高考物理一轮复习课时跟踪检测原子结构与原子核
高考物理一轮复习 课时跟踪检测(三十九)原子结构与原子核
课时跟踪检测（三十九）原子结构与原子核对点训练：原子的核式结构1.如图所示为卢瑟福的粒子散射实验的经典再现，用放射性元素发出的粒子轰击金箔，用显微镜观测在环形荧光屏上所产生的亮点，根据实验现象，下列分析正确的是( )A．在荧光屏上形成的亮点是由α粒子在金箔上打出的电子产生的B．原子核应该带负电C．在荧光屏上观测到极少数的α粒子发生了大角度的偏转D．该实验中α粒子由于和电子发生碰撞而发生了大角度的偏转解析：选C 在荧光屏上形成的亮点是由α粒子打在荧光屏上产生的，故A错误；原子核带正电，故B错误；当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核较远时，α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变量较小。
只有当α粒子与原子核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近原子核的机会就很少，所以只有极少数α粒子发生大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，故C正确，D错误。
2．如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为( )A．轨迹a B．轨迹bC．轨迹c D．轨迹d解析：选A 卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越强，故A 正确，B、C、D错误。
3．[多选](2016·天津高考)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。
下列说法符合事实的是( )A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B．查德威克用α粒子轰击14 7N获得反冲核17 8O，发现了中子C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型解析：选AC 麦克斯韦曾提出光是电磁波，赫兹通过实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，选项A正确；查德威克用α粒子轰击94Be，获得反冲核126C，发现了中子，选项B错误；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，选项C正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，选项D错误。
高三物理一轮 课时跟踪检测 原子结构和原子核
咐呼州鸣咏市呢岸学校课时跟踪检测(七) 原子结构和原子核高考常考题型：选择题＋填空题＋计算题1．(2021·高考)以下说法正确的选项是( )A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子C．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量2．(2021·二模)目前，在居家装修中，经常用到花岗岩、大理石装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比方有些含有铀、钍的花岗岩岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病，根据有关放射性知识可知，以下说法正确的选项是( )A．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并发射出来的B．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中的穿透能力C．氡的半衰期为天，假设取1 g氡放在天平左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，那么天后，需取走0.75 g砝码天平才能再次平衡D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了23. (2021·)某光电管的阴极为金属钾制成的，它的逸出功为 1 eV，如图1所示是氢原子的能级图，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的光谱线条数是( )A．2条B．4条C．5条D．6条图14．(2021·模拟)如图2所示，由天然放射性元素钋(Po)放出的射线x1，轰击铍(49Be)时会产生粒子流x2，用粒子流x2轰击石蜡时会打出粒子流x3，经研究知道( )图2A．x1为α粒子，x2为质子B．x1为α粒子，x3为质子C．x2为质子，x3为中子D．x2为质子，x3为光子5．(2021·高考)能源是社会开展的根底，开展核能是解决能源问题的途径之一。
高考物理一轮复习 第12章 近代物理初步 第2讲 原子和原子核课时作业(含解析)新人教版-新人教版高
第2讲原子和原子核时间：45分钟总分为：100分一、选择题(此题共14小题，每一小题6分，共84分。
其中1～11题为单项选择，12～14题为多项选择)1．(2019·广东揭阳一模)如下列图，x为未知的放射源，L为薄铝片，假设在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，如此x可能是()A．α射线和β射线的混合放射源B．纯α射线放射源C．纯γ射线放射源D．α射线和γ射线的混合放射源答案 D解析在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减小，说明射线中含有穿透能力弱的α射线，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明没有射线或剩下的射线不带电，即为γ射线，因此放射源x可能是α射线或它和γ射线的混合放射源，故A、B、C错误，D正确。
2．(2019·江西高三九校3月联考)如下说法中正确的答案是()A．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的B．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子理论C．天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线都是高能量的电磁波D．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构答案 B解析天然放射现象的发现，揭示了原子核有复杂的结构，故A错误；玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说的根底上引入了量子理论，故B正确；天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线，其中α射线是氦原子核，β射线是电子流，只有γ射线是高能量的电磁波，故C错误；卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子有复杂结构，在此根底上，他建立了原子的核式结构模型，故D错误。
3．(2020·安徽省A10联盟高三摸底)据报道，香烟会释放一种危险的放射性元素“钋(210 84 Po)〞，如果每天抽1.5包香烟，一年后累积的辐射相当于300次胸透的辐射。
210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变后产生了新核，新核的中子数比质子数多()A．38个B．40个C．42个D．44个答案 B解析210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变产生的新核为206 83X，其中子数为206－83＝123，中子数比质子数多123－83＝40，B正确。
步步高高考物理一轮复习(新课标)同步测试：13-3原子结构 原子核
第3讲原子结构原子核1．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子()．A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少解析氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，选项A、C、D错误．答案 B2．在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图1所示．该装置中探测器接收到的是()．图1A．X射线B．α射线C．β射线D．γ射线解析放射源发出的只有α、β、γ三种射线，故选项A错误．在α、β、γ三种射线中，只有γ射线能穿透钢板，故选项B、C错误，D正确．答案 D3．居室装修中经常用到的花岗岩都不同程度地含有放射性元素(含铀、钍等)，会释放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道疾病．根据有关放射性知识判断下列说法中正确的是()．A．α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4个B．β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数减少了1个C．γ射线是发生γ衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了1个D．在α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强、电离能力最弱解析α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2个，A错；β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数不变，中子数减少了1个，B错；γ射线是伴随着α、β衰变产生的，穿透能力最强，电离能力最弱，C错，D正确．答案 D4．氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是()A．氢原子的能量增加B．氢原子的能量减少C．氢原子要吸收一定频率的光子D．氢原子要放出一定频率的光子解析氢原子的核外电子离原子核越远，氢原子的能量(包括动能和势能)越大．当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，原子的能量减少，氢原子要放出一定频率的光子．显然，选项B、D正确．答案BD5．氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m1、m2、m3和m4，如果氘核和氚核结合生成氦核，则下列说法中正确的是()．A．核反应方程式为21H＋31H→42He＋10nB．这是一个裂变反应C．核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3D．核反应过程中释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2解析由氘核和氚核的结合以及电荷数、质量数守恒可知选项A正确；该核反应为聚变反应，选项B错误；核反应过程中的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，选项C错误；由爱因斯坦质能方程可知核反应过程中释放的核能ΔE ＝Δmc2，可知选项D正确．答案AD6．在花岗岩、大理石等装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法中正确的是()．A．β射线与γ射线一样都是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱B．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核C.23892U衰变成20682Pb要经过6次β衰变和8次α衰变D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的解析β射线是电子流，γ射线才是电磁波，选项A错；半衰期的意义只有对大量原子核才成立，选项B错；23892U衰变成20682Pb，质量数减少了32，因此发生了324＝8次α衰变，α衰变8次则核电荷数要减少16，实际核电荷数减少10，因此发生了16－10＝6次β衰变，C正确；β 衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，D正确．答案CD7．氦3与氘的核聚变发电不产生温室气体，不产生放射性物质，是一种十分清洁、安全和环保的能源，开发月壤中蕴藏丰富的氦3资源，对人类社会今后的可持续发展具有深远意义．该核反应可表示为32He＋21H→43Li＋X(X表示某种粒子)，若32He、21H和43Li的质量分别为m1、m2、m3，则下列选项正确的是()．A．X为中子B．这种核反应在月球上可自发进行C．高速的X粒子可以用来工业探伤D．该反应释放的核能ΔE<(m1＋m2－m3)c2解析由电荷数守恒和质量数守恒可得X为10n，A正确；轻核聚变又称热核反应，必须在高温下进行，不能在月球上自发进行，B错误；能够用来工业探伤的是γ射线，并非高速中子流，C错误；由质能方程可知，该反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m n)c2<(m1＋m2－m3)c2，D正确．答案AD8．如图2所示，在氢原子能级图中，氢原子从各个较高能级跃迁至同一较低能级时，会发出一系列光谱线，形成谱线系，分别称为赖曼线系，巴耳末线系，帕邢线系等．在同一谱线系中，下列说法正确的是()．图2A．每一跃迁都会释放出一个电子，使原子变为粒子B．各种跃迁都会释放出不同能量的光子C．各条谱线具有相同的频率D．跃迁后原子的能级是相同的解析由hν＝E m－E n可得，各种不同能级的氢原子从高能级跃迁至低能级，会释放不同能量(不同频率)的光子，A、C错误，B正确；跃迁后原子的能级相同，D正确．答案BD9．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是()．A．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小C．按照玻尔理论，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，电子的动能减少，原子的能量也减少D．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的看不见的射线解析原子核发生一次β衰变，该原子核内质子数增加1，原子外层电子数不变，选项A错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为这束光的频率太低，选项B错误；按照玻尔理论，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，电子的动能减少，但原子的能量增加，选项C错误；天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的看不见的射线，选项D正确．答案 D9．如图3为氢原子能级的示意图，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．关于这些光，下列说法正确的是()图3A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光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最容易发生衍射的应是波长最长而频率最小、能量最低的光波，hν＝h cλ＝E n－E m，对应跃迁中能级差最小的应为n＝4能级到n＝3能级，故A、B错误．由C2n可知n＝4能级上的氢原子共可辐射出C24＝6种不同频率的光，故C错误．根据hν＝E2－E1及发生光电效应的条件hν≥W0可知D正确．答案 D11．(1)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()．(2)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E1(E1<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)．(3)有些核反应过程是吸收能量的．例如，在X＋147N―→17 8 O＋11H中，核反应吸收的能量Q＝[(m O＋m H)－(m x＋m N)]c2.在该核反应方程中，X表示什么粒子？X粒子以动能E k轰击静止的14 7N核，若E k＝Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由．解析(1)根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，可知正确答案为A.(2)根据玻尔理论可知，氢原子中的电子离核越远，氢原子的能量越大，由12m v2＝hν＋E1可得v＝2(hν＋E1)m.(3)根据核反应中的质量数守恒及电荷数守恒可知X粒子为42He(α粒子)．不能发生，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．答案(1)A(2)越大2(hν＋E1)m(3)42He不能发生因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．12．(1)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k，下列说法正确的是________．A．对于同种金属，E k与照射光的强度无关B．对于同种金属，E k与照射光的波长成反比C．对于同种金属，E k与光照射的时间成正比D．对于同种金属，E k与照射光的频率成线性关系E ．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k 与金属的逸出功成线性关系(2)一静止的238 92U 核经α衰变成为234 90Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV.问此衰变后234 90Th 核的动能为多少MeV(保留一位有效数字)?解析 (1)由E k ＝hν－W 0知E k 与照射光的强度及照射时间无关，与ν成线性关系，故选项A 、D 正确，C 错误．由E k ＝hc λ－W 0可知E k 与λ不成反比，故选项B 错误．在hν不变的情况下，E k 与W 0成线性关系，故选项E 正确．(2)据题意知：此α衰变的衰变方程为：238 92U →234 90Th ＋42He ，根据动量守恒定律得：m αv α＝m Th v Th ， ① 式中，m α和m Th 分别为α粒子和Th 核的质量，v α和v Th 分别为α粒子和Th 核的速度的大小，由题设条件知：12m αv 2α＋12m Th v 2Th ＝E k ， ② m αm Th ＝4234， ③ 式中E k ＝4.27 MeV 是α粒子与Th 核的总动能．由①②③式得：12m Th v 2Th ＝m αm α＋m Th E k ，④代入数据得，衰变后234 90Th 核的动能：12m Th v 2Th ＝0.07 MeV .⑤ 答案 (1)ADE (2)0.07 MeV。
高考物理第一轮复习 课时跟踪检测(四十五)原子结构和与原子核-人教版高三全册物理试题
课时跟踪检测(四十五) 原子结构和与原子核对点训练：原子核式结构与物理学史1.(2015·福建师大附中模拟)如图1所示为α粒子散射实验装置，α粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，假设将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置。
如此这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数可能符合事实的是( )图1A．1305、25、7、1B．202、405、625、825C．1202、1010、723、203D．1202、1305、723、2032．(2014·某某高考)不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是( )A．原子中心有一个很小的原子核B．原子核是由质子和中子组成的C．原子质量几乎全部集中在原子核内D．原子的正电荷全部集中在原子核内3．(多项选择)(2014·全国卷Ⅱ)在人类对微观世界进展探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。
如下说法符合历史事实的是( )A．密立根通过油滴实验测出了根本电荷的数值B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C．居里夫妇从沥青铀矿中别离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子E．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷对点训练：原子核的衰变规律4．(2015·某某市静安区二模)如图2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。
假设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( )图2A．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5．(2014·重庆高考)碘131的半衰期约为8天。
2019届高三物理一轮复习课时跟踪检测 原子结构与原子核(普通高中)
784909090课时跟踪检测（四十四） 原子结构与原子核(一)普通高中适用作业[A 级——基础小题练熟练快]★1．[多选](2016·天津高考)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。
下列说法符合事实的是()A ．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B ．查德威克用 α 粒子轰击14N 获得反冲核17O ，发现了中子C ．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D ．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型解析：选 AC 麦克斯韦曾提出光是电磁波，赫兹通过实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，选项A正确。
查德威克用 α 粒子轰击9Be ，获得反冲核126C ，发现了中子，选项B 错误。
贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，选项 C 正确。
卢瑟福通过对 α 粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，选项 D 错误。
2.232Th 经过一系列 α 衰变和 β 衰变后变成208Pb ，则208Pb 比232Th 少()A ．16 个中子，8 个质子B ．8 个中子，16 个质子C ．24 个中子，8 个质子D ．8 个中子，24 个质子解析：选 A208 82Pb 比232Th 质子数少(90－82)＝8 个，核子数少(232－208)＝24 个，所以中子数少(24－8)＝16 个，故 A 正确；B 、C 、D 错误。
3．铀核可以发生衰变和裂变，铀核的()A ．衰变和裂变都能自发发生B ．衰变和裂变都不能自发发生C ．衰变能自发发生而裂变不能自发发生D ．衰变不能自发发生而裂变能自发发生解析：选 C 铀是天然放射性元素，所以铀核的衰变是能自发发生，而铀核的裂变是人工实现的，是用中子轰击铀核实现的，所以铀核的裂变不能自发发生，故 A 、B 、D 错误，C 正确。
4．(2018·南昌十所省重点中学模拟)下列说法正确的是()A ．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量B ．比结合能越大，原子核越不稳定C ．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期D ．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损解析：选 A 光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，而且也有波动性，则不但具有能量，也具有动量，故 A 正确；比结合能越大的原子核越稳定，B 错误；放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，C 错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故 D错误。
高三物理一轮复习课时跟踪检测(三十九)第十二章原子结构原子核Word含解析
课时追踪检测（三十九）原子构造原子核[A 级——基础小题练娴熟快 ]1． (2018 北·京高考 )在核反响方程24 He＋147N→178O＋ X 中， X 表示的是 ()A．质子B．中子C．电子D．α粒子分析：选 A 核反响方程中，电荷数守恒和质量数守恒，X 为11H。
2．铀核能够发生衰变和裂变，铀核的()A．衰变和裂变都能自觉发生B．衰变和裂变都不可以自觉发生C．衰变能自觉发生而裂变不可以自觉发生D．衰变不可以自觉发生而裂变能自觉发生分析：选 C 铀是天然放射性元素，因此铀核的衰变是能自觉发生，而铀核的裂变是人工实现的，是用中子轰击铀核实现的，因此铀核的裂变不可以自觉发生，故A、 B、D 错误，C 正确。
3． ( 多项选择 )(2016 天·津高考 )物理学家经过对实验的深入察看和研究，获取正确的科学认知，推进物理学的发展。
以下说法切合事实的是()A．赫兹经过一系列实验，证明了麦克斯韦对于光的电磁理论B．查德威克用14 17α粒子轰击 7N获取反冲核 8O，发现了中子C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂构造D．卢瑟福经过对阴极射线的研究，提出了原子核式构造模型分析：选 AC 麦克斯韦曾提出光是电磁波，赫兹经过实考证明了麦克斯韦对于光的电磁理论，选项 A 正确。
查德威克用α粒子轰击 49，获取反冲核12 ，发现了中子，选项BBe 6C错误。
贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的构造，选项 C 正确。
卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式构造模型，选项 D 错误。
4.23290Th 经过一系列α衰变和β衰变后变为20882Pb，则20882Pb 比23290Th 少 ()A． 16 此中子， 8 个质子B． 8 此中子， 16 个质子C． 24 此中子， 8 个质子D． 8 此中子， 24 个质子分析：选A 20882Pb比23290Th质子数少(90－82)＝8个，核子数少(232－ 208) ＝ 24 个，所以中子数少 (24－ 8)＝ 16 个，故 A 正确， B、 C、 D 错误。
2024届高考一轮复习物理教案(新教材鲁科版)：原子结构 原子核
第2讲原子结构原子核目标要求 1.知道原子的核式结构，了解氢原子光谱，掌握玻尔理论及能级跃迁规律.2.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.3.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程．考点一原子结构和氢原子光谱1．原子结构(1)电子的发现：英国物理学家J·J·汤姆孙发现了电子．(2)α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．2．氢原子光谱(1)光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)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：①线状谱是一条条的亮线．②连续谱是连在一起的光带．(3)氢原子光谱的实验规律：①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，n为量子数，此公式称为巴耳末公式．②氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式．1．在α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转是由于它跟金原子中的电子发生了碰撞．(×)2．原子中绝大部分是空的，原子核很小．(√)3．核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．(√)4．发射光谱可能是连续谱，也可能是线状谱．(√)例1关于α粒子散射实验，下述说法中正确的是()A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的排斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实肯定了汤姆孙的原子结构模型D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量答案 A解析在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°，所以A正确；使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核，当α粒子接近核时，核的排斥力使α粒子发生明显偏转，电子对α粒子的影响忽略不计，所以B错误；实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实否定了汤姆孙的原子结构模型，所以C错误；实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及绝大部分质量，所以D错误．考点二玻尔理论能级跃迁1．玻尔理论(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射．(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为E n)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为E m，m<n)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 n－E m.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道量子化假设：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．2．能级跃迁(1)能级和半径公式：①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半径公式：r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态轨道半径，其数值为r 1＝0.53×10－10m.(2)氢原子的能级图，如图所示1．处于基态的氢原子可以吸收能量为11 eV 的光子而跃迁到高能级．( × ) 2．氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝E n －E m (m <n )．( √ ) 3．氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能．( × ) 4．玻尔理论能解释所有元素的原子光谱．( × )1．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子． 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吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE .(注意：当入射光子能量大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以后发生电离) ②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE . 2．光谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n －1. (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N ＝C 2n＝n (n －1)2. 3．电离(1)电离态：n ＝∞，E ＝0.(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量． 例如：氢原子从基态→电离态： E 吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能．例2(2022·重庆卷·6)如图为氢原子的能级示意图．已知蓝光光子的能量范围为2.53～2.76 eV，紫光光子的能量范围为2.76～3.10 eV.若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为()A．10.20 eV B．12.09 eVC．12.75 eV D．13.06 eV答案 C解析由题知使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知氢原子从n＝4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光，即从n＝4跃迁到n＝2辐射蓝光，则需激发氢原子到n＝4能级，则激发氢原子的光子能量为ΔE＝E4－E1＝12.75 eV，故选C.例3(2022·浙江6月选考·7)如图为氢原子的能级图．大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠．下列说法正确的是()A．逸出光电子的最大初动能为10.80 eVB．n＝3跃迁到n＝1放出的光电子动量最大C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D．用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态答案 B解析从n＝3跃迁到n＝1放出的光电子能量最大，根据E k＝E－W0，可得此时最大初动能为E k＝9.8 eV，故A错误；从n＝3跃迁到n＝1放出的光电子能量最大，根据p＝hλ＝hνc，E＝hν，可知动量也最大，故B正确；大量氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态能放出C23＝3种频率的光子，其中从n＝3跃迁到n＝2放出的光子能量为ΔE1＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV<2.29 eV，不能使金属钠发生光电效应，其他两种均可以，故C错误；由于从n＝3跃迁到n＝4需要吸收的光子能量为ΔE2＝1.51 eV－0.85 eV＝0.66 eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n＝4激发态，故D错误．考点三原子核的衰变及半衰期1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数．2．天然放射现象放射性元素自发地发出射线的现象，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．3．三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核42He＋2e 4 u最强最弱β射线电子0－1e－e11 837u较强较强γ射线光子γ00最弱最强4.原子核的衰变(1)衰变：原子核自发地放出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)α衰变、β衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程M Z X→M－4Z－2Y＋42He M Z X→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→42He10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．5．半衰期(1)公式：N余＝N原1()2tT，m余＝m原1()2tT.(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，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)无关(选填“有关”或“无关”)．6．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同．(2)应用：放射治疗、培优、保鲜、做示踪原子等．(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害．1．三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线．(√)2．β衰变中的电子来源于原子核外电子．(×)3．发生β衰变时，新核的电荷数不变．(×)4．如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个．(×) 例4(2021·福建卷·9)核污水中常含有氚(31H)等放射性核素，处置不当将严重威胁人类安全．氚β衰变的半衰期长达12.5年，衰变方程为31H→A Z He＋0－1e＋νe，其中νe是质量可忽略不计的中性粒子，Z＝________，A＝________.若将含有质量为m的氚的核污水排入大海，即使经过50年，排入海中的氚还剩________m(用分数表示)．答案231 16解析根据质量数守恒和电荷数守恒，可知Z＝1－(－1)＝2，A＝3.由tT ＝5012.5＝4，可知50年为4个半衰期．若将含有质量为m的氚的核污水排入大海，经过50年，排入海中的氚剩余质量为m′＝m(12)4＝116m.例5(多选)有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A 处的原子核发生衰变放射出两个粒子，两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2.下列说法正确的是()A．原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个新核的质量比B．衰变形成的两个粒子带同种电荷C．衰变过程中原子核遵循动量守恒定律D．衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2＝r1∶r2答案BC解析衰变后两个新核速度方向相反，受力方向也相反，根据左手定则可判断出两个粒子带同种电荷，所以衰变是α衰变，衰变后的新核由洛伦兹力提供向心力，有Bq v＝m v2r，可得r＝m vqB，衰变过程遵循动量守恒定律，即m v相同，所以电荷量与半径成反比，有q1∶q2＝r2∶r1，但无法求出质量比，故A、D错误，B、C正确．考点四核反应及核能的计算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＋10n＋17.6 MeV2.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(0＋1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒．(3)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．核力和核能(1)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能．(3)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．(4)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.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＝Δmc2.1．核力就是库仑力．(×)2．原子核的结合能越大，原子核越稳定．(×)3．核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生．(√)核能的计算方法(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”．(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．例6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，核反应类型为人工转变C.235 92U＋10n→136 54Xe＋9038Sr＋K中K为10个中子，核反应类型为重核裂变D.14 7N＋42He→17 8O＋Z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，核反应类型为人工转变，选项D错误．例7(2022·湖北卷·1)上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核74Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即74Be＋0－1e→X＋00νe.根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在．下列说法正确的是()A．原子核X是73LiB．核反应前后的总质子数不变C．核反应前后总质量数不同D．中微子νe的电荷量与电子的相同答案 A解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为7，电荷数为3，即原子核X是73Li，A正确，C错误；由选项A可知，原子核X是73Li，则核反应方程为74Be＋0－1e→73Li＋00νe，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误；中微子不带电，则中微子νe的电荷量与电子的不相同，D错误．例8(2019·全国卷Ⅱ·15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，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 MeV C．26 MeV D．52 MeV答案 C解析因电子质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计，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．例9花岗岩、砖砂、水泥等建筑材料是室内氡的最主要来源．人呼吸时，氡气会随气体进入肺脏，氡衰变放出的α射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等．一静止的氡核222 86Rn发生一次α衰变生成新核钋(Po)，此过程动量守恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能．已知m氡＝222.086 6 u，mα＝4.002 6 u，m钋＝218.076 6 u,1 u相当于931 MeV的能量．(结果均保留3位有效数字)(1)写出上述核反应方程；(2)求上述核反应放出的能量ΔE；(3)求α粒子的动能E kα.答案(1)222 86Rn→218 84Po＋42He(2)6.89 MeV(3)6.77 MeV解析(1)根据质量数和电荷数守恒有222Rn→218 84Po＋42He86(2)质量亏损Δm＝222.086 6 u－4.002 6 u－218.076 6 u＝0.007 4 u，ΔE＝Δm×931 MeV，解得ΔE≈6.89 MeV(3)设α粒子、钋核的动能分别为E kα、E k钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得ΔE＝E kα＋E k钋由动量守恒定律得0＝pα＋p钋，又E k＝p22m故E kα∶E k钋＝218∶4解得E kα≈6.77 MeV.课时精练1．(2022·湖南卷·1)关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是()A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C．光电效应揭示了光的粒子性D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性答案 C解析玻尔的原子理论成功地解释了氢原子的分立光谱，但不足之处是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，还不能完全揭示微观粒子的运动规律，A、B错误；光电效应揭示了光的粒子性，C正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样，证实了电子的波动性，D 错误．2．(2022·北京卷·1)氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子()A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少答案 B解析 氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，且放出光子的能量等于两能级之差，能量减少，故选B.3．(2022·辽宁卷·2)2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果．表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列．实验中所用核反应方程为X ＋2512Mg →2613Al ，已知X 、2512Mg 、2613Al 的质量分别为m 1、m 2、m 3，真空中的光速为c ，该反应中释放的能量为E .下列说法正确的是( ) A ．X 为氘核21HB ．X 为氚核31H C ．E ＝(m 1＋m 2＋m 3)c 2 D ．E ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2 答案 D解析 根据质量数和电荷数守恒可知，X 的质量数为1，电荷数为1，为11H ，选项A 、B 错误；该反应释放的能量为E ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，选项C 错误，D 正确．4．(多选)(2022·浙江6月选考·14)秦山核电站生产14 6C 的核反应方程为14 7N ＋10n →14 6C ＋X ，其产物14 6C 的衰变方程为14 6C →14 7N ＋0－1e.下列说法正确的是( )A ．X 是11HB.14 6C 可以用作示踪原子C.0－1e 来自原子核外D ．经过一个半衰期，10个14 6C 将剩下5个 答案 AB解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X 为11H ，故A 正确；常用的示踪原子有：14 6C 、 18 8O 、31H ，故B 正确；β衰变是由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被释放出来，所以 0－1e 来自原子核内，故C 错误；半衰期是一个统计规律，对于大量原子核衰变是成立的，个数较少时规律不成立，故D 错误．5．(2022·广东卷·5)目前科学家已经能够制备出能量量子数n 较大的氢原子．氢原子第n 能级的能量为E n ＝E 1n 2，其中E 1＝－13.6 eV .图是按能量排列的电磁波谱，要使n ＝20的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是( )A ．红外线波段的光子B ．可见光波段的光子C ．紫外线波段的光子D ．X 射线波段的光子答案 A解析 要使处于n ＝20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子，则需要吸收光子的能量为E ＝0－(－13.6202) eV ＝0.034 eV ，结合题图可知被吸收的光子是红外线波段的光子，故选A.6．如图所示为氢原子能级图，以及从n ＝3、4、5、6能级跃迁到n ＝2能级时辐射的四条光谱线．则下列叙述正确的有( )A ．H α、H β、H γ、H δ的频率依次增大B ．可求出这四条谱线的波长之比，H α、H β、H γ、H δ的波长依次增大C ．处于基态的氢原子要吸收3.4 eV 的能量才能被电离D ．如果H δ可以使某种金属发生光电效应，H β一定可以使该金属发生光电效应 答案 A解析 根据hν＝E m －E n (m >n ，m 、n 都只能取正整数)，可以判定H α、H β、H γ、H δ的频率依次增大，波长依次减小，且能定量地计算出频率或波长的大小之比，故A 正确，B 错误；处于基态的氢原子至少要吸收13.6 eV 的能量才能被电离，故C 错误；H δ的频率大于H β的频率，根据光电效应产生的条件可以判定，H δ可以使某种金属发生光电效应，H β不一定可以使该金属发生光电效应，故D 错误．7．(2023·福建莆田市模拟)碲123 52Te 为斜方晶系银白色结晶，溶于硫酸、硝酸、王水、氰化钾、氢氧化钾，可由半衰期约为13 h 的放射性元素123 53I 衰变而成，其衰变方程为123 53I →123 52Te ＋X ；可以用于检测人体甲状腺对碘的吸收．该衰变产物中的X 为________(选填“质子”“中子”“电子”或“正电子”)，质量为10 g 的12353I 经过26 h 后，剩余123 53I 的质量为________g.答案 正电子 2.5解析根据衰变方程、质量数守恒和电荷数守恒可知X的电荷数为1，质量数为0，所以X为正电子；根据半衰期计算公式，剩余质量为m＝m012tT⎛⎫⎪⎝⎭＝14m0＝2.5 g.8．(多选)(2022·浙江1月选考·14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨．为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热．下列说法正确的是()A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6 kgC．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度D．反应堆中存在235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n的核反应答案CD解析秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量，故A错误；由题知原子核亏损释放的能量一部分转化为电能，一部分转化为内能，原子核亏损的质量大于27.6 kg，故B错误；核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过控制中子的数量控制链式反应的速度，故C正确；反应堆利用铀235的裂变，生成多个中等质量的核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n的核反应，故D正确．9．(多选)铀核裂变的一种方程为235 92U＋X→9438Sr＋139 54Xe＋310n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有()A．X是中子B．X是质子C.235 92U、9438Sr、139 54Xe相比，9438Sr的比结合能最大，最稳定D.235 92U、9438Sr、139 54Xe相比，235 92U的质量数最大，结合能最大，最稳定答案AC解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A正确，B错误；根据题图可知，235 92U、9438Sr、139 54Xe相比，9438Sr的比结合能最大，最稳定，235 92U的质量数最大，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误．10．(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核21H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式621H→242He＋211H＋210n＋43.15 MeV表示．海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV＝1.6×10－13 J，则M约为()A．40 kg B．100 kgC．400 kg D．1 000 kg答案 C解析根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量，1 kg海水中的氘核反应释放的能量为E＝1.0×102222 MeV≈1.15×1010 J，则相当于燃6×43.15 MeV≈7.19×10烧的标准煤的质量为M＝1.15×1010kg≈396.6 kg，约为400 kg.故选C.2.9×10711.(2023·福建泉州市模拟)静止在真空匀强电场中的某原子核发生衰变，其衰变粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)．原子核重力不计，则该衰变方程可能是()A.238 92U→42He＋23490ThB.22688Ra→42He＋22286RnC.234 90Th→0－1e＋234 91PaD.14 6C→0－1e＋14 7N答案 A解析 由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与衰变粒子的受力方向均与电场强度方向相同，均带正电，C 、D 错误；设运动时间为t ，上边轨迹粒子电荷量为q 1，质量为m 1，下轨迹粒子电荷量为q 2，质量为m 2，由动量守恒有m 1v 1＝m 2v 2，根据类平抛运动处理规律，则有v 1t ＝9a ，12q 1E m 1·t 2＝a ，v 2t ＝b ，12q 2E m 2t 2＝5b ，联立得到q 1q 2＝145 ，所以A 选项中方程粒子符合，B 选项中方程粒子不符合，A 正确，B 错误．12．(多选)(2023·福建省福州第一中学模拟)1899年，物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，我们将光对物体单位面积的压力叫作压强或光压．已知频率为ν的光子的动量为hνc ，式中h 为普朗克常量(h ＝6.63×10－34 J·s)，c 为光速(c ＝3×108 m/s)，某激光器发出的激光功率为P ＝1 000 W ，该光束垂直射到某平整元件上，其光束截面积为S ＝1.00 mm 2，该激光的波长λ＝500 nm ，下列说法正确的有( ) A ．该激光器单位时间内发出的光子数可表示为PλhcB ．该激光一定能使金属钨(截止频率为1.095×1015Hz)发生光电效应C ．该激光不能使处于第一激发态的氢原子(E 2＝－3.4 eV ＝－5.44×10－19J)电离D ．该光束可能产生的最大光压约为6.67 Pa 答案 AC解析 单位时间内射到平整元件上的光能为W ＝Pt ，每个光子的能量为E ＝mc 2＝hν＝h cλ，则该激光器单位时间内发出的光子数n ＝W Et ＝Pλhc ，故A 正确；该激光的频率为ν＝cλ＝0.6×1015 Hz ，小于金属钨的截止频率，不能使金属钨发生光电效应，故B 错误；激光的光子能量为E ＝hν≈4×10－19 J ，光子能量小于处于第一激发态的氢原子的电离能，不能使其电离，故C 正确；对单位时间内发出的光子，根据动量定理有F Δt ＝nmc ＝Pλhc mc ，根据以上分析可知m ＝hcλ，代入Δt ＝1 s, 可得p m ＝F S ＝PcS≈3.33 Pa ，故D 错误．。
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课时跟踪检测（四十四）原子结构与原子核 [A级——基础小题练熟练快]★1．[多选](2016·天津高考)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。
下列说法符合事实的是( )A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B．查德威克用α粒子轰击14 7N获得反冲核17 8O，发现了中子C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型解析：选AC 麦克斯韦曾提出光是电磁波，赫兹通过实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，选项A正确。
查德威克用α粒子轰击94Be，获得反冲核126C，发现了中子，选项B 错误。
贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，选项C正确。
卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，选项D错误。
2.232 90Th经过一系列α衰变和β衰变后变成208 82Pb，则208 82Pb比232 90Th少( )A．16个中子，8个质子B．8个中子，16个质子C．24个中子，8个质子 D．8个中子，24个质子解析：选A 208 82Pb比232 90Th质子数少(90－82)＝8个，核子数少(232－208)＝24个，所以中子数少(24－8)＝16个，故A正确；B、C、D错误。
3．铀核可以发生衰变和裂变，铀核的( )A．衰变和裂变都能自发发生B．衰变和裂变都不能自发发生C．衰变能自发发生而裂变不能自发发生D．衰变不能自发发生而裂变能自发发生解析：选C 铀是天然放射性元素，所以铀核的衰变是能自发发生，而铀核的裂变是人工实现的，是用中子轰击铀核实现的，所以铀核的裂变不能自发发生，故A、B、D错误，C 正确。
4．(2018·南昌十所省重点中学模拟)下列说法正确的是( )A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量B．比结合能越大，原子核越不稳定C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损解析：选A 光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，而且也有波动性，则不但具有能量，也具有动量，故A正确；比结合能越大的原子核越稳定，B错误；放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，C错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误。
5．(2015·北京高考)下列核反应方程中，属于α衰变的是( )A.147N＋42He→178O＋11HB.23892U→23490Th＋42HeC.21H＋31H→42He＋10nD.23490Th→23491Pa＋0－1e解析：选B α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(42He)的核反应，选项B正确。
6.(2018·泰安质检)根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为( )A．12.75 eV B．13.06 eVC．13.6 eV D．0.85 eV解析：选A 受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，知跃迁到第4能级，则吸收的光子能量为ΔE＝－0.85 eV＋13.6 eV＝12.75 eV，故A正确。
7．(2016·江苏高考)贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。
下列属于放射性衰变的是( )A.14 6C→14 7N＋0－1eB.235 92U＋10n→139 53I＋9539Y＋210nC.21H＋31H→42He＋10nD.42He＋2713Al→3015P＋10n解析：选A 放射性元素自发地放出射线的现象叫天然放射现象。
A选项为β衰变方程，B选项为重核裂变方程，C选项为轻核聚变方程，D选项为原子核的人工转变方程，故A正确。
8．[多选]14C发生放射性衰变为14N，半衰期约为5 700年。
已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少。
现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。
下列说法正确的是( ) A．该古木的年代距今约为5 700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析：选AC 因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C 衰变为14N的过程中放出电子，即发出β射线，选项C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误。
9．[多选]科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚核反应获得能量，核反应方程分别为：X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV 和21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV ，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 由21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV ，根据反应前后质量数、电荷数守恒可知，X 的质量数为1，电荷数为0，因此X 是中子，故选项A 正确；再由X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV ，根据反应前后质量数、电荷数守恒可知，Y 的质量数为6，电荷数为3，即其质子数为3，中子数也为3，故选项B 错误；由于两个反应中都释放了能量，因此根据爱因斯坦质能方程可知，两个反应中都存在质量亏损，故选项C 错误；根据核聚变反应的定义可知，氘和氚反应是核聚变反应，故选项D 正确。
[B 级——中档题目练通抓牢]10．不同色光的光子能量如下表所示： 色光 红 橙 黄 绿 蓝—靛 紫 光子能量范围(eV)1.61～2．002.00～2．072.07～2．142.14～2．532.53～2．762.76～3．10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、紫解析：选A 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，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—靛光。
11．(2018·南昌十所省重点中学模拟)根据玻尔理论，氢原子的能级公式为E n ＝A n2(n 为能级，A 为基态能量)，一个氢原子中的电子从n ＝4的能级直接跃迁到基态，在此过程中( )A ．氢原子辐射一个能量为15A16的光子B ．氢原子辐射一个能量为－15A16的光子 C ．氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为15A16D ．氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为－15A16解析：选B 根据玻尔理论，一个氢原子中的电子从n ＝4的能级直接跃迁到基态，辐射一个光子的能量为ΔE ＝E 4－E 1＝A 42－A 12＝－15A16，选项B 正确，A 、C 、D 错误。
12.(2018·哈尔滨六中模拟)静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a 、b 表示长度)。
那么碳14的核反应方程可能是( )A.146C→42He ＋104Be B.146C→01e ＋145B C.146C→0－1e ＋147N D.146C→21H ＋125B解析：选A 设时间为t ，则12a 1t 2v 1t ＝2，12a 2t 2v 2t ＝4，而a ＝qE m ，故有q 1m 1v 1∶q 2m 2v 2＝1∶2，又因为动量守恒m 1v 1＝m 2v 2，故q 1∶q 2＝1∶2，故只有A 正确。
★13．(2016·全国卷Ⅱ)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.146C→147N ＋ 0－1e B.3215P→3216S ＋ 0－1e C.23892U→23490Th ＋42He D.147N ＋42He→178O ＋11H E.23592U ＋10n→14054Xe ＋9438Sr ＋210n F.31H ＋21H→42He ＋10n解析：α衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C 为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A 、B 均为β衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E 是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F 是典型的核聚变过程。
答案：C AB E F14．[多选](2016·全国卷Ⅲ)一静止的铝原子核2713Al 俘获一速度为1.0×107m/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→2814Si * B ．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E ．硅原子核速度的数量级为105m/s ，方向与质子初速度的方向一致解析：选ABE 核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p ＋2713Al→2814Si *，A 正确。
核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，B 正确，C 错误。
核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，D 错误。
根据动量守恒定律有m p v p ＝m Si v Si ，碰撞后硅原子核速度的数量级为105m/s ，方向与质子初速度方向一致，E 正确。
[C 级——难度题目自主选做]15．(2017·北京高考)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(42He)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AZ 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。