2020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).doc
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第60講原子與原子核考點(diǎn)一原子的核式結(jié)構(gòu)和氫原子光譜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(shí)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(jìn)行了粒子散射實(shí)驗(yàn),提出了核式結(jié)構(gòu)模型。(2)粒子散射實(shí)驗(yàn)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(jìn),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(yùn)動(dòng)。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,獲得光的波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄,即光譜。(2)光譜分類(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。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)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(gè)核,叫做原子核C原子的正電荷均勻分布在整個(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的,A錯(cuò)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(gè)很小的范圍,稱為原子核,B正確,C錯(cuò)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(shí)驗(yàn)裝置,粒子打到熒光屏上都會(huì)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(gè)位置。則這四個(gè)位置在相等時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)的閃爍次數(shù)符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的是()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(yùn)動(dòng)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(xiàng)。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(duì)照,可知礦物中缺少b、d元素。考點(diǎn)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(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量。(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(shí),會(huì)放出能量為h的光子,這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)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(yùn)動(dòng)相對(duì)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(gè)概念(1)能級(jí):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(jí)。(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(jí)公式EnE1(n1,2,3),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E113.6 eV。能級(jí)圖如圖所示:4兩類能級(jí)躍遷(1)自發(fā)躍遷:高能級(jí)低能級(jí),釋放能量,發(fā)出光子。光子的頻率。(2)受激躍遷:低能級(jí)高能級(jí),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(jí)差,即hE。實(shí)物粒子碰撞、加熱等:只要入射的實(shí)物粒子能量大于或等于能級(jí)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(jí)電離。5譜線條數(shù)的確定方法(1)一個(gè)處于n能級(jí)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(jí)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)中的組合知識(shí)求解:NC。利用能級(jí)圖求解:在氫原子能級(jí)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(jí),會(huì)輻射出幾種頻率的光?其中波長最短的光是在哪兩個(gè)能級(jí)之間躍遷時(shí)發(fā)出的?變式子題(2016北京高考)處于n3能級(jí)的大量氫原子,向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射光的頻率有()A1種 B2種 C3種 D4種答案C解析處于能級(jí)為n的大量氫原子向低能級(jí)躍遷能輻射光的種類為C,所以處于n3能級(jí)的大量氫原子向低能級(jí)躍遷,輻射光的頻率有C3種,故C項(xiàng)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321,則()A021,則:n3能級(jí)向n1能級(jí)躍遷時(shí),h3E3E1n2能級(jí)向n1能級(jí)躍遷時(shí),h2E2E1n3能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí),h1E3E2將以上三式變形可得,h3h2h1解得321,故B正確,D錯(cuò)誤,再根據(jù)氫原子理論可知,入射光頻率03,故A、C錯(cuò)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?dú)湓拥幕鶓B(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(jí)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)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(shí)產(chǎn)生電子的過程,但電子不是原子核的組成部分,故A錯(cuò)誤;粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu),B錯(cuò)誤;氫原子核外電子軌道半徑越大,其能量越高,C錯(cuò)誤;原子從a能級(jí)狀態(tài)躍遷到b能級(jí)狀態(tài)時(shí)發(fā)射波長為1的光子,原子從b能級(jí)狀態(tài)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)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原子核發(fā)生一次衰變,該原子外層就失去一個(gè)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(shí),電子的動(dòng)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(shí)一定吸收核能答案AD解析衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子,電子釋放出來,不是來自核外電子,故A錯(cuò)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(shí),電子的動(dòng)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)合能大的原子核時(shí)會(huì)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(cuò)誤。6核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會(huì)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(xiǎn)。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(gè)中子B100個(gè)Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個(gè)C由于衰變時(shí)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(qiáng)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(gè)質(zhì)子,235個(gè)核子,143個(gè)中子,A錯(cuò)誤。半衰期是對(duì)大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,100個(gè)Pu經(jīng)過24100年后不一定還剩余50個(gè),B錯(cuò)誤。由于衰變時(shí)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(cuò)誤。衰變發(fā)出的射線是波長很短的光子,具有很強(qiáng)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(shí)驗(yàn)裝置。設(shè)該實(shí)驗(yàn)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(cuò)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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,約里奧居里夫婦用粒子轟擊鋁核Al,產(chǎn)生了第一個(gè)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(cuò)誤。11(2018天津高考)氫原子光譜在可見光區(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(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光,它們?cè)谡婵罩械牟ㄩL由長到短,可以判定()AH對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小B同一介質(zhì)對(duì)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(duì)應(yīng)的能量最小,根據(jù)hEmEn可知H對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小,A正確;H的頻率最小,同一介質(zhì)對(duì)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(cuò)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(cuò)誤。12(2018江蘇高考)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(dòng)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(jí)為105 m/s,方向與質(zhì)子初速度的方向一致答案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(dòng)量守恒定律,B正確;核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量守恒,C錯(cuò)誤;在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒,但會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損,所以D錯(cuò)誤;設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m,則Si*的質(zhì)量約為28m,由動(dòng)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(xiàng)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(shí)距今約11460年C核泄漏事故污染物能夠產(chǎn)生對(duì)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(jí)上,是原子具有分立能級(jí)的有力證據(jù),故A錯(cuò)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(gè)半衰期,6C的半衰期為5730年,則確定該生物死亡時(shí)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(qiáng),所以用來吸收核裂變產(chǎn)生的中子,故D錯(cuò)誤。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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