1、第第 2 讲讲 原子结构原子结构 原子核原子核 知识排查 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原子的核式结构 图 1 (1) 粒子散射实验：19091911 年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用 粒子轰击金箔的实验， 实验发现绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向 前进，但有少数 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。(如图 1 所示) (2)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。 氢原子光谱 1.光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的
2、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 3氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1 R 1 22 1 n2 ，(n3，4，5，R 是里德伯常量，R1.10107 m 1)。 4光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质 的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。 氢原子的能级、能级公式 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
3、的光子， 光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hEmEn。(h 是普朗克常量，h 6.6310 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。 2.氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图 2 所示 图 2 (2)氢原子的能级和轨道半径 氢原子的能级公式：En 1 n2E1 (n1，2，3，)，其中 E1 为基态能量，其数值 为 E113.6 eV。 氢原子的半径公式：rnn2r1 (n1，2，3，)，其中 r1为基态半径，又称玻 尔半径，其数值为 r10.5310 10 m。 原子
4、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 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。 3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、做示踪原子等。 (3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。 4原子核的衰变 (1)衰变：原子核放出 粒子或 粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的 衰变。 (2)分类 衰变：A ZXA 4 Z2Y4
5、2He 如：238 92U234 90Th42He； 衰变：A ZX A Z1Y01e 如：234 90Th234 91Pa01e； (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。 核力和核能 1.核力 原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 2核能 (1)核子在结合成原子核时出现质量亏损 m，其对应的能量 Emc2。 (2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加 m，吸收的能量为 Emc2。 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
6、几个质量数较小的 原子核的过程。 (2)典型的裂变反应方程： 235 92U10n8936Kr144 56Ba310n。 (3)链式反应：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：两个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： 2 1H31H42He10n17.6 MeV 小题速练 1 在卢瑟福 粒子散射实验中， 有少数
7、粒子发生了大角度偏转， 其原因是( ) A原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B正电荷在原子内是均匀分布的 C原子中存在着带负电的电子 D原子只能处于一系列不连续的能量状态中 答案 A 2下列有关氢原子光谱的说法正确的是( ) A氢原子的发射光谱是连续谱 B氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光 C氢原子光谱说明氢原子能量是连续的 D氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关 解析 由于氢原子发射的光子的能量 EEnEm 1 n2E1 1 m2E1 m2n2 n2m2 E1，所以 发射的光子的能量值 E 是不连续的，只能是一些特定频率的谱线，故选项 A 错 误，B 正确；由于氢原子
8、的轨道是不连续的，根据玻尔原子理论知氢原子的能级 也是不连续的，即是分立的，故选项 C 错误；当氢原子从较高轨道第 n 能级跃 迁到较低轨道第 m 能级时，发射的光子的能量为 EEnEmh，显然 n、m 的 取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量 差有关，选项 D 错误。 答案 B 3(多选)如图 3 是氢原子的能级图，一群氢原子处于 n3 能级，下列说法中正 确的是 ( ) 图 3 A这群氢原子跃迁时能够发出 3 种不同频率的波 B这群氢原子发出的光子中，能量最大为 10.2 eV C从 n3 能级跃迁到 n2 能级时发出的光波长最长 D这群氢原子能够吸收任意
9、光子的能量而向更高能级跃迁 解析 根据 C233 知，这群氢原子能够发出 3 种不同频率的光子，故 A 正确； 由 n3 跃迁到 n1，辐射的光子能量最大，E(13.61.51) eV12.09 eV， 故 B 错误；从 n3 跃迁到 n2 辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长， 故 C 正确；一群处于 n3 能级的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级 的能级差，故 D 错误。 答案 AC 4(2017 上海单科)由放射性元素放出的氦核流被称为( ) A阴极射线 B 射线 C 射线 D 射线 解析 在天然放射现象中，放出 、 三种射线，其中 射线属于氦核流，选 项 B 正确。 答案 B
10、 5(2017 上海单科)在同位素氢、氘、氚的核内具有相同的( ) A核子数 B电子数 C中子数 D质子数 解析 本题考查对同位素的认识。 同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数 不同的元素，故氢、氘、氚的核内具有相同的质子数，选项 D 正确。 答案 D 6(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的是( ) A.238 92U 234 90Th42He 是 衰变 B.14 7N42He17 8O11H 是 衰变 C.21H31H42He10n 是轻核聚变 D.82 34Se8236Kr2 0 1e 是重核裂变 答案 AC 7下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( ) A 射线是
11、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 解析 射线是光子流，故选项 A 错误；氢原子辐射光子后，由高能级向低能级 跃迁，半径减小，绕核运动的动能增大，故选项 B 正确；太阳辐射能量主要来 源是太阳中发生的轻核聚变，故选项 C 错误；100 克210 83Bi 经过 10 天即 2 个半 衰期还剩下 1 22100 克25 克，故选项 D 错误。 答案 B 8.太阳内部持续不断地发生着 4 个质子(11H)聚变为 1 个氦
12、核(42He)的热核反应，核 反应方程是 411H42He2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X 的质量分别为 m1、m2、m3，真空中的光速为 c。下列说法中正确的是( ) A方程中的 X 表示中子(10n) B方程中的 X 表示电子( 0 1e) C这个核反应中质量亏损 m4m1m2 D这个核反应中释放的核能 E(4m1m22m3)c2 解析 由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断出 X 为正电子01e，A、B 错误； 质量亏损为 m4m1m22m3，释放的核能为 Emc2(4m1m22m3)c2， C 错误，D 正确。 答案 D 氢原子的能级及能级跃迁 1定态间的跃迁满足能级差
13、 (1)从低能级(n小) 跃迁 高能级(n大)吸收能量。 hEn大En小 (2)从高能级(n大) 跃迁 低能级(n小)放出能量。 hEn大En小 2电离 电离态：n，E0 基态电离态：E吸0(13.6 eV)13.6 eV 电离能。 n2电离态：E吸0E23.4 eV 如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。 3氢原子跃迁时能量的变化 (1)氢原子能量：EnEknEpnE1 n2，随 n 增大而增大，其中 E113.6 eV。 (2)电子动能：电子绕氢原子核运动时库仑力提供向心力，即 ke 2 r2m v2 r ，所以 Ek ke 2 2r 随 r 增大而减小。 (3)电势能
14、：通过库仑力做功判断电势能的增减，当轨道半径减小时，库仑力做 正功，电势能减小；反之，轨道半径增大时，电势能增加。 【例 1】 (多选)氢原子各个能级的能量如图 4 所示，氢原子由 n1 能级跃迁到 n4 能级，在它回到 n1 能级过程中，下列说法中正确的是( ) 图 4 A可能激发出频率不同的光子只有 6 种 B可能激发出频率不同的光子只有 3 种 C可能激发出的光子的最大能量为 12.75 eV D可能激发出的光子的最大能量为 0.66 eV 解析 氢原子由 n4 能级跃迁到 n1 能级，可能发出的谱线条数为 C24，即 6 种频率或能量不同的光子，A 正确，B 错误；可能激发出的光子的最
15、大能量为 n 4 能级跃迁到 n1 能级对应的，C 正确，D 错误。 答案 AC 1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)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)。 (4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。 用数学中的组合知识求解：NC2nn（n1） 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。 2计算能级能量时应注意：因一般取无限远处为零电势参考平面，故各能级的 能量值均为负值；能量单位
16、 1 eV1.610 19 J。 1一个氢原子从 n3 能级跃迁到 n2 能级，该氢原子( ) A放出光子，能量增加 B放出光子，能量减少 C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少 解析 氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项 B 正确， A、C、D 错误。 答案 B 2如图 5 所示为氢原子的能级图，图中 a、b、c、d 对应氢原子的四次跃迁，已 知可见光光子的能量范围为 1.613.10 eV，关于四次跃迁，下列说法正确的是 ( ) 图 5 A经历 a 跃迁，氢原子吸收的光子能量为 0.66 eV B经历 b 跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大 C经历
17、c 跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子 D经历 d 跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离 解析 经历 a 跃迁， 氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出的光子的能量为 0.66 eV，选项 A 错误；经历 b 跃迁，氢原子吸收能量，轨道半径增大，但核外电子 的动能会减小， 选项 B 错误； 经历 c 跃迁， 氢原子辐射出的光子的能量为 0.97 eV， 则该光子不是可见光光子，选项 C 错误；经历 d 跃迁后，跃迁后的氢原子的电 离能为 1.51 eV，因此用可见光光子照射可使其电离，选项 D 正确。 答案 D 原子核的衰变、半衰期 1衰变规律及实质 (1) 衰变和 衰变的比较
18、 衰变类型 衰变 衰变 衰变方程 M ZXM 4 Z2Y42He M ZX M Z1Y 0 1e 衰变实质 2 个质子和 2 个中子结合 成一个整体射出 中子转化为质子 和电子 211H210n42He 1 0n11H 0 1e 匀强磁场中 轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 (2) 射线： 射线经常是伴随着 衰变或 衰变同时产生的。 2三种射线的成分和性质 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离 能力 贯穿 本领 射线 氦核 4 2He 2e 4 u 最强 最弱 射线 电子 0 1e e 1 1 837 u 较强 较强 射线 光子 0 0 最弱 最强 3.半衰期的理解 半衰期的公式：N
19、余N原 1 2 t ，m 余m原 1 2 t 。 【例 2】 (2017 全国卷，15)一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核，衰变 方程为238 92U234 90Th42He，下列说法正确的是( ) A. 衰变后钍核的动能等于 粒子的动能 B. 衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小 C. 铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间 D. 衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 解析 静止的铀核在 衰变过程中， 满足动量守恒的条件， 根据动量守恒定律得 pThp0，即钍核的动量和 粒 子的动量大小相等，方向相反，选项 B 正确； 根据 Ek p2 2m可知，选项 A 错误；半衰
20、期的定义是统计规律，对于一个 粒子不 适用，选项 C 错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程 中有一定的质量亏损，故衰变后粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质 量，选项 D 错误。 答案 B 1(2018 湖南常德二模)某一放射性物质发生衰变时放出 、 三种射线，让 这三种射线进入磁场，运动情况如图 6 所示，下列说法中正确的是( ) 图 6 A该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大 BC 粒子是原子核的重要组成部分 CA 粒子一定带正电 DB 粒子的穿透性最弱 解析 半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故 A 错误；由图可知 C 粒 子为电子，故 B 错误；由左手定则
21、可知 A 粒子一定带正电，故 C 正确；B 粒子 为 射线，穿透性最强，故 D 错误。 答案 C 2(多选)(2019 山西太原一模)钍234 90Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变 为镤234 91Pa，同时伴随有 射线产生，其方程为234 90Th234 91PaX，钍的半衰期为 24 天。则下列说法中正确的是 ( ) A一块纯净的钍 234 矿石经过 24 天，矿石的质量仅剩下原来质量的一半 BX 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C 射线是钍原子核发生衰变后产生的镤 234 的原子核释放的 D 射线具有很强的电离作用，对人体细胞破坏能力较大 解析 一块纯净的 234 矿
22、石经过 24 天，钍核有半数发生衰变，不是矿石的质量 仅剩下原来质量的一半，故 A 错误；根据质量数、电荷数守恒得出 X 是电子， 其产生的本质是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的，故 B 正确；钍原 子核发生衰变后产生的镤 234 的原子处于激发态，不稳定，向基态跃迁的过程以 射线向外释放能量，故 C 正确； 射线具有很强的穿透能力，电离作用很弱， 故 D 错误。 答案 BC 3(多选) (2019 福建厦门质检)静止的211 83Bi 原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹 如图 7 所示，大、小圆半径分别为 R1、R2。则下列关于此核衰变方程和两圆轨 迹半径比值的判断中正确的是( ) 图
23、7 A.211 83Bi207 81Tl42He B.211 83Bi211 84Po 0 1e CR1R2841 DR1R22074 解析 由动量守恒可知 0mvMV，由左手定则可知此核衰变为 衰变，故 A 错误，B 正确；由 qvBmv 2 R可知 R mv qB，所以 R1R2841，故 C 正确，D 错误。 答案 BC 核反应方程与核能计算 1核反应的四种类型 类 型 可控性 核反应方程典例 衰 变 衰变 自发 238 92U234 90Th42He 衰变 自发 234 90Th234 91Pa 0 1e 人工转变 人工控制 14 7N42He17 8O11H (卢瑟福发现质子) 4
24、2He94Be 12 6C10n (查德威克发现中子) 27 13Al42He3015P10n 约里奥 居里夫妇发现 放射性同位素， 同时发 现正电子 30 15P 3014Si 0 1e 重核裂变 比较容易 进行人工 控制 235 92U10n 144 56Ba8936Kr310n 235 92U10n136 54Xe9038Sr1010n 轻核聚变 很难控制 2 1H31H42He10n 2.核反应方程的书写 (1)掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。 (2)掌握常见的主要核反应方程式，并知道其意义。 (3)熟记常见的基本粒子的符号，如质子、中子、 粒子等。 3核能的计算方法
25、(1)应用质能方程解题的流程图 根据 Emc2计算时， m 的单位是“kg”， c 的单位是“m/s”， E 的单位是“J”。 根据 Em931.5 MeV 计算时，m 的单位是“u”，E 的单位是“MeV”。 (2)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 3】 (2018 全国卷，14)1934 年，约里奥居里夫妇用 粒子轰击铝核27 13 Al，产生了第一个人工放射性核素 X：27 13AlnX。X 的原子序数和质量数 分别为( ) A15 和 28 B15 和 30 C16 和 30 D17 和 31 解析 据 粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：4
26、2He27 13Al10nAZX， 结合质量数守恒和电荷数守恒得，A427130，Z213015，原子 序数等于核电荷数，故 B 正确。 答案 B 【例 4】 (2017 全国卷，17)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应 释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：21H21H32He10n。已知21H 的质量 为 2.013 6 u，32He 的质量为 3.015 0 u，10n 的质量为 1.008 7 u，1 u931 MeV/c2。 氘核聚变反应中释放的核能约为( ) A3.7 MeV B3.3 MeV C2.7 MeV D0.93 MeV 解析 根据质能方程，释放的核能 Emc2
27、，m2mHmHemn0.003 5 u， 则 E0.003 5931 MeV3.258 5 MeV3.3 MeV，故选项 B 正确，A、C、D 错误。 答案 B 1(2018 天津理综，1)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( ) 图 8 A.14 7N 俘获一个粒子，产生17 8O 并放出一个粒子 B.27 13Al 俘获一个 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
28、一个质子，产生32He 并放出一个粒子 解析 根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒可知， 14 7N42He17 8O11H， A 项错误；27 13Al42He3015P10n，B 项正确；11 5B11H84Be42He，C 项错误；63Li 11H32He42He，D 项错误。 答案 B 2(多选)(2017 江苏单科)原子核的比结合能曲线如图 9 所示。根据该曲线，下 列判断正确的有( ) 图 9 A.42He 核的结合能约为 14 MeV B.42He 核比63Li 核更稳定 C两个21H 核结合成42He 核时释放能量 D.235 92U 核中核子的平均结合能比89 36Kr 核
29、中的大 解析 由图象可知42He 核的结合能约为 28 MeV，选项 A 错误；42He 核比63Li 核的 比结合能大，故42He 核比63Li 核稳定，选项 B 正确；两个21H 核结合成42He 核时比 结合能增大，释放能量，选项 C 正确；235 92 U 的平均结合能比8936Kr 核中的小，选 项 D 错误。 答案 BC 3现有两动能均为 E00.35 MeV 的21H 在一条直线上相向运动，两个21H 发生对 撞后能发生核反应，得到32He 和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化 为32He 和新粒子的动能。已知21H 的质量为 2.014 1 u，32He 的质量为 3.
30、016 0 u，新 粒子的质量为 1.008 7 u，核反应时质量亏损 1 u 释放的核能约为 931 MeV(如果 涉及计算，结果保留整数)。则下列说法正确的是( ) A核反应方程为21H21H32He11H B核反应前后不满足能量守恒定律 C新粒子的动能约为 3 MeV D.32He 的动能约为 4 MeV 解析 由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知21H21H32He10n，则新粒子 为中子10n，所以 A 错误；核反应过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变为 能量，仍然满足能量守恒定律，B 错误；由题意可知 E(2.014 1 u23.016 0 u1.008 7 u)931 Me
31、V/u3.3 MeV， 根据核反应中系统的能量守恒有 EkHeEkn 2E0E，根据核反应中系统的动量守恒有 pHepn0，由 Ek p2 2m，可知 EkHe Ekn mn mHe， 解得EkHe mn mnmHe(2E0E)1 MeV， Ekn mHe mnmHe(2E0E)3 MeV， 所以 C 正确，D 错误。 答案 C 课时作业课时作业 (时间：40 分钟) 基础巩固练 1重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，关于裂变和聚变，下 列叙述正确的是( ) A裂变过程有质量亏损，聚变过程无质量亏损 B核聚变反应方程21H31H42HeX 中，X 表示电子 C裂变释放能量，聚变吸收
32、能量 D氢弹的核反应属于聚变，原子弹的核反应属于裂变 解析 裂变和聚变都释放出巨大能量，都伴随着质量的亏损，故 A、C 错误；核 聚变反应方程21H31H42He10n 中，X 表示中子，B 错误；原子弹的核反应属于 裂变，氢弹的核反应属于聚变，故 D 正确。 答案 D 2关于核力与原子核，下列说法正确的是( ) A核力是一种特殊的万有引力 B原子核内任意两个核子间都有核力作用 C任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和 D核子结合在一起成为原子核时要吸收能量 解析 核力与万有引力、 库仑力的性质不同， 核力是短程力， 作用范围在 1.510 15 m 之内，每个核子只跟邻近的核
33、子发生核力作用，核力是原子核能稳定存在 的原因，A、B 错误；核子结合成原子核时核力做正功，会释放能量，发生质量 亏损，原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，C 正确，D 错误。 答案 C 3(2018 湖南长沙二模)轻核的聚变反应会释放大量的能量，同时核聚变产物一 般不会污染环境， 是人类获得能源的理想方式。 核聚变反应过程主要是以下四种： 2 1H21H32HeX13.27 MeV 2 1H21H31HX24.04 MeV 2 1H31H42HeX317.85 MeV 2 1H32He42HeX418.34 MeV 对上面的反应中的 X1、X2、X3、X4，属于中子的是( ) A
34、X1、X2、X3、X4 BX2、X3、X4 CX3、X4 DX1、X3 解析 由质量数守恒和电荷数守恒可知属于中子的是 X1、X3，而 X2、X4属于质 子，故 D 正确，A、B、C 错误。 答案 D 41932 年考克饶夫特(J.D.Cockroft)和瓦耳顺(E.T.S.Walton)发明了世界上第一台 粒子加速器，他们将质子(11H)加速到 0.5 MeV 的能量去撞击静止的原子核 X，得 到两个动能均为 8.9 MeV 的氦核(42He)，这是历史上第一次用人工加速粒子实现 的核反应。下列说法正确的是 ( ) AX 是63Li BX 由42He 组成 C上述核反应中出现了质量亏损 D上
35、述核反应的类型是裂变 解析 根据题述，可知核反应方程为：11HX242He，根据核反应遵循质量数守 恒、电荷数守恒，可知 X 为质量数为 7、电荷数为 3 的73Li，选项 A、B 错误；由 于该核反应产生的两个氦核的动能大于质子的动能，说明反应中释放了核能，根 据爱因斯坦质能方程可知，该核反应中出现质量亏损，该核反应为原子核的人工 转变，选项 C 正确，D 错误。 答案 C 5(多选)铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应被定 名为核裂变。1947 年我国科学家钱三强、何泽慧在实验中观察到铀核也可以分 裂为三部分或四部分。关于铀核的裂变，下列说法正确的是 ( ) A裂变的产
36、物不是唯一的 B裂变的同时能放出 23 个或更多个中子 C裂变能够释放巨大能量。每个核子平均释放的能量在裂变反应中比在聚变反 应中的大 D裂变物质达到一定体积(即临界体积)时，链式反应才可以持续下去 解析 因铀核也可以分裂为三部分或四部分，可知裂变的产物不是唯一的，选项 A 正确；裂变是链式反应，在裂变的同时能放出 23 个或更多个中子，这些中 子再轰击其他铀核发生裂变， 选项 B 正确； 裂变物质达到一定体积(即临界体积)， 链式反应才可以持续下去，选项 D 正确。 答案 ABD 6(多选)图 1 中有四幅图片，涉及有关物理学发展历史的四个重大发现，则下 列有关说法正确的是( ) 图 1 A
37、甲图片与居里夫人有关 B乙图片所反映的现象是贝克勒尔最先发现的 C丙图片是法拉第研究阴极射线并发现电子的装置 D丁图片与爱因斯坦的质能方程有关 解析 结合教材史料，应用物理规律。甲图片为伦琴发现 X 射线后，照射的伦 琴夫人手的照片，与居里夫人无关，故选项 A 错误；乙图片中反映的天然放射 性现象是贝克勒尔最先发现的，故选项 B 正确；丙图片的现象是法拉第研究电 磁感应规律时的装置，与阴极射线及电子的发现无关，故选项 C 错误；原子弹 的能量来源于核能，与爱因斯坦的质能方程 Emc2有关，故选项 D 正确。 答案 BD 7某核电站遭受严重破坏，产生了严重的核泄漏，从核电站周围一定范围内的 空气
38、中和核电站排出的废水中分别检测出了放射性物质碘 131 和钚 239，严重危 及了人们的生命安全。已知该核电站采用的是重水反应堆，用238 92U(铀)吸收中子 后生成239 94Pu(钚)，碘 131 的半衰期为 8 天，下列说法正确的是( ) A排出的废水中的钚 239 是铀核裂变的生成物 B若238 92U 吸收中子后变成239 92U，239 92U 很不稳定，则经过 2 次 衰变后变成239 94Pu C核电站的核废料可直接堆放在露天垃圾场 D碘 131 的半衰期只有 8 天，因此 16 天后会全部消失 解析 裂变是重核生成几个中等质量原子核的过程，铀 238 的质量数比钚 239
39、的小，因此钚不是铀核裂变的生成物，选项 A 错误；发生 衰变时质量数不发 生改变，根据电荷数守恒可知239 92U 发生 2 次 衰变后变成239 94Pu，选项 B 正确； 核电站的核废料中具有很多的放射性物质，不可以直接堆在露天垃圾场，选项 C 错误；碘 131 的半衰期是 8 天，它是一个统计规律，大量的碘 131 在 8 天后会剩 一半，16 天后会剩四分之一，因此选项 D 错误。 答案 B 8(多选)关于原子和原子核，下列说法中正确的是( ) A 粒子散射实验揭示了原子核内部的复杂性 B根据玻尔理论可知，一个氢原子核外电子从 n4 能级向低能级跃迁最多可 辐射 3 种频率的光子 C已
40、知234 90Th 的半衰期是 24 d，48 g 的234 90Th 经过 72 d 后衰变了 42 g D氢原子由低能级向高能级跃迁时，吸收光子的能量可以稍大于两能级间能量 差 解析 粒子散射实验中没有涉及原子核内部问题，是提出了原子核式结构模型 的实验基础，A 错误；一个氢原子核外电子从 n4 能级向低能级跃迁最多只能 辐射 n13 种频率的光子，B 正确；经过72 243 个半衰期后，48 g 的 234 90Th 还剩 下 48(1 2) 3 g6 g，衰变了 48 g6 g42 g，C 正确；氢原子由低能级向高能级 跃迁时，吸收光子的能量等于两能级间能量差，故 D 错误。 答案 B
41、C 9(2018 安徽合肥二模)如图 2 为氢原子的能级图，下列说法中正确的是( ) 图 2 A氢原子从较高的能级跃迁到较低的能级时，释放一定频率的光子，核外电子 的动能增加，电势能减小 B氢原子从 n3 的能级跃迁到 n4 的能级时，需要吸收的光子能量必须大于 0.66 eV C氢原子处于不同能级时，核外电子在某处出现的概率相同 D一个处于 n4 能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以释放 6 种频率的光 子 解析 氢原子从较高的能级跃迁到较低的能级时，释放一定频率的光子，核外电 子的动能增加，电势能减小，故 A 正确；氢原子从 n3 的能级跃迁到 n4 的 能级时，需要吸收的光子能量必须等于
42、 0.66 eV，故 B 错误；氢原子处于不同能 级时，核外电子在某处出现的概率不同，故 C 错误；一个处于 n4 能级的氢原 子向低能级跃迁，最多可以释放 3 种频率的光子，故 D 错误。 答案 A 10下列说法正确的是 ( ) A天然放射现象揭示了原子具有核式结构 B.238 92U 衰变成206 82Pb 要经过 6 次 衰变和 8 次衰变 C、 和 三种射线中 射线的穿透能力最强 D氢原子向低能级跃迁后，核外电子的动能减小 解析 天然放射现象揭示了原子核具有复杂结构， 粒子散射实验说明原子具有 核式结构，选项 A 错误；根据 衰变规律和 衰变规律，铀 238(238 92U)衰变成铅
43、206(206 82Pb)要经过(238206) 48 次 衰变， 经过 8次 衰变后电荷数应减少 16， 而实际衰变中电荷数只减少了 10，所以还经过了 6 次 衰变，选项 B 正确；、 和 三种射线中， 射线的穿透能力最弱， 射线穿透能力最强，选项 C 错误； 根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁后，轨道半径减小，电子环绕原子核运动的 速度增大，核外电子的动能增大，选项 D 错误。 答案 B 11(多选)钚的一种同位素239 94Pu 衰变时释放巨大能量，如图 3 所示，其衰变方程 为239 94Pu235 92U42He，则( ) 图 3 A核燃料总是利用比结合能小的核 B核反应中 光子的能
44、量就是239 94Pu 的结合能 C.235 92U 核比239 94Pu 核更稳定，说明235 92U 的结合能大 D由于衰变时释放巨大能量，所以239 94Pu 比235 92U 的比结合能小 解析 比结合能越大的原子核越稳定，A 正确；结合能与衰变时释放的能量不是 同一概念，B 错误；由于衰变时释放能量，原子核变得稳定，比结合能变大，故 239 94Pu 比235 92U 的比结合能小，D 正确；结合能的大小取决于比结合能和核子数， 比结合能大不能说明结合能大，C 错误。 答案 AD 综合提能练 12 如图 4 是氢原子的能级示意图。当氢原子从 n4 的能级跃迁到 n3 的能级 时，辐射
45、出光子 a；从 n3 的能级跃迁到 n2 的能级时，辐射出光子 b。以下 判断中正确的是( ) 图 4 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 n4 能级的氢原子电离 D大量处于 n3 能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射 2 种不同谱线 解析 由 hEmEn及氢原子的能级示意图，可知光子 b 的能量(3.41.51)eV 1.89 eV 大于光子 a 的能量(1.510.85)eV0.66 eV，即光子 b 频率大于光子 a 频率， 在真空中光子 a 的波长大于光子 b 的波长，故 A 正确；光子 b 的能量 1.89
46、eV小于从基态跃迁到激发态的能量10.2 eV， 不可使氢原子从基态跃迁到激发态， 故 B 错误；要使处于 n4 能级的氢原子能够电离，需要的最小能量为 0.85 eV， 故 C 错误；大量处于 n3 能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射32 2 3 种不 同谱线，故 D 错误。 答案 A 13(多选)(2018 11 月浙江选考)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 e ，人们把这种衰变称为“K 俘获”，静止的铍核发 生了“K 俘获”，其核反应方程为74Be 01e73
47、Lie 。已知铍原子的质量 为 MBe7.016 929 u ，锂原子的质量为 MLi7.016 004 u，1u 相当于 931 MeV， 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 0.86 MeV C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 解析 中微子是不带电的，且质量接近于零，根据质量数的确定法，可知中微子 的质量数和电荷数均为零，选项 A 正确；Li 核获得的动能约为由于核衰变时的 质量亏损放出的能量 Emc29.31102(MBeMeMLi)0.86 MeV，选项 B 错 误；根据动量守恒定律可知中微子与锂核(73Li)的动量之和等于反应前电子的动 量，但能量不等，选项 C 正确，D 错误。 答案 AC 14(2018 江西南昌二
