易错点29 原子 原子核-备战2022年高考物理典型易错题辨析与精练（原卷版）

易错点29 原子 原子核

易错总结

一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式

1．原子的核式结构

（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。

2．光谱

（1）光谱

用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。

（2）光谱分类

有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。

有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。

（3）氢原子光谱的实验规律

巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R，（n＝3,4,5，…），R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数。

3．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＝Em－En。（h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·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。

4．氢原子的能级、能级公式

（1）氢原子的能级

能级图如图所示

（2）氢原子的能级和轨道半径

①氢原子的能级公式：En＝E1 （n＝1,2,3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。

②氢原子的半径公式：rn＝n2r1 （n＝1,2,3，…），其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。

二、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素

1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。

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，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。

（2）放射性和放射性元素

物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。

（3）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。

（4）放射性同位素的应用与防护

①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。

②应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。

③防护：防止放射性对人体组织的伤害。

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：X→Y＋He

β衰变：X→Y＋e

（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的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。

三、核力、结合能、质量亏损

1．核力

（1）定义：

原子核内部，核子间所特有的相互作用力。

（2）特点：

①核力是强相互作用的一种表现；

②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内；

③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。

2．结合能

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．比结合能

（1）定义：

原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。

（2）特点：

不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

4．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Δm，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2。

四、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆　核反应方程

1．重核裂变

（1）定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。

（2）典型的裂变反应方程：

U＋n→Kr＋Ba＋3n。

（3）链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。

（4）临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。

（5）裂变的应用：原子弹、核反应堆。

（6）反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。

2．轻核聚变

（1）定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。

（2）典型的聚变反应方程：

H＋H→He＋n＋17.6 MeV

【易错跟踪训练】

  易错类型1：对物理概念理解不透彻

1．（2021·全国高三课时练习）关于原子的特征谱线，下列说法不正确的是（　　）

A．不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线

B．使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气，可得到钠元素的特征谱线

C．可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分

D．原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据

2．（2021·全国高三专题练习）下列说法不正确的是（　　）

A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一

B．玻尔原子理论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，成功地解释了氢原子光谱的实验规律

C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小

D．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想

3．（2020·浙江高三专题练习）有关氢原子光谱的说法中不正确的是（　　）

A．氢原子的发射光谱是连续光谱

B．氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差有关

C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的

D．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光

4．（2019·安徽高三）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

5．（2021·全国高三课时练习）关于核力与结合能，下列说法不正确的是（　　）

A．核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力也可为斥力

B．核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多于质子数

C．比结合能小的原子核合成或分解成比结合能大的原子核时一定释放核能

D．原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子核越稳定

6．（2021·辽宁高三专题练习）下列说法不正确的是（　　）

A．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性

B．铀核（）衰变为铅核（）的过程中共发生了8次衰变和6次衰变

C．原子核的比结合能越大，原子核越稳定

D．氢原子从基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大，动能和电势能之和守恒

7．（2020·通辽蒙古族中学高三）关于下列物理问题的理解，正确的是（　　）

A．康普顿研究X射线被较轻物质(石墨)散射后光的成分，发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长的成分，所以康普顿效应说明光具有波动性

B．光电效应实验中，用某一频率的光照射金属，电压不变时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关

C．当用能量为11eV的电子撞击处于基态的氢原子（E1=-13.6eV）时，氢原子一定不能跃迁到激发态

D．氘核分离成质子与中子的过程中需要吸收的最小能量就是氘核的结合能

8．（2021·河南安阳·高三）原子弹的核反应方程之一为，氢弹的核反应方程为，关于这两个核反应下列说法不正确的是（　　）

A．原子弹的核反应为重核的裂变，X为质子

B．氢弹的核反应为轻核的聚变，Y为氦原子核

C．两个核反应都发生质量亏损

D．两个核反应反应前的比结合能都小于反应后的比结合能

  易错类型2：不明白规律内涵、外延

1．（2019·上海静安·高三）下列关于物质结构的叙述中不正确的是

A．天然放射性现象的发现表明了原子核内部是有复杂结构的 

B．质子的发现表明了原子核是由质子和中子组成的

C．电子的发现表明了原子内部是有复杂结构的 

D．粒子散射实验是原子核式结构模型的实验基础

2．（2019·天津南开区·）下列关于物质结构的叙述不正确的是

A．质子的发现表明了原子核是由质子和中子组成的

B．天然放射性现象的发现表明了原子核内部是有复杂结构的

C．电子的发现表明了原子内部是有复杂结构的

D．粒子散射实验是原子核式结构模型的实验基础

3．（2021·全国高三专题练习）关于原子结构，下列说法错误的是（　　）

A．汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷

B．卢瑟福α粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量

C．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流

D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型

4．（2018·山东全国·高三单元测试）下列说法不正确的是（）

A．太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的热核反应

B．波尔根据氢原子光谱分立的特性提出电子轨道和原子能量是量子化的

C．核力是强相互作用的一种表现，在原子核内核力比库仑大得多

D．光电效应和α粒子散射实验都证明了原子核式结构模型

5．（2021·江苏高三专题练习）据悉我国第四代反应堆——钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破。该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀，铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量。下列说法不正确的是（　　）

A．钍核有90个质子，142个中子

B．铀核裂变的核反应方程为

C．放射性元素衰变的快慢只由核内部因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关

D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小

6．（2020·全国高三课时练习）放射性在工农业生产和科学研究中有广泛的应用，下列关于放射性的应用与防护，说法不正确的是（   ）

A．利用射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期

B．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能

C．利用放射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置

D．放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用

7．（2021·全国高三课时练习）关于原子核的结合能，下列说法不正确的是(　　)

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

B．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．比结合能越大，原子核越不稳定

D．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核( Pb)的结合能

8．（2021·全国高三专题练习）关于原子核、原子核的衰变、核能，下列说法错误的是（　　）

A．原子核的结合能越大，原子核越稳定

B．衰变成要经过8次α衰变和6次β衰变

C．发生β衰变时，新核与原来的原子核相比，少了一个中子，多了一个质子

D．发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2