一輪考點(diǎn)復(fù)習(xí)學(xué)案第十三章第二節(jié)原子和原子核

第二節(jié)原子和原子核1．α粒子散射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：①大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍能沿原來的方向步進(jìn)；②少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)；③極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°，為了解釋此現(xiàn)象盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型。2．盧瑟福的原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核叫做原子核，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)電的電子在核外空間里繞核旋轉(zhuǎn)。3．玻爾原子理論的三條假設(shè)(1)能量量子化：原子只能處在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中(定態(tài))，電子雖然繞核作加速運(yùn)動(dòng)，但不輻射能量，原子是穩(wěn)定的。(2)能級(jí)躍遷：原子從一種定態(tài)(E初)躍遷到另一種定態(tài)(E末)時(shí)，要輻射(或吸收)一定頻率(或波長)的光子，光子的能量hυ＝hc/λ＝E初－E末。(3)軌道量子化：由于繞核旋轉(zhuǎn)的軌道半徑是不連續(xù)的，每一條可能軌道與原子的一個(gè)定態(tài)相對(duì)應(yīng)。4．氫原子的能級(jí)1．定態(tài)能量公式En＝E1/n2(n＝1,2,3…)2．軌道半徑公式rn＝n2r1(n＝1,2,3…)E1，r1是第一軌道的半徑和能量，n是量子數(shù)。E1＝－13.6ev；r1＝0.53×10－10m5．1896年貝克勒耳發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，揭示了原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。6．放射線的種類和性質(zhì)：(1)α射線：氦核eq\o\al(4,2)He流，其電離本領(lǐng)最強(qiáng)，貫穿本領(lǐng)很小，υ＝0.1c。(2)β射線：高速電子流，電離本領(lǐng)較強(qiáng)，貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)，υ＝0.9c。(3)γ射線：光子γ，高頻電磁波電離本領(lǐng)很小，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，υ＝c。7．原子核衰變的規(guī)律：α衰變：eq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)eγ衰變是伴隨α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的。8．半衰期τ：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間叫放射性元素的半衰期。如果反應(yīng)之前原子核的質(zhì)量為M，反應(yīng)之后原子核的質(zhì)量為m，半衰期為T，則m＝M(eq\f(1,2))t/T。9．具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子互稱同位素。10．幾個(gè)重要的原子核的人工轉(zhuǎn)變(1)盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子eq\o\al(1,1)H：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。(2)查德威克用α粒子轟擊鈹核發(fā)現(xiàn)中子eq\o\al(1,0)n：eq\o\al(9,4)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)約里奧居里夫婦用α粒子轟擊鋁發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子eq\o\al(0,1)e：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n。11．獲得核能的途徑：(1)重核的裂變：重核分裂成n個(gè)質(zhì)量較小的原子核：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n＋ΔE。(2)輕核的聚變：輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋ΔE。12．核反應(yīng)過程中能量守恒，滿足質(zhì)能方程：ΔE＝mc2。例1在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是()A．原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上B．正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的C．原子中存在著帶負(fù)電的電子D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中【解析】盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中使盧瑟福驚奇的就是少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，這是由于α粒子帶正電，而原子核極小，且原子核帶正電，A正確，B錯(cuò)誤。α粒子能接近原子核的機(jī)會(huì)很小，大多數(shù)α粒子都從核外的空間穿過，而與電子碰撞時(shí)如同子彈碰到塵埃一樣，運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生改變。C、D的說法沒錯(cuò)，但與題意不符?！敬鸢浮緼例2(多選)氫原子的部分能級(jí)如圖所示。已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間。由此可推知，氫原子()A．從高能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的波長比可見光的短B．從高能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光均為可見光C．從高能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的頻率比可見光的高D．從n＝3能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光為可見光【解析】從高能級(jí)向n＝1的能級(jí)躍遷的過程中輻射出的最大光子能量為10.20eV，不在1.62eV到3.11eV之間，所對(duì)應(yīng)光的波長最短，A正確。已知可見光子能量在1.62eV到3.11eV之間，從高能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的能量≤3.40eV，B錯(cuò)。從高能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的能量≤1.51eV<1.62eV，只有能量大于3.11eV的光的頻率才比可見光高，C錯(cuò)。從n＝3到n＝2的過程中釋放的光子的能量等于1.89eV，介于1.62eV到3.11eV之間，所以是可見光，D對(duì)?！敬鸢浮緼D例3(多選)三個(gè)原子核X、Y、Z，X核放出一個(gè)正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個(gè)氦核(He)，則下面說法正確的是()A．X核比Z核多一個(gè)質(zhì)子B．X核比Z核少一個(gè)中子C．X核的質(zhì)量數(shù)比Z核質(zhì)量數(shù)大3D．X核與Z核的總電荷是Y核電荷的2倍【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，寫出核反應(yīng)方程式為：eq\o\al(m,n)X→eq\o\al(m,n－1)Y＋eq\o\al(0,1)e，eq\o\al(m,n－1)Y＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(m－3,n－2)Z＋eq\o\al(4,2)He顯然，A是錯(cuò)誤的。X核的中子數(shù)為(m－n)，Z核的中子數(shù)為[(m－3)－(n－2)]，(m－n)－[(m－3)－(n－2)]＝1，可見X核比Z核多一個(gè)中子，B錯(cuò)誤。X核的質(zhì)量數(shù)m比Z核質(zhì)量數(shù)(m－3)大3，選項(xiàng)C正確。X核與Z核的總電荷數(shù)是n＋(n－2)＝2(n－1)，Y核電荷是(n－1)，選項(xiàng)D正確?！敬鸢浮緾D例4已知氮核質(zhì)量mN＝14.00753u，氧核質(zhì)量mO＝17.00454u，氦核質(zhì)量mHe＝4.00387u，質(zhì)子質(zhì)量mH＝1.00815u，試判斷核反應(yīng)：eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H是吸能反應(yīng)，還是放能反應(yīng)，能量變化多少？【解析】先計(jì)算出質(zhì)量虧損Δm，然后由1u相當(dāng)于931.5MeV能量代入計(jì)算即可。反應(yīng)前總質(zhì)量mN＋mHe＝18.01140u反應(yīng)后總質(zhì)量mO＋mH＝18.01269u因?yàn)榉磻?yīng)中質(zhì)量增加，所以此反應(yīng)為吸能反應(yīng)，所吸收能量ΔE＝Δmc2＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV＝1.2MeV【答案】吸能反應(yīng)，吸收能量1.2MeV1．在α粒子穿過金箔發(fā)生大角度散射的過程中，下列的哪些說法是正確的()A．α粒子一直受到金原子核的斥力作用B．α粒子的動(dòng)能不斷減小C．α粒子的電勢(shì)能不斷增大D．α粒子發(fā)生散射，是與電子碰撞的結(jié)果2．盧瑟福和他的助手做α粒子散射實(shí)驗(yàn)，獲得了重要發(fā)現(xiàn)。關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，下列說法中正確的是()A．證明了質(zhì)子的存在B．證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C．證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核里D．說明了原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動(dòng)3．(2015·北京)下列核反應(yīng)方程中，屬于α衰變的是()A.eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H B.eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)HeC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n D.eq\o\al(234,)90Th→eq\o\al(234,)91Pa＋0－1e4．在很多裝飾材料中，都不同程度地含有放射性元素。下列說法正確的是()A．α射線、β射線和γ射線都是電磁波B．在α、β、γ三種射線中，γ射線的電離能力最強(qiáng)C．氡的半衰期為3.8天，4個(gè)氡原子核經(jīng)過7.6天后一定只剩下1個(gè)氡原子核D．放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的5．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(yīng)：eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→a＋b＋2eq\o\al(1,0)n，則a＋b可能是()A.eq\o\al(140,)54Xe＋eq\o\al(93,36)Kr B.eq\o\al(141,)56Ba＋eq\o\al(92,36)KrC.eq\o\al(141,)56Ba＋eq\o\al(93,38)Sr D.eq\o\al(140,)54Xe＋eq\o\al(94,38)Sr6．(多選)下列說法正確的是()A．核聚變反應(yīng)方程可能為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,0)nB．鈾核裂變的核反應(yīng)方程可能為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC．發(fā)生β衰變時(shí)原子核放出電子，說明電子是原子核的組成部分D．中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，若該過程質(zhì)量虧損為Δm，則氘核的結(jié)合能為Δmc27．一個(gè)eq\o\al(235,)92U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程為eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，則下列敘述正確的是()A．X原子核中含有86個(gè)中子B．X原子核中含有141個(gè)核子C．因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，根據(jù)E＝mc2，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D．因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少8．(多選)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述中正確的有()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變B.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是β衰變C.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變D.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂變9．某放射性元素經(jīng)過114天有7/8的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為()A．11.4天 B．7.6天C．5.7天 D．3.8天10．右圖為氫原子能級(jí)的示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出若干不同頻率的光。關(guān)于這些光下列說法正確的是()A．最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n＝4能級(jí)躍到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的B．頻率最小的光是由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的C．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光D．用n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)11．用頻率為ν0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(cè)到頻率分別為ν1、ν2、ν3的3條譜線，且ν3＞ν2＞ν1，則()A．ν0＜ν1 B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.eq\f(1,ν1)＝eq\f(1,ν2)＋eq\f(1,ν3)12．氦氖激光器能產(chǎn)生三種波長的激光，其中兩種波長分別為λ1＝0.6328μm，λ2＝3.39μm。已知波長為λ1的激光是氖原子在能級(jí)間隔ΔE1＝1.96eV的兩個(gè)能級(jí)之間躍遷產(chǎn)生的。用ΔE2表示產(chǎn)生波長為λ2的激光所對(duì)應(yīng)的躍遷的能級(jí)間隔，則ΔE2的近似值為()A．10.50eV B．0.98eVC．0.53eV D．0.36eV13．(多選)中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，質(zhì)量虧損Δm，相應(yīng)的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的結(jié)合能。下列說法正確的是()A．用能量小于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核不能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子B．用能量等于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和為零C．用能量大于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和為零D．用能量大于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和不為零1．在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是()A．原子的絕大部分質(zhì)量和全部正電荷集中在一個(gè)很小的核上B．正電荷在原子中是均勻分布的C．原子中存在著帶負(fù)電的電子D．原子只能處在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中2．氫原子從第4能級(jí)躍遷到第2能級(jí)發(fā)出藍(lán)光，那么，當(dāng)氫原子從第5能級(jí)躍遷到第2能級(jí)應(yīng)發(fā)出()A．X射線 B．紅光C．黃光 D．紫光3.eq\o\al(232,)90Th(釷)經(jīng)過一系列α和β衰變，變成eq\o\al(208,)82Pb(鉛)，下列說法正確的是()A．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子B．鉛核比釷核少16個(gè)中子C．共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D．共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變4．原子核eq\o\al(238,92)U經(jīng)放射性衰變①變成原子核eq\o\al(234,90)Th，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,91)Pa，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,92)U。放射性衰變①、②和③依次為()A．α衰變、β衷變和β衰變B．β衰變、α衷變和β衰變C．β衰變、β衰變和α衰變D．α衰變、β衰變和α衰變5．如圖所示，我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國對(duì)國際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．147N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HC.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n6．(多選)關(guān)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(guān)C．放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D．α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)E．一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線7．氫原子的能級(jí)圖如圖所示。欲使一處于基態(tài)的氫原子釋放出一個(gè)電子而變成氫離子，該氫原子需要吸收的能量至少是()A．13.60eV B．10.20eVC．0.54eV D．27.20eV8．如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，下列說法正確的是______(填選項(xiàng)前的字母)。A．①表示γ射線，③表示α射線B．②表示β射線，③表示α射線C．④表示α射線，⑤表示γ射線D．⑤表示β射線，⑥表示α射線9．一個(gè)氘核(eq\o\al(2,1)H)與一個(gè)氚核(eq\o\al(3,1)H)發(fā)生聚變，產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)新核，并出現(xiàn)質(zhì)量虧損。聚變過程中()A．吸收能量，生成的新核是eq\o\al(4,2)HeB．放出能量，生成的新核是eq\o\al(4,2)HeC．吸收能量，生成的新核是eq\o\al(3,2)HeD．放出能量，生成的新核是eq\o\al(3,2)He10．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En＝eq\f(E1,n2)，其中n＝2,3，…。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為()A．－eq\f(4hc,3E1) B．－eq\f(2hc,E1)C．－eq\f(4hc,E1) D．－eq\f(9hc,E1)11．氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為ν1，從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光的頻率為ν2，已知普朗克常量為h，若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m，則()A．吸收光子的能量為hν1＋hν2B．輻射光子的能量為hν1＋hν2C．吸收光子的能量為hν1－h(huán)ν2D．輻射光子的能量為hν2－h(huán)ν112．質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3。當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，釋放的能量是(c表示真空中的光速)()A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c213．可見光光子的能量在1.61～3.10eV范圍內(nèi)。若氫原子從高能級(jí)躍遷到量子數(shù)為n的低能級(jí)的譜線中有可見光，根據(jù)氫原子能級(jí)圖可判斷n為()A．1 B．2C．3 D．414．(多選)下圖為氫原子的能級(jí)