1、版高考物理大一轮复习专题十六原子物理与原子核物理练习专题十六原子物理与原子核物理挖命题【考情探究】考点考向5年考情预测热度考题示例学业水平关联考点素养要素原子物理原子核式结构学说玻尔原子理论2016北京理综,13,6分4模型建构原子核天然放射现象2015北京理综,17,6分4衰变粒子在匀强磁场中的圆周运动运动与相互作用观念核反应方程2015北京理综,14,6分3物质观念2018北京理综,13,6分3能量观念核能的释放2014北京理综,14,6分4物质观念分析解读本专题内容是选修3-5模块的两个重要内容之一,由原来的选考内容改为必考内容,命题难度不大,但考点较多,主要包括光电效应、氢原子能级、氢
2、原子光谱、原子结构和原子核。复习时应注重四个问题:一是精读教材,熟练掌握教材内容,重视课后习题;二是重视与现代科技相联系的题目;三是把重点放在光电效应、氢原子能级跃迁规律、核反应方程的书写及结合能和质量亏损的计算上;四是动量守恒定律在核反应过程中的应用。【真题典例】破考点【考点集训】考点一原子物理1.卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析,提出了()A.原子的核式结构模型B.原子核内有中子存在C.电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子组成的答案A2.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的,因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。利用氢气放电管可以获得氢原子光谱,根据玻尔理论可以很好地解释
3、氢原子光谱的产生机理。已知氢原子的基态能量为E1,激发态能量为En=,其中n=2,3,4,。1885年,巴耳末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析,发现这些谱线的波长能够用一个公式表示,这个公式写做=R(-),n=3,4,5,。式中R叫做里德伯常量,这个公式称为巴耳末公式。用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则里德伯常量R可以表示为()A.- B. C.- D.答案C考点二原子核3.用中子n)轰击铝27Al),产生钠24Na)和X,则X是()A.电子 B.质子 C.正电子 D.粒子答案D4.关于、三种射线,下列说法正确的是()A.三种射线都带电B.三种射线都是电磁波C.射线的电离能力最
4、强D.射线的穿透能力最强答案C5.碳12的原子核是由6个质子和6个中子构成的,各质子之间存在着三种相互作用力,万有引力、库仑力和核力。这三种相互作用力的大小由弱到强的顺序是()A.万有引力、库仑力、核力B.万有引力、核力、库仑力C.库仑力、万有引力、核力D.核力、万有引力、库仑力答案A6.一个氘核与一个氚核结合成一个氦核同时放出中子,释放17.6MeV的能量。已知氘核、氚核、氦核和中子的质量分别为m1、m2、m3和m4。下列说法正确的是()A.该核反应方程是HHHe+nB.该核反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料C.m1+m2m3+m4D.该核反应可以在常温下进行答案C7.下列说法中正确的是
5、()A.放射性元素的半衰期随温度的升高而变短B.射线是原子被电离后核外电子形成的电子流C.同种元素的两种同位素具有相同的核子数D.大量处于n=2能级的氢原子自发跃迁发光时只能发出一种频率的光答案D8核反应方程UnBa+Kr+n表示中子轰击U原子核可能发生的一种核反应,该核反应释放出的核能为E。关于这个核反应,下列说法中正确的是()A.该反应属于核聚变BBa中的X为146CBa中含有56个中子D.该反应的质量亏损为答案D9.图为一放射源发出的、射线进入同一匀强磁场(磁场未画出)中的径迹。表中列出了三种射线的本质和特性。由此可知()种类本质质量(u)电荷量(e)速度(c)射线氦核流4+20.1射线
6、电子流1/1840-10.99射线光子流001A.磁场方向垂直纸面向里,a为射线,b为射线B.磁场方向垂直纸面向里,a为射线,b为射线C.磁场方向垂直纸面向外,a为射线,b为射线D.磁场方向垂直纸面向外,b为射线,c为射线答案A炼技法【方法集训】方法1应用玻尔理论分析氢原子的能级、轨道及氢原子光谱的方法1.氢原子部分能级的示意图如图所示。不同色光的光子能量如表所示。色光红橙黄绿青蓝紫光子能量范围(eV)1.612.002.002.072.072.142.142.532.532.762.763.10处于某激发态的氢原子,发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条,其颜色分别为()A.红、青蓝 B.黄、
7、绿C.红、紫 D.青蓝、紫答案A2.1885年瑞士的中学教师巴耳末发现,氢原子光谱中可见光部分的四条谱线的波长可归纳成一个简单的经验公式=R(-),n为大于2的整数,R为里德伯常量。1913年,丹麦物理学家玻尔受到巴耳末公式的启发,同时还吸取了普朗克的量子假说、爱因斯坦的光子假说和卢瑟福的核式结构原子模型,提出了自己的原子理论。根据玻尔理论,推导出了氢原子光谱谱线的波长公式=R(-),m与n都是正整数,且nm。当m取定一个数值时,不同数值的n得出的谱线属于同一个线系。如:m=1,n=2、3、4、组成的线系叫赖曼系;m=2,n=3、4、5、组成的线系叫巴耳末系;m=3,n=4、5、6、组成的线系
8、叫帕邢系;m=4,n=5、6、7、组成的线系叫布喇开系;m=5,n=6、7、8、组成的线系叫逢德系。以上线系只有一个在紫外光区,这个线系是()A.赖曼系 B.帕邢系C.布喇开系 D.逢德系答案A方法2核反应中的能量和动量综合分析法3.在微观领域,动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。在轻核聚变的核反应中,两个氘核H)以相同的动能E0=0.35MeV做对心碰撞,假设该反应中释放的核能全部转化为氦核He)和中子n)的动能。已知氘核的质量mD=2.0141u,中子的质量mn=1.0087u,氦核的质量mHe=3.0160u,其中1u相当于931MeV。在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是
9、多少MeV(结果保留1位有效数字)?答案1MeV3MeV4.运动的原子核X放出粒子后变成静止的原子核Y。已知X、Y和粒子的质量分别是M、m1和m2,真空中的光速为c,粒子的速度远小于光速。求反应后与反应前的总动能之差以及粒子的动能。答案(M-m1-m2)c2c2过专题【五年高考】A组基础题组1.(2016北京理综,13,6分)处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时,辐射光的频率有()A.1种 B.2种C.3种 D.4种答案C2.(2018北京理综,13,6分)在核反应方程HeNO+X中,X表示的是()A.质子 B.中子C.电子 D.粒子答案A3.(2015北京理综,14,6分)下列核反应方
10、程中,属于衰变的是()ANHeOH BUThHeCHHHen DThPae答案B4.(2014北京理综,14,6分)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速)()A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)cC.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2答案C5.(2015北京理综,17,6分)实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意如图。则()A.轨迹1是电子的,磁场方向垂直纸面向外B.轨迹2是电子的,磁场方向垂直纸面向外C.轨
11、迹1是新核的,磁场方向垂直纸面向里D.轨迹2是新核的,磁场方向垂直纸面向里答案D6.(2017北京理综,23,18分)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衰变。放射出的粒子He)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分别表示粒子的质量和电荷量。(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符号用Y表示,写出该衰变的核反应方程。(2)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m。答案本题考查了原子核的衰变、动量和能量守恒、带电粒子在匀强磁场中的
12、运动、质能方程等多个考点,是一道综合题,难度中等。(1XYHe(2)设粒子的速度大小为v,由qvB=m,T=,得粒子在磁场中运动周期T=环形电流大小I=(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=0v=由mc2=Mv2+mv2得m=说明:若利用M=m解答,亦可。B组提升题组1.(2015广东理综,18,6分)(多选)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量。核反应方程分别为:X+YH+4.9MeV和HHHe+X+17.6MeV。下列表述正确的有()A.X是中子B.Y的质子数是3,中子数是6C.两个核反应都没有质量亏损D.氘和氚的核反应是核聚变反应
13、答案AD2.(2018课标,14,6分)1934年,约里奥-居里夫妇用粒子轰击铝核Al,产生了第一个人工放射性核素X:Aln+X。X的原子序数和质量数分别为()A.15和28 B.15和30 C.16和30 D.17和31答案B3.(2018天津理综,1,6分)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()AN俘获一个粒子,产生O并放出一个粒子BAl俘获一个粒子,产生P并放出一个粒子CB俘获一个质子,产生Be并放出一个粒子DLi俘获一个质子,产生He并放出一个粒子答
14、案B4.(2017课标,17,6分)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:Hn。已知H的质量为2.0136uHe的质量为3.0150un的质量为1.0087u,1u=931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为()A.3.7MeV B.3.3MeVC.2.7MeV D.0.93MeV答案B5.(2017课标,15,6分)一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核,衰变方程为UThHe。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
15、等于衰变前铀核的质量答案B6.(2017天津理综,1,6分)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()AHHHen BNHeOHCHeAlPn DUnBaKr+n答案AC组教师专用题组1.(2012北京理综,13,6分)一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2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,能量减少答案B2.(2011北京理综,13,6分)表示放射性元素碘131I)衰变的方程是()AISbHe BIXeeCIIn DITeH答案B3
16、.(2010北京理综,15,6分)太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为41026J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近()A.1036kg B.1018kg C.1013kg D.109kg答案D4.2016课标,35(1),5分(多选)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0107m/s的质子p后,变为处于激发态的硅原子核Si*。下列说法正确的是()A.核反应方程为pAlSi*B.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
17、质子初速度的方向一致答案ABE5.2016课标,35(1),5分在下列描述核过程的方程中,属于衰变的是,属于衰变的是,属于裂变的是,属于聚变的是。(填正确答案标号)ACNe BPSeCUThHe DNHeOHEUnXeSr+n FHHHen答案CABEF【三年模拟】时间:45分钟分值:70分一、选择题(本题6分,共54分)1.(2017丰台一模,13)根据卢瑟福提出的原子核式结构模型解释粒子散射实验,使极少数粒子发生大角度偏转的作用力是()A.原子核对粒子的库仑引力B.原子核对粒子的库仑斥力C.核外电子对粒子的库仑引力D.核外电子对粒子的库仑斥力答案B2.(2018房山一模,15)下列表述正确
18、的是()A.粒子散射实验结果说明原子内部正电荷是均匀分布的B.衰变说明原子的原子核外部存在自由电子C.玻尔认为,原子中电子轨道是量子化的,能量也是量子化的D.轻核聚变更为清洁、安全,目前大型核电站都是利用轻核的聚变发电的答案C3.(2018海淀二模,14)下列说法正确的是()A.爱因斯坦提出的光子假说,成功解释了光电效应现象B.氢原子的电子由激发态向基态跃迁时,向外辐射光子,原子能量增加C.卢瑟福通过粒子的散射实验发现了质子并预言了中子的存在D.汤姆孙发现了电子并提出了原子核式结构模型答案A4.(2017海淀二模,15)下列说法中正确的是()A.天然放射现象的发现,揭示了原子核是由质子和中子组
19、成的B.氢原子的能级理论是玻尔在卢瑟福核式结构模型的基础上提出来的C.汤姆孙通过对阴极射线的研究提出了原子核具有复杂的结构D.卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子只能处于一系列不连续的能量状态中答案B5.(2017朝阳一模,13)开发更为安全、清洁的能源是人类不懈的追求。关于核反应HHHen,下列说法正确的是()A.该核反应属于重核的裂变B.该核反应属于轻核的聚变C.该核反应过程没有质量亏损D.目前核电站就是利用该核反应所释放的能量发电答案B6.(2017朝阳二模,13)根据玻尔的原子模型,一个氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时,该氢原子()A.吸收光子,能量减小B.放出光子,能量减小C.放出光子
20、,核外电子动能减小D.吸收光子,核外电子动能不变答案B7.(2018房山二模,14)如图所示为氢原子的能级示意图,大量氢原子处于n=3能级的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为2.29eV的金属钠,下列说法中正确的是()A.这些氢原子能发出两种不同频率的光子B.从n=3能级跃迁到n=2能级所发出光子的波长最短C.金属钠发出的光电子的最大初动能为9.80eVD.从n=3能级跃迁到n=1能级所发出的光子频率最低答案C8.(2017东城一模,20)宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流,由各种原子核以及非常少量的电子、光子和中微子等组成,它可能携带着宇宙起源、天体演化的信息,
21、一直吸引着科学家的关注。宇宙线粒子的能量范围非常大,有的可以高达51019eV。宇宙线逃逸出宇宙线源在星际空间中传播时,会与磁场发生相互作用,导致一系列复杂的物理效应产生。利用空间探测器可以得到宇宙线在银河系中传播的一些数据,比如:铍10铍9比(),其中铍9是宇宙线中原有的铍10在传播过程中衰变产生的。据此材料,以下叙述正确的是()A.宇宙线粒子的能量可以高达81038JB.宇宙线中的电子不会受到星际磁场的影响C.根据可以得到宇宙线在银河系中平均传播时间的相关信息D.根据宇宙线到达探测器时的方向可以得到宇宙线源方位的相关信息答案C9.(2017海淀查缺补漏,20)一对正、负电子可形成一种寿命比
22、较短的称为“电子偶素”的新粒子。电子偶素中的正电子与负电子都以速率v绕它们连线的中点做圆周运动。假定玻尔关于氢原子的理论可用于电子偶素,电子的质量m、速率v和正、负电子间的距离r的乘积也满足量子化条件,即mvnrn=n,式中n称为量子数,可取整数值1、2、3、,h为普朗克常量。已知静电力常量为k,电子质量为m、电荷量为e,当它们之间的距离为r时,电子偶素的电势能Ep=-,则关于电子偶素处在基态时的能量,下列说法中正确的是()A. B. C.- D.-答案C二、非选择题(16分)10.(2017海淀一模,24)(16分)(1)科学家发现,除了类似太阳系的恒星行星系统,还存在许多双星系统,通过对它
23、们的研究,使我们对宇宙有了较深刻的认识。双星系统是由两个星体构成的,其中每个星体的线度(直径)都远小于两星体间的距离,一般双星系统距离其他星体很远,可以当做孤立系统处理。已知某双星系统中每个星体的质量都是M0,两者相距L,它们正围绕两者连线的中点做匀速圆周运动,引力常量为G。求:该双星系统中星体的加速度大小a;该双星系统的运动周期T。(2)微观世界与宏观世界往往存在奇妙的相似性。对于氢原子模型,因为原子核的质量远大于电子的质量,可以忽略原子核的运动,形成类似天文学中的恒星行星系统,记为模型。另一种模型认为氢原子的核外电子并非绕核旋转,而是类似天文学中的双星系统,核外电子和原子核依靠库仑力作用使
24、它们同时绕彼此连线上某一点做匀速圆周运动,记为模型。已知核外电子的质量为m,氢原子核的质量为M,二者相距为r,静电力常量为k,电子和氢原子核的电荷量大小均为e。模型、中系统的总动能分别用Ek、Ek表示,请推理分析,比较Ek、Ek的大小关系;模型、中核外电子做匀速圆周运动的周期分别用T、T表示,通常情况下氢原子的研究采用模型的方案,请从周期的角度分析这样简化处理的合理性。答案(1)2(2)模型中,设电子的速度为v,对于电子绕核的运动,根据库仑定律和牛顿第二定律有=解得:Ek=mv2=模型中,设电子和原子核的速度分别为v1、v2,电子的运动半径为r1,原子核的运动半径为r2。根据库仑定律和牛顿第二定律对电子有:=,解得Ek1=m=r1对原子核有:=,解得Ek2=M=r2系统的总动能:Ek=Ek1+Ek2=(r1+r2)=即在这两种模型中,系统的总动能相等。模型中,根据库仑定律和牛顿第二定律有=mr,解得=模型中,电子和原子核的周期相同,均为T根据库仑定律和牛顿第二定律对电子有:=mr1,解得:r1=对原子核有:=Mr2,解得:r2=因r1+r2=r,将以上两式代入,可解得:=所以有:=因为Mm,可得TT,所以采用模型更简单方便。
