(考点分析) 第二节 原子结构和原子核-2023年高考物理一轮系统复习学思用

【考点分析】　第二节 原子结构和原子核

【考点一】  对原子核式结构的理解

【典型例题1】  物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是(　　)

A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论

B．查德威克用α粒子轰击N获得反冲核O，发现了中子

C．贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构

D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型

【解析】　麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论，选项A正确；

卢瑟福用α粒子轰击N，获得反冲核O，发现了质子，选项B错误；

贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构，选项C正确；

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模型，选项D错误．

【答案】　AC

【考点二】  玻尔理论和能级跃迁

【典型例题2】  (2022•江苏省南京市盐城市高三(上)一模)如图所示，氢原子的能级图。一群处于基态的氢原子受到激发后，会辐射出6种不同频率的光。已知可见光光子的能量范围为1.64eV～3.19eV。下列说法正确的是(　　)

A．6种不同频率的光中包含有γ射线 B．基态的氢原子受激后跃迁到n=6的能级

C．从n=4能级跃迁到n=2发出的光是可见光 D．从n=4能级跃迁到n=3发出的光波长最短

【解析】  A．γ射线是具有高能量的电磁波，能量高于1.24MeV，故6种不同频率的光中不可能包含有γ射线，A错误；

B．一群氢原子从n级自发向低能级跃迁能辐射出种不同频率的光，由于一群处于基态的氢原子受到激发后，会辐射出6种不同频率的光， 故基态的氢原子受激后跃迁到n=4的能级，B错误；

C．根据，由n=4能级跃迁到n=2能级产生的光子的能量为，在可见光范围内，C正确；

D．从n=4能级跃迁到n=3发出的光频率最小，波长最长，D错误。故选C。

【答案】  C

【归纳总结】  1.定态间的跃迁——满足能级差

(1)从低能级(n)高能级(m)→吸收能量.hν＝Em－En

(2)从高能级(m)低能级(n)→放出能量.hν＝Em－En.

2.电离：

电离态与电离能

电离态：n＝∞，E＝0

基态→电离态：E吸>0－(－13.6 eV)＝13.6 eV.

激发态→电离态：E吸>0－En＝|En|.

若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能.

【考点三】  氢原子的能量及变化规律

【典型例题3】  按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)．

【解析】  电子离原子核越远电势能越大，原子能量也就越大；根据动能定理有，hν＋E1＝mv2，所以电离后电子速度为 .

【答案】  越大　　

【考点四】  衰变射线的性质

【典型例题4】  (2022•天津市南开区高三(上)期末)如图，天然放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，则(     )

A．①电离作用最强，是一种电磁波

B．②贯穿本领最弱，用一张白纸就可以把它挡住

C．原子核放出一个①粒子后，形成的新核比原来的电荷数多1个

D．原子核放出一个③粒子后，质子数比原来少4，中子数比原来少2个

【解析】  ①向右偏转，知①带负电，为β射线，实质是电子，电离作用不是最强，也不是电磁波，故A错误．

②不带电，是γ射线，为电磁波，穿透能力最强，故B错误．

根据电荷数守恒知，原子核放出一个①粒子后，电荷数多1，故C正确．

③向左偏，知③带正电，为α射线，原子核放出一个③粒子后，质子数比原来少2，质量数少4，则中子数少2，故D错误．故选C．

【答案】  C

【考点五】  衰变次数的有关计算

【典型例题5】  放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了(　　)

A．1位      B．2位      C．3位   D．4位

【解析】每经过一次α衰变，元素电荷数减少2，每经过一次β衰变，元素电荷数增加1，元素A经过2次α衰变和1次β衰变，则电荷数减少3，即新元素在元素周期表中的位置向前移动了3位，故C正确.

【答案】  C

【归纳总结】  确定衰变次数的方法

(1)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Y，则表示该核反应的方程为X→Y＋nHe＋me.

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程

A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.　

(2)确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，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．

【考点六】  半衰期的理解与计算

【典型例题6】  (2022•河北唐山市高三(下)一模)氚是氢的一种放射性同位素，简写为H，氟核发生β衰变后变成另一种新原子核，氚的半衰期为12.43年，下列关于氚核衰变说法正确的(　　)

A．经过12.43年，6个氚核还剩余3个没有衰变

B．经过12.43年，质量为m的氚核还剩余仍没有衰变

C．增加气体中氚的浓度可以缩短其半衰期

D．改变氚核存放环境可改变其半衰期

【解析】  AB．半衰期是大量放射性原子核衰变的统计规律，对个别的原子核没有意义，故A错误B正确；

CD．半衰期由放射性元素的原子核本身因素决定，跟原子核所处的物理或化学状态无关，故CD错误。故选B。

【答案】  B

【归纳总结】  对半衰期的两点说明

(1)根据半衰期的概念，可总结出公式

N余＝N原，m余＝m原.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．

(2)适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变．

【考点七】  核反应及核反应类型

【典型例题7】  (1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有________.

A．U→Th＋He是重核裂变

B．N＋He→O＋H是轻核聚变

C．H＋H→He＋n是α衰变

D．Se→Kr＋2e是β衰变

(2)现有四个核反应：

A．H＋H→He＋n

B．U＋n→X＋Kr＋3n

C．Na→Mg＋e

D．He＋Be→C＋n

①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程.

②B项中X的质量数为________，中子数为________.

【解析】　(1)A为α衰变，B为原子核的人工转变，C为轻核聚变，D为β衰变，故只有D正确.

(2)①D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程；C是一种衰变反应.

②X的质量数为(235＋1)－(89＋3)＝144

X的质子数为92－36＝56

X的中子数为144－56＝88.

【答案】　(1)D　(2)①D　B　A　②144　88

【归纳总结】  核反应的四种类型

【考点八】  质量亏损及核能的计算

【典型例题8】  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(　　)

A．He核的结合能约为14 MeV

B．He核比Li核更稳定

C．两个H核结合成He核时释放能量

D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大

【解析】　由图象可知He核的结合能约为28 MeV，A项错误；He核比Li核的比结合能大，故He核比Li核稳定，B项正确；两个H核结合成He核时比结合能增大，释放能量，C项正确；U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，D项错误.

【答案】　BC

【归纳总结】  1．利用质能方程计算核能

(1)根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm.

(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.

质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”.

(3)ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算ΔE，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，相当于931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用.

2．利用比结合能计算核能

原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数.

核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能.