專題15 原子結構與原子核教學案 2016年高考物理二輪復習資料解析版

1、 【2016考綱解讀】 本專題的內(nèi)容主要是動量及其守恒定律和原子物理學部分高考對本部分內(nèi)容的唯一級要求是動量守恒定律用動量守恒定律解決碰撞或原子核衰變類問題是近幾年新課標地區(qū)的命題熱點 高考對本部分內(nèi)容考查的重點和熱點有以下幾個方向：動量守恒定律及其應用；原子的能級躍遷；原子核的衰變規(guī)律；核反應方程的書寫；質量虧損和核能的計算；原子物理部分的物理學史和、三種射線的特點及應用等 選修命題會涉及有關原子、原子核或量子理論、動量問題，且動量問題一般以計算題的形式，其它問題則以填空或選擇性填空形式出現(xiàn) 來源:【重點知識梳理】 一、原子結構模型 項目 內(nèi)容 湯姆生模型 :來源 實驗基礎,電子的發(fā)現(xiàn):.來

2、源內(nèi)容:原子是一個球體,正電荷均勻分布在整個球內(nèi),電子像棗糕里的棗子樣鑲嵌在原子里面 核式結構 實驗基礎：粒子散射實驗 內(nèi)容:(1)原子的中心有一個很小的核,它集中了全部正電荷和幾乎所有質量; (2)電子繞核運動 玻爾模型2nrrn 、3)、(2核外電子只能在一些分立的軌道上運動軌道量子化:,1n11nEE 、3)1、, (2能量量子化:原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中n12nhEE :原子從一個定態(tài)躍遷至另一個定態(tài)時輻射或吸收能量,躍遷nmhEE只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情:(1)特別提醒原子的躍過條件:終初況 (2)至于實物粒子和原子碰撞情況,由于實物粒子的動能可

3、全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒. 原子受激發(fā)而向較高能級躍遷也可以使,子的動能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差 二、原子核的變化 1幾種變化方式的比較 項目 內(nèi)容 衰變 c的氦核,貫穿本領最弱,電離作用最強 :放出粒子,是速度約為0.1衰變c的電子,貫穿本領較強,電離作用較弱粒子,是速度約為0.99 衰變:放出 衰變 衰變：放出光子，貫穿本領最強，電離作用最弱 1t/mm()規(guī)律：經(jīng)一個半衰期質量減半， 02 重核 裂變235 用慢中子打擊時發(fā)生鏈式反應U,原料:鈾 92 鈾濃度足夠大；反應條件:(1) 體積大于臨界體積(2) 輕核 聚變1423n 反應方程:HHHe0112 :溫度達到

4、幾百萬度反應條件2.各種放射線性質的比較 3.三種射線在電磁場中的偏轉情況比較 圖131 如圖131所示，在勻強磁場和勻強電場中都是比的偏轉大，不偏轉；區(qū)別是：在磁場中偏OO點，也打在點；如果1丙圖中肯定打在轉軌跡是圓弧，在電場中偏轉軌跡是拋物線如圖13OOO點下方 也打在必打在則必打在點，則點下方；如果三、核力與質能方程的理解 1核力的特點 (1)核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，在它的作用范圍內(nèi)，核力遠大于庫侖力 15 m之內(nèi),作用范圍在1.5×10. (2)核力是短程力(3)每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用,這種性質稱為核力的飽和性. 2mcE 質能方程的理解2. 但核反應中依然有

5、質量虧損.質量數(shù)與質量是兩個不同的概念核反應中質量數(shù)、電荷數(shù)都守恒,(1),質量虧損也不是核子個數(shù)的減少,并不是這部分質量消失或質量轉化為能量,(2)核反應中的質量虧損. 核反應中核子的個數(shù)是不變的射線雖然靜質量為零，但動質量不為零，且虧損的(3)質量虧損不是否定了質量守恒定律，生成的 質量以能量的形式輻射出去特別提醒：在核反應中，電荷數(shù)守恒，質量數(shù)守恒，質量不守恒，核反應中核能的大小取決于質量虧2mcE. 損的多少，即 【高頻考點突破】 氫原子光譜原子結構考點一 其中正確的是 分(難度)下列有關原子結構和原子核的認識，30(1)例12015·福建理綜，6 ) ( 射線是高速運動的電

6、子流 A 氫原子輻射光子后，其繞核運動的電子動能增大B 能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變C太陽輻射 210210 克 天后還剩下經(jīng)過Bi克天，的半衰期是 BiD. 510010508383 B 答案 【變式探究】(2014·天津理綜，6，6分)(難度)(多選)下列說法正確的是( ) A玻爾對氫原子光譜的研究導致原子的核式結構模型的建立 B 可利用某些物質在紫外線照射下發(fā)出熒光來設計防偽措施 C天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的射線都能在電場或磁場中發(fā)生偏轉 D觀察者與波源互相遠離時接收到波的頻率與波源頻率不同 答案 BD 考點二 天然放射現(xiàn)象 核反應 核能 例2(2015·北京理綜，

7、14，6分)(難度)下列核反應方程中，屬于衰變的是( ) 1441712382344He B. UN A.HeOH Th2 8 922 71 900 1234234324e Pan D.Th HC.H He110 9112 904解析 衰變是重核自發(fā)的發(fā)出粒子的天然放射現(xiàn)象，其中粒子是He， 所以B正確； A為人2工轉變,C為輕核的聚變，D是衰變，故A、C、D皆 錯誤 答案 B 【變式探究】2014·新課標全國，35(1)，6分(難度)(多選)關于天然放射性，下列說 法正確的是_ A所有元素都可能發(fā)生衰變 B放射性元素的半衰期與外界的溫度無關 C 放射性元素與別的元素形成化合物時仍具

8、有放射性 D、和三種射線中，射線的穿透能力最強 E一個原子核在一次衰變中可同時放出、和三種射線 解析 原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能發(fā)生衰變，而原子序數(shù)小于 83 的部分元素能發(fā)生衰化，與核外電子的得失及環(huán)境溫度無關，故B、變，故A錯；放射性元素的衰變是原子核內(nèi)部結構的變 C項正確；在、三種 射線中，、為帶電粒子，穿透本領較弱，射線不帶電，具有較強的穿 透本領，故D項正確；一個原子核不能同時發(fā)生和衰變，故E項錯誤 答案 BCD 【經(jīng)典考題精析】abcd為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分、1，6分)(難度)圖中曲線、1(2015·重慶理綜，粒子的徑跡，氣泡室中磁感應強度方向垂直于

9、紙面向里以下判斷可能正確的是( ) ab為、粒子的徑跡 Aab為 、粒子的徑跡B cd為、粒子的徑跡C cd為 、粒子的徑跡D 解析 粒子是不帶電的光子，在磁場中不偏轉，選項B錯誤；粒子為氦核帶正電，由左手定則知向上偏轉，選項A、C錯誤；粒子是帶負電的電子，應向下偏轉，選項D正確 答案 D E13.6 eV. 難度)氫原子基態(tài)的能量為大量氫原子處于某，4分(22015·海南單科，17(1)1E，0.96頻率最小的光子的一激發(fā)態(tài)由這些氫原子可能發(fā)出的所有的光子中，頻率 最大的光子能量為1能量為_eV(保留2位有 效數(shù)字)，這些光子可具有_種不同的頻率 答案 0.31 eV 10 3(2

10、015·廣東理綜,18，6分)(難度)(多選)科學家使用核反應獲取氚，再利用氘和氚的核反應獲得能43234) ( He和HHX17.6 MeV，下列表述正確的有 HHeX量，核反應方程分別為：Y4.9 MeV22111 X A是中子6 BY 的質子數(shù)是3，中子數(shù)是 兩個核反應都沒有質量虧損C 氘和氚的核反應是核聚變反應 D61的質子 Y所以Y,YAX是根據(jù)核反應中質量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知解析 X，所以為中子，正確；應為30錯誤；兩核反應均有能量釋放，根據(jù)愛因斯坦質能方程，兩核反應都B，3，中子數(shù)為6，核子數(shù)為3數(shù)為有質量虧損，C錯誤；由聚變反應概念知，D正確 答案 AD 4(2015

11、·天津理綜,1，6分)(難度)物理學重視邏輯，崇尚理性，其理論總是建立在對事實觀察的基礎上下列說法正確的是( ) A天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結構的 B 電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子具有核式結構 C 粒子散射實驗的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的 D 密立根油滴實驗表明核外電子的軌道是不連續(xù)的 解析 放射性現(xiàn)象中釋放出了其他粒子,說明原子核內(nèi)部具有一定的結構，A正確；電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到：原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的，B錯誤；粒子散射實驗否定了湯姆遜提出的棗糕式原子模型，建立了核式結構模型，C錯誤；密立根油滴實驗測定了電子的電荷量，D錯誤 答案 A A點的原子核發(fā)生難度)實驗觀

12、察到，靜止在勻強磁場中衰變，衰分北京理綜，17，6)(5(2015· 變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，運動方向和軌跡示意如圖，則( ) A軌跡1是電子的，磁場方向垂直紙面向外 B軌跡2是電子的，磁場方向垂直紙面向外 C軌跡1 是新核的，磁場方向垂直紙面向里 D 軌跡2是新核的，磁場方向垂直紙面向里 答案 D 141462015·山東理綜,39(1)(難度)(多選)C發(fā)生放射性衰變成為N，半衰期 約5700年已知植141214束后,C的比例持續(xù)減少現(xiàn)通過測量得知，的比例不變；生命活動結與物存活期間，其體內(nèi)CC 某14) ( 是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一下列說法正確

13、的是 的比例正好C古木樣品中 a該古木的年代距今約5700年 121314 C具有相同的中子數(shù) C、C、b1414 射線 N的過程中放出cC衰變?yōu)?4 增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速 C的衰變d 答案 ac 72015·江蘇單科，12C(2)(3)(難度)(2)核電站利用原子核鏈式反應放出的 巨大能量進行發(fā)23523514489個中和Kr兩部分，并產(chǎn)生_U電，是核電站常用的核燃料.U受一個中子轟擊后裂變 成Ba36 92 92 56 子要使鏈式反應發(fā)生，裂變物質的體積要_(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積2727mmm粒子的質量 kgkg，中子的質量 (3)取質子的質量，1.672

14、 6×101.674 9×10 pn827c3.0×10 m/s.請計算粒子的 結合能6.646 7×10 kg，光速(計算結果保留兩位有效數(shù)字) 2351144891解析 (2)由質量數(shù)和電荷數(shù)守可知：UnBaKr3 n，可見產(chǎn)生 了3個中子，鏈式反應0360 92 56的一個條件是鈾燃料的體積必須大于或等于臨界體積 2212cmEmcEmm J. )4.3×10，可求：(22 (3)根據(jù)愛因斯坦質能方程np 12 J (3)4.3×10大于答案 (2)3 AX放出粒子后變成靜止的 原子核Y.已知X、82015·海南單科，

15、17(2)(難度)運動的原子核YZMmmc，和粒子的速度遠小于光速求反應后與反應前的總,和粒子的質量分別是、真空中的光速為21動能之差以及粒子的動能 解析 反應后由于存在質量虧損，所以反應前、后總動能之差等于質量虧損 而釋放出的能量，根據(jù)愛因斯坦質能方程可得 11222cm MvMmmv() x22122反應過程中三個粒子組成的系統(tǒng)動量守恒，故有 Mvmv x2M122mvMmmc. 聯(lián)立可得() 221mM22M22cmcmMmMm ( 答案() ) 2121mM21.【物理選修35【2014·新課標全國卷】(1)關于天然放射性，下列說法正確的是_ A所有元素都可能發(fā)生衰變 B放射

16、性元素的半衰期與外界的溫度無關 C放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性 D、和三種射線中，射線的穿透能力最強 E一個原子核在一次衰變中可同時放出、和三種射線 【答案】(1)BCD 2【2014·新課標卷】【物理選修35(1)在人類對微觀世界進行探索的過程中，科學實驗起到了非常重要的作用下列說法符合歷史事實的是_ A密立根通過油滴實驗測出了基本電荷的數(shù)值 B貝克勒爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核 CPoRa)兩種新元素 )和鐳(居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙(D盧瑟福通過粒子散射實驗證實了在原子核內(nèi)部存在質子 E湯姆遜通過陰極射線在電場和磁場中偏轉的實驗，發(fā)現(xiàn)

17、了陰極射線是由帶負電的粒子組成的，并測出了該粒子的比荷 ACE 【答案】(1)A項正確；盧瑟福通過(1)密立根通過油滴實驗測出了基本電荷的電量，粒子散射實驗建立了原【解析】BD兩項錯誤；居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙和鐳兩種子核式結構模型，發(fā)現(xiàn)了原子中心有一個核，、C項正確；湯姆遜通過研究陰極射線，并因此獲得了諾貝爾獎，發(fā)現(xiàn)了電子，并測出了電子的比荷，新元素，E項正確 mmm.當一個質子和一個中子結合成氘核時，釋3.【2014·北京卷】質子、中子和氘核的質量分別為和、312c表示真空中的光速)( 放的能量是() mmmcmmmc ( BA()33112222cmcmmmmm (C)

18、D()321321【答案】C 22cmmmmEmcmmmE、B，則， (C【解析】本題考查質能方程，正確，其中(A)313212 D錯誤AA的原子核發(fā)生彈性正碰若碰前原子核靜止，則碰撞前與4.【2014·全國卷】一中子與一質量數(shù)為>1) () ( 碰撞后中子的速率之比為AA11 B.A. AA112AA14）（C. D. 22AA）（11）【答案】A 5.【2014·福建卷】(1)如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出、三種射線，分別進入勻強電場和勻強磁場中，下列說法正確的是_(填選項前的字母) A表示射線，表示射線 B表示射線，表示射線 C表示射線，表示射線 D表示

19、射線，表示射線 【答案】(1)C 【解析】射線帶正電，射線帶負電，射線不帶電在勻強電場中，射線與射線分別在電場力 的作用下發(fā)生偏轉，射線偏向負極板，射線偏向正極板，射線不受電場力，不發(fā)生偏轉；在磁場中，由左手定則可以判斷射線向左偏，射線向右偏，射線不受洛倫茲力，不發(fā)生偏轉故C項正確 的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，下列說法正【2014·廣東卷】在光電效應實驗中，用頻率為6.) ( 確的是 A增大入射光的強度，光電流增大 B減小入射光的強度，光電效應現(xiàn)象消失 的光照射，一定不發(fā)生光電效應C改用頻率小于 的光照射，光電子的最大初動能變大D改用頻率大于 【答案】AD 1414，在某種5

20、.44×10Hz】(1)已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73×10Hz和7.【2014·江蘇卷】【選修35它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應，比較 _子具有較大的 D動量波長 B頻率 C能量A是一種天然放射性氣體，被吸入后，會對人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷它是世界衛(wèi)生組織公布的222氡(2)222222218天，則約86Rn的半衰期約為3.8主要環(huán)境致癌物質之一其衰變方程是86Rn84Po_已知 2221 g. 衰變后還剩經(jīng)過_天，16 g的86Rn (1)A 【答案】hW由可知截止頻率大的，逸出功也大兩種金屬的截止頻

21、率不同，則它們的逸出功也不同，由【解析】0mEWpEh知，其動量也較可知，用同樣的單色光照射，鈣逸出的光電子的最大初動能較小，由2kkhp 小，根據(jù)物質波知，其波長較長 4 ) 15.2 【答案】(2)He(或粒子24mmHe.根據(jù)【解析】根據(jù)核反應過程中電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可推得該反應的另一種生成物為原2余tt1?t ，解得天3.8×4知15.24 ?TT2nn2躍遷到氫原子能級如圖所示，當氫原子從】 (1)的能級時，輻射光3【物理8.【2014·山東卷】35的波長為656 nm.以下判斷正確的是_(雙選，填正確答案標) nn1的能級時，輻射光的波長大于656 nm a

22、氫原子從2躍遷到nn 的能級2躍遷到1的光照射，可使氫原子從325 nm用波長為bn3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生一群處于c3種譜線 nn3的能級2躍遷到d用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從 【答案】(1)cd 9.【2014·天津卷】下列說法正確的是( ) A玻爾對氫原子光譜的研究導致原子的核式結構模型的建立 B可利用某些物質在紫外線照射下發(fā)出熒光來設計防偽措施 C天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的射線都能在電場或磁場中發(fā)生偏轉 D觀察者與波源互相遠離時接收到波的頻率與波源頻率不同 【答案】BD 【解析】本題是對玻爾理論、天然放射現(xiàn)象及多普勒效應等知識的考查，粒子散射實驗導致原

23、子核式結構模型的建立，A錯誤；紫外線可以使熒光物質發(fā)光，B正確；天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的射線在電場或磁場中不會發(fā)生偏轉，C錯誤；觀察者和波源發(fā)生相對運動時，觀察者接收到的頻率就會發(fā)生改變，D正確 10.【2014·浙江卷】 (2)玻爾氫原子模型成功解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，氫原子能級圖如圖2所示，nn2的能級時，輻射出頻率為4的能級躍遷到_Hz當氫原子從的光子用該頻率的光照射逸出功為2.25 eV的鉀表面，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為_eV. 1934heJ·s)1.60×106.63×10C，普朗克常量電子電荷量( nE/eV 0 6 0.38 5 0.5

24、4 4 0.85 1.51 3 2 3.40 1 13.60 圖2 140.3 eV Hz 【答案】(2)6.2×10EEh4.08×100.85 )eV(3.40(2)本題考查能級、光電效應方程等知識由躍遷條件可知【解析】241419WEh，計算可得產(chǎn)生電，解得輻射出的光子的頻率為 J6.2×10Hz，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程k子的最大初動能為0.3 eV. m的碘131，經(jīng)過32天后，該藥物中【2014·重慶卷】碘11.131的半衰期約為8天，若某藥物含有質量為碘131的含量大約還有( ) mmmm A. B. C. D. 321648t1?mm，將

25、題目中的數(shù)據(jù)代入可得C【答案】C 【解析】本題考查元素的半衰期根據(jù)半衰期公式正確， 0?T2A、B、D錯誤 （2013·天津卷）1、下列說法正確的是（ ） A.原子核發(fā)生衰變時要遵守電荷守恒和質量守恒的規(guī)律 B.射線、射線、射線都是高速運動的帶電粒子流 C.氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子 D.發(fā)生光電效應時光電子的動能只與入射光的強度有關 本解析為名師解析團隊原創(chuàng)，授權獨家使用，如有盜用，依法追責！ 【答案】C 【考點定位】本題查原子核衰變、玻爾理論、光電效應，意在考查考生的理解能力。218222PoRn，半衰期為3.8衰變成為釙天（2013·大綱卷）16放

26、射性元素氡（；但勘測表明，）經(jīng)8486 222Rn的礦石，其原因是（ ）經(jīng)過漫長的地質年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素 86222Rn主要來自于其它放射元素的衰變目前地殼中的 A86222Rn的含量足夠高在地球形成的初期，地殼中元素 B86218218222PoPoRn的衰變進程 的增加會減慢積累到一定量以后，C當衰變產(chǎn)物848486222Rn主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期 D86【答案】A 【考點定位】考查放射性元素的衰變、半衰期及其相關知識。 （2013·重慶）2鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應： 23511U?n?a?b

27、?2n0920 則a+b可能是 9214193140Ba?KrKrXe? B A365636549391414140Xe?SrBa?Sr C D38565438【答案】D 【解析】由核電荷數(shù)和質量數(shù)守恒可知D項正確。 【考點定位】原子物理 206238PbU原子核的過程中，發(fā)生（2013·上海卷）7在一個衰變的次數(shù)為 原子核衰變?yōu)橐粋€8292(D)32次 (B)10次 (C)22次 次(A)6 A 【答案】?衰變，依據(jù)質量數(shù)平衡和電荷數(shù)平衡，則有平衡方程yx假設發(fā)生次衰變次【解析】 20602384ePb+xU=He+y92=82+2x+(-1)y238=206+4x+0*y ，因此

28、答案，解方程得y=6A正確，即，-192822【考點定位】 衰變方程的質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒 （2013·廣東卷）17.鈾核裂變是核電站核能的重要來源，其一種裂變反應是2358911144Ba?Kr?3?Unn ，下列說法正確的有03656092A.上述裂變反應中伴隨著中子放出 B.鈾塊體積對鏈式反應的發(fā)生無影響 C.鈾核的鏈式反應可人工控制 D.鈾核的半衰期會受到環(huán)境溫度的影響 【答案】AC 【解析】由鈾核裂變可知AC正確，B錯誤，鈾核的半衰期與物理、化學變化無關，故D錯誤。易錯選項B 【考點定位】核反應方程、核反應堆、半衰期，容易題 210206PbPo，此衰變過程的核反應方程是；用此衰變過放射性元素衰變?yōu)椋?013·上海卷）21828419F，可得到質量數(shù)為22的氖(Ne)元素和另一種粒子，此核反應過程的方程是程中發(fā)出的射線轟擊9。 2104419221206Pb+HeHe+F=Po=Ne+H 【答案】 1829228410 【考點定位】 核反應方程的質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒 （2013·北京卷