第十三章 第3讲 原子结构 原子核

第3讲原子结构原子核

1．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子()．A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少

C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少

解析氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，选项A、C、D错误．

答案 B

2．在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图1所示．该装置中探测器接收到的是()．

图1

A．X射线B．α射线C．β射线D．γ射线

解析放射源发出的只有α、β、γ三种射线，故选项A错误．在α、β、γ三种射线中，只有γ射线能穿透钢板，故选项B、C错误，D正确．

答案 D

3．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

4．氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是()

A．氢原子的能量增加

B．氢原子的能量减少

C．氢原子要吸收一定频率的光子

D．氢原子要放出一定频率的光子

解析氢原子的核外电子离原子核越远，氢原子的能量(包括动能和势能)越大．当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，原子的能量减少，氢原子要放出一定频率的光子．显然，选项B、D正确．

答案BD

5．氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m1、m2、m3和m4，如果氘核和氚核结合生成氦核，则下列说法中正确的是()．

A．核反应方程式为21H＋31H→42He＋10n

B．这是一个裂变反应

C．核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3

D．核反应过程中释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2

解析由氘核和氚核的结合以及电荷数、质量数守恒可知选项A正确；该核反应为聚变反应，选项B错误；核反应过程中的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，选项C错误；由爱因斯坦质能方程可知核反应过程中释放的核能ΔE ＝Δmc2，可知选项D正确．

答案AD

6．在花岗岩、大理石等装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法中正确的是()．

A．β射线与γ射线一样都是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱

B．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原

子核

C.23892U衰变成20682Pb要经过6次β衰变和8次α衰变

D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的

解析β射线是电子流，γ射线才是电磁波，选项A错；半衰期的意义只有对大量原子核才成立，选项B错；23892U衰变成20682Pb，质量数减少了32，因此

发生了32

4＝8次α衰变，α衰变8次则核电荷数要减少16，实际核电荷数减

少10，因此发生了16－10＝6次β衰变，C正确；β 衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，D正确．

答案CD

7．氦3与氘的核聚变发电不产生温室气体，不产生放射性物质，是一种十分清洁、安全和环保的能源，开发月壤中蕴藏丰富的氦3资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义．该核反应可表示为32He＋21H→43Li＋X(X表示某种粒子)，若32He、21H和43Li的质量分别为m1、m2、m3，则下列选项正确的是

()．A．X为中子

B．这种核反应在月球上可自发进行

C．高速的X粒子可以用来工业探伤

D．该反应释放的核能ΔE<(m1＋m2－m3)c2

解析由电荷数守恒和质量数守恒可得X为10n，A正确；轻核聚变又称热核反应，必须在高温下进行，不能在月球上自发进行，B错误；能够用来工业探伤的是γ射线，并非高速中子流，C错误；由质能方程可知，该反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m n)c2<(m1＋m2－m3)c2，D正确．

答案AD

8．如图2所示，在氢原子能级图中，氢原子从各个较高能级跃迁至同一较低能级时，会发出一系列光谱线，形成谱线系，分别称为赖曼线系，巴耳末线系，帕邢线系等．在同一谱线系中，下列说法正确的是()．

图2

A．每一跃迁都会释放出一个电子，使原子变为粒子

B．各种跃迁都会释放出不同能量的光子

C．各条谱线具有相同的频率

D．跃迁后原子的能级是相同的

解析由hν＝E m－E n可得，各种不同能级的氢原子从高能级跃迁至低能级，会释放不同能量(不同频率)的光子，A、C错误，B正确；跃迁后原子的能级相同，D正确．

答案BD

9．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是()．A．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子

B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小

C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减少，原子的能量也减少

D．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的看不见的射线

解析原子核发生一次β衰变，该原子核内质子数增加1，原子外层电子数不变，选项A错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为这束光的频率太低，选项B错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道，电子的动能减少，但原子的能量增加，选项C错误；天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的看不见的射线，选项D正确．

答案 D

9．如图3为氢原子能级的示意图，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．关于这些光，下列说法正确的是()

图3

A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的

B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的

C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光

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

解析最容易发生衍射的应是波长最长而频率最小、能量最低的光波，hν＝

h c

λ＝E n－E m，对应跃迁中能级差最小的应为n＝4能级到n＝3能级，故A、

B错误．由C2n可知n＝4能级上的氢原子共可辐射出C24＝6种不同频率的光，故C错误．根据hν＝E2－E1及发生光电效应的条件hν≥W0可知D正确．答案 D

11．(1)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()．

(2)按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量

________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)．

(3)有些核反应过程是吸收能量的．例如，在X＋147N―→17 8 O＋11H中，

核反应吸收的能量Q＝[(m O＋m H)－(m x＋m N)]c2.在该核反应方程中，X表示什么粒子？X粒子以动能E k轰击静止的14 7N核，若E k＝Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由．

解析 (1)根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，可知正确答案为A.

(2)根据玻尔理论可知，氢原子中的电子离核越远，氢原子的能量越大，由12m v 2

＝hν＋E 1可得v ＝ 2(hν＋E 1)m

. (3)根据核反应中的质量数守恒及电荷数守恒可知X 粒子为42He(α粒子)．不能

发生，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．

答案 (1)A (2)越大 2(hν＋E 1)m

(3)42He 不能发生 因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．

12．(1)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k ，下列说法正确的是________．

A ．对于同种金属，E k 与照射光的强度无关

B ．对于同种金属，E k 与照射光的波长成反比

C ．对于同种金属，E k 与光照射的时间成正比

D ．对于同种金属，

E k 与照射光的频率成线性关系

E ．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k 与金属的逸出功成线性关系

(2)一静止的238 92U 核经α衰变成为234 90Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV

.问此衰变后234 90Th 核的动能为多少MeV(保留一位有效数字)?

解析 (1)由E k ＝hν－W 0知E k 与照射光的强度及照射时间无关，与ν成线性

关系，故选项A 、D 正确，C 错误．由E k ＝hc λ－W 0可知E k 与λ不成反比，

故选项B 错误．在hν不变的情况下，E k 与W 0成线性关系，故选项E 正确．

(2)据题意知：此α衰变的衰变方程为：

238 92U →234 90Th ＋42He ，

根据动量守恒定律得：

m αv α＝m Th v Th ， ① 式中，m α和m Th 分别为α粒子和Th 核的质量，v α和v Th 分别为α粒子和Th 核的速度的大小，由题设条件知：

12m αv 2α＋12m Th v 2Th ＝E k ， ②

mα

m Th＝

4

234，③

式中E k＝4.27 MeV是α粒子与Th核的总动能．由①②③式得：

1

2m Th v2Th＝

mα

mα＋m Th

E k，④

代入数据得，衰变后23490Th核的动能：1

2m Th

v2Th＝0.07 MeV.⑤

答案(1)ADE(2)0.07 MeV