卷子答案网-一个不只有答案的网站明确目标 确定方向
电子发现和原子核式结构
波尔原结构模型
天然放射现象
原子核组成，核力和核能
【知识回归】 回归课本 夯实基础
一、原子物理
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
(1)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。(如图所示)
(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。
3．氢原子光谱
(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，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＝R(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 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。
4．玻尔理论的三条假设：
(1)定态假设：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)跃迁假设：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。
5．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，…)，其中基态能量E1最低，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
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．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。
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。
(2)分类：α衰变：X→Y＋He，如：U→Th＋He
β衰变：X→Y＋e，如：Th→Pa＋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。
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、做示踪原子等。
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
5．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Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。
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Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。
6．裂变反应和聚变反应
(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：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、核电站。
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：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。
【典例分析】 精选例题 提高素养
【例1】下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，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，否定了汤姆孙原子枣糕式模型
B．图乙，用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙，一个氢原子处于第三能级，最多可以辐射出三种频率的光子
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
【答案】A
【详解】A．图甲，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，否定了汤姆孙原子枣糕式模型，A正确；
B．图乙，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，B错误；
C．图丙，一个氢原子处于第三能级，辐射出不同频率的光子最多为
C错误；
D．图丁，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，D错误。
故选A。
【例2】．有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光。图甲所示为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为的黄光，可见光谱如图乙所示。锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为（ ）
A．红色 B．橙色 C．绿色 D．蓝色
【答案】A
【详解】根据题意可知，钠原子从激发态跃迁回基态有
锂原子从激发态跃迁回基态有
联立可得
根据图乙可知锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为红色。
故选A。
【例3】．用中子轰击静止的锂核，核反应方程为，已知光子的频率为，锂核的比结合能为，氦核的比结合能为，X核的比结合能为，普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是（ ）
A．X核为核 B．γ光子的动量
C．释放的核能 D．质量亏损
【答案】D
【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可知X核为核，故A错误；
B．光子的频率为，可知光子的动量
故B错误；
C．由比结合能的概念可知，该核反应释放的核能为
故C错误；
D．质量亏损为
故D正确；
故选D。
多选【例4】．我国的火星探测车用放射性材料PuO2作为燃料，其原理是PuO2中的发生衰变时将释放的能量转化为电能，已知的半衰期为88年，其衰变方程为，若、、的结合能分别为E1、E2、E3，则下列说法正确的是（ ）
A．的比结合能大于的比结合能
B．该反应释放的能量为
C．衰变放出的射线是氦核流，它的电离能力很强
D．10个原子核经过88年后剩余5个
【答案】BC
【详解】A．因生成物更稳定且比结合能越大越稳定，所以的比结合能小于的比结合能，故A错误；
B．该反应释放的能量为
故B正确；
C．根据质量数守恒，X质量数为
238-234=4
根据电荷数守恒，X电荷数为
94-92=2
则变放出的射线是氦核流，它的电离能力很强，故C正确；
D．半衰期是对大量原子核的统计规律，对少数原子核不适用，故D错误。
故选BC。
【巩固练习】 举一反三 提高能力
1．下列关于物理学史的叙述，符合物理学史实的是（ ）
A．汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型
B．卢瑟福做α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，并进一步发现了质子和中子，证明了原子核是由质子和中子组成的
C．贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，并首次实现了人工获得放射性同位素，发现了正电子，证明了自然界中反物质的存在
D．爱因斯坦在普朗克热辐射实验规律研究的启发下，对原子发光进行了研究提出了光子说，并成功地解释了光电效应的规律，说明了光具有波粒二象性
【答案】D
【详解】A．汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子的比荷，提出了“枣糕”式原子模型，但电子的电荷量是密立根首先测出来的，A选项错误。
B．卢瑟福做α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，并进一步发现了质子，预言了中子的存在，真正发现中子的是查德威克，B选项错误。
C．贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，但首次实现了人工获得放射性同位素，发现了正电子，证明了自然界中反物质存在的物理学家是约里奥—居里夫妇，C选项错误。
D．爱因斯坦在普朗克热辐射实验规律研究的启发下，对原子发光进行了研究提出了光子说，并成功地解释了光电效应的规律，说明了光具有波粒二象性，D选项正确。
故选D。
2．卢瑟福通过对粒子散射实验的结果分析，提出的理论是（ ）
A．原子的核式结构模型 B．电子是原子的组成部分
C．原子核由质子和中子组成 D．原子核是由质子和中子组成
【答案】A
【详解】粒子散射实验中，少数粒子发生了大角度的偏转，这种现象枣糕模型不能够解释，卢瑟福通过对粒子散射实验的结果分析，提出了原子的核式结构模型。
故选A。
3．已知X射线是一种波长较短的电磁波，波长范围约为0.01~10nm，对应能量范围约为102eV～105eV。当X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象（衍射可看作较多个波之间产生了光程差而形成叠加效应的结果）。衍射图样中斑点的强度和位置包含着有关晶体的信息，人们可以利用X射线衍射探测晶体的微观结构。如图所示，当X射线射向NaCl晶体（为单晶体）时，入射X射线1、2与NaCl晶体的作用效果类似于被一簇平行面（晶面）反射，反射线1＇、2＇在足够远处叠加。已知晶面间距为d，X射线波长为λ，入射X射线与晶面的夹角为θ。下列说法正确的是（ ）
A．NaCl晶体具有各向同性的特点
B．在真空中X射线的传播速度比可见光的传播速度大
C．若用X射线照射氢原子，不能使氢原子电离
D．若反射线1＇、2＇叠加后相互加强，则可以推知
【答案】D
【详解】A．NaCl晶体具有各向异性的特点，A错误；
B．可见光与X射线都是电磁波，在真空中的速度都相同3.0×108m/s，B错误；
C．已知X射线对应能量范围约为102eV～105eV，使基态氢原子电离的最小能量是13.6eV，所以，若用X射线照射氢原子，能使氢原子电离，C错误；
D．反射线1＇、2＇叠加后相互加强
根据题意得
解得
D正确。
故选D。
4．氢原子能级图如图所示，用某单色光照射大量处于基态的氢原子后，氢原子辐射的光对应谱线只有两根谱线属于巴耳末系，则该单色光的光子能量为（ ）
A．14.14eV B．12.75eV C．12.09eV D．10.20eV
【答案】B
【详解】巴耳末系是高能级氢原子跃迁到2能级的谱线图，根据题意可知氢原子辐射的光对应谱线只有两根谱线属于巴耳末系，则氢原子从4能级跃迁到2能级时有两根谱线属于巴耳末系，则单色光的光子能量为
故选B。
5．图甲是研究光电效应的电路图，K极金属的逸出功为2．30eV。图乙为氢原子能级图。下列说法正确的是（ ）
A．当P移至与最左端时，电流表示数一定变为0
B．电压表示数增大，电流表示数一定增大
C．氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级，放出光子
D．从n=5能级跃迁到n=3能级产生的光能让图甲中的K极金属发生光电效应
【答案】C
【详解】A．当P移至最左端时，AK极间的电压为零，光电管、电流表组成闭合电路，发生光电效应时，逸出的光电子具有初动能，会有光电流产生，电流表示数不为零，故A错误；
B．电压表示数增大，电流增大，当电压达到一定值时，电流达到饱和光电流，电流表示数不再增大，故B错误；
C．氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级，由高能级向低能级跃迁，释放出能量，放出光子，故C正确；
D．从n=5能级跃迁到n=3能级，释放的能量为
所以产生的光不能让图甲中的K极金属发生光电效应，故D错误。
故选C。
6．某放射性元素的原子核连续经过三次α衰变和两次β衰变，若最后变成另外一种元素的原子核Y，则该新核的正确写法是（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【详解】由衰变的规律可知，每发生一次α衰变，质量数减4，电荷数减2；每发生一次β衰变，质量数不变，电荷数加1。由题意知，一共发生三次α衰变，两次β衰变，所以新核的质量数为
电荷数为
综上所述，新核为。
故选D。
7．理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应的影响。下列说法正确的是（ ）
A．Y是粒子，射线穿透能力比射线强
B．Y是粒子，射线电离能力比射线强
C．Y是粒子，射线穿透能力比射线强
D．Y是粒子，射线电离能力比射线强
【答案】D
【详解】根据受核反应满足质量数和电荷数守恒可知，Y是粒子（），三种射线的穿透能力，射线最强，射线最弱；三种射线的电离能力，射线最强，射线最弱。
故选D。
8．据报道，西部地区首台“华龙一号”机组—中国广核集团广西防城港核电站3号机组已于2023年3月25日投产发电，该机组的核反应属于（ ）
A．核衰变 B．人工核转变 C．重核裂变 D．轻核聚变
【答案】C
【详解】核反应能够释放较多的核能的反应是重核裂变和轻核聚变，因此能够有效利用发电，而轻核聚变需要超高温环境，目前的材料和技术达不到反应条件，故目前用于核电站的核反应只有重核裂变。
故选C。
9．钴60（）是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。静止的钴60发生一次衰变成为镍60（），同时放出X粒子和两束射线。下列说法正确的是（ ）
A．射线具有很强的电离作用 B．10g钴60经过10.54年全部发生衰变
C．X粒子的质量数为4 D．X粒子带负电
【答案】D
【详解】A．射线的电离能力弱，穿透能力强，故A错误；
B．10g钴60经过10.54年还剩四分之一，故B错误；
CD．根据质量数、电荷数守恒可知，X是粒子，即电子，质量数为零，故C错误，D正确。
故选D。
10．1934年至1938年，科学家曾先后用中子轰击轴235（）原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子（），这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。
实际上，中子的速度不能太快，否则会与轴235“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变。实验证明，速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变。这样的中子就是“热中子”，或称慢中子。但是，核裂变产生的是速度很大的快中子，因此，还要设法使快中子减速，为此，在铀核周围要放“慢化剂”，快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子速度减少，变为慢中子。
假设中子与慢化剂中的原子核发生的碰撞为弹性正碰，且碰撞前慢化剂中的原子核是静止的，那么下列物质中最适合做慢化剂的是（ ）
A．电子（） B．铀原子（）
C．铅原子（） D．碳原子（）
【答案】D
【详解】设中子质量为m,碰前速度为v0，碰后速度为v1，原子核质量为M，碰后速度为v2，中子与原子核发生弹性正碰，以速度v0为正方向，则
mv0=mv1+Mv2
得
可见，原子核质量M越小，碰后中子速度v1越小，因此慢化剂应该选用质量较小的原子核。
故选D。
多选11．丹麦的物理学家玻尔在原子的核式结构学说的基础上提出自己的能级理论。关于氢原子能级图如图所示，一群处于能级的氢原子向能级跃迁的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．最多放出3种频率不同的光子
B．放出的光子的最小能量是0.66eV
C．释放出的光子能够使逸出功为13.0eV的金属发生光电效应
D．用释放出的光子照射逸出功是5.0leV的某种金属，逸出的光电子的最大初动能是7.74eV
【答案】BD
【详解】A．一群氢原子处于激发态第4能级，可能发出光子的频率种数为
故A错误；
B．根据
Em-En=hv
放出光子的最小能量为
故B正确；
C．根据
Em-En=hv
放出光子的最大能量为
则释放出的光子不能够使逸出功为的金属发生光电效应，故C错误；
D．用释放出的光子照射逸出功是的某种金属，逸出的光电子的最大初动能是
故D正确。
故选BD。
多选12．据国家科技部报道，迄今为止，科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子。如图为氢原子能级的示意图，已知可见光光子的能量在1.61eV~3.10eV范围内，则（ ）
A．处于能级的基态氢原子可吸收一个可见光光子，发生电离
B．处于能级的氢原子可吸收能量为2.55eV的可见光光子能跃迁到更高能级
C．处于能级的大量氢原子向低能级跃迁时，可辐射10种不同频率的电磁波
D．处于和能级的大量氢原子向低能级跃迁时，可辐射13种不同频率的电磁波
【答案】BC
【详解】A．基态氢原子的电离能为，高于可见光光子的能量，故处于能级的基态氢原子可吸收一个可见光光子，不会发生电离，故A错误；
B．处于能级的氢原子吸收能量为2.55eV的可见光光子，能量为
可知氢原子跃迁至能级，故B正确；
C．处于能级的大量氢原子向低能级跃迁时，可辐射出不同频率的电磁波数量为
故C正确；
D．处于能级的大量氢原子向低能级跃迁时辐射出的不同频率电磁波种类，包含了能级的大量氢原子向低能级跃迁时辐射出的不同频率电磁波种类，故可辐射10种不同频率的电磁波，故D错误。
故选BC。
多选13．已知氢原子的基态能量为，质量为，普朗克常量为，下列说法正确的是（ ）
A．氢原子从能级跃迁到能级时辐射红光的频率为，从能级跃迁到能级时吸收紫光的频率为，则该氢原子从能级跃迁到能级时一定辐射光子，且能量为
B．基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后，电子速度大小为
C．若氢原子从基态跃迁到激发态，则其核外电子动能增大，原子的电势能减小
D．若氢原子跃迁辐射出的光子被储存在起初空的原子枪中，然后让他通过双缝打到原子接收显像屏上（如图），如果控制光子一个一个发射，仍能得到干涉图样
【答案】AD
【详解】A．根据题意，由能级跃迁原理可知
由于
则有
则该氢原子从能级跃迁到能级时一定辐射光子，能量为
故A正确；
B．题中为负值，基态氢原子中的电子吸收一个频率为的光子被电离后，根据能量守恒可得，最大初动能为
又有
联立解得，电子最大初速度为
故B错误；
C．若氢原子从基态跃迁到激发态，半径增大，库仑引力做负功，原子的电势能增大，根据
又有
整理可得
则核外电子动能减小，故C错误；
D．物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故D正确。
故选AD。
多选14．a、b是两种单色光，其光子能量分别为、，其，则（ ）
A．a、b光子频率之比为
B．若a、b入射到空气中同一双缝干涉装置上，则相邻亮条纹的间距之比
C．若a、b都能使某种金属发生光电效应，则光电子最大初动能之差
D．若a、b是由处在同一激发态的原子跃迁到a态和b态时产生的，则a、b两态能级之差
【答案】ABC
【详解】A．根据光子能量公式可得
A正确；
B．根据及，故
所以
B正确；
C．根据光电子最大初动能可知 ，故可得
C正确；
D．根据，处于同一激发态的原子跃迁，所以相同，且都由高能级往低能级跃迁，所以
D错误。
故选ABC。
多选15．下列说法正确的是（ ）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．衰变成的过程中共经过8次衰变和6次衰变
C．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
D．放射性元素钋的半衰期为138天，100g的钋经276天后还剩下25g
【答案】BD
【详解】A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，故A错误；
B．设衰变成的过程中共经过次衰变和次衰变，根据质量数和电荷数守恒可得
解得
，
故B正确；
C．比结合能越大的原子核越稳定，但它的原子序数不一定越大，它的结合能不一定越大，故C错误；
D．放射性元素钋的半衰期为138天，100g的钋经276天后还剩下25g，故D正确。
故选BD。
多选16．下列说法正确的是（ ）
A．是聚变反应
B．是裂变反应
C．是α衰变
D．是裂变
【答案】ABC
【详解】A．是聚变反应，故A正确；
B．是裂变反应，故B正确；
C．是α衰变，故C正确；
D．是衰变，故D错误。
故选ABC。明确目标 确定方向
电子发现和原子核式结构
波尔原结构模型
天然放射现象
原子核组成，核力和核能
【知识回归】 回归课本 夯实基础
一、原子物理
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
(1)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。(如图所示)
(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。
3．氢原子光谱
(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，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＝R(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 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。
4．玻尔理论的三条假设：
(1)定态假设：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)跃迁假设：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。
5．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，…)，其中基态能量E1最低，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
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．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。
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。
(2)分类：α衰变：X→Y＋He，如：U→Th＋He
β衰变：X→Y＋e，如：Th→Pa＋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。
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、做示踪原子等。
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
5．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Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。
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Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。
6．裂变反应和聚变反应
(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：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、核电站。
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：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。
【典例分析】 精选例题 提高素养
【例1】下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，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，否定了汤姆孙原子枣糕式模型
B．图乙，用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙，一个氢原子处于第三能级，最多可以辐射出三种频率的光子
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
【例2】．有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光。图甲所示为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为的黄光，可见光谱如图乙所示。锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为（ ）
A．红色 B．橙色 C．绿色 D．蓝色
【例3】．用中子轰击静止的锂核，核反应方程为，已知光子的频率为，锂核的比结合能为，氦核的比结合能为，X核的比结合能为，普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是（ ）
A．X核为核 B．γ光子的动量
C．释放的核能 D．质量亏损
多选【例4】．我国的火星探测车用放射性材料PuO2作为燃料，其原理是PuO2中的发生衰变时将释放的能量转化为电能，已知的半衰期为88年，其衰变方程为，若、、的结合能分别为E1、E2、E3，则下列说法正确的是（ ）
A．的比结合能大于的比结合能
B．该反应释放的能量为
C．衰变放出的射线是氦核流，它的电离能力很强
D．10个原子核经过88年后剩余5个
【巩固练习】 举一反三 提高能力
1．下列关于物理学史的叙述，符合物理学史实的是（ ）
A．汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型
B．卢瑟福做α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，并进一步发现了质子和中子，证明了原子核是由质子和中子组成的
C．贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，并首次实现了人工获得放射性同位素，发现了正电子，证明了自然界中反物质的存在
D．爱因斯坦在普朗克热辐射实验规律研究的启发下，对原子发光进行了研究提出了光子说，并成功地解释了光电效应的规律，说明了光具有波粒二象性
2．卢瑟福通过对粒子散射实验的结果分析，提出的理论是（ ）
A．原子的核式结构模型 B．电子是原子的组成部分
C．原子核由质子和中子组成 D．原子核是由质子和中子组成
3．已知X射线是一种波长较短的电磁波，波长范围约为0.01~10nm，对应能量范围约为102eV～105eV。当X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象（衍射可看作较多个波之间产生了光程差而形成叠加效应的结果）。衍射图样中斑点的强度和位置包含着有关晶体的信息，人们可以利用X射线衍射探测晶体的微观结构。如图所示，当X射线射向NaCl晶体（为单晶体）时，入射X射线1、2与NaCl晶体的作用效果类似于被一簇平行面（晶面）反射，反射线1＇、2＇在足够远处叠加。已知晶面间距为d，X射线波长为λ，入射X射线与晶面的夹角为θ。下列说法正确的是（ ）
A．NaCl晶体具有各向同性的特点
B．在真空中X射线的传播速度比可见光的传播速度大
C．若用X射线照射氢原子，不能使氢原子电离
D．若反射线1＇、2＇叠加后相互加强，则可以推知
4．氢原子能级图如图所示，用某单色光照射大量处于基态的氢原子后，氢原子辐射的光对应谱线只有两根谱线属于巴耳末系，则该单色光的光子能量为（ ）
A．14.14eV B．12.75eV C．12.09eV D．10.20eV
5．图甲是研究光电效应的电路图，K极金属的逸出功为2．30eV。图乙为氢原子能级图。下列说法正确的是（ ）
A．当P移至与最左端时，电流表示数一定变为0
B．电压表示数增大，电流表示数一定增大
C．氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级，放出光子
D．从n=5能级跃迁到n=3能级产生的光能让图甲中的K极金属发生光电效应
6．某放射性元素的原子核连续经过三次α衰变和两次β衰变，若最后变成另外一种元素的原子核Y，则该新核的正确写法是（ ）
A． B． C． D．
7．理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应的影响。下列说法正确的是（ ）
A．Y是粒子，射线穿透能力比射线强
B．Y是粒子，射线电离能力比射线强
C．Y是粒子，射线穿透能力比射线强
D．Y是粒子，射线电离能力比射线强
8．据报道，西部地区首台“华龙一号”机组—中国广核集团广西防城港核电站3号机组已于2023年3月25日投产发电，该机组的核反应属于（ ）
A．核衰变 B．人工核转变 C．重核裂变 D．轻核聚变
9．钴60（）是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。静止的钴60发生一次衰变成为镍60（），同时放出X粒子和两束射线。下列说法正确的是（ ）
A．射线具有很强的电离作用 B．10g钴60经过10.54年全部发生衰变
C．X粒子的质量数为4 D．X粒子带负电
10．1934年至1938年，科学家曾先后用中子轰击轴235（）原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子（），这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。
实际上，中子的速度不能太快，否则会与轴235“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变。实验证明，速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变。这样的中子就是“热中子”，或称慢中子。但是，核裂变产生的是速度很大的快中子，因此，还要设法使快中子减速，为此，在铀核周围要放“慢化剂”，快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子速度减少，变为慢中子。
假设中子与慢化剂中的原子核发生的碰撞为弹性正碰，且碰撞前慢化剂中的原子核是静止的，那么下列物质中最适合做慢化剂的是（ ）
A．电子（） B．铀原子（）
C．铅原子（） D．碳原子（）
多选11．丹麦的物理学家玻尔在原子的核式结构学说的基础上提出自己的能级理论。关于氢原子能级图如图所示，一群处于能级的氢原子向能级跃迁的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．最多放出3种频率不同的光子
B．放出的光子的最小能量是0.66eV
C．释放出的光子能够使逸出功为13.0eV的金属发生光电效应
D．用释放出的光子照射逸出功是5.0leV的某种金属，逸出的光电子的最大初动能是7.74eV
多选12．据国家科技部报道，迄今为止，科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子。如图为氢原子能级的示意图，已知可见光光子的能量在1.61eV~3.10eV范围内，则（ ）
A．处于能级的基态氢原子可吸收一个可见光光子，发生电离
B．处于能级的氢原子可吸收能量为2.55eV的可见光光子能跃迁到更高能级
C．处于能级的大量氢原子向低能级跃迁时，可辐射10种不同频率的电磁波
D．处于和能级的大量氢原子向低能级跃迁时，可辐射13种不同频率的电磁波
多选13．已知氢原子的基态能量为，质量为，普朗克常量为，下列说法正确的是（ ）
A．氢原子从能级跃迁到能级时辐射红光的频率为，从能级跃迁到能级时吸收紫光的频率为，则该氢原子从能级跃迁到能级时一定辐射光子，且能量为
B．基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后，电子速度大小为
C．若氢原子从基态跃迁到激发态，则其核外电子动能增大，原子的电势能减小
D．若氢原子跃迁辐射出的光子被储存在起初空的原子枪中，然后让他通过双缝打到原子接收显像屏上（如图），如果控制光子一个一个发射，仍能得到干涉图样
多选14．a、b是两种单色光，其光子能量分别为、，其，则（ ）
A．a、b光子频率之比为
B．若a、b入射到空气中同一双缝干涉装置上，则相邻亮条纹的间距之比
C．若a、b都能使某种金属发生光电效应，则光电子最大初动能之差
D．若a、b是由处在同一激发态的原子跃迁到a态和b态时产生的，则a、b两态能级之差
多选15．下列说法正确的是（ ）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．衰变成的过程中共经过8次衰变和6次衰变
C．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
D．放射性元素钋的半衰期为138天，100g的钋经276天后还剩下25g
多选16．下列说法正确的是（ ）
A．是聚变反应
B．是裂变反应
C．是α衰变
D．是裂变
转载请注明出处卷子答案网-一个不只有答案的网站 » 2024届高考物理一轮复习讲义——原子结构和原子核（原卷版+解析版）