全国版2021高考物理一轮复习专题十三原子物理考点2原子结构氢原子光谱原子核教案

全国版2021高考物理一轮复习专题十三原子物理考点2原子结构氢原子光谱原子核教案

考点2　原子结构、氢原子光谱、原子核 ‎420‎ 考向1　考查氢原子光谱规律 ‎1.[2019全国Ⅰ,14,6分]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 eV ‎ B.10.20 eV C.1.89 eV D.1.51 eV 必备知识:氢原子光谱,玻尔的频率条件.‎ 关键能力:能级跃迁的计算;从氢原子光谱图中提取信息的能力.‎ 解题指导:根据玻尔的频率条件、氢原子光谱和可见光光子能量范围,判断哪些能级间的跃迁能辐射出可见光光子,从而确定基态氢原子至少要被激发到哪个能级、至少需要吸收多少能量.‎ 考向2　对核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒的考查 ‎2.[2018全国Ⅲ,14,6分]1934年,约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核‎ ‎‎13‎‎27‎Al,产生了第一个人工放射性核素X:α‎+‎‎13‎‎27‎Al→n+X.X的原子序数和质量数分别为(　　)‎ A.15和28　　　　B.15和30　　　　C.16和30　　　　D.17和31‎ 必备知识:核反应方程.‎ 关键能力:对常见粒子的质量数、电荷数的识记能力,数学计算能力.‎ 解题指导:写出核反应方程后,根据质量数守恒和电荷数守恒,推算出X的原子序数和质量数.‎ 考向3　考查核反应过程中核能的计算 ‎3.[2019全国Ⅱ,15,6分]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→‎‎2‎‎4‎He+‎2‎‎1‎‎0‎e+2ν 已知‎ ‎‎1‎‎1‎H和‎ ‎‎2‎‎4‎He的质量分别为mp=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‎ ‎‎2‎‎4‎He的过程中,释放的能量约为(　　)‎ A.8 MeV B.16 MeV C.26 MeV D.52 MeV 必备知识:核反应方程,爱因斯坦质能方程.‎ - 7 -‎ 关键能力:质量亏损的计算,爱因斯坦质能方程的理解及应用能力.‎ 解题指导:写出核反应方程,计算出其反应前后质量亏损.特别注意,电子质量远小于质子、α粒子质量,故其质量可忽略,而ν光子没有静止质量.‎ 考法1 有关能级跃迁类问题的计算 ‎1[2019吉林三调]氢原子的能级示意图如图所示,现有大量的氢原子处于n=4能级的激发态,当向低能级跃迁时,会辐射出若干种不同频率的光子,若用这些光子照射逸出功为4.54 eV的钨时,下列说法正确的是 A.氢原子能辐射4种不同频率的光子 B.氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应 C.氢原子辐射一个光子后,氢原子的核外电子的速率增大 D.钨能同时吸收两个从n=4向n=2能级跃迁的光子而发生光电效应 根据光电效应发生条件,可知入射光的频率不小于金属的极限频率;再根据氢原子能级跃迁规律,即可解答本题.‎ 大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时,会产生C‎4‎‎2‎=6种不同频率的光子,对应的能量为ΔE1=E4-E1=12.75 eV,ΔE2=E4-E2=2.55 eV,ΔE3=E4-E3=0.66 eV,ΔE4=E3-E1=12.09 eV,ΔE5=E3-E2=1.89 eV,ΔE6=E2-E1=10.2 eV,其中有3种跃迁方式释放的能量大于4.54 eV,则有3种不同频率的光子能使钨发生光电效应,故A、B错误;氢原子辐射一个光子后,轨道半径减小,由库仑引力提供向心力有ke‎2‎r‎2‎=mv‎2‎r,可知氢原子的核外电子的速率增大,故C正确;从n=4能级跃迁到n=2能级辐射出光子的能量为2.55 eV,而钨的逸出功为4.54 eV,所以不能使钨发生光电效应,故D错误.‎ C 考法2 对原子核衰变规律及半衰期的考查 ‎2(1)原子核‎ ‎‎92‎‎238‎U经放射性衰变①变为原子核‎ ‎‎90‎‎234‎Th,继而经放射性衰变②变为原子核‎ ‎‎91‎‎234‎Pa,再经放射性衰变③变为原子核‎ ‎‎92‎‎234‎U.放射性衰变①、②和③依次为 A.α衰变、β衰变和β衰变　　‎ B.β衰变、α衰变和β衰变 C.β衰变、β衰变和α衰变　　‎ D.α衰变、β衰变和α衰变 ‎(2)法国科学家贝可勒尔(H.A.Becquerel)在1896年发现了天然放射现象.如图反映的是放射性元素铀核衰变的特性曲线.由图可知,铀的半衰期为　　　　年;请在下式的括号中,填入在铀衰变过程中原子核放出的粒子的符号. ‎ - 7 -‎ ‎ ‎‎92‎‎238‎U‎→‎‎90‎‎234‎Th+(　　)‎ ‎(1)衰变过程中电荷数、质量数守恒,由题意可得衰变方程分别为‎ ‎‎92‎‎238‎U‎→‎‎90‎‎234‎Th‎+‎‎2‎‎4‎He‎,‎‎90‎‎234‎Th‎→‎‎91‎‎234‎Pa‎+‎‎-1‎‎0‎e‎,‎‎91‎‎234‎Pa→‎ ‎‎92‎‎234‎U+‎‎-1‎‎0‎e,所以A对.‎ ‎(2)根据半衰期的定义及题图坐标轴数据可知,铀的半衰期为1620年;由核反应所遵循的电荷数守恒和质量数守恒可知,衰变过程中放出的粒子的电荷数为Z=92-90=2,质量数为A=238-234=4,符号为‎ ‎‎2‎‎4‎He.‎ ‎(1)A　(2)1620‎　‎‎2‎‎4‎He ‎ (1)由电荷数守恒、质量数守恒确定核反应方程,从而推断各是什么衰变.‎ ‎(2)结合题图,由半衰期的定义判断铀的半衰期.由质量数守恒和电荷数守恒确定核反应方程中的粒子符号.‎ 考法3 对核能、比结合能的计算的考查 ‎3[2019湖北武汉调研]用中子轰击‎ ‎‎92‎‎235‎U原子核产生裂变反应,其可能的裂变方程为‎ ‎‎92‎‎235‎U‎+‎‎0‎‎1‎n→Y‎+‎‎36‎‎89‎Kr+‎3‎‎0‎‎1‎n,‎ ‎‎92‎‎235‎U‎、‎‎0‎‎1‎n、Y‎、‎‎36‎‎89‎Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4‎,‎‎92‎‎235‎U原子核的半衰期为T,其比结合能小于Y原子核的比结合能,光在真空中的传播速度为c,下列叙述正确的是 A‎.‎‎92‎‎235‎U原子核中有56个中子 B.若升高‎ ‎‎92‎‎235‎U的温度‎,‎‎92‎‎235‎U的半衰期将会小于T C.裂变时释放的能量为(m1-2m2-m3-m4)c2‎ D‎.‎‎92‎‎235‎U原子核比Y原子核更稳定 根据质量数等于电荷数加中子数可得出‎ ‎‎92‎‎235‎U原子核中有多少个中子;根据半衰期与所处的化学状态和外部条件没有关系可判断选项B;根据质能方程可判断选项C;根据比结合能的意义可判断选项D.‎ ‎ ‎‎92‎‎235‎U原子核中电荷数为92,质量数为235,则中子数为235-92=143,选项A错误;放射性元素的半衰期与温度、压强等因素无关,是由原子核内部因素决定的,选项B错误;根据爱因斯坦质能方程知,裂变时释放的能量ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c2,选项C正确;由‎ ‎‎92‎‎235‎ - 7 -‎ U原子核的比结合能小于Y原子核的比结合能,可知Y原子核比‎ ‎‎92‎‎235‎U原子核更稳定,选项D错误.‎ C ‎4[2019湖南衡阳三模]2019年春节期间上映的科幻大片《流浪地球》,很受欢迎,影片中描述的行星发动机为“重原子核聚变发动机”通过燃烧石头获得能量,所谓“重原子核聚变”指的是两个比较重(相对氘、氚)的核,发生聚变形成一个更重的核并放出能量的过程.影片中发动机燃烧石头指的是将石头里的硅(Si)聚变生成铁(Fe),结合比结合能图,可知下列说法正确的是 A.结合能是指把原子核拆成自由核子所放出的能量 B.比结合能越大,原子核越稳定 C.Si的比结合能比Fe的比结合能大 D.已知硅核质量,可以算出硅核的结合能 原子核是核子结合在一起构成的,要把它们分开,需要能量,这就是原子核的结合能;比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定;根据图象可分析出Si的比结合能比Fe的比结合能小;只知道硅核质量,不能算出硅核的结合能.‎ 结合能是指把原子核拆成自由核子所需要的能量,A错误;比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,B正确;由图可知,Fe的比结合能比Si的大,C错误;根据结合能的定义可知,仅仅知道硅核质量,无法求出其结合能,D错误.‎ B ‎1.[2017江苏高考,12C(1),4分,多选]原子核的比结合能曲线如图所示.根据该曲线,下列判断正确的有(　　)‎ A.‎ ‎‎2‎‎4‎He核的结合能约为14 MeV B‎.‎‎2‎‎4‎He核比‎ ‎‎3‎‎6‎Li核更稳定 C.两个‎ ‎‎1‎‎2‎H核结合成‎ ‎‎2‎‎4‎He核时释放能量 D‎.‎‎92‎‎235‎U核中核子的平均结合能比‎ ‎‎36‎‎89‎Kr核中的大 - 7 -‎ 模型构建　两类核衰变在磁场中的径迹 ‎5[2019河南济源高三入学检测]一个静止的放射性同位素的原子核‎ ‎‎15‎‎30‎P衰变为‎ ‎‎14‎‎30‎Si,另一个静止的天然放射性元素的原子核‎ ‎‎90‎‎234‎Th衰变为‎ ‎‎91‎‎234‎Pa,在同一磁场中,得到衰变产物的运动径迹1、2、3、4,如图所示,则这四条径迹对应的产物依次是 A.电子‎、‎‎91‎‎234‎Pa‎、‎‎14‎‎30‎Si、正电子 B‎.‎‎91‎‎234‎Pa、电子、正电子‎、‎‎14‎‎30‎Si C‎.‎‎14‎‎30‎Si、正电子、电子‎、‎‎91‎‎234‎Pa D.正电子‎、‎‎14‎‎30‎Si‎、‎‎91‎‎234‎Pa、电子 ‎ ‎‎15‎‎30‎P‎→‎‎14‎‎30‎Si‎+‎‎1‎‎0‎e(正电子),两个产物都带正电,运动径迹应是外切圆,由R=mvqB知,电荷量大的半径小,故3对应正电子,4对应‎ ‎‎14‎‎30‎Si‎.‎‎90‎‎234‎Th‎→‎‎91‎‎234‎Pa‎+‎‎-1‎‎0‎e(电子),两个产物一个带正电,一个带负电,应是内切圆,由R=mvqB知,电荷量大的半径小,‎ 故1对应‎ ‎‎91‎‎234‎Pa,2对应电子,故B项正确.‎ B ‎2.[2020湖南衡阳八中月考,多选]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‎(‎ZAX)发生了一次α衰变.放射出的α粒子‎(‎‎2‎‎4‎He)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,生成的新核用Y表示.若原子核衰变时释放的核能全部转化为新核和粒子的动能,下列说法正确的是(　　)‎ A.图甲、乙、丙、丁表示发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中的运动轨迹,其中正确的是图丙 - 7 -‎ B.新核Y在磁场中做圆周运动的半径为RY=‎2‎Z-2‎R C.α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,且电流大小为I=‎Bq‎2‎‎2πm D.若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能,则衰变过程中的质量亏损为Δm=‎A(qBR‎)‎‎2‎‎2m(A-4)‎c‎2‎ 考点2　原子结构、氢原子光谱、原子核 ‎1.A　因为可见光光子的能量范围是1.63 eV~3.10 eV,所以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,即选项A正确.‎ ‎2.B　据α粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程‎ ‎‎2‎‎4‎He+‎ ‎‎13‎‎27‎Al→‎‎0‎‎1‎n‎+‎ZAX,结合质量数守恒和电荷数守恒得,A=4+27-1=30,Z=2+13-0=15,原子序数等于核电荷数,故B正确.‎ ‎3.C　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. ‎ ‎1.BC　由图可知,氦核的比结合能大约为7 MeV,氦核的核子数为4,则氦核的结合能大约为28 MeV,故A项错误.比结合能越大,原子核越稳定,由图可知‎,‎‎2‎‎4‎He核的比结合能比‎ ‎‎3‎‎6‎Li核的比结合能大,则‎ ‎‎2‎‎4‎He核比‎ ‎‎3‎‎6‎Li核更稳定,故B项正确.两个‎ ‎‎1‎‎2‎H核结合成‎ ‎‎2‎‎4‎He核时有质量亏损,释放能量,故C项正确.由图可知‎,‎‎92‎‎235‎U核中核子的平均结合能比‎ ‎‎36‎‎89‎Kr核中的小,故D项错误.故选B、C两项.‎ ‎2.BCD　衰变后产生的α粒子与新核Y运动方向相反,两者运动轨迹圆应外切,由动量守恒定律可知,α粒子与新核动量大小相等,由圆周运动的半径公式r=‎mvqB - 7 -‎ 可知,α粒子轨迹半径大,由左手定则可知α粒子与新核Y做圆周运动的方向相同,图丁正确,选项A错误;由圆周运动的半径公式r=mvqB可知,RYR=‎2‎Z-2‎,选项B正确;圆周运动周期T=‎2πmqB,环形电流I=qT=Bq‎2‎‎2πm,选项C正确;对α粒子,由洛伦兹力提供向心力有qvB=mv‎2‎R,解得v=BqRm　①,由质量关系可知,衰变后新核Y的质量为M=A-4‎‎4‎m　②,由衰变过程中动量守恒定律可得Mv'-mv=0　③,系统增加的能量为ΔE=‎1‎‎2‎Mv'2+‎1‎‎2‎mv2　④,由质能方程得ΔE=Δmc2　⑤,联立①②③④⑤可得Δm=A(qBR‎)‎‎2‎‎2m(A-4)‎c‎2‎,选项D正确.‎ ‎371‎ - 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