第101讲原子与原子核（玻尔模型与核反应）（解析版）.docx

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1、第101讲原子与原子核（玻尔模型与核反应）1 .（2022海南）下列属于0衰变的是（）A.T铠4 Th+HeB.尹必翅”了。+；”C.锯47Vl_234 pa+eD. H5（/+Jn t第4 8a+瑞Kr + 3jn【解答】解：A、核反应方程u 8 32 293029 TTh+iHe,放出的是a粒子，这是a衰变，故A错误;B、核反应方程/N+2He-#。+出，是原子核的人工转变，不是S衰变，故B错误；C、核反应方程品4771T纪4 pa+2。，释放出9遇，是。衰变，故C正确；D、核反应方程蒙U+徐-续Bq+型Kr + 3孔，属于裂变，故D错误：故选：Co2. （2022辽宁）2022年1月，中

2、国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为X+符Mg-笠Al,已知X、63215221的质量分别为mi、m2、m3,真空中的光速为c,该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是（）A. X为笊核fHB. X为负核?HC. E= （mi+m2+m3）c2D. E= （mi4-m2 - m3） c2【解答】解： AB、根据电荷量守恒可知，X的电荷量为1,根据质量数守恒可知，X的质量数为1,则X表示质子H,故AB错误；CD、这个核反应中释放的核能为：E= （ini+m? - m3） c2,故C错误，D正确；故选：Do3. （20

3、22湖北）上世纪四十年代初，我国科学家王涂昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案: 如果静止原子核jBe俘获核外K层电子e,可生成一个新原子核X,并放出中微子Ve,即ZBc+ efX+ gvco根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动 量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（）A.原子核X是B.核反应前后的总质子数不变C.核反应前后总质量数不同D.中微了re的电荷量与电子的相同A.比8Pb衰变成第6Pb要经过8次B衰变和6次a衰变B.氨的半衰期为3.8天，4个氢原子核经过7.6天后只剩下1个氢原子核C. a射线与丫射线都是电磁波，a射线穿透本领远比Y射线弱D.放射性元

4、素发生p衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的【解答】解：A、因为|3衰变的质量数不变，所以a衰变的次数门=咨泮 =8,在a衰变的过 程中电荷数总共少16,则0衰变的次数m=31U=6,故A错误；B、半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故B错误；C、a射线实质是银核，丫射线实质是电磁波，a射线穿透本领远比Y射线弱，故C错误；D、放射性元素发生衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子释放出 来就是B射线，故D正确。故选：D。题型四：核能例4.太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环,循环的结果可表示为4He+2 ?e+2v,已知 汨和

5、He的质量分别为mp=1.0078u和ma=4.0026u, lu=931MeV/c2, c为光速。在4个H转变成1个iHe的过程中，释放的能量约为（）A. 8MeVB. 16MeVC. 26MeVD. 52MeV【解答】解：反应过程中的质量亏损约为： m=4mP - m=4X 1.0078u - 4.0026u=0.0286u,由于 lu=931MeV/c2,根据爱因斯坦质能方程可得：E=amc? = 26MeV,故C正确，ABD错误。故选：Co题型五：结合能与比结合能例5.原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是（）A. He核的结合能约为14McVB. Ki核比gHe核

6、更稳定C.两个fH核结合成He核时释放能量D.令$u核中核子的平均结合能比弱小核中的大【解答】解：A、1He核的比结合能大约为7MeV,核子数为4,则eHe核的结合能大约为28MeV,故A错误；B、核的比结合能比2He核的比结合能小，所以2He核更稳定，故B错误；C、因为Hc核的比结合能比彳H核的比结合能大，所以两个核结合成Hc核时要放出能量，故C正确；D、由图可知，U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，故D错误。故选：Co三.举一反三，巩固练习1 .一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能多种不同频率的光，将这些光分别照射到 图甲电路阴极K的金属上，实验只测得3条电流随电压变化的图像，

7、如图乙所示。已知氢原子 的能级图如图丙，则下列推断正确的是（）A.动能为IcV的电子不能使处于第3能级的氢原子发生跃迁B. a b、c三种光的波长关系：=+ C.图乙中的a光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的D.阴极金属的逸出功可能为Wo=2.5eV【解答】解：A、第3能级与第4能级的差：E43=E4 - E3= - 0.85eV+1.51eV=0.66eV 但只检测到 3 条电流, 所以发生光电效应的能量值分别为:n=4-l, n=3-l, n=2-1；可知a、b、c三束光都是向基111态跃迁发出的，所以不可能满足波长关系：- = + -，故B错误： 人a 4人cC、结合图乙，可知a光的遏止

8、电压最大，是频率最大的光，则是第4能级向基态跃迁发出的，故C正确；D、根据玻尔理论结合B的分析，辐射能量第4大的光子能量为E4 - E2=2.55eV2.5eV；由于 只测得3条电流随电压变化的图像，故阴极金属的逸出功一定大于2.55eV,故D错误。故选：Co2.如图所示为玻尔原子理论的氢原子能级图，下列说法正确的是（）A.大量处于n=5能级的氢原子向基态跃迁，最多可以发出20种不同频率的光B.处于n=2能级的氢原子其电势能比处于n = 3能级的氢原子的电势能小C.若氢原子由n=4能级分别直接跃迁至n = 3和n=2能级时所发出光的波长为尢和入2,则入A2D.用光子能量为12.5eV的光照射大

9、量处于基态的氢原子，此过程中氢原子最多可以发出3种 不同频率的光【解答】解：A、大量处于n=5能级的氢原子向基态跃迁，最多可以发出第=10种不同频率的 光，故A错误：B、氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光子，电子运动的轨道半径减小，电场力做正功， 氢原子的电势能减小，所以处于n=2能级的氢原子其电势能比处于n=3能级的氢原子的电势能 小。故B正确；C、若氢原子由n=4能级分别直接跃迁至n=3和n=2能级时所发出光的波长为尢和人2, 日3 =E4 E3 = hf, E42 = E4 E2 = hf, A E43 入2。故 C 错误；D、若用光子能量为I2.5ev的光照射大量处于基态的氢原

10、子，则有E= - 13.6eV+12.5eV= - l.leV, 氢原子没有该能级，所以不能使处于基态的氢原子跃迁，故D错误：故选：Bo3.用频率分别为v和2 V的光照射某种金属材料，两种情况下测得的该金属材料发生光电效应的 遏止电压之比为1： 4,已知普朗克常量为h,则该金属的逸出功为（）4211A. -hvB. - hvC. - hvV）. - hv 3332【解答】解：设该金属的逸出功为Wo,根据爱因斯坦光电效应方程以及动能定理有：Eki=h v - Wo=eUciEk2=2h v - Wo=eUc2由题意可知：器二4Uci联立以上各式解得：W0=hv,故B正确、ACD错误。故选：Bo4

11、,氮离子（He+）的能级图如图所示，已知普朗克常量为h,电子的质量为m,氮离子（He+）基态 的能量为日（Ei0）o根据能级跃迁理论可知，基态氮离子（He+）中的电子吸收一频率为v的 光子被电离后，电子速度大小为（）人得B.唇f【解答】解：氮离子的基态能量为Ei (Ei0),则基态氮离子的电离能为-Ei,发生电离时，根 据玻尔理论得：+ =imv2,解得电离后电子的速度大小u = 产绯红，故B正确，ACD 错误。故选:Bo5.德国物理学家P勒纳德、英国物理学家JJ汤姆孙等相继进行了实验研究，发现照射到金属表 面的光能使金属中的电子从表面溢出，这个现象称为光电效应。现在用两种单色光a和b照射 同

12、一种金属，光电流与电压的关系如图乙所示，k为饱和光电流，Uc为遏止电压的大小。下列 说法正确的是()A.截止频率与入射光的频率有关B. a光的频率小于b光的频率C.若仅增加a光的光强，饱和光电流将增大D.若仅增加a光的光强，则遏止电压Uci将增加【解答】解：A、截止频率是光照射金属时产生光电效应的最低频率，由金属材料本身决定，与 入射光的频率无关，A错误；B、由图乙可知，a光的遏止电压大于b光的遏止电压，由光电效应方程加- =*加%2,和动 能定理:加%2 =。4,联立可得一孕，a的遏止电压大，可知，a光的频率大于b光的 频率，故B错误；C、频率相等时，入射光的强弱决定了电流的强弱，若仅增加a

13、光的光强，单位时间从金属表面 溢出的光电子数量变多，饱和光电流将增大，故C正确；D、遏止电压与入射光的强弱无关，仅增加a光的光强，其遏止电压不变，故D错误。故选：Co6.如图所示为氢原子的能级图。现有两束光，a光由图中跃迁发出的光子组成，b光由图中跃迁 发出的光子组成，已知a光照射x金属时刚好能发生光电效应，则下列说法正确的是()A.氢原子发生跃迁后，原子的能量将减小3.4eVB. a光的频率大于b光的频率C. x金属的逸出功为2.86eVD.用b光照射x金属，发出的光电子的最大初动能为10.2eV【解答】解：ABC. a光子的能量值Ea=E5E2= -0.54eV-(-3.4) eV=2.8

14、6eV,则原子的能量减小2.86eV, a光照射x金属时刚好能发生光电效应，则金属的逸出功为2.86eV, b光子的能 量Eb=E2 -Ei= -3.4eV - （ - 13.6） eV=IO.2eV, a的能量值小，则a的频率小，故AB错误, C正确；D.用b光光子照射x金属，打出的光电子的最大初动能为Ekm=Eb-W= （10.2-2.86） eV =7.34cV,故D错误。故选：CoHe327.月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的含量十分丰富。科学家认为,是发生核聚变的极好原料，将来也许是人类重要的能源，所以探测月球意义卜分重大。关e H 32卜列说法正确的是（）A.原子核

15、内的核子靠万有引力紧密结合在一起B.9He聚变反应后变成He,原子核内核子间的比结合能没有发生变化C.发生核聚变，放出能量，不一定会发生质量亏损D.聚变反应的方程式可能为:e H 32/7e42【解答】解：A、原子核内的核子靠核力结合在起，核力只存在于相邻的核子之间，故A错误； B、比结合能是核的结合能与核子数之比，所以聚变后的比结合能一定发生变化，故B错误； C、刍He发生聚变，放出能量，根据质能方程AE=Amc2, 一定会发生质量亏损，故C错误； D、翅e聚变反应的方程式可能为lHe-2 4-匆e,故D正确。故选：D。8 .科学研究表明，太阳核心的温度极高、压力极大，使得太阳内部每4个氢核

16、（；，）转化为1个 氨核（p/e）和几个正电子并释放出大量能量。假设生成的所有正电子均定向移动，且正电子 在8x10时间内定向移动形成的平均电流为8.0X10a,已知电子的电荷量为1.6X10 19C,则在这段时间内发生核聚变的氢核（：H）的个数为（）A. 8.0X 108B. 4.8X 108C. 3.2X 108D. 2.4X IO8【解答】解：由于电荷数与质量数守恒4iHe + 2 ?e,可得每4个氢核转化为1个氨核和2个正电子，根据公式可得q = It=8X10 4x8.0X10-8c = 6.4X1（）Fc,正电子个数为九= e2x64x1?； = 8x 108（个）,由上可知发生核

17、聚变的氢核的个数为正电子个数的两倍，即氢核 1.6x10的个数是8X 1（泡 故A正确，BCD错误；故选：Ao9 . 2021年4月，日本政府决定将福岛核废水排放入大海，引起国际社会的广泛关注。核废水即使 经处理，但还是含有笊、锢90、的-137、碘-129等放射性元素。其中段7cs是最具危害的 放射性元素，半衰期为30年。它能通过0衰变放射出0射线，衰变得到的新核用X表示。则 下列说法正确的是（）A.葩核发生p衰变的衰变方程为H7Cs-羔7x+ 0iCB. 20个的核经过60年，一定还有5个葩核未发生衰变C.饱核发生0衰变时，。射线来自原子核外的电子电离D.摺x的比结合能比|37Cs小【解答

18、】解：A、0射线是高速电子流，根据质最数守恒和电荷数守恒可得艳的衰变方程为四7cs 一 567X+ e，故 A 正确：B、半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数原子核不适用，故B错误；C、根据0衰变的本质可知，0衰变中生成的电子是原子核内部的一个中子转化为一个质子同时 生成一个电子，这种转化产生的电子发射到核外形成0射线，故C错误；D、0衰变是自发的，衰变的过程中释放能量存在质量亏损，所以新核的比结合能更大，即H7x 的比结合能比会7cs的比结合能大，故D错误。故选：Ao10.人类对光的本性以及原子内部结构的进一步认识，促进了科技极大的进步，并大最应用于医疗、 通信等领域。下列描述中正

19、确的是（）A.质子与中子结合成笊核的过程中吸收能量B.某原子核经过一次a衰变和两次0衰变后，核内中子数减少2个C.援U （铀核）衰变为il2Rn （氢核）要经过3次a衰变和4次0衰变D.发生光电效应时入射光波长相同，从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，这种金属的逸 出功越小【解答】解：A、中子和质子结合成笊核有质量亏损，释放能量，故A错误；B、a粒子由两个质子核两个中子组成，0射线是原子核中的中子转化为质子时产生的，某原子核 经过一次a衰变放出He和两次0衰变后，核内中子数减少4个，故B错误；C、0衰变不改变质量数，则的8u （铀核）衰变为y2Rn（氢核）质量数减少16,故要经过4次a衰变，

20、根据电荷数守恒，则应该经过2次0衰变，故C错误；D、发生光电效应时入射光波长相同，即光的频率相同，根据hv=Wo+Ek,从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，这种金属的逸出功越小，故D正确。故选：D。11 .现有杯的同位素原子核靛9P静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出a粒子以后, 变成铀的一个同位素原子核，同时放出一个能量为E=0.09MeV的光子(已知杯核质量mi = 238.99965u,铀核质量 m2=234.993470u, a 粒子的质量为 m3=4.001509u, lu=931.5MeV/c2, 下列说法正确的是()A.该核反应属于裂变反应B.此过程的核反应方程为Pu

21、 -先切+ 4HeC.若不计光子的动量，则a粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Ra： Ru=l： 46D.若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071MeV【解答】解：A、该核反应释放出a粒子，属于a衰变，故A错误；B、由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为：/23su+ 4He.故b错误；C、设衰变后，铀核速率为V2, a粒子的速率为V3,衰变过程动量守恒，由动量守恒定律得：m2V2=m3V3,V2带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：Bqv = m,则 Ra： Ru=46： 1；故 C 错误;D、衰变释放的核能 AE= A me2=931.5 (mi - m2 - m3)由能

22、量守恒定律知，铀核与a粒子的总动能：Ek = EkU+Eka=931.5 (nu - m2 - m3) - E解得：Ek=4.261 MeV；n2由动能与动量的关系：Ek=结合m2V2=m3V3,可知a粒子的动能与铀核的动能之比与质量成反比,则EkU=0.071 MeV,故D正确：故选：D。【解答】解：ABC、根据核反应方程Z8e+，eTX+8%,结合质量数与电荷数守恒，可知X的 质量数为：A=7+0=7,质子数为：Z=4- 1=3,所以新核为7i,反应前总质子数为4,反应后 为3,故A正确，BC错误；D、中微子不带电，故中微子的电荷量与电子的不同，故D错误。 故选：Ao4. （2022浙江）

23、图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光 子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（）A.逸出光电子的最大初动能为10.80eV8. n=3跃迁到n=l放出的光电子动量最大C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D.用O.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态【解答】解：AB、一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能产生6=3种不同频率的 光子，故其中从n=3能级跃迁到n=l能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最短.逸出光电了的最大初动能为：Ek=h v - wo=E3 - Ei - wo代入数据解得：Ek=9.8eV由德

24、布罗意波公式入=知p= p从n = 3能级跃迁到n= 1能级产生的光子动量最大， 故A错误，B正确；C、从n=2能级的氢原子跃迁到n=3需要E= - l.5leV- （ -3.40eV） = 1.89eV的光子能量， 1.89cVHe+in10.核力(1)定义：原子核中的核子之间存在的一种很强的相互作用力，它使得核子紧密地结合在一-起,形成稳定的原子核。(2)特点核力是强相互作用的一种表现：核力是短程力，作用范围只有约IO-15 ni,即原子核的大小。11 .结合能原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合 能。12 .比结合能(1)定义：原子核的结合能

25、与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固， 原子核越稳定。13 .质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这就是质量亏损。质 量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。14 .重核裂变(D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)特点核裂变过程中能够放出巨大的能量。核裂变的同时能够放出2或3个中子。核裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变，有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四 分裂概率非常小。(3)典型的核裂变反应方程2版J 4-

26、Jn-*SKr + 1Ba+31n。(4)链式反应：由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。(5)临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的 质量叫作临界质量。(6)核裂变的应用：原子弹、核反应堆。(7)反应堆构造：核燃料、慢化剂(如重水、石墨)、镉棒(也叫控制棒，它可以吸收中子，用于调 节中子数目以控制反应速度)、防护层。15 .轻核聚变(1)定义两个轻核结合成质量较大的核的核反应。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。(2)特点核聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比核裂变反应中平均每个核子放出 的能量大34倍。核

27、聚变反应比核裂变反应更剧烈。核聚变反应比核裂变反应更安全、清洁。自然界中核聚变反应原料丰富。(3)典型的核聚变反应方程jH+：Hf；He+；n+17.6 MeV。16 .衰变方程及核反应方程的理解(1)衰变及核反应过程般都是不可逆的，所以衰变及核反应方程只能用单向箭头“一”连接并 表示反应方向，不能用等号连接。(2)衰变及核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来 写衰变及核反应方程。(3)衰变及核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，衰变及核反应过程中总质量一般会发生变化。(4)衰变及核反应遵循电荷数守恒。二.例题精析题型一：能级跃迁与电离例1.氢原子能级示意如图

28、。现有大量氢原子处于n=3能级上，下列说法正确的是()A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B.从n = 3能级跃迁到n=l能级辐射出的光子能量为1.51 eVC.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收1.51eV的能量D. n=3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51eV的能量【解答】解：A、大量氢原子处于n = 3能级跃迁到n=l多可辐射出 =3种不同频率的光子， 故A错误；B、根据能级图可知从n=3能级跃迁到n= 1能级辐射的光子能量为Es - Ei= - 1.5ieV -（- 13.6eV） =12.09eV,故 B 错误；C、根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=4能级，需要吸收的

29、能量为&E3=0.85eV -（- 1.51cV） = 0.66cV,故 C 错误；D、根据能级图可知氢原子处于n=3能级的能量为-1.51eV,故要使其电离至少需要吸收1.51eV 的能量，故D正确。故选：D。题型二：核反应类型与反应方程例2.下列说法正确的是（）A.大量处于n=5能级的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射20种不同频率的电磁波B.爱因斯坦提出质能方程=1忙2,其中E是物体以光速c运动时的动能C.笋Th-赞Pa+卜是钻核（策如）的0衰变方程，衰变过程会伴随着丫射线产生D.高速运动的a粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为犯e+尹N-，+ n 【解答】解：A、根据量=

30、10可知，一群处于n = 5能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中最多能够辐射10种不同频率的电磁波。故A错误；B、根据质能方程的意义可知，在质能方程E=mc2+，其中E是质量为m的物体对应的能量值， 不是以光速c运动时的动能。故B错误；C、根据质量数守恒、电荷数守恒以及核反应的特点可知，羽小卜一234Pa+卜是杜核（锯打|） 的B衰变方程，衰变过程会伴随着Y射线产生。故C正确；D、高速运动的a粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为 轴e+/N- ?+汨.故 D错误 故选：Co题型三：衰变与半衰期 例3.花岗岩、大理石等装修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性的说法正确的是