1、优质文档优质文档2013 届高考物理一轮复习选修 3-5 第 3 讲 原子结构 原子核限时训练（教科版）1(1)卢瑟福和他的助手做 粒子轰击金箔实验，获得了重要发现：关于 粒子散射实验的结果，下列说法正确的是 ( )A证明了质子的存在B证明了原子核是由质子和中子组成的C证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动(2)英国物理学家卢瑟福用 粒子轰击金箔，发现了 粒子的散射实验下列图中，O 表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的 粒子的运动轨迹的是图中的 ( )解析 (1) 粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷
2、和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以 C 对，A、B 错玻尔发现了电子轨道量子化，D 错(2) 粒子散射的原因是原子核对其有库仑斥力的作用，离核越近，斥力越大，偏转越明显，当正好击中原子核时，由于 粒子质量较小而反弹答案 (1)C (2)B2根据 粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型如图 139 所示为原子核式结构模型的 粒子散射图景图中实线表示 粒子的运动轨迹其中一个 粒子在从 a 运动到 b、再运动到 c 的过程中( 粒子在优质文档优质文档b 点时距原子核最近)，下列判断正确的是 ( )A 粒子的动能先增大后减小B 粒子的电势能先增大后减小C 粒子的
3、加速度先变小后变大D电场力对 粒子先做正功后做负功解析 根据题意， 粒子运动过程中，电场力对 粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，而动能先减小后增大，B 正确，A、D 错误根据库仑定律和牛顿第二定律可知 粒子加速度先增大后减小，C 错误答案 B3(2011陕西西安八校联考)氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子已知基态的氦离子能量为 E154.4 eV，氦离子的能级示意图如图1310 所示，在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是 ( )A42.8 eV(光子) B43.2 eV(电子)C41.0 eV(电子) D54.4 eV(光子)解析 由于
4、光子能量不可分，因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸收，故 A 项中光子不能被吸收，D 项中光子能被吸收；而实物粒子(如电子)只要能量不小于两能级差，均可能被吸收，故 B、C 两项中电子均能被吸收答案 A4如图 1311 为氢原子的能级图，已知处于较高能级的氢原子能自发地向较低能级跃迁，则：图 139图 1310优质文档优质文档图 1311(1)一群氢原子由 n4 能级向 n1 能级跃迁时最多可辐射出_种不同频率的光(2)要想使处在 n2 激发态的氢原子电离至少吸收_eV 的能量答案 (1)6 (2)3.405已知可见光光子的能量范围约为 1.613.11 eV，而氢原子的能级图如
5、图 1312 所示，则最低处于 n_能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离；大量氢原子从高能级向 n3 的能级跃迁时，发出的光具有显著的_效应；大量处于 n4 的氢原子向低能级跃迁时，可能发出_种不同频率的可见光解析 可从题目中得知紫外线的能量大于 3.11 eV，而处于 n3 能级的氢原子吸收1.51 eV 以上的能量就可以使氢原子电离，故 n3；从大于 3 的能级向第 3 能级跃迁时，发出最大频率的光能量只有 1.51 eV，在可见光频率范围以下的红外线区域，具有显著的热效应；从第 4 能级向低能级跃迁时，可以发出 6 种可能的光子，但在可见光区域的只有2 种，即从第 4 能级跃
6、迁到第 2 能级的能量为 2.55 eV 的光子和从第 3 能级跃迁到第 2能级的能量为 1.89 eV 的光子答案 3 热 66一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个 光子已知质子、中子、氘核的质量分别为 m1、 m2、 m3，普朗克常量为 h，真空中的光速为 c.下列说法正确的是( )A核反应方程是 H n H 1 10 31图 1312优质文档优质文档B聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3C辐射出的 光子的能量 E( m3 m1 m2)cD 光子的波长 h m1 m2 m3 c2解析 此核反应的核反应方程为 H n H ，A 错；由质能方程， 光子的能1 10 21量为
7、 E( m1 m2 m3)c2，C 错；由 E h 知，波长 ，D 错；故 B 正c h m1 m2 m3 c确答案 B7太阳内部持续不断地发生着 4 个质子( H)聚变为 1 个氦核( He)的热核反应，核反应方1 42程是 4 H He2X，这个核反应释放出大量核能已知质子、氦核、X 的质量分别为1 42m1、 m2、 m3，真空中的光速为 c.下列说法中正确的是 ( )A方程中的 X 表示中子( n)10B方程中的 X 表示电子( e)0 1C这个核反应中质量亏损 m4 m1 m2D这个核反应中释放的核能 E(4 m1 m22 m3)c2解析 由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断出 X
8、为 e，A、B 错；质量亏损为01 m4m1 m22 m3释放的核能为 E mc2(4 m1 m22 m3)c2，C 错、D 对选 D.答案 D8我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：(1) U n Sr Xe k n23592 10 9038 13654 10(2) H H He d n21 31 42 10关于这两个方程的下列说法，正确的是 ( )A方程(1)属于 衰变B方程(2)属于轻核聚变C方程(1)中 k10，方程(2)中 d1D方程(1)中 k6，方程(2)中 d1解析 本题考查核反应方程(1)为典型的裂变方程，故 A 选项错误(2)为聚变反应，故 B 项正确根据质量数守
9、恒和电荷数守恒定律可得 k10， d1，故 C 选项正确答案 BC9(2011武汉二月调考)放射性同位素电池是一种新型电池，它是利用放射性同位素衰变优质文档优质文档放出的高速带电粒子( 射线、 射线)与物质相互作用，射线的动能被吸收后转变为热能，再通过换能器转化为电能的一种装置其构造大致是：最外层是由合金制成的保护层，次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层，第三层是把热能转化成电能的换能器，最里层是放射性同位素电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表：同位素 90Sr 210Po 238Pu射线 半衰期 28 年 138 天 89.6 年若选择上述某一种同位素作为放射源，使用相同材料制成
10、的辐射屏蔽层，制造用于执行长期航天任务的核电池，则下列论述正确的是 ( )A 90Sr 的半衰期较长，使用寿命较长，放出的 射线比 射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄B 210Po 的半衰期最短，使用寿命最长，放出的 射线比 射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄C 238Pu 的半衰期最长，使用寿命最长，放出的 射线比 射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄D放射性同位素在发生衰变时，出现质量亏损，但衰变前后的总质量数不变解析 原子核衰变时，释放出高速运动的射线，这些射线的能量来自原子核的质量亏损，即质量减小，但质量数不变，D 对；从表格中显示 Sr 的半衰期为 28 年、Po 的半衰期为13
11、8 天、Pu 的半衰期为 89.6 年，故 Pu 的半衰期最长，其使用寿命也最长， 射线的穿透能力没有 射线强，故较薄的屏蔽材料即可挡住 射线的泄漏，C 对答案 CD102010 年上海世博会太阳能应用技术引领了世界太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽车、太阳能动态景观科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部 4 个氢核( H)转化成一个氦核( He)和两个正电子( e)并放1 42 01出能量已知质子质量 mp1.007 3 u， 粒子的质量 m 4.001 5 u，电子的质量me0.000 5 u，1 u 的质量相当于 931 MeV 的能量优质文档优质文
12、档(1)热核反应方程为_；(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少 MeV 的能量？(结果保留四位有效数字)解析 (1)4 H He2 e1 42 01(2) m4 mp m 2 me41.007 3 u4.001 5 u20.000 5 u0.026 7 u E mc20.026 7 u931 MeV24.86 MeV答案 (1)4 H He2 e (2)24.86 MeV1 42 0111(2011浙江自选模块14) (1)在核反应堆中，铀核吸收中子会发生裂变，裂变的产物是多样的，所生成的核往往还会衰变，其中一个衰变过程可表述为 I Xe_ E.试问式中空格应1315 13154为何种粒子
13、？_.(2) I 的半衰期为 8 天开始时核废料中有 N0个 I 核，经过 16 天，还有_1315 1315个 1315I 核(3)核电站的固体废料放射性比较强，要在核电站内的专用废物库放置 5 年，且在放置的初始阶段要对固体废料进行冷却处理请简述需要进行冷却处理的理由解析 (1)由核反应过程中质量数和核电核数守恒，得该粒子质量数为 0，核电荷数为1，核反应方程为 I Xe e E，空格中粒子为电子1315 13154 0 1(2)由半衰期定义得剩余 I 核数 N N0 N0.131514答案 (1) e 电子 (2) N00 114(3)核电站的固体废料放射性比较强，能放出 射线，放出巨大
14、能量且刚开始放射性比较强，释放出的能量比较大，温度升高快，必须在初始阶段对核固体废料进行冷却处理12太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射已知氘核质量为 2.013 6 u，氦核质量为 3.015 0 u，中子质量为 1.008 7 u，1 u 的质量相当于 931.5 MeV 的能量则：(1)完成核反应方程： H H_ n.21 21 10(2)求核反应中释放的核能(3)在两氘核以相等的动能 0.35 MeV 进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况优质文档优质文档下，求反应中产生的中子和氦核的动能解析 (1) He32(2) E mc2(22.
15、013 6 u3.015 0 u1.008 7 u)931.5 MeV3.26 MeV.(3)两核发生碰撞时：0 Mv1 mv2由能量守恒可得： E2 Ek Mv mv12 21 12 2由以上两式解得： EHe Mv 0.99 MeV， E 中 mv 2.97 MeV12 21 12 2答案 (1) He (2)3.26 MeV (3)0.99 MeV 2.97 MeV3213(1) Th 是不稳定的，能自发的发生衰变23490完成 Th 衰变反应方程 Th Pa_.23490 23490 23491 Th 衰变为 Rn，经过_次 衰变，_次 衰变23490 22286(2)1919 年，卢
16、瑟福用 粒子轰击氮核发现质子科学研究表明其核反应过程是：粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核设 粒子质量为 m1，初速度为 v0，氮核质量为 m2，质子质量为 m0，氧核的质量为 m3，不考虑相对论效应 粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？求此过程中释放的核能解析 (1)根据核电荷数守恒和质量数守恒，粒子为 e.0 1设发生 n 次 衰变， m 次 衰变，则有 2342224 n，90862 n m，解得n3，m2.(2)设复核的速度为 v，由动量守恒定律得 m1v0( m1 m2)v解得 v .m1v0m1 m2核反应过程中的质量亏损 m m1 m2 m0 m3反应过程中释放的核能 E mc2( m1 m2 m0 m3)c2.答案 (1) e 3 20 1(2) v ( m1 m2 m0 m3)c2m1v0m1 m2
