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2014高考物理(江苏专版)一轮复习讲义 第13章 第3课时 原子与原子核 氢原子光谱


第 3 课时

原子与原子核

氢原子光谱

考纲解读 1.知道两种原子结构模型,会用玻尔理论解释氢原子光谱.2.掌握氢原子的能级公 式并能结合能级图求解原子的跃迁问题.3.掌握原子核的衰变、 半衰期等知识.4.会书写核反应 方程,并能根据质能方程求解核能问题.

1. [原子核式结构模型的理解]下列

说法正确的是

(

)

A.汤姆孙首先发现了电子,并测定了电子电荷量,且提出了“枣糕”式原子模型 B.卢瑟福做 α 粒子散射实验时发现绝大多数 α 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向 前进,只有少数 α 粒子发生大角度偏转 C.α 粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 D.卢瑟福提出了原子“核式结构”模型,并解释了 α 粒子发生大角度偏转的原因 答案 BCD 2. [光谱与光谱分析]对于原子光谱,下列说法正确的是 A.原子光谱是不连续的 B.由于原子都是由原子核和电子组成的,所以各种原子的原子光谱是相同的 C.各种原子的原子结构不同,所以各种原子的原子光谱也不相同 D.分析物质发光的光谱,可以鉴别物质中含哪些元素 答案 ACD 解析 原子光谱为线状谱,选项 A 正确;各种原子都有自己的特征谱线,故选项 B 错 误,选项 C 正确;根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质的组成,选项 D 正确. 3. [玻尔原子结构模型的理解]根据玻尔理论,下列说法正确的是 A.电子绕核运动有加速度,就要向外辐射电磁波 B.处于定态的原子,其电子绕核运动,但它并不向外辐射能量 C.原子内电子的可能轨道是不连续的 D.原子能级跃迁时,辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差 答案 BCD 解析 根据玻尔理论,电子绕核运动有加速度,但并不向外辐射能量,也不会向外辐射 电磁波,故 A 错误,B 正确.玻尔理论中的第二条假设,就是电子绕核运动可能的轨 ( ) ( )

1

道半径是量子化的,不连续的,C 正确.原子在发生能级跃迁时,要放出或吸收一定频 率的光子,光子能量取决于两个能级之差,故 D 正确. 4.[原子核衰变的理解]下列说法正确的是( A.原子核在衰变时能够放出 α 射线或 β 射线 B.232Th 经过一系列 α 和 β 衰变,成为208Pb,铅核比钍核少 12 个中子 90 82 C.原子核的半衰期与物质的质量有关,质量大,半衰期长 D.对物质加热或加压可以缩短原子核的半衰期 答案 A 考点梳理 一、原子的核式结构 1. 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 粒子发生了大角度偏转,极少数 α 粒子的偏转超过 了 90° ,有的甚至被撞了回来,如图 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 二、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=Em-En.(h 是普朗克常量,h=6.63×10
-34 -15

)

图1

m,原子直径的数量级约为 10

-10

m.

J· 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、能级公式 (1)氢原子的能级图(如图 2 所示)

图2
2

(2)氢原子的能级和轨道半径 1 ①氢原子的能级公式:En= 2E1(n=1,2,3,?),其中 E1 为基态能量,其数值为 E1= n -13.6 eV. ②氢原子的半径公式:rn=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.

三、天然放射现象、原子核的组成 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,首先由贝克勒尔发现.天然放射现象的发现,说明原子核 还具有复杂的结构. (2)放射性和放射性元素 物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性. 具有放射性的元素叫放射性元素. 2. 原子核 (1)原子核的组成 ①原子核由中子和质子组成,质子和中子统称为核子. ②原子核的核电荷数=质子数,原子核的质量数=中子数+质子数. ③X 元素原子核的符号为AX,其中 A 表示质量数,Z 表示核电荷数. Z (2)同位素:具有相同质子数、不同中子数的原子,因为在元素周期表中的位置相同, 同位素具有相同的化学性质. 3. 三种射线的比较 种类 组成 带电荷量 α 射线 高速氦核流 2e 4mp 质量 (mp=1.67× 10 符号 速度 在电磁 场中
-27

β 射线 高速电子流 -e mp 1 840
0

γ 射线 光子流(高频 电磁波) 0

静止质量为零

kg)
-1

4 2He

e

γ c 不偏转

0.1c 偏转

0.99c 与 α 射线 反向偏转

3

贯穿本领 对空气的 电离作用 四、原子核的衰变和半衰期 1. 原子核的衰变

最弱,用 纸能挡住 很强

较强,穿透几 毫米的铝板 较弱

最强,穿透几 厘米的铅板 很弱

(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
4 α 衰变:AX→A-2 Y+4He Z Z 2 A β 衰变:AX→Z+1Y+-0e Z 1


2. 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.

5. [核能的计算方法]已知226Ra,222Rn,4He 的原子质量分别是 226.025 4 u,222.017 5 u, 88 86 2 4.002 6 u.求出226Ra 在 α 衰变226Ra→222Rn+4He 中放出的能量(以电子伏特为单位). 88 88 86 2 答案 4.937 0×106 eV 解析 衰变后的质量亏损为 Δm=(226.025 4-222.017 5-4.002 6) u=0.005 3 u. 因为 1 u 相当于 931.5 MeV,因此释放的能量为 ΔE=0.005 3×931.5 MeV≈4.937 0 MeV=4.937 0×106 eV.
1 6. [核能的计算方法]铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是235U+1n→141Ba+92Kr+30n. 92 0 56 36 92 1 试计算一个铀 235 原子核裂变后释放的能量.235U,56Ba, Kr,n 的质量分别为 235.043 ( 92 141 36 0

9 u,140.913 9 u,91.897 3 u,1.008 7 u.) 答案 200.6 MeV 解析 裂变反应的质量亏损为 Δm=(235.043 9+1.008 7-140.913 9-91.897 3-3×1.008 7) u=0.215 3 u. 一个铀 235 原子核裂变后释放的能量为 ΔE=Δmc2=0.215 3×931.5 MeV=200.6 MeV. 方法提炼 1. 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. 2. 质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程 E=mc2, 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=Δmc2.

4

考点一 氢原子能级及能级跃迁 对原子跃迁条件的理解 (1)原子从低能级向高能级跃迁,吸收一定能量的光子.只有当一个光子的能量满足 hν =E 末-E 初时,才能被某一个原子吸收,使原子从低能级 E 初向高能级 E 末跃迁,而当光 子能量 hν 大于或小于 E 末-E 初时都不能被原子吸收. (2)原子从高能级向低能级跃迁,以光子的形式向外辐射能量,所辐射的光子能量恰等 于发生跃迁时的两能级间的能量差. v2 ke2 1ke2 特别提醒 原子的总能量 En=Ekn+Epn,由 2 =m 得 Ekn= ,因此,Ekn 随 r 的增 rn rn 2 rn 大而减小,又 En 随 n 的增大而增大,故 Epn 随 n 的增大而增大,电势能的变化也可以 从电场力做功的角度进行判断,当 r 减小时,电场力做正功,电势能减小,反之,电势 能增大. 例1 如图 3 所示为氢原子能级示意图,现有大量的氢原子处于 n=4 的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光,下列说法 正确的是 A.这些氢原子总共可辐射出 3 种不同频率的光 B.由 n=2 能级跃迁到 n=1 能级产生的光频率最小 C.由 n=4 能级跃迁到 n=1 能级产生的光最容易表现出衍射现象 图3 ( )

D.用 n=2 能级跃迁到 n=1 能级辐射出的光照射逸出功为 6.34 eV 的金属铂能发生光 电效应 解析 这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出 C2= 4 4×3 =6 种光子,选项 A 错误;由 n 2

=4 能级跃迁到 n=3 能级产生的光子能量最小,所以频率最小,选项 B 错误;由 n=4 能级跃迁到 n=1 能级产生的光子能量最大,频率最大,波长最小,最不容易表现出衍 射现象, 选项 C 错误; n=2 能级跃迁到 n=1 能级辐射出的光子能量为 10.20 eV>6.34 从 eV,所以能使金属铂发生光电效应,选项 D 正确. 答案 D

5

1.一个原子和一群原子的区别:一个氢原子只

有一个电子,在某个

时刻电子只能在某一个可能的轨道上, 当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上 时,可能情况有多种 C2= n n?n-1? ,但产生的跃迁只有一种.而如果是大量的氢原子, 2

这些原子的核外电子跃迁时就会出现所有的可能情况. 2.入射光子和入射电子的区别:若是在光子的激发下引起原子跃迁,则要求光子的能 量必须等于原子的某两个能级差; 若是在电子的碰撞下引起的跃迁, 则要求电子的能量 必须大于或等于原子的某两个能级差.两种情况有所区别.

突破训练 1

某光电管的阴极为金属钾制成的,它的逸出功为

2.21 eV,如图 4 是氢原子的能级图,一群处于 n=4 能级的氢 原子向低能级跃迁时,辐射的光照射到该光电管的阴极上,这 束光中能使金属钾发生光电效应的光谱线条数是 A.2 条 C.5 条 答案 B 考点二 原子核和原子核的衰变 1. 衰变规律及实质 (1)两种衰变的比较 衰变类型 衰变方程 α 衰变
A A-4 4 Z X→Z-2 Y+2He

(

)

B.4 条 D.6 条

图4

β 衰变
A 0 Z X→ AZ+1Y+-1e

2 个质子和 2 个中子结合成一个整 衰变实质 体射出
1 21H+20n→4He 1 2

中子转化为质子和电子
1 1 0 0n→1H+-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.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(核处于激发态)而辐射 出光子. 2. 原子核的人工转变 用高能粒子轰击靶核,产生另一种新核的反应过程. 典型核反应: (1)卢瑟福发现质子的核反应方程为:147N+4He→178O+1H. 2 1 (2)查德威克发现中子的核反应方程为:
6

9 4 12 1 4Be+2He→ 6C+0n.

(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为:
27 4 30 1 13Al+2He→15P+0n. 30 30 0 15P→14Si++1e.

3. 确定衰变次数的方法 (1)设放射性元素AX 经过 n 次 α 衰变和 m 次 β 衰变后,变成稳定的新元素A′ Y,则表示 Z Z 该核反应的方程为
A A′ 4 0 Z X→Z′ Y+n2He+m-1e


根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A=A′+4n,Z=Z′+2n-m (2)确定衰变次数,因为 β 衰变对质量数无影响,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. 4. 半衰期 1 1 (1)公式:N 余=N 原( )t/τ,m 余=m 原( )t/τ 2 2 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. (2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,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. 例2 (2011· 海南· 19(1))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.在泄漏的污染物中含有 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 中的中子数分别是________和________. A.X1― 13756Ba+1n → 0 C.X3― 13756Ba+0 1e → - B.X2― 13154Xe+0 1e → - D.X4― 13154Xe+1p → 1
137

Cs 原子核

解析 根据核反应方程的质量数、电荷数守恒知,131I 的衰变为选项 B,137Cs 的衰变为 选项 C,131I 的中子数为 131-53=78,137Cs 的中子数为 137-55=82. 答案 B C 78 82 例3 关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的有 A.是原子核质量减少一半所需的时间 B.是原子核有半数发生衰变所需的时间 C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减小放射性元素的半衰期 D.可以用来测定地质年代、生物年代等 ( )

7

解析 原子核衰变后变成新核, 新核与未衰变的核在一起, 故半衰期并不是原子核的数 量、质量减少一半,A 错,B 对;衰变快慢由原子核内部因素决定,与原子所处的物理 状态或化学状态无关,常用其测定地质年代、生物年代等,故 C 错,D 对. 答案 BD 突破训练 2 由于放射性元素237Np 的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使 93

用人工的方法制造后才被发现.已知237Np 经过一系列 α 衰变和 β 衰变后变成209Bi,下 93 83 列判断中正确的是 ( ) 的原子核比237Np 的原子核少 28 个中子 93

A.209Bi 83

B.209Bi 的原子核比237Np 的原子核少 18 个中子 83 93 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 答案 BC 解析
209 83Bi

的中子数为 209-83=126,237Np 的中子数为 237-93=144,209Bi 的原子 93 83

核比237Np 的原子核少 18 个中子,A 错,B 对;衰变过程中共发生了 α 衰变的次数为 93 237-209 =7 次,β 衰变的次数是 2×7-(93-83)=4 次,C 对,D 错. 4 考点三 核反应类型及核反应方程的书写 类型 衰 变 α 衰变 β 衰变 可控性 自发 自发
238 234

核反应方程典例
4 92U→23490Th+2He

90Th→23491Pa+0 1e -

14

7N+4He→178O+1H 2 1 (卢瑟福发现质子)

4 9 12 1 2He+4Be→ 6C+0n

人工转变

人工控制

(查德威克发现中子)
27 4 30 1 13Al+2He→15P+0n

约里奥· 居里夫 妇发现放射性

30 30 0 15P→14Si++1e

同位素, 同时发 现正电子

重核裂变

比较容易进行人工 控制

235 235

92U+1n→14456Ba+89Kr+31n 0 36 0

92U+1n→13654Xe+90Sr+101n 0 38 0
2 3 4 1 1H+1H→2He+0n

轻核聚变 例4

除氢弹外无法控制

(1)现有三个核反应方程:
24 ①24Na→12Mg+ 0-1e; 11

8

92 ②23592U+1n→14156Ba+36Kr+31n; 0 0 3 ③2H+1H→4He+1n. 1 2 0

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 衰变,②是聚变,③是裂变 (2)现有四个核反应:
1 A.2H+3H→4He+0n 1 1 2 1 1 B.235U+0n→X+89Kr+30n 92 36 24 C.11 Na→24Mg+-0e 12 1

(

)

D.4He+9Be→12C+1n 2 4 6 0 ①________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
24 (1)24Na→12Mg+-0e 中 Na 核释放出 β 粒子,为 β 衰变,235U+1n→141Ba+92Kr+ 11 1 92 0 56 36

3 31n 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2H+1H→4He+1n 0 1 2 0

为聚变,故 C 正确. (2)①人工转变核反应方程的特点: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 究原子弹的基本核反应方程,A 是聚变反应,是研究氢弹的基本核反应方程. 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 突破训练 3 (1)C (2)①D B A ②144 88

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(4He),则下面说法正确的是 2 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 3 D.X 核与 Z 核的总电荷数是 Y 核电荷数的 2 倍 答案 CD

a a a a 4 解析 设原子核 X 的符号为bX,则原子核 Y 为b-1Y,aX→+0e+b-1Y,1H+b-1Y→2He b 1 1

+a-3Z,故原子核 Z 为a-3Z. b 2 b 2 考点四 关于核能的计算
9





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. 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. 例 5 裂变反应是目前核能利用中常用的反应,以原子核23592U 为燃料的反应堆中,当235

92U 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为:
235

92U +

1 0n→

139

54Xe +

94 38Sr+

31n 0

235.043 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核的静止质量(以原子质量单位 u 为单位).已知 1 u 的质量对应的能量为 9.3×102 MeV,此裂变反应释放出的能量是______ MeV. 解析 裂变前后的质量亏损是 Δm=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-3×1.008 7) u=0.193 3 u. 亏损质量转化为能量 ΔE=Δmc2=0.193 3×9.3×102 MeV=1.8×102 MeV. 答案 1.8×102 突破训练 4 已知氦原子的质量为 MHe u,电子的质量为 me u,质子的质量为 mp u,中子的

质量为 mn u, 为原子质量单位, u 且由爱因斯坦质能方程 E=mc2 可知: u 对应于 931.5 1 MeV 的能量,若取光速 c=3×108 m/s,则两个质子和两个中子聚变成一个氦核,释放 的能量为 A.[2(mp+mn)-MHe]×931.5 MeV B.[2(mp+mn+me)-MHe]×931.5 MeV C.[2(mp+mn+me)-MHe]·2 J c D.[2(mp+mn)-MHe]·2 J c 答案 B 解析 核反应方程为 21H+21n→4He,质量亏损 Δm=2(mp+mn)-(MHe-2me)=2(mp+ 1 0 2 mn + me) - MHe , 所 以 释 放 的 能 量 为 ΔE = Δm×931.5 MeV = [2(mp + mn + me) - MHe]×931.5 MeV,选项 B 正确. ( )

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1. (2012· 重庆理综· 19)以下是物理学史上 3 个著名的核反应方程
7 x+3Li→2y

y+14N→x+17O 7 8

9 y+4Be→z+12C 6

x、y 和 z 是 3 种不同的粒子,其中 z 是 A.α 粒子 答案 C B.质子 C.中子 D.电子

(

)

解析 第二、 三个核反应分别是发现质子和中子的核反应方程, 根据核反应方程的质量 数和电荷数守恒可得,x、y、z 分别是1H、4He、1n,C 正确. 1 2 0 2. (2012· 广东理综· 18)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
1 A.3H+2H→4He+0n 是核聚变反应 1 1 2

(

)

B.3H+2H→4He+1n 是 β 衰变 1 1 2 0
1 C.235U+0n→144Ba+89Kr+31n 是核裂变反应 92 56 36 0

D.235U+1n→140Xe+94Sr+21n 是 α 衰变 92 0 54 38 0 答案 AC
4 解析 β 衰变时释放出电子(-0e),α 衰变时释放出氦原子核(2He),可知 B、D 错误;选 1

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, A 正确;选项 C 中一个 U235 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典型的核裂变反应,C 正确. 3. (2012· 四川理综· 17)如图 5 所示为氢原子能级示意图的一部分,则氢原子 ( )

图5 A.从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级比从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级辐射出电磁波的波长 长 B.从 n=5 能级跃迁到 n=1 能级比从 n=5 能级跃迁到 n=4 能级辐射出电磁波的速度 大 C.处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是一样的 D.从高能级向低能级跃迁时,氢原子核一定向外放出能量 答案 A 解析 因为 E4-E3=0.66 eV<E3-E2=1.89 eV,根据 c=λν 和 hν=Em-En 得,从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级比从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级辐射出电磁波的波长长,选项 A
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正确;电磁波在真空中的传播速度都相等,与光子的频率无关,选项 B 错误;氢原子 的核外电子处于不同能级时在各处出现的概率是不同的, 能级越低, 在靠近原子核较近 的地方出现概率越大,选项 C 错误;氢原子从高能级跃迁到低能级时,是氢原子核外 的电子从高能级跃迁到低能级时向外放出的能量,选项 D 错误. 模拟题组 4.
238 92U

是一种放射性元素,其能发生一系列放射性衰变,衰变过程如

图 6 所示.请写出①、②两过程的衰变方程: ①________________________________________________________; 图6

②________________________________________________________________________.
4 答案 ①210Bi→210Po+-0e ②210Bi→206Tl+2He 83 84 1 83 81

5. 下列核反应方程及其表述完全正确的是 A.3He+2H→4He+1H 是聚变反应 2 1 2 1 B.238U→234Th+4He 是人工转变 92 90 2
1 C.235U+0n→92Kr+141Ba+31n 是裂变反应 92 36 56 0

(

)

D.24Na→24Mg+-0e 是裂变反应 11 12 1 答案 AC 解析 在核反应过程中, 反应前后核电荷数和质量数分别守恒,选项 B 中的核反应是 α 衰变;选项 D 中的核反应是人工转变,选项 B、D 错误,选项 A、C 正确. 6. 已知金属钙的逸出功为 2.7 eV,氢原子的能级图如图 7 所示,一群氢原子处于量子数 n =4 能级状态,则 ( )

图7 A.氢原子可能辐射 6 种频率的光子 B.氢原子可能辐射 5 种频率的光子 C.有 3 种频率的辐射光子能使钙发生光电效应 D.有 4 种频率的辐射光子能使钙发生光电效应 答案 AC

12

解析 从 n=4 能级跃迁可能产生的光子为 6 种,选项 A 正确.若产生光电效应,则光子的 能量需要大于 2.7 eV,此时只有第 4 能级跃迁到第 1 能级、第 3 能级跃迁到第 1 能级、第 2 能级跃迁到第 1 能级 3 种频率的光子,选项 C 正确.

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(限时:30 分钟) ?题组 1 原子的核式结构模型 1. 如图 1 所示为卢瑟福做 α 粒子散射实验装置的示意图, 荧光 屏和显微镜一起分别放在图中的 A、B、C、D 四个位置时, 下述对观察到的现象的说法中正确的是 ( )

A. 放在 A 位置时, 相同时间内观察到屏上的闪光次数最多 B.放在 B 位置时,相同时间内观察到屏上的闪光次数只比 A 位置时稍少些 C.放在 C、D 位置时,屏上观察不到闪光 D.放在 D 位置时,屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少 答案 AD 解析 α 粒子散射实验的结果是, 绝大多数 α 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前 进,少数 α 粒子发生了较大偏转,极少数 α 粒子被反弹回来.因此,荧光屏和显微镜一 起分别放在图中的 A、B、C、D 四个位置时,在相同时间内观察到屏上的闪光次数分 别为绝大多数、少数、少数、极少数,故 A、D 正确. 2. 卢瑟福通过 α 粒子散射实验,判断出原子中心有一个很小的 核,并由此提出了原子的核式结构模型.如图 2 所示的平面 示意图中①、③两条线表示 α 粒子运动的轨迹,则沿②所示 方向射向原子核的 α 粒子可能的运动轨迹是 A.轨迹 a B.轨迹 b C.轨迹 c D.轨迹 d 答案 A 解析 α 粒子带正电,因此 α 粒子靠近核时,与核间有斥力,沿方向②的 α 粒子比沿方 向①的 α 粒子离核近, 与核的作用强, 因此 α 粒子沿方向②进入后与核作用向外侧散射 的偏转角应该比沿①的大,故 A 正确. ?题组 2 玻尔理论与氢原子跃迁 3. 下列说法中正确的是 A.氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,电子动能增加,原子势能减少 B.原子核的衰变是原子核在其他粒子的轰击下而发生的 C.β 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子而产生的 D.放射性元素的半衰期随温度和压强的变化而变化 ( ) ( ) 图2 图1

14

答案 AC 解析 原子核的衰变是自发进行的,选项 B 错误;半衰期是放射性元素的固有特性, 不 会随外部因素而改变,选项 D 错误. 4. 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 3 所示)可判断 ( )

图3 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 答案 B 解析 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. 5. (2010· 重庆理综· 19)氢原子部分能级的示意图如图 4 所示.不同色光的光子能量如下表 所示. 色光 光子能量 范围(eV) 红 1.61~ 2.00 橙 2.00~ 2.07 黄 2.07~ 2.14 绿 2.14~ 2.53 蓝靛 2.53~ 2.76 紫 2.76~ 3.10

图4 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 )

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答案 A 解析 原子发光时放出的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,分别属于红光和蓝-靛光的范围,故答案为 A. ?题组 3 原子核的衰变、人工核反应 6. 在下列 4 个核反应方程中,X 表示 α 粒子的是 A.30P→30Si+X 15 14 B.238U→234Th+X 92 90
27 27 C.13Al+X→12Mg+1H 1

(

)

D.27Al+X→30P+1n 13 15 0 答案 BD
4 解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知,四个选项中的 X 分别代表:0e、2He、1n、4 1 0 2

He,选项 B、D 正确. 7. 如图 5 甲是 α、β、γ 三种射线穿透能力的示意图,图乙是工业上利用射线的穿透性来检 查金属内部伤痕的示意图,请问图乙中的检查利用的是 ( )

图5 A.α 射线 B.β 射线 C.γ 射线 D.三种射线都可以 答案 C 解析 由题意可知,工业上需用射线检查金属内部的伤痕,由题图甲可知,三种射线中 γ 射线穿透力最强,而 α 射线、β 射线都不能穿透金属,所以答案为 C. 8. 一块含铀的矿石质量为 M,其中铀元素的质量为 m,铀发生一系列衰变,最终生成物 为铅.已知铀的半衰期为 T,那么下列说法中正确的是 A.经过 2 个半衰期后,这块矿石中基本不再含有铀 m B.经过 2 个半衰期后,原来所含的铀元素的原子核有 发生了衰变 4 m C.经过 3 个半衰期后,其中铀元素的质量还剩 8 M D.经过 1 个半衰期后该矿石的质量剩下 2 答案 C
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(

)

m 解析 经过 2 个半衰期后矿石中剩余的铀元素应该有 ,经过 3 个半衰期后矿石中剩余 4 m 的铀元素还有 .因为衰变产物大部分仍然留在矿石中,所以矿石质量没有太大的改变. 8 9. (2012· 大纲全国· 235U 经过 m 次 α 衰变和 n 次 β 衰变,变成207Pb,则 15) 92 82 A.m=7,n=3 C.m=14,n=9 答案 B
235 解析 衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒. 先写出核反应方程: 92U→207Pb+m4He 82 2

(

)

B.m=7,n=4 D.m=14,n=18

+n-0e 1 根据质量数守恒和电荷数守恒列出方程 235=207+4m 92=82+2m-n 解得 m=7,n=4,故选项 B 正确,选项 A、C、D 错误. ?题组 4 关于核能的计算问题 10.太阳内部持续不断地发生着 4 个质子(1H)聚变为 1 个氦核(4He)的热核反应,核反应方程 1 2 是 41H→4He+2X,这个核反应释放出大量核能.已知质子、氦核、X 的质量分别为 m1、 1 2 m2、m3,真空中的光速为 c.下列说法中正确的是 A.方程中的 X 表示中子(1n) 0 ( )

B.方程中的 X 表示电子(-0e) 1 C.这个核反应中质量亏损 Δm=4m1-m2 D.这个核反应中释放的核能 ΔE=(4m1-m2-2m3)c2 答案 D 解析 由质量数守恒、电荷数守恒可推断出 X 为0e,A、B 错;质量亏损为 Δm=4m1 1 -m2-2m3,释放的核能为 ΔE=Δmc2=(4m1-m2-2m3)c2,C 错,D 对. 11.2010 年上海世博会太阳能应用技术引领了世界.太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽 车、 太阳能动态景观??科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的 核聚变反应,即在太阳内部 4 个氢核(1H)转化成一个氦核(4He)和两个正电子(0e)并放出 1 2 1 能量. 已知质子质量 mp=1.007 3 u, 粒子的质量 mα=4.001 5 u, α 电子的质量 me=0.000 5 u,1 u 的质量相当于 931.5 MeV 的能量. (1)写出该热核反应方程; (2)一次这样的热核反应过程中释放出多少 MeV 的能量?(结果保留四位有效数字) 答案 解析 (1)41H→4He+20e (2)24.87 MeV 1 2 1 (1)41H→4He+20e 1 2 1

(2)Δm=4mp-mα-2me=4×1.007 3 u-4.001 5 u-2×0.000 5 u=0.026 7 u
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ΔE=Δmc2=0.026 7×931.5 MeV=24.87 MeV.

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