广西2022年高考物理 核心考点复习冲刺十四 原子和原子核

广西2022年高考核心考点复习冲刺十四原子和原子核原子和原子核为高考必考内容之一。一般都在选择题中出现。主要涉及α粒子散射实验、原子能级及跃迁、核反应方程、核能的利用、半衰期等。其中能级、核反应方程、质能方程是考查热点，一般单独命题，有时也与动力学、动量、电磁学等知识相结合，特别是与电场、磁场的综合问题尤其需要注意。在复习过程中关键是要识记一些常识性的知识和理解一些最基础的概念和规律，对于能级、半衰期等概念要认真地领会，对于α粒子散射实验，核反应的几个重点实验，质能方程等规律和实验要记住结果并学会应用。【题型示例】【示例1】在金属中存在大量的价电子（可理解为原子的最外层电子），价电子在原子核和核外的其他电子产生的电场中运动．电子在金属外部时的电势能比它在金属内部作为价电子时的电势能大，前后两者的电势能差值称为势垒，用符号V表示．价电子就像被关在深为V的方箱里的粒子，这个方箱叫做势阱，价电子在势阱内运动具有动能，但动能的取值是不连续的，价电子处于最高能级时的动能称为费米能，用Ef表示．用红宝石激光器向金属发射频率为ν的光子，具有费米能的电子如果吸收了一个频率为ν的光子而跳出势阱，则A．具有费米能的电子跳出势阱时的动能EK＝hν－V+EfB．具有费米能的电子跳出势阱时的动能EK＝hν－V－EfC．若增大激光器的发光强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能增大D．若增大激光器的发光强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能不变-13-\n【示例2】重元素的放射性衰变共有四个系列，分别是U238系列（从开始到稳定的为止）、Th232系列、U235系列及Np237系列（从开始到稳定的为止），其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界一直没有被发现，只是在人工制造出Np237后才发现的，下面的说法正确的是A．Np237系列中所有放射性元素的质量数B．从到，共发生7次α衰变和4次β衰变C．可能Np237系列中的所有放射性元素的半衰期相对于地球年龄都比较短D．天然的Np237系列中的放射性元素在地球上从来就没有出现过【解析】由α衰变规律，β衰变规律可知每发生一次α衰变，原子核的质量数减少4，而发生β衰变时质量数不变，Np237的质量数237＝4×59＋1，所以每一次衰变后的质量数都等于4n+1(n等于正整数），A项正确；根据原子核衰变时质量数和电荷数守恒，从到质量数减少237－209＝28＝4×7，即发生7次α衰变，电荷数减少93－83＝10，考虑7次α衰变带走电荷2×7＝14，所以发生了4次β衰变，总的衰变方程为，B项正确；Np237这个系列在自然界一直没有被发现，可能是这个系列中的所有放射性元素的半衰期相对于地球年龄都比较短，C项正确，D项错误。【示例3】据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是A．“人造太阳”的核反应方程是B．“人造太阳”的核反应方程是-13-\nC．“人造太阳”释放的能量大小的计算式是D．“人造太阳”核能大小的计算公式是【解析】聚变反应是原子序数较小的核在高温环境下聚变成原子序数大一些的核，A项正确；而B项中的方程是重核的裂变反应，B项错误；根据爱因斯坦质能方程得，“人造太阳”释放的能量大小，C项正确；D项中把宏观中物体的动能公式用于计算核能是错误的。【答案】AC【题型解读】本题涉及到核反应方程、重核的裂变、轻核的聚变、核能、质量亏损、爱因斯坦的质能方程等知识点，主要考查考生的理解能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律在简单情况下的应用”的能力要求。考生要熟知裂变、聚变、衰变、人工转变等各种核反应方程的特点，并能区别它们。【示例4】未来人类要通过可控热核反应取得能源，要持续发生热核反应，必须把温度高达几百万摄氏度以上的核材料约束在一定的空间内。约束的办法有多种，其中技术上相对较成熟的是用磁场约束核材料，称为“托卡马克”装置。如图15－1所示为这种装置的简化模型：图15－1垂直纸面的有环形边界的匀强磁场（b区域）围着磁感应强度为零的圆形a区域，a区域内的离子向各个方向运动，离子的速度只要不超过某值，就不能穿过环形磁场的外边界而逃逸，从而被约束。设环形磁场的内半径R1＝0.50m，外半径R2＝1.0m，若磁场的磁感应强度B＝l.0T。被约束的离子比荷＝4×107C/kg。（1）完成核反应方程：。（2）若a区域中沿半径OA方向射入磁场的离子不能穿越磁场，粒子的速度不能超过多大？（3）若要使从a区域沿任何方向射入磁场的速率为2×107m/s的离子都不能越出磁场的外边界，则b区域磁场的磁感应强度B'至少要有多大？-13-\n设磁场的磁感强度为B'，由Bqv2＝，得B'＝，代人数字得B'＝2.0T【答案】（1）（2）1.5×107m/s（3）2.0T【专家预测】1．关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是(　　)A．太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱B．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可用连续谱D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成【答案】B-13-\n【解析】太阳光谱是吸收光谱，月亮光谱是太阳光谱，煤气灯火焰中钠蒸气属稀薄气体发光，是线状谱，若从周围观察煤气灯火焰中的钠蒸气则是吸收光谱，进行光谱分析只能用线状谱而不能用连续谱．2．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有(　　)A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内B．α粒子散射实验中少数α粒子发生较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据C．对原子光谱的研究开辟了深入探索原子结构的道路D．玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，说明玻尔提出的原子定态概念是错误的【答案】BC【解析】卢瑟福通过α粒子散射实验设想原子内的正电荷集中在很小的核内，A错；玻尔理论有局限性，但不能说是错误的，D错；B、C说法是正确的．3．下列关于氢光谱的叙述，正确的是(　　)A．从光谱上看，氢原子辐射光波的频率只有若干分立的值B．稀薄氢气通电时能发出连续谱C．氢原子从低能级向高能级跃迁时产生原子光谱D．氢原子从高能级向低能级跃迁时产生原子光谱【答案】AD【解析】由于氢原子能级是不连续的，所以氢原子辐射光波从光谱上看只有若干分立值，属于线状谱，A正确；稀薄气体通电发光时发出的是线状谱，B错误；根据能级理论，原子由低能级向高能级跃迁时要吸收光子，且光子能量等于两个能级差，C错，D对．4．关于天然放射现象，叙述正确的是(　　)A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强D．铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变-13-\n5．如图所示，两束不同的单色光A1和B1，分别沿半径射入截面为半圆形的玻璃砖后，经过圆心O分别沿OA2方向和OB2方向射出，且两入射光之间的夹角和两出射光之间的夹角都等于θ，该角小于10°.下列说法中正确的是(　　)A．在玻璃中B1光传播的速度较大B．A1光的光子能量较大C．用A1、B1光分别做双缝干涉实验，实验条件相同，则A1光在屏上形成的明条纹宽度较大D．若用B1光照射某金属板能产生光电效应，则用A1光照射该金属板也一定能产生光电效应6．(1)放射性物质Po和Co的核衰变方程分别为：Po→Pb＋X1　Co→Ni＋X2方程中的X1代表的是________，X2代表的是________．(2)如图所示，铅盒内装有能释放α、β和γ射线的放射性物质，在靠近铅盒的顶部加上电场E或磁场B-13-\n，在图(a)、(b)中分别画出射线运动轨迹的示意图．(在所画轨迹上须标明是α、β和γ中的哪种射线)7．镭(Ra)是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知Ra能自发地放出α粒子而变成新核Rn，已知Ra的质量为M1＝3.7533×10－25kg，新核Rn的质量为M2＝3.6867×10－25kg，α粒子的质量为m＝6.6466×10－27kg，则(1)写出该核反应的方程式．(2)此反应过程中放出的能量是多少？(计算结果保留两位有效数字)【答案】见解析【解析】(1)Ra―→Rn＋He.(2)ΔE＝Δmc2＝(M1－M2－m)c2＝1.2×10－12J.8．人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程．请按要求回答下列问题：(1)卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做了卓越的贡献．请选择其中的两位，指出他们的主要成绩．①________________________________________________________________________.②________________________________________________________________________.在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，如图为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途．-13-\n(2)在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂．中子在重水中可与H核碰撞减速，在石墨中与C核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？由能量守恒：Mnv＝Mnv＋Mv②解得v1＝v0在重水中靶核质量：MH＝2Mn，v1H＝v0＝－v0③在石墨中靶质量：MC＝12Mn，v1C＝v0＝－v0④与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好．9．如下图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时，求：(1)有可能放出几种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出光子波长最长？波长是多少？-13-\n【答案】(1)6　(2)由第四能级向第三能级跃迁　1.88×10－6m10．已知氘核(H)质量为2.0136u，中子(n)质量为1.0087u，氦核(He)质量为3.0150u,1u相当于931.5MeV.(1)写出两个氘核聚变成He的核反应方程；(2)计算上述核反应中释放的核能(保留三位有效数字)；(3)若两个氘核以相同的动能0.35MeV做对心碰撞即可发生上述反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应后生成的氦核(He)和中子(n)的速度大小之比是多少？【答案】(1)H＋H→He＋n　(2)3.26MeV　(3)13【解析】(1)根据题中条件，可知核反应方程为：H＋H―→He＋n(2)质量亏损Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2.0136u×2－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u由于1u的质量与931.5MeV的能量相对应，所以核反应中释放的核能为ΔE＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV(3)由动量守恒定律有：0＝mHevHe－mnvn得vHevn＝1:311．氢原子处于基态时，原子能量E1＝－13.6eV，已知电子电量e＝1.6×10－19C，电子质量m＝0.91×10－30kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1＝0.53×10－10m.(1)若要使处于n＝2能级的氢原子电离，至少要用频率为多大的电磁波照射该氢原子？(2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n-13-\n＝2的激发态时，核外电子运动的等效电流为多大？12．(Ⅰ)已知：功率为100W灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速c＝3.0×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，假定所发出的可见光的波长都是560nm，计算灯泡每秒内发出的光子数．(Ⅱ)钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核激发态U*和α粒子，而铀核激发态U*立即衰变为铀核U，并放出能量为0.097MeV的γ光子．已知：Pu和U和α粒子的质量分别为mPu＝239.052lu、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u1u＝931.5MeV/c2(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．-13-\n(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα④放出的能量为ΔE＝c2·Δm⑤这能量是铀核U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和ΔE＝EU＋Eα＋Eγ⑥由④⑤⑥式得EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ⑦设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒有mUvU＝mαvα⑧又由动能的定义知EU＝mUv，Eα＝mαv⑨由⑧⑨式得＝⑩由⑦⑩式得Eα＝[(mPu－mU＋mα)c2－Eγ]⑪-13-\n代入题给数据得Eα＝5.034MeV⑫13．普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，铝的逸出功W0＝6.72×10－19J，现用波长λ＝200nm的光照射铝的表面(结果保留三位有效数字)．(1)求光电子的最大初动能；(2)若射出的一个具有最大初动能的光电子正对一个原来静止的电子运动，求在此运动过程中两电子电势能增加的最大值(电子所受的重力不计)．14．如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55eV的光子，问：(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．-13-\n15．太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看做是4个氢核结合成1个氦核同时放出2个正电子．试写出核反应方程，并由表中数据计算出该聚变反应过程中释放的能量(取1u＝×10－26kg)．粒子名称质子pα粒子电子e中子n质量/u1.00734.00150.000551.0087-13-