【物理】2018届二轮复习“原子结构与原子核”学案（全国通用）

【物理】2018届二轮复习“原子结构与原子核”学案（全国通用）

‎“原子结构与原子核”学前诊断 考点一 原子结构与原子光谱 ‎1.[考查α粒子散射实验装置及结论]‎ 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。‎ ‎2．[考查对玻尔理论的理解]‎ ‎[多选]氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上，下列说法正确的是(　　)‎ A．核外电子受力变小 B．原子的能量减少 C．氢原子要吸收一定频率的光子 D．氢原子要放出一定频率的光子 解析：选BD　根据F＝k得，轨道半径减小，则核外电子受力变大，故A错误；核外电子由较远轨道跃迁到较近轨道，原子能量减少，故B正确；因为原子能量减少，知氢原子放出一定频率的光子，故C错误，D正确。‎ ‎3．[考查氢原子能级分布图及其应用]‎ ‎[多选]如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出10种不同频率的光子。其中莱曼系是指氢原子由高能级向n＝1能级跃迁时释放的光子，则(　　)‎ A．10种光子中波长最短的是n＝5激发态跃迁到基态时产生的 B．10种光子中有4种属于莱曼系 C．使n＝5能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量 D．从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量等于从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量 解析：选AB　n＝5激发态跃迁到基态时产生的光子的能量最大、频率最大，所以波长最短，所以A正确；由题意知，从n＝5、4、3、2激发态跃迁到n＝1时发出的4种光子属于莱曼系，所以B正确；由题图知，n＝5能级的电离能为0.54 eV，所以C错误；从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量大于n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量，所以D错误。‎ ‎4．[考查玻尔氢原子能级跃迁理论]‎ 根据玻尔理论，氢原子的能级公式为En＝(n为能级，A为基态能量)，一个氢原子中的电子从n＝4的能级直接跃迁到基态，在此过程中(　　)‎ A．氢原子辐射一个能量为的光子 B．氢原子辐射一个能量为－的光子 C．氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为 D．氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为－ 解析：选B　根据玻尔理论，一个氢原子中的电子从n＝4的能级直接跃迁到基态，辐射一个光子的能量为ΔE＝E4－E1＝－＝－，选项B正确，A、C、D错误。‎ ‎5．[考查玻尔氢原子模型的应用]‎ 许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。利用氢气放电管可以获得氢原子光谱，根据玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱的产生机理。已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En＝，其中n＝2,3,4，…。1885年，巴耳末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，这个公式写作＝R，n＝3,4,5，…。式中R叫做里德伯常量，这个公式称为巴耳末公式。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则里德伯常量R可以表示为(　　)‎ A．－　　　　　　　 B. C．－ D. 解析：选C　氢原子若从n＞2的能级跃迁到n＝2的能级，由玻尔理论可得：－＝hν＝，按照巴耳末公式，原子由n＞2的能级跃到n＝2的能级，放出的谱线的波长满足：＝R，以上两式相比较可得：－E1＝hcR，故里德伯常量R可表示为R＝－，C选项正确。‎ 考点二 原子核的衰变　半衰期 ‎6.[考查三种射线的特性]‎ 某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线，让这三种射线进入磁场，运动情况如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A．该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大 B．C粒子是原子核的重要组成部分 C．A粒子一定带正电 D．B粒子的穿透性最弱 解析：选C　半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故A错误；由题图可知C粒子为电子，而原子核带正电，故B错误；由左手定则可知，A粒子一定带正电，故C正确；B粒子为γ射线，穿透性最强，故D错误。‎ ‎7．[考查α、β衰变次数的计算]‎ 在一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为(　　)‎ A．6次　　　　　　　　　 B．10次 C．22次 D．32次 解析：选A　一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A正确。‎ ‎8．[考查对半衰期概念的理解]‎ 将半衰期为5天、质量为‎64 g的铋分成四等份分别投入：(1)开口容器中；(2)100 atm的密封容器中；(3)‎100 ℃‎的沸水中；(4)与别的元素形成化合物。经10天后，四种情况下剩下的铋的质量分别为m1、m2、m3、m4，则(　　)‎ A．m1＝m2＝m3＝m4＝‎‎4 g B．m1＝m2＝m3＝‎4 g，m4<‎‎4 g C．m1>m2>m3>m4，m1＝‎‎4 g D．m1＝‎4 g，其余无法知道 解析：选A　放射性元素的半衰期是一定的，与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关，故四种情况下铋剩余的质量相等，剩余的铋的质量为m余＝16×g＝‎4 g，所以A正确。‎ ‎9．[考查半衰期公式的应用]‎ ‎14C是碳的一种半衰期为5 730年的放射性同位素，2010年2月科学家发现了曹操墓，若考古工作者探测到其棺木中‎14C的含量约为原来的，则该古木死亡的时间距今大约为 (　　)‎ A．22 900年 B．11 400年 C．5 700年 D．1 900年 解析：选D　假设古木死亡时‎14C的质量为m0，现在的质量为m，从古木死亡到现在所含‎14C经过了n个半衰期，由题意可知：＝n＝，所以n＝，即古木死亡的时间距今约为5 730×年＝1 910年，D正确。‎ 考点三 核反应方程与核能计算 ‎10.[考查核反应的分类]‎ 对下列各原子核变化的方程，表述正确的是(　　)‎ A.H＋H→He＋n是核聚变反应 B.H＋H→He＋n是α衰变 C.Se→Kr＋2e是核裂变反应 D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是β衰变 解析：选A　H＋H→He＋n，属于核聚变反应，A正确，B错误；Se→Kr＋2e是β衰变，C错误；U＋n→Xe＋Sr＋2n是核裂变反应，D错误。‎ ‎11．[考查放射性原子核的衰变与核反应方程的书写]‎ 静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是(　　)‎ A.C→He＋Be B.C→e＋B C.C→e＋N D.C→H＋B 解析：‎ 选A　由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的粒子的受力方向均与电场强度方向相同，均带正电，C错误；反冲核、粒子在电场中偏转时，竖直方向上做匀速直线运动，水平方向上做初速度为零的匀加速直线运动，发生核反应时反冲核、粒子的速度分别为v1、v2，由动量守恒有m1v1＝m2v2，结合题图有b＝v1t，a＝v2t，4b＝t2,‎2a＝t2，解得＝，比较选项A、B、D可得，A正确。‎ ‎12．[考查裂变与质能方程]‎ ‎[多选]核电站中采用反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能。反应堆中一种可能的核反应方程式是U＋n→Nd＋Zr＋x＋y，设U核质量为m1，中子质量为m2，Nd核质量为m3，Zr核质量为m4，x质量为m5，y质量为m6，那么，在所给的核反应中(　　)‎ A．x可能是3H，y可能是11e B．x可能是3n，y可能是8e C．释放的核能为(m1＋m2－m3－m4－m5－m6)c2‎ D．释放的核能为(m3＋m4＋m5＋m6＋m1－m2)c2‎ 解析：选BC　根据质量数和电荷数守恒，若x是3H，y是11e，则质量数不守恒，x是3n，y是8e，则都满足，故A错误B正确；根据能量转化可知反应前的质量大于反应后的质量，因为反应时一部分质量转化为能量释放出去了，故C正确D错误。‎ ‎13．[考查轻核聚变与质能方程]‎ ‎[多选]太阳能量的来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核(H)结合成1个氦核同时放出2个正电子。下表中列出了部分粒子的质量(取1 u＝×10－‎26 kg)‎ 粒子名称 质子(p)‎ α粒子 正电子(e)‎ 中子(n)‎ 质量/u ‎1.007 3‎ ‎4.001 5 ‎ ‎0.000 55‎ ‎1.008 7‎ 以下说法中正确的是(　　)‎ A．核反应方程为4H→He＋2e B．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 ‎‎6 kg C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.43×10－‎‎29 kg D．聚变反应过程中释放的能量约为4.0×10－12 J 解析：选ACD　由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得4H→He＋2e，故A正确。反应中的质量亏损为Δm＝4mp－mα－2me＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55)u＝0.026 6 u＝4.43×10－‎29 kg，故C正确，B错误。由质能方程得ΔE＝Δmc2＝4.43×10－29×(3×108)2 J≈4×10－12 J，故D正确。‎ ‎14．[考查由运动轨迹判断衰变种类与核反应方程的书写]‎ ‎[多选]静止的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R1、R2；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.Bi→Tl＋He B.Bi→Po＋e C．R1∶R2＝84∶1 D．R1∶R2＝207∶4‎ 解析：选BC　原子核发生衰变时，根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反，由题图可知粒子的运动轨迹在同一侧，根据左手定则可以得知，衰变后的粒子带的电性相反，所以释放的粒子应该是电子，原子核发生的应该是β衰变，衰变方程为：Bi→Po＋e，故A错误，B正确；根据R＝且两粒子动量等大，可得R1∶R2＝q2∶q1＝84∶1，故C正确，D错误。‎