2023届高考物理一轮复习专题讲义：原子结构

第2讲原子和原子核一、原子物理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＝1.10×107 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．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－(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．氢原子的能量和能级变迁 (1)能级和半径公式:①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半径公式:r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3,…),其中r 1为基态轨道半径,又称玻尔半径,其数值为r 1＝0.53×10－10m.(2)氢原子的能级图,如图2所示图2自测1 (2019·湖北武汉市四月调研)已知氢原子的基态能量为E 1,激发态能量E n ＝E 1n 2,其中n＝2,3,4,….若氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级放出光子的频率为ν,能使氢原子从基态电离的光子的最小频率为( ) A.94ν B ．4ν C.365ν D ．9ν 答案 C解析 由题意可知:E 132－E 122＝hν;能使氢原子从基态电离的光子的最小频率满足:0－E 1＝hν′, 解得ν′＝365ν,故选C.二、天然放射现象和原子核 1．天然放射现象 (1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象,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)放射性同位素的应用与防护①放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相②应用:消除静电、工业探伤、做示踪原子等．③防护:防止放射性对人体组织的伤害．2．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子．质子带正电,中子不带电．(2)基本关系①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的核外电子数．②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．(3)X元素的原子核的符号为A Z X,其中A表示质量数,Z表示核电荷数．3．原子核的衰变、半衰期(1)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:A Z X→A－4Z－2Y＋42Heβ衰变:A Z X→AZ+1Y＋0 __1e当放射性物质连续发生衰变时,原子核中有的发生α衰变,有的发生β衰变,同时伴随着γ辐射．③两个典型的衰变方程α衰变:238 92U→234 90Th＋42Heβ衰变:234 90Th→234 91Pa＋0 __1e.(2)半衰期①定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．②影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．(3)公式:N余＝N原·12tτ⎛⎫⎪⎝⎭,m余＝m原·12tτ⎛⎫⎪⎝⎭.4．核力和核能(1)原子核内部,核子间所特有的相互作用力．(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应的能量ΔE＝Δmc2.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE＝Δmc2.自测2(2018·全国卷Ⅲ·14)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28 B．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.1．定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(n )――→跃迁高能级(m )→吸收能量． hν＝E m －E n(2)从高能级(m )――→跃迁低能级(n )→放出能量． hν＝E m －E n . 2．电离 电离态与电离能 电离态:n ＝∞,E ＝0基态→电离态:E 吸>0－(－13.6 eV)＝13.6 eV. 激发态→电离态:E 吸>0－E n ＝|E n |.若吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还携带动能．例1 (2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图3所示．光子能量在1.63 eV ～3.10 eV 的光为可见光．要使处于基态(n ＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为( )图3A ．12.09 eVB ．10.20 eVC ．1.89 eVD ．1.51 eV 答案 A解析 因为可见光光子的能量范围是1.63 eV ～3.10 eV ,所以处于基态的氢原子至少要被激发到n ＝3能级,要给氢原子提供的能量最少为E ＝(－1.51＋13.60) eV ＝12.09 eV,故选项A 正确． 变式1 (2019·河南郑州市第三次质量检测)如图4所示为氢原子能级示意图,下列有关说法正确的是( )图4A．处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多可辐射出3种不同频率的光C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光,照射某金属时恰好发生光电效应,则用从n ＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光,照射该金属时一定能发生光电效应D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光,照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41 eV答案D解析处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁至n＝2能级,不能吸收10.5 eV能量的光子,故A错误;大量处于n＝4能级的氢原子,最多可以辐射出C24＝6种不同频率的光子,故B 错误;从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子的能量大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子的能量,用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光,照射某金属时恰好发生光电效应,则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光,照射该金属时一定不能发生光电效应,故C 错误;处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为:E＝E4－E1＝－0.85 eV －(－13.6 eV)＝12.75 eV,根据光电效应方程,照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为:E k＝E－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV,故D正确．1．衰变规律及实质(1)α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变过程A Z X→A－4Z－2Y＋42He A Z X→A Z＋1Y＋0－1e 衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e 匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(2)γ射线:γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子．2．确定衰变次数的方法因为β衰变对质量数无影响,所以先由质量数的改变确定α衰变的次数,然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．3．半衰期(1)公式:N余＝N原12tτ⎛⎫⎪⎝⎭,m余＝m原12tτ⎛⎫⎪⎝⎭.(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的,跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．4．衰变中的动量问题:满足动量守恒定律．例2(2017·全国卷Ⅱ·15)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为23892U→23490 Th+42He,下列说法正确的是()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答案B解析静止的铀核在α衰变过程中,满足动量守恒的条件,根据动量守恒定律得p Th＋pα＝0,即钍核的动量和α粒子的动量大小相等,方向相反,选项B正确;根据E k＝p22m可知,选项A错误;铀核的半衰期是大量的铀核半数发生衰变所用的时间,而不是放出一个α粒子所经历的时间,选项C错误;铀核在衰变过程中,伴随着一定的能量放出,即衰变过程中有一定的质量亏损,故衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量,选项D错误．变式2(多选)(2019·四川成都市第二次诊断)如图5,匀强磁场中的O点有一静止的原子核23490Th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()图5A.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 答案 BC解析 衰变放出一个电子,所以为β衰变,故A 错误,B 正确;由质量数和电荷数守恒得:A ＝234,Z＝91,故C 正确;由于新核A Z Y 和粒子 0－1e 电性相反,由左手定则可知,新核A Z Y 和粒子 0－1e 在磁场中的轨迹内切于O 点,故D 错误．变式3 (2019·湖南衡阳市第二次联考)在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图6所示,已知两个相切圆半径分别为r 1、r 2,则下列说法正确的是( )图6A ．原子核可能发生α衰变,也可能发生β衰变B ．径迹2可能是衰变后新核的径迹C ．若衰变方程是238 92U →234 90Th ＋42He,则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2D ．若衰变方程是238 92U →234 90Th ＋42He,则r 1∶r 2＝1∶45 答案 D解析 原子核衰变过程系统动量守恒,由动量守恒定律可知,衰变生成的两粒子的动量方向相反,粒子速度方向相反,由左手定则可知,若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆,若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆,所以该原子核发生的是α衰变,故A 错误;核反应过程系统动量守恒,原子核原来静止,初动量为零,由动量守恒定律可知,原子核衰变生成的两核动量大小相等,方向相反,粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:q v B ＝m v 2r ,解得:r ＝m v qB ＝pqB ,由于p 、B 相同,则粒子电荷量q 越大,轨道半径越小,由于新核的电荷量大,所以新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径,所以径迹2是衰变后α粒子的运动轨迹,故B 错误;由动能与动量的关系E k ＝p 22m 可知,动能之比等于质量的反比,即为2∶117,故C 错误;由B 项分析知,r 1∶r 2＝2∶90＝1∶45,故D 正确．1．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238 92U→234 90Th＋42He β衰变自发234 90Th→234 91Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→17 8O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→12 6C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n约里奥－居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子3015P→3014Si＋0＋1e重核裂变容易控制23592U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变现阶段很难控制21H＋31H→42He＋10n2.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(42 He)、β粒子( 0－1e)、正电子( 0＋1e)、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3(2016·全国卷Ⅱ·35(1))在下列描述核过程的方程中,属于α衰变的是________,属于β衰变的是________,属于裂变的是________,属于聚变的是________．(填正确答案标号)A.14 6C→14 7N＋0－1eB.3215P→3216S＋0－1eC.238 92U→234 90Th＋42HeD.14 7N＋42He→17 8O＋11HE.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210nF.31H＋21H→42He＋10n答案C AB E F解析α衰变是一种放射性衰变,α粒子(42He)会从原子核中射出,C项符合要求;β衰变是指自原子核内自发地放出一个电子(0－1e),同时原子序数增加1的过程,A、B两项符合要求;裂变是指一些质量较大的原子核,如铀、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或更多质量较小的原子核,同时放出多个中子和很大能量的过程,只有E项符合要求;聚变是指由两个轻原子核(一般是氘核和氚核)结合成较重原子核(氦核)并放出大量能量的过程,F项符合要求．变式4(2019·河南安阳市二模)下列说法正确的是()A.238 92U→234 90Th＋X中X为中子,核反应类型为β衰变B.21H＋31H→42He＋Y中Y为中子,核反应类型为人工核转变C.235 92U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋K,其中K为10个中子,核反应类型为重核裂变D.14 7N＋42He→17 8O＋Z,其中Z为氢核,核反应类型为轻核聚变答案C解析根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,A选项反应中的X质量数为4,电荷数为2,为α粒子,核反应类型为α衰变,选项A错误;B选项反应中的Y质量数为1,电荷数为0,为中子,核反应类型为轻核聚变,选项B错误;C选项反应中的K质量数总数为10,电荷数为0,则K为10个中子,核反应类型为重核裂变,选项C正确; D选项反应中的Z质量数为1,电荷数为1,为质子,核反应类型为人工核转变,选项D错误．变式5(2019·四川第二次诊断)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答案B解析Th234变成Pa234,同时有一个电子产生,属于β衰变,故A错误;用α粒子轰击Be,产生了碳原子,属于原子核的人工转变,故B正确;C选项中反应方程为重核的裂变,故C错误;氘与氚反应生成氦核,属于轻核聚变反应,故D错误．1．利用质能方程计算核能(1)根据核反应方程,计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”,c的单位用“m/s”,则ΔE的单位为“J”．(3)ΔE＝Δmc2中,若Δm的单位用“u”,则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算ΔE,此时ΔE 的单位为“MeV”,即1 u＝1.660 6×10－27kg,相当于931.5 MeV,这个结论可在计算中直接应用．2．利用比结合能计算核能原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能的差值,就是该核反应所释放(或吸收)的核能．例4(2019·全国卷Ⅱ·15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循坏,循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2ν,已知11H和42He的质量分别为m p＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u,1 u ＝931 MeV/c2,c为光速．在4个11H转变成1个42He的过程中,释放的能量约为()A．8 MeV B．16 MeVC．26 MeV D．52 MeV答案C解析核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u,释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV,选项C正确．变式6(2019·广东揭阳市第二次模拟)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m1,31H的质量为m2,42He的质量为m3,X的质量为m4,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＝(m1＋m2－m3－m4)c2D．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答案C解析21H和31H在常温下不能发生聚变,只有在高温下才能发生聚变,故A错误;根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,为中子,故B错误;该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4,ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2,故C正确;我国大亚湾核电站是利用重核的裂变释放的能量来发电的,故D错误．U＋10n→136 54Xe 变式7(2020·福建泉州市第一次质量检查)重核裂变的一个核反应方程为23592＋9038Sr＋x10n,已知235 92U、136 54Xe、9038Sr的平均结合能分别为7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV,则() A．该核反应方程中x＝10B.235 92U的中子数为92C该核反应中质量增加D.235 92U的平均结合能比136 54Xe小,235 92U比136 54Xe更稳定答案A1．(2019·贵州毕节市适应性监测(三))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．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粒子散射实验发现了电荷量子化D．汤姆孙发现电子使人们认识到原子内部是有结构的答案D解析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中的电子,而不是原子核外的电子,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内部是有结构的,D正确．2．(2020·云南大姚县一中一模)随着现代科学的发展,大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识,下列有关原子、原子核的叙述正确的是()A．卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构B．天然放射现象表明原子核内部有电子C．轻核聚变反应方程有:21H＋31H→42He＋10nD．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级,前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长答案C解析卢瑟福的α粒子散射实验说明原子具有核式结构模型,没有涉及原子核内部结构,A错误;天然放射现象只说明原子核内部有复杂结构,原子核内部没有电子,衰变产生的电子,是原子核内部的中子转变为质子和电子,电子释放出来,B错误;轻核聚变方程电荷数守恒、质量数守恒,C正确;氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级,前者辐射的光子能量大,即光子的频率大,则前者辐射的光子波长比后者短,D错误．3．(多选)(2019·吉林“五地六校”合作体联考)下列说法正确的是()A．一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应,如果增加光照的强度,则有可能发生光电效应B．β射线的本质是电子流,所以β衰变是核外的一个电子脱离原子而形成的C．由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射3种频率的光子D．两个轻核结合成质量较大的核,该原子核的比结合能增加答案CD解析 能否发生光电效应与光的强度无关,则一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应,如果增加光照的强度,则也不能发生光电效应,选项A 错误;β射线的本质是电子流,β衰变是核内的中子转化为质子时放出的电子,选项B 错误;由玻尔理论可知一群处于n ＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射C 23＝3种频率的光子,选项C 正确;两个轻核结合成质量较大的核时,放出核能,比结合能增加,故D 正确．4．(2019·湖北“荆、荆、襄、宜四地七校联盟”期末)一个氢原子从n ＝2的能级跃迁到n ＝3的能级,该氢原子( )A ．吸收光子,能量增加B ．放出光子,能量减少C ．放出光子,能量增加D ．吸收光子,能量减少 答案 A解析 一个氢原子在一个定态具有的能量是电子做圆周运动的动能和势能之和,能量为E n ＝E 1n 2(n ＝1,2,3…),E 1＝－13.6 eV ,可知量子数越大,能量越高,故氢原子从低能级向高能级跃迁要吸收光子,能量增加,故选A.5．(2019·山东烟台市上学期期末)下列说法中正确的是( )A ．一群处于n ＝3激发态的氢原子,在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出三种不同波长的光子,其中从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级所发出的光子波长最长B ．α粒子散射实验验证了卢瑟福原子核式结构模型的正确性C ．放射性元素的半衰期随温度的升高而变小D ．发生光电效应时,入射光越强,光子能量就越大,光电子的最大初动能就越大答案 B解析 氢原子从n ＝3的能级向较低能级跃迁的过程中向外辐射出三种不同波长的光子,根据:E ＝E m －E n ＝hν＝hc λ可知,从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级所发出的光子的能量值最大,波长最短,故A 错误;α粒子散射实验中,α粒子发生偏转是α粒子与原子内带正电的部分相互排斥的结果,少数α粒子发生较大偏转这一实验事实否定了汤姆孙的枣糕模型,引发了卢瑟福提出核式结构模型,故B 正确;放射性元素的半衰期只与核内部的自身因素有关,与原子所处的化学状态和温度、压力等外部因素无关,故C 错误;光子的能量值与光的强度无关,与光的频率有关,根据光电效应方程:E k ＝hν－W 0,可知发生光电效应时,光电子的最大初动能也与光的强度无关,故D 错误．6.(2019·湖北恩施州2月教学质量检测)利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟,可以制成氢原子钟．如图1所示为氢原子的能级图,一群处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁,能辐射出波长最短的电磁波的频率约为(已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s)( )图1A．3.08×1014 Hz B．3.08×1015 HzC．1.93×1014 Hz D．1.93×1015 Hz答案B解析辐射出的波长最短的电磁波为频率最高的电磁波,即为能量最大的电磁波,根据玻尔理论可知:E4－E1＝hν,解得ν＝[－0.85－(－13.6)]×1.6×10－196.63×10－34Hz≈3.08×1015 Hz,故选B.7.(2019·山东日照市3月模拟)氢原子能级图如图2,一群氢原子处于n＝4能级上．当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时,辐射光的波长为1 884 nm,下列判断正确的是()图2A．氢原子向低能级跃迁时,最多产生4种谱线B．从高能级向低能级跃迁时,氢原子核一定向外放出能量C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时,辐射光的波长大于1 884 nmD．用从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射W逸＝6.34 eV的铂,能发生光电效应答案D解析根据C24＝6知,一群处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线,故A 错误;由高能级向低能级跃迁,氢原子向外辐射能量,不是原子核辐射能量,故B错误;n＝3和n ＝2的能级差大于n＝4和n＝3的能级差,则从n＝3能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的电磁波的频率大,波长短,即辐射光的波长小于1 884 nm,故C错误;从n ＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为:E＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV>6.34 eV,而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功,故可以发生光电效应,故D正确．8.(2019·广东湛江市第二次模拟)据国家科技部2017年3月6日报道,迄今为止,科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子．按玻尔氢原子理论,氢原子的能级图如图3所示,下列判断正确的是()图3A．氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态需要吸收光子B．—个处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时,最多可能发出6条光谱线C．用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子,可观测到多种不同频率的光子D．氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时,氢原子的电势能减小,电子的动能增大答案C解析氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态会辐射光子,故A错误;一个氢原子处于n＝4的激发态,当它向基态跃迁时可以发出3条不同频率的光谱线,故B错误;氢原子发生能级跃迁吸收或放出的光子能量等于两能级的能量差:－13.6 eV＋13.06 eV＝－0.54 eV,可知氢原子跃迁到第5能级,根据C25＝10知,氢原子辐射的不同波长的光子最多有10种,C正确;氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时,轨道半径增大,因电场力做负功,故氢原子电势能增大,电子的动能减小,故D错误．9.(2019·天津市南开区二模)已知氦离子(He＋)的能级图如图4所示,根据能级跃迁理论可知()图4A．氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出光子的频率低B．大量处在n＝3能级的氦离子(He＋)向低能级跃迁,只能发出2种不同频率的光子C．氦离子(He＋)处于n＝1能级时,能吸收45 eV的能量跃迁到n＝2能级D．氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级,需要吸收能量答案A解析氦离子的跃迁过程类似于氢原子,从高能级向低能级跃迁过程中要以光子的形式放出能量,而从低能级向高能级跃迁的过程中吸收能量,且放出(吸收)的能量满足能级的差值,即ΔE＝E m －E n (m >n ),故C 、D 错;大量的氦离子从高能级向低能级跃迁的过程中,辐射的光子种类满足组合规律即C 2n ,故B 错．10．(2019·广东广州市一模)2018年11月12日中科院等离子体物理研究所发布消息:全超导托克马克装置EAST 在实验中有了新的突破,等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度;其主要核反应方程为:①21H ＋21H →32He ＋X ②21H ＋Y →42He ＋X,则下列表述正确的是( )A ．X 是质子B ．Y 是氚核C ．X 与Y 是同位素D ．①、②两个核反应都属于裂变反应答案 B解析 对①,根据核反应的质量数和电荷数守恒可知X 是中子,故A 错误;对②,根据核反应的质量数和电荷数守恒可知Y 是氚核,故B 正确;X 是中子,Y 是氚核,X 与Y 不是同位素,故C 错误;①、②两个核反应都属于轻核聚变反应,故D 错误．11．(2020·宁夏银川市质检)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18D ．“核燃烧”的核反应是裂变反应答案 A解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,X 粒子的质量数为4,电荷数为2,为42He,选项A 正确;温度变化不能改变放射性元素的半衰期,选项B 错误;经过2T ,一定质量的84Be 占开始时的14,选项C 错误;“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应,选项D 错误．12．(2019·四川德阳市第三次诊断)下列说法中错误．．的是( ) A ．若氢原子从n ＝6能级向n ＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应,则氢原子从n ＝6能级向n ＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应B ．核泄漏事故污染物137 55Cs 能够产生对人体有害的辐射,其核反应方程式为137 55Cs →137 56Ba ＋X,可以判断X 为电子C ．原子核发生一次β衰变,该原子外层就一定失去一个电子D ．质子、中子、α粒子的质量分别是m 1、m 2、m 3,质子和中子结合成一个α粒子,释放的能量。

第2讲　原子结构教材知识萃取1. 卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示,开有小孔的铅盒里面包裹着α粒子源,α粒子从小孔射出,形成一束很细的射线射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。

下列说法正确的是A .α粒子碰撞到了电子会反向弹回B .绝大多数α粒子发生了大角度偏转C .该实验为汤姆孙的“枣糕模型”奠定了基础D .该实验说明原子具有核式结构,正电荷集中在原子中心1.D α粒子的质量远大于电子的质量,故碰撞到了电子不会改变运动方向,A 错误;极少数α粒子发生了大角度偏转,B 错误;该实验为核式结构模型奠定了基础,C 错误;该实验说明原子具有核式结构,正电荷集中在原子中心,D 正确。

答案2. 如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图,下列说法正确的是(不考虑电子重力,P1在D1、D2两板间的中心线上)A.若不在D1、D2之间加电场和磁场,则阴极射线应打到最右端的P1点B.若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,则阴极射线可能打到P2点C.若在D1、D2之间加上竖直向上的电场,则阴极射线可能打到P3点D.若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场,则阴极射线不偏转答案2.A　阴极射线是电子流,带负电,若不在D1、D2之间加电场和磁场,由于电子不受外力作用,阴极射线应打到最右端的P1点,A正确;若在D1、D2之间加上竖直向下的电场,电子所受电场力向上,故阴极射线应向上偏转,B错误;若在D1、D2之间加上竖直向上的电场,电子所受电场力向下,故阴极射线应向下偏转,C错误;若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场,根据左手定则,电子受到的洛伦兹力向下,故向下偏转,D错误。

3. 根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。

如图所示为α粒子散射图,图中实线表示α粒子的运动轨迹。

则关于α粒子散射实验,下列说法正确的是A .图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大B .图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核发生了碰撞C .绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小D.根据α粒子散射实验,还可以知道原子核由质子和中子组成3.C 题图中大角度偏转的α粒子受到的电场力先对其做负功,后做正功,则其电势能先增大后减小,故A 错误;题图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核之间的库仑斥力作用,故B 错误;从绝大多数α粒子几乎不发生偏转,可以推测使粒子受到排斥力的核的体积极小,所以带正电的物质只占整个原子很小的空间,故C 正确;卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型,但不能证明原子核是由质子和中子组成的,故D 错误。