈾核U)經(jīng)過m次衰變和n次衰變變成鉛核Pb),關(guān)于該過程,下列說法中正確的是(B)A.m=5,n=4B.鈾核U)的比結(jié)合能比鉛核Pb)的比結(jié)合能小C.衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和小于鈾核U)的結(jié)合能D.鈾核U)衰變過程的半衰期與溫度和壓強(qiáng)有關(guān)解析:核反應(yīng)方程為UPb+He+e根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,有235=207+4m,92=82+2m-n,解得m=7,n=4,故A錯誤;比結(jié)合能越大,原子核結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定,所以鈾核的比結(jié)合能比鉛核的比結(jié)合能小,故B正確;鈾核U衰變成原子核Pb,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知,有質(zhì)量虧損,釋放能量,則衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于鈾核的結(jié)合能,故C錯誤;放射性元素的半衰期與溫度、壓強(qiáng)無關(guān),故D錯誤.10.(2019·浙江寧波質(zhì)檢)靜止的氡核Rn放出粒子后變成釙核Po,粒子動能為E.若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和粒子的動能,真空中的光速為c,則該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為(C)A.·B.0C.·D.·解析:設(shè)粒子的質(zhì)量為m1,速度大小為v,反沖核的質(zhì)量為m2,速度大小為v.根據(jù)動量守恒定律可得,m1v=m2v,則=;粒子動能為E=m1v2,反沖核的動能E=m2v2,則E=E,釋放的總動能為E+E=E,根據(jù)能量守恒知,釋放的核能E=E,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2得,m=,C正確.11.(2019·遼寧營口模擬)一個U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng),其裂變方程為UnXSr+n,則下列敘述正確的是(A)A.X原子核中含有54個質(zhì)子B.X原子核中含有141個核子C.因為裂變時釋放能量,根據(jù)E=mc2,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D.因為裂變時釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少解析:設(shè)X的原子核中含有x個質(zhì)子,質(zhì)量數(shù)為y,根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒有,92=x+38,235+1=y+94+2,解得x=54,y=140,故質(zhì)子數(shù)為54個,而核子數(shù)為140個,故A正確,B錯誤;因為裂變時出現(xiàn)質(zhì)量虧損,從而釋放出能量,所以裂變后的總質(zhì)量減少,但總的質(zhì)量數(shù)是不變的,故C,D錯誤.12.(2019·陜西吳起高中月考)(多選)在花崗巖、大理石等裝飾材料中,都不同程度地含有放射性元素,下列有關(guān)放射性元素的說法中正確的是(CD)A.射線與射線一樣都是電磁波,但穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比射線弱B.氡的半衰期為3.8天,4個氡原子核經(jīng)過7.6天后就一定只剩下1個氡原子核CU衰變成Pb要經(jīng)過8次衰變和6次衰變D.放射性元素發(fā)生衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的解析:射線的實(shí)質(zhì)是電子流,射線的實(shí)質(zhì)是電磁波,射線的穿透本領(lǐng)比較強(qiáng),故A項錯誤.半衰期對大量的原子核適用,對少量的原子核不適用,故B項錯誤.經(jīng)過一次衰變,原子核的質(zhì)量數(shù)不變,電荷數(shù)增加1,經(jīng)過一次衰變,原子核的質(zhì)量數(shù)減少4,電荷數(shù)減少2,則92-82=2n1-n2,238-206=4n1,衰變的次數(shù)n1=8,衰變的次數(shù)n2=6,故C項正確.發(fā)生衰變時,原子核中的一個中子,轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子,電子釋放出來.故D項正確.13.(2019·福建龍巖模擬)日本9.0級大地震導(dǎo)致福島核電站發(fā)生核泄漏事故,引起周邊國家的關(guān)注和恐慌.核反應(yīng)會產(chǎn)生許多放射性的副產(chǎn)品如碘131和銫137,由于發(fā)生核泄漏,許多國家都已檢測出這兩種元素.有關(guān)核反應(yīng)及其產(chǎn)物,以下說法正確的是(D)A.日本福島核電站是采用可控聚變反應(yīng)技術(shù),將產(chǎn)生的核能轉(zhuǎn)化為電能B.反應(yīng)堆可能發(fā)生的一種核反應(yīng)方程是UnXeSr+nC.已知銫137的半衰期為30年,現(xiàn)有100個原子核銫137經(jīng)過60年將剩下25個D.若核反應(yīng)中質(zhì)量虧損了m,則將釋放mc2的核能.解析:日本福島核電站是采用可控裂變反應(yīng)技術(shù),將產(chǎn)生的核能轉(zhuǎn)化為電能,故A錯誤;核反應(yīng)方程要滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,故該反應(yīng)產(chǎn)生2個中子,故B錯誤;半衰期是對大量放射性元素的統(tǒng)計規(guī)律,對少量原子核是無意義的,故C錯誤;根據(jù)質(zhì)能方程可知,若核反應(yīng)中質(zhì)量虧損了m,則將釋放E=mc2的核能,故D正確.14.(2019·湖北武漢模擬)(多選)一種典型的鈾核裂變是生成鋇和氪,同時放出3個中子,核反應(yīng)方程是U+XBa+Kr+n;已知部分原子核的比結(jié)合能與核子數(shù)的關(guān)系如圖所示,下列說法正確的是(AD)A.核反應(yīng)方程中,X粒子是中子B.核反應(yīng)方程中,X粒子是質(zhì)子CUBa和Kr相比Ba核的比結(jié)合能最大,它最穩(wěn)定DUBa和Kr相比U核的核子數(shù)最多,它的結(jié)合能最大解析:根據(jù)核反應(yīng)方程結(jié)合質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,X粒子是中子,故A正確,B錯誤;根據(jù)比結(jié)合能的曲線可知,在Fe附近原子核的比結(jié)合能最大,然后隨核子數(shù)的增大,比結(jié)合能減小,所以UBa和Kr相比Kr核的比結(jié)合能最大,它最穩(wěn)定,故C錯誤;由于在核反應(yīng)的過程中釋放核能,可知UBa和Kr相比U核的核子數(shù)最多,它的結(jié)合能最大,故D正確.15.(2019·山東煙臺模擬)某實(shí)驗室工作人員,用初速度 v0=0.09c(c為真空中的光速)的粒子轟擊靜止的氮原子核N,產(chǎn)生了質(zhì)子H.若某次碰撞可看做對心正碰,碰后新核與質(zhì)子同方向運(yùn)動,垂直磁場方向射入磁場,通過分析偏轉(zhuǎn)半徑可得出新核與質(zhì)子的速度大小之比為120,已知質(zhì)子質(zhì)量為m,則(B)A.該核反應(yīng)方程為HeNOHB.質(zhì)子的速度v約為0.19cC.若用兩個上述質(zhì)子發(fā)生對心彈性碰撞,則每個質(zhì)子的動量變化量是0.19mcD.若用兩個上述質(zhì)子發(fā)生對心彈性碰撞,則每個質(zhì)子的動量變化量方向與末動量方向相反解析:由題意可知,該核反應(yīng)方程為HeNOH,故A錯誤;設(shè)粒子、新核的質(zhì)量分別為4m,17m,質(zhì)子的速度為v,由題意可知,新核的速度為,選取粒子運(yùn)動的方向為正方向,由動量守恒定律得,4mv0=+mv,解得,v0.19c,故B正確;兩質(zhì)子質(zhì)量相等且發(fā)生對心彈性碰撞,則碰撞后兩質(zhì)子交換速度.對某一質(zhì)子,選其末動量方向為正方向,則p2=mv,p1=-mv,又p=p2-p1,故解出p=0.38mc,方向與末動量方向一致,故C,D錯誤.16.用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核Li),發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和粒子.生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反,氚核與粒子的速度之比為78,中子的質(zhì)量為m,質(zhì)子的質(zhì)量可近似看成m,光速為c.(1)寫出核反應(yīng)方程;(2)求氚核和粒子的速度大小;(3)若核反應(yīng)過程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子和氚核的動能,求出質(zhì)量虧損.解析:(1nLiHHe.(2)由動量守恒定律得mnv=-mHv1+mHev2.由題意得v1v2=78,解得v1=,v2=.(3)氚核和粒子的動能之和為Ek=·3m+·4m=mv2.釋放的核能為E=Ek-Ekn=mv2-mv2=mv2.由愛因斯坦質(zhì)能方程得,質(zhì)量虧損為m=.答案:(1nLiHHe(2)(3)8