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第30讲原子结构、原子核1.(2017浙江11月选考,15,2分)(多选)a、b是两种单色光,其光子能量分别为a和b,且ab=k,()A.则a、b的光子动量之比papb=1kB.若a、b入射到同一双缝干涉装置上,则相邻亮条纹的间距之比xaxb=1kC.若a、b都能使某种金属发生光电效应,则光电子最大初动能之差Eka-Ekb=b(k-1)D.若a、b是由处在同一激发态的原子跃迁到a态和b态时产生的,则a、b两态能级之差Ea-Eb=b(k-1)答案BC根据德布罗意方程=hp以及光子的能量=hc,联立得p=c,所以papb=ab,选项A错误。x=Ld,联立以上各式可得x=Lhcd,因此选项B正确。光电子最大初动能Ek=h-W0,因此Eka-Ekb=(k-1)b,选项C正确。由题意可知,Ea+a=Eb+b,所以Ea-Eb=b-a=b(1-k),选项D错误。2.(2018天津理综,1,6分)国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.714 N俘获一个粒子,产生817O并放出一个粒子B.1327Al俘获一个粒子,产生1530P并放出一个粒子C.511B俘获一个质子,产生48Be并放出一个粒子D.36Li俘获一个质子,产生23He并放出一个粒子答案B本题考查核反应方程。由核反应过程中遵循质量数、电荷数均守恒的原则,可写出选项中的四个核反应方程。714N+24He817O+11H,选项A错误。1327Al+24He1530P+01n,选项B正确。511B+11H48Be+24He,选项C错误。36Li+11H23He+24He,选项D错误。3.(多选)下列说法正确的是()A.卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型B.原子核放出粒子后,转变成新核所对应的元素是原来的同位素C.能级处于n=4的一个氢原子,自发辐射时最多可以辐射出3种不同的光子D.用频率为0的光照射逸出功为W0的金属时,逸出光电子的动能均为h0-W0答案AC同位素是同一元素的不同原子,特点是质子数相同中子数不同。衰变是一种核反应,并不是放出核外电子,实质是原子核中的一个中子转变为一个质子及一个电子,因此反应后新核对应的元素不是原来的同位素。在计算辐射光子种类时,若对象为“一群原子”,算法为Cn2;若对象为“一个原子”,则只能走一条跃迁路径。根据题意,辐射光子种类最多的跃迁路径为4321,最多有三种,通用算法为n-1。光电效应中,只有入射光频率大于截止频率,才能逸出光电子。故选 A、C。4.(多选)在家居装饰中常用到花岗石、大理石等天然石材,这些岩石都含有不同程度的放射性元素。下列说法中正确的是()A.放射性元素92238U发生衰变的方程是:92238U90234Th+24HeB.衰变中,粒子获得的能量越大,其德布罗意波波长越短C.衰变中产生的电子来源于原子核的内部,故半衰期会受元素化学状态的影响D.若某一原子核衰变辐射出一个频率为的光子,该过程质量亏损为m,则hmc2答案AB粒子能量越大,动量也越大,根据=hp可知波长越小。半衰期不受物理、化学状态的影响。物质的能量对应质量,根据爱因斯坦质能方程可知h=mc2。5.(多选)如图所示为卢瑟福和他的助手做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三个位置时,关于观察到的现象,下列说法中正确的是()A.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数最少C.相同时间内放在C位置时观察到屏上的闪光次数最少D.放在C位置时观察不到屏上有闪光答案AC卢瑟福粒子散射实验的结论是绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但有少数粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90,几乎被弹回,A、C正确。6.(2018浙江11月选考,14,2分)(多选)处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时,能辐射出a、b两种可见光,a光照射某金属表面时有光电子逸出,b光照射该金属表面时没有光电子逸出,则()A.以相同的入射角射向一平行玻璃砖,a光的侧移量小于b光的B.垂直入射到同一单缝衍射装置,a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的C.a光和b光的频率之比可能是2027D.a光子的动量大于b光子的答案BD根据光电效应可知,a光能发生光电效应,b光不能发生光电效应,E=h,说明频率ab,故C错;同种介质中的折射率nanb,玻璃砖中的侧移量yayb,A错;波长a(MBe-MLi)9.31102 MeV=0.86 MeV,B错误;根据动量守恒定律可知中微子与锂核(37Li)的动量之和等于反应前电子的动量,但能量不同,C正确,D错误。10.下列说法正确的是()A.氡的半衰期是3.8天,所以10个氡原子核经过3.8天一定还剩5个B.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应C.核子凭借核力结合在一起构成原子核D.温度越高,放射性元素衰变越快答案C半衰期对大量的原子核适用,对少量的原子核不适用,故A错误;太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应,选项B错误;核子凭借核力结合在一起构成原子核,选项C正确;半衰期与外界条件无关,选项D错误;故选C。11.(多选)我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球,并用于“嫦娥三号”的着陆器和月球车上。核电池是通过半导体换能器,将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转变为电能。“嫦娥三号”采用放射性同位素94239Pu,静止的94239Pu衰变为铀核92235U和粒子,并放出频率为的光子。已知:94239Pu、92235U和粒子的质量分别为mPu、mU和m。下列说法正确的是()A.94239Pu的衰变方程为94239Pu92235U+24He+B.此核反应过程中的质量亏损为m=mPu-mU-mC.释放出的光子能量为(mPu-mU-m)c2D.反应后的92235U和粒子比结合能之和比94239Pu的比结合能大答案ABD94239Pu的衰变方程为94239Pu92235U+24He+,选项A正确;此核反应过程中的质量亏损为m=mPu-mU-m,选项B正确;释放出的光子的能量为h,能量关系h+EkU+Ek=(mPu-mU-m)c2,选项C错误;94239Pu衰变成92235U和粒子后,释放出核能,原子变得更稳定,比结合能更大,选项D正确。12.氡气有天然放射性,其衰变产生的粒子可对人的呼吸系统造成辐射损伤。氡衰变方程为86222Rn84218Po+X,衰变过程中同时产生射线,半衰期为3.8天,以下说法正确的是()A.该衰变过程为衰变B.对一个特定的氡核,在3.8天内一定会衰变C.射线的穿透性比射线弱D.衰变后,84218Po核与X粒子的质量之和等于衰变前86222Rn核的质量答案A根据电荷数守恒、质量数守恒得,X的电荷数为2,质量数为4,为粒子,故A正确;对一个特定的氡核,半衰期没有意义,故B错误;射线的穿透性比射线强,故C错误;由于衰变过程中同时产生射线,释放出能量,会发生质量亏损,衰变后,84218Po核与X粒子的质量之和小于衰变前86222Rn核的质量,故D错误。13.(多选)如图所示,是氢原子光谱的两条谱线,图中给出了谱线对应的波长及氢原子的能级图,已知普朗克常量h=6.6310-34 Js,则()A.H谱线对应光子的能量小于H谱线对应光子的能量B.若两种谱线对应光子都能使某种金属发生光电效应,则H谱线对应光子照射到该金属表面时,形成的光电流较小C.H谱线对应光子的能量为1.89 eVD.H谱线对应的光子是氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级发出的答案AC本题考查学生对量子论、玻尔原子模型的理解。H谱线对应的波长大于H对应的波长,故H谱线对应的频率较小,H谱线对应光子的能量小于谱线对应光子的能量,故正确;光电流与光的强度有关,故选项错误;谱线对应光子的能量为E=hc=3.0310-19 J=1.89 eV,选项C正确;E4-E3=0.66 eV,选项D错误。14.用中子轰击92235U原子核,某次的裂变方程为92235U+01nY+38136Xe+1001n,92235U、01n、Y、38136Xe的质量分别为m1、m2、m3、m4,92235U半衰期为T,真空中的光速为c。下列说法正确的是()A.裂变时质量亏损为m1-9m2-m3-m4B.裂变时释放的能量为12(m1-9m2-m3-m4)c2C.若增大对92235U的压力,92235U的半衰期小于TD.Y原子核中含有54个中子答案A裂变时质量亏损为(m1+m2)-(m3+m4-10m2)=m1-9m2-m3-m4,选项A正确;根据质能方程可知,裂变时释放的能量为(m1-9m2-m3-m4)c2,选项B错误;半衰期与外界条件无关,选项C错误;Y原子核的质量数90,电荷数为54,则中子数为36个,选项D错误。15.(多选)氢原子光谱如图甲所示,图中给出了谱线对应的波长。玻尔的氢原子能级图如图乙所示。已知普朗克常量h=6.6310-34 Js,则()乙A.H谱线对应光子的能量小于H谱线对应光子的能量B.图甲所示的四种光均属于可见光范畴C.对应光子的能量约为10.2 eVD.H谱线对应的跃迁是从n=3能级到n=2能级答案ABDA选项中H谱线对应光子的波长大于H,因此由=c可知频率更小,再由E=h可知能量更小,A正确。根据这两个关系也可定量计算出H对应光子的能量,即E=h=hc=6.6310-3431084.86110-7(1.610-19) eV=2.56 eV,C错误。可见光的波长范围为400 nm到760 nm,故上述四种光都属于可见光,B正确。根据E=h=hc可知H谱线对应的光子能量为H对应光子的倍,约为1.89 eV,结合能级图可知,从n=3到n=2跃迁时辐射的光子能量为-1.51-(-3.40)eV=1.89 eV,故D选项正确。
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