【物理】2018届一轮复习人教版 原子结构与原子核 学案

【物理】2018届一轮复习人教版 原子结构与原子核 学案

第68课时　原子结构与原子核(双基落实课)‎ ‎[命题者说]　本课时主要包括原子的核式结构、原子的跃迁、氢原子光谱、原子核的衰变、核反应方程的书写、核能的计算等。高考对本课时知识点的考查一般为单独命题，有时会把原子核的衰变和动量结合进行综合命题。对本课时的学习，应侧重理解和识记。‎ 一、原子的核式结构 ‎1.电子的发现 英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。‎ ‎2．α粒子散射实验 ‎(1)α粒子散射实验装置 ‎(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”。‎ ‎3．原子的核式结构模型 ‎(1)α粒子散射实验结果分析 ‎①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。‎ ‎②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射。‎ ‎③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)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α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稳定性。‎ ‎[小题练通]‎ ‎1．(2013·福建高考)在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是(　　)‎ 解析：选C　α粒子与原子核均带正电荷，所以α粒子受到原子核的作用力为斥力，据此可排除选项A、D；α粒子不可能先受到吸引力，再受到排斥力，B错误。‎ ‎2．(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 解析：选D　卢瑟福在α粒子散射实验中观察到绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的α粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核。故选项D正确。‎ ‎3．如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)‎ A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据 B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性 C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转 D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转 解析：选A　卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D错误。‎ 二、能级跃迁 ‎1.氢原子光谱 ‎(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。‎ ‎(2)光谱分类 ‎ (3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)－f(1,n2)))(n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×‎107 m－1)。‎ ‎(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。‎ ‎2．氢原子的能级结构、能级公式 ‎(1)玻尔理论 ‎①定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。‎ ‎②跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)‎ ‎③轨道：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)几个概念 ‎①能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级。‎ ‎②基态：原子能量最低的状态。‎ ‎③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态。‎ ‎④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。‎ ‎(3)氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。‎ ‎(4)氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1 ＝0.53×10－‎10 m。‎ ‎3．氢原子的能级图 能级图如图所示 ‎[小题练通]‎ ‎1. (2016·北京高考)处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有(　　)‎ A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 解析：选C　大量氢原子从n＝3能级向低能级跃迁时，能级跃迁图如图所示，有3种跃迁情况，故辐射光的频率有3种，选项C正确。‎ ‎2．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则(　　)‎ A．吸收光子的能量为hν1＋hν2‎ B．辐射光子的能量为hν1＋hν2‎ C．吸收光子的能量为hν2－hν1‎ D．辐射光子的能量为hν2－hν1‎ 解析：选D　氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，而紫光的频率ν2大于红光的频率ν1，所以hν2>hν1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为hν2－hν1。故选项D正确。‎ ‎3．(多选)(2014·山东高考)氢原子能级图如图，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 解析：选CD　根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确。‎ 解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项 ‎(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＝Cn2＝。‎ ‎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。‎ 三、原子核的衰变规律 ‎1.原子核的组成 ‎(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带电。‎ ‎(2)基本关系 ‎①核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数。‎ ‎②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。‎ ‎(3)X元素的原子核的符号为ZAX，其中A表示质量数，Z表示核电荷数。‎ ‎2．天然放射现象 ‎(1)天然放射现象 放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。‎ ‎(2)三种射线 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 氦核 ‎24He ‎＋2e ‎4 u 最强 最弱 β射线 电子 ‎－1　0e ‎－e 较强 较强 γ射线 光子 γ ‎0‎ ‎0‎ 最弱 最强 ‎(3)放射性同位素的应用与防护 ‎①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。‎ ‎②应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等。‎ ‎③防护：防止放射性对人体组织的伤害。‎ ‎3．原子核的衰变、半衰期 ‎(1)原子核的衰变 ‎①定义：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核。‎ ‎②三类衰变 α衰变：X→Y＋He，典型方程：U→Th＋He β衰变：X→Y＋e，典型方程：Th→Pa＋e γ衰变：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。‎ ‎(2)半衰期 ‎①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。‎ ‎②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。‎ ‎③公式：N余＝N原·，m余＝m原·(t表示衰变时间，τ表示半衰期)‎ ‎[小题练通]‎ ‎1．(2016·上海高考) 放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了(　　)‎ A．1位 B．2位 C．3位 D．4位 解析：选C　α粒子是He，β粒子是e，因此发生一次α衰变电荷数减少2，发生一次β衰变电荷数增加1，据题意，电荷数变化为：－2×2＋1＝－3，所以新元素在元素周期表中的位置向前移动了3位。故选项C正确。‎ ‎2．(多选)(2014·全国卷Ⅰ)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 解析：选BCD　并不是所有的元素都可能发生衰变，原子序数越大，越易发生，A错误；放射性元素的半衰期与元素本身内部结构有关，与外界的温度无关，B正确；放射性元素无论单质还是化合物都具有放射性， C正确；在α、β、γ射线中，γ射线的穿透能力最强，D正确；一个原子核在一次衰变过程中，可以是α衰变或β衰变，同时伴随γ射线放出，E错误。‎ ‎3．(2015·北京高考)实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β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图如图，则(　　)‎ A．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外 B．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：选D　根据动量守恒定律，原子核发生β衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p。根据qvB＝，得轨道半径r＝＝，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的，轨迹2是新核的。根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里。选项D正确。‎ ‎4．(1)(多选)Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成Pb(铅)。以下说法中正确的是(　　)‎ A．铅核比钍核少8个质子 B．铅核比钍核少16个中子 C．共经过4次α衰变和6次β衰变 D．共经过6次α衰变和4次β衰变 ‎(2)约里奥·居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________。P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg P随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的P经多少天的衰变后还剩0.25 mg?‎ 解析：(1)设α衰变次数为x，β衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得232＝208＋4x ‎90＝82＋2x－y 解得x＝6，y＝4，C错、D对。‎ 铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A对。‎ 铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B对。‎ ‎(2)写出衰变方程P→Si＋e，故这种粒子为e(正电子)，由mt图知P的半衰期为14天，由m余＝m原得 ‎0．25 mg＝4 mg×，故t＝56天。‎ 答案：(1)ABD　(2)正电子　56天 ‎1．一个区别：‎ 静止的原子核在磁场中发生α衰变和β衰变时的轨迹不同，分别为相外切圆和相内切圆。‎ ‎2．两个结论 ‎(1)原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒。‎ ‎(2)每发生一次α衰变，原子核的质量数减小“‎4”‎，每发生一次β衰变，原子核的质子数增大“‎1”‎。‎ 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 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工 转变 人工 控制 N＋He→O＋H ‎(卢瑟福发现质子)‎ He＋Be→C＋n ‎(查德威克发现中子)‎ Al＋He→P＋n ‎(约里奥·居里夫妇发现人工放射性)‎ P→Si＋e 重核 裂变 比较容易 进行人工 控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 很难控制 H＋H→He＋n ‎2．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(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。‎ ‎(2)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，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。‎ ‎(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。‎ ‎3．对质能方程的理解 ‎(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。‎ 方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。‎ ‎(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。‎ ‎(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。‎ ‎4．核能的计算方法 ‎(1)根据ΔE＝Δmc2计算时，Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。‎ ‎(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算时，Δm的单位是“u”，ΔE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×核子数。‎ ‎[小题练通]‎ ‎1．(多选)(2016·全国丙卷节选)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 D．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 解析：选ABD　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，B正确。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，C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，D正确。‎ ‎2．(2016·全国甲卷)在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________。(填正确答案标号)‎ A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 解析：α衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A、B均为β衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变过程。‎ 答案：C　AB　E　F ‎3．一个静止的钚核Pu自发衰变成一个铀核U和另一个原子核X，并释放出一定的能量。其核衰变方程为：Pu→U＋X。‎ ‎(1)方程中的“X”核符号为________；‎ ‎(2)钚核的质量为239.052 2 u，铀核的质量为235.043 9 u，X核的质量为4.002 6 u，已知1 u相当于931 MeV，则该衰变过程放出的能量是________ MeV；‎ ‎(3)假设钚核衰变释放的能量全部转变为铀核和X核的动能，则X核与铀核的动能之比是________。‎ 解析：(1)根据质量数、电荷数守恒，得X核的质量数为239－235＝4，核电核数为94－92＝2，故“X”核为氦核，符号为He。‎ ‎(2)钚核衰变过程中的质量亏损Δm＝239.052 2 u－235.043 9 u－4.002 6 u＝0.005 7 u，根据爱因斯坦质能方程，得出衰变过程中放出的能量E＝0.005 7×931 MeV≈5.31 MeV。‎ ‎(3)钚核衰变成铀核和X核，根据动量守恒定律，两者动量大小相等，根据Ek＝mv2＝，得X核和铀核的动能之比＝≈58.7。‎ 答案：(1)He　(2)5.31　(3)58.7‎ 核能计算的思路方法 ‎(1)应用质能方程解题的流程图：‎ →→ ‎(2)在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示。‎ ‎(3)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能。‎ 一、选择题 ‎1．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线。下列说法正确的是(　　)‎ A．碘131释放的β射线由氦核组成 B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量 C．与铯137相比，碘131衰变更慢 D．铯133和铯137含有相同的质子数 解析：选D　β射线的本质是电子，并非氦核，A错误。γ光子的频率大于可见光光子的频率，由E＝hν可知，γ光子的能量大于可见光光子的能量，B错误。半衰期越小表示元素衰变越快，C错误。同位素的中子数不同但含有相同的质子数，D正确。‎ ‎2．(2015·重庆高考)图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放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(　　)‎ A．a、b为β粒子的径迹　　　 B．a、b为γ粒子的径迹 C．c、d为α粒子的径迹 D．c、d为β粒子的径迹 解析：选D　由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹，c、d可能为β粒子的径迹，选项D正确。‎ ‎3.1995年科学家“制成”了反氢原子，它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成。反质子和质子有相同的质量，带有等量异种电荷。反氢原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级如图所示。下列说法中正确的是(　　)‎ A．反氢原子光谱与氢原子光谱不相同 B．基态反氢原子的电离能是13.6 eV C．基态反氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁 D．在反氢原子谱线中，从n＝2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长 解析：选B　反氢原子和氢原子有相同的能级分布，所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同，故A错误；处于基态的氢原子的电离能是13.6 eV，具有大于等于13.6 eV能量的光子可以使反氢原子电离，故B正确；基态的反氢原子吸收11 eV光子，能量为－13.6 eV＋11 eV＝－2.6 eV，不能发生跃迁，所以该光子不能被吸收，故C错误；在反氢原子谱线中，从n＝2能级跃迁到基态辐射光子能量很大，频率很大，波长很小，故D错误。‎ ‎4．(多选)(2016·海南高考)下列说法正确的是(　　)‎ A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程 B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量 C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律 D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 E．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长 解析：‎ 选ACD　爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故选项A正确；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故选项B错误；玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故选项C正确；卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型，故选项D正确；微观粒子的德布罗意波长为λ＝，其中p为微观粒子的动量，故动量越大，则对应的波长就越短，选项E错误。‎ ‎5．(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．汤姆孙发现了电子，表明原子具有核式结构 B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应 C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短 D．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，并升高其温度，增加压强，它的半衰期也不会发生改变 解析：选BD　卢瑟福的α粒子散射实验表明原子具有核式结构，A错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，B正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，说明光子的能量太小，该束光的波长太长，C错误；放射性元素的半衰期与它的物理状态、化学状态都没有关系，也不会发生改变，D正确。‎ 二、非选择题 ‎6．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，核反应方程为：H＋H→He＋X，式中X是某种粒子。已知：H、H、He和粒子X的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u相当于931.5 MeV。由上述核反应方程和数据可知，粒子X是________，该核反应释放出的能量为________MeV(结果保留三位有效数字)。‎ 解析：热核聚变的核反应方程为：H＋H→He＋n，所以X为n(或中子)。‎ ΔE＝Δmc2＝(2.014 1＋3.016 1－4.002 6－1.008 7)×931.5 MeV≈17.6 MeV。‎ 答案：n(或中子)　17.6‎ ‎7．某些建筑材料可产生放射性气体——氡，氡可以发生α或β衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出大量的射线，从而危害人体健康。原来静止的氡核(Rn)发生一次α衰变生成新核钋(Po)，并放出一个能量为E0＝0.09 MeV的光子。已知放出的α粒子动能为Eα＝5.55 MeV；忽略放出光子的动量，但考虑其能量；1 u＝931.5 MeV/c2。‎ ‎(1)写出衰变的核反应方程；‎ ‎(2)衰变过程中总的质量亏损为多少？(保留三位有效数字)‎ 解析：(1)衰变方程为：Rn→Po＋He＋γ。‎ ‎(2)忽略放出光子的动量，根据动量守恒定律，0＝pα＋pPo 即新核钋(Po)的动量与α粒子的动量大小相等，‎ 又Ek＝，‎ 可求出新核钋(Po)的动能为EPo＝Eα，‎ 由题意，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核、α粒子动能形式出现，衰变时释放出的总能量为 ΔE＝Eα＋EPo＋E0＝Δmc2‎ 故衰变过程中总的质量亏损是Δm＝0.006 16 u。‎ 答案：(1)Rn→Po＋He＋γ　(2)0.006 16 u 一、单项选择题 ‎1．下列说法不正确的是(　　)‎ A．β射线与γ射线一样都是电磁波，但β射线的穿透本领远比γ射线弱 B．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征 C．氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时氢原子的能量减少 D．在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固 解析：选A　β射线不是电磁波，但β射线的穿透本领远比γ射线弱，故A错误；玻尔将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，B正确；氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，轨道半径减小，原子能量减小，C正确；在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，D正确。‎ ‎2．如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置，实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场E，通过显微镜可以观察到，在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数。若撤去电场后继续观察，发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；如果再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加，由此可以判断，放射源发出的射线可能为(　　)‎ A．β射线和γ射线　　　　 B．α射线和β射线 C．β射线和X射线 D．α射线和γ射线 解析：选D　放射性元素放射出的射线为α射线、β射线和γ射线，α射线贯穿能力弱，一张薄纸就可挡住，β射线贯穿能力较强，可贯穿铝片，γ射线穿过能力极强。α射线带正电，β射线带负电，在电场中偏转，γ射线不带电。由此可知，放射源发出的射线可能为α射线和γ射线。选项D正确。‎ ‎3．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：U＋n→a＋b＋2 n，则a＋b可能是(　　)‎ A.Xe＋Kr　　　　　　 B.Ba＋Kr C.Ba＋Sr D.Xe＋Sr 解析：选D　本题考查了裂变反应的反应方程，在核反应中质量数守恒和电荷数守恒，经分析各项中只有D选项符合要求。‎ ‎4．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则(　　)‎ A．6种光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到基态时产生的 B．6种光子中有3种属于巴耳末系 C．使n＝4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量 D．若从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应 解析：选C　由E4－E1＝h，得6种光子中由n＝4能级跃迁到n＝1能级的能量差最大，波长最短，所以A项错误。由巴耳末系的定义，知在6种光子中只有n＝4跃迁到n＝2和n＝3跃迁到n＝2释放的光子属于巴耳末系，B项错误。由E∞－E4＝0－(－0.85 eV)＝0.85 eV，所以要使n＝4能级的氢原子电离至少需0.85 eV的能量，C项正确。因为E2－E1＝10.2 eV＝hν1，E3－E2＝1.89 eV＝hν2，所以ν1>ν2，故D项错。‎ ‎5．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝，其中n＝2,3，…。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为(　　)‎ A．－ B．－ C．－ D．－ 解析：选C　处于第一激发态时n＝2，故其能量E2＝，电离时吸收的能量ΔE＝0－E2＝－，而光子能量ΔE＝，则解得λ＝－，C正确。‎ ‎6．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n ‎＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是(　　)‎ A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小 C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象 D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应 解析：选D　这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C＝＝6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，选项C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV，所以能使金属铂发生光电效应，选项D正确。‎ ‎7．一静止的原子核A发生α衰变后变成原子核B，已知原子核A、原子核B和α粒子的质量分别为mA、mB和mα，光速为c，反应释放的核能全部转化为粒子的动能，则(　　)‎ A．原子核B与α粒子的速度之比为mB∶mα B．原子核B与α粒子的动能之比为mB∶mα C．原子核B与α粒子的动能之和为(mA－mB－mα)c2‎ D．原子核A比原子核B的中子数多2，质子数多4‎ 解析：选C 　原子核A发生α衰变，设原子核B和α粒子的速度分别为vB和vα，由动量守恒定律有0＝mBvB－mαvα，则＝，＝，A、B错误。由质能方程知原子核B和α粒子的动能之和ΔE＝Δmc2＝(mA－mB－mα)c2，C正确。由质量数守恒和电荷数守恒知，A比B质子数多2，中子数多2，D错误。‎ ‎8．处于激发状态的原子，在入射光的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理。那么，发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量E、电势能Ep、电子动能Ek的变化情况是(　　)‎ A．Ep增大、Ek减小、E减小 B．Ep减小、Ek增大、E减小 C．Ep增大、Ek增大、E增大 D．Ep减小、Ek增大、E不变 解析：选B　发生受激辐射时，向外辐射能量，知原子总能量减小，轨道半径减小，根据k＝m知，电子的动能增大，由于能量减小，则电势能减小，故A、C、D错误，B正确。‎ 二、多项选择题 ‎9．一个原子核U在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U＋n→X＋Sr＋2n，则下列叙述正确的是(　　)‎ A．X原子核中含有140个核子 B．X原子核中含有86个中子 C．因为裂变时释放能量，所以裂变后粒子的总质量数增加 D．因为裂变时释放能量，所以裂变后粒子的总质量数减少 解析：选AB　设X的原子核中含有x个质子，质量数为y，根据电荷数和质量数守恒有：92＝x＋38, 235＋1＝y＋94＋2，解得x＝54，y＝140，所以X的中子数为：y－x＝86，故A、B正确；裂变反应过程中质量数守恒，质量数不会变化，故C、D错误。‎ ‎10．下列说法中正确的是(　　)‎ A．卢瑟福提出原子的核式结构模型建立的基础是α粒子的散射实验 B．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子核具有复杂的结构 C．原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用 D．氢原子的核外电子，在由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，放出光子，电子动能增加，原子的电势能增加 解析：选AB　由于“枣糕模型”无法解释卢瑟福的α粒子的散射实验，因此卢瑟福在此基础上提出了原子的核式结构模型，A正确；天然放射现象中，原子核发生衰变，生成新核，同时有电子或α粒子产生，因此说明了原子核可以再分，具有复杂的结构，B正确；核力作用距离很小，只有相邻间的核子有核力作用，C错误；根据功能关系，动能增加，则电势能减小，D错误。‎ ‎11.用绿光照射一光电管，能产生光电效应，现在用如图所示的电路测遏止电压，则(　　)‎ A．改用红光照射，遏止电压会增大 B．改用紫光照射，遏止电压会增大 C．延长绿光照射时间，遏止电压会增大 D．增加绿光照射强度，遏止电压不变 解析：‎ 选BD　当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W0＝hν0，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和eUc＝Ekm，得：Uc＝－，当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系，与光的强度无关，故A、C错误，B、D正确。‎ ‎12．氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时产生的。四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法正确的是(　　)‎ A．红色光谱是氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时产生的 B．蓝色光谱是氢原子从n＝6能级或n＝5能级直接向n＝2能级跃迁时产生的 C．若氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，则能够产生红外线 D．若氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级直接向n＝2能级跃迁时所产生的辐射将可能使该金属发生光电效应 解析：选AD　红光的频率最小，故跃迁时对应的能级差最小，所以红色光谱是氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时产生的，选项A正确；紫光的频率最大，故紫色光谱是氢原子从n＝6能级或n＝5能级直接向n＝2能级跃迁时产生的，选项B错误；因紫外线的频率大于紫光的频率，故若氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，则能够产生紫外线，选项C错误；若氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级直接向n＝2能级跃迁时发出光子的能量大于从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时所产生光子的能量，故所产生的辐射将可能使该金属发生光电效应，选项D正确。‎ ‎13．静止的镭原子核，发生衰变时放出一个X粒子，该过程核反应方程为Ra→Rn＋X，则(衰变放出的光子的动量不计)(　　)‎ A．X粒子为α粒子 B．X粒子的动量与反冲核的动量大小相等 C．该粒子与阴极射线的组成成分相同 D．反冲核的中子数为136‎ 解析：选ABD　由镭原子核与衰变的原子核的质子数与质量数可得，X粒子的质子数为2，质量数为4，故它为α粒子，选项A正确；由于镭原子核原来是静止的，故衰变后的两个粒子的动量之和为0，即X粒子的动量与反冲核的动量大小相等，方向相反，故选项B正确；由于阴极射线是电子流，故该粒子与阴极射线的组成成分不相同，选项C错误；由反冲核的质量数为222，质子数为86可得，其中子数为222－86＝136，故选项D正确。‎ ‎14．下列说法中正确的是(　　)‎ A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构 B.Th衰变成Pb要经过6次α衰变和4次β衰变 C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的 D．升高放射性物质的温度，不可缩短其半衰期 解析：选BD　卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，但并不能说明原子核有复杂的结构，A错误；据α衰变、β衰变的实质可知Th→Pb＋nHe＋me，得n＝6，m＝4，故B正确；β衰变中β射线是由原子核中的中子转变形成的，C错误；放射性物质的半衰期只由原子核本身决定，与外界环境无关，D正确。‎