- 原子与原子核的结构
- 共532题
原子可以从原子间的碰撞中获得能量,从而发生能级跃迁(在碰撞中,动能损失最大的是完全非弹性碰撞).一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰.
(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图11所示)?
(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离,则氢原子的初动能至少为多少?
正确答案
(1)不能 (2)27.2 eV
(1)设运动氢原子的速度为v0,完全非弹性碰撞后两者的速度为v,损失的动能ΔE被基态氢原子吸收.若ΔE=10.2 eV,则基态氢原子可由n=1跃迁到n=2.由动量守恒和能量守恒有:
mv0=2mv①
mv
=
mv2+
mv2+ΔE②
mv
=Ek③
Ek=13.6 eV④
解①②③④得,ΔE=·
mv
=6.8 eV
因为ΔE=6.8 eV<10.2 eV.
所以不能使基态氢原子发生跃迁.
(2)若使基态氢原子电离,则ΔE=13.6 eV,代入①②③得Ek=27.2 eV.
(选修模块3-5)(15分)
(1)关于原子结构和原子核,下列说法中正确的是
(2)一个质量为m0静止的ω介子衰变为三个静止质量都是m的π介子,它们在同一平面内运动,彼此运动方向的夹角为120°,光在真空中的传播速度为c,则每个π介子的动能为 .
(3)如图所示,光滑水平面上A、B两小车质量都是M,A车头站立一质量为m的人,两车在同一直线上相向运动.为避免两车相撞,人从A车跃到B车上,最终A车停止运动,B车获得反向速度v0,试求:
①两小车和人组成的系统的初动量大小;
②为避免两车相撞,且要求人跳跃速度尽量小,则人跳上B车后,A车的速度多大?
正确答案
(1)AD
(2)
(3)①
②
(1)C选项:原子的核式结构模型很好地解释了α粒子散射实验
(2)由爱因斯坦的质能方程
由能量守恒定律,放出的能量转化为三个π介子的动能,所以一个π介子分得总动能的为
(3)①由动量守恒定律可知,系统的初动量大小
…………(2分)
②为避免两车恰好不会发生碰撞,最终两车和人具有相同速度(设为v),则
…………(3分)
解得 …………(2分)
现在,科学家们正在设法探寻“反物质”。所谓“反物质”,是由“反粒子”构成的,“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相等的电荷量,但电荷的符号相反。据此,若有反α粒子,它的质量数为_____________,电荷数为_____________。
正确答案
4,-2
(8分)选修模块3-5
(1)下列说法中正确的是
(2)现有一群处于n=4的能级的氢原子向低能级跃迁,能辐射出 种的不同频率的光子。
(3)自由的中子的质量为m1,自由的质子的质量为m2, 126C原子核的质量为m3,真空中的光速为c,则126C原子核的比结合能为 。
正确答案
(1)天然放射现象的发现,说明了原子核是有内部结构的,因此A正确;
汤姆孙发现电子,表明原子是由内部结构的,而卢瑟福的粒子散射实验表明原子具有核式结构,因此B错误;
半衰期是原子本身的性质,不随温度、压强以及存在状态的变化而变化,因此C错;
衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的,因此D答案正确。
(2)
(3)
1930年泡利提出,在β衰变中除了电子外还会放出不带电且几乎没有静质量反中微子.氚是最简单的放射性原子核,衰变方程为
,半衰期为12.5年.
(1)下列说法中正确的是 .
(2)在某次实验中测得一静止的氚核发生β衰变后,的动量大小为p1,沿反方向运动的电子的动量大小为p2(p1< p2),则反中微子
的动量大小为 .若
、
和
的质量分别为m1、m2和m3,光在真空中的传播速度为c,则氚核β衰变释放的能量为 .
(3)电子撞击一群处于基态的氢原子,氢原子激发后能放出6种不同频率的光子,氢原子的能级如图所示,则电子的动能至少为多大?
正确答案
(1)B(2)p2- p1 (3)
(1)B(3分)
(2)p2- p1(2分) (2分)
(3)氢原子能放出光子的种类数,则量子数n=4 (2分)
电子的能量至少为 (1分)
得 (2分)
1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒,并由吴健雄用的衰变来验证,其核反应方程是
,其中
是反中微子,它的电荷量为零,静止质量可认为是零。
(1)Co与Fe同周期,它应在周期表的第________周期,的核外电子数为________。在上述衰变方程中,衰变产物
的质量数A是________,核电荷数Z是_________。
(2)在衰变前核静止,根据云室照片可以看出,衰变产物Ni和
的运动径迹不在一条直线上,如果认为衰变产物只有Ni和
那么衰变过程将违背_________守恒定律。
(3)是典型的γ放射源,可用于农作物诱变育种。我国应用该方法培育出了许多农作物新品种,如棉花高产品种“鲁棉1号”,年种植面积曾达到3 000多万亩,在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大。γ射线处理作物后主要引起__________,从而产生可遗传的变异,除γ 射线外,用于人工诱变的其他射线还有________、________和___________。
正确答案
(1)四,27,60,28
(2)动量
(3)基因突变,X射线,中子流,紫外线
约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元索衰变成
的同时放出另一种粒子,这种粒子是 。
是
的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1mg
随时间衰变的关系如图所示,请估算4mg的
经多 天的衰变后还剩0.25 mg。
正确答案
正电子,56天
根据方程式两端质量数,质子数守恒,可得,放出的这种电子为正电子,从图中可知1mg的衰变成0.5mg需要14天可知4mg的
经56天的衰变后还剩0.25 mg
(09·山东物理·38) (1)历史上第一次利用加速器实现的核反应,是用加速后动能为0.5MeV的质子H轰击静止的X,生成两个动能均为8.9MeV的
He.(1MeV=1.6×-13J)
①上述核反应方程为___________。
②质量亏损为_______________kg。
正确答案
(1)或
,
。
(1)或
,
。
如图15-1-6所示,氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级,辐射出能量为2.55 eV的光子.问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量,才能使它辐射上述能量的光子?请在图15-1-6中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图.
正确答案
12.75 eV 见解析图
氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级,满足hν=En-E2=2.55 eV
En=hν+E2=-0.85 eV,所以n=4.
基态氢原子要跃迁到n=4的能级,应提供:
ΔE=E4-E1=12.75 eV
跃迁图见下图
一个氢放电管发光,在其光谱中测得一条谱线的波长为4.86×10-7m.试计算这是氢原子中电子从哪一个能级向哪一个能级(用量子数n表示)跃迁时发出的?已知氢原子基态(n=1)的能量为El=一13.6eV=-2.18×10-18J,普朗克常量为 h=6.63×10-34J·s。
正确答案
从的能级跃迁到
的能级时发出的
波长与频率
的关系为
, (1)
光子的能量为 , (2)
由式(1)、(2)可求得产生波长m谱线的光子的能量
J (3)
氢原子的能级能量为负值并与量子数的平方成反比:
,
1,2,3,… (4)
式中为正的比例常数。氢原子基态的量子数
1,基态能量
已知,由式(4)可得出
(5)
把式(5)代入式(4),便可求得氢原子的2,3,4,5,… 各能级的能量,它们是
J。 (6)
所以,这条谱线是电子从的能级跃迁到
的能级时发出的。
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