XX选考版高考物理一轮复习 第讲 原子结构、原子核教师备用题库.docx

【考点分析】第二节原子结构和原子核【考点一】对原子核式结构的理解【典型例题1】物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是()A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B．查德威克用α粒子轰击147N获得反冲核178O，发现了中子C．贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型【解析】麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论，选项A正确；卢瑟福用α粒子轰击147N，获得反冲核178O，发现了质子，选项B错误；贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构，选项C正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，选项D错误．【答案】AC【考点二】玻尔理论和能级跃迁【典型例题2】(2022•江苏省南京市盐城市高三(上)一模)如图所示，氢原子的能级图。

一群处于基态的氢原子受到激发后，会辐射出6种不同频率的光。

已知可见光光子的能量范围为1.64eV～3.19eV。

下列说法正确的是()A．6种不同频率的光中包含有γ射线B．基态的氢原子受激后跃迁到n=6的能级C．从n=4能级跃迁到n=2发出的光是可见光D．从n=4能级跃迁到n=3发出的光波长最短【解析】A．γ射线是具有高能量的电磁波，能量高于1.24MeV，故6种不同频率的光中不可能包含有γ射线，A错误；B ．一群氢原子从n 级自发向低能级跃迁能辐射出2C n 种不同频率的光，由于一群处于基态的氢原子受到激发后，会辐射出6种不同频率的光， 故基态的氢原子受激后跃迁到n =4的能级，B 错误；C ．根据m n E E h ν-=，由n =4能级跃迁到n =2能级产生的光子的能量为42420.85eV ( 3.40eV) 2.55eV E E E =-=---=，在可见光范围内，C 正确；D ．从n =4能级跃迁到n =3发出的光频率最小，波长最长，D 错误。

第30讲 原子结构、原子核教师专用题库1.(2018课标Ⅲ,14,6分)1934年,约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核 1327Al,产生了第一个人工放射性核素X:α+1327Al →n+X 。

X 的原子序数和质量数分别为( ) A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31答案 B 本题考查核反应方程。

在核反应过程中,质量数和电荷数分别守恒,则X 的原子序数为2+13=15,X 的质量数为4+27-1=30,选项B 正确。

2.(2018北京理综,13,6分)在核反应方程 24He +714N →817O+X 中,X 表示的是( )A.质子B.中子C.电子D.α粒子答案 A 本题考查核反应方程。

由核反应中质量数和电荷数均守恒,可判断X 为质子 11H,故选项A 正确。

3.(2018天津理综,5,6分)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线H α、H β、H γ和H δ,都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级时发出的光,它们在真空中的波长由长到短,可以判定( )A.H α对应的前后能级之差最小B.同一介质对H α的折射率最大C.同一介质中H δ的传播速度最大D.用H γ照射某一金属能发生光电效应,则H β也一定能答案 A 本题考查氢原子能级跃迁规律。

由氢原子能级跃迁可知,ℎcc =E n -E 2,H α的波长最长,故ℎcc α最小,对应能级差最小,选项A 正确;同一介质对频率越大的光的折射率越大,波长越短,频率越大,故同一介质对H α的折射率最小而对H δ的折射率最大,选项B 错误;由n=cc 知,同一介质中H δ的传播速度最小,选项C 错误;H γ的频率大于H β的频率,因此用H γ照射某一金属能发生光电效应,而H β不一定能,故选项D 错误。

4.(2017课标Ⅰ,17,6分)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。

氘核聚变反应方程是: 12H +12H → 23He +01n 。

高考物理一轮复习专题训练—原子和原子核一、原子结构1.原子的核式结构(1)1909～1911年，英籍物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。

(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图1所示。

图1(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。

2.氢原子光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。

(2)光谱分类(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R(122－1n2)(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1)。

(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。

在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。

3.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

(2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝E m－E n。

(h 是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。

原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。

4.氢原子的能级图，如图2所示图2【自测1】(2020·天津卷，1)在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。

下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是()答案D解析发现原子具有核式结构的是卢瑟福的α粒子轰击金箔发生散射的实验，选项D正确。

第十三章近代物理【网络构建】专题13.2 原子结构原子核【网络构建】考点一原子的核式结构玻尔理论1．α粒子散射实验(1)α粒子散射实验装置(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”．2．原子的核式结构模型(1)α粒子散射实验结果分析①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．①汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．①绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用．(2)核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性．3．对氢原子能级图的理解(1)能级图如图所示(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E n＝1n2E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.①氢原子的半径公式：r n＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.(3)能级图中相关量意义的说明．4.两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子． 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h.(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE .①碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE . ①大于电离能的光子被吸收，将原子电离．考点二 氢原子的能量及变化规律氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律1．原子能量变化规律：E n ＝E k n ＋E p n ＝E 1n 2，随n 增大而增大，随n 的减小而减小，其中E 1＝－13.6 eV .2．电子动能变化规律(1)从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力即k e 2r 2＝m v 2r ，所以E k ＝ke 22r ，随r 增大而减小．(2)从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子的动能增大． 3．原子的电势能的变化规律(1)通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小．(2)利用原子能量公式E n ＝E k n ＋E p n 判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小．考点三 原子核的衰变、半衰期1．衰变规律及实质 (1)α衰变和β衰变的比较电荷数守恒、质量数守恒2．三种射线的成分和性质 半衰期的公式：N 余＝N 原⎝⎛⎭⎫12t /τ，m 余＝m 原⎝⎛⎭⎫12t /τ.式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．考点四 核反应类型与核反应方程1．核反应的四种类型2.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向．(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒．考点五核能的计算1．应用质能方程解题的流程图(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．2．根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．3.核能释放的两种途径的理解(1)使较重的核分裂成中等大小的核．(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．高频考点一原子的核式结构玻尔理论例1、如图是氢原子的能级示意图．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，辐射出光子a；从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出光子b.以下判断正确的是()A．在真空中光子a的波长大于光子b的波长B．光子b可使氢原子从基态跃迁到激发态C．光子a可能使处于n＝4能级的氢原子电离D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射2种不同谱线【变式训练】如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是()A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹高频考点二氢原子的能量及变化规律例2、如图所示为氢原子的能级图，图中a、b、c、d对应氢原子的四次跃迁，已知可见光光子的能量范围为1.61～3.10 eV，关于四次跃迁，下列说法正确的是()A．经历a跃迁，氢原子吸收的光子能量为0.66 eVB．经历b跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大C．经历c跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子D．经历d跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离【变式训练】氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说明正确的是()A ．电子旋转半径减小B ．氢原子能量增大C ．氢原子电势能增大D ．核外电子速率增大高频考点三 原子核的衰变、半衰期例3、国产科幻大片《流浪地球》讲述了太阳即将在未来出现“核燃烧”现象，从而导致人类无法生存，决定移民到半人马座比邻星的故事．据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其中“核燃烧”的核反应方程为42He ＋X→84Be ＋ν，方程中X 表示某种粒子，84Be 是不稳定的粒子，其半衰期为T ，则下列说法正确的是( ) A ．X 粒子是42HeB ．若使84Be 的温度降低，其半衰期会减小C ．经过2T ，一定质量的84Be 占开始时的18 D ．“核燃烧”的核反应是裂变反应【变式训练】如图，匀强磁场中的O 点有一静止的原子核234 90Th 发生了某种衰变，衰变方程为234 90Th→A Z Y ＋0－1e ，反应生成的粒子 0－1e 的速度方向垂直于磁场方向．关于该衰变，下列说法正确的是( )A.234 90Th 发生的是α衰变 B.234 90Th 发生的是β衰变 C ．A ＝234，Z ＝91D ．新核A Z Y 和粒子 0－1e 在磁场中的轨迹外切于O 点高频考点四 核反应类型与核反应方程例4、1956年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用半衰期为5.27年的6027Co 放射源进行了实验验证，次年李、杨二人获得诺贝尔物理学奖.6027Co 的衰变方程式是：6027Co→A Z Ni ＋ 0－1e ＋νe (其中νe 是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零)，衰变前6027Co 核静止，根据云室照片可以看到衰变产物A Z Ni 和 0－1e 不在同一条直线上的事实．根据这些信息可以判断( ) A.A Z Ni 的核子数A 是60，核电荷数Z 是28 B. 此核反应为α衰变C.A Z Ni 与 0－1e 的动量之和不可能等于零 D ．衰变过程动量不守恒【变式训练】下列核反应属于人工转变的是( )A.234 90Th→234 91Pa ＋ 0－1eB.42He ＋94Be→12 6C ＋10nC.235 92U ＋10n→136 54Xe ＋9038Sr ＋1010nD.21H ＋31H→42He ＋10n高频考点五 核能的计算例5、两个氘核以相等的动能E k 对心碰撞发生核聚变，核反应方程为21H ＋21H→32He ＋10n ，其中氘核的质量为m 1，氦核的质量为m 2，中子的质量为m 3.假设核反应释放的核能E 全部转化为动能，下列说法正确的是( )A ．核反应后氮核与中子的动量相同B ．该核反应释放的能量为E ＝(2m 1－m 2－m 3)c 2C ．核反应后氮核的动能为E ＋2E k4D ．核反应后中子的动能为E ＋E k4【变式训练】轻核聚变的一个核反应方程为：21H ＋31H→42He ＋X.若已知21H 的质量为m 1，31H 的质量为m 2，42He 的质量为m 3，X 的质量为m 4，则下列说法中正确的是( )A.21H 和31H 在常温下就能够发生聚变B ．X 是质子C ．这个反应释放的核能为ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2D ．我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的第十三章近代物理【网络构建】专题13.2 原子结构原子核【网络构建】考点一原子的核式结构玻尔理论1．α粒子散射实验(1)α粒子散射实验装置(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”．2．原子的核式结构模型(1)α粒子散射实验结果分析①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．①汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．①绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用．(2)核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性．3．对氢原子能级图的理解(1)能级图如图所示(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E n＝1n2E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV.①氢原子的半径公式：r n＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.(3)能级图中相关量意义的说明．(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子． 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h.(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE .①碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE .①大于电离能的光子被吸收，将原子电离．考点二 氢原子的能量及变化规律氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律1．原子能量变化规律：E n ＝E k n ＋E p n ＝E 1n 2，随n 增大而增大，随n 的减小而减小，其中E 1＝－13.6 eV.2．电子动能变化规律(1)从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力即k e 2r 2＝m v 2r ，所以E k ＝ke 22r ，随r增大而减小．(2)从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子的动能增大． 3．原子的电势能的变化规律(1)通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小．(2)利用原子能量公式E n ＝E k n ＋E p n 判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小．考点三 原子核的衰变、半衰期1．衰变规律及实质 (1)α衰变和β衰变的比较电荷数守恒、质量数守恒2．三种射线的成分和性质 半衰期的公式：N 余＝N 原⎝⎛⎭⎫12t /τ，m 余＝m 原⎝⎛⎭⎫12t /τ.式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．考点四 核反应类型与核反应方程1．核反应的四种类型(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向．(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒．考点五核能的计算1．应用质能方程解题的流程图(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．2．根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．3.核能释放的两种途径的理解(1)使较重的核分裂成中等大小的核．(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．高频考点一原子的核式结构玻尔理论例1、如图是氢原子的能级示意图．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，辐射出光子a；从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出光子b.以下判断正确的是()B．在真空中光子a的波长大于光子b的波长B．光子b可使氢原子从基态跃迁到激发态C．光子a可能使处于n＝4能级的氢原子电离D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射2种不同谱线答案:A解析：氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级的能级差小于从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时的能级差，根据E m－E n＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，所以a光的频率小于b光的频率，光子a的波长大于光子b的波长，故A正确；光子b的能量小于基态与任一激发态的能级差，所以不能被基态的原子吸收，故B错误；根据E m－E n＝hν可求光子a的能量小于n＝4能级的电离能，所以不能使处于n＝4能级的氢原子电离，C错误；大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射3种不同谱线，故D错误．【变式训练】如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是()A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹答案:C解析：：.放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数应最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故B错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子库仑力作用，且金原子质量较大，从而出现的反弹，故D 错误．高频考点二氢原子的能量及变化规律例2、如图所示为氢原子的能级图，图中a、b、c、d对应氢原子的四次跃迁，已知可见光光子的能量范围为1.61～3.10 eV，关于四次跃迁，下列说法正确的是()A ．经历a 跃迁，氢原子吸收的光子能量为0.66 eVB ．经历b 跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大C ．经历c 跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子D ．经历d 跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离 答案: D解析： 经历a 跃迁，氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出的光子的能量为0.66 eV ，选项A 错误；经历b 跃迁，氢原子吸收能量，轨道半径增大，但核外电子的动能会减小，选项B 错误；经历c 跃迁，氢原子辐射出的光子的能量为0.97 eV ，则该光子不是可见光光子，选项C 错误；经历d 跃迁后，跃迁后的氢原子的电离能为1.51 eV ，因此用可见光光子照射可使其电离，选项D 正确。

第30讲原子结构、原子核教师专用题库1.(2018课标Ⅲ,14,6分)1934年,约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核Al,产生了第一个人工放射性核素X:αAl→n+X。

X的原子序数和质量数分别为( )A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31答案 B 本题考查核反应方程。

在核反应过程中,质量数和电荷数分别守恒,则X的原子序数为2+13=15,X的质量数为4+27-1=30,选项B正确。

2.(2018北京理综,13,6分)在核反应方程He N→O+X中,X表示的是( )A.质子B.中子C.电子D.α粒子答案 A 本题考查核反应方程。

由核反应中质量数和电荷数均守恒,可判断X为质子H,故选项A正确。

3.(2018天津理综,5,6分)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ,都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级时发出的光,它们在真空中的波长由长到短,可以判定( )A.Hα对应的前后能级之差最小B.同一介质对Hα的折射率最大C.同一介质中Hδ的传播速度最大D.用Hγ照射某一金属能发生光电效应,则Hβ也一定能最小,对应答案 A 本题考查氢原子能级跃迁规律。

由氢原子能级跃迁可知,ℎ=E n-E2,Hα的波长最长,故ℎα能级差最小,选项A正确;同一介质对频率越大的光的折射率越大,波长越短,频率越大,故同一介质对Hα的折射率最小而对Hδ的折射率最大,选项B错误;由n=知,同一介质中Hδ的传播速度最小,选项C错误;H γ的频率大于Hβ的频率,因此用Hγ照射某一金属能发生光电效应,而Hβ不一定能,故选项D错误。

4.(2017课标Ⅰ,17,6分)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。

氘核聚变反应方程是: H→n。

已知H的质量为2.013 6 u He的质量为3.015 0 u n的质量为1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2。

氘核聚变反应中释放的核能约为( )A.3.7 MeVB.3.3 MeVC.2.7 MeVD.0.93 MeV答案 B 本题考查核能的计算。

2014年高考一轮复习之原子结构和原子核一、选择题(本题共10小题，每题4分，共40分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)1．(2012·北京理综)“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U ，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U 成正比，即ν＝kU .已知比例系数k 仅与元电荷e 的2倍和普朗克常量h 有关．你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k 的值可能为( )A.h 2eB.2e hC ．2he D.12he解析：根据物理单位知识，表达式及变形式两侧单位是一致的，由本题中涉及的物理量：ν、U 、e 、h 及与其有联系的能量表达式E ＝h ν①，E ＝Ue ②，由①②得h 的单位与Ueν的单位相同，即h 单位可用V·C·s 表示，题中ν＝kU ，即k ＝νU ③，单位可用1V·s 表示，选项B中2e h 单位等效于C V·C·s ＝1V·s，故选项B 正确，A 、C 、D 错误． 答案：B2．(2012·福建理综)关于近代物理，下列说法正确的是( ) A ．α射线是高速运动的氦原子B ．核聚变反应方程21H ＋31H ―→42He ＋10n 中，10n 表示质子C ．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D ．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征解析：α射线是高速运动的氦原子核，选项A 错误；选项B 中10n 表示中子；根据光电效应方程12mv 2＝h ν－W 可知最大初动能与照射光的频率成线性关系而非正比关系，选项C 错误；根据玻尔的原子理论可知，选项D 正确．答案：D3．(2012·广东理综)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有( )A.31H ＋21H→42He ＋10n 是核聚变反应 B.31H ＋21H→42He ＋10n 是β衰变C.23592U ＋10n→14456Ba ＋8936Kr ＋310n 是核裂变反应D.235 92U ＋10n→140 54Xe ＋9438Sr ＋210n 是α衰变解析：B 项为轻核聚变，β衰变的实质为一个中子转化为一个质子后释放出一个电子，选项B 错误；α衰变的实质是释放氦核(α粒子)，而D 项只是重核裂变，并未释放α粒子，选项D 错误，正确选项为A 、C.答案：AC4．(2012·大纲全国理综)23592U 经过m 次α衰变和n 次β衰变，变成错误!Pb ，则 ( ) A ．m ＝7，n ＝3 B ．m ＝7，n ＝4 C ．m ＝14，n ＝9D ．m ＝14，n ＝18解析：发生一次α衰变，质量数减4，电荷数减2，故α衰变次数为m ＝14(235－207)＝7，选项C 、D 错误；发生一次β衰变质量数不变，核电荷数增1，故β衰变次数为n ＝7×2－(92－82)＝4次，选项A 错误，B 正确．答案：B5．(2013·江苏苏、锡、常、镇四市调研)1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是( )A ．亮条纹是电子到达概率大的地方B ．该实验说明物质波理论是正确的C ．该实验再次说明光子具有波动性D ．该实验说明实物粒子具有波动性解析：亮条纹是电子到达概率大的地方，该实验说明物质波理论是正确的，该实验说明实物粒子具有波动性，该实验不能说明光子具有波动性，选项C 说法不正确．答案：C6．(2013·江苏淮阴三校联考)下列说法正确的是( ) A ．电子的衍射现象说明实物粒子的波动性B ．235U 的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短 C ．原子核内部某个质子转变为中子时，放出β射线D ．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小解析：电子的衍射现象说明实物粒子的波动性，选项A 正确；235U 的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期不变，选项B 错误；原子核内部某个中子转变为质子时，放出β射线，选项C 错误；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，由k e 2r 2＝m v 2r知，电子的动能增加，则电势能一定减小，选项D 正确．答案：AD7．(2013·江苏淮安一模)如图所示为氢原子的能级示意图．现用能量介于10 eV ～12.9 eV 范围内的光子去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法正确的是( )A ．照射光中只有一种频率的光子被吸收B ．照射光中有三种频率的光子被吸收C ．氢原子发射出三种不同波长的光D ．氢原子发射出六种不同波长的光解析：氢原子只能吸收特定频率的光子，才能从低能态跃迁到高能态，题中氢原子可能吸收的光子能量有：12.75 eV 、12.09 eV 、10.20 eV 、2.55 eV 、1.89 eV 和0.66 eV ，其中只有三种光子能量处在10 eV ～12.9 eV 范围内，所以照射光中有三种频率的光子被吸收，选项A 错误，B 正确；氢原子可以吸收大量能量为12.75 eV 的光子，从n ＝1的基态跃迁到n ＝4的激发态，因为大量处于n ＝4的激发态的氢原子极不稳定，又会发射出光子跃迁到低能态，共可发射出C 24＝4×32＝6种不同波长的光，选项C 错误，D 正确． 答案：BD8．如下图所示是查德威克实验示意图，在这个实验中发现了一种不可见的贯穿能力很强的粒子，这种粒子是( )A ．正电子B ．中子C ．光子D ．电子解析：查德威克发现中子的核反应方程式：42He ＋94Be→126C ＋10n ，是用钋(Po)放出的α粒子轰击铍(Be)，选项B 正确．答案：B9．核聚变与核裂变相比几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的获取能源的方式．EAST 装置是中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的，它成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置．已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是221H→32He ＋10n ＋3.26 MeV若有2 g 氘全部发生聚变，则释放的能量是(N A 为阿伏加德罗常数)( ) A ．0.5×3.26 MeV B ．3.26 MeV C ．0.5N A ×3.26 MeVD ．N A ×3.26 MeV解析：根据核反应方程可知，两个氘核聚变释放的能量为3.26 MeV ，那么2 g 氘核(即1 mol 氘核)聚变释放的能量为0.5N A ×3.26 MeV，所以C 正确．答案：C10．设氢原子由n ＝3的状态向n ＝2的状态跃迁时放出能量为E 、频率为ν的光子．氢原子( )A ．跃迁时可以放出或吸收能量为任意值的光子B ．由n ＝2的状态向n ＝1的状态跃迁时放出光子的能量大于EC ．由n ＝3的状态向n ＝1的状态跃迁时放出光子的能量等于6.4ED ．由n ＝4的状态向n ＝3的状态跃迁时放出光子的频率大于ν解析：由玻尔理论知，h ν＝E 3－E 2＝5|E 1|36.当由n ＝2的状态向n ＝1的状态跃迁时，E ′＝E 2－E 1＝3|E 1|4>5|E 1|36＝E ；由n ＝3的状态向n ＝1的状态跃迁时放出光子的能量为E ″＝E 3－E 1＝8|E 1|9＝6.4E ；由n ＝4的状态向n ＝3的状态跃迁时，h ν′＝E 4－E 3＝7|E 1|144<h ν.故B 、C 正确．答案：BC第Ⅱ卷(非选择题，共60分)二、填空题(本题共2小题，每题8分，共16分)11．(2013·江苏淮阴三校联考)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器．他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理．如图所示电路可研究光电效应规律．图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A 为阳极．理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数；若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸出功为________，若增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)．解析：根据当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为U＝6.0 V，由动能定理，eU＝E k；由爱因斯坦光电效应方程，E k＝E－W，解得光电管阴极材料的逸出功为W＝4.5 eV；若增大入射光的强度，电流计的读数仍为零．答案：4.5 eV 为零12．(2011·海南高考)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和________．A．X1→137 56Ba＋10n B．X2→131 54Xe＋ 0－1eC．X3→137 56Ba＋ 0－1e D．X4→ 131 54Xe＋11p解析：根据质量数守恒可判断，131I和137Cs的衰变方程分别为B和C.再根据核电荷数守恒，131I 和137Cs 的质子数分别为53和55，则中子数分别为78和82.答案：B C 78 82三、计算题(本题共4小题，13、14题各10分，15、16题各12分，共44分，计算时必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13．如下图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：(1)有可能放出多少种能量的光子．(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？ 解析：(1)N ＝n n －2＝－2种＝6种．(2)氢原子由第4能级向第3能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子波长最长． 由h ν＝E 4－E 3得h cλ＝E 4－E 3所以λ＝hcE 4－E 3＝6.63×10－34×3×108[－0.85－－－19m≈1.88×10－6m. 答案：(1)6(2)第4能级向第3能级跃迁 1.88×10－6m14．假设高速运动的α粒子与一个静止于磁感应强度为B 的匀强磁场中某点的氮核(147N)发生正碰．碰后产生两个新核，在磁场中形成如右图所示的两条半径分别为R 和r (R >r )的圆形径迹．其中R 是质量较小核的径迹，r 是质量较大核的径迹．(1)请写出该核反应方程；(2)求出碰前α粒子的速度(质子质量为m ，电荷量为e )． 解析：(1)147N ＋42He ―→178O ＋11H(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛仑兹力提供向心力，则由qvB ＝m v 2R得178O 核的动量 p O ＝m O v O ＝8eBr11H 核的动量 p H ＝m H v H ＝eBR由动量守恒定律p He ＝p O ＋p H∴p He ＝eB (8r ＋R ) ∴v He ＝p He 4m＝eB r ＋R4m答案：(1)147N ＋42He ―→178O ＋11H (2)eBr ＋R4m15．用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，产生氚和α粒子并放出4.8 MeV 的能量． (1)写出核反应方程式；(2)求上述反应中的质量亏损为多少(保留两位有效数字)；(3)若中子与锂核是以等大反向的动量相碰，则α粒子和氚的动能之比是多少？ 解析：(1)63Li ＋10n→31H ＋42He ＋4.8 MeV (2)Δm ＝ΔE c2＝4.8×106×1.6×10－1982kg≈8.5×10－30kg(3)设m 1、m 2、v 1、v 2分别为氦核、氚核的质量和速度，由动量守恒定律得0＝m 1v 1＋m 2v 2 氦核、氚核的动能之比Ek1:E k2＝m 1v 122m 1m 2v 222m 2＝m 2:m 1＝3:4.答案：(1)63Li＋10n→31H＋42He＋4.8 MeV(2)8.5×10－30 kg (3)3:416．(1)核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，但安全是核电站面临的非常严峻的问题．核泄露中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的危险性在于它对人体的毒性，与其他放射性元素相比钚在这方面更强，一旦侵入人体，就会潜伏在人体肺部、骨骼等组织细胞中，破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险．已知钚的一种同位素239 94Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为239 94Pu→X＋42He＋γ，下列有关说法正确的是( )A．X原子核中含有143个中子B．100个239 94Pu经过24 100年后一定还剩余50个C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力(2)氢原子核的光谱在可见光范围内有四条谱线，其中在靛紫色区内的一条是处于量子数n＝4的能级氢原子跃迁到n＝2的能级发出的，氢原子的能级如下图所示，已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·S，则该条谱线光子的能量为________ eV，该条谱线光子的频率为________ Hz.(结果保留3位有效数字)(3)已知金属铷的极限频率为5.15×1014 Hz，现用波长为5.0×10－7 m的一束光照射金属铷，能否使金属铷产生光电效应？若能，请算出逸出光电子的最大初动能．(结果保留2位有效数字)解析：(1)由衰变过程中核电核数守恒得235 92X，其中中子数为235－92＝143，A项对．半衰期对大量原子核的衰变才有意义，B项错．衰变过程中核子总质量减小，质量必亏损，C项错．衰变后产生巨大的能量以γ光子的形式释放，D项对．(2)光子的能量E＝E4－E2＝(－0.85) eV－(－3.4) eV＝2.55 eV.由E ＝h ν得ν＝E h ＝2.55×1.6×10－19 J 6.63×10－34J·s＝6.15×1014Hz. (3)因入射光子的频率ν＝cλ得ν＝6.0×1014Hz ，大于金属铷的极限频率，故能使金属铷产生光电效应由爱因斯坦光电效应方程E km ＝h ν－W W ＝h ν0代入数值得E km ＝5.6×10－20J.答案：(1)AD (2)2.55 6.15×1014(3)能 5.6×10－20J。

第2讲 原子结构与原子核一、选择题(本题共13小题，1～7题为单选，8～13题为多选)1．关于光电效应，下列表述正确的是( B )A ．光照时间越长，光电流越大B ．入射光频率大于极限频率时就能产生光电子C ．入射光足够强，就可以有光电流D ．不同的金属逸出功都是一样的[解析] 光电流的大小与入射光的强度有关，与光照射的时间长短无关，故A 错误；发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，故B 正确；能否发生光电效应与入射光的强度无关，入射光足够强，不一定能产生光电流，故C 错误；不同的金属逸出功是不同的，故D 错误。

故选B 。

2．(2023·辽宁凤城月考)如图所示，氢原子在不同能级间发生a 、b 、c 三种跃迁时，释放光子的频率分别是νa 、νb 、νc ，下列关系式正确的是( A )A ．νb ＝νa ＋νcB ．νa ＝νb νc νb ＋νcC ．νb ＝νa νc νa ＋νcD ．νc ＝νb νa νb ＋νa [解析] 本题考查氢原子能级跃迁与光子能量的表达式．因为E m －E n ＝hν，知E b ＝E a ＋E c ，即hνb ＝hνa ＋hνc ，解得νb ＝νa ＋νc ，故选A 。

3．(2023·宁夏银川月考)国产科幻大片《流浪地球》中讲述了太阳即将在未来出现“氦燃烧”现象，从而导致人类无法生存，决定移民到半人马座比邻星的故事，据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“氦燃烧”，其中“氦燃烧”的核反应方程为42 He ＋X→84 Be ＋γ，方程中X 表示某种粒子，84 Be 是不稳定的粒子，其半衰期为T ，则下列说法正确的是( A )A ．X 粒子是42 HeB ．若使84 Be 的温度降低，其半衰期会减小C ．经过2T ，一定质量的84 Be 剩余量为开始时的18D ．“氦燃烧”的核反应是裂变反应[解析] 本题考查核反应方程及半衰期。

第2讲原子结构原子核基础对点练题组一原子结构和氢原子光谱1.(2022湖南卷)关于原子结构和微观粒子波粒二象性,下列说法正确的是()A.卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B.玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C.光电效应揭示了光的粒子性D.电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性2.α粒子散射实验的示意图如图所示,放射源发出α射线打到金箔上,带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察,图中1、2、3为其中的三个位置。

下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是()A.在位置2接收到的α粒子最多B.在位置1接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内C.位置2接收到的α粒子一定比位置1接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大D.若正电荷均匀分布在原子内,则1、2、3三个位置接收到α粒子的比例应相差不多题组二玻尔理论能级跃迁3.(2023山西卷)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率,铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10-5 eV,跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,元电荷e=1.60×10-19 C)()A.103 HzB.106 HzC.109 HzD.1012 Hz4.(2024辽宁沈阳模拟)霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色,氢原子的能级示意图如图所示,已知可见光光子能量范围为1.63~3.10 eV,若一群氢原子处于n=4能级,则下列说法正确的是()A.这群氢原子自发跃迁时能辐射出6种不同频率的可见光B.氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁过程中发出的光为可见光C.辐射出的光中从n=2能级跃迁到n=1能级发出光的频率最大D.用氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁过程中发出的光照射逸出功为3.2 eV的金属钙,不能使金属钙发生光电效应题组三原子核的衰变及半衰期5.(2023广东卷)理论认为,大质量恒星塌缩成黑洞的过程,受核反应612C+Y O的影响。

高考物理一轮复习专项训练及答案解析—原子结构、原子核1．(2022·湖南卷·1)关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是()A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C．光电效应揭示了光的粒子性D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性2．(2022·北京卷·1)氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子()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3．(2022·辽宁卷·2)2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果．表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列．实验中所用核反应方程为X＋2512Mg→2613Al，已知X、2512Mg、2613Al的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E.下列说法正确的是()A．X为氘核21HB．X为氚核31HC．E＝(m1＋m2＋m3)c2D．E＝(m1＋m2－m3)c24．(多选)(2022·浙江6月选考·14)秦山核电站生产146C的核反应方程为147N＋10n→146C＋X，其产物146C的衰变方程为146C→147N＋0－1e.下列说法正确的是()A．X是11HB.146C可以用作示踪原子C.0－1e来自原子核外D．经过一个半衰期，10个146C将剩下5个5．(2022·广东卷·5)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子．氢原子第n能级的能量为E n＝E1n2，其中E1＝－13.6eV.图是按能量排列的电磁波谱，要使n＝20的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是()A．红外线波段的光子B．可见光波段的光子C．紫外线波段的光子D．X射线波段的光子6．如图所示为氢原子能级图，以及从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线．则下列叙述正确的有()A．Hα、Hβ、Hγ、Hδ的频率依次增大B．可求出这四条谱线的波长之比，Hα、Hβ、Hγ、Hδ的波长依次增大C．处于基态的氢原子要吸收3.4eV的能量才能被电离D．如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，Hβ一定可以使该金属发生光电效应7．(2021·全国甲卷·17)如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为()A．6B．8C．10D．148．(多选)(2022·浙江1月选考·14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨．为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热．下列说法正确的是()A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kgC．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度D．反应堆中存在23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n的核反应9．(多选)铀核裂变的一种方程为23592U＋X→9438Sr＋13954Xe＋310n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有()A．X是中子B．X是质子C.23592U、9438Sr、13954Xe相比，9438Sr的比结合能最大，最稳定D.23592U、9438Sr、13954Xe相比，23592U的质量数最大，结合能最大，最稳定10．(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核21H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式621H →242He＋211H＋210n＋43.15MeV表示．海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107J,1MeV＝1.6×10－13J，则M约为() A．40kg B．100kg C．400kg D．1000kg11．A、B是两种放射性元素的原子核，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，运动方向都与磁场方向垂直．图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是()A．A放出的是α粒子，B放出的是β粒子B．a为α粒子运动轨迹，d为β粒子运动轨迹C．a轨迹中的粒子比b轨迹中的粒子动量小D．磁场方向一定垂直纸面向外12．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨迹半径为R.以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量．(1)放射性原子核用A Z X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程；(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm(光速为c)．1．C 2.B3.D4.AB5.A6.A7.A 8．CD [秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，故A 错误；由题知原子核亏损释放的能量一部分转化为电能，一部分转化为内能，原子核亏损的质量大于27.6kg ，故B 错误；核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过控制中子的数量控制链式反应的速度，故C 正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个中等质量的核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在23592U ＋10n →14456Ba ＋8936Kr ＋310n 的核反应，故D 正确．]9．AC [根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X 的质量数为1，电荷数为0，为中子，A 正确，B 错误；根据题图可知，23592U 、9438Sr 、13954Xe 相比，9438Sr 的比结合能最大，最稳定，23592U 的质量数最大，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C 正确，D 错误．]10．C [根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15MeV 的能量，1kg 海水中的氘核反应释放的能量为E ＝1.0×10226×43.15MeV ≈7.19×1022MeV ≈1.15×1010J ，则相当于燃烧的标准煤的质量为M ＝1.15×10102.9×107kg ≈396.6kg ，约为400kg.故选C.]11．A [放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲核的速度相反，但电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的运动轨迹应为外切圆；而放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度相反，且电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的运动轨迹应为内切圆，故B 放出的是β粒子，A 放出的是α粒子，故A 正确；根据带电粒子在磁场中的运动的半径r ＝m v qB半径小，故b 为α粒子运动轨迹，c 为β粒子运动轨迹，故B 、C 错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，磁场方向不同，粒子运动的方向相反，由于α粒子和β粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向，故D 错误．]12．(1)A Z X →A －4Z －2Y ＋42He (2)2πmqB q 2B 2πm (3)q 2B 2R 2(M ＋m )2Mmc 2解析(1)A Z X →A －4Z －2Y ＋42He(2)洛伦兹力提供向心力，有q v αB ＝m v α2R所以v α＝qBR m ，T ＝2πR v α＝2πm qB环形电流大小I ＝q T ＝q 2B 2πm(3)衰变过程动量守恒，有0＝p Y ＋p α所以p Y ＝－p α，“－”表示方向相反．因为p ＝m v ，E k ＝12m v 2，所以E k ＝p 22m即E kY ∶E kα＝m ∶M 由能量守恒得Δmc 2＝E kY ＋E kαΔm其中E kα＝12m v α2＝q 2B 2R 22m，所以Δm ＝q 2B 2R 2(M ＋m )2Mmc 2.。

第1讲原子结构氢原子光谱板块一主干梳理·夯实基础【知识点1】氢原子光谱Ⅰ1．原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家J.J.汤姆孙发现了电子。

(2)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。

(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

2．光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。

(2)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。

有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。

(3)氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R⎝⎛⎭⎪⎫122－1n2，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数。

【知识点2】氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ1．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n。

(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。

原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。

2．基态和激发态原子能量最低的状态叫基态，其他能量较高的状态叫激发态。

3．氢原子的能级图板块二考点细研·悟法培优考点1氢原子能级图及原子跃迁[深化理解]1．能级图中相关量意义的说明氢原子的能级图如图所示。

第30讲 原子结构、原子核教师专用题库1.(2018课标Ⅲ,14,6分)1934年,约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核 1327Al,产生了第一个人工放射性核素X:α+1327Al →n+X 。

X 的原子序数和质量数分别为( ) A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31答案 B 本题考查核反应方程。

在核反应过程中,质量数和电荷数分别守恒,则X 的原子序数为2+13=15,X 的质量数为4+27-1=30,选项B 正确。

2.(2018北京理综,13,6分)在核反应方程 24He +714N →817O+X 中,X 表示的是( )A.质子B.中子C.电子D.α粒子答案 A 本题考查核反应方程。

由核反应中质量数和电荷数均守恒,可判断X 为质子 11H,故选项A 正确。

3.(2018天津理综,5,6分)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线H α、H β、H γ和H δ,都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级时发出的光,它们在真空中的波长由长到短,可以判定( )A.H α对应的前后能级之差最小B.同一介质对H α的折射率最大C.同一介质中H δ的传播速度最大D.用H γ照射某一金属能发生光电效应,则H β也一定能答案 A 本题考查氢原子能级跃迁规律。

由氢原子能级跃迁可知,ℎcc =E n -E 2,H α的波长最长,故ℎcc α最小,对应能级差最小,选项A 正确;同一介质对频率越大的光的折射率越大,波长越短,频率越大,故同一介质对H α的折射率最小而对H δ的折射率最大,选项B 错误;由n=cc 知,同一介质中H δ的传播速度最小,选项C 错误;H γ的频率大于H β的频率,因此用H γ照射某一金属能发生光电效应,而H β不一定能,故选项D 错误。

4.(2017课标Ⅰ,17,6分)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。

氘核聚变反应方程是: 12H +12H → 23He +01n 。

原子结构和原子核李仕才考纲要求：原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期；放射性同位素；核力、核反应方程；结合能、质量亏损；裂变反应和聚变反应、裂变反应堆；放射性的防护；氢原子光谱；氢原子的能级结构、能级公式；（全部要求为Ⅰ级）。

一、原子的核式结构模型1.汤姆生的“枣糕”模型（1）1897年汤姆生发现了电子，使人们认识到原子有复杂．．结构，揭开了研究原子的序幕．(2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里．2.卢瑟福的核式结构模型（1）α粒子散射实验的结果：α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，但有少数发生大角度偏转，偏转的角度甚至大于900，有的几乎达到1800．（2）核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转．原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是呈电中性的．电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的库伦引力．（3）从α粒子散射实验的数据估算出原子核核半径的数量级为10－15 m，而原子半径的数量级为10—10 m。

【例1】在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（）A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中解析：α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了较大偏转．这说明了这些α粒子受到很大的库伦力，施力物体应是体积甚小的带电实体。

根据碰撞知识，我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时，较小的球才被弹回去，这说明被反弹回去的α粒子碰上了质量比它大得多的物质实体，即集中了全部质量和正电荷的原子核．答案：A【练习1】关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是（）A．绝大多数α粒子经过重金属箔后，发生了角度不太大的偏转B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能增大D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小解析：“由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转”。

权掇市安稳阳光实验学校第2讲原子结构原子核对应学生用书P215氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ1．原子的核式结构(1)电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子．(2)原子的核式结构图1－2－1①α粒子散射实验的结果绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来，如图1－2－1所示．②卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转．③原子核的尺度：原子核直径的数量级为10－15m，原子直径的数量级约为10－10 m.④原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数．2．氢原子光谱(1)氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R⎝⎛⎭⎪⎫122－1n2，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数．(2)玻尔理论①定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．②跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)③轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．3．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级①能级图如图1－2－2所示图1－3－2②能级图中相关量意义的说明相关量 表示意义能级图中的横线 表示氢原子可能的能量状态——定态横线左端的数字 “1,2,3…” 表示量子数 横线右端的数字 “－13.6，－3.40…” 表示氢原子的能级相邻横线间的距离 表示相邻的能级差，量子数越大相邻的能级差越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝E m －E n(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E n ＝1n2E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6 eV.②氢原子的半径公式：r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r 1＝0.53×10－10 m.1．认识原子结构的线索气体放电的研究―→阴极射线―→发现电子―→汤姆孙的“枣糕”模型――→α粒子散射实验卢瑟福核式结构模型――→氢原子光谱的研究玻尔模型．2．玻尔理论的基本内容能级假设：氢原子E n ＝E 1n2，n 为量子数．跃迁假设：hν＝E 末－E 初．轨道量子化假设：氢原子r n ＝n 2r 1，n 为量子数．3．氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化(1)原子能量：E n ＝E k n ＋E p n ＝E 1n 2，随n 增大而增大，其中E 1＝－13.6 eV.(2)电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k e 2r 2＝m v 2r，所以E k n ＝12k e2r n，随r 增大而减小．(3)电势能通过库仑力做功判断电势能的增减．当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，轨道半径增大时，电势能增加．4．记住一些结论(1)一群氢原子处于量子数为n 的激发态时可能辐射的光谱条数为N ＝n n －12.(2)只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量(hν＝E m －E n )时，光子才被吸收．(3)入射光子能量大于电离能(hν＝E ∞－E n ) 时，光子一定能被原子吸收并使之电离，剩余能量为自由电子的动能．原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰1．天然放射现象、三种射线(1)天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)三种射线的比较射线名称比较项目α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电量2e －e 0质量4m p m p＝1.67×10－27 kgm p1 840静止质量为零符号24He－1 0eγ速度0.1c 0.99c c垂直电磁场偏转情况偏转偏转不偏转贯穿本领最弱用一张薄纸能挡住较强穿透几厘米厚的铝板最强穿透几厘米厚的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光2.原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(2)分类α衰变：Z A X→Z－2A－4Y＋24Heβ衰变：Z A X→Z＋1A Y＋－10e(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关．3．放射性同位素及应用(1)同位素具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，互称同位素．有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素．天然放射性同位素不过四十多种，而人工制造的放射性同位素已达1 000多种．(2)放射性同位素的应用①放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等．②作示踪原子．1．衰变规律及实质衰变类型α衰变β衰变衰变方程Z M X―→Z－2M－4Y＋24He Z M X―→Z＋1M Y＋－10e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子211H＋201n―→24He 01n―→11H＋－1 0e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒2.人造放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期很短，废料容易处理．核力、结合能、质量亏损Ⅰ(考纲要求)1.核力核子间的作用力．核力是短程强引力，作用范围在1.5×10－15m 之内，只在相邻的核子间发生作用．2．核能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．3．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E ＝mc 2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm ，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE ＝Δmc 2.裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程 Ⅰ(考纲要求) 1．裂变反应和聚变反应(1)重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程．如：92235U ＋01n ―→ 56144Ba ＋3689Kr ＋301n.由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积大于等于临界体积．裂变的应用：原子弹、核反应堆．(2)轻核聚变：聚变是两个轻核结合成质量较大的核的反应过程．如： 13H ＋12H ―→24He ＋01n ＋17.6 MeV 使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫热核反应．2．核反应的四种类型类 型可控性 核反应方程典例衰变α衰变自发 92238U ―→ 90234Th ＋24He β衰变自发90234Th ―→ 91234Pa ＋－1 0e 人工转变人工控制714N ＋24He ―→ 817O ＋11H (卢瑟福发现质子) 24He ＋49Be ―→ 612C ＋01n (查德威克发现中子) 1327Al ＋24He ―→ 1530P ＋01n约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子1530P ―→ 1430Si ＋＋1e 续表重核裂变比较容易 进行人工 控制92235U ＋01n ―→ 56144Ba ＋3689Kr ＋301n92235U ＋01n ―→ 54136Xe ＋3890Sr ＋1001n轻核聚变 很难控制 12H ＋13H ―→24He ＋01n射线危害和防护 Ⅰ(考纲要求) 污染与防护举例与措施说 明污染核爆炸核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线和中子流，长期存在放射性污染核泄漏核工业生产和核科学研究中使用放射性原材料，一旦泄露就会造成严重污染 医疗照射医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡 防护密封防护把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖，以防止射线泄漏 距离防护 距放射源越远，人体吸收的剂量就越少，受到的危害就越轻时间防护 尽量减少受辐射的时间 屏蔽防护在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用．铅的屏蔽作用最好1( )．A．卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆孙的枣糕模型是错误的B．卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论C．卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性D．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论答案D2．(2010·全国Ⅱ，14)原子核Z A X与氘核12H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知( )．A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2解析该核反应的方程式为：Z A X＋12H→24He＋11H，由质量数和电荷数守恒得：A＝4＋1－2＝3.Z＝2＋1－1＝2，故正确答案为D.答案D3．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是( )．A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力解析核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，两核子之间的万有引力极其微小，所以我们在平时的计算时不考虑．答案D4．下列说法正确的是( )．A. 715N＋11H―→ 612C＋24He是α衰变方程B．11H＋12H―→23He＋γ是原子核的人工转变方程C. 92238U―→ 90234Th＋24He是核裂变反应方程D．24He＋1327A1―→1530P＋01n是原子核的人工转变方程解析核反应类型分四种，方程特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子．聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等原子核．裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等原子核．人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可知D选项正确．答案D5．现已建成的核电站发电的能量来自于( )．A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量解析现在核电站所用原料主要是铀，利用铀裂变放出的核能发电，故C 项正确．答案C6．根据玻尔理论，在氢原子中量子数n越大，则( )．A．电子轨道半径越小 B．核外电子速度越小C．原子能级能量越小 D．原子的电势能越小答案B7．如图1－2－3(甲)是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图1－2－3(乙)是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图1－2－3(乙)中的检查是利用了哪种射线( )．图1－2－3A．α射线 B．β射线C．γ射线 D．三种射线都可以答案C8.图1－2－4(2011·从化模拟)可见光光子的能量在1.61 eV～3.10 eV范围内．若氢原子从高能级跃迁到低能级，根据氢原子能级图(如图1－2－4所示)可判断( )．A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出可见光B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出可见光C．从n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出可见光D．从n＝4能级跃迁到n＝1能级时发出可见光解析发出可见光的能量hν＝|E n－E m|，故四个选项中，只有B选项的能级差在1.61 eV～3.10 eV范围内，故B选项正确．答案B9．太阳的能量来自下面的反应：四个质子(氢核)聚变成一个α粒子，同时发射出两个正电子和两个没有静止质量的中微子．已知α粒子的质量为mα，质子的质量为m p，电子的质量为m e，则N A表示阿伏加德罗常数，用c表示光速，则太阳上1 kg的氢核聚变成α粒子所放出的能量为( )．A．125(4m p－mα－2m e)N A c2B．250(4m p－mα－2m e)N A c2C．500(4m p－mα－2m e)N A c2D．1 000(4m p－4mα－2m e)N A c2解析四个质子聚变成一个α粒子时放出的能量为(4m p－mα－2m e)c2，则一个质子放出的能量为4m p－mα－2m e c24，1 kg氢核的物质的量为1 0001mol，所包含氢核的个数为1 000N A，则其放出的能量为1 000 N A ·4m p－mα－2m e c24＝250(4m p－mα－2m e)N A c2，故选项B正确．答案B10．在未来的中国，从沿海的广东、浙江、福建到内陆的湖北、湖南、江西，几十座核电站将拔地而起．发展核电既是中展突破能源、交通、环保瓶颈的上策，也符合国务院温家宝在《政府工作报告》中关于“节能减排”的号召．下列关于核电站的说法中正确的是( )．A．核反应方程可能是： 92235U→ 56141Ba＋3692Kr＋201nB．核反应过程中质量和质量数都发生了亏损C．在核反应堆中利用控制棒吸收中子从而减小中子对环境的影响D．核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能解析(1)核电站是核裂变的一种应用，其反应方程式是： 92235U＋01n→56141Ba ＋3692Kr＋301n.反应中，质量数不变但质量发生亏损，从而释放出核能．在核反应中，核反应速度由参与反应的中子数目决定，控制棒通过插入的深度来调节中子的数目以控制链式反应的速度．核电站的能量转换过程是：通过核反应堆将核能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能，故D项正确．答案D对应学生用书P218考点一能级跃迁问题图1－2－5【典例1】如图1－2－5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：(1)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？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．解析(1)氢原子从n>2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射光子的频率应满足：hν＝E n－E2＝2.55 eV，E n＝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.(2)辐射跃迁图如答案图所示．答案(1)12.75 eV(2)(1)量子数为n的氢原子辐射光子的可能频率的判定方法：如果是一个氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为(n－1)．如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数的求解方法方法1：采用画图法，原子在两个不同能级间跃迁能产生一条频率不同的光谱线方法2：用数学组合公式求解(2)理解氢原子能级图，量子数越大，相邻能级差越小，发出光子波长越长．【变式1】图1－2－6所示为氢原子图1－2－6的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是( )．A．原子A可能辐射出3种频率的光子B．原子B可能辐射出3种频率的光子C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4解析本题考查对玻尔理论的理解及推理能力．原子A从激发态E2跃迁到E1，只辐射一种频率的光子，A错．原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能辐射三种频率的光子，B对．由原子能级跃迁理论可知，原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3，但不能跃迁到E4，C错．A原子发出的光子能量ΔE＝E2－E1大于E4－E3，故原子B不可能跃迁到能级E4，D错．答案B考点二核反应方程及核反应类型的判断【典例2】(1)现有三个核反应方程：①1124Na―→1224Mg＋－10e② 92235U＋01n―→ 56141Ba＋3692Kr＋301n③12H＋13H―→24He＋01n下列说法正确的是( )．A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变D．①是β裂变，②是聚变，③是裂变(2)现有四个核反应：A．12H＋13H―→24He＋01nB. 92235U＋01n―→X＋3689Kr＋301nC．1124Na―→1224Mg＋－1 0eD．24He＋49Be―→ 612C＋01n①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．②求B中X的质量数和中子数．解析(1)1124Na―→1224Mg＋－1 0e中Na核释放出β粒子，为β衰变. 92235U＋01n―→56141Ba＋3692Kr＋301n为铀核在被中子轰击后，分裂成两个中等质量的核，为裂变．而12H＋13H―→24He＋01n为聚变，故C正确．(2)①人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核．箭头的右边也是常见元素的原子核．D是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程．A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程．②由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88.答案(1)C (2)①D B A ②144 88【变式2】三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(24He)，则下面说法正确的是( )．A．X核比Z核多一个质子B．X核比Z核少一个中子C．X核的质量数比Z核的质量数大2D．X核与Z核的总电荷数是Y核电荷数的2倍解析设X核的核电荷数与质量数分别为a、b，X核放出正电子及Y核与质子的核反应如下：a b X―→10e＋a－1b Y，a－1b Y＋11H―→a－2b－3Z＋24He.可见，X核比Z核多2个质子，故A项错．X核比Z核多1个中子，故B项错．X核的质量数比Z核的质量数大3，故C项错．Z核与X核的总电荷数为(2a－2)，是Y核的2倍，故D项对．答案D考点三核能的计算【典例3】裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核 92235U为燃料的反应堆中，当 92235U俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为( )．92235U ＋1n ―→54139Xe ＋3894Sr ＋31n235．043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)．已知1 u的质量对应的能量为9.3×102MeV，此裂变反应释放出的能量是________MeV.解析由题给核反应方程及其下面的数据可知：裂变之前的总质量为：235.043 9 u＋1.008 7 u＝236.052 6 u，裂变之后的总质量为：138．917 8 u＋93.915 4 u＋3×1.008 7 u＝235.859 3 u，质量亏损为：Δm＝236.052 6 u－235.859 3 u＝0.193 3 u.因为1 u的质量对应的能量约为9.3×102 MeV所以ΔE＝0.193×9.3×102MeV≈1.8×102 MeV答案 1.8×102(1)应用质能方程解题的流程图书写核反应方程―→计算质量亏损Δm―→利用ΔE＝Δmc2计算释放的核能①根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．②根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．③根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．(2)利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．【变式3】太阳能来源于轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是4个氢核(11H)结合成1个氦核(24He)．下表中列出了部分粒子的质量.A．核反应方程为411H―→24He＋210eB．核反应方程为411H―→24He＋2－10eC．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 uD．聚变反应过程中释放的能量约为24.8 MeV(2)一个氘核(12H)和一个氚核(13H)结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为Δm，已知阿伏加德罗常数为N A，真空中的光速为c，若1 mol氘和1 mol 氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为________．A．N AΔmc2 B．2N AΔmc2 C.12N AΔmc2D．5N AΔmc2解析(1)根据电荷数守恒和质量数守恒可得聚变的核反应方程为：411H―→24He＋210e，B错误、A正确；质量亏损为：Δm＝4m H－m He－2m e＝4×1.007 3 u－4.001 5 u－2×0.000 55 u＝0.026 6 u，C正确；核反应释放的能量为ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV＝24.8 MeV，D正确．(2)根据爱因斯坦的质能方程，一个氘核(12H)和一个氚核(13H)结合成一个氦核并放出一个中子释放的能量为Δmc2，1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反应，释放的能量为上述反应的N A倍，即N AΔmc2.答案(1)B (2)A考点四核反应与动量守恒的综合应用【典例4】图1－2－7如图1－2－7所示，印度第一艘自主研发的核潜艇于7月26日正式下水，成为世界第六个拥有核潜艇的国家．核动力潜艇是潜艇中的一种类型，指以核反应堆为动力来源设计的潜艇．(1)在核反应中有一种是一个 92235U原子核在中子的轰击下发生的一种可能的裂变反应，其裂变方程为 92235U＋01n―→X＋3894Sr＋1001n，则下列叙述正确的是( )．A．X原子核中含有54个质子B．X原子核中含有53个中子C．裂变时释放能量是因为亏损的质量变成了能量D．裂变时释放能量，出现质量亏损，质量数不守恒(2)用速度为v0、质量为m1的24He核轰击质量为m2的静止的 714N核，发生核反应，最终产生两种新粒子A和B.其中A为 817O核，质量为m3，速度为v3；B的质量为m4.①计算粒子B的速度v B；②粒子A的速度符合什么条件时，粒子B的速度方向与He核的运动方向相反．解析(1)由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：X原子核中含有54个质子，78个中子，故A正确，B、D错，释放能量不是质量变成了能量，而是亏损的质量以能量的形式释放，C错．(2)①由动量守恒定律有m1v0＝m3v3＋m4v B解得v B＝m1v0－m3v3m4.②B的速度与He核的速度方向相反，即m1v0－m3v3<0，解得v3>m1v0m3.答案(1)A (2)①m1v0－m3v3m4②v3>m1v0m3【变式4】一个静止的氡核 86222Rn，放出一个α粒子后衰变为钋核 84218Po，同时放出能量为E＝0.09 MeV的光子．假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能，不计光子的动量．已知M氡＝222.086 63 u、mα＝4.002 6 u、M钋＝218.076 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量．(1)写出上述核反应方程．(2)求出发生上述核反应放出的能量．(3)确定钋核与α粒子动能．解析(1) 86222Rn→ 84218Po＋24He＋γ.(2)质量亏损Δm＝222.086 63 u－4.002 6 u－218.076 6 u＝0.007 43 u ΔE＝Δmc2＝6.92 MeV.(3)设α粒子、钋核的动能分别为E kα、E k钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得：ΔE＝E kα＋E k钋＋E不计光子的动量，由动量守恒定律得：0＝pα＋p钋又E k ＝p22m，故E kα∶E k钋＝218∶4联立上面式子解得E k钋＝0.12 MeV，E kα＝6.54 MeV.答案(1) 86222Rn→ 84218Po＋24He＋γ(2)6.92 MeV(3)0.12 MeV 6.54 MeV对应学生用书P220一、对原子结构的考查(低频考查)1．(2010·上海单科，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( )．A．α粒子的散射实验 B．对阴极射线的研究C．天然放射性现象的发现 D．质子的发现解析卢瑟福根据α粒子的散射实验的结果，提出原子的核式结构模型，所以A项正确．答案A2．(2011·上海单科，2)卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是( )．解析α粒子轰击金箔后偏转，越靠近金箔，偏转的角度越大，所以A、B、C错误，D正确．答案D二、对氢原子能级及能级公式的考查(高频考查)3．(2010·湖南、辽宁、宁夏、陕西、吉林、黑龙江卷Ⅰ)用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，则( )．A．ν0<ν1 B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.1ν1＝1ν2＋1ν3解析大量氢原子跃迁时，只有三个频率的光谱，这说明是从n＝3能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，hν3＝hν2＋hν1，解得：ν3＝ν2＋ν1，选项B正确．答案B4．(2010·重庆理综，19)氢原子部分能级的示意图如图1－2－8所示．不同色光的光子能量如下表所示.图1－2－处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为( )．A．红、蓝－靛B．黄、绿C．红、紫D．蓝－靛、紫解析原子发光时光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序．结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 eV和2.55 eV的光子属于可见光．并且属于红光和蓝－靛的范围．答案A5．(2011·四川卷，18)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则( )．A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1解析氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，而紫光的频率ν2大于红光的频率ν1，所以hν2>hν1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为hν2－hν1.故选项D正确．答案D6．(2011·大纲全国卷，18)已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量E n ＝E1n2，其中n＝2,3，….且h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为( )．A．－4hc3E1B．－2hcE1C．－4hcE1D．－9hcE1解析由E n＝E1n2知，第一激发态的能量为E2＝E14，又hcλ≥－E14，得λ≤－4hcE1，故C对，A、B、D错．答案C7．(2011·课标全国卷，35)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ0)单色光做实验，则其截止电压为________．已知电子的电荷量，真空中的光速和普朗克常量分别为e，c和h.解析由W逸＝hν极限和ν＝cλ得W逸＝hcλ0.由爱因斯坦光电效应方程E k＝h cλ－W逸和E k＝Ue得U截止＝hce⎝⎛⎭⎪⎫λ0－λλ0λ.答案h cλ0hce⎝⎛⎭⎪⎫λ0－λλ0λ三、对原子核的考查(高频考查)8．(2009·广东单科·2)科学家发现在月球上含有丰富的23He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为23He ＋23He―→211H＋24He.关于23He聚变下列表述正确的是( )．A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用23He聚变反应发电解析聚变反应是轻核变为中等质量核的反应，发生质量亏损，释放能量．目前核电站采用重核裂变反应．答案B9．(2010·广东理综，18)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( )．A. 92238U→ 90234Th＋24He 是α衰变B. 714N＋24He→ 817O＋11H 是β衰变C．12H＋13H→24He＋01n 是人工转变D．3482Se→3682Kr＋2－10e 是重核裂变解析α衰变是放射出氦核的天然放射现象，A正确；β衰变是放射出电子的天然放射现象，而B项是发现质子的原子核人工转变，故B错；C项是轻核的聚变，D项是β衰变现象，故C、D错．答案A10．(2010·全国Ⅰ，14)原子核 92238U经放射性衰变①变为原子核 90234Th，继而经放射性衰变②变为原子核 91234Pa，再经放射性衰变③变为原子核 92234U.放射性衰变①、②和③依次为( )．A．α衰变、β衰变和β衰变 B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变 D．α衰变、β衰变和α衰变解析由电荷数守恒与质量数守恒可分别写出衰变①为 92238U→ 90234Th＋24He，衰变②为90234Th→91234Pa＋－10e，衰变③为91234Pa→92234U＋－10e，故知正确答案为A.答案A。