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人教版物理高二选修1-2 3.2原子核的结构同步训练
一、选择题
二、填空题
1．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是 ．
2．如图甲为卢瑟福的原子核式结构模型图，原子的中间有一个体积很小、带正电的核，卢瑟福推算出原子核的直径约为 m；如图乙为α粒子散射实验现象模拟图，图中只有极少数α粒子有机会从离核很近的地方经过，是因为受到比较大的 力，才会发生大角度的偏转．
3．卢瑟福通过 实验，否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了原子的 结构模型．
4．为了研究原子的结构，卢瑟福和他的同事做了如图所示的 实验，显微镜是图中的 ．（选填“A”、“B”、“C”或“D”）
5．卢瑟福通过如图所示的实验装置发现了质子．
①卢瑟福用α粒子轰击 核，第一次实现了原子核的 ．
②关于该实验，下列说法中正确的是
A．通过显微镜来观察荧光屏上α粒子所产生的闪光
B．银箔可以吸收产生的新粒子
C．实验必须在真空、密封容器内进行
D．测出新产生的粒子的质量和电量，明确这就是氢原子核．
三、解答题
6．在某些恒星内部，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，已知氘核的质量m1为3.3436×10﹣27kg，氚核的质量m2为5.0082×10﹣27kg，氦核的质量m3为6.6467×10﹣27kg，中子的质量m4为1.6749×10﹣27kg，真空中光速c=3.0×108m/s．
（1）写出核反应方程
（2）这个反应中释放的核能为多少？（结果保留一位有效数字）
7．为了验证爱因斯坦质能方程△E=△mc2，设计了下面的实验：用动能E1=0.9MeV的质子去轰击静止的锂核Li，生成两个α粒子，测得这两个α粒子的动能之和E=19.9MeV．（质子、锂7核、α粒子的质量分别是1.0073u、7.016u、4.0015u，1u=931.5Mev）
（1）写出该核反应方程式；
（2）计算核反应过程中释放的能量△ E；
（3）通过计算说明△ E=△ mc2的正确性．
8．一种铀原子核的质量数是235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少？
9．在某些恒星内部，3个α粒子结合成一个C核，C的质量是12.000000u， He的质量是4.001509u．（已知质量亏损1u相当于释放931.5Mev的能量）
（1）写出这个核反应方程，
（2）计算这个反应中释放的能量．
10．已知中子的质量是mn=1.6749×10﹣27kg，质子的质量是mp=1.6726×10﹣27kg，氘核的质量是mD=3.3436×10﹣27kg，试分析中子和质子结合成氘核的过程中．
（1）写出上述核反应方程式．
（2）能量变化了多少．
答案解析部分
1．【答案】α粒子的散射实验
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型；
故答案为：α粒子的散射实验．
【分析】卢瑟福在α粒子的散射实验基础上提出了原子的核式结构模型，要了解各种模型提出的历史背景以及物理意义．
2．【答案】10﹣15；排斥
【知识点】原子的核式结构
【解析】【解答】原子核直径的数量级为10﹣15m，在α粒子散射实验中，极少数α粒子从离核很近的地方经过，发生大角度偏转是受到了原子核较大的排斥力作用．
故答案为：10﹣15；排斥
【分析】卢瑟福在用a粒子轰击金箔的实验中发现了质子，提出原子核式结构学说，原子核直径的数量级为10﹣15m，原子核带正电荷且质量很大，α粒子也带正电荷，由于同种电荷相互排斥和α粒子被质量较大的原子核弹回．
3．【答案】α粒子散射；核式
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】卢瑟福和他的同事们所做的α粒子散射实验否定了汤姆逊的枣糕模型，据此实验卢瑟福提出了原子的核式结构模型．
故答案为：α粒子散射，核式
【分析】汤姆逊的枣糕模型被卢瑟福和他的同事们所做的α粒子散射实验所否定，他提出了原子的核式结构模型．
4．【答案】α粒子散射；D
【知识点】原子的核式结构
【解析】【解答】卢瑟福和他的同事做了α粒子散射实验；
A装置产生α粒子，然后α粒子穿过金箔，也就是B装置，发生散射现象，从D装置也就是显微镜观察．
故答案为：α粒子散射；D．
【分析】根据卢瑟福和他的同事做的α粒子散射实验的实验装置图即可分析求解．
5．【答案】氮；人工转变；D
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】（1）卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子，并首次实现原子核的人工转变（2）卢瑟福第一次完成了原子核的人工转变并发现了质子，实验装置中银箔的作用是刚好阻挡α粒子打到荧光屏，但是不能阻挡其它粒子的穿过，这样可判断是否有新的粒子产生试验中根据质量数和电荷数守恒，明确了新产生的粒子就是氢原子核．故ABC错，D正确．
故选D
故答案为：（1）氮，人工转变；（2）D
【分析】卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子，并首次实现原子核的人工转变，
6．【答案】（1）核反应方程为： H+ H→ He+ n
（2）该反应的过程中，质量的减小为：△m=m1+m2﹣m3﹣m4=（3.3436+5.0082﹣6.6467﹣1.6749）×10﹣27kg=0.03020×10﹣27kg
该反应释放的核能：△E=△m c2=0.03020×10﹣27×9×1016≈3×10﹣12J
【知识点】原子核的组成；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】（1）氘核与氚核的电荷数是1，氦核的电荷数是2，所以该反应方程为：H+H→He+n（2）该反应的过程中，质量的减小为：△m=m1+m2﹣m3﹣m4（3.3436+5.0082﹣6.6467﹣1.6749）×10﹣27kg=0.03020×10﹣27kg
该反应释放的核能：△E=△m c2=0.03020×10﹣27×9×1016≈3×10﹣12J
答：（1）核反应方程为：H+H→He+n；（2）这个反应中释放的核能为3×10﹣12J
【分析】根据质量数与质子数守恒，书写核反应方程，再由爱因斯坦质能方程求出释放的核能，从而即可求解．
7．【答案】（1） H+ Li→2
（2）核反应前后的质量亏损：△ m=1.0073+7.016u﹣2×4.0015u=0.0203u，核反应中释放的能量：△ E=△mc2，代入数据解得：△ E=18.90945MeV，
（3）系统增加的能量：△ E′=E﹣E1=19.9﹣0.9=19MeV 这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以△E=△mc2正确．
【知识点】原子核的组成；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】（1）由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为： H+Li→2 ；（2）核反应前后的质量亏损：△ m=1.0073+7.016u﹣2×4.0015u=0.0203u核反应中释放的能量：△ E=△mc2，代入数据解得：△ E=18.90945MeV，（3）系统增加的能量：△ E′=E﹣E1=19.9﹣0.9=19MeV 这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以△E=△mc2正确． 答：（1）该核反应方程式为： H+Li→2 ；（2）计算核反应过程中释放的能量△E=18.90945MeV；（3）在误差允许的范围内：△E=△mc2是正确的．
【分析】（1）根据质量数与核电荷数守恒写出核反应方程式．（2）反应物与生成物之间质量之差等于质量亏损，依据爱因斯坦质能方程E=mc2，可以求得释放的核能．（3）依据E=mc2，可以求得释放的核能，依据计算结果进行验证即可．
8．【答案】解答：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．
U的原子序数为92，即质子数为92，中子数等于质量数减去质子数，即为235﹣92=143．
答：它的核子数，质子数和中子数分别是235、92、143．
【知识点】原子核的组成
【解析】【分析】原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．原子序数等于质子数，质子数与中子数的和等于质量数．
9．【答案】（1） → C
（2）一次核反应方程的质量亏损为：△m=3mα﹣mC=3×4.0015u﹣12u=0.0045 u；发生一次核反应释放的核能为：△E=0.0045 u×931.5MeV/u=4.19 MeV
【知识点】原子核的组成；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】（1）根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得： →C；（2）一次核反应方程的质量亏损为：△m=3mα﹣mC=3×4.0015u﹣12u=0.0045 u；发生一次核反应释放的核能为：△E=0.0045 u×931.5MeV/u=4.19 MeV
答：（1） →C；（2）发生一次核反应释放的能量4.19MeV．
【分析】根据核反应方程质量数和核电荷数守恒列出热核反应方程．应用质能方程△E=△mc2求解发生一次核反应释放的能量．
10．【答案】（1）核反应方程为 n+ H→ H
（2）1个中子和1个质子结合成氘核时质量亏损：△m=mn+mP﹣mD
根据爱因斯坦质能方程，放出的能量：△E=△mc2=（mn+mP-mD）c2=（1.6749+1.6726﹣3.3436）×10﹣27×（3×108）2=3.51×10﹣13J
【知识点】原子核的组成；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得， n+ H→ H；（2）1个中子和1个质子结合成氘核时质量亏损：△m=mn+mP﹣mD根据爱因斯坦质能方程，放出的能量：△E=△mc2=（mn+mP﹣mD）c2=（1.6749+1.6726﹣3.3436）×10﹣27×（3×108）2=3.51×10﹣13J；答：（1）核反应方程为 n+ H→ H．（2）能量变化了3.51×10﹣13J．
【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程，结合爱因斯坦质能方程求出释放的能量．
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人教版物理高二选修1-2 3.2原子核的结构同步训练
一、选择题
二、填空题
1．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是 ．
【答案】α粒子的散射实验
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型；
故答案为：α粒子的散射实验．
【分析】卢瑟福在α粒子的散射实验基础上提出了原子的核式结构模型，要了解各种模型提出的历史背景以及物理意义．
2．如图甲为卢瑟福的原子核式结构模型图，原子的中间有一个体积很小、带正电的核，卢瑟福推算出原子核的直径约为 m；如图乙为α粒子散射实验现象模拟图，图中只有极少数α粒子有机会从离核很近的地方经过，是因为受到比较大的 力，才会发生大角度的偏转．
【答案】10﹣15；排斥
【知识点】原子的核式结构
【解析】【解答】原子核直径的数量级为10﹣15m，在α粒子散射实验中，极少数α粒子从离核很近的地方经过，发生大角度偏转是受到了原子核较大的排斥力作用．
故答案为：10﹣15；排斥
【分析】卢瑟福在用a粒子轰击金箔的实验中发现了质子，提出原子核式结构学说，原子核直径的数量级为10﹣15m，原子核带正电荷且质量很大，α粒子也带正电荷，由于同种电荷相互排斥和α粒子被质量较大的原子核弹回．
3．卢瑟福通过 实验，否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了原子的 结构模型．
【答案】α粒子散射；核式
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】卢瑟福和他的同事们所做的α粒子散射实验否定了汤姆逊的枣糕模型，据此实验卢瑟福提出了原子的核式结构模型．
故答案为：α粒子散射，核式
【分析】汤姆逊的枣糕模型被卢瑟福和他的同事们所做的α粒子散射实验所否定，他提出了原子的核式结构模型．
4．为了研究原子的结构，卢瑟福和他的同事做了如图所示的 实验，显微镜是图中的 ．（选填“A”、“B”、“C”或“D”）
【答案】α粒子散射；D
【知识点】原子的核式结构
【解析】【解答】卢瑟福和他的同事做了α粒子散射实验；
A装置产生α粒子，然后α粒子穿过金箔，也就是B装置，发生散射现象，从D装置也就是显微镜观察．
故答案为：α粒子散射；D．
【分析】根据卢瑟福和他的同事做的α粒子散射实验的实验装置图即可分析求解．
5．卢瑟福通过如图所示的实验装置发现了质子．
①卢瑟福用α粒子轰击 核，第一次实现了原子核的 ．
②关于该实验，下列说法中正确的是
A．通过显微镜来观察荧光屏上α粒子所产生的闪光
B．银箔可以吸收产生的新粒子
C．实验必须在真空、密封容器内进行
D．测出新产生的粒子的质量和电量，明确这就是氢原子核．
【答案】氮；人工转变；D
【知识点】原子核的组成
【解析】【解答】（1）卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子，并首次实现原子核的人工转变（2）卢瑟福第一次完成了原子核的人工转变并发现了质子，实验装置中银箔的作用是刚好阻挡α粒子打到荧光屏，但是不能阻挡其它粒子的穿过，这样可判断是否有新的粒子产生试验中根据质量数和电荷数守恒，明确了新产生的粒子就是氢原子核．故ABC错，D正确．
故选D
故答案为：（1）氮，人工转变；（2）D
【分析】卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子，并首次实现原子核的人工转变，
三、解答题
6．在某些恒星内部，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，已知氘核的质量m1为3.3436×10﹣27kg，氚核的质量m2为5.0082×10﹣27kg，氦核的质量m3为6.6467×10﹣27kg，中子的质量m4为1.6749×10﹣27kg，真空中光速c=3.0×108m/s．
（1）写出核反应方程
（2）这个反应中释放的核能为多少？（结果保留一位有效数字）
【答案】（1）核反应方程为： H+ H→ He+ n
（2）该反应的过程中，质量的减小为：△m=m1+m2﹣m3﹣m4=（3.3436+5.0082﹣6.6467﹣1.6749）×10﹣27kg=0.03020×10﹣27kg
该反应释放的核能：△E=△m c2=0.03020×10﹣27×9×1016≈3×10﹣12J
【知识点】原子核的组成；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】（1）氘核与氚核的电荷数是1，氦核的电荷数是2，所以该反应方程为：H+H→He+n（2）该反应的过程中，质量的减小为：△m=m1+m2﹣m3﹣m4（3.3436+5.0082﹣6.6467﹣1.6749）×10﹣27kg=0.03020×10﹣27kg
该反应释放的核能：△E=△m c2=0.03020×10﹣27×9×1016≈3×10﹣12J
答：（1）核反应方程为：H+H→He+n；（2）这个反应中释放的核能为3×10﹣12J
【分析】根据质量数与质子数守恒，书写核反应方程，再由爱因斯坦质能方程求出释放的核能，从而即可求解．
7．为了验证爱因斯坦质能方程△E=△mc2，设计了下面的实验：用动能E1=0.9MeV的质子去轰击静止的锂核Li，生成两个α粒子，测得这两个α粒子的动能之和E=19.9MeV．（质子、锂7核、α粒子的质量分别是1.0073u、7.016u、4.0015u，1u=931.5Mev）
（1）写出该核反应方程式；
（2）计算核反应过程中释放的能量△ E；
（3）通过计算说明△ E=△ mc2的正确性．
【答案】（1） H+ Li→2
（2）核反应前后的质量亏损：△ m=1.0073+7.016u﹣2×4.0015u=0.0203u，核反应中释放的能量：△ E=△mc2，代入数据解得：△ E=18.90945MeV，
（3）系统增加的能量：△ E′=E﹣E1=19.9﹣0.9=19MeV 这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以△E=△mc2正确．
【知识点】原子核的组成；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】（1）由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为： H+Li→2 ；（2）核反应前后的质量亏损：△ m=1.0073+7.016u﹣2×4.0015u=0.0203u核反应中释放的能量：△ E=△mc2，代入数据解得：△ E=18.90945MeV，（3）系统增加的能量：△ E′=E﹣E1=19.9﹣0.9=19MeV 这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以△E=△mc2正确． 答：（1）该核反应方程式为： H+Li→2 ；（2）计算核反应过程中释放的能量△E=18.90945MeV；（3）在误差允许的范围内：△E=△mc2是正确的．
【分析】（1）根据质量数与核电荷数守恒写出核反应方程式．（2）反应物与生成物之间质量之差等于质量亏损，依据爱因斯坦质能方程E=mc2，可以求得释放的核能．（3）依据E=mc2，可以求得释放的核能，依据计算结果进行验证即可．
8．一种铀原子核的质量数是235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少？
【答案】解答：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．
U的原子序数为92，即质子数为92，中子数等于质量数减去质子数，即为235﹣92=143．
答：它的核子数，质子数和中子数分别是235、92、143．
【知识点】原子核的组成
【解析】【分析】原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．原子序数等于质子数，质子数与中子数的和等于质量数．
9．在某些恒星内部，3个α粒子结合成一个C核，C的质量是12.000000u， He的质量是4.001509u．（已知质量亏损1u相当于释放931.5Mev的能量）
（1）写出这个核反应方程，
（2）计算这个反应中释放的能量．
【答案】（1） → C
（2）一次核反应方程的质量亏损为：△m=3mα﹣mC=3×4.0015u﹣12u=0.0045 u；发生一次核反应释放的核能为：△E=0.0045 u×931.5MeV/u=4.19 MeV
【知识点】原子核的组成；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】（1）根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得： →C；（2）一次核反应方程的质量亏损为：△m=3mα﹣mC=3×4.0015u﹣12u=0.0045 u；发生一次核反应释放的核能为：△E=0.0045 u×931.5MeV/u=4.19 MeV
答：（1） →C；（2）发生一次核反应释放的能量4.19MeV．
【分析】根据核反应方程质量数和核电荷数守恒列出热核反应方程．应用质能方程△E=△mc2求解发生一次核反应释放的能量．
10．已知中子的质量是mn=1.6749×10﹣27kg，质子的质量是mp=1.6726×10﹣27kg，氘核的质量是mD=3.3436×10﹣27kg，试分析中子和质子结合成氘核的过程中．
（1）写出上述核反应方程式．
（2）能量变化了多少．
【答案】（1）核反应方程为 n+ H→ H
（2）1个中子和1个质子结合成氘核时质量亏损：△m=mn+mP﹣mD
根据爱因斯坦质能方程，放出的能量：△E=△mc2=（mn+mP-mD）c2=（1.6749+1.6726﹣3.3436）×10﹣27×（3×108）2=3.51×10﹣13J
【知识点】原子核的组成；质量亏损与质能方程
【解析】【解答】（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得， n+ H→ H；（2）1个中子和1个质子结合成氘核时质量亏损：△m=mn+mP﹣mD根据爱因斯坦质能方程，放出的能量：△E=△mc2=（mn+mP﹣mD）c2=（1.6749+1.6726﹣3.3436）×10﹣27×（3×108）2=3.51×10﹣13J；答：（1）核反应方程为 n+ H→ H．（2）能量变化了3.51×10﹣13J．
【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程，结合爱因斯坦质能方程求出释放的能量．
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