2020高考物理一轮复习 专题20原子结构和原子核(解析版)

原子结构1．人类认识原子的历史是漫长的。

下列与原子结构模型的演变无关的科学家是( ) A．玻尔B．道尔顿C．卢瑟福D．爱因斯坦【答案】D【解析】A项，玻尔在1913年提出轨道式原子模型，故不选A；B项，道尔顿在1803年提出实心球式原子模型，故不选B；C项，卢瑟福在1911年提出核式原子结构模型，故不选C；D项，爱因斯坦是一位物理学家，主要进行物理理论研究，与原子结构模型的演变无关，故选D；故选D。

2．首次将量子化概念运用到原子结构，并解释了原子稳定性的科学家是()A．玻尔B．爱因斯坦C．门捷列夫D．鲍林【答案】A【解析】A项，玻尔首次将量子化概念应用到原子结构，并解释了原子稳定性，故A 正确；B项，爱因斯坦创立了代表现代科学的相对论，故B错误；C项，门捷列夫提出元素周期律，故C错误；D项，.鲍林根据光谱实验的结果，总结出多电子原子中电子填充各原子轨道能级顺序，提出了多电子原子中原子轨道的近似能级图；故选A。

3．下列各电子层中不包含d能级的是()A．N电子层B．M电子层C．L电子层D．O电子层【答案】C【解析】第1电子层只有1个能级(1s)，第2电子层有2个能级(2s和2p)，第3电子层有3个能级(3s、3p和3d)，依次类推。

前两个电子层没有d能级，从第3电子层才开始出现d能级。

4．下列原子轨道中，可容纳电子数最多的是()A．5d B．6p C．4f D．7s【答案】C【解析】能级中所含原子轨道的数目取决于能级种类，与电子层序数无关，s、p、d、f 能级分别含有1、3、5、7个原子轨道，每个原子轨道最多容纳2个电子，所以4f轨道容纳电子数最多。

5．原子结构模型的演变如图所示，下列符合历史演变顺序的一组排列是( )A．(1)(3)(2)(4)(5) B．(1)(2)(3)(4)(5) C．(1)(5)(3)(2)(4) D．(1)(3)(5)(4)(2)【答案】A【解析】1803年，英国化学家道尔顿提出原子论，他认为原子是微小的不可分割的实心球体，对应(1)；1904年，汤姆孙在发现电子的基础上提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型，对应(3)；1911年，英国物理学家卢瑟福提出了原子结构的核式模型，对应(2)；1913年，丹麦科学家玻尔在卢瑟福核式模型的基础上建立起核外电子分层排布的原子结构模型，对应(4)；20世纪20年代中期建立量子力学理论，产生了原子结构的量子力学模型，对应(5)；综上所述，正确的演变顺序为(1)(3)(2)(4)(5)，故选A。

2020届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练原子结构原子核【专题导航】目录热点题型一原子的核式结构玻尔理论 (1)（一）对能级图的理解和应用 (3)（二）对原子核式结构的理解 (4)热点题型二氢原子的能量及变化规律 (5)热点三原子核的衰变、半衰期 (6)（一）确定衰变次数的问题 (7)（二）衰变射线的性质 (8)（三）对半衰期的理解和应用 (9)热点题型四核反应类型与核反应方程 (9)热点题型五核能的计算 (11)【题型演练】 (12)【题型归纳】热点题型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．②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．③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.②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 .②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 . ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离． （一）对能级图的理解和应用【例1】(2019·山西太原一模)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 【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】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656 nm.以下判断正确的是( )A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级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633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级【答案】CD【解析】根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此选项A错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知选项B错误，D 正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以选项C正确．（二）对原子核式结构的理解【例2】(2019·上海理工大附中期中)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．【变式】如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是( )A ．M 点B ．N 点C ．P 点D ．Q 点【答案】C【解析】.α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同．带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹侧，故只有选项C 正确． 热点题型二 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．【例3】(2019·三明模拟)按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为r a 的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为r b 的圆轨道上，已知r a >r b ，则在此过程中( )A ．原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量也减小B ．原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C ．原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小D ．原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大 【答案】A.【解析】由玻尔氢原子理论知，电子轨道半径越大，原子能量越大，当电子从r a 跃迁到r b 时，原子能量减小，放出光子；在电子跃迁过程中，库仑力做正功，原子的电势能减小；由库仑力提供电子做圆周运动的向心力，即ke 2r 2＝mv 2r，r 减小，电子速度增大，动能增大，综上所述可知A 正确．【变式】(多选)(2019·宜昌模拟)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 【答案】AD.【解析】氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减小，根据k e 2r 2＝m v 2r ，得轨道半径减小，电子速率增大，动能增大，由于氢原子半径减小的过程中电场力做正功，则氢原子电势能减小，故A 、D 项正确，B 、C 项错误． 热点三 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(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的． 2．三种射线的成分和性质3.半衰期的理解半衰期的公式：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． （一）确定衰变次数的问题【例4】(多选)(2019·南通模拟)钍234 90Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤23491Pa ，同时伴随有射 线产生，其方程为234 90Th→234 91Pa ＋X ，钍的半衰期为24天．则下列说法中正确的是( )A ．X 为质子B ．X 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C ．γ射线是镤原子核放出的D ．1 g 钍234 90Th 经过120天后还剩0.312 5 g 【答案】 BC【解析] 根据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X 为电子，故A 错误；发生β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的，故B 正确；γ射线是镤原子核放出的，故C 正确；钍的半衰期为24天，1 g 钍234 90Th 经过120天即经过5个半衰期，故经过120天后还剩0.031 25 g ，故D 错误．【技巧总结】确定衰变次数的方法设放射性元素A Z X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y. (1)反应方程：A Z X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m0－1e.(2)根据电荷数和质量数守恒列方程A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m .两式联立解得： n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z .注意：为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．【变式】(多选)(2019·梅州一模)关于天然放射现象，以下叙述正确的是( )A ．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大B ．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的C ．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强D．铀核(23892U)衰变为铅核(20682Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变【答案】CD【解析】半衰期的时间与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，其半衰期不变，故A错误．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生的，故B错误．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故C正确．铀核(23892U)衰变为铅核(20682Pb)的过程中，每经过一次α衰变质子数少2，质量数少4；而每经过一次β衰变质子数增加1，质量数不变；由质量数和核电荷数守恒，可知要经过8次α衰变和6次β衰变，故D正确．（二）衰变射线的性质【例5】．图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是()A．a、b为β粒子的径迹B．a、b为γ粒子的径迹C．c、d为α粒子的径迹D．c、d为β粒子的径迹【答案】D【解析】.由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹，c、d可能为β粒子的径迹，选项D正确．【变式】(多选)一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在磁场中形成如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16，下列判断中正确的是()A．该原子核发生了α衰变B．反冲原子核在小圆上逆时针运动C．原来静止的核，其原子序数为15 D．放射性的粒子与反冲核运动周期相同【答案】BC【解析】衰变后产生的新核——即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场中均做匀速圆周运动，轨道半径r＝mvqB，因反冲核与放射的粒子动量守恒，而反冲核电荷量较大，所以其半径较小，并且反冲核带正电荷，由左手定则可以判定反冲核在小圆上做逆时针运动，在大圆上运动的放射粒子在衰变处由动量守恒可知其向上运动，且顺时针旋转，由左手定则可以判定一定带负电荷．因此，这个衰变为β衰变，放出的粒子为电子，衰变方程为M Q A→M ′Q ′B ＋－1e.由两圆的半径之比为1∶16可知，B 核的核电荷数为16.原来的放射性原子核的核电荷数为15，其原子序数为15.即A 为P(磷)核，B 为S(硫)核．由周期公式T ＝2πm qB 可知，因电子与反冲核的比荷不同，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期不相同． （三）对半衰期的理解和应用【例6】(2018·高考江苏卷)已知A 和B 两种放射性元素的半衰期分别为T 和2T ，则相同质量的A 和B 经过 2T 后，剩有的A 和B 质量之比为 ( ) A ．1∶4 B ．1∶2 C ．2∶1 D ．4∶1【答案】B【解析】经过2T ，对A 来说是2个半衰期，A 的质量还剩14，经过2T ，对B 来说是1个半衰期，B 的质量还剩12，所以剩有的A 和B 质量之比为1∶2，选项B 正确．【变式】碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( ) A.m 4 B.m 8 C.m 16 D.m 32【答案】C.【解析】经过n 个半衰期剩余碘131的含量m ′＝m ⎝⎛⎭⎫12n.因32天为碘131的4个半衰期，故剩余碘131的含量：m ′＝m ⎝⎛⎭⎫124＝m 16，选项C 正确． 热点题型四 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．【例7】(2018·高考全国卷Ⅲ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋2713Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为()A．15和28B．15和30C．16和30 D．17和31【答案】B【解析】将核反应方程式改写成42He＋2713Al→10n＋X，由电荷数和质量数守恒知，X应为3015X.【变式1】．(2018·高考北京卷)在核反应方程42He＋147N→178O＋X中，X表示的是()A．质子B．中子C．电子D．α粒子【答案】A【解析】设X为Z A X，根据核反应的质量数守恒：4＋14＝17＋Z，则Z＝1.电荷数守恒：2＋7＝8＋A，则A＝1，即X为11H，为质子，故选项A正确，B、C、D错误．【变式2】(2018·高考天津卷)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.147N俘获一个α粒子，产生178O并放出一个粒子B.2713Al俘获一个α粒子，产生3015P并放出一个粒子C.115B俘获一个质子，产生84Be并放出一个粒子D.63Li俘获一个质子，产生32He并放出一个粒子【答案】B【解析】根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为147N＋42He→178O＋11H、2713Al＋42He→3015P＋10n、115B＋1H→84Be＋42He、63Li＋11H→32He＋42He，故只有B项正确．1热点题型五核能的计算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．【例8】(2017·高考江苏卷)原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有()A.42He核的结合能约为14 MeVB.42He核比63Li核更稳定C．两个21H核结合成42He核时释放能量 D. 23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大【答案】BC.【解析】由题图可知，42He的比结合能约为7 MeV，其结合能应为28 MeV，故A错误；比结合能较大的核较稳定，故B正确；比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故C正确；比结合能就是平均结合能，故由图可知D错误．【变式】(2017·高考全国卷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→32He＋10n.已知21H的质量为2.013 6 u, 32He的质量为3.015 0 u，10n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 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV【答案】B.【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．【题型演练】1．一个146C核经一次β衰变后，生成新原子核的质子数和中子数分别是()A．6和8B．5和9C．8和6 D．7和7【答案】D【解析】一个146C核经一次β衰变后，生成新原子核，质量数不变，电荷数增加1，质量数为14，电荷数为7，即新核的质子数为7，中子数也为7，故选D.2．(2019·四川遂宁一诊)不同色光的光子能量如下表所示．氢原子部分能级的示意图如图所示．大量处于n ＝4能级的氢原子，发射出的光的谱线在可见光范围内，其颜色分别为( ) A ．红、蓝—靛B ．红、紫C ．橙、绿D ．蓝—靛、紫 【答案】A【解析】计算出各种光子能量，然后和表格中数据进行对比，便可解决本题．氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV 、12.09 eV 、10.2 eV 、2.55 eV 、1.89 eV 、0.66 eV 的六种光子，其中1.89 eV 和2.55 eV 属于可见光，1.89 eV 的光子为红光，2.55 eV 的光子为蓝—靛．3．(2019·唐山调研)在匀强磁场中，有一个原来静止的14 6C 原子核，它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相 内切的圆，圆的直径之比为7∶1，那么碳14的衰变方程应为( )A.14 6C→01e ＋14 5BB.14 6C→42He ＋10 4BeC.14 6C→21H ＋12 5BD.14 6C→ 0－1e ＋14 7N 【答案】D【解析】静止的放射性原子核发生了衰变放出粒子后，新核的速度与粒子速度方向相反，放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同，根据左手定则判断出粒子与新核的电性相反，根据r ＝mv Bq，因粒子和新核的动量大小相等，可由半径之比7∶1确定电荷量之比为1∶7，即可根据电荷数守恒及质量数守恒得出核反应方程式为D.4．(2019·贵州凯里一中模拟)居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而一起获得1903年的诺贝尔物理学 奖，下列关于放射性的叙述，正确的是 ( )A ．自然界中只有原子序数大于83的元素才具有放射性B ．三种天然放射线中，电离能力和穿透能力最强的是α射线C ．α衰变238 92U→X ＋42He 的产物X 由90个质子和144个中子组成D ．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关【答案】C【解析】原子序数大于83的元素都具有放射性，小于83的个别元素也具有放射性，故A 错误；α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故B 错误；根据电荷数和质量数守恒得，产物X 为234 90X ，则质子为90个，中子数为234－90＝144个，故C 正确；放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故D 错误．5．(2019·大连模拟)在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素2411Na 发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出 一个粒子后，变为一个新核，新核与放出粒子在磁场中运动的轨迹均为圆，如图所示，下列说法正确的( )A ．新核为2412MgB ．轨迹2是新核的径迹 C.2411Na 发生的是α衰变 D ．新核沿顺时针方向旋转【答案】AB【解析】根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒知，衰变方程为2411Na→2412Mg ＋0－1e ，可知新核为2412Mg ，故A 正确，C 错误．由题意，静止的钠核2411Na 发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子电荷量，由半径公式r ＝mv qB得知，新核的半径小于粒子的半径，所以轨迹2是新核的轨迹，故B 正确．根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知，新核要沿逆时针方向旋转，故D 错误．6．(2019·唐山一中模拟)下列说法正确的是 ( )A.239 94Pu 变成207 82Pb ，经历了4次β衰变和8次α衰变B ．阴极射线的本质是高频电磁波C ．玻尔提出的原子模型，否定了卢瑟福的原子核式结构学说D ．贝克勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核内部有复杂结构【答案】AD【解析】设发生了x 次α衰变和y 次β衰变，根据质量数和电荷数守恒可知，2x －y ＋82＝94,239＝207＋4x ，解得：x ＝8，y ＝4，故A 正确；阴极射线的本质是高速的电子流，故B 错误；玻尔提出的原子模型，成功解释了氢原子发光现象，但是没有否定卢瑟福的核式结构学说，故C 错误．贝克勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核内部有复杂结构，故D 正确；故选AD.7．(2019·山东省实验中学一模)下列说法中正确的是 ( )A ．紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应，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最大初动能不会发生改变B．从n＝4能级跃迁到n＝3能级，氢原子的能量减小，电子的动能减小C.23490Th衰变为22286Rn，经过3次α衰变，2次β衰变D．在某些恒星内，3个α粒子结合成一个126C，126C原子的质量是12.000 0u，42He原子的质量是4.002 6 u，已知1 u＝931.5 MeV/c2，则此核反应中释放的核能约为1.16×10－12 J【答案】ACD【解析】光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项A正确；从n＝4能级跃迁到n＝3能级，氢原子的能量减小，电子的动能变大，选项B错误；在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，设经过了m次α衰变，则：4m＝234－222＝12，所以m＝3；经过了n次β衰变，有：2m－n＝90－86＝4，所以n＝2，故C正确；D选项中该核反应的质量亏损Δm＝(4.002 6×3－12.000 0)u＝0.007 8 u，则释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0078×931.5 MeV≈7.266 MeV≈1.16×10－12 J，故D 正确．9.(2019·浙江联考)一个铍原子核(74Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变，生成一个锂核(73Li)，并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”．静止的铍核发生“K俘获”，其核反应方程为74Be＋0－1e→73Li＋νe.已知铍原子的质量为M Be＝7.016 929 u，锂原子的质量为M Li＝7.016 004 u,1 u相当于9.31×102 MeV.下列说法正确的是()A．中微子的质量数和电荷数均为零B．锂核(73Li)获得的动能约为0.86 MeVC．中微子与锂核(73Li)的动量之和等于反应前电子的动量D．中微子与锂核(73Li)的能量之和等于反应前电子的能量【答案】AC【解析】反应方程为74Be＋0－1e→73Li＋νe，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A 正确；根据质能方程，质量减少Δm＝(7.016 929 u＋m e－7.016 004 u)×9.31×102 MeV>0.86MeV，锂核获得的动能不可能为0.86MeV，B错误；衰变反应前后动量守恒，故中微子与锂核(73Li)的动量之和等于反应前电子的动量，C正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核(73Li)的能量之和不等于反应前电子的能量，D错误．10．(多选)用中子轰击23592U原子核，发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为23592U＋10n→X＋9438Sr＋210n，则以下说法中正确的是()A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中核子的比结合能比23592U原子核中核子的比结合能大C．X原子核中核子的平均质量比23592U原子核中核子的平均质量大D．X原子核的结合能比23592U原子核的结合能大【答案】AB【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的质量数为140，电荷数为54，则中子数为86，核子数为140，故A正确．在裂变的过程中，有能量释放，则X原子核中核子的比结合能比23592U原子核中核子的比结合能大，故B正确；X原子核属于中等核，则原子核中核子的平均质量比23592U原子核中核子的平均质量小，X原子核的核子比23592U少，X原子的结合能比23592U的结合能小，故C、D错误．。

原子结构与元素的性质1．按电子排布，可以把周期表中的元素划分为5个区，以下元素属于p区的是() A．Fe B．Mg C．Br D．Cu【答案】C【解析】Fe的外围电子排布式为3d64s2，属于d区元素，A项错误；Mg的外围电子排布式为3s2，属于s区元素，B项错误；Br的外围电子排布式为4s24p5，属于p区元素，C 项正确；Cu的外围电子排布式为3d104s1，属于ds区元素，D项错误。

故选C。

2．下列关于原子结构与元素周期表的说法正确的是()A．电负性最大的元素位于周期表的左下角B．某基态原子的价电子排布式为4s24p1，该元素位于周期表第四周期IIIA族C．2s轨道在空间呈双球形分布D．基态原子3p能级电子半充满的原子第-电离能小于3p能级有两个未成对电子的原子【答案】B【解析】A项，非金属越强，则电负性越大，电负性最大的元素位于周期表的右上角，A项错误；B项，某基态原子的价电子排布式为4s24p1，可知最外层为第四层，且含有3个电子，该元素位于周期表第四周期IIIA族，B项正确；C项，s能级的轨道为球型，则2s轨道在空间呈球形分布，C项错误；D项，核外电子半充满为稳定结构，则基态原子3p能级电子半充满的原子第一电离能大于3p能级有两个未成对电子的原子，D项错误；故选B。

3．电子排布式为[Ar]3d54s2的元素是()A．稀有气体元素B．过渡元素C．主族元素D．卤族元素【答案】B【解析】在最外能层p轨道上填充有电子且未满时，一定为主族元素；最外能层p轨道上未填充电子，而在d(或f)轨道上填充有电子的元素，一定是过渡元素。

故电子排布为[Ar]3d54s2的元素为过渡元素。

故选B。

4．基态原子的核外电子排布式为[Kr]4d105s1的元素所属的区、周期和族为()A．p区、第五周期、第ⅠB族B．ds区、第五周期、第Ⅰ族C．d区、第四周期、第ⅠB族D．ds区、第五周期、第ⅠB族【答案】D【解析】依据Cu原子的核外电子排布[Ar]3d104s1进行迁移，则可推断出核外电子排布式为[Kr]4d105s1的元素属于第五周期第ⅠB族元素，位于ds区。

高考物理专题训练：原子物理（基础卷）一、(本题共13小题，每小题4分，共52分。

在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～13题有多项符合题目要求。

全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)1．下列说法正确的是()A．在核反应过程的前后，反应体系的质量数守恒，但电荷数不守恒B．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性原子核的半衰期C．18个放射性元素的原子核经一个半衰期一定有9个发生了衰变D．由两种元素的原子核结合成一种新元素的原子核时，一定吸收能量【答案】B【解析】核反应前后质量数守恒，电荷数也守恒，A错误；半衰期是宏观统计概念，C错误；核聚变释放能量，D错误。

2．下列说法正确的是()A．12C与14C是同位素，它们的化学性质并不相同B．核力是原子核内质子与质子之间的力，中子和中子之间并不存在核力C．在裂变反应235U＋1n→144Ba＋89Kr＋31n中，235U的结合能比144Ba和89Kr都大，但比结合能没有92056360925636144 56Ba或89Kr大36D．α、β、γ三种射线都是带电粒子流【答案】C【解析】同位素的核外电子数量相同，所以一种元素的各种同位素都具有相同的化学性质，A错误；原子核内相邻的质子和中子之间均存在核力，B错误；核子数越多其结合能也越大，所以23592U的结合能比144Ba和89Kr都大，但235U的比结合能比144Ba和89Kr都小，C正确；α射线、β射线都5636925636是带电粒子流，而γ射线是电磁波，不带电，故D错误。

3．以下说法正确的是()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，原子电势能增大，原子能量减小B．紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板1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的频率的光，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中子转变为质子时产生的高速电子流【答案】C【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，电子的动能减小，原子电势能增大，原子能量增大，A项错误；由E＝hν－W可知，只增加光照强度而不改变光的频k0率，光电子的最大初动能不变，B项错误；原子核内的中子转变为质子时产生的高速电子流是β射线，不是阴极射线，D项错误。

高考物理近代物理知识点之原子核全集汇编附答案解析一、选择题1．下列四幅图是教材中的几个实验装置图，科学家提出原子核式结构的实验装置是（）A．B．C．D．2．对原子的认识，错误．．的是A．原子由原子核和核外电子组成B．原子核的质量就是原子的质量C．原子核的电荷数就是核中的质子数D．原子序数等于核电荷与电子电荷大小的比值3．科学家们对微观粒子的研究推动了科学的进步，下列符合历史事实的是A．普朗克发现了电子B．爱因斯坦提出能量子假说C．贝克勒尔发现了天然放射现象D．汤姆孙提出了原子的核式结构4．为提出原子核式结构模型提供依据的实验或现象是A．α粒子散射实验B．电子的发现C．质子的发现D．天然放射现象5．关于天然放射性，下列说法正确的是A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度有关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最弱6．由于地震、山洪等原因将大量的金丝楠及其他树种深埋，经千万年碳化、氧化、冲刷形成似石非石、似木非木的植物“木乃伊”，又叫碳化木，俗称乌木，已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例与大气中相同，生命活动结束后，14C衰变为14N，14C的比例持续减少，其半衰期约为5700年，现通过测量得知，某乌木样品中14C的比例恰好是现代植物所制样品的二分之一。

下列说法正确的是（）A．该乌木的形成年代距今约为11400年B．该乌木的形成年代距今约为5700年C．12C、13C、14C具有相同的中子数D ．增加样品测量环境的压强将加速14C 的衰变 7．太阳内部发生核反应方程，该反应出现了质量亏损下列说法正确的是A ．x 是负电子，反应过程放出能量B ．x 是正电子，反应过程放出能量C ．x 是负电子，反应过程吸收能量D ．x 是正电子，反应过程吸收能量8．某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，如图所示，下列说法正确的是A ．射线1的电离作用在三种射线中最强B ．射线2贯穿本领最弱，用一张白纸就可以将它挡住C ．放出一个射线1的粒子后，形成的新核比原来的电荷数少1个D ．一个原子核放出一个射线3的粒子后，质子数和中子数都比原来少2个 9．由核反应产生，且属于电磁波的射线是（ ） A ．α射线B ．γ射线C ．X 射线D ．阴极射线10．下列关于原子和原子核的说法正确的是( ) A ．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分 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牢固11．从法国物理学家贝克勒尔发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线开始，人类开启了对原子核的研究并和平利用核能，以下说法正确的是（ ）A ．核聚变反应中平均每个核子质量亏损比核裂变反应中平均每个核子质量亏损小B ．查德威克用氮核轰击铍核的核反应方程是: 94121042611Be He C H e -+→++C ．人类第一次实现的原子核的人工转变的核反应是：1441717281N He O H +→+D ．α射线和β射线来自原子核，γ射线是原子核外电子跃迁时辐射出的光子流 12．下列说法正确的是( )A ．某种放射性元素的半衰期为T,则这种元素的12个原子核在经过2T 时间后，这些原子核一定还有3个没有发生衰变B ．根据爱因斯坦的光电效应方程E K =hv 一W ，若频率分别为1γ和2γ (1γ<2γ)的光均能使某种金属发生光电效应，则频率为1γ的光照射该金属时产生的光电子的初动 能一定比频率为2γ的光照射该金属时产生的光电子的初动能更大C ．氢原子由高能级向低能级跃迁时，从n=4能级跃迁到n=2能级所放出的光子恰能使某种金属发生光电效应，则处在n=4能级的一大群氢原子跃迁时所放出的光子中有4种光子能使该金属发生光电效应D ．放射性元素发生β衰变时，放射性元素的原子放出核外电子，形成高速电子流β 射线。

高考物理一轮复习《原子结构》专题讲义[考点梳理]【考点一】阴极射线1.辉光放电现象（1）定义：放电管中若有气体，在放电管两级加上高电压可看到辉光放电现象。

但若管内气体非常稀薄即接近真空时，不能使气体，辉光放电现象消失。

（2）应用：如利用其发光效应制成的、，以及利用其正常辉光放电的电压稳定效应制成的。

2.阴极射线的产生如图所示，在研究0.1pa气压以下的气体导电的玻璃管内有阴、阳两级，当两级间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，称为。

在稀薄气体的辉光放电实验中，若不断地抽出管中的气体，当管中的气压降到0.1pa的时候，管内已接近真空，不能使气体电离发光，这时对着阴极的玻璃管壁却发出荧光，如果在管中放一个十字形金属片，荧光中会出现十字阴影。

3.阴极射线的特点在真空中；碰到荧光物质能使其；本质上是。

4.判断阴极射线电性的方法阴极射线的本质是电子，在电场(或磁场)中所受电场力(或洛伦兹力)远大于所受重力，故研究电场力(或洛伦兹力)对电子运动的影响时，一般不考虑重力的影响。

（1）粒子在电场中运动如图1所示。

带电粒子受电场力作用运动方向发生改变(粒子质量忽略不计)。

带电粒子在不受其他力的作用时，若沿电场线方向偏转，则粒子带电；若逆着电场线方向偏转，则粒子带电。

（2）粒子在磁场中运动，如图2所示。

粒子将受到洛伦兹力作用F＝qvB，洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，利用左手定则即可判断粒子的电性。

不考虑其他力的作用，如果粒子按图示方向进入磁场，且做顺时针的圆周运动，则粒子带电；若做逆时针的圆周运动，则粒子带电。

5.电子的发现（1）实验：英国物理学家在研究阴极射线时的实验装置如图所示，从阴极K发射出的带电粒子通过阳极A和小孔A’形成一束细射线，它穿过两片平行的金属板，到达右端带有标尺的荧光屏上，通过射线产生的荧光屏位置断定，它的本质是。

（2）意义：拉开了人们研究的序幕。

[典例1]关于阴极射线的本质，下列说法正确的是( )A.阴极射线本质是氢原子B.阴极射线本质是电磁波C.阴极射线本质是电子D.阴极射线本质是X射线[典例2]如图所示，一玻璃管中有从左向右的阴极射线可能是电磁波或某种粒子流形成的射线，若在其下方放一通电直导线AB，射线发生如图所示的偏转，AB中的电流方向由B到A，则该射线的本质为( )A.电磁波B.带正电的高速粒子流C.带负电的高速粒子流D.不带电的高速中性粒子流【考点二】密里根“油滴实验”1.实验原理实验过程及原理：装置如图所示，两块平行放置的水平金属板A、B与电源相连接，使A板带正电，B板带负电，从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上面的金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场E中。

2020年高考物理真题分类汇编（详解+精校）原子结构、原子核、波粒二象性1.（2020年高考•上海卷）卢瑟福利用a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A. B. D.1.D解析：本题考查a粒子散射实验的原理，主要考查学生对该实验的轨迹分析和理解。

由于a粒子轰击金箔时，正对金箔中原子核打上去的一定原路返回，故排除A、C选项；越靠近金原子核的a粒子受力越大，轨迹弯曲程度越大，故D正确。

2.（2020年高考•上海卷）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（）A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间2.B解析：本题考查光电效应现象，要求学生知道光电效应发生的条件。

根据爱因斯坦对光电效应的研究结论可知光子的频率必须大于金属的极限频率，A错；与光照射时间无关，D错；与光强度无关，C错；X射线的频率比紫外线频率较高，故B对。

3.（2020年高考•上海卷）在存放放射性元素时，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于铅盒中；③与轻核元素结合成化合物。

则（）A.措施①可减缓放射性元素衰变B.措施②可减缓放射性元素衰变C.措施③可减缓放射性元素衰变D.上述措施均无法减缓放射性元素衰变4.D解析：本题考查衰变及半衰期，要求学生理解半衰期。

原子核的衰变是核内进行的，故半衰期与元素处于化合态、游离态等任何状态无关，与外界温度、压强等任何环境无关，故不改变元素本身，其半衰期不会发生变化，A、B、C三种措施均无法改变，故D对。

5.（2020年高考•北京理综卷）表示放射性元素碘131（i3i I）6衰变的方程是53A.1311—127Sb+4HeB.1311—131Xe+o eC.1311—130I+1n535125354-153530D.131I—130Te+1H535214.B解析：A选项是a衰变，A错误；B选项是6衰变，B正确；C选项放射的是中子，C错误；D选项放射的是质子，D错误。