（江苏专用）2020高考物理二轮复习 第一部分 专题五 动量与原子物理学 第三讲 原子结构与原子核课

第三讲原子结构与原子核123课前自测诊断课堂重点攻坚课后“达标”检测考点一原子结构与原子光谱释疑3大考点本考点是对原子结构模型及原子光谱问题的考查，题型为选择题，难度一般，主要考查考生的理解和分析能力。建议考生自学为主。(一)理清知识体系(二)掌握解题思路1．原子核与原子体积相比，原子核体积太小，故诊断卷第1题中α粒子靠近原子核受到大的库仑斥力的机会太小，故发生大角度散射的α粒子数也很少。2．按照玻尔的氢原子模型，电子在各轨道上稳定运动时ke2r2＝mv2r，可得12mv2＝ke22r，可知，氢原子的核外电子向靠近原子核的轨道跃迁时，电子动能增大，库仑力增大，库仑力做正功，系统电势能减少，原子能量减少，如诊断卷第2题。3．大量处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为C2n，如诊断卷第3题中C25＝10，第4题中C23＝3；而一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为n－1。4．氢原子在能级之间发生跃迁时，吸收或放出的光子频率是某些特定值，但使处于某能级的氢原子发生电离，吸收的能量或光子的频率可以是高于某一特定值的任意值，如诊断卷第2题选项C，第5题第(3)问。[题点全练]1．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有()A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内B．玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，说明玻尔提出的原子定态概念是错误的C．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释光谱的分立特征和原子的稳定性D．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据解析：汤姆孙发现电子后猜想出原子核内的正电荷是均匀分布的，故A错误；玻尔原子理论虽然无法解释较复杂原子的光谱现象，但玻尔提出的原子定态概念是正确的，故B错误；卢瑟福提出的原子核式结构模型，无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故C错误；α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，故D正确。答案：D2.(2019·南京、盐城三模)氢原子的能级图如图所示，现让光子能量为E的一束光照射到大量处于基态的氢原子上，氢原子能发出3种不同频率的光，那么入射光光子的能量E为________eV。若某种金属的逸出功为3.00eV，则用上述原子发出的三种光照射该金属，产生的光电子的最大初动能的最大值为______eV。解析：受激的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，知跃迁到第3能级，则吸收的光子能量为ΔE＝－1.51eV＋13.6eV＝12.09eV。用上述原子发出的三种光照射该金属，产生的光电子的最大初动能的最大值，对应的光子的能量值也最大，为12.09eV，由光电效应方程可得：Ekm＝hν－W0＝12.09eV－3.00eV＝9.09eV。答案：12.099.093．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝E1n2，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．－4hc3E1B．－2hcE1C．－4hcE1D．－9hcE1解析：氢原子在第一激发态的能量为E2＝E122＝E14，使氢原子电离需要的能量要大于E2－E1＝－3E14，故需要最小频率的光子hν＝－34E1，此时波长为最大，λ＝－4hc3E1。故A正确。答案：A考点二原子核的衰变半衰期本考点常考原子核α衰变和β衰变的规律、三种射线的特性及半衰期问题的有关计算，可以选择题的形式命题，难度一般，考生只要记忆并理解相关知识，再做一些对应练习，便可轻松应对。建议考生适当关注即可。(一)理清知识体系(二)辨析常考问题1．α粒子、β粒子、γ射线粒子分别为42He、0－1e、光子，它们的组成不同，特性不同，在电场、磁场中的偏转规律也不同，如诊断卷第7题。2．α衰变和β衰变次数的确定方法：由于β衰变不改变质量数，故诊断卷第8题中可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。3．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核，此规律不适用，半衰期大小与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关，利用半衰期进行考古、科研等方面的推算比较可靠，如诊断卷第9题。[题点全练]1．[多选]目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是()A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个原子核了B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4解析：半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，故A错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，故B正确；γ射线一般伴随α或β射线产生，三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故C正确；α衰变时，电荷数少2，质量数少4，中子数少2，故D错误。答案：BC2．[多选]下列说法中正确的是()A．放射性元素的半衰期与温度、压强无关B．玻尔理论认为，原子中的核外电子轨道是量子化的C．“原子由电子和带正电的物质组成”是通过卢瑟福α粒子散射实验判定的D．天然放射性元素23290Th(钍)共经过4次α衰变和6次β衰变变成20882Pb(铅)解析：放射性元素的半衰期只和本身的性质有关，与外界因素无关，A正确；玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的，故B正确；卢瑟福α粒子散射实验说明了原子的核式结构模型，C错误；设衰变过程经历了x次α衰变、y次β衰变，则由电荷数与质量数守恒得：232＝208＋4x,90＝82＋2x－y，得x＝6，y＝4，D错误。答案：AB3.23892U经一系列的衰变后变为20682Pb。(1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)20682Pb与23892U相比，求质子数和中子数各少多少？(3)写出这一衰变过程的方程。解析：(1)发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0－1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋82＝92,4x＋206＝238，解得x＝8，y＝6，故衰变过程中共有8次α衰变和6次β衰变。(2)20682Pb的质子数为82，中子数为206－82＝124，23892U的质子数为92，中子数为238－92＝146所以20682Pb比23892U质子数少10，中子数少22。(3)根据质量数和电荷数守恒可知，核反应方程为23892U→20682Pb＋842He＋60－1e。答案：(1)86(2)1022(3)23892U→20682Pb＋842He＋60－1e考点三核反应方程与核能计算本考点常考核反应方程的书写、分类及核能的计算问题，可以选择题的形式出现，若与动量守恒定律或能量守恒定律相交汇，也可以计算题的形式出现，难度中等偏上。需要考生学会灵活变通。(一)理清知识体系(二)掌握两种技能1．核反应方程的书写与分类(1)必须遵循的两个规律：质量数守恒、电荷数守恒。由此可以确定具体的反应物或生成物。(2)必须熟记基本粒子的符号：如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等。(3)并不是生成物中有42He的就为α衰变，如诊断卷第10题的选项A、B。2．核能的理解与计算(1)比结合能越大，原子核结合的越牢固，如诊断卷第14题中42He核比63Li核更稳定。(2)到目前为止，核能发电还只停留在利用裂变核能发电。(3)核能的计算方法：①根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，如诊断卷第13题选项D中，ΔE＝Δmc2＝4.0×10－12J。②根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)。③如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。[题点全练]1．在核反应方程21H＋31H→42He＋X中，已知21H的质量为2.0136u，31H的质量为3.0180u，42He的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u。则下列说法中正确是()A．X是中子，该反应释放能量B．X是质子，该反应释放能量C．X是中子，该反应吸收能量D．X是质子，该反应吸收能量解析：根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：X的质量数为1，核电荷数为0，所以X是中子；反应前质量为2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反应后质量为4.0026u＋1.0087u＝5.0113u，即得核反应后质量亏损，所以该反应释放能量。故A正确。答案：A2．[多选](2019·江苏二市联考)铀核裂变的一种方程为23592U＋X→9438Sr＋14054Xe＋210n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法正确的有()A．X粒子是中子B．X粒子是质子C．23592U、9438Sr、14054Xe相比，9438Sr的比结合能最大，最稳定D．23592U、9438Sr、14054Xe相比，23592U的质量数最多，结合能最大，最稳定解析：根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，选项A正确，B错误。根据图像可知23592U、9438Sr、14054Xe相比，9438Sr的比结合能最大，最稳定；23592U的质量数最多，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，选项C正确，D错误。答案：AC3.如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是()A．铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些解析：铀235容易吸收慢中子后发生裂变反应，故A错误；快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，故B正确；控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，故C、D错误。答案：B