推荐高考物理一轮复习第14章近代物理初步第2讲原子结构与原子核习题新人教版

第十四章第2讲原子结构与原子核1．(2017·全国卷Ⅰ)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：21H＋21H―→12He＋10n，已知21H的质量为2.0136u，32He的质量为3.0150u，10n的质量为1.0087u,1u＝931MeV/c2。

氘核聚变反应中释放的核能约为( B )A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV[解析]氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.0035×931 MeV/c2×c2≈3.3MeV，B正确。

2．(2017·全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为23892U→23490Th ＋42He，下列说法正确的是( B )A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量[解析]静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和α粒子的动量等大反向，即p Th＝pα，B正确；因此有2m Th E k Th＝2mαE kα，由于钍核和α粒子的质量不等，因此衰变后钍核和α粒子的动能不等，A错误；半衰期是有半数铀核衰变所用的时间，并不是一个铀核衰变所用的时间，C错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此D错误。

3．(2017·天津卷)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。

下列核反应方程中属于聚变反应的是导学号 21992913( A )A．21H＋31H→42He＋10nB．147N＋42He→178O＋11HC．42He＋2713Al→3015P＋10nD．23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n[解析]A是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程，B是用α粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程，C属于原子核的人工转变，D属于重核的裂变，因此只有A符合要求。

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.。

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”。

第3讲　原子结构与原子核A组　基础题组1.[2014课标Ⅱ,35(1),5分](多选)在人类对微观世界进行探索的过程中,科学实验起到了非常重要的作用。

下列说法符合历史事实的是 。

A.密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B.贝克勒尔通过对天然放射现象的研究,发现了原子中存在原子核C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D.卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子E.汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验,发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的,并测出了该粒子的比荷2.(2015北京理综,14,6分)下列核反应方程中,属于α衰变的是( )A.NHeOHBUThHeCHHHenDThPae3.(2016天津期中)(多选)下列关于近代物理知识的描述中,正确的是( )A.当用蓝色光照射某金属表面时有电子逸出,则改用紫光照射也一定会有电子逸出B.处于n=3能级状态的大量氢原子自发跃迁时,能发出3种频率的光子C.衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D.在NHeO+X核反应中,X是质子,这个反应过程叫α衰变E.比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定4.[2015福建理综,30(1),6分]下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是 。

A.γ射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变DBi的半衰期是5天,100克Bi经过10天后还剩下50克5.(2015山东德州模拟)(多选)由于放射性元素Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现。

已知Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi,下列论断中正确的是( )ABi的原子核比Np的原子核少28个中子BBi的原子核比Np的原子核少18个中子C.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变D.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变6.(2016江苏淮安淮海中学二模)如图所示是氢原子的能级图,现有大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁,所辐射的光子中,只有一种能使某金属产生光电效应。

第2讲原子结构与原子核一、单项选择题：在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的.1．（2020·贵州毕节模拟）物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上.下列说法正确的是（D）A．贝可勒尔发现天然放射现象，其中β射线来自原子最外层的电子B．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的C．卢瑟福的α粒子散射实验发现电荷量子化D．汤姆孙发现电子使人们认识到原子内部是有结构的[解析］本题考查近代原子物理学史及相关科学家的贡献。

贝可勒尔发现天然放射现象,其中β射线来自原子核内的中子转化为质子和电子，这种转化的电子发射到核外,也就是β射线，而不是来自原子核外的电子，A错误；玻尔的氢原子模型说明原子核外的电子的轨道是不连续的，B错误；密立根油滴实验首次发现了电荷量子化，C错误；电子的发现让人们认识到原子可以再分，说明原子内部是有结构的，D正确。

2．(2019·云南昆明测试）大科学工程“人造太阳”主要是将氘聚变反应释放的能量用来发电。

氘核聚变反应方程是：错误!H＋21H→错误!He＋错误!n。

已知错误!H的质量为2。

013 6 u，错误!He的质量为3。

015 0 u,错误!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(B）A．3。

7 MeV B．3.3 MeVC．2。

7 MeV D．0。

93 MeV[解析］氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2。

013 6 u－（3.015 0 u＋1.008 7 u）＝0.003 5 u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV,选项B正确。

3．（2020·山东高考模拟）2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年。

1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为4，2He＋14 7N→m，8X＋错误!Y。

2022版高考物理一轮复习第十四章近代物理初步第2讲原子结构与原子核学案新人教版年级：姓名：第2讲原子结构与原子核一、原子结构光谱和能级跃迁知识点1 原子的核式结构1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。

2．原子的核式结构：观察上面两幅图，完成以下空格：(1)1909～1911年，英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了核式结构模型。

(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”。

(3)原子的结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的几乎全部质量和全部正电荷都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。

知识点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：3．氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －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。

知识点3 玻尔理论 能级 1．玻尔的三条假设(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。

2019年高考物理一轮复习 第14章 近代物理初步 新人教版一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共计60分。

1～5题为单选，6～10题为多选，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，错选或不选的得0分)1．(2018·河南六校联考)以下说法正确的是导学号 21993544( C )A ．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子能量减小B ．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的个数增多，光电子的最大初动能增大C ．氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同频率的光，但它的光谱不是连续谱D ．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，阴极射线是原子核内的质子转变为中子时产生的高速电子流[解析] 氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，需要吸收能量，原子能量增大，故A 错误；紫外线照射金属锌板表面时发生光电效应，由于没有改变照射光的频率，故光电子的最大初动能不变，B 错误；氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同频率的光，但它的光谱不是连续谱，C 正确；β射线是原子核内中子转变为质子时产生的，D 错误。

2．(2018·天津检测)氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n ＝4能级向n ＝2能级跃迁时辐射出可见光a ，从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时辐射出可见光b ，则导学号 21993545( C )A ．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线B ．氢原子从n ＝4能级向n ＝3能级跃迁时会辐射出紫外线C ．从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级时，电子的电势能减小，氢原子的能量也减小D ．氢原子在n ＝2能级时可吸收任意频率的光而发生电离[解析] γ射线的产生机理是原子核受激发才产生的，故A 错误；根据跃迁规律可知氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级的能量差，从n ＝4能级向n ＝3能级跃迁时辐射出的光子能量小于a 光子的能量，不可能为紫外线，故B 错误；根据库仑引力提供向心力，结合牛顿第二定律，可知ke 2r 2＝m v 2r，从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级时，电子的动能增大，电子的电势能减小，由于放出光子，氢原子的能量减小，故C正确；欲使在n＝2能级的氢原子发生电离，吸收的光子能量一定不能小于3.4eV，故D错误。

原子结构和原子核高考真题1．(2015·福建理综)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( )A．γ射线是高速运动的电子流B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.210 83Bi的半衰期是5天，100克210 83Bi经过10天后还剩下50克解析：γ射线是高速运动的光子流，A错误．氢原子辐射光子后，绕核运动的电子势能减小，动能增大，B正确．太阳辐射能量的主要来源是太阳中的轻核聚变，C错误.100克210 83Bi 经过两个半衰期后剩25克，D错误．答案：B2．(2015·浙江自选)以下说法正确的是( )A．所有原子核中的质子数和中子数都相等B．在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒C．氢原子从高能级向低能级跃迁时能辐射出γ射线D．只要光照射金属电极的时间足够长，就能发生光电效应解析：原子核内的质子数与中子数不一定相等，A错误．在核反应中，反应前后的质量数、电荷数守恒，B正确．氢原子从高能级向低能级跃迁时，能辐射出光子，但只能是可见光、红外线和紫外线，C错误．照射光的频率必须大于金属的极限频率时才能发生光电效应，与光照时间无关，D错误．答案：B3．(2015·天津理综)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是( )A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的解析：天然放射现象由原子核变化引起，可以说明原子核内部是有结构的，A正确．α粒子散射实验使人们认识到原子具有核式结构，B、C错误．通过密立根油滴实验发现电荷是量子化的，D错误．答案：A4．(2015·山东理综)(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )A．该古木的年代距今约5 700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析：古木样品中14C正好是现代植物所制样品的二分之一，可知时间正好是5 700年，A正确.12C中子数为6,13C中子数为7,14C中子数为8，B错误．与14N相比，质量数一样而质子数少一个，可知发生的是β衰变，C正确．半衰期与外界环境无关，D错误．答案：AC5．(2015·广东理综)(多选)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→42He＋31H＋4.9 MeV和21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV.下列表述正确的有( )A．X是中子B．Y的质子数是3，中子数是6C．两个核反应都没有质量亏损D．氘和氚的核反应是核聚变反应解析：由21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV，得X为中子10n，A正确．由X＋Y→42He＋31H＋4.9 MeV，得Y为63Li，质子数为3，中子数为3，B错误．两反应中均有能量产生，由质能方程可知，两个核反应都有质量亏损，C错误．氘和氚反应生成α粒子，该反应为核聚变反应，D正确．答案：AD。

原子结构和原子核时间：45分钟一、单项选择题1．如下关于原子和原子核的说法正确的答案是( )A．β衰变现象说明电子是原子核的组成局部B．玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越结实解析：β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，选项A错误；玻尔理论的根本假设是轨道、速度、能量都是量子化的，选项B正确；半衰期由原子核的内部因素决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关，选项C错误；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越结实，原子核越稳定，选项D错误．答案：B2．如下列图是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁时所发出的三种波长的光．在如下该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，如此正确的答案是( )解析：根据玻尔的原子跃迁公式h cλ＝E m－E n可知，两个能级间的能量差值越大，辐射光的波长越短，从题图中可以看出，能量差值最大的是E3－E1，辐射光的波长a最短，能量差值最小的是E3－E2，辐射光的波长b最长，所以谱线从左向右的波长依次增大的顺序是a、c、b，C正确．3．氢原子由原子核和一个核外电子组成，电子绕原子核做匀速圆周运动；电子运动的半径可以变化，且沿不同轨道运动时原子具有的能量不同(原子的能量为电子的动能与原子的电势能之和)．现有一氢原子吸收了一定的能量后其核外电子从半径为R 1的轨道跃迁到半径为R 2的轨道上．假设氢原子的电势能E p ＝－ke 2R(e 为电子的电荷量)如此( )A ．核外电子的动能增加了ke 22R 1－ke 22R 2B ．核外电子的动能减少了ke 22R 2－ke 22R 1C ．氢原子吸收的能量等于ke 22R 1－ke 22R 2D ．氢原子吸收的能量等于ke 22R 2－ke 22R 1解析：此题结合能级跃迁、圆周运动考查能量守恒，意在考查考生的综合分析能力．电子在半径为R 1的轨道上运动时，由ke 2R 21＝m v 21R 1得E k1＝ke 22R 1，由E p ＝－ke 2R 得E p1＝－ke 2R 1，同理可得电子在半径为R 2的轨道上运动时，动能和电势能分别为E k2＝ke 22R 2，E p2＝－ke 2R 2，氢原子吸收能量后，轨道半径增大，动能减少，减少量为E k1－E k2，选项A 、B 错误；氢原子吸收的能量等于原子增加的能量，大小为(E k2＋E p2)－(E k1＋E p1)，选项C 正确，D 错误．答案：C4．一个氘核和一个氚核经过反响后生成一个氦核和一个中子，同时放出一个γ光子．氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m 1、m 2、m 3、m 4，普朗克常量为h ，真空中的光速为c .如下说法中正确的答案是( )A ．这个反响的核反响方程是21H ＋31H→42He ＋10n ＋γ B ．这个反响既不是聚变反响也不是裂变反响 C ．辐射出的γ光子的能量E ＝(m 3＋m 4－m 1－m 2)c 2D ．辐射出的γ光子的波长λ＝hm 1＋m 2－m 3－m 4c 2解析：由电荷数守恒与质量数守恒可知A 正确．此反响是轻核聚变反响，B 错误．由质能方程知此过程中释放的核能为ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，C 错误．假设此核能全部以光子的形式释放时，由ΔE ＝h c λ知γ光子的波长为λ＝hm 1＋m 2－m 3－m 4c，D 错误．5．一个电子(质量为m ，电量为－e )和一个正电子(质量为m ，电量为e )，以相等的初动能E k 相向运动，并撞到了一起，发生“湮灭〞，产生两个频率一样的光子，设产生光子的频率为ν；假设这两个光子的能量都是hν，动量分别为p 和p ′，如下关系中正确的答案是( )A ．hν＝mc 2B ．hν＝12mc 2，p ＝p ′C ．hν＝mc 2＋E k ，p ＝－p ′D ．hν＝12(mc 2＋E k )，p ＝－p ′解析：由能量守恒知2mc 2＋2E k ＝2hν，故hν＝mc 2＋E k ，由动量守恒知0＝p ＋p ′，故p ＝－p ′，C 正确，A 、B 、D 错误．答案：C 二、多项选择题6．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．如此氢原子( )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，E ＝hν＝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>E ；由n ＝3的状态向n ＝1的状态跃迁时，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，hν′＝E 4－E 3＝7|E 1|144<hν，B 、C 正确．答案：BC7．如下说法正确的答案是( )A ．核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站B ．原子反响堆主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统组成C ．铀块的体积对产生链式反响无影响D ．重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少E ．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能解析：只要措施得当，核电站造成的污染很小，A 正确；原子反响堆主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统组成，B 正确；要引起链式反响，须使铀块体积超过临界体积，C 错误；重核裂变的质量亏损远小于一个核子的质量，核子数不会减少，D 错误；重核裂变为中等质量的原子核时，由于核子平均质量减小，发生质量亏损，从而释放出核能，E 正确．答案：ABE8．某半导体激光器发射波长为1.5×10－6m ，功率为5.0×10－3W 的连续激光．可见光波长的数量级为10－7m ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，该激光器发出的( )A ．是紫外线B ．是红外线C ．光子能量约为1.3×10－18JD ．光子数约为每秒3.8×1016个解析：由于激光波长大于可见光波长，故该激光器发出的是红外线，B 正确，A 错误；由E ＝hc λ可得光子能量约为E ＝hc λ≈1.3×10－19 J ，C 错误；光子数约为每秒为n ＝PE≈3.8×1016个，D 正确．答案：BD 三、非选择题9．2011年3月11日日本福岛核电站发生核泄漏事故，其中铯137(13755Cs)对核辐射的影响大，其半衰期约为30年．(1)请写出铯137(13755Cs)发生β衰变的核反响方程________[53号元素是碘(Ⅰ)，56号元素是钡(Ba)]．(2)假设在该反响过程中释放的核能为E ，如此该反响过程中的质量亏损为________(真空中的光速为c )．(3)泄漏出的铯137要到约公元________年才会有87.5%的原子核发生衰变． 解析：(1)铯137(13755Cs)发生β衰变的核反响方程为13755Cs→13756Ba ＋ 0－1e. (2)由爱因斯坦的质能方程得ΔE ＝Δmc 2可知，该反响过程中的质量亏损为Ec2.(3)泄漏出的铯137有87.5%的原子核发生衰变，还剩12.5%，设衰变的时间为t ，如此⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ＝18，因半衰期τ＝30年，如此t ＝90年，即要到约公元2101年． 答案：(1)13755Cs→13756Ba ＋ 0－1e (2)E c2 (3)2101 10．氢原子基态的电子轨道半径r 1＝0.53×10－10m ，基态的能级值为E 1＝－13.6 eV.(电子的质量为9.1×10－31kg)(1)求电子在n ＝1的轨道上运动形成的等效电流．(2)有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态，画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线．(3)计算这几条光谱线中最长的波长．解析：(1)电子绕核运动具有周期性，设运转周期为T ，由牛顿第二定律和库仑定律有k e 2r 1＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r 1① 又轨道上任一处，每一周期通过该处的电荷量为e ，由电流的定义式得所求等效电流I ＝e T②联立①②得I ＝e 22πr 1k mr 1＝ 1.6×10－1922×3.14×0.53×10－10×9×1099.1×10－31×0.53×10－10 A＝1.05×10－3A.(2)由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线，如下列图．(3)三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从n ＝3的能级跃迁到n ＝2的能级，设波长为λ，由h c λ＝E 3－E 2，得λ＝hcE 3－E 2＝6.63×10－34×3×108－1.51＋3.4×1.6×10－19 m ＝6.58×10－7m.答案：(1)1.05×10－3A (2)见解析 (3)6.58×10－7m11．一个静止的铀核232 92U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7 u)．原子质量单位1 u＝1.67×10－27 kg,1 u相当于931 MeV.(1)写出核衰变反响方程；(2)求该核衰变反响中释放出的核能；(3)假设反响中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，如此钍核获得的动能有多大？解析：(1)232 92U―→228 90Th＋42He.(2)该核衰变反响的质量亏损Δm＝0.005 9 u释放的核能ΔE＝0.005 9×931 MeV≈5.49 MeV.(3)系统动量守恒，如此钍核和α粒子的动量大小相等，即p Th＝pα动量和动能的关系：p2Th＝2m Th E kTh，p2α＝2mαE kα且E kTh＋E kα＝ΔE所以钍核获得的动能E kTh＝mαmα＋m Th×ΔE≈0.09 MeV.答案：(1)232 92U―→228 90Th＋42He(2)5.49 MeV (3)0.09 MeV。

练案[41] 原子结构与原子核一、选择题(本题共12小题，1～8题为单选，9～12题为多选)1．(2018·吉林省百校联盟高三12月联考)在下列物理现象中，原子核发生变化的是导学号 21993388( D )A．黑体辐射现象B．光电效应现象C．原子发光现象D．天然放射现象[解析]黑体辐射现象和原子发光现象均为原子外层电子跃迁而辐射电磁波的现象，不是核反应，A、C错误；光电效应现象是原子外层电子受光照射脱离原子核的束缚而逸出，没有发生核反应，B错误；天然放射现象是原子核发生改变并伴随产生放射线的现象，D正确。

2．(2018·江西省临川区第一中学高三上学期第三次段考试题)下列说法正确的是导学号 21993389( C )A．铀核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大C．原子核内的中子转化成一个质子和电子，产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质D．用能量为11.0eV的光子照射时，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态[解析]根据爱因斯坦质能方程可知，裂变时释放能量是因为发生了亏损质量，ΔE＝Δmc2，故A错误；发生光电效应时，入射光的频率越高，光子的能量越大，由：E km＝hν－W逸出功得，逸出的光电子的最大初动能就越大，而与入射光的强度无关，故B错误；β衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故C正确；11.0eV 的能量不等于基态与其它能级间的能级差，所以不能吸收而发生跃迁，故D错误；故选C。

3．(2018·河北省邯郸市鸡泽县第一中学高三上学期期中试题)下列说法正确的是导学号 21993390( D )A．卢瑟福α粒子散射实验表明原子存在中子B．外界温度越高，放射性元素的半衰期越短C．核聚变反应方程21H＋31H→42He＋A中，A表示质子D．23892U原子核衰变为一个20682Pb原子核的过程中，发生6次β衰变[解析]卢瑟福α粒子散射实验确定了原子核核式结构理论，选项A错误；放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项B错误；核聚变反应方程中A的电荷数为0，质量数为2＋3－4＝1，故A表示中子，选项C错误；23892U原子核衰变为一个20682Pb原子核的过程中设经过m次α衰变，n次β衰变，则有：4m＝32,2m－n＝10，解得：m＝8，n＝6，选项D正确；故选D。

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”模型有复杂结构，揭开了研究原子的序幕．（1）1897年汤姆生发现了电子，使人们认识到原子．．(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10－15m，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”。