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1、第34讲 原子结构与原子核解密考纲综合考查氢原子能级的跃迁、放射性元素的衰变、半衰期、核反应，以及质能方程、核反应方程的有关计算1(2019·黄山质检)关于下列四幅图的说法正确的是()A图甲中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点B图乙中1为射线，它的电离作用很强可消除静电C图丙中处于基态的氢原子能吸收能量为10.4 eV的光子而发生跃迁D图丁中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，说明锌板原来带负电B解析 图甲中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，在C处也可以观察到很少的闪光点，选项A错误；根据左手定则可知，1带正电，为射
2、线，射线的电离作用很强，可消除静电，选项B正确；吸收光子能量发生跃迁，吸收的光子能量需等于两能级间的能级差，从基态氢原子发生跃迁到n2能级，需要吸收的能量最小，吸收的能量为3.4 eV(13.6 eV)10.2 eV，即受10.2 eV光子照射，可以从基态氢原子发生跃迁到n2能级，10.4 eV的光子不能被吸收，不能发生跃迁，选项C错误；图中用弧光灯照射锌板，锌板上的电子逸出，锌板带上正电，发现验电器的张角变大，说明原来就带正电，选项D错误2(2019·河南天一大联考高三期末)(多选)根据国家科技部2017年3月6日报道，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，按玻
3、尔氢原子理论，氢原子的能级如图所示，下列判断正确的是()A用光子能量为13.01 eV的光照射一群处于基态的氢原子，可观测到多种不同频率的光B大量处于n4激发态的氢原子向基态跃迁时，可能发出6条光谱线C氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态需要吸收光子D氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时，氢原子的电势能减小，电子的动能增大BD解析 氢原子发生能级跃迁吸收或放出的光子能量等于两能级的能量差，选项A错误；大量处于在n4激发态的氢原子向基态跃迁时可发出的光谱线条数为6条，选项B正确；第4激发态是n5的能级态，第2激发态为n3的能级态，氢原子由高能级态向低能级态跃迁时辐射光子，选项C错误；氢原子的核外
4、电子由高能级跃迁到低能级时，轨道半径减小，因电场力做正功，故氢原子电势能减小，电子的动能增大，选项D正确3(2019·烟台一模)下列说法正确的是 ()A玻尔通过对氢原子光谱的研究建立了原子的核式结构模型B某些原子核发生衰变时能够放出粒子，说明原子核内有粒子C原子核反应中的质量亏损现象违反了能量守恒定律D某种单色光照射某种金属发生光电效应，若增大光照强度，则单位时间内发射的光电子数增加D解析 卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子核式结构模型，玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征，故选项A错误；衰变中产生的射线实际上是原子核中的中子转变成质子，而放出电子，故选项B错误；
5、核反应中的质量亏损现象遵循能量守恒定律，故选项C错误；发生光电效应时，单位时间内发射的光电子数随入射光强度的增加而增加，故选项D正确4(2019·南平高三一模)下列说法正确的是 ()A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照强度太弱B氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道，电子的动能增大，但原子的能量减小C原子核发生一次衰变，该原子外层就失去一个电子D铀核裂变产物多样，其中一种核反应方程为UnBaKr2nB解析 能不能发生光电效应，和入射光的频率有关，和入射光的强度无关，选项A错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道时，释
6、放光子，原子的能量减小，电子受到的库仑力提供向心力，则Ekmv2，r越小，动能越大，选项B正确；衰变的实质是原子核内一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，选项C错误；UnBaKr3n，选项D错误5(2019·聊城一模)下列说法正确的是()A铀核裂变的某种核反应方程是UBaKr3nB已知质子、中子、粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么2个质子和2个中子结合成一个粒子，释放的能量是(2m12m2m3)c2C卢瑟福通过粒子散射实验验证了在原子核内部存在质子D一群处于n4能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射12种不同频率的电磁波B解析 铀核裂变的核反应
7、是UnBaKr3n，选项A错误；已知质子、中子、粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么2个质子和2个中子结合成一个粒子，根据质能方程可得释放的能量是(2m12m2m3)c2，选项B正确；卢瑟福通过粒子散射实验验证了原子核式结构模型，选项C错误；一群处于n4能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射C6 种不同频率的电磁波，选项D错误6(2019·苏北四市高三调研)(多选)下列说法正确的有 ()A比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量B用紫光照射某金属表面时发生光电效应，改用红光照射时也一定能发生光电效应C黑体辐射的强度随温度的升高而变大，且最大值向波长较短的方向移
8、动D改变压强、温度可改变放射性元素的半衰期AC解析 比结合能大的原子核分解为比结合能小的原子核时，核子的总结合能减小，一定要吸收核能才能完成，选项A正确；用紫光照射某种金属可以发生光电效应，可知紫光的频率大于金属的极限频率，红光的频率小于紫光的频率，用红光照射不一定能产生光电效应，选项B错误；随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C正确；半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，选项D错误7. (多选)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 MeVB.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
9、比Kr核中的大BC解析 由题图可知，He的比结合能为7 MeV，因此它的结合能为7 MeV×428 MeV，选项A错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知，选项B正确；两个比结合能小的H核结合成比结合能大的He时，会释放能量，选项C正确；由题图可知，U的比结合能(即平均结合能)比Kr的小，选项D错误8(2019·南昌重点中学模拟)下列说法正确的是 ()A光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量B比结合能越大，原子核越不稳定C将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期D原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现
10、象叫做质量亏损A解析 光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，而且也有波动性，则不但具有能量，也具有动量，选项A正确；比结合能越大的原子核越稳定，选项B错误；放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，选项C错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，选项D错误9(2019·承德期末)(多选)一个氘核(H)与氚核(H)反应生成一个新核同时放出一个中子，并释放能量下列说法正确的是()A该核反应为裂变反应B该新核的中子数为2C氘核(H)与氚核(H)是两种不同元素的原子核D若该核反应释放的核能为E，真空中光速为c，则反应过程中的质量亏损为BD解析 一个氘
11、核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，是质量数小的原子核聚变生成质量数大的原子核的过程，属于轻核聚变，选项A错误；当一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子时，由质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应方程是HHHen，新核的中子数为2，选项B正确；氘核(H)与氚核(H)是同种元素，不同中子数的原子核，是同位素，选项C错误；根据爱因斯坦质能方程Emc2，因此核反应过程中的质量亏损为，选项D正确10(2019·丹东高三一模)下列说法错误的是()A核反应方程 BeHeCX中的“X”为中子B在光电效应中，饱和电流的大小与入射光的频率有关，与入射光的强度无关C释放核能时必伴随
12、质量亏损，因为质量和能量有对应关系D玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征B解析 根据质量数和电荷数守恒，知该核反应方程中的X电荷数为零，质量数为1，是中子，选项A正确；发生光电效应后，增加照射光电管的入射光的强度，电路中的光电流就一定增加，则饱和光电流的大小取决于入射光的强度，选项B错误；根据爱因斯坦质能方程Emc2，可知释放核能的核反应必伴随着质量亏损，选项C正确；玻尔将量子观念引入原子领域，能够很好解释氢原子光谱，但不能解释氦原子光谱特征，这就是玻尔理论的局限性，选项D正确11(2019·石家庄高三二模)如图所示为氢原子的部分能级图，则下列说法正确的是 ()
13、A氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能增大，原子的电势能减小B大量处于n3激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出2种不同频率的光C处于基态的氢原子可吸收能量为12.09 eV的光子发生跃迁D用氢原子n2跃迁到n1能级辐射出的光照射金属铂(逸出功为6.34 eV)时不能发生光电效应C解析 氢原子从基态跃迁到激发态时，总能量变大，电子的轨道半径变大，电子的速度减小，动能减小，电势能增大，选项A错误；大量的氢原子处于n3的激发态，向低能级跃迁时可辐射出nC3种不同频率的光，选项B错误；大量处于基态的氢原子吸收了能量为12.09 eV的光子后，氢原子能量为1.51 eV，跃迁到第3能级，选项C正确
14、；用氢原子n2跃迁到n1能级，辐射出的光(10.20 eV)照射金属铂(逸出功为6.34 eV)时能发生光电效应，选项D错误12(2019·北京师大附中期末)太阳中含有大量的氘核，氘核不断发生核反应放出核能，以光和热的形式向外辐射已知两个氘核发生核反应可以产生一个新核，并放出一个中子该新核质量为3.0150u，氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u,1u的质量相当于931.5 MeV的能量(1)写出该核反应方程式；(2)求核反应中释放的核能；(结果保留三位有效数字)(3)若两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，假设核能全部转化为机械能，求反应后新核的动能(结果保
15、留两位有效数字)解析 (1)由质量数和核电荷数守恒，写出核反应方程为HHHen.(2)反应过程中质量减少了m2×2.013 6u1.008 7u3.015 0u0.003 5u，反应过程中释放的核能E0.003 5×931.5MeV3.26MeV.(3)设n核和He的动量分别为p1和p2，由动量守恒定律得0p1p2，由此得p1和p2大小相等，由动能和动量关系E及He核和n质量关系得，中子的动能E1是He核动能E2的3倍，即E1E231，由能量守恒定律得E1E2E2×0.35，由以上可以算出E20.99 MeV.答案 (1)HHHen(2)3.26 MeV(3)0.
16、99 MeV13(2019·衡水中学期末)一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2u)放出一个粒子(原子质量为4.002 6u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7u)已知：原子质量单位1u1.67×1027kg,1u相当于931 MeV(计算结果均保留两位小数)(1)写出核衰变反应方程并计算该核反应释放出的核能；(2)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和粒子的动能，请计算钍核的动能大小解析 (1)UThHe，质量亏损m0.005 9u，由爱因斯坦质能方程得Emc2，E 5.50 MeV.(2)系统动量守恒，钍核和粒子的动量大小相等，即pThp，由EkTh
17、，Ek，得EkThEkE，所以钍核获得的动能EkThE0.09 MeV.答案 (1)5.50 MeV(2)0.09 MeV14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.解析 (1)XYHe.(2)设粒子的速度大小为v，由qvBm，T，得粒子在磁场中运动周期T，环形电流大小I.(3)由qvBm，得v，设衰变后新核Y的速度大小为v，系统动量守恒Mvmv0，解得v，由mc2Mv2mv2，得m.(若利用Mm解答，亦可)答案 (1)XYHe(2)(3)
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