2022年高考物理复习讲练测原子和原子核—【讲】

1、专题13.2原子和原子核一【射】目录1 .讲考纲、讲方向12 .讲考点、讲题型1考点一、原子的核式结构 1考点二、玻尔理论和能级跃迁3考点三、原子核的衰变及半衰期6考点四、 核应方程与核能计算9一.讲考纲、讲方向考点内容考题统计考查方向备考方案氢原子光谱 、能级跃迁2021全国甲卷,T17,6分2021全国乙卷,T17,6分2020 全国卷I ,T19,6分2020 全国卷H,T18,6分2020 全国卷皿,T19, 6分2019 全国卷I ,T14,6分2019 全国卷H,T15,6分考查氢原子光 谱、能级跃迁等 知识，光子的能 量，光速、波长 和频率的关系。 考查核反应方程 的书写及核反应

2、 中核能的计算。物理观念了解原子的核式结构、放射性和核 衰变、核反应，掌握光电效应方程、 核哀变、核反应等规律：更好地形 成物质观念、运动与相互作用观念 及能量观念科学思维运用核衰变、核反应等规律求解问 题，领会模型建构、科学推理、科 学论证、质疑创新等在人类探索微 观世界过程中的作用，运用电荷守 恒和能量守恒思想分析求解原子物 理问题。科学探究了解a粒子散射实验。原子核的组 成放射性、 衰变、半衰 期核能、结合 能、质量亏 损二.讲考点、讲题型考点一、原子的核式结构1 .汤姆孙原子模型(1)电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。电子的发现证明了原子 是可再

3、分的。(2)汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子则一粒粒镶嵌 在球内。2 . a粒子散射实验(l)a粒子散射实验装置，如图(2)a粒子散射实验的结果：绝大多数a粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数a粒子穿过金 箔后发生了大角度偏转，极少数a粒子甚至被“撞了回来”。3.原子的核式结构模型(1)原子的核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电 的电子在核外绕核旋转。(2)核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释a粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子 的

4、稳定性。【典例1】a粒子散射现象分析(2021.安徽模拟)图是a粒子(氮原子核)被雨金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、。是轨迹上的四点， 在散射过程中可以认为重金属原子核静止。图中所标出的a粒子在各点处的加速度方向正确的是A. M点B. N点 C. P点D.。点解析a粒子(氮原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与a粒子所受斥力方向相同。带 电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹侧，故只有选项C正确。答案C(2021 江苏泰州一模)(多选)如图为卢瑟福a粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转 动，通过显微镜前相连的荧光屏可以观察a粒子在各个

5、角度的散射情况，下列说法正确的是( )荧光屏放射艺显微镜A. a粒子发生散射的主要原因是a粒子撞击到金原子核后产生的反弹B.在图中A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多C.卢瑟福选用不同的金属箔片作为a粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D.卢瑟福根据此实验得出原子的核式结构模型【答案】CD【解析】放在8位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，而放在A位置时，相同时间内观察到屏 上的闪光次数最多，B错误；a粒子发生散射的主要原因是受到金原子核的库仑斥力作用，A错误；选用不 同金属箔片作为a粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确：卢瑟福根据此实验得出原子的

6、 核式结构模型，D正确。【方法总结】a粒子散射实验的现象为：a粒子穿过原子时，只有当a粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原 子核很小，所以a粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前 进.考点二、玻尔理论和能级跃迁1 .玻尔理论(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的转动是稳定的，电 子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射.(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为扁)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En, m>n) 时，会放出能量为hv的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hv=

7、Em-En.(h是普朗克 常量，/i=6.63x10-34Js)(3)轨道量子化假设:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的, 因此电子的可能轨道也是不连续的.2 .对氢原子能级图的理解(1)能级图如图所示。n«543 21 -iiitli-13.6（2）能级图中相关量意义的说明:相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态横线左端的数字“1, 2,表示量子数横线右端的数字“一 13.6, 3.4”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的

8、条件为hv=Em-En【典例4】玻尔理论（2021三明模拟）按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为z。的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rh 的圆轨道上，已知%>%,则在此过程中A.原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量也减小B.原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C.原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小D.原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大【答案】A【解析】由玻尔氢原子理论知，电子轨道半径越大，原了能量越大，当电子从r“跃迁到%

9、时，原了能量减 小，放出光子；在电子跃迁过程中，库仑力做正功，原子的电势能减小；由库仑力提供电子做圆周运动的 向心力，即（二”2, r减小，电子速度增大，动能增大，综上所述可知A正确。（2021杭州学军中学一模）根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态（量子数"=1）的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为（）nE/eV8-050.5440.853-1.512-3.41-13.6A. 12.75 eVB. 13.06 eVC. 13.6 eVD. 0.85 eV【答案】A【解析】受激的氢原子能自发地发出 6种不同频率的光，知跃

10、迁到第4能级，则吸收的光子能量为AE= 一 0.85 eV-（- 13.6 eV）= 12.75 eV, A 正确，B> C、D 错误。（2021山东日照市3月模拟）氢原子能级图如图，一群氢原子处于"=4能级上.当氢原子从=4能级跃迁到“ =3能级时，辐射光的波长为I 884 nm,下列判断正确的是（）E/eV8050.5440.853-1.5123.40113.6A.氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线B.从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量C.氢原子从=3能级跃迁到=2能级时，辐射光的波长大于1 884 nmD.用从=5能级跃迁到=2能级辐射的光照射W 1S=

11、2.29 eV的钠，能发生光电效应【答案】D【解析】根据CW=6知，-群处于”=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线，故A错误：由 高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是原子核向外辐射能量，故B错误；=3和=2的能级差 大于=4和=3的能级差，则从”=3能级跃迁到n=2能级比从=4能级跃迁到=3能级辐射出的电磁波的频 率大，波长短，即辐射光的波长小于1 884 nm,故C错误：从=5能级跃迁到"=2能级辐射出的光子的能量为： E=£5-£2=-O.54eV-（-3.4OeV）=2.86eV>2.29eV,而使金属发生光电效应的条件是光了的能量

12、大于金属的 逸出功，故可以发生光电效应，故D1E确.（2021云南文山模拟）（多选）根据玻尔理论，下列有关氢原子的说法正确的是（） A.除了吸收光子能量外，还可以利用电子间碰撞的方式使氢原子从低能级向高能级跃迁 B.核外电子处于=3能级的一个氢原子自发跃迁时最多可产生两种不同频率的光子 C.大量氢原子由高能级向低能级跃迁时可以辐射出连续的各种波长的光D.氢原子从"=3能级向=1能级跃迁，原子的能量减小，电势能增加【答案】AB【解析】氢原子可以通过吸收光子或与电子碰撞实现从低能级到高能级的跃迁，选项A正确；核外电子处 于”=3能级的一个氢原子自发跃迁时最多可产生两种不同频率的光子，选项

13、B正确；大量氢原子由高能级 向低能级跃迁时只能辐射出能量等于能级差的光子，光的波长是不连续的，选项C错误：氢原了从=3能 级向=1能级跃迁时，释放光子，氢原子的能量减小，在该过程中电场力做正功，电势能减小，选项D错 误.【方法总结】(1)入射光子与氢原子跃迁、电离关系入射光子的能量大于氢原子的电离能时，氢原子直接电离.入射光子的能量小于氢原子的电离能时，且恰好等于氢原子的能级差的数值，则氢原子能够吸收光子， 发生跃迁.此时存在关系hv=Em-En.入射光子的能量小于氢原子的电离能时，且不等于氢原子的能级差的数值，则氢原子不吸收光子，不发 生跃迁.(2)入射实物粒子(如电子)与氢原子跃迁、电离关

14、系入射实物粒子的动能大于氢原子电离能时，氢原子可能发生电离.入射实物粒子的动能小于氢原子电离能时，只要大于氢原子最近的能级差的数值，则氢原子会吸收部 分能量发生跃迁，吸收的能量为£=£“一考点三、原子核的衰变及半衰期1 .衰变规律及实质(l)a衰变、B衰变的比较衰变类型a衰变p衰变衰变过程lx-蓼"+妹3Xtz 各 Y+ 0-,e衰变实质2个质子和2个中子结合成一 个整体射出1个中子转化为1个质子和1 个电子2|H+2An->lHeJnr|H+ O-ie匀强磁场中轨迹形状<5o衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(2)丫射线：丫射线经常伴随着a衰变

15、或B衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生a衰变或衰变的过 程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子.2 .确定衰变次数的方法因为。衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定a衰变的次数，然后再根据衰变规律确定。衰变 的次数.3 .半衰期 （1）公式：N余=Nm余=胆（2）影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态（如温度、压 强）或化学状态（如单质、化合物）无关.【典例5】射线的性质及特点（2021 浙江省瑞安一模）如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出a、B、y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（）

16、A.表示y射线，表示a射线B.表示夕射线，表示a射线C.表示a射线，表示y射线D.表示夕射线，表示a射线【答案】C【解析】a射线带正电，力射线带负电，y射线不带电.在匀强电场中，a射线与夕射线分别在电场力的作 用下发生偏转，a射线偏向负极板，夕射线偏向正极板，y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a射线向左偏，夕射线向右偏，y射线不受洛伦兹力，不发生偏转.故C项正确.【典例6】衰变方程的书写和衰变次数的计算（2021广东省珠一模）铀裂变的产物之一氮90 （加）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的 错90 （2）Zr）,这些衰变是（）A.1次a衰变，6次夕衰变B.4次

17、“衰变C. 2次a衰变D. 2次a衰变，2次夕衰变【答案】B【解析】根据题意可知：该原子核衰变前后质量数没变，因此只是发生了 P衰变.根据电荷数守恒可得： 发生。衰变的次数为：4036=4次.ACD错误，B正确，故选B.（2021广东深圳市二模）如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，静止的铀啜U发生a衰变，生成新原子核X,已知a粒子和新核X在纸面内做匀速圆周运动，则（ ）X X X XX X X X畿uX X X XX X X XA.原子核X的电荷数为91,质量数为236B. a粒子做顺时针圆周运动C. a粒子和原子核X的周期之比为10 ： 13D. a粒子和原子核X的半径之比为45 ： 2【

18、答案】C【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，原了核X的电荷数为922=90,质量数为2384=234, 选项A错误；a粒子带正电，由左手定则可知，a粒子做逆时针圆周运动，选项B错误；根据丁=鬻可知， a粒了和原了核X的周期之比：?=3端=音，选项C正确：根据动量守恒定律，a粒子和原子核X的动 量大小相同，广=笠0cL可知，a粒子和原子核X的半径之比为§=岑=?，选项D错误.qB qfx 21（2021浙江大学附中一模）静止的钮Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示，大、小圆半径分别 为凡、以，则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值判断正确的是（）A.黜 Bi->

19、i7Bi+HeB.钳 Bi>£/Po+-YeC. /?i ： R2=84 ： 1D. R ： R2=207 ： 4【答案】BC【解析】发生衰变之后，两个粒子的动量大小相同，速度相反，运动轨迹是内切圆，说明两个粒子的电性 相反，选项A错误，B正确；洛伦兹力充当向心力动6=斤、r=战，半径之比等于电荷量的反比，即4 ： &=84：1,选项C正确，D错误。【典例6】衰变方程、半衰期（2021甘肃省庆阳一模）（多选）|七发生放射性衰变成为Mn,半衰期约5700年。已知植物存活期间，其体 内we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

20、ip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、I3c、14c具有相同的中子数C. 14c衰变为>4N的过程中放出p射线D.增加样品测量环境的压强将加速,4C的衰变【答案】AC【解析】古木样品中"C的比例正好是现代样品的二分之说明该占木恰好经历了 一个半衰期的时间，故 A正确。0C、"C、14c具有相同的质子数、不同的中子数，故B错。14c的衰变方程为：早C-/4+ Ye, 可见C正确。放射性元素的半衰期与外界因素无关，故D错。【方法总结】1、半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核有意义，对少

21、数原子核是没有意义的.对于一个 特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻哀变的可能性， 因此，半衰期只适用于大量的原子核.2、静止的原子核在匀强磁场中发生衰变，当运动方向与磁场方向垂直时，轨迹为外切圆的为a衰变，轨迹 为内切圆的为P衰变.考点四、核反应方程与核能计算1 .核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变a衰变自发道 U-翎Th+3HeB衰变自发钳 Th-锣 Pa+-2e人工转变人工控制m N+gHef9O+|H （卢瑟福发现质子）lHe->?Be-»C+4n（查德威克发现中子）人工转变人工控制召 Al+?He -四 P+An（

22、约里奥居里夫妇发现放射 性同位素，同时发现正电子）和 P勃 Si + +Ye重核裂变比较容易进行 人工控制锵 U+An-我 Ba+瑞 Kr+3jn道U+8m皆Xe+期Sr+10血轻核聚变很难控制tH+?H-iHe+in2 .核反应方程式的书写（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（IH）、中子（加）、 a粒子©He）、。粒子（-*?e）、正电子（+呢）、笊核（田）、笊核6H）等.（2）掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒.（3）由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“一”表示反应方向.3 .核能的计算方法（1）根据AEnAmc2计算，计算

23、时Am的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，AE的单位是“J”。（2）根据AE=An?x931.5 MeV计算。因1原子质量单位（u）相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Am的单位 是“u”，A£的单位是“MeV”。（3）根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能=核子比结合能x核子数。【典例6】（2021山东省德州一模）在核反应方程；"e+i务Vf；O + X中，X表示的是A.质子 B.中子 C.电子 D. a粒子【答案】A【解析】设X为：（X、根据核反应的质量数守恒：4+14=17+Z,则：Z=I电荷数守恒：2+7=8+A,则A=l,即X为：为质子，故选项A正确

24、，BCD错误。（2021辽宁省沈阳市二模）（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.jH+HlTHe+An是核聚变反应B.iH+彳HTHe+8n 是 0 袁变C.赞U+H一铝Ba+然Kr+3h是核裂变反应D.甜U+Jn-即Xe+相Sr+2111n 是 a 衰变【答案】AC【解析】A、B所列反应是核聚变，不是B衰变，B衰变要放出电子，故A对，B错；C、D两种反应都是 核裂变，故C对，D错。（2021广东省佛山市二模）2018年11月12日中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托克马克装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中

25、心电子温度达到1亿摄氏度；其主要核反应方程为： 阳+汾-；”e+X阳+ Yf ；”e+X ,则下列表述正确的是A.X是质子B.Y是氟核C X与Y是同位素D.两个核反应都属于裂变反应【答案】B【解析】根据质量数守恒、电荷数守恒判断X和和Y的种类，这两个方程都是聚变.A.根据质量数守恒、电荷数守恒可知X是中子，故A错误：B.对第二个方程，根据质量数守恒、电荷数守恒可知Y是瓶核，故B正确；C. X是中子，Y是瓶核，X与Y不是同位素，故C错误；D.两个核反应都属于聚变反应，故D错误.【方法总结】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正确书写核反应方程的基础.如质子（旧）、中子（H）

26、、a粒子©He）、|3粒子（0 -、正电子（呢）、笊核（汩）、-核（沮）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.（2021河北省二模）关于近代物理的知识，下列说法正确的有（）A.结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定B.铀核裂变的一种核反应方程为琵Uf 2Ba+；：Kr+2：nC.22Th+X中X为中子，核反应类型为。衰变D.平均结合能小的原子核结合成或分解成平均结合能大的原子核时一定放出核能【答案】D【解析】A.比结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项A错误；B.铀核裂变的核反应方程中，反应物必须有中子，选项B错误；c. 2*rh+X中X质量数为4电荷数为2,为a粒子，核反应类型为a衰变，选项C错误；D,平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量，平均结合能越大的原子核越稳定， 平均结合能小的原子核结合成或分解成平均结合能大的原子