題組一 原子結(jié)構(gòu)和氫原子光譜
1.(2022湖南卷)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和微觀粒子波粒二象性,下列說(shuō)法正確的是( )
A.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋了原子光譜的分立特征
B.玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律
C.光電效應(yīng)揭示了光的粒子性
D.電子束穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性
2.α粒子散射實(shí)驗(yàn)的示意圖如圖所示,放射源發(fā)出α射線打到金箔上,帶有熒光屏的放大鏡轉(zhuǎn)到不同位置進(jìn)行觀察,圖中1、2、3為其中的三個(gè)位置。下列對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的敘述或依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出的推理正確的是( )
A.在位置2接收到的α粒子最多
B.在位置1接收到α粒子說(shuō)明正電荷不可能均勻分布在原子內(nèi)
C.位置2接收到的α粒子一定比位置1接收到的α粒子所受金原子核斥力的沖量更大
D.若正電荷均勻分布在原子內(nèi),則1、2、3三個(gè)位置接收到α粒子的比例應(yīng)相差不多
題組二 玻爾理論 能級(jí)躍遷
3.(2023山西卷)銫原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷發(fā)射的光子具有穩(wěn)定的頻率,銫原子鐘利用的兩能級(jí)的能量差量級(jí)為10-5 eV,躍遷發(fā)射的光子的頻率量級(jí)為(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,元電荷e=1.60×10-19 C)( )
A.103 HzB.106 Hz
C.109 HzD.1012 Hz
4.(2024廣東深圳一模)有些金屬原子受激后,從某激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時(shí),會(huì)發(fā)出特定顏色的光。鈉原子和鋰原子分別從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)的能級(jí)差值如圖甲所示,鈉原子發(fā)出頻率為5.09×1014 Hz的黃光,可見(jiàn)光譜如圖乙所示。鋰原子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)發(fā)光顏色為( )
A.紅色B.橙色
C.綠色D.青色
題組三 原子核的衰變及半衰期
5.(2023廣東卷)理論認(rèn)為,大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過(guò)程,受核反應(yīng)C+YO的影響。下列說(shuō)法正確的是( )
A.Y是β粒子,β射線穿透能力比γ射線強(qiáng)
B.Y是β粒子,β射線電離能力比γ射線強(qiáng)
C.Y是α粒子,α射線穿透能力比γ射線強(qiáng)
D.Y是α粒子,α射線電離能力比γ射線強(qiáng)
6.(2023全國(guó)乙卷)2022年10月,全球眾多天文設(shè)施觀測(cè)到迄今最亮伽馬射線暴,其中我國(guó)的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠(yuǎn)鏡等裝置在該事件觀測(cè)中作出重要貢獻(xiàn)。由觀測(cè)結(jié)果推斷,該伽馬射線暴在1分鐘內(nèi)釋放的能量量級(jí)為1048 J。假設(shè)釋放的能量來(lái)自物質(zhì)質(zhì)量的減少,則每秒鐘平均減少的質(zhì)量量級(jí)為(光速為3×108 m/s)( )
A.1019 kgB.1024 kg
C.1029 kgD.1034 kg
7.(2023湖南卷)2023年4月13日,中國(guó)“人造太陽(yáng)”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀(jì)錄,實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行,為可控核聚變的最終實(shí)現(xiàn)又向前邁出了重要的一步,下列關(guān)于核反應(yīng)的說(shuō)法正確的是( )
A.相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多
B.氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為HHee
C.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235
D.核聚變反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有質(zhì)量虧損
綜合提升練
8.(2023浙江卷)“玉兔二號(hào)”裝有核電池,不懼漫長(zhǎng)寒冷的月夜。核電池將Pu衰變釋放的核能一部分轉(zhuǎn)化成電能。Pu的衰變方程為PuUHe,則( )
A.衰變方程中的X等于233
BHe的穿透能力比γ射線強(qiáng)
CPu比U的比結(jié)合能小
D.月夜的寒冷導(dǎo)致Pu的半衰期變大
9.(2023遼寧卷)原子處于磁場(chǎng)中,某些能級(jí)會(huì)發(fā)生劈裂。某種原子能級(jí)劈裂前后的部分能級(jí)圖如圖所示,相應(yīng)能級(jí)躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④。若用①照射某金屬表面時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng),且逸出光電子的最大初動(dòng)能為Ek,則( )
A.①和③的能量相等
B.②的頻率大于④的頻率
C.用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)
D.用④照射該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能小于Ek
10.氫原子的能級(jí)圖如圖甲所示,一群處于n=4能級(jí)的氫原子,用其向低能級(jí)躍遷過(guò)程中發(fā)出的光照射圖乙電路中的陰極K,其中只有a、b兩種頻率的光能使之發(fā)生光電效應(yīng)。分別用這兩種頻率的光照射陰極K,測(cè)得圖乙中電流表示數(shù)隨電壓表示數(shù)變化的圖像如圖丙所示。下列說(shuō)法正確的是( )
A.題中的氫原子躍遷共能發(fā)出3種不同頻率的光
B.a光是從n=4能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷產(chǎn)生的
C.a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)
D.b光照射陰極K時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能比a光照射時(shí)的小
11.(多選)(2024廣東模擬)如圖所示,人工元素原子核Nh開(kāi)始靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1、B2的邊界MN上,某時(shí)刻發(fā)生衰變生成一個(gè)氦原子核He和一個(gè)Rg原子核,兩原子核的質(zhì)量之比幾乎等于質(zhì)量數(shù)之比,衰變后的微粒速度方向均垂直B1、B2的邊界MN。氦原子核通過(guò)B1區(qū)域第一次經(jīng)過(guò)MN邊界時(shí),距出發(fā)點(diǎn)的距離為l,Rg原子核第一次經(jīng)過(guò)MN邊界距出發(fā)點(diǎn)的距離也為l。則下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( )
A.該衰變方程可表示為NhHeRg
B.兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度之比為B1∶B2=111∶2
C.衰變后瞬間氦原子核和Rg原子核的速度大小之比為111∶2
D.氦原子核和Rg原子核各自旋轉(zhuǎn)第一個(gè)半圓的時(shí)間之比為2∶141
12.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變,放射出的α粒子He)在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),其軌跡半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。
(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符號(hào)用Y表示,寫(xiě)出該α衰變的核反應(yīng)方程;
(2)α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流,求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大小;
(3)設(shè)該衰變過(guò)程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能,新核的質(zhì)量為m',求衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損Δm(光速為c)。
參考答案
第2講 原子結(jié)構(gòu) 原子核
1.C 解析 盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn),故A錯(cuò)誤;玻爾的原子理論解釋了氫原子光譜,故B錯(cuò)誤;光電效應(yīng)揭示了光的粒子性,故C正確;電子的衍射揭示了電子的波動(dòng)性,故D錯(cuò)誤。
2.B 解析 由于原子中大部分是空的,故大部分α粒子會(huì)沿直線通過(guò),所以在位置3接收到的α粒子最多,故A錯(cuò)誤;在位置1接收到α粒子,說(shuō)明α粒子發(fā)生了大角度偏折,可以推出正電荷不可能均勻分布在原子內(nèi),故B正確;由圖看出,位置2接收到的α粒子偏折程度沒(méi)有位置1的大,所以位置1接收到的α粒子比位置2接收到的α粒子所受金原子核斥力的沖量大,故C錯(cuò)誤;若正電荷均勻分布在原子內(nèi),則1、2位置幾乎接收不到α粒子,3位置接收得最多,故D錯(cuò)誤。
3.C 解析 銫原子鐘利用的兩能級(jí)的能量差量級(jí)對(duì)應(yīng)的能量為ε=10-5eV=10-5×1.6×10-19J=1.6×10-24J,由光子能量的表達(dá)式ε=hν可得,躍遷發(fā)射的光子的頻率量級(jí)為ν=Hz≈2.4×109Hz,躍遷發(fā)射的光子的頻率量級(jí)為109Hz。故選C。
4.A 解析 由玻爾理論結(jié)合普朗克的量子假說(shuō),即E=hν,根據(jù)圖甲可得ENa=hνNa,ELi=hνLi,代入數(shù)據(jù)可得νLi≈4.48×1014Hz,對(duì)照?qǐng)D乙可知,鋰原子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)發(fā)光顏色為紅色。故選A。
5.D 解析 根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可判斷Y粒子質(zhì)量數(shù)為4,電荷數(shù)為2,故為α粒子。三種射線中,α射線電離能力最強(qiáng)、穿透能力最弱。故D正確。
6.C 解析 由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2可得kg/s≈2×1029kg/s,選項(xiàng)C正確。
7.A 解析 核聚變是輕核的聚變,相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多,A正確,C錯(cuò)誤;氘氚核聚變反應(yīng)遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒,B錯(cuò)誤;核聚變反應(yīng)有質(zhì)量虧損,D錯(cuò)誤。
8.C 解析 根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒,得238=X+4,解得X=234,選項(xiàng)A錯(cuò)誤He為α射線,α射線比γ射線的穿透能力弱,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;該核反應(yīng)為放能反應(yīng)Pu比U的比結(jié)合能小,選項(xiàng)C正確;半衰期不隨元素所處的物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)的變化而變化,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
9.A 解析 ①和③光子躍遷能級(jí)差相等,故①和③的能量相等,選項(xiàng)A正確;②光子躍遷能級(jí)差小于④光子躍遷能級(jí)差,根據(jù)E=hν,可得②的頻率小于④的頻率,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;同理②光子的頻率小于①光子的頻率,用②照射該金屬不一定能發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;④光子的頻率大于①光子的頻率,用④照射該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能大于Ek,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
10.C 解析 一群處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷過(guò)程中,共能發(fā)出=6種不同頻率的光,故A錯(cuò)誤;依題意,6種不同頻率的光中只有2種能夠使陰極K發(fā)生光電效應(yīng),可知這兩種光的光子能量是較大的,那么這兩種光是n=3能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷和n=4能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷產(chǎn)生的。圖丙中的圖線a所對(duì)應(yīng)的遏止電壓較小,則光電子的最大初動(dòng)能較小,根據(jù)Ekm=hν-W0,可知對(duì)應(yīng)的光子能量較小,原子躍遷對(duì)應(yīng)的能級(jí)差較小,即a光是氫原子從n=3能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷產(chǎn)生的,故B錯(cuò)誤;根據(jù)上述分析,a光的光子能量小于b光的光子能量,根據(jù)E=hν=h,可知a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng),故C正確;根據(jù)Ekm=hν-W0,由于b光的光子能量大于a光的光子能量,則b光照射陰極K時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能比a光照射時(shí)的大,故D錯(cuò)誤。
11.ABD 解析 根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,該衰變的核反應(yīng)方程為NhHeRg,A正確;由題意知帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),偏轉(zhuǎn)半徑為r=,由題意可知二者偏轉(zhuǎn)半徑相等,由于氦核與Rg原子核動(dòng)量大小相等,即m1v1=m2v2,可得B1∶B2=q2∶q1=111∶20,v1∶v2=m2∶m1=141∶2,B正確,C錯(cuò)誤;由于T=,由前面可知q1B1=q2B2,所以,粒子在第一次經(jīng)過(guò)MN邊界時(shí),運(yùn)動(dòng)了半個(gè)圓周,所以t1∶t2==m1∶m2=2∶141,D正確。
12.答案 (1XYHe
(2)
(3)
解析 (1)由題意可知,α衰變的核反應(yīng)方程為XYHe。
(2)洛倫茲力提供向心力,有qvαB=m
所以vα=,T==
環(huán)形電流大小I==。
(3)衰變過(guò)程動(dòng)量守恒,有0=pY+pα
所以pY=-pα,“-”表示方向相反
因?yàn)閜=mv,Ek=mv2,所以Ek=
即EkY∶Ekα=m∶m'
由能量守恒得Δmc2=EkY+Ekα
Δm=,其中Ekα=m=
所以Δm=。

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