- 核能
- 共2202题
如图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=6.63×10-34 J·s)。
正确答案
10 9.5×10-8
用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子,原子可以跃迁到n=5的能级,可能观测到氢原子发射的不同波长的光有4+3+2+1=10种,其中最短波长为n=5能级跃迁到基态n=1能级的光子,最短波长为9.5×10-8m
某放射性元素经20天后剩下原有质量的6.25%.可知其半衰期为_____________.再经过10天,剩下质量为最初质量的_____________.
正确答案
5天 1.562 5%
6.25%==(
)4,故半衰期为
=5(天).再经过10天,一共经历6个半衰期,可知剩下质量为最初质量的(
)6=
="1.562" 5%.
原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.原子从a能级状态跃迁到c能级状态时________(填“吸收”或“辐射”)波长为_________的光子.
正确答案
吸收;
当由低能级向高能级跃迁时吸收能量,a比b能级高的能量为,b比c小的能量为
,
,所以能级a的能量小于能级c的能量,原子从a能级状态跃迁到c能级状态时要吸收能量,吸收的能量为
铀238()经历一次仅衰变变成Th原子核,同时放出一个γ光子(频率为ν),α粒子的质量为m。
①写出衰变方程;
②衰变后,α粒子的速度为v,而Th原子核的运动方向恰好与α粒子的速度方向相反,不考虑γ光子的动量,那么Th原子核的速度为多大?
③如果核反应放出的能量全部转化为动能和γ光子的能量,那么该衰变发生的质量亏损△m为多大?
正确答案
试题分析:核反应方程满足质量数守恒和核电荷数守恒:
②设钍核的反冲速度大小为v0,由动量守恒定律,得:0=mv0-v 解得:v0=
③核反应过程中转化成的动能:,释放的光子的能量:
根据质能方程:,解得:Δm=
在 的核反应中,要 (填“吸收”或“放出”)2.22 Mev的能量,核反应过程中的质量亏损为 kg.(保留两位有效数字)
正确答案
放出,3.9×10-30
该核反应是核聚变反应质量要亏损,所以放出能量,根据爱因斯坦的质能方程E=mc2得3.9×10-30 kg
氢原子能级如图,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656nm。以下判断正确的是 。(双选,填正确答案标号)
a.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656nm
b.用波长为325nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2能级
c.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
d.用波长为633nm的光照射,不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级
正确答案
cd
试题分析:由于n=3与n=2间的能量差为,而n=1与n=2间的能量差为
,根据
可知,氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时辐射的波长
小于656nm,a错误;同样从n=1跃迁到n=2能级需要的光子的波长也恰好为
,b错误;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时可能会出现3种可能,因此会放出3种不同频率的光子,c正确;电子发生跃迁时,吸收或放出的能量一定等于这两个能级间的能量差,为一特定值,大于或小于这个特定的值都不能使之发生跃迁。因此d正确。
科学家发现,太空中γ射线一般都是从很远的星体放射出来的.当γ射线爆发时,在数秒钟内所产生的能量,相当于太阳在过去一百亿年所发出的能量总和的一千倍左右,大致上等于太阳全部静质量所对应的能量的总和.科学家利用超级计算机对γ射线爆发的状态进行了模拟.经过模拟,发现γ射线爆发是起源于一个垂死的星球的“坍塌”过程,只有星球“坍塌”时,才可以发出这么巨大的能量.已知太阳光照射到地球上大约需要8 min.由此来估算:在宇宙中,一次γ射线爆发所放出的能量.(G=6.67×10-11 N·m2/kg2,结果保留两位有效数字)
正确答案
1.6×1043 J
已知地球绕太阳运动的周期为T=365×24×3600 s,地球到太阳的距离为ct,而地球绕太阳近似地做匀速圆周运动.设地球质量为m,太阳质量为M太,则
·(ct) (4分)
即M太= (2分)
又据质能方程E=M太·c2 (2分)
所以E=c2=1.6×1043 J. (4分)
(18分)两个氘核发生如下核反应:,其中氘核的质量为2.0136u,氦核的质量为3.015u,中子质量为1.0087u,(1u质量对应的能量为931.5Mev)(1)求核反应中释放的核能;(2)在以上两氘核以相等的动能0.35Mev进行对碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能;(3)假设反应中产生的氦核沿直线向原来静止的碳核(
)接近,受库仑力的影响,当它们距离最近时,两个原子核的动能各是多少?
正确答案
(1)
(2)氦核和中子的动能分别为
(3)氦核与碳核的动能分别为,
(1)释放的核能 (4分)
(2)设碰后产生的中子和氦核的质量分别为mh和mHe,速度分别为
由动量守恒有 (2分)
由此可得E碰后产生的中子与氦核的动能
比为(2分)
所以,氦核和中子的动能分别为
(3)设碳核质量为mc,氦核与碳核相距最近时的速度为,根据动量守恒定律,有
(3分)
所以(1分)
从而得到氦核与碳核的动能分别为 (2分)
(2分)
[物理选修3-5模块](15分)
(1)(5分)已知金属钙的逸出功为2.7eV,氢原子的能级图如图所示,一群氢原子处于量子数n=4能级状态,则( )
(2)(10分)云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中,一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次衰变,
粒子的质量为m,带电量为q,其运动轨迹在与磁场垂直的平面内,现测得
粒子运动的轨道半径为R,试求在衰变过程中的质量亏损。(注:涉及动量问题时,亏损的质量可忽略不计)
正确答案
(1)AC
(2)
(1)AC
(2)令V表示粒子的速度
BqV= (M-m)V´=mV
△E=mV2+
(M-m)V2=
△E=△mC2
△m=
已知镭的原子序数是88,原子核质量数是226.试问:
(1)镭核中有几个质子?几个中子?
(2)镭核所带电荷量是多少?
(3)若镭原子呈中性,它核外有几个电子?
(4)是
的一种同位素,让
和
以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,它们运动的轨道半径之比是多少?
正确答案
解:(1)镭核中的质子数等于其原子序数,故质子数为88,
中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差,
即N=A -Z=226 - 88 =138.
(2)镭核所带电量Q= Ze= 88×1.6×10 -19 C=1. 41×10-17C.
(3)核外电子数等于核电荷数,故核外电子数为88.
(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力,
故有
两种同位素具有相同的核电荷数,但质量数不同,
故
已知镭的原子序数是88,原子核质量数是226。试问:
(1)镭核中有几个质子?几个中子?
(2)镭核所带的电荷量是多少?
(3)若镭原子呈中性,它核外有几个电子?
(4)是镭的一种同位素,让
和
以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,它们运动的轨道半径之比是多少?
正确答案
解:(1)镭核中的质子数等于其原子序数,故质子数为88,中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差,即N=A-Z=226-88=138
(2)镭核所带电荷量Q=Ze=88×1.6×10-19 C=1.41×10-17 C
(3)核外电子数等于核电荷数,故核外电子数为88
(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力,故有
,
两种同位素具有相同的核电荷数,但质量数不同,故
一个高能γ光子,经过重核附近时与原子核场作用,能产生一对正负电子,请完成相应的反应方程: .
已知电子质量me=9.10×10-31kg,光在真空中的传播速度为速为c=3.00×108m/s,则γ光子的能量至少为 J.
正确答案
(2分)
反应前后质量数守恒,核电荷数守恒,由爱因斯坦质能方程,两个电子湮灭为一个光子,质量变为0 ,放出的能量为
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)
(8分)如图所示,相距为d的两平行金属板A、B足够大,板间电压恒为U,有一波长为的细激光束照射到B板上,使B板发生光电效应,已知普朗克常量为h,金属板B的逸出功为W,电子质量为m,电荷量e,求:
(1)从B板逸出电子的最大初动能。
(2)从B板运动到A板所需时间最短的光电子到达A板时的动能;
(3)光电子从B板运动到A板时所需的最长时间.
正确答案
(1)Ek0= h- w (2)Ek=eU +h
-w(3)t=d
(1)时间最短的光电子,是以最大初动能垂直B板飞出,由光电效应方程,设最大初动能为Ek0 到达A板的动能为Ek, 由光电效应方程
h=W+Ek0 (1) 2分
得Ek0= h- w (2) 2分
(2)由动能定理得
Ek=Ek0 + eU (3) 2分
联立得 Ek=eU +h-w (4) 2分
(3)时间最长的光电子,是初速为0,或速度方向沿B板方向飞出的电子
由运动规律得
d =at2 (5) 1分
a = (6) 1分
得t=d (7) 2分
本题考查电子的跃迁和光电效应现象,由光电效应方程可求得最大初动能,一车电子在电场力作用下做匀减速运动,电场力做功等于动能的变化量,可求得末动能大小,时间最长的光电子,是初速为0,或速度方向沿B板方向飞出的电子,由电子在匀强电场中做类平跑运动,可求得运动时间
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