2012年高考物理一轮复习考点及考纲解读 原子和原子核（15）

2012年高考一轮复习考点及考纲解读（15）原子和原子核内容要求说明102粒子散射实验。原子的核式结构103氢原子的能级结构。光子的发射和吸收104氢原子的电子云105原子核的组成。天然放射现象。射线、射线、射线。衰变。半衰期106原子核的人工转变。核反应方程。放射性同位素及其应用107放射性污染和防护108核能。质量亏损。爱因斯坦的质能方程109重核的裂变。链式反应。核反应堆110轻核的聚变。可控热核反应111人类对物质结构的认识IIIIIIIIIIII名师解读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。样题解读【样题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的光子，具有费米能的电子如果吸收了一个频率为的光子而跳出势阱，则A具有费米能的电子跳出势阱时的动能EKhV + Ef B具有费米能的电子跳出势阱时的动能EKhVEf C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分析 具有费米能的电子吸收一个频率为的光子而跳出势阱，由动能定理， hVEKEf，得EKhV + Ef，A项正确，B项错误；由上述式子可以看出，具有费米能的电子跳出势阱时的动能只与照射光的频率有关，而与激光器的发光强度无关，所以C项错误，D项正确。答案 AD解读本题涉及到原子的能级结构、动能定理等知识点，考查理解能力和推理能力，体现了考试大纲中对“能够清楚地认识概念和规律的表达形式，理解相关知识的区别和联系”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。本题要求考生认真审题，理解题中所给名词的含义，再结合动能定理进行判断。【样题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 ANp237 系列中所有放射性元素的质量数B从到，共发生 7 次衰变和 4 次 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分析 由衰变规律，衰变规律可知每发生一次衰变，原子核的质量数减少4，而发生衰变时质量数不变，Np237的质量数2374591，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2372092847，即发生7次衰变，电荷数减少938310，考虑7次衰变带走电荷2714，所以发生了4次衰变，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。答案 ABC解读本题涉及到天然放射现象、衰变、衰变、半衰期等知识点，考查理解能力和推理能力，体现了考试大纲中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。衰变和衰变有不同的规律，衰变不改变原子核的质量数，利用这一点可以先确定衰变的次数，再结合电荷数不变进而确定衰变的次数。【样题3】(山西省实验中学20062007学年度高三年级第一次月考试题)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C“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分析 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。【样题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151所示为这种装置的简化模型：图151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R10.50m，外半径R21.0m ，若磁场的磁感应强度Bl . 0T。被约束的离子比荷4107C/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2107m/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？分析 （1）根据核反应中质量数和电荷数守恒可知应填。（2）速度越大轨迹圆半径越大，要使沿OM方向运动的离子不能穿越磁场，则其在环形磁场内的运动轨迹圆中最大者与磁场外边界圆相切（如图152所示）设轨迹圆的半径为r1 ，则r12+R12(R2r1)2代入数据，解得r10.375m设沿该圆运动的离子速度为v1，图152由，得v1代人数据得，v11.5107m/s（3）设离子以v2 的速度沿与内边界圆相切的方向射入磁场且轨道与磁场外圆相切时，则以该速度沿各个方向射入磁场区的离子都不能穿出磁场边界（如图152所示）设轨迹圆的半径为r2，则r20.25m设磁场的磁感强度为B ，由Bqv2，得B ，代人数字得B2.0T答案 （1）（2）1.5107m/s（3）2.0T解读本题涉及到核反应方程、带电粒子在匀强磁场中的运动、牛顿第二定律、圆周运动的向心力等知识点，考查理解能力、推理能力、分析综合能力和应用数学处理物理问题的能力，体现了考试大纲中对“能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系”和“必要时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析”的能力要求。本题的关键是根据题意确定带电粒子的运动轨迹，利用几何关系求出半径，再根据圆周运动的向心力公式求解。权威预测1（容易题）下列说法正确的是A天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的B卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构C玻尔的原子结构理论是在卢瑟福的核实结构学说基础上引进了量子理论D射线，射线，射线本质上都电磁波，且射线的波长最短2（容易题）近段时间，朝鲜的“核危机”引起了全球的瞩目，其焦点问题就是“朝鲜核电站应该采用轻水堆还是重水堆”。重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239（），这种可由铀239（）经过n次衰变而产生，则n的值为A2 B239 C145 D923（华中师大第一附属中学2007学年高三调研测试，容易题）北京奥委会接受专家的建议，大量采用对环境有益的新技术，如奥运会场馆周围80%90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术。太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应产生的，下列核反应中属于聚变反应的是ABCD图1534（中档题）为了科学研究的需要，常常将质子()和a粒子()等带电粒子贮存在圆环状空腔中，圆环状空腔置于一个与圆环平面垂直的匀强磁场(偏转磁场)中，如图153所示，磁感应强度为B。如果质子和a粒子在空腔中做圆周运动的轨迹相同(如图中虚线所示)，偏转磁场也相同。比较质子和a粒子在圆环状空腔中运动的动能和，运动的周期和的大小，有A BC D5(河北省2011年高考模拟试卷，中难题)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%。有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后2分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒生内部的氢核聚变反应生成的。（1）把氢核聚变简化成4个氢核（）聚变成氦核（），同时放出2个正电子（）和2个中微子（0），请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量。（2）研究表明，银河系的年龄约为t3.81017s，每秒银河系产生的能量约为11037J（P11037J/s），现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量（最后结果保留一位有效数字。）（3）根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断。（可能用到的数据：银河系的质量约为M=311041kg，原子质量单位 1u1.661027kg，1u相当于1.51010J的能量，电子质量m0.0005u，氦核质量ma4.0026u，氢核质量mp1.0087u，中微子v0质量为零。）参考答案1C 解析：天然放射现象的发现，揭示了原子核具有复杂的内部结构且原子核是可分的，但并不是说明原子核是由质子和中子组成的，A项错误；a粒子散射实验说明原子内部有一个很小的核，B项错误；a射线是氢核，射线是高速电子流，它们不是电磁波，D项错误；玻尔的原子结构理论是在卢瑟福的核实结构学说基础上引进了量子理论，C项正确。2A 解析：原子核每经过一次衰变，质量数不变，电荷数加1，所以从到要经过2次衰变，A项正确。3A 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；B项是放射性元素的衰变；C项是原子核的人工转变；D项是重核的裂变。4A 解析：质子和a粒子在