全国2017版高考物理二轮复习专题突破5原子结构和原子核
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专题突破5 原子结构和原子核
【备考策略】 2017年高考考纲要求选修3－5由选考变为必考，这部分内容可能在高考题中以选择题的形式出现，与往年不同的是：选择题由5个选项变为4个选项。复习时重点掌握氢原子能级结构和能级公式；光电效应规律和爱因斯坦光电效应方程；核反应方程式的书写；原子核的衰变及半衰期；结合能和核能的计算等。
氢原子能级 光电效应
[规 律 方 法]
1.玻尔理论的基本内容
能级假设：氢原子En＝E1n2，n为量子数
跃迁假设：hν＝E末－E初
轨道量子化假设：氢原子rn＝n2r1，n为量子数
2.爱因斯坦光电效应方程及图象表示
图1
(1)Ek＝hν－W0
(2)用图象表示光电效应方程(如图1所示)
①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0
②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝E
③普朗克常量：图线的斜率k＝h
3.解决氢原子能级跃迁问题的技巧
(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。
(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值。
(3)一群原子和一个原子不同，它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N＝C2n＝n（n－1）2。
[精 典 题 组]
1.氢原子的部分能级如图2所示，氢原子吸收以下能量可以从基态跃迁到n＝2能级的是( )
图2
A.10.2 eV B.3.4 eV
C.1.89 eV D.1.51 eV
解析 由玻尔的跃迁理论知，从基态跃迁到n＝2能级需吸收的能量为两个能级的差，ΔE＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，故选A。
答案 A
2.(多选)[2014·山东理综，39(1)]氢原子能级如图3，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(
)
图3
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 nm
B.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
解析 由玻尔的能级跃迁公式Em－En＝hν＝hcλ得：E3－E2＝hcλ1，E2－E1＝hcλ2，又λ1＝656
nm，结合能级图上的能级值解得λ2＝122 nm<656 nm，故A、B均错，D对；根据C23＝3可知，一群处于n＝3能级氢原子向低级跃迁，辐射的光子频率最多3种，故C对。
答案 CD
3.如图4所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验(
)
图4
A.只能证明光具有波动性
B.只能证明光具有粒子性
C.只能证明光能够发生衍射
D.证明光具有波粒二象性
解析 弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D正确。
答案 D
4.(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )
A.增大入射光的强度，光电流增大
B.减小入射光的强度，光电效应现象消失
C.改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D.改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
解析 用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，改用频率较小的光照射时，有可能发生光电效应，故C错误；据hν＝12mv2max＋W可知增加照射光频率，光电子最大初动能增大，故D正确；增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故A正确；光电效应是否发生与照射光频率有关而与照射光强度无关，故B错误。
答案 AD
5.爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图5所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是(
)
图5
A.逸出功与ν有关
B.Ekm与入射光强度成正比
C.当ν
D.图中直线的斜率与普朗克常量有关
解析 由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和W0＝hν0(W0为金属的逸出功)可得，Ek＝hν－hν0，可见图象的斜率表示普朗克常量，D正确；只有ν≥ν0时才会发生光电效应，C错；金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A错；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B错。
答案
D
原子核的衰变及半衰期
[规 律 方 法]
1.衰变规律及实质
(1)α衰变和β衰变的比较
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 MZX→M－4Z－2Y＋42He MZX→ MZ＋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 中子转化为质子和电子
211H＋210n→42He 10n→11H＋ 0－1e
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒
(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.半衰期
(1)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。
(2)公式：N余＝N原·(12)tτ
m余＝m原·(12)tτ
t表示衰变时间，τ表示半衰期。
3.衰变次数的确定方法
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。
[精 典 题 组]
1.(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是( )
A.原子序数小于83的元素都不能发生衰变
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且半衰期不变
D.一个原子核在一次衰变中可同时放出α和γ两种射线或者β和γ两种射线
解析 原子序数小于83的元素也有可能发生衰变，故A错误；放射性元素的半衰期由原子核内部的结构决定，与外界物理作用及化学性质等无关，故B错误，C正确；一个原子核在一次衰变中，要么是α衰变、要么是β衰变，并同时伴随着能量的释放，即γ射线，故D正确。
答案 CD
2.(2015·北京理综，14)下列核反应方程中，属于α衰变的是( )
A.14 7N＋42He→17 8O＋11H B.238 92U→234 90Th＋42He
C.21H＋31H→42He＋10n D.234 90Th→234 91Pa＋ 0－1e
解析 α衰变是重核自发的发出α粒子的天然放射现象，其中α粒子是42He，所以B正确；A为人工转变，C为轻核的聚变，D是β衰变，故A、C、D皆错误。
答案 B
3.238 92U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi，而210 83Bi可以经一次衰变变成210 aX(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成 b81Ti，210 aX和 b81Ti最后都变成206 82Pb，衰变路径如图6所示，则图中(
)
图6
A.a＝82，b＝211
B.①是β衰变，②是α衰变
C.①是α衰变，②是β衰变
D. b81Ti经过一次α衰变变成206 82Pb
解析 由210 83Bi衰变为210 aX，质量数没有变化，所以①是β衰变，根据核电荷数守恒同时可判断a＝84；由210 83Bi衰变为 b81Ti，因为核电荷数减2，可判断②为α衰变，同时可判断b＝206，所以A、C两项错误，B项正确； b81Ti经过一次β衰变变成206 82Pb，D项错误。
答案 B
4.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.m4 B.m8 C.m16 D.m32
解析 由半衰期公式m′＝m(12)tτ可知，m′＝m(12)328＝116m，故选项C正确。
答案
C
核反应与核能
[规 律 方 法]
3.核能的计算方法
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”。
[精 典 题 组]
1.(多选)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.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应
D.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210n是α衰变
解析 β衰变时释放出电子( 0－1e)，α衰变时释放出氦原子核(42He)，可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U 235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是核裂变反应，A、C正确。
答案 AC
2.(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n。下列说法正确的有( )
A.上述裂变反应中伴随着中子放出
B.铀块体积对链式反应的发生无影响
C.铀核的链式反应可人工控制
D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响
解析 10n表示中子，反应式中有10n放出，A项正确；当铀块体积小于临界体积时链式反应不会发生，B项错误；铀核的核反应中释放出的快中子被减速剂减速后变为慢中子，而慢中子会被铀核吸收发生链式反应，减速剂可由人工控制，C项正确；铀核的半衰期只由自身决定，而与其他外部因素无关，D项错误。
