2019年高考物理专题复习：原子结构专题
课标版高考物理学科复习题五原子物理与物理学史第16讲选择题对“原子物理学”的考查限时练含解析46
选择题对“原子物理学”的考查[A组基础题练熟练快]1．(2019·甘肃张掖三诊)下列说法正确的是( )A．光电效应和康普顿效应揭示了光具有波粒二象性B．牛顿第一定律是利用逻辑推理对实验事实进行分析的产物，能够用实验直接验证C．英国物理学家汤姆孙发现了电子，否定了“原子不可再分”的观点D．爱因斯坦首先把能量子的概念引入物理学，否定了“能量连续变化”的观点解析：光电效应和康普顿效应揭示了光具有粒子性，A错误；牛顿第一定律是利用逻辑推理对实验事实进行分析的产物，不能够用实验直接验证，B错误；英国物理学家汤姆孙发现了电子，否定了“原子不可再分”的观点，C正确；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，D错误．答案：C2．(2019·宜宾二诊)我国科学家潘建伟院士预言十年左右量子通信将“飞”入千家万户．在通往量子论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是( ) A．爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象B．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念C．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念D．普朗克把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性解析：爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象，选项A正确；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，选项B错误；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，故C错误；德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，选项D错误．答案：A3．2018年中国散裂中子源(CSNS)将迎来验收，目前已建设的3台谱仪也将启动首批实验．有关中子的研究，下列说法正确的是( )A．Th核发生一次α衰变，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子D．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性解析：α衰变的本质是发生衰变的核中减少2个质子和2个中子形成氦核，所以一次α衰变，新核与原来的核相比，中子数减少了2，选项A错误；裂变是较重的原子核分裂成较轻的原子核的反应，而该反应是较轻的原子核的聚变反应，选项B错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核(94Be)获得碳核(12 6C)的实验发现了中子，选项C错误；所有粒子都具有波粒二象性，选项D正确．答案：D4．(2019·湖南师大附中模拟)图甲为研究光电效应的电路图；图乙为静止在匀强磁场中的某种放射性元素的原子核AZ X 衰变后产生的新核Y 和某种射线的径迹．下列说法不正确的是( )A ．图甲利用能够产生光电效应的两种(或多种)频率已知的光进行实验可测出普朗克常量B ．图甲电源的正负极对调，在光照条件不变的情况下，可研究得出光电流存在饱和值C ．图乙对应的衰变方程为A Z X→42He ＋A －4Z －2YD ．图乙对应的衰变方程为 A Z X→ 0－1e ＋ A Z ＋1Y解析：根据光电效应方程得eU 遏＝hν－W 0，其中W 0为金属的逸出功，所以h ＝eU 遏＋W 0ν，图甲利用能够产生光电效应的两种(或多种)频率已知的光进行实验可测出普朗克常量，故A 正确；对于一定的光照条件，产生的光电子数目相等，将电源的正负极对调，调节电压，最多能使所有光电子达到另一极板，此时即可研究得出光电流饱和值，故B 正确；由图乙可看出，原子核衰变后放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同，而两者速度方向相反，则知两者的电性相反，新核带正电，则放出的必定是β粒子(电子)，发生了β衰变，故C 错误，D 正确．答案：C5．(2019·辽宁大连联考)下列说法正确的是( )A ．频率越低的光，粒子性越显著B ．无论光强多强，只要入射光的频率小于金属的截止频率，就不能发生光电效应C ．氢原子吸收光子后，电子运动的轨道半径变大，动能也变大D ．发生β衰变时，新核的核电荷数不变解析：频率越低的光，光子的能量值越小，其动量越小，粒子性越不显著，故A 错误．光电效应实验中，无论入射光多强，只要入射光的频率低于金属的截止频率，就不可能发生光电效应，故B 正确；氢原子吸收光子后，电子运动的轨道半径变大，根据k e 2r 2＝mv 2r，可知电子的动能减小，故C 错误；发生β衰变时，原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，新核的质量数不变，核电荷数增加一个，故D 错误．答案：B6．(多选)(2019·全国大联考)关于近代物理，下列说法正确的是( )A．放射性元素的半衰期与压强有关，压强越高，半衰期越大B．光电效应中，光电子的最大初动能与照射光光子能量成正比C．比结合能是结合能与核子数之比，比结合能越大，原子核越稳定D．一个处于n＝6的激发态的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出5种不同频率的光解析：放射性元素的半衰期与外部的物理条件以及所处的化学状态均无关，选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W0，光电效应中，光电子的最大初动能E km随照射光光子能量hν的增大而增大，但不是成正比关系，选项B错误；比结合能是结合能与核子数之比，比结合能越大，原子核分解成核子需要的能量越大，原子核越稳定，选项C正确；一个处于n＝6的激发态的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出(6－1)即5种不同频率的光，选项D 正确．答案：CD7．(多选)(2019·安徽宣城二次调研)下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是( )A．图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子B．图乙：用中子轰击铀核使其发生裂变，链式反应会释放出巨大的核能C．图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的D．图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构解析：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，故A错误；用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能，故B正确；玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确；汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构，故D错误．答案：BC8．(多选)(2019·哈尔滨六中二模)某半导体激光器发射波长为1.5×10－6m，功率为5.0×10－3 W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，该激光器发出的( )A．是紫外线B．是红外线C．光子能量约为1.3×10－13 JD．光子数约为每秒3.8×1016个解析：波长的大小大于可见光的波长，属于红外线，故A错误，B正确．光子能量ε＝h cλ＝6.63×10－34×3×1081.5×10－6J＝1.326×10－19 J，故C错误．每秒钟发出的光子数n＝Ptε≈3.8×1016，故D正确．答案：BD9．(多选)(2019·广东珠海联考)下列说法正确的是( )A．α粒子散射实验说明原子内部具有核式结构B．在21H＋31H→42He＋X中，X表示质子C．重核的裂变和轻核的聚变都是质量亏损的放出核能过程D．一个氢原子从n＝1能级跃迁到n＝2能级，必需吸收光子解析：卢瑟福的α粒子散射实验说明原子的核式结构模型，故A正确．根据质量数与质子数守恒，可知，X的质量数是1，电荷数是0，表示中子，故B错误．重核的裂变和轻核的聚变都存在质量亏损，从而放出核能，故C正确．根据跃迁公式，可知，一个氢原子从n＝1能级跃迁到n＝2能级，必须吸收能量，可能是吸收光子，也可能是电子与其他的电子发生碰撞而吸收能量，故D错误．故选A、C.答案：AC[B组中难题目练通抓牢]10.(2019·天一大联考)如图所示为光电管的示意图，光照时两极间可产生的最大电压为0.5 V．若光的波长约为6×10－7 m，普朗克常量为h，光在真空中的传播速度为c，取hc＝2×10－25J·m，电子的电荷量为1.6×10－19 C，则下列判断正确的是( )A．该光电管K极的逸出功大约为2.53×10－19 JB．当光照强度增大时，极板间的电压会增大C．当光照强度增大时，光电管的逸出功会减小D．若改用频率更大、强度很弱的光照射时，两极板间的最大电压可能会减小解析：该光电管K 极的逸出功大约为W 0＝hc λ－Ue ＝2×10－256×10－7 J －0.5×1.6×10－19 J≈2.53×10－19 J ，选项A 正确；当光照强度增大时，极板间的电压不变，选项B 错误；光电管的逸出功由材料本身决定，与光照强度无关，选项C 错误；在光电效应中，根据光电效应方程知，E km ＝hν－W 0＝eU ，改用频率更大的光照射，光电子的最大初动能变大，两极板间的最大电压变大，故D 错误；故选A.答案：A11．(2019·全国大联考)中国科学家吴宜灿获得2018年欧洲聚变核能创新奖，获奖理由：开发了一种新的基于CAD 的粒子传输软件，用于核设计和辐射安全计算．下列关于聚变的说法中，正确的是( )A ．同样质量的物质裂变时释放的能量比同样质量的物质聚变时释放的能量大很多B ．裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加C ．核反应堆产生的能量来自轻核聚变D ．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大解析：同样质量的物质聚变时释放的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多，故A 错误；重核的裂变和轻核的聚变都会放出核能，根据爱因斯坦的质能方程E ＝mc 2，一定有质量亏损，故B 错误；核反应堆产生的能量来自重核裂变，故C 错误；在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故D 正确．答案：D12．(2019·福建福州质检)研究光电效应现象的实验装置如图(a)所示，用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K 时，测得相应的遏止电压分别为U 1和U 2，产生的光电流I 随光电管两端电压U 的变化规律如图(b)所示．已知电子的质量为m ，电荷量为－e ，黄光和蓝光的频率分别为ν1和ν2，且ν1<ν2.则下列判断正确的是( )(a) (b)A ．U 1>U 2B ．图(b)中的乙线是对应黄光照射C ．根据题述条件无法算出阴极K 金属的极限频率D ．用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eU 2解析：根据光电效应方程则有：E km1＝hν1－W 0＝eU 1，E km2＝hν2－W 0＝eU 2，由于蓝光的频率ν2大于黄光的频率ν1，则有U 1<U 2，所以图(b)中的乙线是对应蓝光照射；用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eU 2，阴极K 金属的极限频率ν0＝W 0h ＝ν2－eU 2h，故D 正确，A 、B 、C 错误．答案：D[C 组 探究创新从容应对]13.(2019·湖南衡阳联考)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r 1、r 2，则下列说法正确的是( )A ．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变B ．径迹2可能是衰变后新核的径迹C ．若衰变方程是238 92U→234 90Th ＋42He ，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2D ．若衰变方程是238 92U→234 90Th ＋42He ，则r 1∶r 2＝1∶45解析：原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的新核与粒子的动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则可知，若生成的新核与粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，故A 错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变生成的新核与粒子动量p 大小相等，方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB ＝m v 2r ，解得：r ＝mv qB ＝p qB，由于p 、B 相同，则电荷量q 越大，轨道半径越小，由于新核的电荷量大，所以新核的半径小于粒子的轨道半径，所以r 2为粒子的运动轨迹，故B 错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变生成的新核与粒子动量p 大小相等，方向相反，由动能与动量的关系E k ＝p 22m，所以动能之比等于质量的反比，即为2∶117，故C 错误；由B 项分析知，r 1∶r 2＝2∶90＝1∶45，故D 正确．答案：D14．(多选)(2019·西南名校联盟联考)如图为英国物理学家查德威克发现中子的实验示意图，利用钋(210 84Po)衰变放出的α粒子轰击铍(94Be)时产生了未知射线．查德威克曾用这种射线分别轰击氢原子(11H)和氮原子(14 7N)，结果打出了一些氢核和氮核．他测量了被打出的氢核和氮核的速度，并认为速度最大的氢核和氮核是由未知射线中的粒子分别与它们发生弹性正碰的结果，设氢核的最大速度为v H ，氮核的最大速度为v N ，氢核和氮核在未被打出前可认为是静止的．查德威克运用能量和动量的知识推算了这种未知粒子的质量．设氢原子的质量为m ，以下说法正确的是( )A ．钋的衰变方程为210 84Po→208 82Pb ＋42HeB ．图中粒子A 是中子C ．未知粒子的质量为14v N －v H v H －v Nm D ．未知粒子的质量为14v N ＋v H v H －v Nm 解析：根据质量数和电荷数守恒可知，A 中的核反应是错误的，选项A 错误；根据题意可知，图中不可见粒子A 是中子，选项B 正确；氢原子的质量为m ，则氮核的质量为14m ，设未知射线粒子的质量为m 0，碰前速度为v 0，则由动量守恒和能量守恒可知：m 0v 0＝m 0v 1＋mv H ；12m 0v 20＝12m 0v 21＋12mv 2H ；联立解得：v H ＝2m 0v 0m 0＋m ；同理未知射线与氮核碰撞时，氮核的速度：v N ＝2m 0v 0m 0＋14m；由两式可得：m 0＝14v N －v H v H －v Nm ，故选项C 正确，D 错误；故选B 、C. 答案：BC高中物理 第一章 单元高考过关[时间：45分钟 满分：100分]一、选择题(每小题5分，共50分)2017年清明小长假，人们纷纷走出户外祭扫、踏青、赏花、观光……全国大江南北掀起了节日旅游热，显示了中国传统文化的魅力。
高考物理一轮复习 第12章 近代物理初步 第2讲 原子和原子核课时作业(含解析)新人教版-新人教版高
第2讲原子和原子核时间：45分钟总分为：100分一、选择题(此题共14小题，每一小题6分，共84分。
其中1～11题为单项选择，12～14题为多项选择)1．(2019·广东揭阳一模)如下列图，x为未知的放射源，L为薄铝片，假设在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，如此x可能是()A．α射线和β射线的混合放射源B．纯α射线放射源C．纯γ射线放射源D．α射线和γ射线的混合放射源答案 D解析在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减小，说明射线中含有穿透能力弱的α射线，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明没有射线或剩下的射线不带电，即为γ射线，因此放射源x可能是α射线或它和γ射线的混合放射源，故A、B、C错误，D正确。
2．(2019·江西高三九校3月联考)如下说法中正确的答案是()A．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的B．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子理论C．天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线都是高能量的电磁波D．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构答案 B解析天然放射现象的发现，揭示了原子核有复杂的结构，故A错误；玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说的根底上引入了量子理论，故B正确；天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线，其中α射线是氦原子核，β射线是电子流，只有γ射线是高能量的电磁波，故C错误；卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子有复杂结构，在此根底上，他建立了原子的核式结构模型，故D错误。
3．(2020·安徽省A10联盟高三摸底)据报道，香烟会释放一种危险的放射性元素“钋(210 84 Po)〞，如果每天抽1.5包香烟，一年后累积的辐射相当于300次胸透的辐射。
210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变后产生了新核，新核的中子数比质子数多()A．38个B．40个C．42个D．44个答案 B解析210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变产生的新核为206 83X，其中子数为206－83＝123，中子数比质子数多123－83＝40，B正确。
高中人教物理选择性必修二专题16 光电效应和原子结构——教师版
专题16 光电效应和原子结构（教师版）一、目标要求目标要求 重、难点 光电效应 重难点 康普顿效应 原子的核式结构模型 重点 氢原子光谱与玻尔氢原子模型重点二、知识点解析1．光电效应(1)光电效应现象：光照射在金属板上，金属板表面有电子逸出的现象，把这种电子叫做光电子； (2)爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦认为，光是由一个个不可分割的能量子组成，频率为ν的光的能量子为hν，h 为普朗克常量，这些能量子称为光子．光电效应中，金属中电子吸收一个光子获得能量，其中一部分用于克服金属原子引力做功，剩下的能量表现为光电子的初动能E k ：0E h W k ν=-其中W 0称为金属的逸出功，是使电子脱离金属原子束缚所需做功的最小值，不同金属的逸出功不相同．(3)光电效应的规律：如图1所示①饱和电流逐渐增大两板之间的电压，电流表示数开始时逐渐增大，后保持不变，说明单位时间从K 板逸出的电图1子个数是确定的；光电流的最大值称为饱和电流；入射光的光照强度越大，单位时间内发生光电效应的光电子数目越多，饱和光电流越大；②遏止电压设光电子逸出时的初速度为v 0，改变两极板的电性，使光电子逸出后做减速运动，当电流表示数恰好为零时，两极板间的电压称为遏止电压，用U c 表示：20012c e eU m v h W ν==-可见遏止电压与入射光的频率和金属种类有关，与入射光的光照强度无关； 光电流与电压的关系如图2所示：③截止频率（极限频率）只有入射光的频率超过某一极限值时才会发生光电效应，这个极限值称为入射光的截止频率ν0； 令E k =0，即0=hν0－W 0，解得00W hν=，可见截止频率与金属的种类有关； 若某频率的光照射金属板时不发生光电效应，则无论怎样增大光照强度都不能使金属逸出光电子；而若某频率的光能使金属发生光电效应，极微弱的光照强度也能产生光电子．④瞬时性：当入射光的频率超过截止频率，无论入射光光照强度如何，从照射到逸出光电子的时间不超过10-9s ，即光电效应几乎是瞬时的．2．康普顿效应(1)光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，从而使得传播方向发生变化，这种现象称为光的散射； (2)康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X 射线的散射作用时，发现部分散射光的波长变长了，经过大量的实验，康普顿提出，光子除了具有能量ε=hν外，同时具有动量p ，如图3所示；图2图3光子的动量为：h pλ=康普顿效应中，光子与晶体中的电子发生碰撞，将一部分动量转移给电子，从而光子的动量减小，对应的波长增大．3．原子结构(1)电子的发现：英国物理学家J．J．汤姆孙认为阴极射线是一种带电粒子流，并在1897年测定了组成阴极射线的粒子的比荷，并将其命名为电子．(2)原子核式结构①汤姆孙的“枣糕模型”：汤姆孙认为原子是一个实心球体，正电荷弥漫性地均匀分布在球体内部，电子镶嵌其中，如图4所示．但“枣糕”模型不能解释高速电子流能透过原子的现象．②卢瑟福的“核式结构”：1911年新西兰英籍物理学家卢瑟福在用α粒子轰击金箔时，发现大部分粒子都穿透金箔，少数粒子有偏转，极少数粒子有较大角度的偏转；卢瑟福认为：在原子内部，正电部分仅占很小的空间，通过计算，原子的直径大约为10-10m，但带正电的核的直径仅有10-15m，而电子充斥在原子空旷的内部中高速运动，如图5所示，这就是卢瑟福提出的原子核式结构．图4(3)质子的发现：1918年，提出原子核式结构的卢瑟福用α粒子轰击氮核得到质子；(4)中子的发现：自卢瑟福发现质子后，科学界认为原子核是由质子组成的，但这与原子的质量有较大的差异，因此卢瑟福预言，原子核内还应有一种不带电的粒子，这种粒子的质量与质子相近；1932年由英国物理学家查德威克利用α粒子轰击铍核得到了这种粒子，并命名为中子．4．玻尔的原子模型利用经典物理学解释原子结构仍然有一定的困难，丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说．(1)轨道量子化电子的轨道半径不是连续的，而是有特定的半径，即电子的轨道是量子化的而不是连续的，原子核内存在分立的轨道；若电子绕原子运动的最小半径为r1，则第n条轨道的半径满足：r n=n2r1电子只能在这些特定的轨道中运动，不可能出现在任意相邻两条轨道之间．(2)能量量子化电子在不同轨道运动时，原子具有不同的能量，玻尔将这些不同的能量值称为能级，原子中具有确定能量的稳定状态称为定态；当电子在最低轨道中运动时，原子具有最小的能量，把原子处于最低能量的状态称为基态，其他能量状态称为激发态；以氢原子核为例，已知电子带电荷量为－e，氢原子核带电荷量为+e，相距为R的Q和q之间具有的电势能为p kQqER=，设电子的轨道半径为r n根据库仑力提供向心力：222nen nv ek mr r=可得电子的动能：22k122e nnkeE m vr==，以及电势能：2p2nkeEr=-故电子在第n条轨道上时，原子的能量为2k p2 nnke E E Er =+=-图5结合r n=n2r1，可知各能级之间的能量满足：12 nE En=氢原子中，E1=－13.6eV．(3)能级跃迁①跃迁：原子由一个能量状态变为另一个能量状态的过程叫做跃迁，对应内部电子轨道的变化，这个过程是不连续的；②频率条件：当电子从某高能级E n向低能级E m跃迁时，会放出能量为hν的光子，hν的大小由前后两个能级的能量差决定：hν=E n－E m，这个规律叫做频率条件；同样，电子从低能级向高能级跃迁时，需要吸收的光子的能量也由频率条件决定，若光子的能量不符合任意两能级的能量差值，电子不会吸收该光子．图6是氢原子的能级图，电子从n=3跃迁至n=1能级；③光子种类：大量电子从第n激发态向基态跃迁时，辐射出的光子种类为(1)2n nk-=种，即跃迁过程中会辐射k种频率的光．④电离：以氢原子为例，使电子彻底脱离原子核束缚的过程称为电离，恰好使电子脱离原子核所需要的能量称为电离能，电子处于不同能级所需要的电离能不相同，即E电=－E n三、考查方向题型1：光电效应的图像分析典例一：（2019高考理综天津卷）如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测的光电流和电压的关系。
全国通用2019版高考物理大一轮复习第33讲 原子结构与原子核
＝R(第 33 讲 原子结构与原子核考纲要求1.氢原子光谱Ⅰ考情分析2017·全国卷Ⅰ， 命题趋势2．氢原子的能级结构、能级公 17高考对本部分知识的考式Ⅰ3．原子核的组成、放射性、原 15子核衰变、半衰期Ⅰ2017·全国卷Ⅱ， 查主要以选择题的形式出现．高考试题往往综合考查氢2016·全国卷Ⅱ， 原子能级的跃迁、放射性元素4．放射性同位素Ⅰ5．核力、核反应方程Ⅰ6．结合能、质量亏损Ⅰ7．裂变反应和聚变反应、裂变35(1) 的衰变、半衰期、核反应，以2016·全国卷Ⅲ， 及质能方程、核反应方程的有35(1) 关计算．学习中要注意对质量2016·天津卷，6 数守恒、电荷数守恒、动量守反应堆Ⅰ8．射线的危害与防护Ⅰ2016·江苏卷，12C(1)恒、能量守恒的理解和应用1．原子核式结构(1)电子的发现：英国物理学家__汤姆孙__发现了电子．(2)α 粒子散射实验：1909～1911 年，英国物理学家__卢瑟福__和他的助手进行了用 α 粒子轰击金箔的实验，实验发现__绝大多数__α 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有__少数__α 粒子发生了大角度偏转，__极少数__α 粒子偏转的角度甚至大于 90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．如图所示．(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的 __正电荷__和几乎全部__质量__都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．2．氢原子光谱(1)光谱分析利用元素的特征谱线(线状谱)分析和确定物质的组成成分．(2)氢原子光谱的实验规律1 1 1巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式λ 22－n 2) .(n ＝3,4,5，…，R 是里德伯常量，减 → R ＝1.10×107m －1)(3)玻尔模型①玻尔的三条假设a ．能量量子化：原子只能处于一系列__不连续__状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做__定态__．1对氢原子满足：E n ＝n 2E 1，其中 E 1＝－13.6eV ．b ．轨道量子化：原子的__能量状态__跟电子不同的运行__轨道__相对应．原子的能量状态是不连续的，因此电子运动的可能轨道的分布也是不连续的．对氢原子满足：r n ＝n 2r 1，其中 r 1＝0.53×10－10m ．c ．能级跃迁：原子从一种定态(设能量为 E 2)跃迁到另一种定态(设能量为 E 1)时，它__辐射或吸收__一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 h ν ＝E 2－E 1．②氢原子能级图：如图所示．3．原子核(1)天然放射现象的发现1896 年，__贝可勒尔__在铀矿石中发现未知的射线，把这些射线称为 α 射线、β 射线、γ 射线，这就是天然放射现象的发现．天然放射现象的发现，说明原子核__具有复杂结构__．(2)三种射线的比较种类组成带电荷量质量在电磁场中穿透本领电离作用α 射线高速氦核流2e4m p偏转β 射线高速电子流－em p 1840与 α 射线反向偏转增强 ――弱γ 射线光子流静止质量为零不偏转(3)原子核的衰变Z Z2202Z Z101τ920380541120①衰变原子核由于自发地放出某种粒子而转化为新核的变化．②衰变规律a．α衰变：A X→A－4Y＋4He，实质：21H＋21n→4He．b．β衰变：A X→A＋1Y＋－0e，实质：1n→1H＋－0e．③半衰期a．定义：放射性元素衰变有一定的速率，我们把放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫半衰期，用τ表示．1tb．公式：m＝m(2)．c．特点：半衰期τ由该元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)或化学状态(如单质、化合物等)无关．另外，半衰期仅是对大量原子核的统计规律．比如研究200个铀的原子核经过一个半衰期后还剩多少个铀的原子核是没有意义的．4．核能(1)核力核子间的作用力．核力是短程强力，作用范围在1.5×10－15m之内，只在__相邻__的核子间发生作用．(2)核能__核子__结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的__结合__能，亦称核能．(3)质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝__mc2__，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小，这就是质量亏损Δm.由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝__Δmc2__．(4)重核的裂变与轻核的聚变①裂变重核分裂成质量较小的核的反应．如：235U＋1n→136Xe＋90Sr＋101n.②聚变轻核结合成质量较大的核的反应．如：2H＋3H→4He＋1n．1．判断正误(1)卢瑟福做α粒子散射实验时发现α粒子绝大多数穿过只有少数发生大角度偏转．(√)(2)氢原子发射光谱是由一条一条亮线组成的．(√)(3)氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hν＝En.(×)(4)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁．(×)(5)目前核电站多数是采用核聚变反应发电．(×)ΔE E高－E低光子的频率ν＝＝．(6)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，遵循电荷数守恒．(√)(7)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化．(×)(8)如某放射性元素的半衰期是5天，那么100个该元素的原子核经过10天还剩下25个．(×)一能级图与氢原子的跃迁1．能级图中相关量意义的说明相关量能级图中的横线横线左端的数字“1,2,3…”横线右端的数字“－13.6，－3.4…”相邻横线间的距离带箭头的竖线氢原子的能级图如图所示．意义表示氢原子可能的能量状态——定态表示量子数表示氢原子的能量表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En2．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．h h(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE；②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE；③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．2n级值为En＝n2解析(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，静电引力提供向心力，则2＝，又知Ek＝mv2，故电子Ek＝＝2r12×0.528×10－10(2)当n＝1时，能级值为E1＝12当n＝2时，能级值为E2＝22当n＝3时，能级值为E3＝32E3－E112.09×1.6×10－19(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法．①用数学中的组合知识求解：N＝C2＝n(n－1)；②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．[例1](2017·江苏南京质检)已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.528×10－10m，量子数为n的能－13.6eV．(1)求电子在基态轨道上运动的动能；(2)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线？(3)计算这几种光谱线中波长最短的波长．(静力电常量k＝9×109N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3.00×108m/s)ke2mv21r1r12在基态轨道的动能为ke29×109×(1.6×10－19)2J＝2.18×10－18J＝13.6eV．－13.6eV＝－13.6eV．－13.6eV＝－3.4eV．－13.6eV＝－1.51eV．能发出的光谱线分别为3→2,2→1,3→1共3种，能级图如图所示．(3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．chν＝E3－E1，又知ν＝λ，则有hc 6.63×10－34×3×108λ＝＝m＝1.03×10－7m．答案(1)13.6eV(2)见解析(3)1.03×10－7m．二原子核的衰变半衰期1．α衰变、β衰变的比较Z 22A1 0 214 2 A ZZZZ21，m 余＝m 原( ( 92218253153154衰变类型α 衰变β 衰变衰变方程A ZX ―→A －4Y ＋4HeA ZX →Z ＋1Y ＋－0e2 个质子和 2 个中子结合成衰变实质一个整体射出1 个中子转化为 1 个质子和 1个电子21H ＋21n ―→4He 1n ―→1H ＋－0e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2.确定 α 、β 衰变次数的两种方法方法 1：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素 X 经过 n 次 α 衰变和 m 次 β 衰变后，变成稳定的新元素A ′Y ，则表示该核反应的方程为：A X ―→A ′Y ＋n 4He ＋m －0e ．根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m由以上两式联立解得A －A ′ A －A ′ n ＝ ，m ＝ ＋Z ′－Z由此可见，确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组．方法 2：因为 β 衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定 α 衰变的次数，然后再根据衰变规律确定 β 衰变的次数．3．半衰期1 t 1 t(1)公式：N 余＝N原(2)τ 2)τ ．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态 如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．[例 2](2017·宁夏银川质检)235U 经过 m 次 α 衰变和 n 次 β 衰变，变成207Pb ，则( B )9282A ．m ＝7，n ＝3C ．m ＝14，n ＝9B ．m ＝7，n ＝4D ．m ＝14，n ＝18解析 根据题意知核反应方程235U →207Pb ＋m 4He ＋n －0e ，根据电荷数守恒和质量数守恒可得 235＝207＋4m,92＝82＋2m －n.联立解得 m ＝7，n ＝4，选项 B 正确．[例 3](2018·四川宜宾模拟)碘 131 核不稳定，会发生 β 衰变，其半衰期为 8 天．(1)碘 131 核的衰变方程：131I →__13154X ＋－0e__.(衰变后的元素用 X 表示)(2)经过__16__天有 75%的碘 131 核发生了衰变．解析 (1)根据质量数和电荷数守恒可知衰变方程为131I →131X ＋－0e ．4 U ―→234Th ＋42He91 1 He ＋94Be ―→126 C ＋10n Al ＋42He ―→3015P ＋10n2 8 141U ＋10n ―→14456Ba ＋8936Kr ＋310n U ＋10n ―→13654Xe ＋9038Sr ＋1010n1 221 1 1 1 72 8112 132159238 541(2)每经 1 个半衰期，有半数原子核发生衰变，经 2 个半衰期将剩余 的原子核，即有 75%的碘 131 核发生衰变，故经过的时间为 16 天．三 核反应类型与核反应方程1．核反应的四种类型衰类型α 衰变 可控性自发238 92 90 核反应方程 变β 衰变自发234 90Th →234Pa ＋－0e人工转人工 N ＋4He ―→17O ＋1H 14 7(卢瑟福发现质子)42(查德威克发现中子)2713变 控 30 15P ―→30Si ＋0e制(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)重核裂变235 92235 92轻核聚变很难控制 2 1H ＋3H ―→4He ＋1n2.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(1H)、中子(1n)、α 粒子(4He)、β 粒子(－0e)、正电子(0e)、氘核(2H)、氚核(3H)等．(2)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．(4)核反应过程中质量数守恒，核电荷数守恒．[例 4]在下列四个核反应中，x 表示中子的是哪些？__BCD__．在以下核反应中哪些属于原子核的人工转变？__AB__．A ．14N ＋4He →17O ＋xC ．2H ＋3H →4He ＋xB ．27Al ＋4He →30P ＋xD ．235U ＋x →90Sr ＋136Xe ＋10x解析 不管什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，由以上两个守恒规则，可以分别计 算出 A 、B 、C 、D 中 x 的质量数和电荷数，分别为 A 中1x ，B 中1x ，C 中1x ，D 中1x ，所以 x 表示中子的是 B 、C 、D ；关于人工转变问题，首先应明确核反应的特点：有粒子作“炮弹”轰击作为“靶”的原子核，并且p Th －p α ＝0，E kTh ＝ ，E k α ＝ ，E kTh ＋E k α ＝Δ E ；m α 4 m α＋m Th 4＋228 22 2 92290能在实验室中进行，因此人工核转变的有 A 、B ，C 叫轻核聚变，D 叫重核裂变．四 核能的计算1．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 ＝mc 2．方程的含义是：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 Δ m ，释放的能量为 Δ E ＝Δ mc 2．(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 Δ m ，吸收的能量为 Δ E ＝Δ mc 2．2．核能释放的两种途径的理解中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定．(1)使较重的核分裂成中等大小的核．(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．3．计算核能的几种方法(1)根据 Δ E ＝Δ mc 2 计算，计算时 Δ m 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，Δ E 的单位是“J”．(2)根据 Δ E ＝Δ m ×931.5MeV 计算．因 1 原子质量单位“u”相当于 931.5MeV 的能量，所以计算时 Δ m的单位是“u”，Δ E 的单位是“MeV”．(3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．[例 5]一个静止的铀核232U(原子质量为 232.0372u)放出一个 α 粒子(原子质量为 4.0026u)后衰变成钍92核228Th(原子质量为 228.0287u)．(已知：原子质量单位 1u ＝1.67×10－27kg,1u 相当于 931.5MeV)92(1)写出核衰变反应方程；(2)算出该核衰变反应中释放出的核能；(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和 α 粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？解析 (1)23292U →22890Th ＋4He ．(2)质量亏损 Δ m ＝m U －m Th －m α ＝0.0059u ， Δ E ＝Δ mc 2＝0.0059×931.5MeV ＝5.496MeV ．(3)系统动量守恒，钍核和 α 粒子的动量大小相等，即p Th p α2m Th 2m α所以钍核获得的动能 E kTh ＝ ×Δ E ＝ ×Δ E ＝0.095MeV答案 (1)232U →228Th ＋4He(2)5.496MeV (3)0.095MeVγ γ1 12 0213157 2 8923605621H 1 2 0 1 32 10 1．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(D )A ．②来自于原子核外的电子B ．①的电离作用最强，是一种电磁波C ．③的电离作用较强，是一种电磁波D ．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子解析 由题图可知，根据穿透本领可判断出①是 α 射线，②是 β 射线，③是 γ 射线．α 射线是氦核流，故选项 B 错误． 射线电离作用最弱，故选项 C 错误．β 射线来源于原子核内部，故选项 A 错误．射线伴随核反应释放出来，故选项 D 正确．2．(2017·天津卷)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是(A )A ．2H ＋3H →4He ＋1nC ．4He ＋27Al →30P ＋1nB ．14N ＋4He →17O ＋1HD ．235U ＋1n →144Ba ＋89Kr ＋31n解析 选项 A 是质量小的核结合成质量较大的核，属于核聚变．选项B 是卢瑟福发现质子的人工转变方程．选项 C 是约里奥·居里夫妇发现人工放射性同位素的人工转变方程．选项D 是铀核在中子轰击下分裂为中等质量的核的过程，属于核裂变．选项 A 正确．3．(2018·江西九江模拟)用频率为 ν 0 的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为 ν 1、ν 2、ν 3 的三条谱线，且 ν 3>ν 2>ν 1，则！！！ B ###.(填入正确选项前的字母)A ．ν 0<ν1B ．ν 3＝ν 2＋ν1C ．ν 0＝ν 1＋ν 2＋ν31 1 1 D ． ＝ ＋ν 1 ν 2 ν 3解析 因为仅发射出 3 种频率的光子，且 ν 3＞ν 2＞ν 1，所以 h ν 3＝E 3－E 1，h ν 2＝E 2－E 1，h ν 1＝E 3 －E 2，故 h ν 3＝h ν 2＋h ν 1，即 ν 3＝ν 2＋ν 1，选项 B 正确，C 、D 错误．入射光子 h ν 0＝h ν 3，所以 ν 0＞ ν 1，选项 A 错误．4．(2017·全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放时的能量用来发电．氘核聚变反应方程是： ＋2H →3He ＋1n.已知2H 的质量为 2.0136u ，He 的质量为 3.0150u ，n 的质量为 1.0087u,1u＝931.5MeV/c 2.氘核聚变反应中释放的核能约为( B )A ．3.7MeVC ．2.7MeVB ．3.3MeVD ．0.93MeV解析 聚变反应中的质量亏损为 Δ m ＝(2×2.0136－3.0150－1.0087) u ＝0.0035u ，则释放的核能为1 12 0 11292 0 36 09238Δ E ＝Δ mc 2＝0.0035×931.5MeV ≈3.3MeV ，选项 B 正确．[例 1](2017·山西太原质检·5 分)氢原子的能级如图所示，大量氢原子从 n ＝4 的能级向 n ＝2 的能级跃迁时辐射出可见光 a ，从 n ＝3 的能级向 n ＝2 的能级跃迁时辐射出可见光 b ，则()A ．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出 γ 射线B ．氢原子从 n ＝4 的能级向 n ＝3 的能级跃迁时会辐射出紫外线C ．在水中传播时，a 光较 b 光的速度小D ．氢原子在 n ＝2 的能级时可吸收任意频率的光而发生电离[答题送检]来自阅卷名师报告错误A 或BD致错原因审题不仔细，不会比较可见光 a 、紫外线、γ 射线能量间的关系，错选 A 或 B不清楚“跃迁”与“电离”的区别，不能根据 h ν ＝E m －E n 进行判断，错选 D分5扣－[规范答题][解析] 原子外层电子跃迁产生的只能是光波，γ 射线由核衰变获得，选项 A 错误；氢原子从 n ＝4能级向 n ＝3 能级跃迁时产生的光的频率比从 n ＝3 能级向 n ＝2 能级跃迁放出的光子频率还小，不可能是紫外线，选项 B 错误；a 光能量大，频率大，在水中的速度小，选项C 正确；n ＝2 能级的电离能为 3.4eV ，只有大于此能量的光子才能发生电离，选项 D 错误．[答案] C1．(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有( AC )A ．3H ＋2H →4He ＋1n 是核聚变反应B ．3H ＋2H →4He ＋1n 是 β 反应C ．235U ＋1n →14456Ba ＋89Kr ＋31n 是核裂变反应D ．235U ＋1n →14054Xe ＋94Sr ＋21n 是 α 衰变292290解析 两个轻核结合成质量较大的核，反应为核聚变，选项 A 正确，B 错误；在选项 C 中铀核在被中子轰击后分裂成两个较轻原子核，反应为核裂变，选项 C 正确；α 衰变的本质为核内 2 个质子和 2 个中子结合成4He ，选项 D 错误．2．(多选)如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是 3.34eV ，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是( BCE )A ．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应现象B ．一群处于 n ＝3 能级的氢原子向基态跃迁时，能放出 3 种不同频率的光C ．一群处于 n ＝3 能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为 8.75eVD ．用能量为 10.3eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态E ．用能量为 14.0eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子电离解析 当氢原子从高能级向低能级跃迁时，辐射出光子的能量有可能大于 3.34eV ，锌板有可能产生光电效应，选项 A 错误；由跃迁关系可知，选项 B 正确；从 n ＝3 能级向基态跃迁时发出的光子最大能量为12.09eV ，由光电效应方程可知，发出光电子的最大初动能为 8.75eV ，选项 C 正确；氢原子在吸收光子能量时需满足两能级间的能量差，因此选项 D 错误；14.0eV>13.6eV ，因此可以使处于基态的氢原子电离，选项 E 正确．3．(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238U →234Th ＋4He.下列说法正确的是( B )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解析 静止的原子核在衰变前后动量守恒，由动量守恒定律得0＝m 1v 1＋m 2v 2，可知 m 1v 1＝－m 2v 2，故衰p 2变后钍核的动量大小等于 α 粒子的动量大小，选项 B 正确；而动能 E k ＝2m ，由于钍核的质量(m 1)大于 α粒子的质量(m 2)，故其动能不等，选项 A 错误；铀核的半衰期是大量的铀核半数发生衰变所用的时间，而不是放出一个 α 粒子所经历的时间，选项 C 错误；原子核衰变前后质量数守恒，衰变时放出核能，质量亏损，选项 D 错误．4．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是(ABC )A ．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量56 361313 14B ．一重原子核衰变成 α 粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C ．铯原子核(133Cs)的结合能小于铅原子核(20882Pb)的结合能55D ．比结合能越大，原子核越不稳定E ．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能解析 由原子核的结合能定义可知，原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合能，选项 A 正确；重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大．衰变前后核子数不变，因此原子核衰变产物的结合能之和一定大于衰变前的结合能，选项 B 正确；铯原子柱的核子数少，因此其结合能小，选项 C 正确；比结合能越大的原子核越稳定，选项 D 错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项 E 错误．5．(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，235U 是核电站常用的核燃料.235U 受一个9292中子轰击后裂变成144Ba 和89Kr 两部分，并产生__3__个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要__大于 __(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．(2)取质子的质量 m p ＝1.6726×10－27kg ，中子的质量 m n ＝1.6749×10－27kg ，α 粒子的质量 m α ＝6.6467 ×10－27kg ，光速 c ＝3.0×108m/s.请计算 α 粒子的结合能．(计算结果保留两位有效数字)解析 (1)根据质量数守恒可得，产生中子的数目为 235＋1－144－89＝3；只有裂变物质的体积大于它的临界体积时才能发生裂变反应．(2)组成 α 粒子的核子与 α 粒子的质量差Δ m ＝2m p ＋2m n －m α ，结合能 Δ E ＝Δ mc 2，代入数据得 Δ E ＝4.3×10－12J ．答案 (2)4.3×10－12J1．(多选)一静止的铝原子核27Al 俘获一速度为 1.0×107m/s 的质子 p 后，变为处于激发态的硅原子核28 14Si.下列说法正确的是( ABE )A ．核反应方程为 p ＋27Al →28SiB ．核反应过程中系统动量守恒C ．核反应过程中系统能量不守恒D ．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E ．硅原子核速度的数量级为 105m/s ，方向与质子初速度的方向一致解析 核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，选项 A 正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，选项 B 正确；题述核反应过程属于“二合一”形式的完全非弹性碰撞，机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒，选项 C 错误；核反应过程中的机械能有损失，故存在质量亏损现象，选项 D错误；硅原子质量约是质子质量的 28 倍，由动量守恒定律知，m 0v 0＝28m 0v ，所以硅原子核速度数量级为105m/s ，方向与质子初速度的方向一致，选项 E 正确．4816322的含量m′＝m()4＝，选项C正确．32．图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是(D)A．a、b为β粒子的径迹C．c、d为α粒子的径迹B．a、b为γ粒子的径迹D．c、d为β粒子的径迹解析γ粒子是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项B错误；α粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项A、C错误；β粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项D正确．3．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有(C)mA．mC．mB．mD．1解析经过n个半衰期剩余碘131的含量m′＝m()n.因32天为碘131的4个半衰期，故剩余碘131 1m2164．(多选)氢原子能级如图所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656nm.以下判断正确的是__CD__(选填正确答案标号)．A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656nmB．用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D．用波长为633nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级解析能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，选项A错误；由Em－En＝hν可知，选项B错误，D正确；根据C2＝3可知，辐射的光子频率最多有3种，选项C正确．5．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是__B__.(选填正确答案标号)A．γ射线是高速运动的电子流2τ2671922909205438015161728112022312923622mB．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D．210Bi的半衰期是5天，100克210Bi经过10天后还剩下50克8383解析β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A错误；氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误；1t110天为两个半衰期，剩余的210Bi为100×()g＝100×()2g＝25g，选项D错误．836．在下列描述核变化过程的方程中，属于α衰变的是__C__，属于β衰变的是__AB__，属于裂变的是__E__，属于聚变的是__F__.(选填正确答案标号)A．14C→14N＋－0eC．238U→234Th＋4HeE．235U＋1n→140Xe＋94Sr＋21nB．32P→32S＋－0eD．14N＋4He→17O＋1HF．3H＋2H→4He＋1n解析一个原子核自发地放出一个α粒子，生成一个新核的过程是α衰变，因此选项C是α衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此选项E是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此选项F是轻核的聚变；另外，选项A、B是β衰变，选项D是原子核的人工转变．7．(2017·江苏卷)(1)原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有！！！BC ###．A．4He核的结合能约为14MeVB．4He核比6Li核更稳定C．两个2H核结合成4He核时释放能量D．235U核中核子的平均结合能比89Kr核中的大(2)质子(1H)和α粒子(4He)被加速到相同动能时，质子的动量__小于__(选填“大于”“小于”或“等于”)α粒子的动量，质子和α粒子的德布罗意波波长之比为__2∶1__．解析(1)由图象可知，4He的比结合能约为7MeV，其结合能应为28MeV，故选项A错误．比结合能较大的核较稳定，故选项B正确．比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故选项C正确．比结合能就是平均结合能，故由图可知选项D错误．(2)由动量与动能的关系p＝2mEk可知，Ek相同时，质量小的动量也较小，故质子的动量小于α粒子h1的动量．德布罗意波长λ＝p，而p∝m，故λ∝，则λH∶λα＝mα∶mH＝2∶1．(2)设 α 粒子的速度大小为 v ，由 qvB ＝m ，T ＝ ，得 α 粒子在磁场中运动周期 T ＝ ，T 2π m R m M M 由 Δ mc 2＝ Mv ′2＋ mv 2，得 Δ m ＝ ．2ZZ Z 2 28．(2017·北京卷)在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次 α 衰变．放射出的 α 粒子(4He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为 R .以 m 、q 分别表示 α 粒子的质量和电荷量．(1)放射性原子核用A X 表示，新核的元素符号用 Y 表示，写出该 α 衰变的核反应方程；(2)α 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；(3)设该衰变过程释放的核能都转化为 α 粒子和新核的动能，新核的质量为 M ，求衰变过程的质量亏损 Δ m ．解析 (1)A X →A －4Y ＋4He ．v 2 2π R 2π mR v qBq q 2B环形电流大小 I ＝ ＝ ，v 2 qBR(3)由 qvB ＝m ，得 v ＝ ．设衰变后新核 Y 的速度大小为 v ′，系统动量守恒，Mv ′－mv ＝0，mv qBRv ′＝ ＝ ，1 12 2(M ＋m )(qBR )22mMc 2答案 见解析课时达标 第 33 讲[解密考纲]综合考查氢原子能级的跃迁、放射性元素的衰变、半衰期、核反应，以及质能方程、核反应方程的有关计算．1．在 α 粒子散射实验中，电子对 α 粒子运动的影响可以忽略．这是因为与 α 粒子相比，电子的(D )A ．电量太小C ．体积太小B ．速度太小D ．质量太小解析 α 粒子是氦核，是电子电量的 2 倍，质量是电子的 7600 倍，当 α 粒子碰到电子时，就像子弹碰到尘埃一样，故电子对 α 粒子运动的影响可以忽略是因为电子的质量相比 α 粒子太小，选项 D 项正确．2．氢原子能级示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示．。
高考物理总复习第十二单元波粒二象性原子结构与原子核课时2原子结构原子核教师用书(含解析)新人教版
1.原子的核式结构模型(1)电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。
(2)α粒子散射实验:1909~1911年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,几乎被“撞”了回来。
(3)卢瑟福提出原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的核,原子几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。
2.氢原子的能级结构(1)玻尔理论①定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。
②跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=E m-E n。
(h是普朗克常量,h=6.626×10-34J·s)③轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。
原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的。
(2)基态和激发态:原子能量最低的状态叫基态,其他能量较高的状态叫激发态。
3.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成,它们统称为核子。
(2)原子核的核电荷数=质子数,原子核的质量数=质子数+中子数。
(3)同位素:具有相同质子数、不同中子数的原子。
同位素在元素周期表中的位置相同。
4.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,说明原子核还具有复杂的结构。
(2)三种射线放射性元素放射出的射线共有三种,分别是α射线、β射线、γ射线。
其中α射线是高速运动的氦核,β射线是高速运动的电子流,γ射线是光子。
(3)半衰期①定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
②影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,跟原子所处的物理状态(如温度、压强)及化学状态(如单质、化合物)无关。
(4)α衰变和β衰变的实质α衰变:核内两个中子和两个质子作为一个整体从较大的原子核内抛射出来。
专题31 原子结构和波粒二象性——历年高考物理真题精选之黄金30题(原卷版)
历年高考物理真题精选之黄金30题专题31 原子结构和波粒二象性一、单选题1．（2021·浙江·高考真题）2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。
关于量子，下列说法正确的是（ ）A ．是计算机运算的一种程序B ．表示运算速度的一个单位C ．表示微观世界的不连续性观念D ．类似于质子、中子的微观粒子2．（2021·辽宁·高考真题）赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。
此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。
最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（ ）A ．玻尔B ．康普顿C ．爱因斯坦D ．德布罗意3．（2021·河北·高考真题）普朗克常量346.62610J s h -=⨯⋅，光速为c ，电子质量为e m ，则e hm c 在国际单位制下的单位是（ ）A ．J/sB ．mC ．J m ⋅D ．m/s4．（2021·海南·高考真题）某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为k E ，已知该金属的逸出功为0W ，普朗克常量为h 。
根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为（ ）A ．kE h B ．0W h C ．k 0E W h - D ．k 0E W h +5．（2021·天津·高考真题）光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。
为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。
紫外线进入液体后与其在真空中相比（ ）A ．波长变短B ．光子能量增加C ．频率降低D ．传播速度增大6．（2020·天津·高考真题）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。
2020届高三专题复习《原子结构与性质——元素性质的递变规律》
福建省泉州2019年秋高三专题复习--原子结构与性质—元素性质的递变规律—一、单选题（本大题共20小题）1.基态原子的核外电子排布为4d105s1的元素应在（）A.s区、第五周期、IA族B.ds区、第五周期、IB族C.d区、第四周期、IB族D.ds区、第五周期、IA族2,某元素基态原子的外围电子排布为3d54s2,则下列说法错误的是（）A.该元素为Mn元素B.该元素最高化合价为+7C.该元素属于d区元素D.该元素原子最外层共有7个电子3.根据下列五种元素的电离能数据（单位：kJ.molT）,判断下列说法不正确的是（）元素代号11h13：4 Q2080400061009400R500460069009500S7401500770010500T5801800270011600U420310044005900A.元素的电负性最大的可能是Q元素B.R和S均可能与U在同一主族C.U元素可能在元素周期表的S区D.原子的价电子排布为ns2npi的可能是T元素4,下列说法正确的是（）A.元素周期表每一周期元素原子的最外层电子排布均是从ns】过渡到ns2np6B.所有的非金属元素都分布在p区C.原子核外电子排布式为Is】的原子与原子核外电子排布式为1s22s】的原子的化学性质相似D.元素周期表中第HIB族到第U B族的10个纵行的元素都是金属元素，统称过渡金属兀素5, 在元素周期表中，伯元素与铁元素同族，则祐元素位于。
A. s 区B. p 区C. d 区D. ds 区6, 第一电离能最小的金属、电负性最大的的非金属、常温下呈液态的金属（价电子排布为5d 106s 2）分别位于下面元素周期表中的（）—. 11 1Illi Illi ___iill till . _ J . ■ 1. ■ .-i _ . ； . ■血i i i i i i 1 1 1 | 1 11 1■ ill • • i i 1 11::::::ds ；1::: J f 1 1 1 1 1 1------1 J 1 1 i 1 11i i i 1 i i DC i i i i i i ■ a • 1 e >11A. s 区、p 区、ds 区B. s 区、p 区、d 区C. f 区、p 区、ds 区D. s 区、f 区、ds 区7, 现有①、②、③三种元素的基态原子的电子排布式如下：①ls 22s 22p 63s 23p 4；②ls 22s 22p 63s 23p 3； （3）ls 22s 22p 5.则下列有关比较中正确的是（ ）A.第一电离能：③〉②>①B.原子半径：①'②〉③C.电负性：③ > ② > ①D.最高正化合价：③ > ① > ②8, 己知X 、Y 是主族元素，I 为电离能，单位是kJ-mol 1.根据如表所列数据判断，错误的是（ ）A. 元素X 的常见化合价是+1价B. 元素Y 是IIIA 族元素C. 若元素Y 处于第3周期,它的单质可与冷水剧烈反应D. 元素X 与氯元素形成化合物时,化学式可能是XC1元素II I 2【3I4X500460069009500Y 58018002700116009,某元素的第一电离能至第七电离能（kJ/mol ）如下:II I2I 3I4I 5I 6I75781817274511575148301837623293该元素最有可能位于元素周期表的族是（）第2页，共33页A.I A b.ha c. nA D.IVA10.下列说法中正确的是（）①s p3杂化轨道是由同一个原子中能量最近的S轨道和P轨道混合起来形成的一组能量相同的新轨道②同一周期从左到右，元素的第一电离能、电负性都是越来越大③分子中键能越大，表示分子拥有的能量越高④所有的配合物都存在配位键⑤所有含极性键的分子都是极性分子⑥熔融状态下能导电的化合物一定是离子化合物⑦所有的原子晶体都不导电A.①②③B.①⑦C.④⑥⑦D.①④⑥11.下列叙述正确的个数是O①配位键在形成时，是由成键双方各提供一个电子形成共用电子对②s-s6键与s-p6键的电子云形状相同③Ge的核外电子排布式为：［Ar］4s24p2,属于P区元素④下列分子键角大小由大到小为：COS>BC13>CC14>H2O>P4⑤冰中存在极性共价键和氢键两种化学键的作用⑥C u（OH）2是一种蓝色的沉淀，既溶于硝酸、浓硫酸，也能溶于氨水中⑦中心原子采取sp3杂化的分子，其立体构型不一定是正四面体形⑧键长：C-H⑨第一电离能：SiA.1B.2C.3D.412.气态中性原子失去一个电子转化为气态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能（11）,气态正离子继续失去电子所需要的最低能量依次称为第二电离能（【2），第三电离能03）……右表是第3周期部分元素的电离能［单位：eV（电子伏特）擞据。
2019年高考物理真题和模拟题分项汇编(含解析)
2019年高考物理真题和模拟题分项汇编（含解析）专题目录专题01 ······物理常识单位制专题02 ······直线运动专题03 ······相互作用专题04 ······牛顿运动定律专题05 ······曲线运动专题06 ······万有引力与航天专题07 ······功和能专题08 ······动量专题09 ······静电场专题10 ······稳恒电流专题11 ······磁场专题12 ······电磁感应专题13 ······交流电专题14 ······原子结构、原子核和波粒二象性专题01 物理常识 单位制1．（2019·北京卷）国际单位制（缩写SI ）定义了米（m ）、秒（s ）等7个基本单位，其他单位均可由物理关系导出。
例如，由m 和s 可以导出速度单位m·s –1。
历史上，曾用“米原器”定义米，用平均太阳日定义秒。
但是，以实物或其运动来定义基本单位会受到环境和测量方式等因素的影响，而采用物理常量来定义则可避免这种困扰。
2016-2020五年高考物理试题分类汇总-原子结构和原子核(解析版)
2 1
H
可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
6
2 1
H
→
2
4 2
He
+
2
1 1
H+2
1 0
n+43.15MeV
表示。海水中富含氘，已知
1kg
海水中含有的氘核约为
1.0×1022
个，若
全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为 M 的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知 1 kg 标准煤燃烧释放
的热量约为 2.9×107 J，1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱeV= 1.6×10–13J，则 M 约为（ ）
电子温度首次达到 1 亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确
的是
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加 D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加 【答案】AD 【解析】核聚变的最终产物时氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全， A 正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故 B 错误；核聚变反应会放出大量的 能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故 C 错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能 小于反应后的比结合能，故 D 正确。
E0 = N
由 Q = mq 可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量
m = Q = E0 400kg qq
3.（2020·新课标Ⅲ）1934 年，约里奥—居里夫妇用 α 粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素 X，
反应方程为：
4 2
He+
高考物理二轮选择题专练——原子、原子核和核技术(共31题,有答案)
高考物理二轮选择题专练——原子、原子核与核技术（共31题，有答案）1．为了做好疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测。
红外测温仪的原理是：被测物体辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号。
图为氢原子能级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为1.62eV，要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于n＝2激发态的氢原子提供的能量为（）A.10.20eVB.2.89eVC.2.55eVD.1.89eV2．人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。
下列关于原子结构和核反应的说法错误的是（）A.由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损要放出能量B.由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C.已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大D.在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度3．下列说法正确（）A.玻尔的能级不连续和电子轨道不连续的观点，成功地解释了原子光谱的实验规律，和现代量子理论是一致的B.若氢原子核外电子从激发态n＝3跃迁到基态发出的光子刚好能使某金属发生光电效应，则从激发态n＝2跃迁到基态发出的光子一定能使该金属发生光电效应C.任何原子核在衰变过程中质量数和电荷数都守恒D.爱因斯坦的光电效应实验证明光子具有能量外还具有动量4．根据玻尔原子理论，当某个氢原子吸收一个光子后（）A.氢原子所在的能级下降B.氢原子的电势能增大C.电子绕核运动的半径减小D.电子绕核运动的动能增加5．据伊朗新闻电视台2019年9月7日消息，伊朗原子能组织发言人卡迈勒万迪当天宣布，作为第三阶段中止履行伊核协议的措施，伊朗已启动了“先进离心机”，以增加浓缩铀储量。
关于铀核的裂变，下列叙述正确的是（）A.核反应堆中铀核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量的原子核，并吸收大量能量B.核反应堆中铀核自发分裂为两个或几个中等质量的原子核，同时释放大量的核能C.要使核反应堆中铀核发生链式反应，必须要有慢中子的轰击D.要使核反应堆中铀核发生链式反应，必须要有快中子的轰击6．1897年英国物理学家约瑟夫•约翰•汤姆生在研究阴极射线时发现了电子，这是人类最早发现的基本粒子。
新高考物理模拟题分类汇编专题专题20-原子结构和原子核(含答案)
专题20 原子结构和原子核1．（2021·湖南娄底市高三零模）23292U 具有放射性，会发生α衰变；23292U 俘获中子会发生裂变产生中等质量的原子核，同时放出大量的核能，下列说法正确的是（ ）A ．23292U 发生α衰变时需要吸收热量 B ．23292U 能发生α衰变说明24292U 中有α粒子C ．23292U 的比结合能比裂变产生的中等质量原子核比结合能小 D ．23292U 裂变产生的能量即为23292U 的结合能【答案】C【解析】A ．23292U 发生α衰变时会放出热量，A 错误；B ．23292U 发生α衰变是原子核中两个中子和两个质子组成的一个粒子释放出来即为α粒子，原子核中并没有α粒子，B 错误；C ．23292U 裂变时释放核能，有质量亏损，产生的中等质量原子核的核子平均质量减小，核子的比结合能增大，C 正确；D ．核子结合成原子核或原子核分解成核子吸收的能量为结合能，因此23292U 裂变产生的能量并不是23292U 的结合能，D 错误。
故选C 。
2．（2021·湖南高三一模）图甲是“光电效应”实验电路图，图乙为某次“光电效应”实验中得到的同一光电管两端的遏止电压c U 随入射光频率v 变化的函数关系图像，下列判断正确的是（ ）A ．入射光的频率v 不同，遏止电压c U 相同B ．入射光的频率v 不同，光照强度不同，c U ν-图像的斜率相同C ．只要光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同D ．图甲所示电路中，当电压表增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流 【答案】B【解析】A ．逸出功与金属材料有关，与入射光的频率无关，由km 0E h W ν=-，可知，入射光的频率不同，电子的最大初动能不同，又c km eU E =，所以入射光的频率不同，遏止电压c U 不同，A 错误；B ．由km c c E h h eU νν=-=，可得()c c hU eνν=-，故图线的斜率为相同的常量，B 正确；C ．由爱因斯坦光电效应km 0E h W ν=-，可知在入射光频率不同的情况下，光电子的最大初动能不同，最大初动能与光照强度无关，C 错误；D ．必须使图甲所示电路中的电源正负极反接过来，才能用来验证光电流与电压的关系，即当电压表增大到一定数值时电流计将达到饱和电流，D 错误。
高中物理-专题 原子核物理(基础篇)(解析版)
2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-5）第六部分原子物理专题6.10 原子核物理（基础篇）一．选择题1．（2020四川眉山二诊）地光是在地震前夕出现在天边的一种奇特的发光现象，它是放射性元素氡因衰变释放大量的带电粒子，通过岩石裂隙向大气中集中释放而形成的。
已知氡22286Rn的半衰期为3.82d，经衰变后产生一系列子体，最后变成稳定的20682Pb，在这一过程中A. 要经过4 次α衰变和4 次β衰变B. 要经过4 次α衰变和6 次β衰变C. 氡核22286Rn的中子数为86，质子数为136D. 标号为a、b、c、d 的4 个氡核22286Rn经3.82d 后一定剩下2 个核未衰变【参考答案】A【名师解析】原子核衰变，一次α衰变，核电荷数减少2，质量数减少4；一次β衰变，核电荷数增加1，质量数不变；所以氡22286Rn经过一系列衰变最后变成稳定的20686Pb要经过n=222-2064=4次α衰变，经过4次β衰变，选项A正确B错误；氡核22286Rn的质子数为86，中子数222-86= 136，选项C错误；由于半衰期是对大量原子核的统计规律，对几个原子核没有意义，所以标号为a、b、c、d 的 4 个氡核22286Rn经3.82d 后不一定剩下 2 个核未衰变，选项D错误。
2. （2020全国I卷高考仿真模拟1）下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A.γ射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.210 83Bi的半衰期是5天，100克210 83Bi经过10天后还剩下50克【参考答案】B【名师解析】β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A错误.氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确.太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误.10天为两个半衰期，剩余的210 83Bi 为100×1()2t τ g ＝100×(12)2 g ＝25 g ，选项D 错误. 3.（2020年4月贵州模拟）核反应方程为U 23892→323490Th x +，根据方程提供的信息，下例说法中正确的是（ ）A.方程中的x 3表示的是电子B.方程表示的是原子的裂变C.这种核反应的变化是自发的，与原子所处的物理化学状态无关D.这种核反应没有质量亏损【参考答案】C【命题意图】考查原子核的衰变规律和核反应方程等必备知识。
高考物理专题复习：原子核专题
精品基础教育教学资料，仅供参考，需要可下载使用！原子核专题一、单选题1．2018年7月27日将发生火星冲日能量，那时火星、地球和太阳几乎排列成一线，地球位于太阳与火星之间，已知地球和火星绕太阳公转的方向相同，火星公转轨道半径约为地球的1.5倍，若将火星和地球的公转轨迹近似看成圆，取，则相邻两次火星冲日的时间间隔约为（）A. 0.8年B. 1.6年C. 2.2年D. 3.2年【答案】C【解析】由万有引力充当向心力得：，解得行星公转周期：，则火星和地球的周期关系为：，已知地球的公转周期为1年，则火星的公转周期为年，相邻两次火星冲日的时间间隔设为t，则：化解得：，即：，求得故本题选C2．关于原子核的结合能，下列说法正确的是（）A. 原子核的比结合能等于将其完全分解成自由核子所需能量的最小值B. 原子核衰变成α粒子和另一原子核，并释放出能量，衰变产物的结合能之和一定小于原来原子核的结合能C. 铯原子核()的结合能小于铅原子核()的结合能D. 比结合能越大，原子核越不稳定【答案】C【解析】原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故A错误；原子核衰变成粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故B错误；铯原子核()的比结合能与铅原子核()的比结合能差不多，而铯原子核()的核子小于铅原子核() 的核子，故铯原子核()的结合能小于铅原子核()的结合能，故C正确；比结合能越大，原子核越稳定，故D错误；故选C。
【点睛】比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量．用于表示原子核结合松紧程度．结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量．分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能．3．到2018年1月，全球30个国家和地区共有440个核电机组，总装机容量为390吉瓦，发电量约占全球发电量的11%。
波粒二象性 原子结构与原子核(练习)(含答案)
专题11 波粒二象性原子结构与原子核1．（2019·江苏卷）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×107 m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×l0-34 J·s，光速c=3×108 m/s．计算结果保留一位有效数字）2．（2019·浙江选考）处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时，能辐射出a、b两种可见光，a光照射某金属表面时有光电子逸出，b光照射该金属表面时没有光电子逸出，则A．以相同的入射角射向一平行玻璃砖，a光的侧移量小于b光的B．垂直入射到同一单缝衍射装置，a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的C．a光和b光的频率之比可能是20/27D．a光子的动量大于b光子的3．（2019·浙江选考）一个铍原子核（74Be）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）后发生衰变，生成一个锂核（73Li），并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”。
静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为707413eBe e Li v-+→+已知铍原子的质量为M Be=7.016929u，锂原子的质量为M Li=7.016004u，1u相当于9.31×102MeV。
下列说法正确的是A．中微子的质量数和电荷数均为零B．锂核（73Li）获得的动能约为0.86MeVC．中微子与锂核（73Li）的动量之和等于反应前电子的动量D．中微子与锂核（73Li）的能量之和等于反应前电子的能量4．(2018·高考全国卷Ⅱ，T17)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A．1×1014 Hz B．8×1014 HzC．2×1015 Hz D．8×1015 Hz5．(2018·高考全国卷Ⅲ，T14)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28 B．15和30C．16和30 D．17和311．（2020·江西省名校高三联考）电子是我们高中物理中常见的一种微观粒子，下列有关电子说法正确的是A．汤姆孙研究阴极射线时发现了电子，并准确测出了电子的电荷量B．光电效应实验中，逸出的光电子来源于金属中自由电子C．卢瑟福的原子核式结构模型认为核外电子的轨道半径是量子化的D．元素发生α衰变时，能够产生电子，并伴随着γ射线产生2．（2020·山西省太原市第五中学高三模拟）下列说法正确的是A．β射线也可能是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力B．按照电离能力来看，放射性元素放出的三种射线由弱到强的排列顺序是α射线、β射线、γ射线C．按照玻尔的氢原子理论，当电子从高能级向低能级跃迁时，氢原子系统的电势能减少量可能大于电子动能的增加量D．在微观物理学中，不确定关系告诉我们不可能准确地知道单个粒子的运动情况，但是可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律3．（2020·湖南省长沙市雅礼中学高三调研）下列说法正确的是A．氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，吸收光子，电子的轨道半径增大B．238234492902U Th He→+是核裂変方程，当铀块体积大于临界体积时，才能发生链式反应C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的强度无关，与照射光的频率成正比D．α射线是高速运动的氦原子核，能够穿透几厘米厚的铅板4．（2020·北京市顺义区高三模拟）下列说法正确的是A．γ射线比α射线的贯穿本领强B．外界环境温度升高，原子核的半衰期变大C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应D．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子5．（2020·山东省潍坊市高三模拟）下列核反应中放出的粒子为中子的是A．147N俘获一个α粒子，产生178O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．115B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1．(2020·北京市海淀区高三模拟)下列说法正确的是()A．放射性元素的半衰期与外界压强有关B．天然放射现象说明原子具有核式结构C．原子核放出γ射线说明原子核内有光子D．原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子的过程属于β衰变2．（2020·安徽省六安市第一中学调研）以下物理内容描述不正确的是A．爱因斯坦通过对光电效应实验规律的分析揭示了光具有粒子性的一面B．玻尔模型对一切原子的光谱现象都能准确解释C．放射性元素的半衰期与其以单质还是化合物形式存在无关D．原子核的比结合能大小可以反映其稳定性特征3．(2020·四川树德中学高三诊断)下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是()A．图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成功解释了光电效应B．图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率是不连续的C．图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子D．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有波动性4. 氢原子的能级图如图所示，现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光．则照射氢原子的单色光的光子能量为()A．12.75 eV B．13.06 eV C．13.6 eV D．0.85 eV5．（2020·湖南省怀化市高三模拟）下列说法正确的是A．β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个电子B．实验表明，只要照射光的强度足够大，就一定能发生光电效应C．钍的半衰期为24天，1 g钍经过120天后还剩0.2 gD．根据玻尔的原子理论，氢原子从n＝5的激发态跃迁到n＝3的激发态时，核外电子动能减小6．（2020·东北三省四市联考）已知金属钙的逸出功为2.7 eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数n＝4的能量状态，则A．氢原子可能辐射3种频率的光子B．氢原子可能辐射5种频率的光子C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应7．(2020·河北衡水中学高三调研)下下列说法正确的是()A．原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变B．氡222的半衰期是3.8天，镭226的半衰期是1 620年，所以一个确定的氡222核一定比一个确定的镭226核先衰变C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电势能增大，电子的动能减小，原子的总能量减小D．原子核越大，它的结合能越高，原子核能级越稳定8．(2020·安徽定远重点中学高三模拟)下列说法正确的是()A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核内有中子存在B．核泄漏事故污染物137 55Cs能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为137 55Cs→137 56Ba＋X，可以判断X 为电子C．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是( 2m1＋2m2－m3)c29．(2020·江西南昌高三模拟)如图a所示是研究光电效应的电路图．某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电压U AK的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图b所示．则下列说法正确的是()A．甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能B．单位时间内甲光照射光电管发出的光电子比乙光照射时发出的少C．用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等D．对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系10. (2020广东华南师大附中高三模拟)氢原子能级图如图所示，当氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.下列判断正确的是()A．当氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB．当氢原子从n＝4跃迁到n＝2的能级时，辐射出的光子不能使逸出功为2.25 eV的钾发生光电效应C．一个处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线D．用能量为1.0 eV的光子照射处于n＝4能级上的氢原子，可以使氢原子电离11．(2020·重庆南开中学高三调研)某原子K层失去一个电子后，其K层出现一个电子空位，当L层上有电子跃迁到K层填补空位时会释放一定的能量：一种情况是辐射频率为ν0的X射线；另一种情况是跃迁释放的能量被其他核外电子层的电子吸收，使电子发生电离成为自由电子．若跃迁释放的能量被M层的一个电子吸收，电离后的自由电子的动能是E0，已知普朗克常量为h，则电子处于M层时原子的能级(即能量值)为()A．hν0B．E0C．E0－hν0D．E0＋hν012. (2020·陕西西安市第一中学高三模拟)研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A 做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出，当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向遏止电压U c.在下列表示光电效应实验规律的图象中，正确的是()13．(2020·四川南充高级中学高三模拟)一个静止的铀核232 92U(质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(质量为228.028 7 u)．已知1 u相当于931 MeV的能量．下列说法正确的是()A．该核衰变反应方程为232 92U→228 90Th＋42HeB．该核衰变反应中释放出的核能为0.059 MeVC．该反应产生的钍核和α粒子的动量相同D．假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017 MeV 14．(2020·广东湛江一中高三质检)如图所示，人工元素原子核286113Nh开始静止在匀强磁场B1、B2的边界MN上，某时刻发生裂变生成一个氦原子核42He和一个Rg原子核，裂变后的粒子速度方向均垂直于B1、B2的边界MN.氦原子核通过B1区域第一次经过MN边界时，距出发点的距离为l，Rg原子核第一次经过MN 边界距出发点的距离也为l.则下列有关说法正确的是()A ．两磁场的磁感应强度之比B 1∶B 2＝111∶141B ．两磁场的磁感应强度之比B 1∶B 2＝111∶2C ．氦原子核和Rg 原子核各自旋转第一个半圆的时间比为2∶141D ．氦原子核和Rg 原子核各自旋转第一个半圆的时间比为111∶141答案1．【答案】光子能量hc ελ=，光子数目n =Eε，代入数据得n =5×1016【解析】每个光子的能量为0cE hv h λ== ，每个激光脉冲的能量为E ，所以每个脉冲中的光子个数为：0EN E = ，联立且代入数据解得：16510N =⨯个。
2019届高考化学二轮复习原子结构学案(1)
原子结构中子N（核素）原子核质子Z （带正电荷） → 元素符号原子结构 最外层电子数决定主族元素的 决定原子呈电中性电子数（Z 个）化学性质及最高正价和族序数体积小，运动速率高（近光速），无固定轨道核外电子 运动特征电子云（比喻） 小黑点的意义、小黑点密度的意义。
排布规律 → 电子层数 周期序数及原子半径表示方法 → 原子（离子）的电子式、原子结构示意图第1课时 原子结构1. 三个基本关系（1）数量关系：质子数 = 核电荷数 = 核外电子数（原子中）（2）电性关系：①原子中：质子数=核电荷数=核外电子数②阳离子中：质子数>核外电子数 或 质子数=核外电子数+电荷数③阴离子中：质子数<核外电子数 或 质子数=核外电子数-电荷数（3）质量关系：质量数 = 质子数 + 中子数2. 对于公式：质量数（A ）=质子数（Z ）+中子数（N ），无论原子还是离子，该公式均适应。
原子可用X AZ 表示，质量数A 写在原子的右上角，质子数Z 写在原子的左下角，上下两数值的差值即为中子数。
原子周围右上角以及右下角或上面均可出现标注，注意不同位置标注的含义，右上角为离子的电性和电荷数，写作n ；右下角为微粒中所含X 原子基础过关 决定 X)(A Z的个数，上面标注的是化合价，写作±n 形式，注意与电荷的标注进行正确区分，如由氧的一种同位素形成的过氧根离子，可写作168O -1-22。
原子结构及离子结构中各种基本微粒间的关系3．核外电子核外电子的运动状态1．原子结构理论的发展。
经历了以下五个发展阶段：①1803年英国化学家道尔顿家建立了原子学说；②1903年汤姆逊发现了电子建立了“葡萄干布丁”模型；③1911年英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子结构的核式模型；④1913年丹麦科学家玻尔建立了核外电子分层排布的原子结构模型；⑤20世纪20年代建立了现代量子力学模型。
2．核外电子运动特征：在很小的空间内作高速运动，没有确定的轨道。
2024届高考一轮复习物理课件(新教材粤教版)：原子结构 原子核
√B.衰变形成的两个粒子带同种电荷 √C.衰变过程中原子核遵循动量守恒定律
D.衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2＝r1∶r2
衰变后两个新核速度方向相反，受力方向也相反， 根据左手定则可判断出两个粒子带同种电荷，所以衰变是α衰变， 衰变后的新核由洛伦兹力提供向心力， 有 Bqv＝mvr2，可得 r＝mqBv， 衰变过程遵循动量守恒定律，即mv相同， 所以电荷量与半径成反比，有q1∶q2＝r2∶r1， 但无法求出质量比，故A、D错误，B、C正确.
人工转变 人工控制
重核裂变 容易控制 现阶段很
轻核聚变 难控制
2173Al＋42He→__3105_P_＋10n 3105P→3104Si＋_＋_01_e_
约里奥－居里夫妇发现 放射性同位素，同时发 现正电子
23952U＋10n→14546Ba＋8396Kr＋310n
23952U＋10n→13564Xe＋9308Sr＋_1_0_10_n__
1.处于基态的氢原子可以吸收能量为11 eV的光子而跃迁到高能级.
(× ) 2.氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝En－Em(m<n).( √ ) 3.氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能.( × ) 4.玻尔理论能解释所有元素的原子光谱.( × )
提升 关键能力
1.两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子. 光子的频率 ν＝ΔhE＝E高－h E低. (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量. ①吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.(注意：当入射光子能量 大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以 后发生电离) ②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.
专题49 氢原子的能级跃迁问题-2019高考物理一轮复习专题详解(解析版)
知识回顾玻尔理论的基本内容能级假设：氢原子E n ＝E 1n 2，n 为量子数．跃迁假设：hν＝E 末－E 初．轨道量子化假设：氢原子r n ＝n 2r 1，n 为量子数． 规律方法解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差． (2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值．(3)一群原子和一个原子不同，一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N ＝C 2n ＝nn －12. (4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位1 eV ＝1.6×10－19J.处理氢原子能级跃迁问题，应注意的问题(1)氢原子能量：氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道，电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即为原子的能量，即E n ＝E k n ＋E p n . 电子绕核做圆周运动由库仑力提供向心力， 有k e 2r 2n ＝m v 2n r n.电子的动能E k n ＝12mv 2n ＝ke 22r n.系统的电势能变化根据库仑力做功来判断：靠近核，库仑力对电子做正功，系统电势能减小；远离核，库仑力对电子做负功，系统电势能增大．(2)氢原子在跃迁时辐射或吸收光子的频率或波长的计算：首先由能级的高低或轨道半径的大小确定是吸收还是放出光子，然后由玻尔理论E m －E n ＝hν或E m －E n ＝h cλ，求频率ν或波长λ.(3)辐射的光谱条数：一个氢原子核外只有一个电子，在一次跃迁时只能辐射或吸收一个光子，因而只能辐射或吸收某一特定频率的光谱．一个氢原子处于量子数为n 的激发态时，可辐射的光谱条数为N ＝n －1；而一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，由于向各个低能级跃迁的可能性均存在，因此可辐射的光谱条数为N ＝n n －12.(4)吸收能量的选择性用光子激发引起原子跃迁跟用电子碰撞引起原子跃迁不同，若是在光子的激发下引起原子的跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级的能量差，能量不等于两能级的能量差的光子不能被原子吸收而使其发生跃迁；若是在电子的碰撞下引起原子的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级的能量差，大于该能量差的剩余部分保留为电子的动能．若要使氢原子电离，只要光子能量大于或等于电离能即可，大于电离能的部分，成为逸出电子的初动能．例题分析【例1】(多选)(2017年湖北名校模拟)根据玻尔理论，以下说法正确的是()A．只要电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B．处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C．原子内电子的可能轨道是不连续的D．原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差E．处于激发态的原子，只要吸收任意频率的光子就能从低能级跃迁到高能级【答案】BCD【例2】如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．关于这些光下列说法正确的是()A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应【答案】 D专题练习1.氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n＝4的能级向 n＝2 的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则()A．可见光光子能量范围在1.62 eV到2.11 eV之间B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线C．a光的频率大于b光的频率D．氢原子在n＝2的能级可吸收任意频率的光而发生电离【答案】C【解析】由能级跃迁公式ΔE＝E m－E n得：ΔE1＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eVΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV故A错；据ΔE＝＝hν知，C对；ΔE3＝E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，所以氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时能量差对应的光子处于红外线波段，B错；氢原子在n＝2的能级时能量为－3.4 eV，所以只有吸收光子能量大于等于3.4 eV时才能电离，D错．2.如图为氢原子的能级图．有如下3种说法：①大量处于n＝4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出6种频率的光子；②一个处于n＝3能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出3种频率的光子；③氢原子只要吸收能量大于0.66 eV的光子，就能从n＝3能级跃迁到更高能级，上述说法正确的是()A．①B．②C．①②D．②③【答案】A3.当用具有1.87 eV能量的光子照射n＝3激发态的氢原子时()A．氢原子不会吸收这个光子B．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为0.36 eVC．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零D．氢原子吸收该光子后不会被电离【答案】B【解析】当用具有1.87 eV能量的光子照射n＝3激发态的氢原子时，由于光子能量大于1.51 eV，所以氢原子被电离，电离后的电子动能E k＝－1.51 eV＋1.87 eV＝0.36 eV，所以B正确，A、C、D错误．学科*网4.汞原子的能级如图，现一束单色光照射到大量处于基态的汞原子，汞原子只发出三种不同频率的单色光．关于入射光的能量下列说法正确的是()A．等于4.9 eVB．等于7.7 eVC．等于8.8 eVD．大于或等于10.4 eV【答案】B5.汞原子的能级图如图所示，现让一束光子能量为8.8 eV的单色光照射到大量处于基态(能级数n＝1)的汞原子上，能发出6种不同频率的色光．下列说法中正确的是()A．最长波长光子的能量为1.1 eVB．最长波长光子的能量为2.8 eVC．最大频率光子的能量为2.8 eVD．最大频率光子的能量为4.9 eV【答案】A【解析】由题意知，吸收光子后汞原子处于n＝4的能级，向低能级跃迁时，最大频率的光子能量为(－1.6＋10.4) eV＝8.8 eV，最长波长(即最小频率)的光子能量为(－1.6＋2.7) eV＝1.1 eV，故A正确．6.已知氦离子(He＋)的能级图如图所示，根据能级跃迁理论可知()A．氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出光子的频率低B．大量处在n＝3能级的氦离子(He＋)向低能级跃迁，只能发出2种不同频率的光子C．氦离子(He＋)处于n＝1能级时，能吸收45 eV的能量跃迁到n＝2能级D．氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级，需要吸收能量【答案】A7.如图所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光中，波长最长的是()A．n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子B．n＝4跃迁到n＝3时辐射的光子C．n＝2跃迁到n＝1时辐射的光子D．n＝3跃迁到n＝2时辐射的光子【答案】B【解析】由辐射光子的能量为ΔE＝E m－E n＝－＝hν＝h，可知量子数n越大，能级越密，所以B正确8.如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()A．原子A可能辐射出3种频率的光子B．原子B可能辐射出3种频率的光子C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4【答案】B9.用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，则()A．ν0<ν1B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν3＋ν2＋ν1D．＝＋【答案】B【解析】大量氢原子跃迁时，只有三种频率的光谱，这说明是从n＝3能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，hν3＝hν2＋hν1，解得：ν3＝ν2＋ν1，选项B正确．10.氢原子从能级M跃迁到能级N，吸收频率为ν1的光子，从能级M跃迁到能级P释放频率为ν2的光子．则当它从能级N跃迁到能级P时将()A．放出频率为|ν1－ν2|的光子B．吸收频率为|ν2－ν1|的光子C．放出频率为ν1＋ν2的光子D．吸收频率为ν1＋ν2的光子【答案】C11.（多选）氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是E a、E b、E c和λa、λb、λc，则()A．λb＝λa＋λc B．＝＋C．λb＝λaλc D．E b＝E a＋E c【答案】BD【解析】E a＝E3－E2，E b＝E3－E1，E c＝E2－E1，所以E b＝E a＋E c，D正确；由ν＝得λa＝，λb＝，λc＝，取倒数后得到＝＋，B正确12.氢原子的能级如图所示，下列说法正确的是()A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子B．氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，发出的光子能量为1.89 eVC．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光D．处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为10 eV的电子的能量【答案】BC【解析】当原子向高能级跃迁时，只能吸收特定频率的光子，A项错误；氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，发出的光子能量为E3－E2＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV，B项正确；大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，发出光子频率的数量可以由公式C来计算，C＝3，C项正确；处于n＝1能级的氢原子不能吸收能量为10 eV的电子的能量，D项错．13.(多选)欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()A．用10.2 eV的光子照射B．用11 eV的光子照射C．用14 eV的光子照射D．用11 eV的电子碰撞【答案】ACD14.(多选)氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示．在具有下列能量的粒子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A．54.4 eV(光子)B．50.4 eV(光子)C．48.4 eV(电子)D．42.8 eV(光子)【答案】AC【解析】由玻尔理论知，基态的氦离子要实现跃迁，入射光子的能量(光子能量不可分)应该等于氦离子在某激发态与基态的能量差，因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸收；而实物粒子(如电子)只要能量不小于两能级差，均可能被吸收．氦离子在图示的各激发态与基态的能量差为：ΔE1＝E∞－E1＝0－(－54.4 eV)＝54.4 eVΔE2＝E4－E1＝－3.4 eV－(54.4 eV)＝51.0 eVΔE3＝E3－E1＝－6.0 eV－(－54.4 eV)＝48.4 eVΔE4＝E2－E1＝－13.6 eV－(54.4 eV)＝40.8 eV可见，42.8 eV和50.4 eV的光子不能被基态氦离子吸收而发生跃迁。
2023年高考物理一轮复习讲义——原子结构和波粒2象性
自主命题卷全国卷考情分析2021·广东卷·T1原子核的衰变2021·全国甲卷·T17原子核的衰变2021·湖南卷·T1衰变、半衰期2021·全国乙卷·T17半衰期2021·河北卷·T1衰变、半衰期2020·全国卷Ⅰ·T19核反应2021·浙江6月选考·T14核反应2020·全国卷Ⅱ·T18核能2020·天津卷·T1原子核式结构实验2020·全国卷Ⅲ·T19原子核的衰变2020·江苏卷·T12(1)(2)黑体辐射、能级跃迁、光子的动量2019·全国卷Ⅰ·T14能级跃迁2020·浙江7月选考·T14核聚变、核能2019·全国卷Ⅱ·T15核能2019·天津卷·T5光电效应2018·全国卷Ⅱ·T17光电效应试题情境生活实践类医用放射性核素、霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等学习探究类光电效应现象、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光谱、原子的能级结构、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等第1讲原子结构和波粒二象性目标要求 1.了解黑体辐射的实验规律.2.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律．会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.3.知道原子的核式结构，掌握玻尔理论及能级跃迁规律.4.了解实物粒子的波动性，知道物质波的概念．考点一黑体辐射及实验规律1．热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同．2．黑体、黑体辐射的实验规律(1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．(2)黑体辐射的实验规律①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图．3．能量子(1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．(2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量．h ＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)．1．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波．(×)2．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动．(√)3．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说．(×)例1(多选)关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是()A．黑体能够完全吸收照射到它上面的光波B ．随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加C ．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动D ．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关 答案 AD解析 能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体，A 正确；由题图可知，随温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B 错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C 错误；一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，选项D 正确．例2 在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7 m ，每个激光脉冲的能量E ＝1.5×10－2 J ．求每个脉冲中的光子数目．(已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s ，光速c ＝3×108 m/s.计算结果保留一位有效数字) 答案 5×1016解析 每个光子的能量为E 0＝hν＝h cλ，每个激光脉冲的能量为E ，所以每个脉冲中的光子数目为：N ＝EE 0，联立且代入数据解得：N ＝5×1016个．考点二 光电效应1．光电效应及其规律 (1)光电效应现象照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子．(2)光电效应的产生条件入射光的频率大于或等于金属的截止频率． (3)光电效应规律①每种金属都有一个截止频率νc ，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应．②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大． ③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比．2．爱因斯坦光电效应方程(1)光电效应方程①表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝h cλc.(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．1．光子和光电子都不是实物粒子．(×)2．只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应．(×)3．要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于金属的逸出功．(√) 4．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．(×)1．光电效应的分析思路2．光电效应图像图像名称图线形状获取信息最大初动能E k与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)νc：图线与ν轴交点的横坐标②逸出功W0：图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：图线的斜率k＝h遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标②遏止电压U c：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压U c：图线与横轴的交点的横坐标②饱和电流：电流的最大值；③最大初动能：E k＝eU c颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压U c1、U c2②饱和电流③最大初动能E k1＝eU c1，E k2＝eU c2考向1光电效应的规律例3研究光电效应的电路图如图所示，关于光电效应，下列说法正确的是()A．任何一种频率的光，只要照射时间足够长，电流表就会有示数B．若电源电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑，电流表的示数能一直增大C．调换电源的正负极，调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数可能变为零D．光电效应反映了光具有波动性答案 C解析能否发生光电效应取决于光的频率，与照射时间长短无关，A错误；增加极板间电压，会出现饱和电流，电流表示数不会一直增大，B错误；调换电源正负极，若反向电压达到遏止电压，则电流表示数变为零，C正确；光电效应反映了光具有粒子性，D错误．考向2光电效应的图像例4 (多选)如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像，以下说法正确的是( )A ．由图甲可求得普朗克常量h ＝be aB ．由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功小C ．由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大D ．由图丁可知电压越高，则光电流越大 答案 BC解析 根据光电效应方程，结合动能定理可知eU c ＝E k ＝hν－W 0＝hν－hνc ，变式可得U c ＝he ν－h e νc ，斜率k ＝b 2a ＝h e ，解得普朗克常量为h ＝be2a ，故A 错误；根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对应金属的逸出功比虚线对应金属的逸出功大，故B 正确；入射光频率一定，饱和电流由入射光的强度决定，即光的颜色不变的情况下，入射光越强，光子数越多，饱和电流越大，故C 正确；分析题图丁可知，当达到饱和电流以后，增加光电管两端的电压，光电流不变，故D 错误．例5 (多选)一定强度的激光(含有三种频率的复色光)沿半径方向入射到半圆形玻璃砖的圆心O 点，如图甲所示．现让经过玻璃砖后的A 、B 、C 三束光分别照射相同的光电管的阴极(如图乙所示)，其中C 光照射时恰好有光电流产生，则( )A ．若用B 光照射光电管的阴极，一定有光电子逸出B ．若用A 光和C 光分别照射光电管的阴极，A 光照射时逸出的光电子的最大初动能较大 C ．若入射光的入射角从0开始增大，C 光比B 光先消失D ．若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B 光、C 光，则C 光对应的能级较低 答案 BC解析 由题图甲可得，B 光和C 光为单色光，C 光的折射率大，频率高；A 光除了B 、C 光的反射光线外，还含有第三种频率的光，为三种光的复合光．C 光照射光电管恰好有光电流产生，用B 光照射同一光电管，不能发生光电效应，故A 错误；A 光为三种频率的复合光，但A 光中某频率的光发生了全反射，其临界角最小，折射率最大，频率最高，则A 光和C 光分别照射光电管的阴极时，A 光照射时逸出的光电子的最大初动能较大，故B 正确；根据sin C ＝1n 可知，C 光的临界角比B 光小，若入射光的入射角从0开始增大，C 光比B 光先消失，故C 正确；C 光的频率比B 光高，根据能级跃迁规律可知，若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B 光、C 光，则C 光对应的能级较高，故D 错误．考点三 光的波粒二象性与物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 2．物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．1．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性．( √ )2．法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性．( √ )例6(2022·上海师大附中高三学业考试)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)(b)(c)所示的图像，则()A．图像(a)表明光具有波动性B．图像(c)表明光具有粒子性C．用紫外线观察不到类似的图像D．实验表明光是一种概率波答案 D解析题图(a)只有分散的亮点，表明光具有粒子性；题图(c)呈现干涉条纹，表明光具有波动性，A、B错误；紫外线也具有波粒二象性，也可以观察到类似的图像，C错误；实验表明光是一种概率波，D正确．考点四原子结构1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．2．α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．3．原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．1．在α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转是由于它跟金原子中的电子发生了碰撞．(×)2．原子中绝大部分是空的，原子核很小．(√)3．核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．(√)例7关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是()A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的排斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实肯定了汤姆孙的原子结构模型D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量答案 A解析在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°，所以A正确；使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核，当α粒子接近核时，核的排斥力使α粒子发生明显偏转，电子对α粒子的影响忽略不计，所以B错误；实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实否定了汤姆孙的原子结构模型，所以C错误；实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及绝大部分质量，所以D错误．考点五玻尔理论能级跃迁1．玻尔理论(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射．(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为E n)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为E m，m<n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝E n－E m.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．2．氢原子的能量和能级跃迁(1)能级和半径公式：①能级公式：E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.②半径公式：r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.(2)氢原子的能级图，如图所示1．处于基态的氢原子可以吸收能量为11 eV 的光子而跃迁到高能级．( × ) 2．氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝E n －E m (m <n )．( √ ) 3．氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能．( × ) 4．玻尔理论能解释所有元素的原子光谱．( × )1．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子． 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h.(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量． 吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE . 2．光谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n －1. (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N ＝C 2n ＝n (n －1)2. 3．电离(1)电离态：n ＝∞，E ＝0.(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量． 例如：氢原子从基态→电离态： E 吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能．例8 (2019·全国卷Ⅰ·14)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 eVC．1.89 eV D．1.51 eV答案 A解析因为可见光光子的能量范围是1.63 eV～3.10 eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，故选项A 正确．例9氢原子的能级图如图所示．用氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂，下列说法正确的是()A．产生的光电子的最大初动能为6.41 eVB．产生的光电子的最大初动能为12.75 eVC．氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射的光不能使金属铂发生光电效应D．氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光也能使金属铂发生光电效应答案 A解析从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，产生的光电子的最大初动能为E k＝hν－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故A正确，B错误；氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射的光子能量为10.2 eV，能使金属铂发生光电效应，故C错误；氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光子能量小于金属铂的逸出功，故不能使金属铂发生光电效应，故D错误．课时精练1．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波的波长也相等答案AB2．关于光电效应，下列说法正确的是()A．截止频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多答案 A解析逸出功W0＝hνc，W0∝νc，A正确；只有照射光的频率ν大于或等于金属截止频率νc，才能发生光电效应，B错误；由光电效应方程E k＝hν－W0知，入射光频率ν不确定时，无法确定E k与W0的关系，C错误；频率一定，入射光的光强越大，单位时间内逸出的光电子数越多，D错误．3．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km.改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)()A．E km－hνB．2E kmC．E km＋hνD．E km＋2hν答案 C解析根据爱因斯坦光电效应方程得E km＝hν－W0，若入射光频率变为2ν，则E km′＝h·2ν－W0＝2hν－(hν－E km)＝hν＋E km，故选项C正确．4.如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是()A．用能量为9.0 eV的电子激发n＝1能级的大量氢原子，可以使氢原子跃迁到高能级B．n＝2能级的氢原子可以吸收能量为3.3 eV的光子而发生电离C．大量处于n＝4能级的氢原子跃迁到基态放出的所有光子中，n＝4能级跃迁到n＝1能级释放的光子的粒子性最显著D．大量处于基态的氢原子吸收12.09 eV的光子后，只可以放出两种频率的光子答案 C解析n＝1能级与n＝2能级的能量差为10.2 eV，由于9.0 eV<10.2 eV，因此用能量为9.0 eV 的电子激发n＝1能级的大量氢原子，不能使氢原子跃迁到高能级，故A错误；n＝2能级的氢原子的能量为－3.40 eV，因此欲使其发生电离，吸收的能量至少为3.40 eV，故B错误；光子的波长越长波动性越显著，光子的频率越高，粒子性越显著，由玻尔理论可知，从n＝4能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最大，由E＝hν可知，该光子的频率最高，该光子的粒子性最显著，故C正确；大量处于基态的氢原子吸收12.09 eV的光子后，由跃迁规律可知，大量的氢原子可以跃迁到n＝3能级，则放出C23＝3种频率的光子，故D错误．5．(多选)(2017·全国卷Ⅲ·19)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b，光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h 为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νa＞νb，则一定有U a＜U bB．若νa＞νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa＞νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得，E k＝hν－W0，由动能定理得，E k＝eU，用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同．当νa＞νb时，一定有E k a＞E k b，U a＞U b，故选项A错误，B正确；若U a＜U b，则一定有E k a＜E k b，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa－E k a ＝hνb－E k b，故选项D错误．6．(2020·江苏卷·12(1)(2))(1)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点．它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示．若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是________．A．I增大，λ增大B．I增大，λ减小C．I减小，λ增大D．I减小，λ减小(2)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为λ1和λ2，则该激发态与基态的能量差为________，波长为λ1的光子的动量为________．(已知普朗克常量为h，光速为c)答案 (1)B (2)h c λ2 h λ1解析 (1)若人体温度升高，则人体的热辐射强度I 增大，由ε＝hν，故对应的频率ν变大，由c ＝λν知对应的波长λ变小，选项B 正确．(2)该激发态与基态的能量差ΔE 对应着辐射最短波长的光子，故能量差为ΔE ＝hν＝h c λ2；波长为λ1的光子的动量p ＝h λ1.7.(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压U c 与入射光频率ν的关系如图所示．用h 、e 分别表示普朗克常量和电子电荷量，则( )A ．钠的逸出功小于钙的逸出功B ．图中直线的斜率为h eC ．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D ．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高 答案 AB解析 根据U c e ＝E k ＝hν－W 0，即U c ＝h e ν－W 0e，则由题图可知钠的逸出功小于钙的逸出功，选项A 正确；题图中直线的斜率为h e，选项B 正确；在得到这两条直线时，与入射光的光强无关，选项C 错误；根据E k ＝hν－W 0，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，选项D 错误．8．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压U c 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15× 1014 Hz.已知普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s.则下列说法中正确的是( )A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能约为E k＝1.2×10－19 J答案 D解析遏止电压产生的电场对电子起阻碍作用，则电源的右端为正极，故A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，加速电场增强，电流增加但增加到一定值后不再增加，故B错误；由E k＝hν－W0可知，最大初动能与光的强度无关，故C错误；E k＝hν－W0＝hν－hνc，νc＝5.15×1014 Hz，代入数值求得E k≈1.2×10－19 J，故D正确．9．(多选)(2020·浙江1月选考·14)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则()A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线B．氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时会辐射出红外线C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光答案CD解析γ射线是放射性元素的原子核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的，氢不是放射性元素，A错误；氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子的能量E＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV,1.62 eV<1.89 eV<3.11 eV，故氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光为可见光，B错误；根据E＝hν及题给条件可知，紫外线光子的能量大于3.11 eV，要使处于n＝3能级的氢原子发生电离，需要的能量至少为1.51 eV，故C正确；大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时辐射出的光子能量有0.66 eV、2.55 eV、12.75 eV、1.89 eV、12.09 eV、10.2 eV，故大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，D正确．10.如图所示为氢原子的能级示意图，则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征，下列说法中正确的是()A．一群处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出5种不同频率的光子B．一群处于n＝3能级的氢原子吸收能量为0.9 eV的光子可以跃迁到n＝4能级C．处于基态的氢原子吸收能量为13.8 eV的光子可以发生电离D．若氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应，则从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射出的光也一定能使该金属发生光电效应答案 C解析一群处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出C24＝6种不同频率的光子，故A 错误；一群处于n＝3能级的氢原子吸收能量为0.9 eV的光子后的能量为E＝－1.51 eV＋0.9 eV＝－0.61 eV，0.9 eV不等于能级间的能量差，该光子不能被吸收，故B错误；处于基态的氢原子吸收能量为13.8 eV的光子可以发生电离，剩余的能量变为光电子的初动能，故C 正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为ΔE1＝E3－E1＝12.09 eV，从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子能量为ΔE2＝E5－E2＝2.86 eV，所以若氢原子从n ＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应，则从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射出的光不一定能使该金属发生光电效应，故D错误．11．(多选)为了解决光信号长距离传输中的衰减问题，常常在光纤中掺入铒元素．如图所示是铒离子的能级示意图，标识为4I13/2的铒离子处在亚稳态，不会立即向下跃迁：如果用光子能量约为2.03×10－19J的激光把处于基态能级4I15/2的铒离子激发到4I11/2能级，再通过“无辐射跃迁”跃迁到能级4I13/2，从而使该能级积聚的离子数远超过处于基态的离子数．当光纤中传输某波长的光波时，能使处在亚稳态能级的离子向基态跃迁，产生大量能量约为1.28×。
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原子结构专题一、多选题1．如图为波尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于n=4的激发状态，当他们自发的跃到较低能级时，以下说法正确的有（）。
A. 电子轨道半径减小，动能增大B. 可发出连续不断的光谱线C. 由n=4跃迁到n=1时发出光子的频率最高D. 由n=4跃迁到n=1时发出光子的波长最长【答案】AC【解析】（1）当氢原子中电子从高能级向低能级跃迁时，电子轨道半径变小，跃迁过程中，原子核对电子的库仑力做正功，根据动能定理，电子动能增大，A正确；（2）根据玻尔理论，原子能量是量子化的，故原子中电子跃迁时，能级差也是量子化的，只能是一些特定的数值，根据，发光频率也只能是一些特定的频率，故不能产生连续谱，而是线状谱，B错误；（3）电子由n=4跃迁到n=1时，能级差最大，根据，产生的光子频率最高，波长最短，C正确，D错误。
故本题选AC2．下列说法正确的是A. 卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型B. 大量处于n＝3激发态的氢原子向基态跃迁时，最多能辐射2种频率的光子C. α粒子的穿透本领比β射线强D. 光照射金属时，只要光的频率大于金属的截止频率，无论光的强弱如何，都能发生光电效应【答案】AD【解析】卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，选项A正确；大量处于n＝3激发态的氢原子向基态跃迁时，最多能辐射种频率的光子，选项B错误；α粒子的穿透本领比β射线弱，选项C错误；光照射金属时，只要光的频率大于金属的截止频率，无论光的强弱如何，都能发生光电效应，选项D正确；故选AD.3．如图4为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确的是A. 相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最少B. 放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少C. 相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时稍少些D. 放在C、D位置时屏上观察不到闪光【答案】BC【解析】放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多。
说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷。
故A错误；放在D位置时，屏上可以观察到闪光，只不过很少很少。
说明很少很少射线发生大角度的偏折。
故B正确；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少。
说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小。
故C正确；放在CD位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少。
说明极少数射线较大偏折，可知原子内部带正电的体积小且质量大。
故D错误。
故选BC。
4．关于α粒子散射实验和原子结构模型，下列说法正确的是A. α粒子散射实验完全否定了汤姆孙关于原子的“枣糕模型”B. 卢瑟福的“核式结构模型”很好地解释了α粒子散射实验C. 少数α粒子发生大角度散射是因为受到很强的引力作用D. 大多数α粒子不发生偏转的原因是正电荷均匀分布在原子内【答案】AB【解析】A：α粒子散射实验完全否定了汤姆孙关于原子的“枣糕模型”，故A项正确。
B：卢瑟福的“核式结构模型”很好地解释了α粒子散射实验，故B项正确。
C：原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，少数α粒子运动过程中靠近原子核时会受到很强的库仑斥力作用发生大角度偏转。
故C项错误。
D：绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变。
故D项错误。
5．氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的离子，其能能级示意图如图所示，当分别用能量均为的电子和光子作用于处在基态的氦离子时（）A. 当用能量为光子作用于处在基态的氦离子时可能辐射能量为的光子B. 当用能量为光子作用于处在基态的氦离子时一定不能辐射能量为的光子C. 当用能量为电子作用于处在基态的氦离子时可能辐射能量为的光子D. 当用能量为电子作用于处在基态的氦离子时一定不能辐射能量为的光子【答案】BC【解析】AB、当用能量为光子作用于处在基态的氦离子时，能量为，不能跃迁，一定不能辐射能量为的光子，故A错误，B 正确；CD、当用能量为电子作用于处在基态的氦离子时，基态的氦离子吸收部分的电子能量，能跃迁到第二能级，可以辐射能量为的光子，故C正确，D错误；故选BC。
6．关于光谱，下列说法正确的是A. 发射光谱一定是连续谱B. 利用线状谱可以鉴别物质和确定物质的组成成分C. 各种原子的原子结构不同，所以各种原子的光谱也是不同的D. 太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元索【答案】BC【解析】A项：发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱，故A错误；B、C项：各种原子的发射光谱都是线状谱，都有一定的特征，也称特征谱线，是因原子结构不同，导致原子光谱也不相同，因而可以通过原子发光谱线来确定和鉴别物质，对此称为光谱分析，故B、C正确；D项：太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，说明太阳中存在与这些暗线相对应的元素，故D 错误。
点晴：原子的发射光谱都是线状谱，也叫特征谱线，各种不同的原子的光谱各不相同，是因原子中电子结合不同．因此可通过原子发光来确定物质的组成。
7．关于原子光谱，下列说法中正确的是A. 稀薄气体发光的光谱只有几条分立的亮线B. 稀薄气体发光的光谱是一条连续的彩带C. 不同原子的光谱线不同D. 利用光谱分析可以确定物质的化学成份【答案】ACD【解析】AB：稀薄气体发光的光谱只有几条分立的亮线，是明线光谱。
故A项正确，B项错误。
C：同一种原子的明线谱和吸收谱谱线位置相同，不同原子的光谱线不同。
故C项正确。
D：不同原子的光谱线不同，利用光谱分析可以确定物质的化学成份。
故D项正确。
点睛：炽热的固体、液体及高压气体发光产生的光谱一般是连续谱，稀薄气体发光产生的光谱多为明线光谱，白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱。
原子的发射光谱和吸收光谱都是线状谱，同一种原子，线状谱的位置相同。
8．处于基态的氢原子被某外来单色光激发后跃迁到能级,然后发出光线。
已知普朗克常量,则A. 该外来单色光的能量为B. 该氢原子发射的所有谱线中,最长的波长为C. 该氢原子发射的所有谱线中,最短波长的光子动量为D. 该氢原子发射的光照射逸出功为的金属锌,最大光电子动能约为【答案】BCD【解析】（1）根据跃迁理论，处于基态的氢原子被某外来单色光激发后跃迁到能级，需要吸收的能量为= -0.54-(-13.6)eV=13.06eV，A错误；（2）波长最长的谱线来自第5能级向第4能级的跃迁，根据，解得：，B正确；（3）波长最短的谱线来自第5能级向第1能级的跃迁，根据，解得：，又根据，代入解得：，C正确；（4）根据爱因斯坦光电效应方程，得：=9.72eV，D正确；故本题选BCD9．氢原子的能级如图所示，已如可见光的光子的能量范围为1.62～3.11eV，那么对氢原子在能级跃注的过程中辐射成吸收光子的特征认识正确的是A. 大量氢原子处于n=4能级时向低能级跃迁能发出6种领率的可见光B. 氧原子从高能级向n=3能级跃迁时，发出的光是不可见光C. 处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的可见光，并发生电离D. 用能量为12.5eV的光子照射处与基态的氢原子，可以使氢原子跃迁到更高的能级【答案】BC【解析】大量氢原子处于n=4能级时向低能级跃迁能发出种频率的光，其中4→3放出光子的能量：（-0.85）-（-1.51）=0.66eV；其中3→2放出光子的能量：（-1.51）-（-3.4）=1.89eV；其中4→2放出光子的能量：（-0.85）-（-3.4）=2.55eV；则只有三种是可见光，选项A错误；氢原子从高能级向n=3能级跃迁时，发出的光的能量小于1.51 eV，则属于不可见光，选项B正确；处于n=3能级的氢原子电离需要的最小能量为1.51 eV，则处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的可见光，并发生电离，选项C正确；12.5eV的光不等于任何能级差，则能量为12.5eV的光子照射处与基态的氢原子，不能被氢原子吸收，不可以使氢原子跃迁到更高的能级，选项D错误；故选BC.10．下列说法正确的是（）A. 汤姆孙首先发现了电子，并最早测定了电子的电荷量B. 卢瑟福由粒子散射实验提出了原子的核式结构模型C. 光谱分析可在不破坏、不接触物体的情况下获取其内部的信息D. 氢原子中的电子离原子核越近，氢原子的能量越大【答案】BC【解析】A. 汤姆生通过研究阴极射线实验，发现了发现了电子，密立根最早测定了电子的电荷量，故A错误；B. 卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构学说，故B正确；C. 光谱分析是通过物体发出的光谱分析物体的组成的，可在不破坏、不接触物体的情况下获取其内部的信息，故C正确；D. 根据玻尔的原子结构模型，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大，故D错误。
故选：BC.11．物理学家的科学发现推动了人类历史的进步,关于物理学家的贡献，下列说法正确的是( )A. 牛顿发现万有引力定律，并通过实验比较准确地测出了引力常量B. 富兰克林把自然界的电荷分为两种，密立根首先测定了元电荷的值C. 法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系D. 玻尔和助手们进行了粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型【答案】BC【解析】A、牛顿发现万有引力定律，卡文迪许通过实验比较准确地测出了引力常量，故A 错误；B、富兰克林把自然界的电荷分为两种，密立根首先测定了元电荷的值，故B正确；C、法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系，故C正确；D、卢瑟福进行了粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型，故D错误；故选BC。
12．下列叙述中符合物理学史的有（）A. 汤姆孙通过研究阴极射线实验,发现了电子B. 卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析,证实了原子核是可以再分的C. 巴耳末根据对氢原子可见光区的谱线分析,总结出了氢原子光谱可见光区波长公式D. 玻尔提出的原子模型,彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说【答案】AC【解析】汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子的存在，A正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，B错误；巴尔末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式，C正确；玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说的基础上，引入了量子理论，提出的原子模型，并没有完全否定卢瑟福的原子核式结构学说，D错误．13．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. 同一介质对Hα的临界角比Hβ的大【答案】AD【解析】A、根据可知，Hα对应的前后能级之差最小，故A正确；B、根据可知，Hα的频率最小，同一介质对Hα的折射率最小，故B错误；C、根据可知，同一介质对Hα的传播速度最大，同一介质中Hδ的传播速度最小，故C 错误；D、根据知，同一介质对Hα的临界角比Hβ的大，故D正确；故选AD。