2020年高考物理素养提升专题16 原子结构与原子核(原卷版)

素养提升微突破16 原子结构与原子核
——认知物体的微观结构
原子结构与原子核
原子结构与原子核是最近两年调整为必考考点，考试中一般以选择题形式出现，难度不高，属于理解记忆为主，但微观结构看不见，需要考生有丰富的想象能力建模能力。

氢原子能级示意图如图所示。

光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光为可见光。

要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为
A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.5l eV
一、原子的核式结构
1．电子的发现
英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。

2．α粒子散射实验 (1)α粒子散射实验装置
(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”。

100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击6028Ni 核也打出了质子：
460621
228291He+Ni Cu+H X
→+；该反应中的X 是 （选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反
应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是 （选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。

二、能级跃迁
氢原子的能级图
如图是氢原子的能级示意图。

当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射出光子a；从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射出光子b。

以下判断正确的是
A．在真空中光子a的波长大于光子b的波长
B．光子b可使氢原子从基态跃迁到激发态
C．光子a可能使处于n＝4能级的氢原子电离
D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射2种不同的谱线
三、原子核的衰变规律
1．原子核的组成
原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。

质子带正电，中子不带电。

2．天然放射现象
(1)天然放射现象：元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。

天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。

(2)三种射线
构成符号电荷量质量电离能力穿透能力
α射线氦核42He＋2e 4 u最强最弱
3.原子核的衰变
(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。

(2)分类
α衰变：A Z X→A－4
Y＋42He
Z－2
β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e。

(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。

【2017·全国卷Ⅱ】一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为238 92U→234 90Th＋42He。

下列说法正确的是
A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间
D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
【答案】B
【解析】静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒定律，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和α粒子的动量等大反向，即p Th＝pα，B项正确；因此有2m Th E kTh＝2mαE kα，由于钍核和α粒子的质量不等，因此衰变后钍核和α粒子的动能不等，A项错误；根据半衰期的定义可知，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，D项错误。

四、核反应方程与核能计算
1．核反应的四种类型
2.核反应方程式的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。

如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(－1 0e)、正电子(+1 0e)、氘核(21H)、氚核(31H)等。

(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。

(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。

3．对质能方程的理解
(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。

方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。

(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。

(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。

4．核能的计算方法
(1)应用质能方程解题的流程图：
正确书写核反应方程→
计算质量
亏损Δm
→
利用ΔE＝Δmc2
计算释放的核能
(2)核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能。

在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示。

(3)根据核子比结合能来计算结合能：
原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。

【2018·全国卷Ⅲ】1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋2713Al→n＋X。

X的原子序数和质量数分别为
A．15和28B．15和30
C．16和30 D．17和31
1．【2018·天津高考】氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n＝2的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定
A．Hα对应的前后能级之差最小
B．同一介质对Hα的折射率最大
C．同一介质中Hδ的传播速度最大
D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能
2．【2019·东北三校模拟】如图所示为查德威克发现中子的实验示意图，利用钋(21084Po)衰变放出的α粒子轰击铍(94Be)，产生的粒子P能将石蜡中的质子打出来，下列说法正确的是
A．α粒子是氦原子
B．粒子Q的穿透能力比粒子P的强
C．钋的α衰变方程为21084Po→20882Pb＋42He
D．α粒子轰击铍的核反应方程为42He＋94Be→126C＋10n
3．“慧眼”观测的范围是美丽的银河系，γ射线暴是主要研究的对象之一。

γ射线暴是来自天空中某一方向的γ射线强度在短时间内突然增强，随后又迅速减弱的现象，它是仅次于宇宙大爆炸的爆发现象。

下列关于γ射线的论述中正确的是
A．γ射线同α、β射线一样，都是高速带电粒子流
B．γ射线的穿透能力比α射线强，但比β射线弱
C．γ射线是原子核能级跃迁时产生的
D．利用γ射线可以使空气电离，消除静电
4．【2018·江苏高考】已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，
剩有的A和B质量之比为()
A．1∶4 B．1∶2
C．2∶1 D．4∶1
5．【2018·天津高考】国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。

下列核反应中放出的粒子为中子的是
A.14 7N俘获一个α粒子，产生17 8O并放出一个粒子
B.2713Al俘获一个α粒子，产生3015P并放出一个粒子
C.11 5B俘获一个质子，产生84Be并放出一个粒子
D.63Li俘获一个质子，产生32He并放出一个粒子
6．如图所示是氢原子从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线，其中频率最大的是
A．HαB．Hβ
C．HγD．Hδ
7．【2019·周口模拟】(多选)卢瑟福通过用α粒子(42He)轰击氮核(147N)的实验，首次实现了原子核的人工转变，则下列说法中正确的是
A．该核反应的方程为42He＋147N→178O＋11H
B．通过此实验发现了质子
C．原子核在人工转变的过程中，电荷数可以不守恒
D．在此实验中，核子反应前的总质量一定等于反应后的总质量。