高考物理素養(yǎng)提升專題16原子結(jié)構(gòu)與原子核(解析)

高考物理修養(yǎng)提高專題16原子結(jié)構(gòu)與原子核(分析版)高考物理修養(yǎng)提高專題16原子結(jié)構(gòu)與原子核(分析版)高考物理修養(yǎng)提高專題16原子結(jié)構(gòu)與原子核(分析版)涵養(yǎng)提高微打破16原子結(jié)構(gòu)與原子核——認(rèn)知物體的微觀結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)與原子核原子結(jié)構(gòu)與原子核是近來(lái)兩年調(diào)整為必考考點(diǎn)，考試中一般以選擇題形式出現(xiàn)，難度不高，屬于理解記憶為主，但微觀結(jié)構(gòu)看不見(jiàn)，需要考生有豐富的想象能力建模能力。【2019·新課標(biāo)全國(guó)Ⅰ卷】氫原子能級(jí)表示圖以下列圖。光子能量在1.63eV~3.10eV的光為可見(jiàn)光。要使處于基態(tài)（n=1）的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見(jiàn)光光子，最少應(yīng)給氫原子供應(yīng)的能量為A．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.5leV【答案】A【剖析】由題意可知，基態(tài)（n=1）氫原子被激發(fā)后，最少被激發(fā)到n=3能級(jí)后，躍遷才可能產(chǎn)生能量在1.63eV~3.10eV的可見(jiàn)光。故E1.51(13.60)eV12.09eV。故本題選A。【涵養(yǎng)解讀】本題察看波爾原子理論和能級(jí)躍遷，意在察看考生的理解能力。1/9一、原子的核式結(jié)構(gòu)1．電子的發(fā)現(xiàn)英國(guó)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．α粒子散射實(shí)驗(yàn)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但少許α粒子穿過(guò)金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少許α粒子甚至被“撞了回來(lái)”?！镜淅?】【2019·江蘇卷】100年前，盧瑟福用粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子．此后，人們用粒子轟擊60αα28Ni核也打出了質(zhì)子：24He+2860Ni2962Cu+11HX；該反應(yīng)中的X是（選填“電子”“正電子”或“中子”）．此后，對(duì)原子核反應(yīng)的連續(xù)研究為核能利用供應(yīng)了可能．當(dāng)先人類獲得核能的主要方式是（選填“核衰變”“核裂變”或“核聚變”）。【答案】中子核裂變【剖析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：X應(yīng)為：01n即為中子，由于衰變是自覺(jué)的，且周期與外界要素沒(méi)關(guān)，核聚變目前還無(wú)法控制，因此目前獲得核能的主要方式是核裂變；【涵養(yǎng)解讀】本題經(jīng)過(guò)原子核的人工轉(zhuǎn)變察看了核反應(yīng)方程中的質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒等規(guī)律。察看考生的理解能力，表現(xiàn)了物理看法中的物質(zhì)看法要素。2/9二、能級(jí)躍遷氫原子的能級(jí)圖【典例2】如圖是氫原子的能級(jí)表示圖。當(dāng)氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)時(shí)，輻射出光子a；從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，輻射出光子b。以下判斷正確的選項(xiàng)是A．在真空中光子a的波長(zhǎng)大于光子b的波長(zhǎng)B．光子b可使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)C．光子a可能使處于n＝4能級(jí)的氫原子電離D．大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多輻射2種不相同的譜線【答案】A【剖析】氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)的能級(jí)差小于從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)的能級(jí)差，依照Em－En＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，因此光子a的頻率小于光子b的頻率，在真空中光子a的波長(zhǎng)大于光子b的波長(zhǎng)，故A正確；光子b的能量小于基態(tài)與任一激發(fā)態(tài)的能級(jí)差，因此不能夠被基態(tài)的原子吸取，故B錯(cuò)誤；依照Em－En＝hν可知光子a的能量小于n＝4能級(jí)氫原子的電離能，因此不能夠使處于n＝4能級(jí)的氫原子電離，C錯(cuò)誤；大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多輻射3種不相同的譜線，故D錯(cuò)誤?！竞B(yǎng)解讀】本題察看波爾原子理論和能級(jí)躍遷，是對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)知和物理模型成立能力要求的表現(xiàn)。3/9三、原子核的衰變規(guī)律1．原子核的組成原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。2．天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象：元素自覺(jué)地放出射線的現(xiàn)象，第一由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子核擁有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。(2)三種射線組成符號(hào)電荷量質(zhì)量電離能力穿透能力α射線氦核4＋2e4u最強(qiáng)最弱2Heβ射線電子－10e－eu較強(qiáng)較強(qiáng)1840γ射線光子γ00最弱最強(qiáng)3.原子核的衰變(1)衰變：原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。(2)分類AA－－44X→Y＋HeAA0β衰變：ZX→Z＋1Y＋－1e。(3)半衰期：放射性元素的原子核有多數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。半衰期由原子核內(nèi)部自己的要素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)沒(méi)關(guān)?！镜淅?】【2017·全國(guó)卷Ⅱ】一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核，衰變方程為以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A．衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)間D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量

238U→234Th＋4He。92902【答案】B【剖析】靜止的鈾核在衰變過(guò)程中依照動(dòng)量守恒定律，由于系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，因此衰變后產(chǎn)生的釷核和α粒子的動(dòng)量等大反向，即pThα，B項(xiàng)正確；因此有2mThEkTh＝αEkα，由于釷核和α粒子＝p2m的質(zhì)量不等，因此衰變后釷核和α粒子的動(dòng)能不等，A項(xiàng)錯(cuò)誤；依照半衰期的定義可知，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于衰變過(guò)程釋放能量，依照愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知，衰變過(guò)程有質(zhì)量損失，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4/9【涵養(yǎng)解讀】本題察看原子核的衰變及動(dòng)量守恒知識(shí)。原子核衰變過(guò)程中，能夠以為系統(tǒng)的合外力為零，因此系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，衰變過(guò)程中釋放能量，依照愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知，此過(guò)程有質(zhì)量損失。四、核反應(yīng)方程與核能計(jì)算1．核反應(yīng)的四各種類種類可控性核反應(yīng)方程典例衰α衰變自覺(jué)238U→234492902Th＋He變?chǔ)滤プ冏杂X(jué)234234090Th→91Pa＋－1e144He→1717821人工(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)49121人工控制2He＋4Be→6C＋0n轉(zhuǎn)變(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)1327Al＋24He→1530P＋01n(約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)人30300工放射性)15P→14Si＋＋1e比較簡(jiǎn)單2351n→144Ba＋89192056360重核U＋Kr＋3n進(jìn)行人工2351136901裂變控制92U＋0n→54Xe＋38Sr＋100n輕核聚變很難控制23411H＋1H→2He＋0n2.核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常有基本粒子的符號(hào)，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子114(1H)、中子(0n)、α粒子(2He)、β0023粒子(－1e)、正電子(+1e)、氘核(1H)、氚核(1H)等。(2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程可否正確的依照，由于核反應(yīng)不能逆，因此書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“→”表示反應(yīng)方向。(3)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。3．對(duì)質(zhì)能方程的理解(1)必然的能量和必然的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即E＝mc2。方程的含義：物體擁有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡(jiǎn)單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也減少。(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量損失m，其能量也要相應(yīng)減少，即E＝mc2。(3)原子核分解成核子時(shí)要吸取必然的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加m，吸取的能量為E＝mc2。5/94．核能的計(jì)算方法(1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖：正確書寫計(jì)算質(zhì)量利用E＝mc2核反應(yīng)方程→損失m→計(jì)算釋放的核能(2)核反應(yīng)遵守動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律，因此我們能夠結(jié)合動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律來(lái)計(jì)算核能。在動(dòng)量守恒方程中，各質(zhì)量都可用質(zhì)量數(shù)表示。(3)依照核子比結(jié)合能來(lái)計(jì)算結(jié)合能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)?！镜淅?】【2018·全國(guó)卷Ⅲ】1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核27Al，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性13核素X：α＋27Al→n＋X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為13A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31【答案】B【剖析】將核反應(yīng)方程式改寫成24He＋1327Al→01n＋X，由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知，X應(yīng)為1530X，B正確?！竞B(yǎng)解讀】本題察看核反應(yīng)方程中的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，意在察看考生的記憶和運(yùn)算能力。1．【2018·天津高考】氫原子光譜在可見(jiàn)光地域內(nèi)有四條譜線H、H、H和H，都是氫原子中電子從量子αβγδ數(shù)n>2的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光，它們?cè)谡婵罩械牟ㄩL(zhǎng)由長(zhǎng)到短，能夠判斷αA．H對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小B．同一介質(zhì)對(duì)Hα的折射率最大δC．同一介質(zhì)中H的流傳速度最大D．用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則Hβ也必然能2．【2019·東北三校模擬】以下列圖為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)表示圖，利用釙210(84Po)衰變放出的α粒子轟擊鈹(94Be)，產(chǎn)生的粒子P能將白臘中的質(zhì)子打出來(lái)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是6/9A．α粒子是氦原子B．粒子Q的穿透能力比粒子P的強(qiáng)C．釙的α衰變方程為210Po→208484822D．α粒子轟擊鈹?shù)暮朔磻?yīng)方程為42He＋94Be→126C＋10n3．“慧眼”察看的范圍是美麗的銀河系，γ射線暴是主要研究的對(duì)象之一。γ射線暴是來(lái)自天空中某一方向的γ射線強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)突然增強(qiáng)，隨后又迅速減弱的現(xiàn)象，它是僅次于宇宙大爆炸的爆發(fā)現(xiàn)象。以下關(guān)于γ射線的論述中正確的選項(xiàng)是A．γ射線同α、β射線相同，都是高速帶電粒子流B．γ射線的穿透能力比α射線強(qiáng)，但比β射線弱C．γ射線是原子核能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的D．利用γ射線能夠使空氣電離，除掉靜電4．【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(guò)2T后，剩有的A和B質(zhì)量之比為( )A．1∶4B．1∶2C．2∶1D．4∶15．【2018·天津高考】國(guó)家大科學(xué)工程——中國(guó)散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，能夠?yàn)橹T多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用供應(yīng)先進(jìn)的研究平臺(tái)。以下核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是A.14N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生17O并放出一個(gè)粒子78B.27301315118并放出一個(gè)粒子C.5B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生4Be6Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生3并放出一個(gè)粒子326．以下列圖是氫原子從n＝3、4、5、6能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)輻射的四條光譜線，其中頻率最大的是7/9A．HαB．HβC．HγD．Hδ7．【2019·周口模擬】(多項(xiàng)選擇)盧瑟福經(jīng)過(guò)用α粒子(4142He)轟擊氮核(7N)的實(shí)驗(yàn)，首次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，則以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A．該核反應(yīng)的方程為4141712He＋7N→8O＋1HB．經(jīng)過(guò)此實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子C．原子核在人工轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，電荷數(shù)能夠不守恒．在此實(shí)驗(yàn)中，核子反應(yīng)前的總質(zhì)量必然等于反應(yīng)后的總質(zhì)量8/9c，可得ναβγδnαA正確；光在同1．A依照ν＝λ－E＝hν，知H一介質(zhì)中流傳，頻率越高，折射率越大，而流傳速度v＝c，則Hαδn的折射率最小，H的流傳速度最小，故B、C錯(cuò)誤；光的頻率達(dá)到截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，因此用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，而Hβ則不用然能2．Dα粒子是氦原子核，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；粒子P是中子，粒子Q是質(zhì)子，由于質(zhì)子帶正電，當(dāng)質(zhì)子射入物體時(shí)，碰到庫(kù)侖力的作用會(huì)阻攔質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)，而中子不帶電，不受庫(kù)侖力作用，粒子P的穿透能力比粒子Q的強(qiáng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在釙衰變中，依照質(zhì)量數(shù)守恒知產(chǎn)生的是206491282246Pb，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；He＋Be→1D正確。C＋0n是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，選項(xiàng)3．Cγ射線是電磁波，不是高速帶電粒子流，A錯(cuò)誤；α、β、γ三種射線中，γ射線能量最高，穿透能力最強(qiáng)，B錯(cuò)誤；利用α射線的電離作用能夠使空氣電離，將靜電泄出，從而除掉有害靜電，D錯(cuò)誤；γ射線是原子核能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，C正確。12T112T14．B依照衰變規(guī)律，經(jīng)過(guò)2T后A剩有的質(zhì)量mA＝2Tm0＝m0，B剩有的質(zhì)量mB＝22Tm0＝m0，42因此mA1，應(yīng)選項(xiàng)B正確。B＝m25．B依照質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，各選項(xiàng)核反應(yīng)方程以下：144171錯(cuò)誤；274307N＋2H