2020版高考北京物理大一轮精准复习练习：专题十六原子物理与原子核物理含解析
2020年高考物理素养提升专题16 原子结构与原子核(解析版)
素养提升微突破16 原子结构与原子核——认知物体的微观结构原子结构与原子核原子结构与原子核是最近两年调整为必考考点，考试中一般以选择题形式出现，难度不高，属于理解记忆为主，但微观结构看不见，需要考生有丰富的想象能力建模能力。
【2019·新课标全国Ⅰ卷】氢原子能级示意图如图所示。
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A ．12.09 eVB ．10.20 eVC ．1.89 eVD ．1.5l eV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV 的可见光。
故 1.51(13.60)eV 12.09eV E ∆=---=。
故本题选A 。
【素养解读】本题考查波尔原子理论和能级跃迁，意在考查考生的理解能力。
一、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．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”。
【典例1】【2019·江苏卷】100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击6028Ni 核也打出了质子：460621228291He+Ni Cu+H X →+；该反应中的X 是 （选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是 （选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。
【答案】中子 核裂变【解析】由质量数和电荷数守恒得：X 应为：10n 即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，核聚变目前还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变；【素养解读】本题通过原子核的人工转变考查了核反应方程中的质量数守恒、电荷数守恒等规律。
2020年高考北京版高考物理 专题十六 原子物理与原子核物理
专题十六原子物理与原子核物理挖命题【考情探究】分析解读本专题内容是选修3-5模块的两个重要内容之一,由原来的选考内容改为必考内容,命题难度不大,但考点较多,主要包括光电效应、氢原子能级、氢原子光谱、原子结构和原子核。
复习时应注重四个问题:一是精读教材,熟练掌握教材内容,重视课后习题;二是重视与现代科技相联系的题目;三是把重点放在光电效应、氢原子能级跃迁规律、核反应方程的书写及结合能和质量亏损的计算上;四是动量守恒定律在核反应过程中的应用。
【真题典例】破考点【考点集训】考点一原子物理1.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出了( )A.原子的核式结构模型B.原子核内有中子存在C.电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子组成的答案A2.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的,因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。
利用氢气放电管可以获得氢原子光谱,根据玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱的产生机理。
已知氢原子的基态能量为E1,激发态能量为E n=,其中n = 2,3,4,…。
1885年,巴耳末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析,发现这些谱线的波长能够用一个公式表示,这个公式写做=R(-),n = 3,4,5,…。
式中R叫做里德伯常量,这个公式称为巴耳末公式。
用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则里德伯常量R可以表示为( ) A.- B. C.- D.答案C考点二原子核3.用中子n)轰击铝27Al),产生钠24Na)和X,则X是( )A.电子B.质子C.正电子D.α粒子答案D4.关于α、β、γ三种射线,下列说法正确的是( )A.三种射线都带电B.三种射线都是电磁波C.α射线的电离能力最强D.β射线的穿透能力最强答案C5.碳12的原子核是由6个质子和6个中子构成的,各质子之间存在着三种相互作用力,万有引力、库仑力和核力。
这三种相互作用力的大小由弱到强的顺序是( )A.万有引力、库仑力、核力B.万有引力、核力、库仑力C.库仑力、万有引力、核力D.核力、万有引力、库仑力答案A6.一个氘核与一个氚核结合成一个氦核同时放出中子,释放17.6 MeV的能量。
(北京专用)2020版高考物理总复习第十六章第1讲原子结构课件
解析 根据玻尔理论,氢原子的电子从n=2轨道跃迁到n=1轨道时要放 出一种特定频率的光子,故原子的能量减少,但电子在跃迁过程中,静 电力对其做正功,故电子的动能增加,故A正确。
深化拓展
考点一 原子结构的探究——α粒子散射实验结论分析
1.原子中有电子,但电子质量很小,不及α粒子质量的七千分之一,α粒子 碰到它,就像飞行的子弹碰到一粒尘埃一样,运动方向不会发生明显改 变。α粒子散射现象表明,原子内部非常空旷,带正电的部分体积很小,但 集中了几乎全部质量,当α粒子接近原子核时,就会受到很大的库仑斥力, 发生较大角度的偏转,由于原子核体积小,α粒子穿过金箔时接近原子核 的机会很小,所以只有少数α粒子发生大角度偏转。
解析 根据玻尔理论可知,氢原子辐射光子后,电子应从离核较远的轨
道跃迁到离核较近的轨道。跃迁过程中,电场力对电子做正功,故电势
能减小。根据经典物理理论可知,电子绕核做匀速圆周运动的向心力
由核对电子的库仑力提供,即 kre22
= mv2
r
,则Ek= m2v2
= ke2
2r
,电子的轨道半径
减小,其动能增大。由能量守恒定律可知,氢原子放出光子,辐射能量,
解析 氢原子在量子数较大的能级上时,具有的能量也较大,从n=3能
级跃迁到n=1能级时,放出光子,能量减小,故B对而A、D均错误。原
子处于较低能级时,电子绕核运动的轨道也较低,由k qr1q22 =m vr2 及Ek= 12 mv
2可知在低轨道上运动时电子的动能较大,故C错误。
2-2 已知氦离子(He+)的能级图如图所示,根据能级跃迁理论可知 ( )
2.原子的核式结构 卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析,于1911年提出了原子的② 核式结构 学说: 在原子的中心有一个③ 很小的核 ,叫做原子核,原子的④ 全部 正电荷和⑤ 几乎所有 的质量都集中在原子核里,带负电的电子在核 外空间绕核旋转。
精品文档2022届新高考物理一轮复习：第十六单元 原子和原子核 单元测试题(解析版)
第十六单元 原子和原子核 单元测试题（解析版）第I 卷（选择题）一、选择题（共48分）1．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M 装置（HL-2M ）在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造和运行技术，其发生的可控核聚变方程为：32He +21H →43Li +X （X 表示某种粒子），则下列说法正确的是（ ） A ．X 为质子B ．核能不属于清洁能源C ．该核反应是我国秦山核电站利用核能的方式D ．43Li 原子核比32He 原子核稳定2．若两个粒子产生的德布罗意波的波长相等，则两粒子一定具有相同的（ ） A ．速度 B ．动量 C ．加速度 D ．动能3．根据爱因斯坦光子说，光子能量E 等于（h 为普朗克常量，c 、λ为真空中的光速和波长）（ ） A ．chλB ．hcλC ．hcD ．hλ4．下列物体的尺寸由小到大排列的是（ ） A ．夸克、原子核、质子、原子 B ．质子、原子核、原子、夸克 C ．夸克、质子、原子核、原子 D ．原子、原子核、质子、夸克5．下列说法正确的是（ ） A ．洗衣机脱水利用了水的重力 B ．玻璃棒和丝绸摩擦后玻璃棒带负电荷C ．物体在接近光速运动时，仍然遵从牛顿运动定律D ．避雷针是利用尖端放电将空气中的电荷中和使建筑物避免雷击6．图甲所示为氢原子能级图，大量处于4n =激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从4n =能级向2n =能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K 时，电路中有光电流产生，则（ ）A ．若将滑片右移，电路中光电流一定增大B ．若将电源反接，电路中不可能有光电流产生C ．若阴极K 的逸出功为1.05eV ，则逸出的光电子最大初动能为1.50eVD ．大量处于4n =激发态的氢原子向低能级跃迁时共辐射出4种频率的光 7．下列有关原子核的反应，正确的是（ ）A ．23411120H H He n +→+是α衰变 B ．941214260Be He C n +→+是天然放射现象C ．234234090911Th Pa e -→+说明原子核中有电子D ．235114192192056360U n Ba Kr 3n +→++是核裂变8．如图所示，甲为演示光电效应的实验装置；乙图为a 、b 、c 三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线；丙图为氢原子的能级图；表格给出了几种金属的逸出功和极限频率关系。
2020版高考物理一轮复习第十二章第2讲原子和原子核练习解析版
原子和原子核一、选择题(本题共12小题，1～8题为单选题，9～12题为多选题．)1.(2018·秦皇岛模拟)如图所示，＋Q表示金原子核，α粒子射向金核时被散射，其偏转轨道可能是图中的( )A．b B．cC．d D．e解析：B 在α粒子的散射现象中粒子所受金原子核的作用力是斥力，故斥力指向轨迹的内侧，显然只有c符合要求，而b是不带电的，对于e则是带负电，而d是不可能出现此轨迹的，故B项正确，A、C、D项错误．2．不同元素都有自己独特的光谱线，这是因为各元素的( )A．原子序数不同B．原子质量数不同C．激发源能量不同D．原子能级不同解析：D 当原子从高能态向低能态跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差．由于原子的能级是分立的，所以放出光子的能量也是分立的，这就是产生原子光谱的原因；由于不同元素的能级差不同，故每种元素都有自己独特的光谱线，故A、B、C项错误，D项正确．3.如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置，实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场E，通过显微镜可以观察到，在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数．若撤去电场后继续观察．发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；如果再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加．由此可以判断，放射源发出的射线可能为( ) A．β射线和γ射线B．α射线和β射线C．β射线和X射线D．α射线和γ射线解析：D 放射性元素放射出的射线为α射线、β射线和γ射线，α射线贯穿能力弱，一张薄纸就可挡住，β射线贯穿能力较强．可贯穿铝片，γ射线穿过能力极强．α射线带正电，β射线带负电，在电场中偏转，γ射线不带电．由此可知，放射源发出的射线可能为α射线和γ射线．选项D正确．4．(2018·肇庆模拟)238 92U 的衰变有多种途径，其中一种途径是先衰变成210 83Bi ，然后可以经一次衰变变成210 a X(X 代表某元素)，也可以经一次衰变变成 b 81Ti ，最后都衰变变成206 82Pb ，衰变路径如图所示，下列说法中正确的是( )A ．过程①是β衰变，过程③是α衰变；过程②是β衰变，过程④是α衰变B ．过程①是β衰变，过程③是α衰变；过程②是α衰变，过程④是β衰变C ．过程①是α衰变，过程③是β衰变；过程②是β衰变，过程④是α衰变D ．过程①是α衰变，过程③是β衰变；过程②是α衰变，过程④是β衰变解析：B Bi 经过①变化为X ，质量数没有发生变化，为β衰变，X 经过③变化为Pb ，质量数少4，为α衰变，Bi 经过②变化为Ti ，电荷数少2，为α衰变，Ti 经过④变化为Pb ，电荷数增加1，为β衰变．故A 、C 、D 错误，B 正确．5．如图所示，图甲为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱，已知谱线a 是氢原子从n ＝4的能级跃迁到n ＝2能级时的辐射光，谱线b 可能是氢原子在下列哪种情形跃迁时的辐射光( )A ．从n ＝3的能级跃迁到n ＝2的能级B ．从n ＝5的能级跃迁到n ＝2的能级C ．从n ＝4的能级跃迁到n ＝3的能级D ．从n ＝5的能级跃迁到n ＝3的能级解析：B 谱线a 是氢原子从n ＝4的能级跃迁到n ＝2的能级时的辐射光，波长大于谱线b ，所以a 光的光子频率小于b 光的光子频率，所以b 光的光子能量大于n ＝4和n ＝2间的能级差，n ＝3跃迁到n ＝2，n ＝4跃迁到n ＝3，n ＝5跃迁到n ＝3的能级差小于n ＝4和n ＝2的能级差；n ＝5和n ＝2间的能级差大于n ＝4和n ＝2间的能级差，A 、C 、D 错误，B 正确．6．已知处于某一能级n 上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是( )解析：A 根据跃迁规律可知，能够发出10种不同频率的光，则氢原子从第5能级向低能级跃迁，辐射光波长最长，则频率最低，能级差最小，A 正确．7.(2018·衡水模拟)碳14可以用来作示踪剂标记化合物，也常在考古学中测定生物死亡年代，在匀强电场中有一个初速度可以忽略的放射性碳14原子核，它所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示，a 、b 均表示长度，那么碳14的衰变方程可能为( )A.14 6C→42He ＋10 4BeB.14 6C→01e ＋145B C.14 6C→ 0－1e ＋14 7N D.14 6C→21H ＋12 5B 解析：A 对图线分析，根据类平抛运动，对放射出的粒子1有v 1t ＝b ，12·q 1E m 1t 2＝4b ，对反冲核2有v2t＝a，1 2·q2Em2t2＝2a，又根据动量守恒定律可得m1v1＝m2v2，联立解得q1＝2q2，故A正确．8.(2018·龙岩模拟)原子核的平均结合能与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子核结构和核反应的说法中正确的是( )A．原子核a和b聚变成原子核c时会有质量亏损，要放出能量B．原子核f裂变成原子核d和e时会有质量增加，要吸收能量C．原子核c中核子的平均质量要比原子核b的大D．原子核f中核子的平均质量要比原子核e的小解析：A 由图可知，a、b的一平均结合能小于c，原子核a和b聚变成原子核c时会有质量亏损，要放出能量，故A项正确；原子核f裂变成原子核d和e时，有质量亏损，放出能量，故B项错误；a、b聚变成c时有质量亏损，可知原子核c中核子的平均质量小于b，故C项错误；f裂变成d和e时，有质量亏损，可知f中核子的平均质量比原子核e的大，故D项错误．9.钚的一种同位素239 94Pu衰变时释放巨大能量，如图所示，其衰变方程为239 94Pu→235 92U＋42He ＋γ，则( )A．核燃料总是利用比结合能小的核B．核反应中γ的能量就是239 94Pu的结合能C.235 92U核比239 94Pu核更稳定，说明235 92U的结合能大D．由于衰变时释放巨大能量，所以239 94Pu比235 92U的比结合能小解析：AD 核燃料总是利用比结合能小的核，这样通过核反应才能放出原子能，选项A 正确．核反应中γ的能量是放出的能量，远小于239 94Pu的结合能，选项B错误.235 92U核比239 94Pu 核更稳定，说明235 92U的比结合能大，但不能说明结合能大，选项C错误．由于衰变时释放巨大能量，所以239 94Pu比235 92U的比结合能小，选项D正确．10．(2018·新余模拟)放射性物质碘131的衰变方程为131 53I→131 54Xe＋Y.根据有关放射性知识，下列说法正确的是( )A．生成的131 54Xe处于激发态，放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强B．若131 53I的半衰期大约是8天，取4个碘原子核，经16天就只剩下1个碘原子核了C．Y粒子为β粒子D.151 53I中有53个质子和131个核子解析：CD 生成的131 54Xe处于激发态，还会放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，γ射线是高能光子，即高能电磁波，它是不带电的，所以γ射线的电离作用很弱，故A项错误；半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的．所以，若取4个碘原子核，经16天剩下几个碘原子核无法预测，故B项错误；反应方程中，131 53I→131 54Xe＋Y，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，Y粒子为β粒子，故C项正确；电荷数等于质子数，可知131 53I中有53个质子，131表示质量数即核子数，故D项正确．11．PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是：将放射性同位素15 8O 注入人体，参与人体的代谢过程.15 8O 在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像．根据PET 原理，下列说法正确的是( )A.15 8O 衰变的方程式为15 8O→15 7N ＋01eB ．将放射性同位素15 8O 注入人体，15 8O 的主要用途作为示踪原子C ．一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子D ．PET 中所选的放射性同位素的半衰期应较长解析：AB 由质量数守恒和电荷数守恒可知，15 8O 的衰变方程式为15 8O →15 7N ＋01e ，故A 正确；将放射性同位素15 8O 注入人体，15 8O 的主要用途作为示踪原子，故B 正确；正负电子湮灭后生成两个光子，故C 错误；氧在人体内的代谢时间不长，PET 中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故D 错误．12．月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3(32He)”的化学元素，是核聚变的重要原料之一．科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3”，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3”与“氘核(21H)”聚变生成“氦4(42He)”，下列说法中正确的是( )A ．核反应方程为32He ＋21H→42He ＋11HB ．核反应生成物的质量大于参加的反应物的质量C ．该核反应出现质量将亏损，释放能量D ．因为“氦3”比“氦4”的比结合能小，所以“氦3”比“氦4”稳定解析：AC 该核反应方程为32He ＋21H→42He ＋11H ，电荷数守恒，质量数守恒，故A 正确；关于“氦3(32He)”与“氘核(21H)”聚变生成“氦4(42He)”和质子，有大量的能量放出，根据爱因斯坦质能方程，知有质量亏损，生成物的质量小于参加的反应物的质量，故B 错误，C 正确；比结合能越大，原子核越稳定，故D 错误．二、计算题(需写出规范的解题步骤)13．钚的放射性同位素239 94Pu 静止时衰变为铀核激发态235 92U *、α粒子，而铀核激发态235 92U*立即衰变为铀核235 92U ，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知：239 94Pu 、235 92U 和α粒子的质量分别为m Pu ＝239.052 1 u 、m U ＝235.043 9 u 和m α＝4.002 6 u,1 u ＝931.5 MeV/c 2.(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．解析：(1)衰变方程为23994Pu ―→235 92U *＋α①235 92U *―→235 92U ＋γ②或合起来有239 94Pu ―→235 92U ＋α＋γ③(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm ＝m Pu －m U －m α④放出的能量为ΔE ＝Δm ·c 2⑤ΔE 是铀核235 92U 的动能E U 、α粒子的动能E α和γ光子的能量E γ之和， ΔE ＝E U ＋E α＋E γ⑥可得E U ＋E α＝(m Pu －m U －m α)c 2－E γ⑦设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为v U 和v α，则由动量守恒有 m U v U ＝m αv α⑧又由动能的定义知E U ＝12m U v 2U ，E α＝12m αv 2α⑨ 由⑧⑨式得E U E α＝m αm U⑩ 由⑦⑩式得E α＝m U m U ＋m α[(m Pu －m U －m α)c 2－E γ] 代入题给数据得E α＝5.034 MeV.答案：(1)239 94Pu ―→235 92U ＋α＋γ (2)5.034 MeV。
第十六章 原子结构与原子核物理相对论全章闯关检测(教师专用) 高考物理(北京版)一轮复习
全章闯关检测一、选择题1.根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。
图中虚线表示原子核所形成的电场等势线,实线表示一个α粒子的运动轨道。
在α粒子从a 运动到b 再运动到c 的过程中,下列说法中正确的是( )A.动能先增大,后减小B.电势能先减小,后增大C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零D.加速度先变小,后变大答案 C α粒子带正电,它跟靶核之间存在排斥力。
在α粒子由a 运动到c 的过程中,排斥力先做负功后做正功,故α粒子的动能先减小后增大,电势能先增大后减小,故选项A 和B 均错误;由于a 和c 在同一等势面上,故α粒子由a 运动到c 的全过程中电场力对它做的总功为零,故选项C 正确;由库仑定律知α粒子受到的电场力先增大后减小,则其加速度先增大后减小,故选项D 错误。
2.铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应:1327Al +24He→X +01n 。
下列判断正确的是( )A .01n 是质子B .01n 是中子C.X 是 1423Si 的同位素D.X 共有31个核子答案 B 01n 的质量数为1应为中子,则A 错误、B 正确;从反应方程知X 为 1530X ,其电荷数为15,质量数为30,是磷元素的同位素,所以选项C 、D 均错误。
3.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中( ) A.原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大,原子的能量增大 B.原子要放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原子的能量也减小C.原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量增大D.原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大,原子的能量增大答案 D 氢原子的核外电子从距核较近轨道跃迁到距核较远的轨道过程中,原子的能量要增大,原子要吸收光子,因克服静电引力做功,原子的电势能要增大,但其动能减小,故A 、B 、C 错误,D 正确。
4.图中所示为氢原子能级示意图,则关于氢原子发生能级跃迁的过程中,下列说法中正确的是 ( )A.从高能级向低能级跃迁,氢原子放出光子B.从高能级向低能级跃迁,氢原子核外电子轨道半径变大C.从高能级向低能级跃迁,氢原子吸收能量D.从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的电磁波的波长短 答案 A 氢原子从高能级向低能级跃迁时,氢原子会放出光子,A 正确;从高能级向低能级跃迁,氢原子放出光子,核外电子轨道半径变小,B 错误;从高能级向低能级跃迁,氢原子释放能量,故C 错误;从n=4能级跃迁到n=3能级时释放的能量比从n=3能级跃迁到n=2能级时释放的能量小,故辐射光的频率也小,光的波长较长,D 错误。
2020届高考物理专题训练：原子物理(两套 附详细答案解析)
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。
2020届高考物理人教版一轮复习章节练习：第12章 第2节 原子与原子核 (含解析)
(建议用时：40分钟)一、单项选择题1．(2017·高考上海卷)在同位素氢、氘、氚的核内具有相同的()A．核子数B．电子数C．中子数D．质子数解析：选D.同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数不同的元素，故氢、氘、氚的核内具有相同的质子数，D项正确．2．(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 MeVB．3.3 MeVC．2.7 MeVD．0.93 MeV解析：选B.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. (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并放出一个粒子解析：选B.根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒可知，147N＋42He→178O＋11H，A项错误；2713Al＋42He→3015P＋10n，B项正确；115B＋11H→84Be＋42He，C项错误；63Li＋11H→32He＋42He，D项错误．4．(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解析：选C.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．5．(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粒子解析：选A.由核反应方程中，电荷数守恒和质量数守恒可知，X为11H，选项A正确．6．(2016·高考上海卷)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示．两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则()A．a为电源正极，到达A板的为α射线B．a为电源正极，到达A板的为β射线C．a为电源负极，到达A板的为α射线D．a为电源负极，到达A板的为β射线解析：选B.从题图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子在初速度方向的位移小于到达B板的粒子在初速度方向的位移，粒子在初速度方向做匀速直线运动，则根据公式x＝v0t＝v0md2qU，两个粒子初速度v0相差不大，两极板间电压U相同，放射源与两极板的距离d2也相同，而电子的mq小得多，所以电子在初速度方向的位移小，故达到A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极，故选项B正确．7．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2解析：选C.由质能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确，A、B、D错误．8．(2019·江苏清江中学高三模拟)如图所示为氢原子的能级图，当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，辐射出光子a；当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出光子b，则下列说法中正确的是()A．光子a的能量大于光子b的能量B．光子a的波长小于光子b的波长C．b光比a光更容易发生衍射现象D．在同种介质中，a光子的传播速度大于b光子的传播速度解析：选D.氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级的能级差小于从n＝3的能级跃迁到n＝1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，故A错误；光子a的频率小于光子b的频率，所以b的频率大，波长小，所以a光更容易发生衍射，故B、C错误；光子a的频率小，则折射率小，根据v＝cn知，光子a在介质中的传播速度大于光子b在介质中的传播速度，故D正确．二、多项选择题9．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 Me V和21H＋31H→42He＋X＋17.6 Me V，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：选AD.核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由21H＋31H→42He＋X＋17.6 Me V知X为10n，由X＋Y→42He＋31H＋4.9 Me V知Y为63Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，选项A正确，选项B错误；两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项C 错误；X＋Y→42He＋31H＋4.9 Me V是原子核的人工转变，21H＋31H→42He＋10n＋17.6 Me V为轻核聚变，选项D正确．10．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：选AC.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，故选项A、C正确．11．(2016·高考全国卷Ⅲ改编)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p 后，变为处于激发态的硅原子核2814Si，下列说法正确的是()A．核反应方程为p＋2713Al―→2814SiB．核反应过程中系统动量守恒C．核反应过程中系统能量不守恒D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和解析：选AB.核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，A项正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，B项正确；题述核反应过程属于“二合一”形式的完全非弹性碰撞，机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒，C项错误；核反应过程中的机械能有损失，故存在质量亏损现象，D项错误．12.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的能级解析：选CD.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的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，由ΔE＝hν＝h cλ得，从n＝1跃迁到n＝2能级需要光子的波长为121.6 nm，可知B选项错误，D选项正确；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C选项正确．13．如图为氢原子的能级示意图，则下列对氢原子跃迁的理解正确的是()A．由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光子一定不能使逸出功为3.34 e V的金属发生光电效应B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，向外辐射6种不同频率的光子C．大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，用发出的光照射逸出功为3.34 e V 的金属，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 e VD．如果用光子能量为10.3 e V的光照射处于n＝1能级的氢原子，则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级解析：选BC.氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，当氢原子从高能级跃迁到基态时放出的光子的能量最小值为－3.4 e V－(－13.6 e V)＝10.2 e V，大于3.34 e V，所以一定能使逸出功为3.34 e V的金属发生光电效应，A错误；大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子的种类为C24＝4×32＝6，B正确；大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，辐射出的光子能量最大为－1.51 e V－(－13.6 e V)＝12.09 e V，用此光子照射逸出功为3.34 e V的金属，由爱因斯坦光电效应方程可得该金属的最大初动能为12.09 e V－3.34 e V＝8.75 e V，C正确；当氢原子由低能级向高能级跃迁时，氢原子吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差，而由氢原子的能级图可知任何两能级间的能量差都不等于10.3 e V，因此不能使n＝1能级的氢原子跃迁到较高的能级，D错误．三、非选择题14．按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E 1(E 1<0)，电子质量为m ，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h )．解析：电子离原子核越远电势能越大，原子能量也就越大；根据动能定理有，hν＋E 1＝12m v 2，所以电离后电子速度为 2（hν＋E 1）m. 答案：越大 2（hν＋E 1）m 15．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s.(1)图甲中电极A 为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc ＝________Hz ，逸出功W 0＝________J ；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz ，则产生的光电子的最大初动能E k ＝________J.解析：(1)在光电效应中，电子向A 极运动，故电极A 为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的截止频率νc 为5.15×1014 Hz ，逸出功W 0＝hνc ＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J.(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz 时，由E k ＝hν－h νc 得，光电子的最大初动能为 E k ＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J≈1.23×10－19 J.答案：(1)阳极(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确] 3.41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确](3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确]。
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专题十六 原子物理与原子核物理 挖命题 【考情探究】
考点 考向 5年考情 预测热度 考题示例 学业水平 关联考点 素养要素
原子物理 原子核式结构学说 ★★☆ 玻尔原子理论 2016北京理综,13,6分 4 模型建构
原子核 天然放射现象 2015北京理综,17,6分 4 衰变粒子在 匀强磁场中 的圆周运动
运动与相
互作用观念 ★★★ 核反应方程 2015北京理综,14,6分 3 物质观念
2018北京理综,13,6分 3 能量观念 核能的释放 2014北京理综,14,6分 4 物质观念
分析解读 本专题内容是选修3-5模块的两个重要内容之一,由原来的选考内容改为必考内容,命题难度不大,但考点较多,主要包括光电效应、氢原子能级、氢原子光谱、原子结构和原子核。 复习时应注重四个问题:一是精读教材,熟练掌握教材内容,重视课后习题;二是重视与现代科技相联系的题目;三是把重点放在光电效应、氢原子能级跃迁规律、核反应方程的书写及结合能和质量亏损的计算上;四是动量守恒定律在核反应过程中的应用。
【真题典例】 破考点 【考点集训】 考点一 原子物理 1.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出了( ) A.原子的核式结构模型 B.原子核内有中子存在 C.电子是原子的组成部分 D.原子核是由质子和中子组成的 答案 A
2.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的,因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。利用氢气放电管可以获得氢原子光谱,根据玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱的产生机理。已知氢原子的基态能量为E1,激发态能量为
En= ,其中n = 2,3,4,…。1885年,巴耳末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析,发现这些谱线的波长能够用
一个公式表示,这个公式写做 =R( - ),n = 3,4,5,…。式中R叫做里德伯常量,这个公式称为巴耳末公式。用h表示
普朗克常量,c表示真空中的光速,则里德伯常量R可以表示为( )
A.- B. C.- D. 答案 C 考点二 原子核
3.用中子 n)轰击铝27 Al),产生钠24 Na)和X,则X是( ) A.电子 B.质子 C.正电子 D.α粒子 答案 D
4.关于α、β、γ三种射线,下列说法正确的是( ) A.三种射线都带电 B.三种射线都是电磁波 C.α射线的电离能力最强 D.β射线的穿透能力最强 答案 C
5.碳12的原子核是由6个质子和6个中子构成的,各质子之间存在着三种相互作用力,万有引力、库仑力和核力。这三种相互作用力的大小由弱到强的顺序是( )
A.万有引力、库仑力、核力 B.万有引力、核力、库仑力 C.库仑力、万有引力、核力 D.核力、万有引力、库仑力 答案 A
6.一个氘核与一个氚核结合成一个氦核同时放出中子,释放17.6 MeV的能量。已知氘核、氚核、氦核和中子的质量分别为m1、m2、m3和m4。下列说法正确的是 ( )
A.该核反应方程是 H H He+ n B.该核反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料 C.m1+m2 >m3+m4 D.该核反应可以在常温下进行 答案 C
7.下列说法中正确的是( ) A.放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 B.β射线是原子被电离后核外电子形成的电子流 C.同种元素的两种同位素具有相同的核子数 D.大量处于n=2能级的氢原子自发跃迁发光时只能发出一种频率的光 答案 D
8核反应方程 U n Ba+ Kr+ n表示中子轰击 U原子核可能发生的一种核反应,该核反应释放出的核能为ΔE。关于这个核反应,下列说法中正确的是( ) A.该反应属于核聚变 B Ba中的X为146 C Ba中含有56个中子
D.该反应的质量亏损为 答案 D 9.图为一放射源发出的α、β、γ射线进入同一匀强磁场(磁场未画出)中的径迹。表中列出了三种射线的本质和特性。由此可知( )
种类 本质 质量(u) 电荷量(e) 速度(c) α射线 氦核流 4 +2 0.1 β射线 电子流 1/1 840 -1 0.99 γ射线 光子流 0 0 1
A.磁场方向垂直纸面向里,a为α射线,b为β射线 B.磁场方向垂直纸面向里,a为β射线,b为α射线 C.磁场方向垂直纸面向外,a为β射线,b为α射线 D.磁场方向垂直纸面向外,b为α射线,c为γ射线 答案 A
炼技法
【方法集训】 方法1 应用玻尔理论分析氢原子的能级、轨道及氢原子光谱的方法 1.氢原子部分能级的示意图如图所示。不同色光的光子能量如表所示。
色光 红 橙 黄 绿 青—蓝 紫 光子能量 范围(eV) 1.61~2.00 2.00~2.07 2.07~2.14 2.14~2.53 2.53~2.76 2.76~3.10
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、青—蓝 B.黄、绿 C.红、紫 D.青—蓝、紫 答案 A 2.1885年瑞士的中学教师巴耳末发现,氢原子光谱中可见光部分的四条谱线的波长可归纳成一个简单的经验公式
=R( - ),n为大于2的整数,R为里德伯常量。1913年,丹麦物理学家玻尔受到巴耳末公式的启发,同时还吸取了普朗克的量子假说、爱因斯坦的光子假说和卢瑟福的核式结构原子模型,提出了自己的原子理论。根据玻尔理论,推导出了氢原子光谱谱线的波长公式 =R( - ),m与n都是正整数,且n>m。当m取定一个数值时,不同数值的n得出的谱线属
于同一个线系。如: m=1,n=2、3、4、…组成的线系叫赖曼系; m=2,n=3、4、5、…组成的线系叫巴耳末系; m=3,n=4、5、6、…组成的线系叫帕邢系; m=4,n=5、6、7、…组成的线系叫布喇开系; m=5,n=6、7、8、…组成的线系叫逢德系。 以上线系只有一个在紫外光区,这个线系是( )
A.赖曼系 B.帕邢系 C.布喇开系 D.逢德系 答案 A 方法2 核反应中的能量和动量综合分析法
3.在微观领域,动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中,两个氘核 H)以相同的动能E0=0.35 MeV做对心碰撞,假设该反应中释放的核能全部转化为氦核 He)和中子 n)的动能。已知氘核的质量mD=2.014 1 u,中子的质量mn=1.008 7 u,氦核的质量mHe=3.016 0 u,其中1 u相当于931 MeV。在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核
和中子的动能各是多少MeV(结果保留1位有效数字)? 答案 1 MeV 3 MeV
4.运动的原子核 X放出α粒子后变成静止的原子核Y。已知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2,真空中的光速为c,α粒子的速度远小于光速。求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能。 答案 (M-m1-m2)c2 - - - c2
过专题 【五年高考】 A组 基础题组 1.(2016北京理综,13,6分)处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时,辐射光的频率有( )
A.1种 B.2种 C.3种 D.4种 答案 C
2.(2018北京理综,13,6分)在核反应方程 He N O+X中,X表示的是( ) A.质子 B.中子 C.电子 D.α粒子 答案 A
3.(2015北京理综,14,6分)下列核反应方程中,属于α衰变的是 ( ) A N He O H B U Th He C H H He n D Th Pa - e 答案 B 4.(2014北京理综,14,6分)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速)( )
A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)c C.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2 答案 C
5.(2015北京理综,17,6分)实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意如图。则( )
A.轨迹1是电子的,磁场方向垂直纸面向外 B.轨迹2是电子的,磁场方向垂直纸面向外 C.轨迹1是新核的,磁场方向垂直纸面向里 D.轨迹2是新核的,磁场方向垂直纸面向里 答案 D
6.(2017北京理综,23,18分)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 He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为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 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。 答案 本题考查了原子核的衰变、动量和能量守恒、带电粒子在匀强磁场中的运动、质能方程等多个考点,是一道综合题,难度中等。
(1 X - - Y He
(2)设α粒子的速度大小为v,由qvB=m ,T= ,得 α粒子在磁场中运动周期T= 环形电流大小I= =
(3)由qvB=m ,得v= 设衰变后新核Y的速度大小为v',系统动量守恒 Mv'-mv=0
v'= =
由Δmc2= Mv'2+ mv2
得Δm=
说明:若利用M= - m解答,亦可。
B组 提升题组