第二单元原子结构与原子核.doc

1、1E4E3E2E1图 1第二单元 原子结构与原子核即时检测1对卢瑟福的 粒子散射实验现象的分析表明了 A.原子内存在着质量和正电荷集中的原子核 B.原子内有带负电的电子 C.电子绕核运行的轨道是不连续的 D.原子核只占原子体积的极小部分2 （07 广东）图 1 所示为氢原子的四个能级，其中 E1 为基态，若氢原子 A 处于激发态 E2，氢原子 B 处于激发态 E3，则下列说法正确的是A原子 A 可能辐射出 3 种频率的光子B原子 B 可能辐射出 3 种频率的光子C原子 A 能够吸收原子 B 发出的光子并跃迁到能级 E4D原子 B 能够吸收原子 A 发出的光子并跃迁到能级 E43 （07 四川）

2、关于天然放射现象，下列说法正确的是A放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期B放射性物质放出的射线中， 粒子动能很大因此贯穿物质的本领很强C当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生 哀变D放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出射线4铀裂变的产物之一氪 90（ ）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为Kr9036稳定的锆 90（ ）这些衰变是（ ）Zr904A1 次 衰变，6 次 衰变 B4 次 衰变C2 次 衰变 D2 次 衰变，2 次 衰变5 （08 广东）铝箔被 粒子轰击后发生了以下核反应： Al+ HeX+ n下列判73410断正确的

3、是A n 是质子 B n 是中子10 102CX 是 Si 的同位素 DX 是 P 的同位素2814 3156 （08 全国卷）中子和质子结合成氘核时，质量亏损m，相应的能量E=mc2=2.2MeV 是氘核的结合能。下列说法正确的是A用能量小于 2.2MeV 的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B用能量等于 2.2MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C用能量大于 2.2MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D用能量大于 2.2MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子

4、，它们的动能之和不为零考点阐释1能级跃迁中的能量变化原子由低能级向高能级跃迁时，只能吸收特定能量值的光子，具体说，只有能量值等于某两个能级之间能量差的光子才能被吸收，并且原子吸收该光子后一定跃迁到相应的高级。如果光子的能量大于原子在该能级时的电离能，则可以将原子电离，光子的能量不再受限制。例 1 （07 全国卷）用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能量在次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了 5 条。用n 表示两次观测中最高激发态的量子数 n 之差， E 表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图可以判断，n 和 E 的可能值为（ ）An=1，

5、13.22 eV E13.32 eVBn=2，13.22 eV E13.32 eVCn=1，12.75 eV E13.06 eVDn=2，12.75 eV E13.06 Ev针对训练1 （07 广东）图 1 所示为氢原子的四个能级，其中 E1 为基态，若氢原子 A 处于激发态 E2，氢原子B 处于激发态 E3，则下列说法正确的是A原子 A 可能辐射出 3 种频率的光子B原子 B 可能辐射出 3 种频率的光子C原子 A 能够吸收原子 B 发出的光子并跃迁到能级 E4D原子 B 能够吸收原子 A 发出的光子并跃迁到能级 E42玻尔理论对氢原子能级的解释玻尔理论的实质是将量子化假设和牛顿的圆周运动规

6、律相结合，用以解释氢原3子的核外电子运动。氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力充当向心力，由 ，nnrvmek22可得动能 ，可见，电子的动能随轨道半径的增加而减小，且与nnkrekmvE21半径成反比，又因半径 ，故动能与 成反比。将基态轨道半)53.0(1A2n径代入，可求得 ，即各能级电子动能等于能级能量的绝对值。由eVk6.31，可得 。npknE pnpp E2,2.7例 2 氢原子从 A 能级跃迁到 B 能级，核外电子的两个可能的轨道半径之比rA：r B=1：4，求：电子在这两个轨道上运行的周期和线速度之比。电子在这两个轨道上运行时的向心加速度之比。针对训练2氢原子的核外电子从

7、距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中 ( )A原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大D原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增加3氢光谱及其应用氢原子光谱包括不同的线系，不同能级之间的跃迁对应不同的线系，向同一能级跃迁发出的光线构成同一线系，其中从更高的能级向第二能级跃迁时对应的线系称为巴尔末线系。各线系光子的能量等于跃迁时的能级之差： mnEch例 3 根据玻尔理论，氢原子核外电子绕核做圆周运动，已知基态时的

8、轨道半径为 r，电子质量为 m，电量为 e ，试求：（1）电子在基态轨道上运动时的动能；（2）电子在 n=2 轨道上运转时形成的等效电流；（3）有一群氢原子处于量子数 n=3 的激发态，画出能级图，在图上用箭头标出这些氢原子能发出哪几条光谱线；（4）若氢原子基态能量为 E0，求这几条光谱线中波长最短的一条的波长和光子的动量。4变式练习 3.（08 广东）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级是分立的D氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差无关4关于天然放射现象（1）天然放射现象中三种射线及其物质微粒的有关特性的比较

9、。射线 a 射线 射线射线物质微粒 氦核 He42电子 e01光子带电情况 带正电（2e） 带负电（-e） 不带电速度 约为 c10接近 c c贯穿本领 小（空气中飞行几厘米）中（穿透几毫米铝板）大（穿透几厘米铅板）电离作用 强 次 弱（2）天然衰变中核的变化规律在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。a 衰变：随着 a 衰变，新核在元素周期表中位置向后移 2 位，即 HeYXMZ42 衰变：随着 衰变，新核在元素周期表中位置向前移 1 位，即 。eMZ01 衰变：随着 衰充数，变化的不是核的种类，而是核的能量状态。但一般情况下， 衰变总是伴随 a 衰变或 衰变进行的。

10、（3）关于半衰期的几个问题 定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。 意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。 特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关。5 理解：搞清了对半衰期的如下错误认识，也就正确地理解了半衰期的真正含义。第一种错误认识是：N 0（大量）个放射性元素的核，经过一个半衰期 T，衰变了一半，再经过一个半衰期 T，全部衰变完。第二种错误认识是：若有 4 个放射性元素的核，经过一个半衰期 T，将衰变 2 个。事实上，N 0（大量）个某种放射性元素的核，经过时间 t 后剩下的这种核的个数为 T12而对于少量的核（如 4 个） ，是无法确定其衰变所

11、需要的时间的。这实质上就是“半衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度”的含义。例 4 关于天然放射现象，以下叙述正确的是（ ）A若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小B 衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的C在、这三种射线中， 射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强D铀核( )衰变为铅核( )的过程中，要经过8次衰变和10次衰变2389U206Pb针对训练4 （08天津）一个氡核 衰变成钋核 并放出一个粒子，其半衰期为3.8天。286nR2184O1g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及 衰变成 的过程放出的粒子是6nR2184OPA0.25g，a粒子 B0.75g，a粒子 C0.

12、25g，粒子 D0.75g，粒子重点突破1衰变中的动量守恒孤立的原子核发生衰变时满足动量守恒，释放出的粒子和反冲核的总动量与衰变前孤立的原子核的动量相等，若静止的原子核发生衰变，则释放出的粒子和反冲核的总动量为零。利用这一规律，可将衰变规律与动量守恒、带电粒子的运动等结合命题。例 5 如图 15-2-3K-介子衰变的方程为 ，其中 K-介子和 -介子0K带负的基元电荷， 0 介子不带电。一个 K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧 AP，衰变后产生的 -介子的轨迹为圆弧 PB，两轨迹在 P 点相切，它们的半径 RK-与 R 之比为 21。 0 介子的轨迹未画出。由此可知 -介子

13、的动量大小与 0 介子的动量大小之比为 A.11 B.12 C.13 D.16针对训练5 （ 08 烟台） （8 分）镭（Ra）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知K- -ABP15-2-36能自发地放出 凿子而变成新核 Rn，已知 的质量为Ra268 Ra268M1=3.75331025 kg，新核 Rn 的质量为 M2=3.68671025 kg， 粒子的质量为m=6.646610 27kg，现有一个静止的 核发生 衰变，衰变后 粒子的速68度为 3.68105m/s，求（计算结果保留两位有效数字）.（1）写出该核反应的方程；（2）此反应过程中放出的能量；（3）反应后新核 Rn 的速

14、度大小 .2核反应中的能量守恒无论哪种核反应都伴随着能量转化，或吸收能量，或放出能量。若反应吸收能量，则反应后原子核的总质量一定增加；若反应放出能量，则反应后原子核的总质量一定减少。能量转化与质量变化的关系由质能方程决定。吸收的能量可以来自光子、粒子碰撞或其他核反应，放出的能量可以是光子（ 射线） 、热能或生成核的动能。例 6 雷蒙德戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（v。 ）而获得了 2002 年度诺贝尔物理学奖他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满 615t 四氯乙烯（C 2Cl4）溶液的巨桶电子中微子可以将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为 e Cl Ar 十 e。已知 Cl 核的

15、质量为37 17 37 18 0 1 37 1736.95658 u， Ar 核的质量为 36.95691 u， e 的质量为 0.00055 u，1 u 质量对应的能37 18 0 1量为 931.5MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为（A）0.82 Me V （B） 0.31 MeV （C）1.33 MeV （D）0.51 MeV针对训练6质子、中子和氘核的质量分别为 、 、 ，质子和中子结合成氘核时，发出 射线，已知普朗克恒量为，真空中光速为，则 射线的频率 _3原子核的人工转变和碰撞中动量守恒的结合例 7 （08 潍坊、枣庄质检）关于“原子核组成“ 的研究

16、，经历了一些重要阶段，其中：（1）1919 年，卢瑟福用 粒子轰击氮核从而发现了质子，其核反应方程为_。（2）1932 年，理查威克用一种中性粒子流轰击氢原子和氮原子，打处了一些氢核（质子）和氮核，测量处被打出的氮核和氢核的速度，并由此推算处这种粒子的质量而发现了中子。理查威克认为：原子核的热运动速度远小于中性粒子的速度而可以忽略不计；7被碰出的氢核、氮核之所以会具有不同的速率是由于碰撞的情况不同而造成的，其中速率最大的应该是弹性正碰的结果。实验中测得被碰氢核的最大速度为，被碰氮核的最大速度为 ；已知73.01/HVms 64.501/NVms。4N请你根据理查威克的实验数据，推导中性粒子（中

17、子）的质量 m 与氢核的质量的关系？（保留三位有效数字）H针对训练 7用 粒子轰击 原子核，产生一个 ，并释放出一个实物粒N147O178子。已知 原子核的质量 mN=14.00753u， 原子核的质量 mO=17.00454u， 粒14 178子的质量 mHe=4.00387u，质子的质量 mH=1.00815u，中子的质量 mn=1.00852u，电子的质量 me=me = 0.0005u，1u=931.5MeV（1）写出核反应方程，并指出释放出的是哪种粒子；（2）试判断该反应是吸收能量还是放出能量，能量变化多少？（3）若上述反应是用速度为 v 的 粒子轰击静止的 原子核而发生的，反N14

18、7应后 原子核的速度为 0.1v，求释放出的粒子的速度是多少？对应的德布罗意波O178的波长是多少？（涉及动量守恒时，反应中的质量变化可以忽略不计）4原子、原子核物理与前沿理论的结合例8（08江苏）(1)下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有 8(2)场强为E、方向竖直向上的匀强电场中有两小球A、B，它们的质量分别为m 、m ，电量分别为q 、 q A、B两球由静止释放，重力加速度为 g，则小球A和 组成的系统动量守恒应满足的关系式为 (3)约里奥居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素 衰变成 的同时放出另一种粒子，这种粒子是 P3015iS3014

19、 是 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术1mg 随时间衰变的关系P32150 P3215如图所示，请估算4 mg的 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?32159n En/eV0-0.85-1.51-3.4-13.64321针对训练 8. 1916 年，爱因斯坦指出，光子不仅具有能量 ，而且象实物粒hv子一样具有大小为 的动量。H 原子能级可用如下公式来描述：/hcvp，其中 为原子序数。,.321,)108.2(2nZJEn Z(1) H 原子基态和第一激发态的能量各为多少电子伏特？（2 分）(2)为使处于基态的 H 进入激发态，入射光子所需的最小能量为多少？（2 分）(3) H 从第一激发

20、态跃迁回基态时，如果考虑到原子的反冲，辐射光子的频率与不考虑原子的反冲相比，是增大还是减小？原子的反冲速度多大？（4 分）(已知电子电荷取 C，质子和中子质量均取 kg，计算中可1906.27106.采用合理的近似)【随堂分层演练】基础巩固1 （07 天津）右图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是10最容易表现出衍射现象的光是由能级跃到能级产生的频率最小的光是由能级跃迁到能级产生的这些氢原子总共可辐射出种不同频率的光用能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为 6.34的金属铂能发生光电效应。2若原子的某内层电子被电离

21、形成空位，其它的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征 X 射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位（被电离的电子称为内转换电子） 。 的原子核从某一激发态回到基态时，可将OP214能量 E0=1.416MeV 交给内层电子 (如 K、L、M 层电子，K、L、M 标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离。实验测得从 原子的 K、L、M 层电离出的动能214分别为 EK=1.323MeV、E L=1.399MeV、E M=1.412MeV

22、。则可能发射的特征 X 射线的能量为A0.013MeV B0.017MeV C0.076MeV D0.093MeV3（07 江苏） 子与氢原子核（质子）构成的原子称为 氢原子（hydrogen muon atom） ，它在原子核物理的研究中有重要作用。图为 氢原子的能级示意图。假定光子能量为 E 的一束光照射容器中大量处于 n=2 能级的 氢原子， 氢原子吸收光子后，发出频率为 1、 2、 3、 4、 5、和 6 的光，且频率依次增大，则 E 等于A、h（ 3-1 ） B、 h（ 5+6） C、h 3 D、h 44 （07 重庆）可见光光子的能量在 1.61 eV3.10 eV 范围内.若氢原

23、子从高能级跃迁到量子数为 n 的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图可判断 n 为A.1 B.2 C.3 D.45欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（ ）A用 10.2eV 的光子照射 B用 11eV 的光子照射C用 14eV 的光子照射 D用 11eV 的电子碰撞6.（08天津）一个氡核 衰变成钋核 并放出一个粒子，其半衰期为3.8286nR2184OP天。1g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及。 衰变成 的过程放出的粒子是86n2184OA0.25g，a粒子 B0.75g，a粒子C0.25g，粒子 D0.75g， 粒子7.（08 北京）一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个 光子。