作业本选修3-5-第3讲-原子结构-原子核.doc

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第3讲　原子结构　原子核

A　对点训练——练熟基础知识
　氢原子能级及能级跃迁
1．如图3－4所示为氢原子能级示意图，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种不同频率的光，下列说法正确的是 (　　)．
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
图3－4
B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易发生衍射现象
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
解析　由原子跃迁、光电效应的规律分析．这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出6种光子，A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不容易发生衍射现象，C错误；由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV，所以能使金属铂发生光电效应，D正确．
答案　D
2．(2013·江苏苏北四市二模，12C(2))如图3－5所示为氢原子的能级图．用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有________种，其中最短波长为________m(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)．
图3－5
解析　－13.6 eV＋13.06 eV＝－0.54 eV，可见在该光照射下，可以把基态的电子激发到第5能级，而处于第5能级的电子是不稳定的，会自发地向低能级跃迁会辐射不同的波长的光有C＝10种，其中从第5能级直接跃到第一能级的光波长最短．λ＝＝9.5×10－8m
答案　10　9.5×10－8
图3－6
3．已知可见光光子的能量范围约为1.62～3.11 eV，而氢原子的能级图如图3－6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n＝3的能级跃迁时，发出的光具有显著的________效应；大量处于n＝4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，而吸收1.51 eV以上的能量就可以使氢原子电离，n＝3；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2能级的能量为1.89 eV的光子．
答案　3　热　2
　原子核衰变及半衰期
4．居室装修中经常用到的花岗岩都不同程度地含有放射性元素(含铀、钍等)，会释放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道疾病．根据有关放射性知识判断下列说法中正确的是 (　　)．
A．α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4个
B．β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数减少了1个
C．γ射线是发生γ衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了1个
D．在α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强、电离能力最弱
解析　α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2个，A错；β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数不变，中子数减少了1个，B错；γ射线是伴随着α、β衰变产生的，穿透能力最强，电离能力最弱，C错、D正确．
答案　D
5．(2013·广东理综，17)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是U＋n→Ba＋Kr＋3n.下列说法正确的有 (　　)．
A．上述裂变反应中伴随着中子放出
B．铀块体积对链式反应的发生无影响
C．铀核的链式反应可人工控制
D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响
解析　n表示中子，反应式中有n放出，A项正确．当铀块体积小于临界体积时链式反应不会发生，B项错误．铀核的核反应中释放出的快中子被减速剂减速后变为慢中子，而慢中子会被铀核吸收发生链式反应，减速剂可由人工控制，C项正确．铀核的半衰期只由自身决定，而与其他外部因素无关，D项错误．
答案　AC
　核反应方程及核反应类型的判断
6．在下列4个核反应方程中，X表示α粒子的是 (　　)．
A.P→Si＋X B.U→Th＋X
C.Al＋X→Mg＋H D.Al＋X→P＋n
解析　根据质量数守恒和电荷数守恒可知，四个选项中的X分别代表：e、
He、n、He，选项B、D正确．
答案　BD
7．2012年11月23日上午，舰载机歼­15在我国首艘航母“辽宁舰”上成功起降．可控核反应堆是驱动航空母舰的理想设备，其工作原理是利用重核裂变反应释放出大量核能获得动力.U＋n→Ba＋Kr＋yX是若干核反应中的一种，其中n为中子，X为待求粒子，y为X的个数，则X是____________(选填“质子”、“中子”或“电子”)，y＝________．

解析　由反应前后的质量数和电荷数守恒可知X的质子数为零，所以X为中子，y＝3.
答案　中子　3
8．[2013·课标Ⅰ，35(1)]一质子束入射到静止靶核Al上，产生如下核反应：p＋Al―→X＋n
式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为________，中子数为________．
解析　p代表质子，符号为H，n代表中子，符号为n，根据核反应中的双守恒可知，H＋Al→Si＋n，则新核X的质子数为14，中子数为27－14＝13.
答案　14　13
9．(2013·江苏苏、锡、常、镇二模)核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池，就可以让手机不充电使用5 000年．燃料中钚(Pu)是一种人造同位素，可通过下列反应合成：①用氘核(D)轰击铀(U)生成镎(238Np)和两个相同的粒子X，核反应方程是U＋D→Np＋2X；②镎(238Np)放出一个粒子Y后转变成钚(Pu)，核反应方程是Np→Pu＋Y.则X粒子的符号为________；Y粒子的符号为________．

图3－7
解析　由质量数和电荷数守恒推知：X粒子为n，Y粒子为e.
答案　n　e
　质量亏损及核能的计算
10．[2013·课标Ⅱ，35(1)]关于原子核的结合能，下列说法正确的是________．
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
解析　由原子核的结合能定义可知，原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合能，选项A正确；重原子核的核子平均质量大于轻原子核的平均质量，因此原子核衰变产物的结合能之和一定大于衰变前的结合能，选项B正确；铯原子核的核子数少，因此其结合能小，选项C正确；比结合能越大的原子核越稳定，选项D错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项E错误．
答案　ABC
11．当前，发电站温室气体排放问题引起了越来越多的关注，相比煤炭等传统能源，核电能够大幅降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉尘等物质的排放，已成为世界快速发展的电力工业．经广大科技工作者的不懈努力，我国的核电技术已进入世界的先进行列，世界各地现在正在兴建的核电反应堆达到57座，我国以20座名列第一．核电站的最核心部分是核反应堆，核反应堆中的燃料U产生裂变，在短时间内释放出大量的核能可供人类利用．核反应堆中的镉棒起________作用，核反应方程应为U＋________→Kr＋Ba＋
3n.若其质量分别为mU＝390.313 9×10－27 kg，mn＝1.674 9×10－27 kg，mBa＝234.001 6×10－27 kg，mKr＝152.604 7×10－27 kg，核反应中释放的能量为
ΔE＝________ J.
解析　控制中子数可以控制反应速度；Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.357 8×10－27 kg，ΔE＝Δmc2＝3.22×10－11 J.
答案　吸收中子控制核反应速度　n　3.22×10－11
12．[2013·山东泰安质检，35(1)]氘核H和氚核H结合成氦核He的核反应方程如下：
H＋H―→He＋n＋17.6 MeV
①这个核反应称为________．
②要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV是核反应中________(选填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(选填“增加”或“减少”)了________kg.
解析　H＋H→He＋n＋17.6 MeV为轻核聚变反应，17.6 MeV是反应中放出的能量，再由ΔE＝Δmc2可知，质量减少Δm＝＝3.1×10－29kg.
答案　①聚变　②放出　减少　3.1×10－29B　
深化训练——提高能力技巧
13．室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡．氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中．氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉．氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是除吸烟外导致肺癌的第二大因素．静止的氡核Rn放出某种粒子X后变成钋核Po，粒子X的动能为Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能．试回答以下问题：
(1)写出上述衰变的核反应方程(请用物理学上规定的符号表示粒子X)；
(2)求钋核的动能Ek2.
解析　(1)题述衰变的核反应方程为Rn→Po＋He.　
(2)设粒子X的质量为m1、速度为v1，钋核的质量为m2、速度为v2，根据动量守恒定律有0＝m1v1－m2v2，所以钋核的动能Ek2＝＝×＝.
答案　(1)Rn→Po＋He　(2)
14．一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)．已知原子质量单位1 u＝1.67×10－27kg，1 u相当于931 MeV.
(1)写出核衰变反应方程；
(2)求该核衰变反应中释放出的核能；
(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？
解析　(1)U→Th＋He.
(2)该核衰变反应的质量亏损Δm＝0.005 9 u
释放的核能ΔE＝0.005 9×931 MeV＝5.49 MeV.
(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即pTh＝pα
动量和动能的关系：p＝2mThEkTh，p＝2mαEkα
并且，EkTh＋Ekα＝ΔE
所以钍核获得的动能：EkTh＝×ΔE＝0.09 MeV.
答案　(1)U→Th＋He
(2)5.49 MeV　(3)0.09 MeV

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