第十六章原子与原子核

第十六章原子与原子核第一课时原子的核式结构、波尔的原子模型实战45分钟1．图为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述正确的是()A．在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B．在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比在A位置时稍少些C．在C、D位置时，屏上观察不到闪光D．在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少解析：因为绝大多数α粒子穿过金箔后仍然沿原来方向前进，在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，A对；因为少数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转，在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时要少得多，B错；α粒子散射实验中有极少数α粒子转角超过90°，甚至接近180°，所以C错D对．正确选项为A、D.答案：AD评注：α粒子散射是得出原子模型结构的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键．通过对α粒子散射实验这一宏观上探测，巧妙的、间接的构建出原子结构的微观图景2．在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子，从不同大小的角度散射出来，则散射角度大的这个α粒子()A．更接近原子核B．更远离原子核C．受到一个以上的原子核作用D．受到原子核较大的冲量作用解析：由库仑定律可知，α粒子受的斥力与距离的平方成反比，α粒子距原子核越近，受斥力越大，运动状态改变的越大，即散射角度越大，A对B错；由于原子的体积远远大于原子核的体积，当α粒子穿越某一个原子的空间时，其它原子核距α粒子相对较远，而且其它原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的这个α粒子并非是由于受到多个原子核作用造成的，C错；当α粒子受到原子核较大的冲量作用时，动量的变化量就大，即速度的变化量就大，则散射角度大，D对．正确选项为A、D.答案：AD评注：动量定理不仅适用于宏观世界里物体间的相互作用，也适用于微观世界里粒子间的相互作用．3．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出()A．原子的核式结构模型B．原子核内有中子存在C．电子是原子的组成部分D．原子核是由质子和中子组成的解析：英国物理学家卢瑟福的α粒子散射实验的结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原方向前进，但有少数α粒子发生较大的偏转．α粒子散射实验只发现原子可以再分，但并不涉及原子核内的结构．查德威克在用α粒子轰击铍核的实验中发现了中子，卢瑟福用α粒子轰击氮核时发现了质子．答案：AC易错点：容易将原子结构与原子核结构混淆．4．图中的圆点代表α粒子散射实验中的原子核，带箭头的曲线代表α粒子的径迹，其中不可能发生的是：()解析：根据α粒子散射实验可知，α粒子不可能与原子核相吸引，因为它们是同种电荷．答案：AC5．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法正确的是()A．动能先增大，后减小B．电势能先减小，后增大C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零D．加速度先变小，后变大解析：α粒子带正电荷，所以原子核对α粒子的电场力先做负功后正功，电势能先增大后减小，电场力先变大后变小，所以加速度先变大后变小．答案：C6．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．调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条．用Δn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，Δn和E的可能值为()A.Δn＝1,13.22eV＜E＜13.32eVB.Δn＝2,13.22eV＜E＜13.32eVC.Δn＝1,12.75eV＜E＜13.06eVD.Δn＝2,12.72eV＜E＜13.06eV解析：在Δn＝1的情况下，光谱线在原有情况下增加5条，意味着基态氢原子从最初能跃迁到第5定态变为能跃迁到第6定态，所以电子的能量应为－0.38eV－(－13.60eV)＜E＜－0.28eV－(－13.6eV)，即13.22eV＜E＜13.32eV，A正确．在Δn＝2的情况下，光谱线在原有情况下增加5条，意味着基态氢原子从最初能跃迁到第2定态变为能跃迁到第4定态，所以电子的能量应为－0.85eV－(－13.6eV)＜E＜－0.54eV－(－13.6eV)，即12.75eV＜E＜13.06eV，B错误，D正确．答案：AD7．右图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4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()A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应解析：由hν＝hcλ＝ΔE，故λ＝hcΔE.故由n＝4跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，波长最短，所以该光子最不容易发生衍射现象，所以A项错误；因由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量大于由n＝4跃迁到n＝3产生光子的能量，故其频率不是最小，所以B项错误；大量的氢原子由n＝4的激发态向低能级跃迁，可能跃迁辐射出6种不同频率的光子．故C项错误．由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出光子的能量E＝－3.4－(－13.6)＝10.2(eV)．因E＞W逸＝6.34eV.故D项正确．答案：D8．μ子与氢原子核(质子)构成的称为μ氢原子(hydrogenmuonatom)，它在原子核物理的研究中有重要作用，图为μ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μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为v1、v2、v3、v4、v5和v6的光，且依次增大，则E等于()A．h(v3－v1)B．h(v5＋v6)C．hv3D．hv4解析：由能级跃迁知识及题意可知，处于n＝2能级的μ氢原子吸收能量为E的光子后，发出6种频率的光，说明μ氢原子是从n＝4能级跃迁的，而ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6频率依次增大，说明从n＝4跃迁到n＝2时，辐射能量为hν3的光子，综上可知E＝hν3，C正确，A、B、D错误．答案：C9．图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若大量氢原子A处于激发态E2，大量氢原子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E4解析：氢原子A由激发态E2向低能级跃迁只能辐射1种频率的光子，故A错．氢原子B处于n＝3的激发态，其向低能级跃迁能辐射3→1,3→2,2→1的三种频率的光子，故B正确．由氢原子能级的量子性，吸收光子必须满足hν＝E2－E1，故C、D错误．答案：B10．可见光光子的能量在1.61eV～3.10eV范围内．若氢原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．1B．2C．3D．4解析：据hν＝Em－En，由图知只有从高能级向n＝2低能级跃迁时产生的光子能量可在可见光光子的能量范围内．故B正确．答案：B11．图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E.处在n＝4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波．已知金属钾的逸出功为2.22eV.在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有()A．二种B．三种C．四种D．五种解析：已知金属钾的逸出功为2.22eV，要能打出光电子，则光波的能量必须大于钾的逸出功值，经过ΔE＝EN－EM计算，除了4跃迁到3和3跃迁到2的光子能量小于逸出功值外，4跃迁到2,4跃迁到1,3跃迁到1,2跃迁到1的光子能量均大于钾的逸出功，所以C选项正确．答案：C12．若原子的某内层电子被电离形成空位，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).214PO的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量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214PO原子的K、L、M层电离出的动能分别为EK＝1.323MeV、EL＝1.399MeV、EM＝1.412MeV.则可能发射的特征X射线的能量为()A．0.013MeVB.0.017MeVC．0.076MeVD．0.093MeV解析：电子电离后的动能等于吸收的能量减去电子原来所处的能级的能量，所以原子核的K层的能量为0.093MeV，原子核的L层的能量为0.017MeV，原子核的M层的能量为0.004MeV.所以可能发射的特征X射线的能量为0.076MeV、0.087MeV、0.013MeV.故正确为A、C.答案：AC点评：这是一道信息题要求学生能把题中所给的知识与已学知识有机结合．学生首先要弄清电子的电离能、动能与吸收能量的关系．13．氢原子的核外电子从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，原子的能量增加解析：根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越大，由能量公式En＝E1n2(E1＝－13.6eV)可知，电子从低轨道(量子数n小)向高轨道(n值较大)跃迁时，要吸收一定的能量的光子．故选项B可排除．氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力由原子核对电子的库仑引力提供，即ke2r2＝mv2r，电子运动的动能Ek＝12mv2＝ke22r.由此可知：电子离核越远，r越大时，则电子的动能就越小，故选项A、C均可排除．由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异性电荷远离过程中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子做负功，则原子系统的电势能将增大，系统的总能量增加，故选项D正确．答案：D点评：考查对玻尔理论、库仑定律、圆周运动规律及电场力做功性质的综合运用的能力．第二课时天然放射现象实战45分钟1．一天然放射性物质射出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示)，调整电场强度E和磁感强度B的大小，使得在MN上只有两个点受到射线照射．下面的哪种判断是正确的()A．射到b点的一定是α射线B．射到b点的一定是β射线C．射到b点的一定是β射线或α射线D．射到b点的一定是γ射线解析：γ射线不带电，肯定打在点a.(1)若α粒子打在a点有：qaE＝qavaB对粒子β则由于vβvα，故有qβEqβVβB由洛伦兹力方向向右，所以粒子β可能打在b点．(2)若粒子β打在a点有：qβE＝qβvβB由vαvβ得：qαEqαvαβ即粒子α向右的电场力大于洛伦兹力，也可能打在b点．所以答案是C.答案：C2．如图所示是利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如果工厂生产的是厚度为1mm的铝板，在α，β，γ三种射线中，你认为对铝板厚度控制起主要作用的是()A．α射线B．β射线C．γ射线D．以上三种射线都能控制解析：如α射线的贯穿本领很小，一张白纸就把它挡住，更穿不过1mm的铝板；γ射线穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板，穿越1mm的铝板如同高速子弹穿过薄纸一样，当铝板厚度发生变化时，探测器不能明显反映这种变化，而β射线穿透能力较强(穿透几mm厚的铝板)当铝板厚度发生变化时，探测器能明显反映这种变化，应该使用β射线．答案：B点评：本题考查根据三种射线的特点在工农业生产中的应用，前提要熟悉三种射线的特点．3．如图，R为