专题原子和原子核

1、 专题 原子和原子核 知识网络：氢原子能级跃迁、光电效应一、基础知识1玻尔理论(1)定态：能量不连续，电子绕核运动不向外辐射能量，原子处于稳定状态。EnE1/n2(n1,2,3)，E113.6eV。(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，吸收或辐射光子的能量为h|E初E末|。(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子沿不同半径绕核运动相对应，半径是不连续的。2氢原子能级(1)能级图如图所示。(2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：NC。3光电效应及光电效应方程(1)光电效应的实验规律：任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应。光电子

2、的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过109s。二、方法技巧1氢原子能级跃迁问题的解题技巧(1)每个氢原子每次跃迁能吸收或辐射一个特定频率的光子。比如吸收能量时，如果光子的能量足够大，则吸收后一定发生电离；如果光子能量恰好满足量子化的条件，则刚好全部被吸收；如果光子能量吸收后不足以产生跃迁或电离，则这种光子不会被吸收。(2)一群原子和一个原子在处理问题的时候是有区别的，氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果有

3、大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。(3)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时，要注意能级的能量值均为负值，且单位应为“电子伏”，计算时需要换算成“焦”。2研究光电效应的两条线索由图可知两条线索：一是光的频率线，二是光的强度线。三、易错易混1原子吸收能量后在能级间发生跃迁，则吸收的能量值是固定的；若原子吸收能量后发生电离，则吸收的能量值为不小于该能级能量值的任意值。2决定光电子初动能的大小的是入射光的频率，决定光电流大小的是入射光的强度。(2013·江苏单科)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图所示。电子处在n3轨道上比处在n5轨道上离氦

4、核的距离_(选填“近”或“远”)。当大量He处在n4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有_条。解析能级越小的电子，离原子核越近；从n4的激发态跃迁时，发射的谱线条数为C6条。答案近6(2013·山东临沂一模)氢原子第n能级的能量为En，其中E1为基态能量。当氢原子由第5能级跃迁到第3能级时，发出电子的频率为1；若氢原子由第3能级跃迁到基态，发出光子的频率为2，则_。答案解析根据En，Eh可知，氢原子由第5能级跃迁到第3能级时有h1，氢原子由第3能级跃迁到基态时有E1h2，由以上两式得。核反应方程与核能一、基础知识1几种核反应(1)天然衰变：衰变：XYHe衰变：XYe(2)人工转变：质子

5、的发现：NHeOH中子的发现：NHeCn(3)重核裂变：UnXeSr10nUnBaKr3n(4)轻核聚变：HHHn3质能方程Emc24核能计算Emc2(1)若m以kg为单位，则Emc2(2)若m以原子质量u为单位，则Em×931.5MeV二、方法技巧1衰变和衰变次数的确定方法(1)方法一：由于衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定衰变的次数，再根据电荷数守恒确定衰变的次数。(2)方法二：设衰变次数为x，衰变次数为y，根据质量和核电荷数守恒方程求解。2核能的计算方法(1)根据爱因斯坦的质能方程，用核子结合成原子核时的质量亏损(m)的千克数乘以真空中光速(c3×108m/s

6、)的平方，即：Emc2(焦耳)。(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931.5MeV，即Em×931.5MeV。(2012·广东理综)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是Un144 56BaKr3n。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解析反应后的中子数多于反应前参与的中子数，所以该裂变反应中有中子放出，铀块的大小是链式反应能否发生的重要因素，裂变物质能够发生链式反应的最小体积

7、叫做它的临界体积，且链式反应可人工控制，放射性元素的半衰期由核内部自身因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件没有关系。选项A、C正确。(2013·课标全国)一质子束入射到静止靶核Al上，产生如下核反应：pAlXn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_。解析由HAlXn，根据电荷数守恒和质量数守恒，可求得质子数为14，中子数为13。三 易错易混1. 关于半衰期，以下说法正确的是 A同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长。B升高温度可以使半衰期缩短C氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个D氡的半衰期

8、为3.8天，4克氡原子核，经过7.6天就只剩下1克【错解分析】错解：每经过3.8天就有半数的氡核发生衰变，经过两个半衰期即7.6天后，只剩下四分之一的氡，故选C，D。放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间是一种统计规律，半衰期对某一个或某几个原子核来说，是无意义的。“上述”解法忽视了这一事实，故错选了C。【正确解答】考虑到放射性元素衰变的快慢是跟原子所处的物理状态或化学状态无关，又考虑到半衰期是一种统计规律，即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因素的支配。因此，正确答案只有D。2. 钍232经过6次衰变和4次衰变后变成一种稳定的元素。这种元素是什么？它的原子量是多少？它的原子序数是

9、多少？【错解分析】何况反应的次序也不是先进行6次衰变，再进行4次衰变，所以此解法是错误的。【正确解答】6次衰变和4次衰变总的效果使原子量和原子序数变化为原子量=232-6×4=208原子序数=90-2×6-4×(-1)=823. ： (1)求电子在基态轨道上运动时的动能。(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态。画一能级图，在图141上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线。(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长。(其中静电力恒量K=9.0×109N·m2/C2，电子电量e=1.6×10-19C，普朗克恒量h=6.63

10、5;10-34J·s，真空中光速c=3.0×108m/s)。【错解分析】错解：(1)电子在基态轨道中运动时量子数n=1，其动能为 (2)作能级图如图，可能发出两条光谱线。(3)由于能级差最小的两能级间跃迁产生的光谱线波长越短，所以(E3-E2)时所产生的光谱线为所求，其中 (1)动能的计算错误主要是不理解能级的能量值的物理意义，因而把 道上的能量，它包括电势能EP1和动能EK1。计算表明EP1=-2EK1，所以E1=EP1EK1=-EK1，EK1=-E1=l3.6eV。虽然错解中数值表明正确，但理解是错误的。 (2)错解中的图对能级图的基本要求不清楚。(3)不少学生把能级图

11、上表示能级间能量差的长度线看成与谱线波长成正比了。【正确解答】(l)设电子的质量为m，电子在基态轨道上的速率为v1，根据牛顿第 (2)当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线。如图14-2所示。 (3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E3-E1。 专题 原子物理 训练题型1.（波尔的跃迁理论）氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为=0.6328µm，=3.39µm，已知波长为的激光是氖原子在能级间隔为=1.96eV的两个能级之间跃迁产生的。用表示产生波长为的激光所对应的跃迁的能级间隔，则的近似值为（ ）A10.50eV B0.98eV

12、 C0.53eV D0.36eV 解析：根据,可知当当时,连立可知。题型2.（氢原子能级图在波尔理论中的应用）氢原子的部分能级如图所示。已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间。由此可推知, 氢原子（ ）A. 从高能级向n=1能级跃迁时了出的光的波长比可见光的短 B. 从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光C. 从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D. 从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光解析：从高能级向n=1的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为9.20ev,不在1.62eV到3.11eV之间,A正确.已知可见光子能量在1.62eV到3.11eV

13、之间从高能级向n=2能级跃迁时发出的光的能量3.40ev，B错. 从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率只有能量大于3.11ev的光的频率才比可见光高,C错.从n=3到n=2的过程中释放的光的能量等于1.89ev介于1.62到3.11之间,所以是可见光D对 题型3.（现象意义）下列现象中，与原子核内部变化有关的是（ ）A粒子散射现象 B天然放射现象 C光电效应现象 D原子发光现象解析：粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故A项错误；天然放射现象是原子核内部发生变化自发的放射出粒子或电子，从而发生衰变或衰变，故B项正确；光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而

14、逸出，没有涉及到原子核的变化，故C项错误；原子发光是原子跃迁形成的也没有涉及到原子核的变化，故D项错误。题型4.（三种射线的特性）放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是（ ）Aa射线，b射线，g射线Bg射线，b射线，a射线，Cg射线，a射线，b射线Db射线，a射线，g射线解析：由于三种射线的能量不同，所以贯穿能力最强的是g射线，b射线次之，a射线最弱，故正确答案选B。题型5. （轻核聚变）科学家发现在月球上含有丰富的（氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为。关于聚变下列表述正确的是（ ）A聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的

15、原子核C聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用聚变反应发电解析：聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用采用铀核的裂变反应。因此B正确。题型6.（核反应方程）原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氖等离子体被加热到适当高温时，氖核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量 这几种反应的总效果可以表示为，由平衡条件可知（ ）A. k=1, d=4 B. k=2, d=2 C. k=1, d=6 D. k=2, d=3解析：由质量数守恒和电荷数守恒，分别有，解得 k=2，d=2。正确选项为B。题型7. （四种反应的区分

16、）下列说法正确的是（ ）w.w.w.k.s.5.u.c.o.mA.是衰变方程B.是核聚变反应方程C.是核裂变反应方程D.是原子核的人工转变方程解析： A选项中在质子的轰击下发生的核反应，属于人工转变，A错；C选项是衰变，不是裂变，C错。题型8.（几种力的比较） 氮原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库伦力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（ ）A核力、万有引力、库伦力 B万有引力、库伦力、核力C库伦力、核力、万有引力 D核力、库伦力、万有引力解析：核力是强力，它能将核子束缚在原子核内。万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略。题型9. （核能的利用）水（包

17、括海水）是未来的“煤炭”，能从根本上解决人类能源问题。这是指 （填“氢能”、“核能”、“氢能和核能”）和利用。请说明理由。解析：核能： 因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。 核能和氢能：因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。氢能有便于储存与运输的优点，也可以为解决能源问题做出贡献 题型10.（原子核）三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个个氦（42He）,则下面说法正确的是（ ）A.X核比Z核多一个原子B.X核比Z核少一个中子C.X核的质量数比Z核质量数大3D.X核与Z核的总电荷是Y核电

18、荷的2倍解析：设原子核X的质量数为x，电荷数为y，依题意写出核反应方程，根据质量数守恒和电荷数守恒，可得原子核Y的质量数为x，电荷数为y-1，原子核Z的质量数为x-3，电荷数为y-2。由此可得X核的质子（y）比Z核的质子（y-2）多2个，A错；由此可得X核的中子（x-y）比Z核的中子（x-y-1）多1个，B错；X核的质量数（x）比Z核的质量数（x-3）多3个，C对； X核与Z核的总电荷（2y-2）是Y核电荷（y-1）的2倍，D对。题型11.（结合能、能量守恒定律）中子和质子结合成氘核时，质量亏损为，相应的能量MeV是氘核的结合能。下列说法正确的是（ ）A.用能量小于2.2 MeV的光子照射静止

19、氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B.用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零解析：只有静止氘核吸收光子能量大于其结合能时，才能分解为一个质子和一个中子，故A 项正确，B项错误；根据能量守恒定律，光子能量大于氘核结合题，则多余的能量以核子动能形式呈现，故C项错，D项正确。 题型11.（半衰期）放射性元素的原子核在a衰变或b衰变生

20、成新原子核时，往往会同时伴随着_辐射。已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，tT1·T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mA:mB_。， 解析：放射性元素的原子核在衰变或衰变生成新原子核时，往往以光子的形式释放能量，即伴随辐射；根据半衰期的定义，经过tT1·T2时间后剩下的放射性元素的质量相同，则 = ，故mA：mB2T2 : 2T专题 原子物理 训练21. 在下列4个核反应方程中，x表示质子的是（ ）（A）（B） （C）（D）点拨：此题考查核反应方程。由核反应方程的质量数和电荷数守恒，可得各个选项中的x分别为正电子、粒子、质子、中子

21、。2. 下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有（ ）点拨：此题考查对各种现象的理解。（1）A为康普顿散射，B为光电效应，康普顿散射和光电效应都深入揭示了光的粒子性；C为粒子散射，不是光子，揭示了原子的核式结构模型。D为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续；3. 约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素衰变成的同时放出另一种粒子，这种粒子是 . 是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg随时间衰变的关系如图所示，请估计4 mg的经多少天的衰变后还剩0.25 mg？点拨：此题考查半衰期。由核反应过程中电荷数和质量数守恒可写出核反应方程：

22、，可知这种粒子是正电子。由图象可知的半衰期为14天，的衰变后还剩，经历了4个半衰期，所以为56天。4. 放射性同位素针232经衰变会生成氧，其衰变方程为ThRn+x+y，其中DA.x=1,y=3B.x=2,y=3 C.x=3,y1D.x=3,y=2点拨：本题考查放射性元素衰变的有关知识，本题为较容易的题目。由衰变方程： ,由质量数守恒和电荷数守恒得：232=220+4x,90=86+2x-y可解得： x=3、 y=2。5. 下列说法正确的是A A射线在电场和磁场中都不会发生偏转 B射线比射线更容易使气体电离 C太阳辐射的能量主要来源于重核裂变D核反应堆产生的能量来自轻核聚变点拨：射线中的光子不

23、带电，故在电场与磁场中都不会发生偏转，A正确；粒子的特点是电离能力很强，B错；太阳辐射的能量主要来源于轻核的聚变，C错；核反应堆产生的能量是来自于重核的裂变，D错6.（核反应方程+质能方程+物质波）在衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的核反应，间接地证实了中微子的存在。（1）中微子与水中的发生核反应，产生中子（）和正电子（），即中微子+ +，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是 。（填写选项前的字母） （A）0和0 （B）0和1 （C）1和 0 （D）1和1（

24、2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（），即+2。已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31，反应中产生的每个光子的能量约为 J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是 。（3）试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小。解：（1）发生核反应前后，粒子的质量数和核电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数分都是0，A项正确。（2）产生的能量是由于质量亏损。两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，由 ，故一个光子的能量为，带入数据得=J。正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，

25、故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒。 7（核反应方程+质量亏损+质能方程+光子物质波公式）一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是BA. 核反应方程是H+nH+ B. 聚变反应中的质量亏损1+m2-m1 C. 辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)c D. 光子的波长解:核反应方程是H+nH+；辐射出的光子的能量E=(1+m2-m3)c2；光子的波长 。8. （玻尔理论+电流定义）氢原子处于基态时，原子能量E1= -13.6eV，已知电子电量e =1.6&#