高考物理大一轮复习配套检测：第十四章 选修3-5 第3讲 原子与原子核 氢原子光谱 Word版含答案

第3讲 原子与原子核 氢原子光谱

一、选择题

1. 如图所示为卢瑟福做α粒子散射实验装置的示意图,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,下列关于观察到的现象的说法中,正确的是 ( )

A. 放在A位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数最多

B. 放在B位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数和A位置时一样多 C. 放在C、D位置时,屏上观察不到闪光

D. 放在D位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少

2.(2016·南京、盐城一模)如图所示,某原子的三个能级的能量分别为E1、E2和E3.a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光,下列说法中正确的是 ( ) A. E1>E2>E3

B. (E3-E2)>(E2-E1) C. b光的波长最长 D. c光的频率最高

3. 放射性元素Rn经α衰变变成钋Po,半衰期约为3.8天;但勘测表明,经过漫长的地质年代后,目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素Rn的矿石,其原因是 ( ) A. 目前地壳中的Rn主要来自于其他放射性元素的衰变 B. 在地球形成初期,地壳中的元素Rn的含量足够多

C. 当衰变产物Po积累到一定量以后Po的增加会减慢Rn的衰变进程 D. Rn主要存在于地球深处的矿石中,温度和压力改变了它的半衰期

4. (2016·常州一模)下列说法中正确的是 ( )

A. 某放射性原子核经两次α衰变和一次β衰变,核内质子数减少3个 B. 玻尔理论可以成功解释氢原子的光谱现象

C. 氢原子的核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道时,原子的能量增大 D. 放射性元素发生β衰变,新核的化学性质不变 5. 下列说法中正确的是 ( )

A. γ射线是原子受激发后向低能级跃迁时放出的 B. 在稳定的重原子核中,质子数比中子数多

C. 核反应过程中如果核子的平均质量减小,则要吸收核能

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D. 诊断甲状腺疾病时,注入放射性同位素碘131作为示踪原子

6. (2016·扬州一模)关于原子和原子核,下列说法中正确的有 ( )

A. α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B. 原子核外电子吸收能量脱离原子核束缚形成β射线 C. 两个质子与两个中子的质量之和等于He原子核的质量 D. 氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 7. 关于原子核的结合能,下列说法中正确的是 ( )

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. 比结合能越大,原子核越不稳定

D. 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

8. (2014·金陵中学)如图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不同频率的光.下列说法中正确的是 ( )

A. 这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光 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能级的过程中,原子的能量在增加

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 二、 填空题 9.

一个铀核U)放出一个α粒子后衰变成钍核Th),其衰变方程为 ;已知静止的铀核、钍核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3,真空中的光速为c,上述衰变过程中释放出的核能为 . 10. (2015·泰州二模)氢原子的能级如图所示,原子从能级 n=4向n=2跃迁所放出的光子正好使某种金属材料产生光电效应,该金属的逸出功是 eV.从能级n=4向n=1 跃迁所放出的光子照射该金属,所产生光电子的最大初动能是 eV.

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11. (2016·南京三模)根据玻尔理论,某种原子处于激发态的能量与轨道量子数n的关系为En=E1(E1表示处于基态原子的能量,具体数值未知).一群处于n=4能级的原子,向低能级跃迁时发出几种光,其中只有两种频率的光能使极限波长为λ0的某种金属发生光电效应,这两种光的频率中较低的为ν.用频率为ν的光照射该金属产生的光电子的最大初动能为 ;该原子处于基态的原子能量E1为 .已知普朗克常量为h,真空中的光速为c.

12. 轻核聚变比重核裂变能够释放更多的能量,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H)和一个氚核H)聚变成一个新核并放出一个中子n). (1) 完成上述核聚变方程HH→ n.

(2) 已知上述核聚变中质量亏损为Δm,真空中光速为c,则该核反应中所释放的能量为 . 三、 计算题

13. (2016·苏锡常镇二模Co发生一次β衰变后变为Ni核,在该衰变过程中还发出频率为ν1和ν2的两个光子,试写出衰变方程式,并求出该核反应因释放光子而造成的质量亏损.

14. 某些建筑材料可产生放射性气体氡,氡可以发生α或β衰变,如果人长期生活在氡浓度过高的环境中,那么,氡经过人的呼吸道沉积在肺部,并大量放出射线,从而危害人体健康.原来静止的质量为M的氡核Rn)发生一次α衰变生成新核钋(Po).已知衰变后的α粒子的质量为m、电荷量为q、速度为v,并假设衰变过程中释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能.(注:涉及动量问题时,亏损的质量可忽略不计)

(1) 写出衰变方程.

(2) 求出衰变过程中的质量亏损.

第3讲 原子与原子核 氢原子光谱

1. AD 【解析】 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来的方向前进,少数α粒子发生了较大偏转,极少数α粒子被反弹回来.因此,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,在相同时间内观察到屏上的闪光次数分别为绝大多数、少数、少数、极少数,故A、D正确.

2. D 【解析】 能级越高,能量越大,A项错误;第1、2能级间的能级差大于第2、3能级间的

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能级差,B项错误;根据ΔE=hν=h得出能级差越小,波长越长,C项错误;能级差越大,频率越高,D项正确.

3. A 【解析】 因为放射性元素Rn的半衰期比较短,目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素Rn的矿石,主要来自其他放射性元素的衰变.故A正确,B错误;半衰期的大小与温度、压力无关,由原子核内部因素决定,故C、D错误.

4. AB 【解析】 一次α衰变,质子数减少两个,一次β衰变,质子数增加一个,A项正确;玻尔理论可以解释氢及类氢原子的光谱现象,B项正确;核外电子从高轨道向低轨道跃迁,释放光子,原子的能量变小,C项错误;衰变属于原子核内的反应,与核外电子无关,新核的化学性质不变,D项错误.

5. D 【解析】 γ射线是原子核受激发后向低能级跃迁时放出的,A项错误;在稳定的重原子核中,中子数比质子数多,B项错误;核反应中核子的平均质量减小,说明有质量亏损,则要释放核能,C项错误.

6. AD 【解析】 α粒子散射实验说明了核式结构模型,A项正确;原子核受激发才会产生β射线,B项错误;两个质子和两个中子结合成原子核有质量亏损,C项错误;氢原子跃迁时发出光子的能量只能是能级的差值,D项正确.

7. AB 【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,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,B正确;比结合能越大的原子核越稳定,C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,D错误.

8. AD 【解析】 大量的氢原子处于n=4的激发态向低能级跃迁时能辐射出=6种不同频率的光,故A正确;由跃迁假设hν=Em-En知n=4能级跃迁到n=3能级产生的光频率最小,故B错误;n=4能级跃迁到n=1能级过程原子能量在减少,故C错误;n=2能级跃迁到n=1能级辐射光子的能量为10.2eV,能使逸出功为6.34eV的金属铂发生光电效应,故D正确. 9. UThHe (m1-m2-m3)c2

【解析】 根据质量数和电荷数守恒写衰变方程,注意用箭头联系反应前后.根据质能方程有ΔE=Δm·c2=(m1-m2-m3)c2,由于衰变前质量大于衰变后的质量,故不能写成(m2+m3-m1)c2. 10. 2.55 10.2 【解析】 原子从第4能级跃迁到第2能级,辐射光子的能量为E4-E2=2.55 eV,则金属的逸出功W0=2.55 eV.原子从第4能级跃迁到第1能级,辐射光子的能量为E4-E1=12.75 eV,根据光电效应方程得出光电子的最大初动能Ek=hν-W0=12.75 eV-2.55 eV=10.2 eV. 11. hν-h -

【解析】 根据光电效应方程有Ek=hν-W0=hν-h;处于第4能级的原子向基态跃迁时发出4种光,其中从第4能级和第3能级的原子向基态跃迁发出光子的能量大于另外两种光子,这两种中频率较低的光是从第3能级向基态跃迁的,对应光子的能量为-E1=-=hν,得出E1=-.

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12. (1) He (2) Δmc2

【解析】 (1) 根据电荷数和质量数守恒得,该原子核的电荷数为2,质量数为4,为氦核,即He.(2) 根据爱因斯坦质能方程知,核反应释放的核能ΔE=Δmc2. 13. 衰变方程两边质量数和电荷数要守恒,有CoeNi, 根据质能方程有ΔE=Δmc2,可得出Δm==. 14. (1) RnPoHe (2)

【解析】 设新核钋的速度为v',由动量守恒定律mv=(M-m)v',得v'=v. 衰变过程中释放的核能为ΔE=mv2+(M-m)v'2. 由爱因斯坦质能方程,得ΔE=Δmc2, 解得Δm=. 5