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原子结构 原子核

1．(多选)如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则(　　)

A．6种光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到基态时产生的

B．6种光子中有2种属于巴耳末系

C．使n＝4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量

D．若从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子也一定能使该金属板发生光电效应

2．(1)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋Al→n＋X。X的原子序数和质量数分别为(　　)

A．15和28 B．15和30 C．16和30 D．17和31

(2)现有四个核反应：

A．H＋H→He＋n B．U＋n→X＋Kr＋3n

C．Na→Mg＋e D．He＋Be→C＋n

①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程。

②B中X的质量数为________，中子数为________。

一、单项选择题

1．已知Th的半衰期为24天.4 gTh经过72天还剩下(　　)

A．0 B．0.5 g C．1 g D．1.5 g

2．研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示．两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则(　　)

A．a为电源正极，到达A板的为α射线

B．a为电源正极，到达A板的为β射线

C．a为电源负极，到达A板的为α射线

D．a为电源负极，到达A板的为β射线

3．下列有关氢原子光谱的说法正确的是(　　)

A．氢原子的发射光谱是连续谱

B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光

C．氢原子光谱说明氢原子能量是连续的

D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关

4．如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是(　　)

A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多

B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光

C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似

D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹

5．一放射性原子核X静止在与纸面垂直的匀强磁场中，衰变后产生的原子核Y及粒子的运动轨迹如图，则(　　)

A．此次衰变可能为β衰变

B．Y的质子数比X的质子数小4

C．Y的中子数比X的中子数小4

D．轨迹2为Y的运动轨迹

6．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：H＋H→He＋n.已知H的质量为2.013 6 u,He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为(　　)

A．3.7 MeVB．3.3 MeV

C．2.7 MeVD．0.93 MeV

7．如图所示为氢原子的能级图，图中a、b、c、d对应氢原子的四次跃迁，已知可见光光子的能量范围为1.61～3.10 eV，关于四次跃迁，下列说法正确的是(　　)

A．经历a跃迁，氢原子吸收的光子能量为0.66 eV

B．经历b跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大

C．经历c跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子

D．经历d跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离

二、多项选择题

8．两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变，核反应方程为H＋H→He＋n，其中氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，中子的质量为m3.假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是(　　)

A．核反应后氮核与中子的动量相同

B．该核反应释放的能量为E＝(2m1－m2－m3)c2

C．核反应后氮核的动能为

D．核反应后中子的动能为

9．我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到 1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础．下列关于聚变的说法正确的是(　　)

A．核聚变比核裂变更为安全、清洁

B．任何两个原子核都可以发生聚变

C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加

D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加

10．太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看做是4个氢核(H)结合成1个氦核同时放出2个正电子．下表中列出了部分粒子的质量(取1 u＝×10－26 kg)：

粒子名称

质子(p)

α粒子

正电子(e)

中子(n)

质量/u

1.007 3

4.001 5

0.000 55

1.008 7

以下说法正确的是(　　)

A．核反应方程为4H→He＋2e

B．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 kg

C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.43×10－29 kg

D．聚变反应过程中释放的能量约为4.0×10－12 J

11．氢原子的能级图如图所示，现有大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是(　　)

A．这些氢原子可能发出6种不同频率的光

B．已知钾的逸出功为2.22 eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子

C．氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小

D．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，氢原子能量减小，电子的动能增加

三、非选择题

12．在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是_________，属于β衰变的是_________，属于核裂变的是________，属于核聚变的是________．(填正确答案标号)

A．C→N＋e B．P→S＋e

C．U→Th＋He D．N＋He→O＋H

E．U＋n→Xe＋Sr＋2nF．H＋H→He＋n

13．(1)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni→Cu＋H＋X，该反应中的X是________(选填“电子”“正电子”或“中子”)．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)．

(2)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7 m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2 J．求每个脉冲中的光子数目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s.计算结果保留1位有效数字)

答案与解析

1．【答案】BC

【解析】根据跃迁假说，在跃迁的过程中释放光子的能量等于两能级之差，故从n＝4跃迁到n＝3时释放光子的能量最小，频率最小，波长最长，A错误；由题意知6种光子中有2种属于巴耳末系，它们分别是从n＝4跃迁到n＝2和从n＝3跃迁到n＝2时释放的光子，B正确；E4＝－0.85 eV，故n＝4能级的电离能等于0.85 eV，C正确；由题图知，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子的能量小于n＝2能级跃迁到基态释放的光子的能量，D错误。

2．【答案】(1)B　(2)①D　B　A　②144　88

【解析】(1)据α粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：He＋Al→n＋X，结合质量数守恒和电荷数守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序数等于核电荷数，故B正确。

(2)①D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程。

②X的质量数为：(235＋1)－(89＋3)＝144

X的质子数为：92－36＝56

X的中子数为：144－56＝88。

一、单项选择题

1．【答案】B

【解析】m＝m0＝4× g＝0.5 g，B正确．

2．【答案】B

【解析】从题图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子在初速度方向的位移小于到达B板的粒子在初速度方向的位移，粒子在初速度方向做匀速直线运动，则根据公式x＝v0t＝v0，两个粒子初速度v0相差不大，两极板间电压U相同，放射源与两极板的距离也相同，而电子的小得多，所以电子在初速度方向的位移小，故达到A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极，故B正确．

3．【答案】B

【解析】由于氢原子发射的光子的能量E＝En－Em＝E1－E1＝E1，所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特定频率的谱线，A错误，B正确；由于氢原子的轨道是不连续的，根据玻尔原子理论知氢原子的能级也是不连续的，即是分立的，C错误；当氢原子从较高轨道第n能级跃迁到较低轨道第m能级时，发射的光子的能量为E＝En－Em＝hν，显然n、m的取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差有关，D错误．

4．【答案】C

【解析】放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数应最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故B错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子库仑力作用，且金原子质量较大，从而出现的反弹，故D错误．

5．【答案】D

【解析】衰变瞬间粒子和原子核Y速度方向相反，根据轨迹图可知，两者在切点处受到的洛伦兹力方向相反，而两者处于同一磁场中，根据左手定则可判断出两者带同种电荷，即X发生的是α衰变，A错误；Y的质子比X的质子数小2，Y的中子数比X的中子数小2，B、C错误；衰变过程遵循动量守恒定律，可得粒子和Y的动量大小相等、方向相反，结合qvB＝m可得电荷量越大，运动半径越小，故轨迹2为Y的运动轨迹，D正确．

6．【答案】B

【解析】氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，B正确．

7．【答案】D

【解析】经历a跃迁，氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出的光子的能量为0.66 eV，A错误；经历b跃迁，氢原子吸收能量，轨道半径增大，但核外电子的动能会减小，B错误；经历c跃迁，氢原子辐射出的光子的能量为0.97 eV，则该光子不是可见光光子，C错误；经历d跃迁后，跃迁后的氢原子的电离能为1.51 eV，因此用可见光光子照射可使其电离，D正确．

二、多项选择题

8．【答案】BC

【解析】核反应前后两氘核动量和为零，因而反应后氦核与中子的动量等大反向，故A错误；该核反应前后释放的能量ΔE＝(2m1－m2－m3)c2，故B正确；由能量守恒可得：核反应后的总能量为E＋2Ek，由动能与动量的关系Ek＝，且mHe＝3mn可知，核反应后氦核的动能为，核反应后中子的动能为，故C正确，D错误．

9．【答案】AD

【解析】与核裂变相比轻核聚变更为安全、清洁，A正确；自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，不是任意两个原子核都能发生核聚变，B错误；两个轻核发生聚变结合成质量较大的核时，放出巨大的能量，根据E＝mc2可知，聚变反应中存在质量亏损，则总质量较聚变前减少，C错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减少，所以核子的比结合能增加，D正确．

10．【答案】ACD

【解析】由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得4H→He＋2e，A正确；反应中的质量亏损为Δm＝4mp－mα－2me＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55) u＝0.026 6 u＝4.43×10－29 kg，C正确，B错误；由质能方程得ΔE＝Δmc2＝4.43×10－29×(3×108)2 J≈4×10－12 J，D正确．

11．【答案】AD

【解析】大量的氢原子处于n＝4的激发态，可能发出光的频率的种数n＝C＝6，故A正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，释放的光子能量为1.89 eV，小于钾的逸出功2.22 eV，故不能产生光电效应，故B错误；由题图可知，氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量不是最小的，光的频率不是最小的，故C错误；氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，放出能量，故氢原子能量减小，同时电子向原子核靠近，库仑引力做正功，故电子动能增加，故D正确．

三、非选择题

12．【答案】CABEF

【解析】一个原子核自发地放出一个α粒子，生成一个新核的过程是α衰变，因此C项是α衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此E项是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此F项是轻核的聚变；另外，A、B项是β衰变，D项是原子核的人工转变．

13．【答案】(1)中子　核裂变　(2)5×1016

【解析】(1)根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为0，所以X是中子．目前人类获得核能的主要方式是核裂变．

(2)光子能量ε＝，光子数目n＝，代入数据得n＝5×1016.

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