2021届高考物理考前复习大串讲-专题15 选修3-5 原子结构与原子核 Word版含解析

选修3-5

【明考情】

悟规律：高考对本讲知识的考查主要以选择、计算为主，主要考点有经典物理理论、原子和原子核部分的最新科技成果。

看热点：以生活中的具体事例及经典物理学理论为命题背景，结合物理知识在生活中的应用及最新科技成果的命题趋势较强，2017年高考应予以高度关注。

【明考点】

考点一　原子结构与原子光谱

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1．原子核与原子体积相比，原子核体积太小，故α粒子靠近原子核受到大的库仑斥力的机会太小，故发生大角度散射的α粒子数也很少。

2．按照玻尔的氢原子模型，电子在各轨道上稳定运动时＝m，可得mv2＝，可知，氢原子向远离原子核的轨道跃迁时，电子动能减小，但因库仑力做负功，系统电势能增大。

3．一群处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为C，而一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为n－1。

4．氢原子在能级之间发生跃迁时，吸收或放出的光子频率是某些特定值，但使处于某能级的氢原子发生电离，吸收的能量或光子的频率可以是高于某一特定值的任意值。

验备考能力]                                                                    

1．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法中正确的是(　　)

A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关

B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型

C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型

D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型

【答案】B

2. (2016·汕头一模)氢原子的能级如图所示。氢原子从n＝4能级直接向n＝1能级跃迁所放出的光子，恰能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是(　　)

A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大

B．该金属的逸出功W0＝12.75 eV

C．用一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金属仍有光电子逸出

D．氢原子处于n＝1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动

【答案】BD

3．(多选)欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是(　　)

A．用10.2 eV的光子照射　　 B．用11 eV的光子照射

C．用14 eV的光子照射   D．用10 eV的光子照射

【答案】AC

【解析】由氢原子能级图算出只有10.2 eV为第2能级与基态之间的能级差，而大于13.6 eV的光子能使氢原子电离。&网

考点二　原子核的衰变　半衰期

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1．α粒子、β粒子、γ射线粒子分别为He、e、光子，在电场、磁场中的偏转规律也不相同。

2．α衰变和β衰变次数的确定方法：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。3．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核，此规律不适用，半衰期大小与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关。

验备考能力] 

1．(2014·福建高考)如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(　　)

A．①表示γ射线，③表示α射线

B．②表示β射线，③表示α射线

C．④表示α射线，⑤表示γ射线

D．⑤表示β射线，⑥表示α射线

【答案】C

2．(多选)(2015·山东高考)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的比例持续减小。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

【解析】　古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A正确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误；14C的衰变方程为6C→7N＋e，所以此衰变过程放出β射线，选项C正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误。

考点三　核反应方程与核能计算

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1．核反应方程的书写与分类

(1)必须遵循的两个规律：质量数守恒、电荷数守恒。由此可以确定具体的反应物或生成物。

 (2)必须熟记基本粒子的符号：如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。

(3)并不是生成物中有He的就为α衰变，有e的就为β衰变。

2．核能的理解与计算

(1)比结合能越大，原子核结合的越牢固。

(2)到目前为止，核能发电还只停留在利用裂变核能发电。

(3)核能的计算方法：

①根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2(J)。

②根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)。

③如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。

验备考能力]

1．(2016·北京市朝阳区二模)下列核反应方程中，属于裂变的是(　　)

A.N＋He→O＋H

B.U→Th＋He

C.H＋H→He＋n

D.U＋n→Ba＋Kr＋3n

【答案】D

【解析】　核反应中，裂变反应是重原子核被中子轰击分裂为几个质量差不多的新原子核的过程，故D正确。&网

2．朝鲜在2016年9月进行了第五次核试验，此举引起国际社会的广泛关注。据称，此次核试验材料为铀235，则下列说法正确的是(　　)

A.U原子核中有92个质子，143个核子

B.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期会缩短

C．核爆炸的能量来自于原子核的质量亏损，遵循规律ΔE＝Δmc2

D.U的一种裂变可能为U＋n→Xe＋Sr＋3n

【答案】C

3．【2016·淄博市、莱芜市5月二模】以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是

A．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，改用波长较长的光照射该金属可能

B．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4g的氡222经过7.6天还剩下1 g的氡222

C．玻尔理论解释了氢原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的。

D．重核裂变为几个中等质量的核，其平均核子质量会增加。

【答案】BC

4．(2017·南京、盐城高三第二次模拟)一个静止的氮核俘获一个速度为1.1×107 m/s的氦核变成B、C两个新核．设B的速度方向与氦核速度方向相同、大小为4×106 m/s，B的质量数是C的17倍，B、C两原子核的电荷数之比为8∶1.

①写出核反应方程；

②估算C核的速度大小.

【答案】（1）+ +   （2）2.4×107m/s

【解析】（1）+ +

（2）由动量守恒定律：,

= - 2.4×107m/s

即C核的速度大小为2.4×107m/s

【访高考真题】

1. (2016·上海高考)卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在(    )

A.电子  B.中子  C.质子  D.原子核

【答案】D

2. (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.          B.

C.           D.

【答案】A

【解析】 A为β衰变方程，B为重核裂变，C轻核聚变，D原子核的人工转换，所以A正确。&网

3．(2014·北京高考)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

【解析】　一个质子和一个中子结合成氘核时，质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，根据质能方程，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确，A、B、D错误。

4．(2015·上海高考)230Th经过一系列α衰变和β衰变后变成202Pb，则202Pb比230Th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

【答案】A

5．(多选)(2016·全国丙卷)一静止的铝原子核Al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Si*。下列说法正确的是(　　)

A．核反应方程为p＋Al→Si*

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105 m/s，方向与质子初速度的方向一致

【答案】ABE

【解析】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＋Al→Si*，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mpvp＝mSivSi，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，E正确。

6．(2015·福建高考)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】　β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A错误；氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误；10天为两个半衰期，剩余的Bi为100×g＝100×2g＝25 g，选项D错误。&网

7．(2015·海南高考)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

8.【2016·江苏卷】几种金属的溢出功W0见下表：

用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围为4.0×10-7~7.6×10-7m，普朗克常数h=6.63×10-34J·s．

【答案】纳、钾、铷能发生光电效应

【解析】光子的能量E=，取λ=4.0×10–7 m，则E≈5.0×10–19 J，根据E>W0判断，纳、钾、铷能发生光电效应．