专题12-2+原子结构+原子核-2018年高三物理一轮总复习名师伴学

专题12-2+原子结构+原子核-2018年高三物理一轮总复习名师伴学

专题12.2+原子结构+原子核 课前预习 ● 自我检测 ‎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 ‎【答案】　B ‎【解析】　氢原子从高能级向低能级跃迁时，将以辐射光子的形式向外放出能量，故选项B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 ‎3．(多选) 钍核(Th) 具有放射性，它能放出一个电子衰变成镤核(Pa)，伴随该过程会放出γ光子，下列说法中正确的是(　　)‎ A．因为衰变过程中原子核的质量数守恒，所以不会出现质量亏损 B．γ光子是衰变过程中镤核(Pa)辐射的 C．给钍加热，钍的半衰期将变短 D．原子核的天然放射现象说明原子核是可分的 ‎【答案】　BD ‎【解析】　衰变过程中原子核的质量数守恒，但是会出现质量亏损，则选项A错误；给钍加热，钍的半衰期不变，故选项C错误。‎ ‎4．(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U＋n―→Ba＋Kr＋3n。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 ‎【答案】　AC ‎【解析】　裂变反应式中的n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误。‎ ‎5．静止的氡核Rn放出α粒子变成钋核P0时，α粒子的动能是E0，原子核因反冲而运动，它的动能是(　　)‎ A.E0　　　　　　　　　　 B.2E0‎ C.E0 D.E0‎ ‎【答案】　A 课堂讲练 ● 典例分析 考点一　原子结构、氢原子的能级跃迁 ‎【典例1】氢原子基态的能量为E1＝－13.6 eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为________eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率。‎ ‎【答案】　0.31　10‎ ‎【解析】　频率最大的光子对应于从最高能级向基态的跃迁，则有En－E1＝－0.96E1，又因为En＝E1，故可得n＝5，因而频率最小的光子对应于从n＝5到n＝4的能级跃迁，具有的能量ΔE＝E5－E4＝－ ‎＝0.31 eV，因氢原子是大量的，故由C＝10知可具有10种不同频率的光子。‎ ‎【反思总结】‎ 氢原子能级图与原子跃迁问题的解答技巧 ‎(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。‎ ‎(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hν＝Em－En求得。若求波长可由公式c＝λν求得。‎ ‎(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1) ‎ ‎(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法，‎ ‎①用数学中的组合知识求解：N＝C＝。‎ ‎②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎1. 卢瑟福和他的学生做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现。关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是(　　)‎ A．证明了质子的存在 B．证明了原子核是由质子和中子组成的 C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里 D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动 ‎【答案】　C ‎【解析】　α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核，数年后卢瑟福才发现核内有质子并预测核内存在中子，所以选项C对；选项A、B错；玻尔发现了电子轨道量子化，选项D错。‎ 考点二　原子核的衰变　半衰期 ‎【典例2】关于天然放射性，下列说法正确的是________。‎ A．所有元素都可能发生衰变 B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强 E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线 ‎【答案】　BCD ‎【反思总结】‎ 半衰期的理解 ‎(1)半衰期是一个统计规律，对少数原子核不适用；‎ ‎(2)原子核质量减少一半与原子核有半数发生衰变概念不同；‎ ‎(3)半衰期的大小是由原子核内部自身因素决定的，与外部条件无关 ‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎2. 14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约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 ‎【答案】　AC 考点三　核反应类型及核反应方程 ‎【典例3】 (多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有(　　)‎ A.U→Th＋He　　　　是α衰变 B.N＋He→O＋H 是β衰变 C.H＋H→He＋n 是轻核聚变 D.Se→Kr＋2e 是重核裂变 ‎(2)现有四个核反应 A.H＋H→He＋n B.U＋n→X＋Kr＋3n C.Na＋Mg＋e D.He＋Be→C＋n ‎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。‎ ‎【答案】　(1)AC　(2)①D　B　A　②144　88‎ ‎【解析】　(1)衰变是原子核自发地放出α或β粒子的核反应，衰变方程的特点是箭头的左边只有一个原子核，箭头的右边出现α或β粒子；聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻核，箭头的右边是较大质量的原子核；裂变方程的特点是箭头的左边是重核与中子反应，箭头右边是中等质量的原子核。综上所述，A、C正确。‎ ‎(2)①人工转变方程的特点是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，是研究原子弹的核反应方程。A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程。‎ ‎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。‎ ‎【反思总结】‎ 解答有关核反应方程问题的技巧 ‎(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(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子( 0－1e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。‎ ‎(2) 熟悉核反应的四种基本类型——衰变、人工转变、裂变和聚变。‎ ‎(3) 掌握核反应方程遵守的规律——是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，所以要理解并应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律。‎ ‎(4) 明白核反应过程是不可逆的——核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接 ‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎3. 以下几个原子核反应中，X代表α粒子的反应式是(　　)‎ A.He＋Be→C＋X B.Th→Pa＋X C.H＋H→n＋X D.P→Si＋X ‎【答案】　C ‎【解析】　根据核反应前后质量数守恒和电荷守恒，C反应式中X的电核数为2，质量数为4，是α粒子。选项A是发现中子的核反应方程，X为n；选项B是234Th的衰变方程，X是e；选项D是30P的衰变方程，X是e。选项C正确。‎ 考点四　核力与核能的计算 ‎【典例4】(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，U是核电站常用的核燃料。U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分，并产生________个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积。‎ ‎(2)取质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg，α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s。请计算α粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)‎ ‎【答案】　(1)3　大于　(2)4.3×10－12 J ‎【反思总结】‎ ‎1．核能、质能方程常用规律 ‎(1)核能是指核子结合成原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量。‎ ‎(2)质量亏损是指组成原子核的核子质量的总和与原子核质量之差。‎ ‎(3)质能方程：E＝mc2、ΔE＝Δm·c2、1 u相当于931.5 MeV；揭示了质量和能量的不可分割性。‎ ‎(4)释放核能的两种途径：重核裂变(链式反应)与轻核聚变(热核反应)。‎ ‎2．解有关核能问题的技巧 ‎(1)根据质量亏损计算：ΔE＝Δm·c2及1 u相当于931.5 MeV。‎ ‎(2)根据能量守恒和动量守恒计算。‎ ‎(3)在计算具有宏观质量的物质中所有原子核发生核反应所释放能量时用阿伏加德罗常数来计算核能 ‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎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，u为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知：1 u对应于931.5 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]×c2 J D．[2×(mp＋mn)－MHe]×c2 J ‎【答案】　B ‎ ‎ 课后巩固 ● 课时作业 ‎1．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 ‎【解析】　A项属于原子核的人工转变，B项属于α衰变，C项属于聚变反应，D项属于β衰变。‎ ‎2．(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.H＋H―→He＋n是核聚变反应 B.H＋H―→He＋n是β衰变 C.U＋n―→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应 D.U＋n―→Xe＋Sr＋2n是α衰变 ‎【答案】　AC ‎【解析】　β衰变时释放出电子(e)，α衰变时释放出氦原子核(He)，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。‎ ‎3．(多选)如图所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时，释放光子的波长分别是λa、λb、λc，则下列说法正确的是(　　)‎ A．释放光子的波长关系为λb＝λa＋λc B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射的光子频率最小 C．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，电子的动能增加，电势能减小，氢原子的能量减小 D．若用波长为λc的光照射某金属时恰好能发生光电效应，则用波长为λa的光照射该金属时也一定能发生光电效应 E．用12.09 eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，可以发出三种频率的光 ‎【答案】　BCE ‎4. 下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是________。‎ A．γ射线是高速运动的电子流 B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大 C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变 D.Bi的半衰期是5天，100克Bi经过10天后还剩下50克 ‎【答案】　B ‎【解析】　γ射线是光子流，选项A错误；氢原子辐射光子后能量减小，轨道半径减小，其绕核运动的电子动能增大，总能量减小，选项B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的氢核聚变，选项C错误；由m＝，n＝得m＝＝ g＝25 g，选项D错误。‎ ‎5 (多选)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→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→He＋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6‎ C．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 ‎【答案】　AD ‎6. 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 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 ‎【答案】　CD ‎【解析】　由h＝E2－E1及氢原子能级关系可知，从n＝2跃迁到n＝1时释放光子波长为122 nm，故选项A错误。‎ 波长325 nm光子能量小于波长122 nm光子能量，不能使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级，选项B错误。‎ 一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多有3种可能，因此最多产生3种谱线，选项C正确。‎ 从n＝3跃迁到n＝2时辐射光的波长λ＝656 nm，所以，只有当入射光波长为656 nm时，才能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级，选项D正确。‎ ‎7．如图所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则下列关系式中正确的是(　　)‎ A．λ1＜λ3‎ B．λ3＜λ2‎ C．λ3＞λ2‎ D.＝＋ E.＝－ ‎【答案】　ABE ‎8．一质子束入射到静止靶核Al上，产生如下核反应：‎ p＋Al―→X＋n 式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核。由反应式可知，新核X的质子数为________，中子数为________。‎ ‎【答案】　14　13‎ ‎【解析】　p代表质子，符号为H，n代表中子，符号为n，根据核反应中的双守恒可知，H＋Al―→Si＋n，则新核X的质子数为14，中子数为27－14＝13。‎ ‎9．一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为3.853 131×10－25 kg，钍核的质量为3.786 567×10－25 kg，α粒子的质量为6.646 72×10－27 kg，在这个衰变过程中释放出的能量等于________J(取两位有效数字)，衰变方程为________。‎ ‎【答案】　8.7×10－13 J　U→Th＋He ‎【解析】　原子核变化时，如果质量减少(减少的质量称为质量亏损)Δm，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可以算出释放的能量ΔE。‎ Δm＝mU－mTh－mα ‎＝(3.853 131－3.786 567－0.066 467 2)×10－25‎ ‎＝9.68×10－30 kg ΔE＝Δm·c2＝9.68×10－30×(3.00×108)2‎ ‎＝8.7×10－13 J 这个α衰变的方程为U→Th＋He 其中M＝＝232。‎ ‎10． 一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)。已知原子质量单位1 u＝1.67×10－27 kg,1 u相当于931 MeV。‎ ‎(1)写出核衰变反应方程；‎ ‎(2)求该核衰变反应中释放出的核能；‎ ‎(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？‎ ‎【答案】　(1)U→Th＋He　(2)5.49 MeV　(3)0.09 MeV ‎ ‎ ‎ ‎