高考物理二轮复习 专题15 原子结构与原子核教学案含解析1

1、1专题专题 1515 原子结构与原子核原子结构与原子核本专题的内容主要是动量及其守恒定律和原子物理学部分 高考对本部分内容的唯一级要求是动量守恒定律用动量守恒定律解决碰撞或原子核衰变类问题是近几年新课标地区的命题热点高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方向：动量守恒定律及其应用；原子的能级跃迁；原子核的衰变规律；核反应方程的书写；质量亏损和核能的计算；原子物理部分的物理学史和、三种射线的特点及应用等选修命题会涉及有关原子、原子核或量子理论、动量问题，且动量问题一般以计算题的形式，其它问题则以填空或选择性填空形式出现一、原子结构模型一、原子结构模型项目内容汤姆生模型实验基础,电子的发现内容

2、:原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球内,电子像枣糕里的枣子样镶嵌在原子里面核式结构实验基础：粒子散射实验内容:(1)原子的中心有一个很小的核,它集中了全部正电荷和几乎所有质量;(2)电子绕核运动玻尔模型轨道量子化:核外电子只能在一些分立的轨道上运动,rnn2r1(n1、2、3)能量量子化:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,en1n2e1(n1、2、3)跃迁:原子从一个定态跃迁至另一个定态时辐射或吸收能量,hemen特别提醒:(1)原子的跃过条件:he初e终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况(2)至于实物粒子和原子碰撞情况,由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所

3、以只要入射粒2子的动能大于或等于原子某两定态能量之差,也可以使原子受激发而向较高能级跃迁.二、原子核的变化二、原子核的变化1几种变化方式的比较项目内容衰变衰变:放出粒子,是速度约为 0.1c的氦核,贯穿本领最弱,电离作用最强衰变:放出粒子,是速度约为 0.99c的电子,贯穿本领较强,电离作用较弱衰变衰变：放出光子，贯穿本领最强，电离作用最弱规律：经一个半衰期质量减半，mm0(12)t/重核裂变原料:铀23592u,用慢中子打击时发生链式反应反应条件:(1)铀浓度足够大；(2)体积大于临界体积轻核聚变反应方程:21h31h42he10n反应条件:温度达到几百万度2.各种放射线性质的比较3.三种射

4、线在电磁场中的偏转情况比较3图 131如图 131 所示，在匀强磁场和匀强电场中都是比的偏转大，不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线如图 131 丙图中肯定打在o点；如果也打在o点，则必打在o点下方；如果也打在o点，则必打在o点下方三、核力与质能方程的理解三、核力与质能方程的理解1核力的特点(1)核力是强相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力远大于库仑力(2)核力是短程力,作用范围在 1.51015m 之内.(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性.2质能方程emc2的理解(1)质量数与质量是两个不同的概念.核反应中质量数、电荷数都守恒

5、,但核反应中依然有质量亏损.(2)核反应中的质量亏损,并不是这部分质量消失或质量转化为能量,质量亏损也不是核子个数的减少,核反应中核子的个数是不变的.(3)质量亏损不是否定了质量守恒定律，生成的射线虽然静质量为零，但动质量不为零，且亏损的质量以能量的形式辐射出去特别提醒：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，质量不守恒，核反应中核能的大小取决于质量亏损的多少，即emc2.考点一考点一原子结构原子结构氢原子光谱氢原子光谱例 12015福建理综，30(1)，6 分(难度)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()a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

6、的主要来源是太阳中发生的重核裂变d.21083bi 的半衰期是 5 天，100 克21083bi 经过 10 天后还剩下 50 克4答案b【变式探究】(2014天津理综，6，6 分)(难度)(多选)下列说法正确的是()a玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立b可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施c天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转d观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同答案bd考点二考点二天然放射现象天然放射现象核反应核反应核能核能例 2(2015北京理综，14，6 分)(难度)下列核反应方程中，属于衰变的是()a.147n42he178o

7、11hb.23892u23490th42hec.21h31h42he10nd.23490th23491pa01e解析衰变是重核自发的发出粒子的天然放射现象，其中粒子是42he， 所以 b 正确； a 为人工转变,c 为轻核的聚变，d 是衰变，故 a、c、d 皆错误答案b【变式探究】2014新课标全国，35(1)，6 分(难度)(多选)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、和三种射线中，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、和三种射线解析原子序数大于或等于 83 的元素，都

8、能发生衰变，而原子序数小于 83的部分元素能发生衰变，故 a 错；放射性元素的衰变是原子核内部结构的变化，与核外电子的得失及环境温度无关，故 b、c 项正确；在、三种射线中，、为带电粒子，穿透本领较弱，射线不带电，具有较强的穿透本领，故 d 项正确；一个原子核不能同时发生和衰变，故 e 项错误答案bcd512016全国，35(1)，5 分(多选)现用一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生下列说法正确的是()a保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大b入射光的频率变高，饱和光电流变大c入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大d保持入射光的光强不变，不断减小入

9、射光的频率，始终有光电流产生e遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关2 (2016北京理综， 13， 6 分)处于n3 能级的大量氢原子， 向低能级跃迁时， 辐射光的频率有()a1 种b2 种c3 种d4 种1cn3 能级的大量氢原子向低能级跃迁时，辐射光子可能为 31，32，21，故种类为nc233 种，c 正确3(2016天津理综，6，6 分)(多选)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查德威克用粒子轰击147n 获得反冲核178o，发现了中子c贝克勒尔发现的天

10、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1ac赫兹通过著名的电火花实验证实了电磁波的存在，并通过一系列实验证明了电磁波的波速为光速等麦克斯韦关于光的电磁理论，a 正确查德威克通过粒子轰击铍核(94be)获得碳核(126c) 的实验发现了中子，b 错误c 项与事实相符是正确的卢瑟福是根据粒子的散射实验提出的原子核式结构模型，d错误42016全国，35(1)，5 分一静止的铝原子核2713al 俘获一速度为 1.0107m/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()6a核反应方程为 p2713al2814si*b核

11、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52016江苏物理，12c(1)贝克勒尔在 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.146c147n01eb.23592u10n13153i9539y210nc.21h31h42he10nd.42he2713al3015p10n3 a一个放射性原子核自发地放出一个粒子变成新的原子核的过程是原子核的衰变， a 为原子核衰变，b 为重核的裂变，c 为轻核的聚

12、变，d 为原子核的人工转变，a 正确62016全国，35(1)，5 分在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号)a.146c147n01eb.3215p3216s01ec.23892u23490th42hed.147n42he178o11he.23592u10n14054xe9438sr210nf.31h21h42he10n【解析】衰变是一种放射性衰变，粒子(42he)会从原子核中射出，c 项符合要求衰变是指自原子核内自发地放出一个电子(01e)，同时原子序数加 1 的过程，a、b 两项符合要求裂变是指一些质量非常大的原子核，像铀

13、、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或更多质量较小的原子核，同时放出两个或三个中子和很大能量的过程，只有 e 项符合要求聚变是指由两个轻原子核(一般是氘和氚)结合成较重原子(如氦)并放出大量能量的过程，f 项符合要求7【答案】cabef72016江苏物理，12c(3)几种金属的逸出功w0见下表：金属钨钙钠钾铷w0(1019j)7.265.123.663.603.41由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的范围为 4.01077.6107m，普朗克常数h6.631034js.1(2015重庆理综，1，6 分)(难度)图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放

14、射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里以下判断可能正确的是()aa、b为粒子的径迹ba、b为粒子的径迹cc、d为粒子的径迹dc、d为粒子的径迹解析粒子是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项 b 错误；粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项 a、c 错误；粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项 d 正确答案d22015海南单科，17(1)，4 分(难度)氢原子基态的能量为e113.6 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

15、的频率解析频率最大的光子能量为0.96e1，即ene10.96e1，则ene10.96e1(13.6 ev)0.96(13.6 ev)0.54 ev，即n5，从n5 能级开始跃迁,这些光子能发出的频率数n5（51）210 种频率最小的光子是从n5 能级跃迁到n4 能级，其能量为emin0.54 ev(0.85 ev)0.31 ev.8答案0.31 ev103(2015广东理综,18，6 分)(难度)(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：xy42he31h4.9 mev 和21h31h42hex17.6 mev，下列表述正确的有()ax 是中子by 的质

16、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根据核反应中质量数和电荷数守恒，可知 x 是10x，所以为中子，a 正确；y 应为63y,所以 y 的质子数为 3，核子数为 6，中子数为 3，b 错误；两核反应均有能量释放，根据爱因斯坦质能方程，两核反应都有质量亏损，c 错误；由聚变反应概念知，d 正确答案ad4(2015天津理综,1，6 分)(难度)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上下列说法正确的是()a天然放射现象说明原子核内部是有结构的b电子的发现使人们认识到原子具有核式结构c粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的d密立根油滴实

17、验表明核外电子的轨道是不连续的答案a5(2015北京理综，17，6 分)(难度)实验观察到，静止在匀强磁场中a点的原子核发生衰变，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9b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解析静止的原子核发生衰变，动量守恒，即mvmv，新核和电子在磁场中做匀速圆周运动,根据qvbmv2r知rmvqb，即r1q，故轨迹 1 是电子的，轨迹 2 是新核的，又由左手定则可知磁场的方向为垂直于纸面向里，所以只有选项

18、d 正确答案d62015山东理综,39(1)(难度)(多选)14c 发生放射性衰变成为14n，半衰期 约 5700 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 5700 年b12c、13c、14c 具有相同的中子数c14c 衰变为14n 的过程中放出射线d增加样品测量环境的压强将加速14c 的衰变答案ac72015江苏单科，12c(2)(3)(难度)(2)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，23592u 是核电站常用

19、的核燃料.23592u 受一个中子轰击后裂变成14456ba 和8936kr 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(3)取质子的质量mp1.672 61027kg，中子的质量mn1.674 91027kg，粒子的质量m6.646 71027kg，光速c3.0108m/s.请计算粒子的结合能(计算结果保留两位有效数字)解析(2)由质量数和电荷数守可知：23592u10n14456ba8936kr310n，可见产生了 3 个中子，链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积(3)根据爱因斯坦质能方程emc2，可求：e(2mp2m

20、nm)c24.31012j.答案(2)3大于(3)4.31012j82015海南单科，17(2)(难度)运动的原子核azx放出粒子后变成静止的 原子核 y.已知 x、y10和粒子的质量分别是m、m1和m2,真空中的光速为c，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粒子的动能解析反应后由于存在质量亏损，所以反应前、后总动能之差等于质量亏损而释放出的能量，根据爱因斯坦质能方程可得12m2v212mv2x(mm1m2)c2反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，故有mvxm2v联立可得12m2v2mmm2(mm1m2)c2.答案(mm1m2)c2mmm2(mm1m2)c21.【物理选修 3

21、5【2014新课标全国卷】(1)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、和三种射线中，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、和三种射线【答案】(1)bcd2 【20142014新课标卷】 【物理选修 3 35 5(1 1)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用下列说法符合历史事实的是_a密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值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分离出了钋(po)和镭(ra)两种新元素d卢瑟福通

22、过粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子e汤姆逊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11【答案】(1)ace【解析】(1)密立根通过油滴实验测出了基本电荷的电量，a项正确；卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子核式结构模型，发现了原子中心有一个核，b、d两项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺贝尔奖，c项正确；汤姆逊通过研究阴极射线，发现了电子，并测出了电子的比荷，e项正确3.【2014北京卷】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)()

23、a(m1m2m3)cb(m1m2m3)cc(m1m2m3)c2d(m1m2m3)c2【答案】c【解析】本题考查质能方程，emc2，其中m(m1m2m3)，则e(m1m2m3)c2，c 正确，a、b、d 错误4.【2014全国卷】一中子与一质量数为a(a1)的原子核发生弹性正碰若碰前原子核静止，则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为()a.a1a1b.a1a1c.4a（a1）2d.（a1）2（a1）2【答案】a5.【2014福建卷】(1)如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出、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_(填选项前的字母)a表示射线，表示射线12b表示射线，表示射线c表示

24、射线，表示射线d表示射线，表示射线【答案】(1)c【解析】射线带正电，射线带负电，射线不带电在匀强电场中，射线与射线分别在电场力的作用下发生偏转，射线偏向负极板，射线偏向正极板，射线不受电场力，不发生偏转；在磁场中，由左手定则可以判断射线向左偏，射线向右偏，射线不受洛伦兹力，不发生偏转故 c 项正确6.【2014广东卷】在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()a增大入射光的强度，光电流增大b减小入射光的强度，光电效应现象消失c改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应d改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大【答案】ad7.【2014江苏卷】 【选修

25、 35】(1)已知钙和钾的截止频率分别为 7.731014hz 和 5.441014hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的_a波长b频率c能量d动量(2)氡 222 是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一其衰变方程是22286rn21884po_已知22286rn 的半衰期约为 3.8 天，则约经过_天，16 g 的22286rn 衰变后还剩 1 g.【答案】(1)a【解析】两种金属的截止频率不同，则它们的逸出功也不同，由wh0可知截止频率大的，逸出功也大由ekhw可知，用同样的单色光照射，钙逸出的光电子的最大初动能较小，由p 2mek知，其动量也较小，根据物质波ph知，其波长较长13【答案】(2)42he(或粒子)15.2【解析】根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反应的另一种生成物为42he.根据m余m原12tt知tt4，解得t3.8415.2 天8.【2014山东卷】 【物理 35】 (1)氢原子能级如图所示，当氢原子从n3 跃迁到n2 的能级时，辐射光的波长为 656 nm.以下判断正确的是_(双选，填正确答案标号)a