2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 近代物理初步 第60講 原子與原子核學(xué)案（含解析）

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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 近代物理初步 第60講 原子與原子核學(xué)案（含解析）1電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。2原子的核式結(jié)構(gòu)(1)19091911年，英籍物理學(xué)家盧瑟福進行了粒子散射實驗，提出了核式結(jié)構(gòu)模型。(2)粒子散射實驗的結(jié)果：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90，也就是說它們幾乎被“撞了回來”。(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運動。3氫原子光譜(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，

2、獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。(2)光譜分類(3)氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式R(n3,4,5，R是里德伯常量，R1.10107 m1)。(4)光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。4經(jīng)典理論的困難：原子的核式結(jié)構(gòu)模型很好地解釋了粒子散射實驗。但是，經(jīng)典物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立特征。1教材母題(人教版選修35 P53T3)盧瑟福提出的原子結(jié)構(gòu)的模型是怎樣的？他提出這種模型的依據(jù)是什么？變式子題(多選)關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)

3、理論說法正確的是()A是通過發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來的B原子的中心有個核，叫做原子核C原子的正電荷均勻分布在整個原子中D原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)答案BD解析原子的核式結(jié)構(gòu)模型是在粒子的散射實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的，A錯誤。原子中絕大部分是空的，帶正電的部分集中在原子中心一個很小的范圍，稱為原子核，B正確，C錯誤。原子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)，D正確。2如圖所示為粒子散射實驗裝置，粒子打到熒光屏上都會引起閃爍，若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中a、b、c、d四個位置。則這四個位置在相等時間內(nèi)統(tǒng)計的閃爍次數(shù)符合實驗事實的是(

4、)A1305、25、7、1 B202、405、625、825C1202、1010、723、203 D1202、1305、723、203答案A解析由于絕大多數(shù)粒子運動方向基本不變，所以a位置閃爍次數(shù)最多，少數(shù)粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。符合該規(guī)律的數(shù)據(jù)只有A項。3如圖甲所示是a、b、c、d四種元素的線狀譜，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以了解該礦物中缺乏的是_元素。答案b、d解析將a、b、c、d四種元素的線狀譜與乙圖對照，可知礦物中缺少b、d元素?？键c二玻爾理論1玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外

5、輻射能量。(2)躍遷：當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時，會放出能量為h的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hEmEn。(h是普朗克常量，h6.631034 Js)(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。2幾個概念(1)能級：在玻爾理論中，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值，叫做能級。(2)基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)。(3)激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他狀態(tài)。(4)量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)叫做量子數(shù)。3氫原子的能級公式EnE1(n1,2

6、,3)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E113.6 eV。能級圖如圖所示：4兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級低能級，釋放能量，發(fā)出光子。光子的頻率。(2)受激躍遷：低能級高能級，吸收能量。條件有：光照(吸收光子)：光子的能量必須恰等于能級差，即hE。實物粒子碰撞、加熱等：只要入射的實物粒子能量大于或等于能級差即可，E外E。大于等于電離能(E1)的光子被吸收，將原子從基態(tài)電離；或大于等于En能量的光子被吸收，將原子從n能級電離。5譜線條數(shù)的確定方法(1)一個處于n能級的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為(n1)。(2)一群處于n能級的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)的兩種求解方法：用數(shù)學(xué)中的組合

7、知識求解：NC。利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。1教材母題(人教版選修35 P63T3)如果大量氫原子處在n3的能級，會輻射出幾種頻率的光？其中波長最短的光是在哪兩個能級之間躍遷時發(fā)出的？變式子題(2016北京高考)處于n3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有()A1種 B2種 C3種 D4種答案C解析處于能級為n的大量氫原子向低能級躍遷能輻射光的種類為C，所以處于n3能級的大量氫原子向低能級躍遷，輻射光的頻率有C3種，故C項正確。2用頻率為0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為1、2、3的三條譜線，且32

8、1，則()A021，則：n3能級向n1能級躍遷時，h3E3E1n2能級向n1能級躍遷時，h2E2E1n3能級向n2能級躍遷時，h1E3E2將以上三式變形可得，h3h2h1解得321，故B正確，D錯誤，再根據(jù)氫原子理論可知，入射光頻率03，故A、C錯誤。3按照玻爾原子理論，氫原子中的電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠(yuǎn)的軌道，要_(填“釋放”或“吸收”)能量。已知氫原子的基態(tài)能量為E1(E10)，電子的質(zhì)量為m，則基態(tài)氫原子的電離能為_，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為的光子后被電離，電離后電子的速度大小為_(已知普朗克常量為h)。答案吸收E1 解析氫原子中的電子從離原子核較近的軌道躍遷到離

9、原子核較遠(yuǎn)的軌道，原子能量增大，則需要吸收能量。氫原子的基態(tài)能量為E1(E12，那么原子從a能級躍遷到c能級狀態(tài)時將要吸收波長為的光子答案D解析衰變是原子核中的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時產(chǎn)生電子的過程，但電子不是原子核的組成部分，故A錯誤；粒子散射實驗揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu)，B錯誤；氫原子核外電子軌道半徑越大，其能量越高，C錯誤；原子從a能級狀態(tài)躍遷到b能級狀態(tài)時發(fā)射波長為1的光子，原子從b能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時吸收波長為2的光子，已知12，根據(jù)玻爾理論得ab：EaEbh，bc：EcEbh，ac：EcEah，聯(lián)立以上三式得，D正確。5(多選)以下是有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述，其中不正確的是()A原

10、子核發(fā)生一次衰變，該原子外層就失去一個電子B按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，但原子的能量增大C核衰變中，光子是衰變后轉(zhuǎn)變的新核輻射的D比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時一定吸收核能答案AD解析衰變的實質(zhì)是原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子，電子釋放出來，不是來自核外電子，故A錯誤；按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，但原子的能量增大，B正確；核衰變中，衰變后轉(zhuǎn)變的新核不穩(wěn)定，放出能量才能變得穩(wěn)定，能量以光子的形式放出，C正確；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的

11、原子核時會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得知，一定釋放核能，故D錯誤。6核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)規(guī)模，核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細(xì)胞基因，提高罹患癌癥的風(fēng)險。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為PuXHe，下列有關(guān)說法正確的是()AX原子核中含有92個中子B100個Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個C由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)Emc2，衰變過程總質(zhì)量增加D衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力答案D解析根據(jù)核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律，X原子核中含有92個質(zhì)子，235個核

12、子，143個中子，A錯誤。半衰期是對大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，100個Pu經(jīng)過24100年后不一定還剩余50個，B錯誤。由于衰變時釋放巨大能量，衰變過程總質(zhì)量減少，放出粒子的質(zhì)量與生成新核的質(zhì)量之和小于衰變前核的質(zhì)量，C錯誤。衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力，D正確。7“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)是我國自行研制的可控?zé)岷朔磻?yīng)實驗裝置。設(shè)該實驗反應(yīng)前氘核(H)的質(zhì)量為m1，氚核(H)的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核(He)的質(zhì)量為m3，中子(n)的質(zhì)量為m4，光速為c。下列說法中不正確的是()A這種裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是HHHenB由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知

13、m1m2m3m4C核反應(yīng)放出的能量等于(m1m2m3m4)c2D這種裝置與我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理不相同答案B解析可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是HHHen，故A正確；核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1m2m3m4，故B錯誤；核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損mm1m2m3m4，釋放的核能Emc2(m1m2m3m4)c2，故C正確；這種裝置的核反應(yīng)是核聚變，我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)是核裂變，它們的核反應(yīng)原理不相同，故D正確。8用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核Li，發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和粒子，生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚

14、核與粒子的速度之比為78，中子的質(zhì)量為m，質(zhì)子的質(zhì)量可近似看作m，光速為c。(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)求氚核和粒子的速度大?。?3)若核反應(yīng)過程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子和氚核的動能，求出質(zhì)量虧損。答案(1)nLiHHe(2)(3)解析(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒，則核反應(yīng)方程為：nLiHHe。(2)由動量守恒定律得：mnvmHv1mHev2由題意得：v1v278，又mnm，mH3m，mHe4m解得v1，v2。(3)氚核和粒子的動能之和為：Ek3mv4mvmv2釋放的核能為：EEkEknmv2mv2mv2由愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2得，質(zhì)量虧損為m。真題模擬練9(2018全國卷)1934年

15、，約里奧居里夫婦用粒子轟擊鋁核Al，產(chǎn)生了第一個人工放射性元素X：AlnX。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為()A15和28 B15和30C16和30 D17和31答案B解析根據(jù)核反應(yīng)遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的電荷數(shù)為21315，質(zhì)量數(shù)為427130，根據(jù)原子核的電荷數(shù)等于原子序數(shù)，可知X的原子序數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，B正確。10(2018北京高考)在核反應(yīng)方程HeNOX中，X表示的是()A質(zhì)子 B中子 C電子 D粒子答案A解析設(shè)X為X，根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)守恒：41417A，則A1，電荷數(shù)守恒：278Z，則Z1，即X為H，為質(zhì)子，故A正確，B、C、D錯誤。11(2018天津高考)氫原子

16、光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線H、H、H和H，都是氫原子中電子從量子數(shù)n2的能級躍遷到n2的能級時發(fā)出的光，它們在真空中的波長由長到短，可以判定()AH對應(yīng)的前后能級之差最小B同一介質(zhì)對H的折射率最大C同一介質(zhì)中H的傳播速度最大D用H照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則H也一定能答案A解析波長越大，頻率越小，故H頻率最小，根據(jù)Eh可知H對應(yīng)的能量最小，根據(jù)hEmEn可知H對應(yīng)的前后能級之差最小，A正確；H的頻率最小，同一介質(zhì)對應(yīng)的折射率最小，根據(jù)v可知H的傳播速度最大，B、C錯誤；H的波長小于H的波長，故H的頻率大于H的頻率，若用H照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則H不一定能，D錯誤。12(2018江蘇高

17、考)已知A和B兩種放射性元素的半衰期分別為T和2T，則相同質(zhì)量的A和B經(jīng)過2T后，剩有的A和B質(zhì)量之比為()A14 B12 C21 D41答案B解析根據(jù)半衰期公式mm0，經(jīng)過2T，A剩余的質(zhì)量為mAm0m0，B剩余的質(zhì)量為mBm0m0，故mAmB12，B正確。13(2016全國卷)(多選)一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0107 m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si*。下列說法正確的是()A核反應(yīng)方程為pAlSi*B核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒C核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒D核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和E硅原子核速度的數(shù)量級為105 m/s，方向與質(zhì)子初速

18、度的方向一致答案ABE解析質(zhì)子p即H，核反應(yīng)方程為pAlSi*，A正確；核反應(yīng)過程遵循動量守恒定律，B正確；核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量守恒，C錯誤；在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，但會發(fā)生質(zhì)量虧損，所以D錯誤；設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m，則Si*的質(zhì)量約為28m，由動量守恒定律有mv028mv，得v m/s3.6105 m/s，方向與質(zhì)子的初速度方向相同，故E項正確。14(2019山西呂梁高三期末)(多選)下列說法正確的是()A原子的特征譜線是原子具有核式結(jié)構(gòu)的有力證據(jù)B考古專家測出某具骸骨1 g碳樣品中6C的含量為活著的生物體1 g碳樣品中C含量的，已知6C的半衰期為5730年，則該生物死亡時距今約11460年C核泄漏事故污染物能夠產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為CsBaX，可以判斷X為射線D核反應(yīng)堆利用石墨吸收中子控制核反應(yīng)速度答案BC解析原子的特征譜線說明原子只能處于不連續(xù)的、分立的能級上，是原子具有分立能級的有力證據(jù)，故A錯誤；考古專家發(fā)現(xiàn)某一骸骨中6C的含量為活著的生物體中6C的，可知經(jīng)歷了2個半衰期，6C的半衰期為5730年，則確定該生物死亡時距今約11460年，故B正確；根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為0，可知X為電子，故C正確；鎘吸收中子的能力很強，所以用來吸收核裂變產(chǎn)生的中子，故D錯誤。