第十六章原子結(jié)構(gòu)與原子核時間:45分鐘分值:85分一、選擇題(每小題6分,共42分)1.根據(jù)粒子散射實驗,盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。 圖中虛線表示原子核所形成的電場等勢線,實線表示一個粒子的運動軌道。在粒子從a運動到b再運動到c的過程中,下列說法中正確的是()A.動能先增大,后減小B.電勢能先減小,后增大C.電場力先做負功,后做正功,總功等于零D.加速度先變小,后變大答案C粒子帶正電,它跟靶核之間存在排斥力。在粒子由a運動到c的過程中,排斥力先做負功后做正功,故粒子的動能先減小后增大,電勢能先增大后減小,故選項A和B均錯誤;由于a和c在同一等勢面上,故粒子由a運動到c的全過程中電場力對它做的總功為零,故選項C正確;由庫侖定律知粒子受到的電場力先增大后減小,則其加速度先增大后減小,故選項D錯誤。2.鋁箔被粒子轟擊后發(fā)生了以下核反應:1327Al+24HeX+01n。下列判斷正確的是()A.01n是質(zhì)子B.01n是中子C.X是1423Si的同位素D.X共有31個核子答案B01n的質(zhì)量數(shù)為1應為中子,則A選項錯誤而選項B正確;從反應方程知X為1530X ,其電荷數(shù)為15,質(zhì)量數(shù)為30,是磷元素的同位素,所以選項C和選項D均錯誤。3.氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠的軌道過程中()A.原子要吸收光子,電子的動能增大,原子的電勢能增大,原子的能量增大B.原子要放出光子,電子的動能減小,原子的電勢能減小,原子的能量也減小C.原子要吸收光子,電子的動能增大,原子的電勢能減小,原子的能量增大D.原子要吸收光子,電子的動能減小,原子的電勢能增大,原子的能量增大答案D氫原子的核外電子從距核較近軌道躍遷到距核較遠的軌道過程中,原子的能量要增大,原子要吸收光子,因克服靜電引力做功,原子的電勢能要增大,但其動能減小,故ABC錯誤,D正確。4.圖中所示為氫原子能級示意圖,則關于氫原子發(fā)生能級躍遷的過程中,下列說法中正確的是()A.從高能級向低能級躍遷,氫原子放出光子B.從高能級向低能級躍遷,氫原子核外電子軌道半徑變大C.從高能級向低能級躍遷,氫原子從外吸收能量D.從n=4能級躍遷到n=3能級比從n=3能級躍遷到n=2能級輻射出電磁波的波長短答案A氫原子從高能級向低能級躍遷時,氫原子會放出光子,A正確;從高能級向低能級躍遷,氫原子放出光子,核外電子軌道半徑變小,B錯誤;從高能級向低能級躍遷,氫原子釋放能量,故C錯誤;從n=4能級躍遷到n=3能級時釋放的能量比從n=3能級躍遷到n=2能級時釋放的能量小,故輻射光的頻率也小,光的波長較長,D錯誤。5.子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為氫原子(hydrogen muon atom),它在原子核物理的研究中有重要作用。圖為氫原子的能級示意圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級的氫原子,氫原子吸收光子后,發(fā)出頻率為1、2、3、4、5和6的光,且頻率依次增大,則E等于()A.h(3-1)B.h(5+6)C.h3D.h4答案D由能級躍遷知識及題意可知,處于n=2能級的氫原子吸收能量為E的光子后,發(fā)出6種頻率的光,說明氫原子是從n=4能級躍遷的,而1、2、3、4、5和6頻率依次增大,說明從n=4能級躍遷到n=2能級時,輻射能量為h3的光子,綜上可知E=h3,C正確,A、B、C錯誤。6.已知氦原子的質(zhì)量為MHe(u),電子的質(zhì)量為me(u),質(zhì)子的質(zhì)量為mp(u),中子的質(zhì)量為mn(u),u為原子質(zhì)量單位,且由愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2可知:1 u對應于931.5 MeV的能量,若取光速c=3108 m/s,則兩個質(zhì)子和兩個中子聚變成一個氦核,釋放的能量為()A.2(mp+mn)-MHe931.5 MeVB.2(mp+mn+me)-MHe931.5 MeVC.2(mp+mn+me)-MHec2 JD.2(mp+mn)-MHec2 J答案B核反應方程為211H+201n24He,質(zhì)量虧損m=2(mp+mn)-(MHe-2me)=2(mp+mn+me)-MHe,所以釋放的能量為E=m931.5 MeV=2(mp+mn+me)-MHe931.5 MeV,選項B正確。7.如圖所示是原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關系圖像。下列說法中正確的是()A.若D、E能結(jié)合成F,結(jié)合過程一定要釋放能量B.若D、E能結(jié)合成F,結(jié)合過程一定要吸收能量C.若A能分裂成B、C, 分裂過程一定要吸收能量D.若A能分裂成B、C, 則分裂后的原子核的總質(zhì)量必定增大答案A核反應過程中,核子數(shù)守恒,如果反應后比反應前核子平均質(zhì)量減小,則反應過程一定要放出能量;如果反應后核子平均質(zhì)量增大,則反應過程中一定要吸收能量。則由圖像易知A正確。二、非選擇題(共43分)8.(14分)一個靜止的氮核714N俘獲一個速度為2.3107 m/s的中子生成一個復核A,A又衰變成B、C兩個新核。設B、C的速度方向與中子速度方向相同,B的質(zhì)量是中子的11倍,速度是106 m/s,B、C在同一勻強磁場中做圓周運動的半徑比為RBRC=1130。求:(1)C核的速度大小;(2)根據(jù)計算判斷C核是什么核;(3)寫出核反應方程。答案(1)3106 m/s(2)24He(3)714 N+10n 511B+24He解析(1)設中子的質(zhì)量為m,則氮核的質(zhì)量為14m,B核的質(zhì)量為11m,C核的質(zhì)量為4m,根據(jù)動量守恒可得:mv0=11mvB+4mvC,代入數(shù)值解得vC=3106 m/s(2)根據(jù)帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑公式R=mvqB可得:RBRC=mBvBqCmCvCqB=1130,所以qCqB=25;又qC+qB=7e解得:qC=2e,qB=5e,所以C核為24He。(3)核反應方程為 714N+01n 511B+24He。9.(14分) 如圖所示為氫原子最低的四個能級,當一群氫原子處于n=4的能級上向低能級躍遷時:(1)有可能放出種能量的光子。(2)在哪兩個能級間躍遷時,所放出光子波長最長?波長是多少?(3)已知金屬鈉的截止頻率為5.531014 Hz,普朗克常量h=6.6310-34 Js。請通過計算判斷,氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬鈉板,能否發(fā)生光電效應。答案見解析解析(1)N=n(n-1)2=4(4-1)2=6。(2)由題圖知,氫原子由第四能級向第三能級躍遷時,能級差最小,輻射的光子波長最長。由h=E4-E3,得:hc=E4-E3,所以=hcE4-E3=6.6310-343108-0.85-(-1.51)1.610-19 m1.8810-6 m。(3)氫原子放出的光子能量E=E2-E1,代入數(shù)據(jù)得E=1.89 eV金屬鈉的逸出功W0=hc,代入數(shù)據(jù)得W0=2.3 eV因為EW0,所以不能發(fā)生光電效應。10.(15分)如圖所示,有界的勻強磁場磁感應強度為B=0.05 T,磁場方向垂直于紙面向里,MN是磁場的左邊界。在磁場中A處放一個放射源,內(nèi)裝88226Ra,88226Ra放出某種射線后衰變成 86222Ra。(1)試寫出 88226Ra衰變成 86222Rn的核反應方程;(2)若A距磁場邊界MN的距離OA=1.0 m時,放在MN左側(cè)的粒子接收器收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子,此時接收器距過OA的直線1.0 m。據(jù)此可推算出一個靜止鐳核衰變過程中釋放的核能有多少?(取1 u=1.610-27 kg,e=1.610-19 C,結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案(1)88222Ra86222Rn+24He(2)2.0410-14 J解析(1)根據(jù)核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可寫出該衰變方程為88226Ra86222Rn+24He,放出的粒子為粒子。(2)垂直MN穿出磁場的粒子在磁場中運動的軌跡如圖所示,即其軌跡半徑R=OA=1.0 m。由qvB=mv2R得v=qBRm=3.210-190.051.01.610-274 m/s=2.5106 m/sEk=12mv2=1