1、15.2 原子和原子核1 關于天然放射現象，下列說法正確的是A. 放射性元素的原子核內的核子有半數發生變化所需的時間就是半衰期B.放射性物質放出的射線中，a粒子動能很大，因此貫穿物質的本領很強C.當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時，將發生B衰變D. 放射性的原子核發生衰變后產生的新核從高能級向低能級躍遷時，輻射出丫射線2.據報道：我國科學家研制世界上第一個全超導核聚變“人造太陽”，用來解決人類的能源之需，代替煤、石油等不可再生資源.“人造太陽”的實驗裝置模擬太陽產生能量的方式.從海水中提取氘和氚，使其在上億度的高溫下產生聚變反應，反應方程式為：1H+ ,HT4He +0n +E.設氘（

2、2H）的質量為 mi,氚（；H）的質量為 m2,氦（：H e） 的質量為 m3,中子（0n）的質量為 m4, c 為光在真空中傳播的速度.核反應放出的能量E 為2A.(葉m2)c2B.(m3m4)c2C.(mim2_m3_m4)c2D.(m3m4_m -m2)c3.放射性元素的原子核22286Rn原來靜止在垂直于紙面向里的勻強磁場中的A 點處。后來由于發生了某種衰變，放出的射線粒子和新生成的原子核形成了如圖2 1 所示的兩個圓形徑跡 1、2。下列說法中正確的是 A .該衰變可能是a衰變也可能是B衰變B .新生成的原子核的徑跡可能是1，也可能是 2C. 射線粒子和新生成的原子核都是沿逆時針方向旋

3、轉的D. 射線粒子和新生成的原子核在磁場中做圓周運動的周期相同15咒XXX1:A B24.一個質子和一個中子聚變結合成一個氘核，同時輻射一個光子。已知質子、中子、氘核的質量分別為 m“ m2、m3，普朗克常量為 h,真空中的光速為 c。下列說法正確的是A.核反應方程是；H+；nr1H+B.聚變反應中的質量虧損m= m什 m2-m1D.光子的波長ah(m1m2-m3)c5.在盧瑟福的a粒子散射實驗中，某一一a粒子經過某一原子核 附近時的軌跡如圖 152 2 所示.圖中 P、Q 為軌跡上的 點，虛線是經過P、Q 兩點并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個區域.不考慮其他原子核對a粒子的作用

4、，則關于該原子核的位置，正確的是A .一定在區域B .可能在區域C.可能在區域D .一定在區域6.原子核 A 發生a衰變后變為原子核，原子核 B 發生B衰變后變為原子核d Y，已知原152 2子核 A 和原子核 B 的中子數相同，則兩個生成核X 和 Y 的中子數以及 a、b、c、d 的關系可能是7.氫原子在某三個相鄰能級之間躍遷時，可發生三種不同波長的輻射光。已知其中的兩個波 長分別為 入和 尬且入七，則另一個波長可能是A . X 的中子數比 Y 少 1C.如果 a - d =2，貝 V b-c=3B . X 的中子數比 Y 少 3D .如果 a - d =2，貝 V b-c=1B. Xi2&

5、amp; 子與氫原子核(質子)構成的原子稱為氫原子(hydrogen muon atom ),它在原子核物理的研究中有nE/eV重要作用。圖 152 3 為氫原子的能級示意圖。假乍101.24 _158 1定光子能量為 E 的一束光照射容器中大量處于 n= 2 能3 -281【1級的氫原子，卩氫原子吸收光子后，發出頻率為Y、2 -632.4Y、Y、Y、Y、 和Y的光，且頻率依次增大，則E 等于1-2529.6A.h( YY)B. h (Y+Y)152 3C. hYD. hY諾貝爾化學獎，他們發現的放射性元素12P衰變成14Si的同時放出另一種粒子，這種粒子是 _32 3015是15P的同位素，

6、被廣泛應用于生物示蹤技術。321mg15P隨時間衰變的關系如圖152 4 所示，則32 _、4mg 的15P經_ 天的衰變后還剩 0.25mg。10. 在可控核反應堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑。中子在重水中可與2H核碰撞減速，在石墨中與核碰撞減速。上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型。某反應堆中快中子與靜止的靶核發生對心正碰，通過計算說明，僅從一次碰撞考慮，用 重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？11.氫原子的能級的示意圖如圖 152 5 所示，現有每個電子的動能都為 Ee=12.89eV 的電子束與處在基態的氫原子束射入同一區 域，使電子與氫原子發生迎頭正碰.已知碰撞前一個

7、電子與一個氫原子的總動量為零.碰撞后，氫原子受到激發，躍遷到n=4 的能級.求碰撞后 1 個電子與 1 個受激氫原子的總動能.已知電子的質量 me與氫原子的質量 mH之比為 匹=5.445 10*.mH12.天文學家測得銀河系中氦的含量約為25% .有關研究表明，宇宙2-3.41 一 -1159152 5中氦生成的途徑有兩條：一是在宇宙誕生后2 分鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，由恒星內部的氫核聚變反應生成的.(1)把氫核反應簡化為4 個氫核(1H)聚變成氦核(：He),同時放出 2 個正電子(1e)19.約里奧 居里夫婦因發現人工放射性而獲得了1935 年的和 2 個中微子（Ve）

8、,請寫出該氫核聚變反應的方程，并計算一次反應釋放的能量.（2） 研究表明，銀河系的年齡約為t=3.8XlUs,每秒鐘銀河系產生的能量約為1XIUJ（即 P=1X107j/s）.現假定該能量全部來自上述氫核聚變反應，試估算銀河系中氦的含量.（最后結果保留一位有效數字）（3）根據你的估算結果，對銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷.（可能用到數據：銀河系質量約為 M=3X101kg,原子質量單位 1u=1.66X107kg, 1u 相當 于 1.5X10 j 的能量，電子質量 me=0.0005u,氦核質量 m0=4.0026u，氫核質量 mp=1.0078u, 中微子 Ve質量為零）單元檢測一、選擇

9、題（本題包括10 小題每小題 4 分，共 40 分每小題給出的四個選項中，有的只有一個選項正確，有的多個選項正確，全部選對的得4 分，選對但不全的得 2 分，有選錯的得 0 分）1 .下列說法正確的是A. 用三棱鏡觀察太陽光譜是利用光的干涉現象B. 在光導纖維束內傳送圖象是利用光的全反射現象C. 用標準平面檢查光學平面的平整程度是利用光的偏振現象D. 電視機遙控器是利用發出紫外線脈沖信號來變換頻道的2. 2006 年美國和俄羅斯的科學家利用回旋加速器，通過（鈣 48）轟擊（锎 249）發生核反應，成功合成了第 118 號元素，這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數最大的元素，實驗表明，該元素

10、的原子核先放出3 個相同的粒子 x,再連續經過 3 次a衰變后，變成質量為 282 的第 112 號元素的原子核，則上述過程中的粒子x 是A.中子B.質子C.電子D.a粒子變掉氡的質量，以及2益Rn衰變成2；8Po的過程放出的粒子是A. 0. 25g,a粒子B. 0. 75g,a粒子C. 0. 25g,B粒子D. 0. 75g,B粒子4. 氫原子的能級是氫原子處于各個定態時的能量值，它包括氫原子系統的電勢能和電子在軌道上運動的動能，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內層軌道時A.氫原子的能量減小，電子的動能增加B.氫原子的能量增加，電子的動能增加C.氫原子的能量減小，電子的動能減小D.氫原子的能量增

11、加，電子的動能減小2345.一個氘核和一個氚核聚合成一個氦核的反應方程是1H+1卄2He+n，此反應過程產生的質量虧損為.已知阿伏伽德羅常數為NA,真空中的光速為 全發生核反應生成氦，則在這個核反應中釋放的能量為A.NA：mc2B.NAmc2C.2NAmc226.如圖 151 為氫原子能級的示意圖，現有大量的氫原子處于n=4 的激發態，當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光。3. 一個氡核286Rn衰變成284Po并放出一個粒子,其半衰期為 3.c.若 1mol 氘和 1mol 氚完D. 5NAffi-nEJeV00 -4 cP3-1.512-3.41 -13.615 1關于這些光下列說法正確

12、的是A.最容易表現出衍射現象的光是由n=4 能級躍到 n= 1 能級產生的B.頻率最小的光是由n= 2 能級躍遷到 n = 1 能級產生的C.這些氫原子總共可輻射出3 種不同頻率的光D.用 n = 2 能級躍遷到 n= 1 能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發生光電 效應7激光散斑測速是一種嶄新的測速技術，它應用了光的干涉原理用二次曝光照相所獲得的 散斑對”相當于雙縫干涉實驗中的雙縫，待測物體的速度V與二次曝光時間間隔 At 的乘積等于雙縫間距實驗中可測得二次曝光時間間隔At、雙縫到屏之距離丨以及相鄰兩條亮紋間距 AX 若所用激光波長為，則該實驗確定物體運動速度的表達式是LX丨U

13、xktA. VB. VC.VD. V =丨也tAxitZAt沁x&用不同頻率的紫外光分別照射鎢和鋅的表面而產生光電效應，可得到光電子的最大初動能 Ek隨入射光頻率v變化的 Ek-v圖象.已知鎢的逸出功是3.28eV，鋅的逸出功是 3.34eV ,若將二者的 Ek- v 圖線畫在同一個坐標圖中，以實線表示鎢，虛線表示鋅，則圖象15 2中正確的是10 . 1961 年德國學者約恩孫發表了一篇論文，介紹了他用電子束做的一系列衍射和干涉實 驗其中他做的雙縫干涉實驗，與托馬斯楊用可見光做的雙縫干涉實驗所得到的圖樣基本相同，這是對德布羅意的物質波理論的又一次實驗驗證根據德布羅意理論，電子也 具有波

14、粒二象性，其德布羅意波長二h，其中h為普朗克常量，p 為電子的動量.約恩P孫實驗時用 50kV 電壓加速電子束，然后垂直射到間距為毫米級的雙縫上，在與雙縫距離 約為 35cm1529用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態的氫原子，觀測到了一定數目的光譜線。調高電子的能量再次進行觀測，發現光譜線的數目原來增加了5 條。用 n 表示兩次觀測中最高激發態的量子數n 之差，E表示調高后電子的能量。根據氫原子的能級圖15 3可以判斷， n 和 E 的可能值為A.An=1,13.22 eVvEv13.32 eVB.An=2,13.22 eVvEv13.32 eVC.An=1,12.75 eVvEv13.

15、06 eVD.n=2,12.72 eVvEv13.06 eVE/eV0.280.380.540.851.503.4013.60153A0C.D.的光屏上得到了干涉條紋，但條紋間距很小.下列四組方法中，哪些方法一定能使條紋間距變大？A. 降低加速電子的電壓，同時加大雙縫間的距離B. 降低加速電子的電壓，同時減小雙縫間的距離C. 加大雙縫間的距離，同時使光屏靠近雙縫D. 減小雙縫間的距離，同時使光屏遠離雙縫、實驗題：本題共 2 小題.共 17 分.把答案填寫在題中的橫線上或按題目要求作答11. 一置于鉛盒中的放射源發射的：、和 射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔后，鋁箔后的空間有一勻 強電場

16、。進入電場后，射線變為 a、b 兩束，射線 a 沿原 來方向行進，射線 b 發生了偏轉，如圖 154 所示，則 圖中的射線 a 為 射線，射線 b 為_ 射線。12 .現有毛玻璃屏 A、雙縫 B、白光光源 C 單縫 D 和透紅光的濾光片 E 等光學元件，要把它們放在圖15 5 所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長.(1) 將白光光源 C 放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列順序應為 C、_ 、A.(2) 本實驗的步驟有：1取下遮光筒左側的元件，調節光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；2按合理順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的

17、中心位于遮光筒的軸線上；3用米尺測量雙縫到屏的距離；4用測量頭(其讀數方法同螺旋測微器)測量數條亮紋間的距離.在操作步驟時還應注意 _ 和_ .(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1 條亮紋，此時手輪上的示數如圖 15 6 所示然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6 條亮紋中心對齊，記下此時圖15 7 中手輪上的示數 _ mm,求得相鄰亮紋的間距 x為_ mm .(4)已知雙縫間距 d 為 2.0X10-4m，測得雙縫到屏的距離I 為 0.700m，由計算式入=_，求得所測紅光波長為 _nm .三、計算題：本題共 4 小題，共 63 分解答應寫出必要的文字說明

18、、方程式和重要的演算步 驟，只寫出最后答案的不能得分，有數值計算的題，答案中必須明確寫出數值和單位.13. ( 10 分)過量的電磁輻射對人體是有害的按照規定，工作場所受到的電磁輻射強度(單 位時間垂直單位面積的電磁輻射能量)不得超過某一臨界值W。，已知某一種電磁波源的鉛盒放射源鋁箔154照相底片遮光筒電磁輻射功率為 P,假設電磁波源的電磁輻射在各個方向上是均勻的，求符合規定的安全區域到電磁波源的距離至少為多少？14. （17 分）（1 ）氫原子第 n 能級的能量為En=丘；，其中 Ei是基態能量。而 n = 1, 2,。n33若一氫原子發射能量為巳的光子后處于比基態能量高出巳的激發態，則氫原

19、子164發射光子前后分別處于第幾能級？（2）速度為 v 的高速a粒子（：He）與同方向運動的氖核（20Ne）發生彈性正碰,碰后a粒子恰好靜止。求碰撞前后氖核的速度（不計相對論修正）15.（ 18 分）如圖 158 所示，在 xOy 平面上，一個以原點 0 為圓心，半徑為 4R 的圓形磁場 區域內存在著勻強磁場，磁場的方向垂直于紙面向里，在坐標（-2R, 0）處靜止著一個具有放射性的原子核 一氮（13N）,某時刻該核發生衰變，放 出一個正電子和一個反沖核，已知正電子從A 處射出時速度方向垂直于 x 軸，且后來通過了 y 軸，而反沖核剛好不離開 磁場區域。不計重力影響和粒子間的相互作用。（1）試寫

20、出衰變方程；（2 ）求正電子最后過 y 軸時的坐標。15316.（ 18 分）兩個氘核聚變產生一個中子和一個氦核（氦的同位素）.已知氘核質量 m=2.0136u，氦核質量 m）He=3.015u，中子質量 mn=1.0087u .（1）寫出聚變方程并算出釋放的核能（已知 1u= 931.5MeV ）.（2）若反應前兩氘核的動能均為Ek0=0.35MeV ,它們正面對撞發生核聚變，且反應后釋放的核能全部轉變為動能，則反應產生的氦核和中子的動能各為多大15 2 原子和原子核1.D2.C3.C 提示：在勻強磁場中原子核發生a衰變后，a粒子和新核的徑跡成“ 8”字形。4.B5.A 提示：a粒子運動時，

21、受到原子核排斥力的作用，而做曲線運動物體的軌跡一定是在合外力方向和速度方向之間.將各區域內任何一點分別與P、Q 兩點相連并延長(即a粒子受到原子核的力的方向)，可發現在、區域的點，其軌跡不在力的方向和速度 的方向之間；在區域的點的軌跡都在力方向和速度方向之間，因此A 選項正確.6.AC 提示：原子核發生一次a衰變其質子數和中子數都減少 2,發生一次B衰變其質子數增加 1 而中子數減少 1,故 A、C 兩選項正確.7.CD 提示：根據氫原子能級圖特點分析兩種可能。& C10.解：設中子質量為 Mn,靶核質量為 M由動量守恒定律： MnV0= MnV 什 MV2121212由能量守恒定律：

22、Mnv0Mnv-i -mv222 2與重水靶核碰后中子速度較小，故重水減速效果更好。解得：Mn-MV1 _MnMV0在重水中靶核質量:參考答案9 .正電子；t=56 天(5458 天都算對)1 -提示：結合圖象和半衰期公式 Zg(訐計算。MH= 2MnMnMHVo1-_3Vo在石墨中靶核質量:Mc= 12Mn11MnMcVoVo氫原子受激躍遷吸收的能量為0.85 ( 13.59) =12.74eV根據能量守恒定律，得碰后一個電子和一個受激氫原子的總動能E；=(12.90 -12.74)eV =0.16eV.14012.解：(1)氫核聚變核反應方程為41H2He+21e+2Ve211.解：由Ek

23、擰m可知，p 大小一定時,Ek*丄，則碰撞前氫原子的動能為meEemH碰前，一個電子和一個氫原子的總動能Ek=Ee理Ee：12.90eVmH核反應中的質量虧損m =4mp- mia- 2me由質能方程得.汨；：mc2代入數據得.:4.14X10J2J(2)氫核聚變反應生成的氦核總質量(3)由估算結果可知，k=2%遠小于 25%的實際值，所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的.單元檢測1.B2.A3.B4.A 提示：氫原子中的核外電子從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時，原子釋放出光子，電場力做正功，電子電勢能減少，減少的電勢能轉化為電子的動能和光子的能量, 同時系統的總能量減小.25.

24、B 提示：一個氘核和一個氚核結合成一個氦核時，釋放出的能量為mc, 1mol 的氘核和 1mol 的氚核結合成 1mol 的氦核釋放能量為NA=mc2.6.D7.B 提示：由雙縫干涉條紋間距公式得注二丄，根據題給信息，有 d=vAtd則-x =-，解得v =l, B 選項正確.Mt心& A 提示：在發生光電效應的情況下，根據愛因斯坦光電效應方程，有Ek=hv-W，顯然，在 Ekv 圖象中，光電子的最大初動能H 隨入射光的頻率v變化是一條傾斜的直線，其中普朗克常數h 表示圖象的斜率， W 表示圖線在縱軸上的截距，由題給條件知，鋅的逸出功大于鎢的逸出功，故選項A 正確。9.AD 提示：氫原

25、子從量子數為 n 的能級向各低能級躍遷時發出光譜線的數目為C：，根據題意可知，存在 n=1, n=2 兩種可能。Ptm一E39ma二6.1X10 kg氦的含量6.1X10393X1041:2%hv =W Ek，則210.BD 提示：根據動能定理可知eUmv2，則德布羅意波長；由2 2mp V2meU雙縫干涉條紋公式 x二丄知，要增大 %，在保持 l 不變的情況下，可降低加速電壓，d同時減小雙縫間距離； 在保持入不變的情況下，可減小雙縫間的距離， 同時使光屏遠離雙2縫，B、D 兩選項正確.11.,-提示：根據- 粒子的電性及在電場中的受力判斷。12.( 1) E、D、B; (2)單縫和雙縫間距

26、5cm10cm，使單縫與雙縫相互平行；d2(3)13.870,2.310; (4): x,6.6X102.提示：(1)濾光片 E 是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取點光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像是毛玻璃屏所以排列順序為：C、E、D、B、A.(2 )在操作步驟時應注意的事項有：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；單縫、雙縫 間距離大約為 5cm10cm;要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線 上.(3)螺旋測微器的讀數應該：先讀整數刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度,讀數為 13.870mm，圖 2 讀數為 2.320mm ,所以相鄰條紋間距13.870 -2.320Ax=2.310mm.5(4) 由條紋間距公式展=丄入得：，=空dI代入數值得：/=6.6X10?m=6.7X1Ghmm .13.( 10 分)解：設符合規定的安全區域到電磁波源的至少距離為R,貝 U4二R2W)=P(17 分)解：(1)設氫原子發射光子前后分別位于第E1E114.l 與第 m 能級，依題意有:I2m2162-E -7 E1m4解得：m = 2, I = 4(2)設碰撞前后氖核速度分別為E1V。 、 VNe， 由動量守恒與機械能守恒定律得: