《原子 原子核》
(時間:90分鐘 滿分：100分)
一、
1．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的32He(氦3)．它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂�，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為32He＋32He?→211H＋42He.關(guān)于32He聚變下列表述正確的是( )
A．聚變反應(yīng)不會釋放能量
B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核
C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損
D．目前核電站都采用32He聚變反應(yīng)發(fā)電
【答案】B
【詳解】輕核聚變而生成質(zhì)量較大(中等)的新核．故B正確．
2.仔細(xì)觀察氫原子的光譜,發(fā)現(xiàn)它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線,其原因是( )
A.氫原子只有幾個能級
B.氫原子只能發(fā)出平行光
C.氫原子有時發(fā)光,有時不發(fā)光
D.氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的,所以對應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的
【答案】選D.
【詳解】光譜中的亮線對應(yīng)不同頻率的光,“分離的不連續(xù)的亮線”對應(yīng)著不同頻率的光,B、C錯.氫原子在不同的能級之間躍遷時,輻射不同能量的光子,并且滿足E=hν.能量不同,相應(yīng)光子頻率不同,體現(xiàn)在光譜上是一些不連續(xù)的亮線,A錯誤D正確.
3.盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實(shí)驗,獲得了重要發(fā)現(xiàn):關(guān)于α粒子散射實(shí)驗的結(jié)果,下列說法正確的是( )
A.證明了質(zhì)子的存在
B.證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的
C.證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里
D.說明了原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動
【答案】選C.
【詳解】α粒子散射實(shí)驗發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核.數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測核內(nèi)存在中子,所以C對,A、B錯.玻爾發(fā)現(xiàn)了電子軌道量子化,D錯.
4.下列關(guān)于放射性現(xiàn)象的說法中,正確的是( )
A.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了4
B.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與α粒子的總質(zhì)量等于原來的原子核的質(zhì)量
C.原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質(zhì)量數(shù)比原來的原子核的質(zhì)量數(shù)多1
D.單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的
【答案】選D.
【詳解】原子核發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了2,A錯誤;生成核與α粒子的總質(zhì)量小于原來的原子核的質(zhì)量,B錯誤;原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質(zhì)量數(shù)與原來的原子核的質(zhì)量數(shù)相同,C錯誤;放射性元素的半衰期由原子核的內(nèi)部因素決定,跟元素的化學(xué)狀態(tài)無關(guān),所以單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的,D正確.
5．正電子發(fā)射型計算機(jī)斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素15 8O注入人體，15 8O在人體內(nèi)衰變放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇湮滅轉(zhuǎn)化為一對γ光子，被探測器采集后，經(jīng)計算機(jī)處理生成清晰圖像．則根據(jù)PET原理判斷下列表述正確的是 ( )
A.15 8O在人體內(nèi)衰變方程是15 8O→15 7N＋01e
B．正、負(fù)電子湮滅方程是01e＋0－1e→2γ
C．在PET中，15 8O主要用途是作為示蹤原子
D．在PET中，15 8O主要用途是參與人體的新陳代謝
【答案】ABC
【詳解】由題意知A、B正確，顯像的原理是采集γ光子，即注入人體內(nèi)的15 8O衰變放出正電子和人體內(nèi)的負(fù)電子湮滅轉(zhuǎn)化為γ光子，因此15 8O主要用途是作為示蹤原子，故C對，D錯．
6．光電效應(yīng)的實(shí)驗結(jié)論是：對于某種金屬( )
A．無論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)
B．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng)
C．超過極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小
D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大
【答案】AD
【詳解】根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知A正確，B、C錯誤．根據(jù)光電效應(yīng)方程12mv2m＝hν－W，頻率ν越高，初動能就越大，D正確．
7．裂變反應(yīng)是目前核能利用中常見的反應(yīng)．以原子核 為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng) 俘獲一個慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為：
235 92U ＋ 10n → 139 54Xe�。�9438Sr＋3X
235．0432 1.0087 138.9178 93.9154
反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子核的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位 u 為單位，取1 u 的質(zhì)量對應(yīng)的能量為9.3×102 MeV，此裂變反應(yīng)中( )
A．釋放出的能量是30×102 MeV，X是中子
B．釋放出的能量是30 MeV，X是質(zhì)子
C．釋放出的能量是1.8×102 MeV，X是中子
D．釋放出的能量是1.8×102 MeV，X是質(zhì)子
【答案】C
【結(jié)束】據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判斷X是中子．Δm＝(235.0432＋1.0087－138.9178－93.9154－3×1.0087) u＝0.1926 u，可見該反應(yīng)釋放能量，釋放的能量ΔE＝0.1926×9.3×102 MeV＝1.8×102 MeV.故C正確．
8．氫原子分能級示意圖如題19所示，不同色光的光子能量如下表所示。
色光赤橙黃綠藍(lán)―靛紫
光子能量范圍（eV）1.61~2.002.00~2.072.07~2.142.14~2.532.53~2.762.76~3.10
處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為（ ）
A 紅、藍(lán)靛
B 黃、綠
C 紅、紫
D 藍(lán)靛、紫
【答案】A
【解析】如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第二能級，能夠發(fā)出10.2 eV的光子，不屬于可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第三能級，能夠發(fā)出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三種光子，只有1.89 eV屬于可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第四能級，能夠發(fā)出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六種光子，1.89 eV和2.55 eV屬于可見光，1.89 eV的光子為紅光，2.55 eV的光子為藍(lán)―靛，A正確。
9 原子核 經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍?，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍?，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍?。放射性衰變 ①、②和③依次為（ ）
A．α衰變、β衰變和β衰變 B．β衰變、β衰變和α衰變
C．β衰變、α衰變和β衰變 D．α衰變、β衰變和α衰變
【答案】A
【解析】 ,質(zhì)量數(shù)少4,電荷數(shù)少2,說明①為α衰變. ,質(zhì)子數(shù)加1,說明②為β衰變,中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子. ,質(zhì)子數(shù)加1,說明③為β衰變,中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子.
【命題意圖與考點(diǎn)定位】主要考查根據(jù)原子核的衰變反應(yīng)方程，應(yīng)用質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)的守恒分析解決。
10 下列關(guān)于原子和原子核的說法正確的是（ ）
A．β衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分
B．波爾理論的假設(shè)之一是原子能量的量子化
C．放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短
D．比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固
答案：B
二、非
11 (1)氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時,下列說法中正確的是( )
A.氫原子的能量增加
B.氫原子的能量減少
C.氫原子要吸收一定頻率的光子
D.氫原子要放出一定頻率的光子
(2)在氫原子光譜中，電子從較高能級躍遷到n=2能級發(fā)出的譜線屬于巴耳末線系，若一群氫原子自發(fā)躍遷時發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，則這群氫原子自發(fā)躍遷時最多發(fā)出_____條不同頻率的譜線.
【答案】(1)B、D (2)6
【詳解】(1)選B、D.氫原子的核外電子離原子核越遠(yuǎn),氫原子的能量(包括動能和勢能)越大.當(dāng)氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時,原子的能量減少,氫原子要放出一定頻率的光子.顯然,選項B、D正確.
(2)氫原子發(fā)出的光譜線中有2條屬于巴耳末線系，說明電子是從n=4能級向低能級躍遷的，因此可發(fā)出的譜線條數(shù)為 (條).
12．根據(jù)巴耳末公式，指出氫原子光譜在可見光范圍內(nèi)波長最長的兩條譜線所對應(yīng)的n，它們的波長各是多少？氫原子光譜有什么特點(diǎn)？
【答案】6.5×10－7 m 4.8×10－7 m 不連續(xù)的線狀譜
【詳解】根據(jù)巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)，得
當(dāng)n＝3,4時氫原子發(fā)光所對應(yīng)的波長最長
當(dāng)n＝3時有1λ1＝1.10×107×(122－132)
解得λ1＝6.5×10－7m
當(dāng)n＝4時有1λ2＝1.10×107×(122－142)
解得λ2＝4.8×10－7 m.
除巴耳末系外，在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都是滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式，即1λ＝R(1a2－1n2)．其中a分別為1,3,4，…對應(yīng)不同的線系，由此可知?dú)湓庸庾V是由一系列線系組成的不連續(xù)的線狀譜．
13．原子可以從原子間的碰撞中獲得能量，從而發(fā)生能級躍遷(在碰撞中，動能損失最大的是完全非彈性碰撞)．一個具有13.6 eV動能、處于基態(tài)的氫原子與另一個靜止的、也處于基態(tài)的氫原子發(fā)生對心正碰．
(1)是否可以使基態(tài)氫原子發(fā)生能級躍遷(氫原子能級如圖11所示)?
(2)若上述碰撞中可以使基態(tài)氫原子發(fā)生電離，則氫原子的初動能至少為多少？
【答案】(1)不能 (2)27.2 eV
【詳解】(1)設(shè)運(yùn)動氫原子的速度為v0，完全非彈性碰撞后兩者的速度為v，損失的動能ΔE被基態(tài)氫原子吸收．若ΔE＝10.2 eV，則基態(tài)氫原子可由n＝1躍遷到n＝2.由動量守恒和能量守恒有：
mv0＝2mv①
12mv20＝12mv2＋12mv2＋ΔE②
12mv20＝Ek③
Ek＝13.6 eV④
解①②③④得，ΔE＝12?12mv20＝6.8 eV
因為ΔE＝6.8 eV<10.2 eV.
所以不能使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷．
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