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第1页，共4页高三物理原子结构和原子核练习一、单选题（本大题共8小题，共32.0分）1.下列几幅图的有关说法正确的是（）A.图一中少数𝛼粒子穿过金箔后方向不变,大多数𝛼粒子穿过金箔后发生了较大偏转B.图二光电效应实验说明了光具有粒子性C.图三中射线丙由𝛼粒子组成,每个粒子带两个单位正电荷D.图四链式反应属于轻核的聚变,又称为热核反应2.下列事实揭示出原子核具有复杂结构的是（）A.𝛼粒子散射实验B.氢光谱实验C.X光的发现D.天然放射现象3.氢原子能级如图所示，当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光子Z的波长为656nm．以下判断正确的是（）A.氢原子从𝑛=3跃迁到𝑛=1的能级时,辐射光子的波长大于656nmB.氢原子从𝑛=3跃迁到𝑛=1的能级时辐射光子照射某金属表面有光电子逸出,若换用光子Z照射该金属表面时不一定有光子逸出C.一个处于𝑛=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生的3种谱线D.用波长633nm的光照射,能使氢原子从𝑛=2跃迁到𝑛=3的能级4.下列说法中正确的是（）A.𝛼粒子散射实验发现了质子B.玻尔理论不仅能解释氢的原子光谱,也能解释氦的原子光谱C.热核反应的燃料是氢的同位素,裂变反应的燃料是铀D.中子与质子结合成氘核的过程中需要吸收能量5.以下说法中不正确的是()A.核反应方程 49𝐵𝑒+ 24𝐻𝑒→ 612𝐶+𝑋中的“X”为中子B.在光电效应中,饱和电流的大小与入射光的频率有关,与入射光的强度无关C.释放核能时必伴随质量亏损,因为质量和能量有对应关系D.玻尔将量子观念引入原子领域,其理论能够解释氢原子光谱的特征6.如图所示为氢原子的能级结构示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，用这些光子照射逸出功为2.49eV的金属钠，下列说法不正确的是（）A.这群氢原子能辐射出三种不同频率的光,其中从𝑛=3能级跃迁到𝑛=2能级所发出的光波长最长B.这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小,电势能增大C.能发生光电效应的光有两种D.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能是9.60eV7.下列说法中正确的是（）A.𝛽射线与𝛾射线一样是电磁波,但穿透本领远比𝛾射线弱B.氡的半衰期为3.8天,4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核C.已知质子、中子、𝛼粒子的质量分别为𝑚1、𝑚2、𝑚3,那么,质子和中子结合成一个𝛼粒子,释放的能量是(2𝑚1+2𝑚2−𝑚3)𝑐2D.放射性元素发生𝛽射线时所释放的电子是原子核外的电子发生电离产生的8.下列说法正确的是（）A.光电效应既显示了光的粒子性,又显示了光的波动性B.原子核内的中子转化成一个质子和一个电子,这种转化产生的电子发射到核外,就是𝛽粒子,这就是𝛽衰变C.一个氘核 12𝐻与一个氚核 13𝐻聚变生成一个氦核 24𝐻𝑒的同时,放出一个质子D.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能增大,电势能增大,原子的总能量增大二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）9.下列说法正确的是（）A.卢瑟福通过𝛼粒子散射实验建立了原子核式结构模型B.根据玻尔理论可知,当氢原子从𝑛=4的状态跃迁到𝑛=2的状态时,发射出光子C.𝛽衰变中产生的𝛽射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D.原子核的半衰期由核内部自身因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件无关10.下列说法正确的是（）A.用频率为2𝑣0的单色光照射极限频率为𝑣0的金属,一定能产生光电子B.用频率为2𝑣0的单色光照射极限频率为𝑣0的金属,所产生的光电子的最大初动能为ℎ𝑣0C.一个质子和一个中子结合为一个氘核,若质子、中子和氘核的质量分别为𝑚1、𝑚2和𝑚3,则放出的能量为(𝑚3−𝑚2−𝑚1)𝑐2D.一个氢原子从𝑛=3能级跃迁到𝑛=2能级,该氢原子吸收光子,能量增加11.关于轻核聚变和重核裂变，下列说法正确的是（）A.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积B.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能C.我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站,前者是利用核聚变释放核能,后者是利用核裂变释放核能D.一个质子和两个中子聚变成一个氚核,已知质子质量为1.0073𝑢,中子质量为1.0087𝑢,氚核质量为3.0180𝑢,则该反应中释放的核能约为6.24𝑀𝑒𝑣(1𝑢=−931.5𝑀𝑒𝑣)12.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ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 11𝐻+ 01𝑛→ 13𝐻+𝛾B.聚变反应中的质量亏损△𝑚=𝑚1+𝑚2−𝑚3第2页，共4页C.辐射出的𝛾光子的能量𝐸=(𝑚3−𝑚1−𝑚2)𝑐2D.𝛾光子的波长𝜆=ℎ(𝑚1+𝑚2−𝑚3)𝑐三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）13.（1）下列四幅图的有关说法中，正确的是______．A．若两球质量相等，碰后m2的速度一定为vB．射线甲是α粒子流，具有很强的穿透能力C．在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大D．链式反应属于重核的裂变（2）轻核聚变能够比重核裂变释放更多的能量，若实现受控核聚变，且稳定地输出聚变能，人类将不再有“能源危机”．一个氘核（12H）和一个氚核（13H）聚变成一个新核并放出一个中子（01$n）．①完成上述核聚变方程：12H+13H→______+01n．②已知上述核聚变中质量亏损为△m，真空中光速为c，则该核反应中所释放的能量为______．14.已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En=𝐸1𝑛2（n=2，3，4…），已知普朗克常量为h，真空中光速为c，吸收波长为λ=______的光子能使氢原子从基态跃迁到n=2的激发态；此激发态氢原子再吸收一个频率为v的光子后会被电离，则电离后瞬间电子的动能为______．四、计算题（本大题共5小题，共50.0分）15.（1）从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系．但是在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论．例如，玻尔建立的氢原子模型，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动．他认为，氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动．已知电子质量为m，元电荷为e，静电力常量为k，氢原子处于基态时电子的轨道半径为r1．a．氢原子处于基态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值．b．氢原子的能量等于电子绕原子核运动的动能、电子与原子核系统的电势能的总和．已知当取无穷远处电势为零时，点电荷电场中离场源电荷q为r处的各点的电势φ=k𝑞𝑟．求处于基态的氢原子的能量．（2）在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用．在轻核聚变的核反应中，两个氘核（12H）以相同的动能E0=0.35MeV做对心碰撞，假设该反应中释放的核能全部转化为氦核（23He）和中子（01n）的动能．已知氘核的质量mD=2.0141u，中子的质量mn=1.0087u，氦核的质量mHe=3.0160u，其中1u相当于931MeV．在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV？（结果保留1位有效数字）16.氢4是氢的一种同位素，在实验室里，用氘核（12H）轰击静止的氚核（13H）生成氢4的原子核（14H）．已知12H、14H的质量分别为ml、m2，速度大小分别为vl、v2，方向相同．①请写出合成14H的核反应方程式，并求出反应后生成的另一粒子的动量大小p；②氘原子的能级与氢原子类似，已知其基态的能量为E1，量子数为n的激发态能量En=𝐸1𝑛2，普朗克常量为h．则氘原子从n=3跃迁到n=1的过程中，辐射光子的频率ν为多少？17.在用铀235作燃料的核反应堆中，铀235核吸收一个慢中子后，可发生裂变反应，放出能量和快中子，而快中子不利于铀235的裂变．为了能使裂变反应继续下去，需要将反应中放出的快中子减速．有一种减速的方法是使用石墨（碳12）作减速剂，让铀核裂变所产生的快中子通过和碳核不断碰撞而被减速．假设中子与碳核的碰撞是完全弹性碰撞，并在碰撞前碳核是静止的，碰撞后中子和碳核的速度都跟碰撞前中子的速度沿同一直线．已知碳核的质量近似为中子质量的12倍，中子原来的能量为E0．（1）92235𝑈的裂变方程为92235𝑈+01𝑛→56144𝐵𝑎+3689𝐾𝑟+x01𝑛，则x值为多少？若反应过程中放出的能量为△E，则反应前后的质量差△m为多少？（2）经过一次碰撞后，中子的能量为多少？（3）若经过n次碰撞后，一个动能为E0的快中子能减速成为能量为En的慢中子，请写出En与E0和n的关系式．18.如图为一装放射源氡（)的盒子，静止的氡核经过一次α衰变成钋（)，产生的α粒子速率v0=1.0×107m/s，α粒子从小孔P射出后，经过A孔进入电场加速区域I，加速电压U=8×106V。从区域I射出的α粒子随后又从M点进入半径为r=m的圆形匀强磁场区域II，MN为圆形匀强磁场的一条直径，该区域磁感应强度为B=0.2T，方向垂直纸面向里。圆形磁场右边有一竖直荧光屏与之相切于N点，粒子重力不计，比荷为=5×107C/kg。(1)请写出氡核衰变的核反应方程；(2)求出α粒子经过圆形磁场后偏转的角度及α粒子打在荧光屏上的位置离N点的距离.第3页，共4页19.在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变。放射出的α粒子(24𝐻𝑒)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。(1)放射性原子核用𝑍𝐴𝑋表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程；(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；(3)设该衰变过程释放的核能都转为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。参考答案1.B2.D3.B4.C5.B6.B7.C8.B9.ABD10.AB11.BD12.BD13.答案CD；24He；△mc2解：（1）A、两球质量相等，若发生的碰撞为弹性碰撞，即动量守恒、能量守恒，可知两球的速度交换．若发生的碰撞为非弹性碰撞，则碰后m2的速度不为v．故A错误．B、根据左手定则，甲向左偏，知甲带负电．故B错误．C、光的颜色决定了光的频率，颜色相同，则频率相同，根据光电效应方程，知最大初动能相同，则遏止电压相等，入射光强度越大，饱和电流越大．故C正确．D、链式反应属于重核裂变．比如铀核裂变为链式反应．故D正确．故选CD（2）①根据电荷数守恒，质量数守恒得，该原子核的电荷数为2，质量数为4，为氦核，即24He．②根据爱因斯坦质能方程知，核反应释放的核能△E=△mc2．故答案为：（1）CD；（2）①24He；②△mc2．14.答案-4ℎ𝑐3𝐸1；hv+14E1解：n=2激发态的能量E2=14E1，则E2-E1=ℎ𝑐𝜆=-3𝐸14解得λ=-4ℎ𝑐3𝐸1．根据能量守恒定律得，hv+E2=12mv2．则电子的动能：Ek=hv+14E1．故答案为：-4ℎ𝑐3𝐸1；hv+14E115.解：（1）a．电子绕原子核做匀速圆周运动，有：𝑘𝑒2𝑟12=𝑚𝑣12𝑟1𝑇=2𝜋𝑟1𝑣1解得：𝑇=2𝜋𝑒√𝑚𝑟13𝑘电子绕原子核运动的等效电流为：𝐼=𝑒𝑇𝐼=𝑒22𝜋√𝑘𝑚𝑟13b．由a．可知，处于基态的氢原子的电子的动能为：𝐸𝑘1=12𝑚𝑣12=𝑘𝑒22𝑟1取无穷远处电势为零，距氢原子核为r处的电势为：𝜙=𝑘𝑒𝑟1处于基态的氢原子的电势能为：𝐸𝑝1=−𝑒𝜙=−𝑘𝑒2𝑟1所以，处于基态的氢原子的能量为：𝐸1=𝐸𝑘1+𝐸𝑝1=−𝑘𝑒22𝑟1（2）由爱因斯坦的质能方程，核聚变反应中释放的核能为：△E=△mc