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第2章 原子 原子核
【考綱知識梳理】
一、原子的核式結(jié)構(gòu)模型
1、湯姆生的“棗糕”模型
（1）1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識到原子有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，揭開了研究原子的序幕．
(2)“棗糕”模型：原子是一個球體，正電荷均勻分布在整個球內(nèi)，電子像棗糕里的棗子一樣鑲嵌在原子里．
2、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型1909～1911年，英國物理學(xué)家盧琴福和他的助手們進(jìn)行了α粒子散射實驗
(1)實驗裝置如圖所示：
如圖所示，用α粒子轟擊金箔，由于金原子中的帶電微粒對α粒子有庫倉力作用，一些α粒子穿過金箔后改變了運動方向，這種現(xiàn)象叫做α粒子散射.
熒光屏可以沿著圖中虛線轉(zhuǎn)動，用來統(tǒng)計向不同方向散射的粒子數(shù)目.全部設(shè)備裝在真空中.
(2)α粒子散射實驗結(jié)果：
絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn).，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過900，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到1800．
(3)現(xiàn)象解釋：
認(rèn)為原子中的全部正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中到一個很小的核上，由于核很小，大部分α粒子穿過金箔時都離核很遠(yuǎn)，受到的庫侖力很小，它們的運動幾乎不受影響.只有少數(shù)α粒子從原子核附近飛過，明顯受到原子核的庫侖力而發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn).
核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)．
原子核所帶的單位正電荷數(shù)等于核外的電子數(shù)，所以整個原子是呈電中性的．電子繞著核旋轉(zhuǎn)所需的向心力就是核對它的庫侖引力．
[說明] 核式結(jié)構(gòu)模型的實驗基礎(chǔ)是α粒子散射實驗，原子核是多么小，原子內(nèi)部是多么“空”.
從α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)，估計原子核半徑的數(shù)量級為10-14m～10-15m，而原子半徑的數(shù)量級是10-10m.
二、天然放射性現(xiàn)象
1．放射性現(xiàn)象：貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，使人們認(rèn)識到原子核也有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，揭開了人類研究原子核結(jié)構(gòu)的序幕．通過對天然放射現(xiàn)象的研究，人們發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序數(shù)小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它們放射出來的射線共有三種：α射線、β射線、γ射線．
2、三種射線的本質(zhì)和特性比較
①α射線：是氦核( He)流，速度約為光速的十分之一，在空氣中射程幾厘米，貫穿本領(lǐng)小，電離作用強(qiáng).
②β射線：是高速的電子流，速度約為光速十分之幾，穿透本領(lǐng)較大，能穿透幾毫米的鋁板，電離作用較弱.
③γ射線：是高能光子流，波長極短的電磁波，貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，能穿透幾厘米鉛板，電離作用小.
[說明] 放射性元素有的原子核放出α射線，有的放出β射線，多余的能量以γ光子的形式射出.
種 類本 質(zhì)質(zhì) 量（u）電 荷（e）速 度（c）電 離 性貫 穿 性
α射線氦核4+20.1最強(qiáng)最弱，紙能擋住
β射線電子1/1840-10.99較強(qiáng)較強(qiáng)，穿幾mm鋁板
γ射線光子001最弱最強(qiáng)，穿幾cm鉛版
三種射線在勻強(qiáng)磁場、勻強(qiáng)電場、正交電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況比較：
3、原子核的衰變
定義：放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓�稱為衰變.
衰變規(guī)律：電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒.
(1)α衰變的一般方程： → ＋ He?每發(fā)生一次α衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數(shù)減小2，質(zhì)量數(shù)減少4．
α衰變的實質(zhì)：是某元素的原子核同時放出由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的粒子(即氦核)．(核內(nèi) )
(2)β衰變的一般方程： → ＋ e．每發(fā)生一次β衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變．
β衰變的實質(zhì)：是元素的原子核內(nèi)的一個中子變成質(zhì)子時放射出一個電子．(核內(nèi) )， +β衰變：
(3)γ射線是伴隨α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的、γ射線不改變原子核的電行數(shù)和質(zhì)量數(shù)．
γ射線實質(zhì):是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時,產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子．
三、 氫原子能級及氫光譜
1、 氫原子能級
氫原子的能級：原子各個定態(tài)的能量值叫做原子的能級。氫原子的能級公式為 ，對應(yīng)的軌道半徑關(guān)系式為： ，其中n叫量子數(shù)，只能取正整數(shù)。n =1的狀態(tài)稱為基態(tài)，氫原子基態(tài)的能量值 。量子數(shù)n越大，動能越小，勢能越大，總能量越大。
（1）能級公式： ；該能量包括電子繞核運動的動能和電子與原子核組成的系統(tǒng)的電勢能。
（2）半徑公式：
2、 氫光譜
在氫光譜中，n=2，3，4，5，……向n=1躍遷發(fā)光形成賴曼線系；n=3，4，5，6向n=2躍進(jìn)遷發(fā)光形成馬爾末線系；n=4，5，6，7……向n=3躍遷發(fā)光形成帕邢線系；n=5，6，7，8……向n=4躍遷發(fā)光形成布喇開線系，其中只有馬爾末線的前4條譜線落在可見光區(qū)域內(nèi)。
3、光子的吸收與發(fā)射
原子從一種定態(tài)（能量為 ），躍遷到另一種定態(tài)（能量為 ），它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能級差決定：即 。若 ，則輻射光子；若 ，則吸收光子。
能級躍遷：
使原子發(fā)生躍遷時，入射的若是光子，光子的能量必須恰好等于兩定態(tài)能級差；若入射的是電子，電子的能量須大于或等于兩個定態(tài)的能級差。
電離：
不論是光子還是電子使元子電離，只要光子或電子的能量大于兩能級差就可以使其電離。
四、 重核的裂變與輕核的聚變
1．重核的裂變（原子彈、核電站的原理）
①所謂重核即為質(zhì)量數(shù)很大的原子核．裂變方程式例舉：
②重核俘獲一個中子后分裂為兩個或幾個中等質(zhì)量數(shù)的原子核的反應(yīng)過程叫重核的裂變。在裂變的同時，還會放出幾個中子和大量能量．
鈾235裂變時，同時放出2?3個中子，如果這些中子再引起其他鈾235核裂變，就可使裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去，釋放越來越多的能量，這種反應(yīng)叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（原子彈的原理）．核反應(yīng)堆是人類對核裂變能的利用。
鈾235核能夠發(fā)生接式反應(yīng)的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)條件：①純鈾235；②達(dá)到臨界體積
③核反應(yīng)堆的構(gòu)造：
A.核燃料??用鈾棒(含 3%-4%的濃縮鈾) B．減速劑??用石墨、重水或普通水( 只吸收慢中子)
C．控制棒??用鎘做成(鎘吸收中子的能力很強(qiáng)) D．冷卻劑??用水或液態(tài)鈉(把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳遞出去)
E．建很厚的水泥防護(hù)層屏蔽射線，還要考慮核廢料的處理。
2．輕核的聚變（原子彈的原理） 優(yōu)點：產(chǎn)能效率高，燃料的儲量豐富，安全清潔，廢料少易處理。
①所謂輕核是指質(zhì)量數(shù)很小的原子核，如氫核、氘核等．
②某些輕核結(jié)合成質(zhì)量數(shù)較大的原子核的反應(yīng)過程叫做輕核的聚變，同時放出大量的能量．方程： H＋ H→ He＋ n
輕核聚變條件：只能發(fā)生在超高溫(需要幾百萬度高溫)條件下，故輕核聚變也叫做熱核反應(yīng)．
【要點名師透析】
類型一 原子的結(jié)構(gòu)與α粒子散射實驗
【例1】在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是（ ）
A．原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上
B．正電荷在原子中是均勻分布的
C、原子中存在著帶負(fù)電的電子
D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中
解析：α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)．并且有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過了900，有的甚至被反彈回去，偏轉(zhuǎn)角達(dá)到l800，這說明了這些α粒子受到很大的庫侖力，施力體應(yīng)是體積甚小的帶電實體。根據(jù)碰撞知識，我們知道只有質(zhì)量非常小的輕球與質(zhì)量非常大的物體發(fā)生碰撞時，較小的球才被彈回去，這說明被反彈回去的α粒子碰上了質(zhì)量比它大得多的物質(zhì)實體，即集中了全部質(zhì)量和正電荷的原子核．答案：A
類型二 能級躍遷與光纖譜線
【例2】（09?全國卷Ⅱ?18）氫原子的部分能級如圖所示。已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間。由此可推知, 氫原子 （ AD ）
A. 從高能級向n=1能級躍遷時了出的光的波長比可見光的短
B. 從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光
C. 從高能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高
D. 從n=3能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光
解析：本題考查玻爾的原理理論. 從高能級向n=1的能級躍遷的過程中輻射出的最小光子能量為9.20ev,不在1.62eV到3.11eV之間,A正確.已知可見光子能量在1.62eV到3.11eV之間從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光的能量 3.40ev，B錯. 從高能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率只有能量大于3.11ev的光的頻率才比可見光高,C錯.從n=3到n=2的過程中釋放的光的能量等于1.89ev介于1.62到3.11之間,所以是可見光D對。
類型三 核能的計算
【例3】（09?山東物理?38） (1)歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動能為0.5MeV的質(zhì)子 H轟擊靜止的X，生成兩個動能均為8.9MeV的 He.（1MeV=1.6×-13J）
①上述核反應(yīng)方程為___________。
②質(zhì)量虧損為_______________kg。
解析：（1） 或 ， 。
考點：原子核
【感悟高考真題】
1．（2010?重慶?1９）氫原子分能級示意圖如題19所示，不同色光的光子能量如下表所示。
色光赤橙黃綠藍(lán)?靛紫
光子能量范圍（eV）1.61~2.002.00~2.072.07~2.142.14~2.532.53~2.762.76~3.10
處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為
1.紅、藍(lán)靛
2.黃、綠
3.紅、紫
4.藍(lán)靛、紫
【答案】A
【解析】如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第二能級，能夠發(fā)出10.2 eV的光子，不屬于可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第三能級，能夠發(fā)出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三種光子，只有1.89 eV屬于可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第四能級，能夠發(fā)出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六種光子，1.89 eV和2.55 eV屬于可見光，1.89 eV的光子為紅光，2.55 eV的光子為藍(lán)?靛，A正確。
2.（2010?全國卷Ⅰ?14）原子核 經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵�子�?，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵�子�?，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵�子�?。放射性衰變 ①、②和③依次為
A．α衰變、β衰變和β衰變 B．β衰變、β衰變和α衰變
C．β衰變、α衰變和β衰變 D．α衰變、β衰變和α衰變
【答案】A
【解析】 ,質(zhì)量數(shù)少4,電荷數(shù)少2,說明①為α衰變. ,質(zhì)子數(shù)加1,說明②為β衰變,中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子. ,質(zhì)子數(shù)加1,說明③為β衰變,中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子.
【命題意圖與考點定位】主要考查根據(jù)原子核的衰變反應(yīng)方程，應(yīng)用質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)的守恒分析解決。
3. （2010?天津?2）下列關(guān)于原子和原子核的說法正確的是
A．β衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分
B．波爾理論的假設(shè)之一是原子能量的量子化
C．放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短
D．比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固
答案：B
4.（2010?天津?8）用同一光管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖。則這兩種光
A照射該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大
B.從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大
C.通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大
D.通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大
答案：BC
5. （2010?全國卷Ⅱ?14）原子核 與氘核 反應(yīng)生成一個α粒子和一個質(zhì)子。由此可知
A．A=2，Z=1 B. A=2，Z=2 C. A=3，Z=3 D. A=3，Z=2
【答案】D
【解析】 ，應(yīng)用質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)的守恒 ，解得 ，答案D。
【命題意圖與考點定位】主要考查根據(jù)原子核的聚變反應(yīng)方程，應(yīng)用質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)的守恒分析解決。
6．（2010?北京?15）太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質(zhì)量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026 J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近
A.1036 kgB.1018 kgC.1013 kgD.109 kg
【答案】 D
【解析】根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程， kg，D正確
7．（2010?上海物理?1）盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這一模型建立的基礎(chǔ)是
（A） 粒子的散射實驗 （B）對陰極射線的研究
（C） 天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) （D）質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)
答案：A
解析：盧瑟福根據(jù)α粒子的散射實驗結(jié)果，提出了院子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子核聚集了院子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，電子在核外繞核運轉(zhuǎn)。
本題考查原子的核式結(jié)構(gòu)的建立。
8. （2010?上海物理?4）現(xiàn)已建成的核電站的能量來自于
（A）天然放射性元素衰變放出的能量 （B）人工放射性同位素放出的的能量
（C）重核裂變放出的能量 （D）化學(xué)反應(yīng)放出的能量
【解析】C
本題考查原子核反應(yīng)。難度：易。
9. （2010?上海物理?4）某放射性元素經(jīng)過11.4天有 的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為
（A）11.4天 （B）7.6天 （C）5. 7天 （D）3.8天
答案：D
解析：根據(jù) ， ，因為t=11.4day，所以 =3.8day，選D。
本題考查原子核半衰期的計算。
難度：中等。
10．（2010?福建?29（1）） 測年法是利用 衰變規(guī)律對古生物進(jìn)行年代測定的方法。若以橫坐標(biāo)t表示時間，縱坐標(biāo)m表示任意時刻 的質(zhì)量， 為t＝0時 的質(zhì)量。下面四幅圖中能正確反映 衰變規(guī)律的是 。（填選項前的字母）
答案：C
11．（2010?江蘇物理?12(C)）(1)研究光電效應(yīng)電路如圖所示，用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K），鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。下列光電流I與A\K之間的電壓 的關(guān)系圖象中，正確的是 .
（2）鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子。光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小___▲____(選填“增大、“減小”或“不變”)， 原因是___▲____。
（3）已知氫原子處在第一、第二激發(fā)態(tài)的能級分別為-3.4eV和-1.51eV， 金屬鈉的截止頻率為 Hz, 普朗克常量h= J s.請通過計算判斷，氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬鈉板， 能否發(fā)生光電效應(yīng)。
答案：
12. （2010?新課標(biāo)?34(1)）用頻率為 的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為 的三條譜線，且 ，則_______.(填入正確選項前的字母)
A、 B、 C、 D、
答案：B
解析：大量氫原子躍遷時只有三個頻率的光譜，這說明是從n=3能級向低能級躍遷，根據(jù)能量守恒有， ，解得： ，選項B正確
13．（2010?海南物理?19）(1)能量為 的光子照射基態(tài)氫原子，剛好可使該原子中的電子成為自由電子．這一能 稱為氫的電離能．現(xiàn)用一頻率為 的光子從基態(tài)氫原子中擊出了一電子，該電子在遠(yuǎn)離核以后速度的大小為_______________（用光子頻率 、電子質(zhì)量 、氫原子的電離能 和普朗克常量 表示）。
【答案】
【解析】由能量守恒得 ，解得電子速度為 。
(2) 在核反應(yīng)堆中，常用減速劑使快中子減速．假設(shè)減速劑的原子核質(zhì)量是中子的 倍．中子與原子核的每次碰撞都可看成是彈性正碰．設(shè)每次碰撞前原子核可認(rèn)為是靜止的，求 次碰撞后中子速率與原速率之比．
【答案】
【解析】設(shè)中子和作減速劑的物質(zhì)的原子核A的質(zhì)量分別為 和 ，碰撞后速度分別為 和 ，碰撞前后的總動量和總能量守恒，有
①
②
式中 為碰撞前中子速度，由題設(shè)
③
由①②③式得，經(jīng)1次碰撞后中子速率與原速率之比為
④
經(jīng)N次碰撞后，中子速率與原速率之比為
⑤
【考點模擬演練】
1．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的32He(氦3)．它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂�，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為32He＋32He?→211H＋42He.關(guān)于32He聚變下列表述正確的是
(　　)
A．聚變反應(yīng)不會釋放能量
B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核
C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損
D．目前核電站都采用32He聚變反應(yīng)發(fā)電
【答案】B
【詳解】輕核聚變而生成質(zhì)量較大(中等)的新核．故B正確．
2.仔細(xì)觀察氫原子的光譜,發(fā)現(xiàn)它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線,其原因是( )
A.氫原子只有幾個能級
B.氫原子只能發(fā)出平行光
C.氫原子有時發(fā)光,有時不發(fā)光
D.氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的,所以對應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的
【答案】選D.
【詳解】光譜中的亮線對應(yīng)不同頻率的光,“分離的不連續(xù)的亮線”對應(yīng)著不同頻率的光,B、C錯.氫原子在不同的能級之間躍遷時,輻射不同能量的光子,并且滿足E=hν.能量不同,相應(yīng)光子頻率不同,體現(xiàn)在光譜上是一些不連續(xù)的亮線,A錯誤D正確.
3.盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實驗,獲得了重要發(fā)現(xiàn):關(guān)于α粒子散射實驗的結(jié)果,下列說法正確的是( )
A.證明了質(zhì)子的存在
B.證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的
C.證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里
D.說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動
【答案】選C.
【詳解】α粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核.數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測核內(nèi)存在中子,所以C對,A、B錯.玻爾發(fā)現(xiàn)了電子軌道量子化,D錯.
4.下列關(guān)于放射性現(xiàn)象的說法中,正確的是( )
A.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了4
B.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與α粒子的總質(zhì)量等于原來的原子核的質(zhì)量
C.原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質(zhì)量數(shù)比原來的原子核的質(zhì)量數(shù)多1
D.單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的
【答案】選D.
【詳解】原子核發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了2,A錯誤;生成核與α粒子的總質(zhì)量小于原來的原子核的質(zhì)量,B錯誤;原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質(zhì)量數(shù)與原來的原子核的質(zhì)量數(shù)相同,C錯誤;放射性元素的半衰期由原子核的內(nèi)部因素決定,跟元素的化學(xué)狀態(tài)無關(guān),所以單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的,D正確.
5．(2011?河北石家莊三月)正電子發(fā)射型計算機(jī)斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素15 8O注入人體，15 8O在人體內(nèi)衰變放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇湮滅轉(zhuǎn)化為一對γ光子，被探測器采集后，經(jīng)計算機(jī)處理生成清晰圖像．則根據(jù)PET原理判斷下列表述正確的是 (　　)
A.15 8O在人體內(nèi)衰變方程是15 8O→15 7N＋01e
B．正、負(fù)電子湮滅方程是01e＋0－1e→2γ
C．在PET中，15 8O主要用途是作為示蹤原子
D．在PET中，15 8O主要用途是參與人體的新陳代謝
【答案】ABC
【詳解】由題意知A、B正確，顯像的原理是采集γ光子，即注入人體內(nèi)的15 8O衰變放出正電子和人體內(nèi)的負(fù)電子湮滅轉(zhuǎn)化為γ光子，因此15 8O主要用途是作為示蹤原子，故C對，D錯．
6．光電效應(yīng)的實驗結(jié)論是：對于某種金屬
(　　)
A．無論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)
B．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng)
C．超過極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小
D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大
【答案】AD
【詳解】根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知A正確，B、C錯誤．根據(jù)光電效應(yīng)方程12mv2m＝hν－W，頻率ν越高，初動能就越大，D正確．
7．裂變反應(yīng)是目前核能利用中常見的反應(yīng)．以原子核 為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng) 俘獲一個慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為：
235 92U�。�　10n　→　139 54Xe�。�　9438Sr＋3X
235．0432　1.0087　138.9178　93.9154
反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子核的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位 u 為單位，取1 u 的質(zhì)量對應(yīng)的能量為9.3×102 MeV，此裂變反應(yīng)中
(　　)
A．釋放出的能量是30×102 MeV，X是中子
B．釋放出的能量是30 MeV，X是質(zhì)子
C．釋放出的能量是1.8×102 MeV，X是中子
D．釋放出的能量是1.8×102 MeV，X是質(zhì)子
【答案】C
【結(jié)束】據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判斷X是中子．Δm＝(235.0432＋1.0087－138.9178－93.9154－3×1.0087) u＝0.1926 u，可見該反應(yīng)釋放能量，釋放的能量ΔE＝0.1926×9.3×102 MeV＝1.8×102 MeV.故C正確．
8.(1)氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時,下列說法中正確的是( )
A.氫原子的能量增加
B.氫原子的能量減少
C.氫原子要吸收一定頻率的光子
D.氫原子要放出一定頻率的光子
(2)在氫原子光譜中，電子從較高能級躍遷到n=2能級發(fā)出的譜線屬于巴耳末線系，若一群氫原子自發(fā)躍遷時發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，則這群氫原子自發(fā)躍遷時最多發(fā)出_____條不同頻率的譜線.
【答案】(1)B、D (2)6
【詳解】(1)選B、D.氫原子的核外電子離原子核越遠(yuǎn),氫原子的能量(包括動能和勢能)越大.當(dāng)氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時,原子的能量減少,氫原子要放出一定頻率的光子.顯然,選項B、D正確.
(2)氫原子發(fā)出的光譜線中有2條屬于巴耳末線系，說明電子是從n=4能級向低能級躍遷的，因此可發(fā)出的譜線條數(shù)為 (條).
9．(2010年濟(jì)寧模擬)根據(jù)巴耳末公式，指出氫原子光譜在可見光范圍內(nèi)波長最長的兩條譜線所對應(yīng)的n，它們的波長各是多少？氫原子光譜有什么特點？
【答案】6.5×10－7 m　4.8×10－7 m　不連續(xù)的線狀譜
【詳解】根據(jù)巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)，得
當(dāng)n＝3,4時氫原子發(fā)光所對應(yīng)的波長最長
當(dāng)n＝3時有1λ1＝1.10×107×(122－132)
解得λ1＝6.5×10－7m
當(dāng)n＝4時有1λ2＝1.10×107×(122－142)
解得λ2＝4.8×10－7 m.
除巴耳末系外，在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都是滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式，即1λ＝R(1a2－1n2)．其中a分別為1,3,4，…對應(yīng)不同的線系，由此可知氫原子光譜是由一系列線系組成的不連續(xù)的線狀譜．
10．原子可以從原子間的碰撞中獲得能量，從而發(fā)生能級躍遷(在碰撞中，動能損失最大的是完全非彈性碰撞)．一個具有13.6 eV動能、處于基態(tài)的氫原子與另一個靜止的、也處于基態(tài)的氫原子發(fā)生對心正碰．
(1)是否可以使基態(tài)氫原子發(fā)生能級躍遷(氫原子能級如圖11所示)?
(2)若上述碰撞中可以使基態(tài)氫原子發(fā)生電離，則氫原子的初動能至少為多少？
【答案】(1)不能　(2)27.2 eV
【詳解】(1)設(shè)運動氫原子的速度為v0，完全非彈性碰撞后兩者的速度為v，損失的動能ΔE被基態(tài)氫原子吸收．若ΔE＝10.2 eV，則基態(tài)氫原子可由n＝1躍遷到n＝2.由動量守恒和能量守恒有：
mv0＝2mv①
12mv20＝12mv2＋12mv2＋ΔE②
12mv20＝Ek③
Ek＝13.6 eV④
解①②③④得，ΔE＝12?12mv20＝6.8 eV
因為ΔE＝6.8 eV<10.2 eV.
所以不能使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷．
(2)若使基態(tài)氫原子電離，則ΔE＝13.6 eV，代入①②③得Ek＝27.2 eV.


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