第十二章 第2讲 原子结构与原子核

[A组·基础题组]一、单项选择题1．下列有关原子核式结构理论的描述不正确的是()A．原子的正电荷均匀分布在整个原子中B．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里C．带负电的电子在核外绕着核在不同轨道上旋转D．α粒子散射实验证实了原子的核式结构解析：原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，选项A错误，B 正确；带负电的电子在核外绕着核在不同轨道上旋转，选项C正确；α粒子散射实验证实了原子的核式结构，选项D正确．答案：A2．下列说法不正确的是()A．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子时所产生的C．结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定D．各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量(频率)不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯解析：放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项A正确；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子时所产生的，选项B正确；比结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项C错误；各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量(频率)不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯，选项D正确．答案：C3．下列说法正确的是()A．原子的核式结构模型是汤姆孙最早提出的B．铀核(238 92U)衰变为铅核(206 82Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变C．一个氢原子从量子数n＝3的激发态跃迁到基态时最多可辐射3种不同频率的光子D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的强度太小解析：原子的核式结构模型是卢瑟福提出的，A错误；铀核(23892U)衰变为铅核(206 82Pb)，先根据质量数守恒计算α衰变次数n＝238－2064＝8，再根据电荷数守恒计算β衰变的次数m＝82＋2×8－92＝6，B正确；一个氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态时可能会释放1种频率的光子或2种不同频率的光子，C错误；能不能发生光电效应与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，D错误．答案：B4．下列说法中不正确的是()A．放射性元素的半衰期是针对大量原子核的统计规律B．α、β、γ射线比较，α射线的电离作用最弱C．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显D．由玻尔的原子模型可以推知，氢原子处于激发态，量子数越大，核外电子动能越小解析：放射性元素的半衰期是针对大量原子核的统计规律，A正确；α、β、γ三种射线电离本领依次减弱，贯穿本领依次增强，B错误；根据公式c＝λν可得光的波长越短，频率越大，根据公式E＝hν可得频率越大，光子的能量越大，光的粒子性越明显，C正确；氢原子处于激发态，量子数越大，轨道半径越大，电子的动能越小，D正确．答案：B二、多项选择题5．如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝3能级，下列说法中正确的是()A．这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波B．这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eVC．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光波长最长D．这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高的能级跃迁解析：根据C23＝3知，这群氢原子能够发出3种不同频率的光子，故A正确；由n＝3跃迁到n＝1，辐射的光子能量最大，ΔE＝(13.6－1.51) eV＝12.09 eV，故B错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故C正确；一群处于n＝3的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差，故D错误．答案：AC6．下列说法正确的是()A．方程式238 92U→234 90Th＋42He是重核裂变反应方程B．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的D．核力是短程力，与核子间的距离有关，有时表现为引力，有时表现为斥力U→234 90Th＋42He的反应物只有一个，生成物有42He，属于α衰变，解析：方程式23892选项A错误；由原子核的比结合能的曲线可知，铯原子核的比结合能与铅原子核的比结合能差不多，而铯原子核的核子数少得多，所以铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，选项B正确；β衰变所释放的电子不是来源于原子核外面的电子，而是原子核内的中子转化成质子时所产生的(10n→11H＋0－1e)，选项C正确；相邻的质子与质子、中子与质子、中子与中子既不会融合在一起(斥力)，又相距一定距离组成原子核(引力)，选项D正确．答案：BCD7．核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能.238 92U＋10n→141 56Ba ＋9236Kr＋a X是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用m U、m Ba、m Kr分别表示235 92U、141 56Ba、9236Kr核的质量，m X表示X粒子的质量，c为真空中的光速．以下说法正确的是()A．X为中子，a＝2B ．X 为中子，a ＝3C ．上述核反应中放出的核能ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －2m X )c 2D ．上述核反应中放出的核能ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －3m X )c 2解析：核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，则知235 92U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋a X 中X 为10n ，a ＝3，则A 错误，B 正确．由ΔE ＝Δmc 2可得ΔE ＝(m U ＋m X －m Ba －m Kr －3m X )c 2＝(m U －m Ba －m Kr －2m X )c 2，则C 正确，D 错误．答案：BC8．下列说法正确的是( )A ．人们在研究天然放射现象过程中发现了质子B ．铀核裂变的一种核反应方程为235 92U →144 56Ba ＋8936Kr ＋210nC ．设质子、中子、α粒子的质量分别为m 1、m 2、m 3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m 1＋2m 2－m 3)c 2D ．原子在a 、b 两个能级的能量分别为E a 、E b ，且E a >E b ，当原子从a 能级跃迁到b 能级时，放出光子的波长λ＝hc E a －E b(其中c 为真空中的光速，h 为普朗克常量)解析：卢瑟福通过α粒子轰击氮核，发现了质子，选项A 错误；铀核裂变的一种核反应方程为235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ，反应前后的中子不能抵消，选项B错误；根据爱因斯坦质能方程E ＝mc 2可知，当两个质子和两个中子结合成一个α粒子时释放的能量为E ＝(2m 1＋2m 2－m 3)c 2，选项C 正确；根据玻尔原子模型可知，原子从高能级跃迁到低能级时会释放光子，由E a －E b ＝hc λ解得λ＝hc E a －E b，选项D 正确．答案：CD[B 组·能力题组]非选择题9．天然放射性元素239 94Pu经过________次α衰变和________次β衰变，最后变成Pb、207 82Pb、208 82Pb中的一种)．铅的同位素________(填入铅的三种同位素20682解析：设发生α衰变和β衰变的次数分别为x、y，最后变成铅的同位素的质量数为m，则239＝4x＋m，只有当m＝207时x方可取整数，则x＝8，m＝207；由94－2x＋y＝82可得y＝4.Pb答案：842078210．在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别补全下U→234 90Th＋________；94Be＋42He→12 6C＋________.在以235 92U 列核反应方程式：23892为燃料的原子核反应堆中，235U吸收一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方92U＋10n→139 54Xe＋9438Sr＋310n，其中235 92U的质量为235.043 9 式，其中一种可表示为23592u、中子的质量为1.008 7 u、139 54Xe的质量为138.917 8 u、9438Sr的质量为93.915 4 u，已知 1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，则此裂变反应释放出的能量是________MeV(计算结果保留三位有效数字)．解析：根据核反应方程中电荷数、质量数守恒可以补全核反应方程；核反应前后，质量的变化量为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7)u ＝0.193 3 u，释放的能量为ΔE＝0.193 3×931.5 MeV＝180 MeV.答案：42He10n18011．(1)许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱的研究是探索原子结构的一条重要途径．关于氢原子光谱、氢原子能级和氢原子核外电子的运动，下列说法中正确的是________．A．氢原子巴尔末线系谱线是包含从红外到紫外的线状谱B．氢原子光谱的不连续性，表明了氢原子的能级是不连续的C．氢原子处于不同能级时，电子在各处的概率是相同的D．氢光谱管内气体导电发光是热辐射现象(2)我国科学家因中微子项目研究获得2016年基础物理学突破奖，中微子是一种静止质量很小的不带电粒子，科学家在1953年找到了中微子存在的直接证据：把含氢物质置于预计有很强反中微子流(反中微子用ν表示)的反应堆内，将会发生如下反应：ν＋11H→10n＋01e，实验找到了与此反应相符的中子和正电子．若反中微子能量是E0，则反中微子质量mν＝________，该物质波的频率ν＝________.(普朗克常量为h，真空中光速为c)(3)在ν＋11H→10n＋0＋1e反应过程中，①若质子认为是静止的，测得正电子动量为p1，中子动量为p2，p1、p2方向相同，求反中微子的动量p.②若质子质量为m1，中子质是为m2，电子质量为m3，m2>m1，要实现上述反应，反中微子能量至少是多少？(真空中光速为c)解析：(1)氢原子巴尔末线系谱线是包含可见光到紫外的线状谱，不包含红外线，A错误；氢原子光谱的不连续性，表明了氢原子的能级是不连续的，B正确；氢原子处于不同能级时，电子在各处的概率是不同的，电子云就是用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率的，C错误；氢光谱管内气体导电发光是由于大量氢原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁，从而辐射不同频率的光子，D错误．(2)利用质能方程E＝mc2，得反中微子质量为mν＝E0c2，利用德布罗意波满足的关系E＝hν得该物质波的频率为ν＝E0h.(3)①由动量守恒定律有p＝p1＋p2.②由能量守恒，反中微子能量最小时，E＝(m2＋m3－m1)c2.答案：(1)B(2)E0c2E0h(3)①p＝p1＋p2②(m2＋m3－m1)c212．用速度大小为v的中子轰击静止的锂核(63Li)，发生核反应后生成氚核和α粒子．生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看成m，光速为c.(1)写出核反应方程；(2)求氚核和α粒子的速度大小；(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损． 解析：(2)由动量守恒定律得m n v ＝－m H v 1＋m He v 2.由题意得v 1∶v 2＝7∶8，解得v 1＝7v 11，v 2＝8v 11.(3)氚核和α粒子的动能之和为E k ＝12·3m v 21＋12·4m v 22＝403242m v 2.释放的核能为ΔE ＝E k －E kn ＝403242m v 2－12m v 2＝141121m v 2.由爱因斯坦质能方程得，质量亏损为Δm ＝ΔE c 2＝141m v 2121c 2.答案：(1)10n ＋63Li →31H ＋42He (2)7v 11 8v 11 (3)141m v 2121c 2。