2020年高考物理一轮复习文档第13章近代物理初步第60讲Word版含答案

第60讲原子与原子核考点一原子的核式结构和氢原子光谱1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了eq\o(□,\s\up1(01))电子，提出了原子的“枣糕模型”。2．原子的核式结构(1)1909～1911年，英籍物理学家eq\o(□,\s\up1(02))卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了eq\o(□,\s\up1(03))核式结构模型。(2)α粒子散射实验的结果：eq\o(□,\s\up1(04))绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有eq\o(□,\s\up1(05))少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”。(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部eq\o(□,\s\up1(06))质量，eq\o(□,\s\up1(07))电子在正电体的外面运动。3．氢原子光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。(2)光谱分类(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1)。(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的eq\o(□,\s\up1(11))特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。4．经典理论的困难：原子的核式结构模型很好地解释了α粒子散射实验。但是，经典物理学既无法解释原子的eq\o(□,\s\up1(12))稳定性，又无法解释原子光谱的eq\o(□,\s\up1(13))分立特征。1．[教材母题](人教版选修3－5P53·T3)卢瑟福提出的原子结构的模型是怎样的？他提出这种模型的依据是什么？[变式子题](多选)关于原子核式结构理论说法正确的是()A．是通过发现电子现象得出来的B．原子的中心有个核，叫做原子核C．原子的正电荷均匀分布在整个原子中D．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外旋转答案BD解析原子的核式结构模型是在α粒子的散射实验结果的基础上提出的，A错误。原子中绝大部分是空的，带正电的部分集中在原子中心一个很小的范围，称为原子核，B正确，C错误。原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外旋转，D正确。2．如图所示为α粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中a、b、c、d四个位置。则这四个位置在相等时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是()A．1305、25、7、1B．202、405、625、825C．1202、1010、723、203D．1202、1305、723、203答案A解析由于绝大多数粒子运动方向基本不变，所以a位置闪烁次数最多，少数粒子发生了偏转，极少数发生了大角度偏转。符合该规律的数据只有A项。3．如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是________元素。答案b、d解析将a、b、c、d四种元素的线状谱与乙图对照，可知矿物中缺少b、d元素。考点二玻尔理论1．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是eq\o(□,\s\up1(01))稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁：当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝eq\o(□,\s\up1(02))Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是eq\o(□,\s\up1(03))不连续的，因此电子的可能轨道也是eq\o(□,\s\up1(04))不连续的。2．几个概念(1)能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级。(2)基态：原子能量eq\o(□,\s\up1(05))最低的状态。(3)激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他状态。(4)量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的eq\o(□,\s\up1(06))正整数叫做量子数。3．氢原子的能级公式En＝eq\o(□,\s\up1(07))eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝eq\o(□,\s\up1(08))－13.6eV。能级图如图所示：4．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。光子的频率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h)。(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。条件有：①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差，即hν＝ΔE。②实物粒子碰撞、加热等：只要入射的实物粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。③大于等于电离能(－E1)的光子被吸收，将原子从基态电离；或大于等于－En能量的光子被吸收，将原子从n能级电离。5．谱线条数的确定方法(1)一个处于n能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为eq\o(□,\s\up1(09))(n－1)。(2)一群处于n能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数的两种求解方法：①用数学中的组合知识求解：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\o(□,\s\up1(10))eq\f(nn－1,2)。②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。1．[教材母题](人教版选修3－5P63·T3)如果大量氢原子处在n＝3的能级，会辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的？[变式子题](2016·北京高考)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C解析处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为Ceq\o\al(2,n)，所以处于n＝3能级的大量氢原子向低能级跃迁，辐射光的频率有Ceq\o\al(2,3)＝3种，故C项正确。2．用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，则()A．ν0<ν1B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3D.eq\f(1,ν1)＝eq\f(1,ν2)＋eq\f(1,ν3)答案B解析大量氢原子跃迁时只发射三个频率的光谱线，这说明是从n＝3能级向低能级跃迁。由于ν3>ν2>ν1，则：n＝3能级向n＝1能级跃迁时，hν3＝E3－E1n＝2能级向n＝1能级跃迁时，hν2＝E2－E1n＝3能级向n＝2能级跃迁时，hν1＝E3－E2将以上三式变形可得，hν3＝hν2＋hν1解得ν3＝ν2＋ν1，故B正确，D错误，再根据氢原子理论可知，入射光频率ν0＝ν3，故A、C错误。3．按照玻尔原子理论，氢原子中的电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道，要________(填“释放”或“吸收”)能量。已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子的质量为m，则基态氢原子的电离能为________，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子后被电离，电离后电子的速度大小为________(已知普朗克常量为h)。答案吸收－E1eq\r(\f(2hν＋E1,m))解析氢原子中的电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道，原子能量增大，则需要吸收能量。氢原子的基态能量为E1(E1<0)，则基态氢原子的电离能为－E1。根据能量守恒得：hν＋E1＝eq\f(1,2)mv2，解得电离后电子的速度大小为：v＝eq\r(\f(2hν＋E1,m))。考点三原子核及其衰变一、原子核的组成1．天然放射现象(1)天然放射现象元素eq\o(□,\s\up1(01))自发地放出射线的现象，首先由eq\o(□,\s\up1(02))贝可勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有eq\o(□,\s\up1(03))复杂的结构。共有α射线、β射线、γ射线3种。(2)放射性同位素的应用与防护①放射性同位素：有eq\o(□,\s\up1(04))天然放射性同位素和eq\o(□,\s\up1(05))人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。②应用：工业测厚、放射治疗、做eq\o(□,\s\up1(06))示踪原子等。③防护：防止放射性物质对环境的污染和对人体组织的伤害。2．三种射线的比较3．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为eq\o(□,\s\up1(16))核子。质子带正电，中子不带电。(2)基本关系①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝eq\o(□,\s\up1(17))中性原子的核外电子数。②质量数(A)＝eq\o(□,\s\up1(18))核子数＝质子数＋中子数。(3)X元素的原子核的符号为eq\o\al(A,Z)X，其中A表示eq\o(□,\s\up1(19))质量数，Z表示核电荷数。二、放射性元素的衰变1．原子核的衰变(1)原子核放出eq\o(□,\s\up1(20))α粒子或eq\o(□,\s\up1(21))eq\a\vs4\al(β粒子)，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变，原子核衰变时eq\o(□,\s\up1(22))电荷数和eq\o(□,\s\up1(23))质量数都守恒。(2)分类α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o(□,\s\up1(24))eq\o\al(4,2)He；β衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o(□,\s\up1(25))eq\o\al(0,－1)e；γ辐射：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。(3)实质α衰变：2个质子和2个中子能紧密地结合在一起作为一个整体从原子核中抛出来，即2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He。β衰变：核内的1个中子转化成1个质子和1个电子，电子发射到核外，即eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e。γ辐射：α衰变、β衰变产生的新核处于较高能级，不稳定，向低能级跃迁时辐射出γ光子。(4)两个典型的衰变方程①α衰变：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。②β衰变：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e。(5)确定衰变次数的方法因为β衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有eq\o(□,\s\up1(26))半数发生衰变所需的时间。(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核eq\o(□,\s\up1(27))内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。(3)公式：N余＝N0·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m余＝m0·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)。1．如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线答案C解析γ射线为电磁波，不带电，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D错误。α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线；β射线带负电，同理可以分析①和⑥表示β射线，C正确。2．(多选)在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图所示，由图可以判定()A．该核发生的是α衰变B．该核发生的是β衰变C．磁场方向一定垂直纸面向里D．磁场方向向里还是向外不能判定答案BD解析原来静止的核，放出粒子后，总动量守恒，所以粒子和反冲核的速度方向一定相反，根据图示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷，故应为β衰变；由于不知它们的旋转方向，因而无法判定磁场是向里还是向外，即都有可能，故B、D正确。3．[教材母题](人教版选修3－5P73·T4)eq\o\al(238,92)U(铀核)衰变为eq\o\al(222,86)Rn(氡核)要经过几次α衰变，几次β衰变？[变式子题]下列说法正确的是()A．根据天然放射现象，卢瑟福提出了原子核式结构B．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子吸收光子，能量增加C．铀(eq\o\al(238,92)U)经过多次α、β衰变形成稳定的铅(eq\o\al(206,82)Pb)的过程中，有6个中子转变成质子D．机场、车站等地进行安全检查时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了γ射线较强的穿透能力答案C解析卢瑟福提出原子的核式结构的依据是α粒子散射实验，A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级要放出光子，能量减小，B错误；分析可得铀经过8次α衰变和6次β衰变形成了稳定的铅，而β衰变的本质就是中子转变成质子时释放出电子的过程，故C正确；机场、车站等地进行安全检查，利用的是X射线的穿透本领，D错误。4．(多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定，推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半。铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的原子总数，由此可以判断出()A．铀238的半衰期为90亿年B．地球的年龄大致为45亿年C．被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4D．被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3答案BD解析由题意、半衰期的含义及铀238的相对含量随时间的变化规律图象可知：铀238的半衰期和地球的年龄均大致为45亿年，被测定的古老岩石样品在90亿年时铀原子数的相对值为0.25，即占总原子数的eq\f(1,4)，由此可推得其中铅占原子数的eq\f(3,4)，铀、铅原子数之比约为1∶3。B、D正确。考点四核能和核反应一、核力和核能1．核力(1)定义：原子核内部eq\o(□,\s\up1(01))核子间特有的相互作用力。(2)核力的特点①是强相互作用的一种表现；②是eq\o(□,\s\up1(02))短程力，作用范围在1.5×10－15m之内；③每个核子只跟eq\o(□,\s\up1(03))相邻的核子发生核力作用。2．结合能原子核是核子凭借eq\o(□,\s\up1(04))核力结合在一起构成的，因此，要将它们分开，需要eq\o(□,\s\up1(05))吸收能量，这叫做原子核的结合能。3．比结合能(1)定义：原子核的结合能与eq\o(□,\s\up1(06))核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越eq\o(□,\s\up1(07))大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。4．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程是eq\o(□,\s\up1(08))E＝mc2。原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损。由质量亏损可求出核反应中释放的核能ΔE＝eq\o(□,\s\up1(09))Δmc2。二、重核裂变和轻核聚变1．重核裂变(1)定义：质量数较eq\o(□,\s\up1(10))大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较eq\o(□,\s\up1(11))小的原子核的过程。(2)特点①裂变过程中释放出eq\o(□,\s\up1(12))巨大能量。②裂变的同时能够释放出2～3(或更多)个eq\o(□,\s\up1(13))中子。③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比较小。(3)典型的裂变反应方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3eq\o(□,\s\up1(14))eq\o\al(1,0)n。(4)链式反应：由重核裂变产生的eq\o(□,\s\up1(15))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：裂变物质能够发生eq\o(□,\s\up1(16))链式反应的最小体积及其相应的质量。(6)裂变的应用：eq\o(□,\s\up1(17))原子弹、核反应堆。(7)反应堆构造：核燃料、减速剂、eq\o(□,\s\up1(18))镉棒、防护层。2．轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量eq\o(□,\s\up1(19))较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫eq\o(□,\s\up1(20))热核反应。(2)特点①聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3至4倍。②聚变反应比裂变反应更剧烈。③对环境污染较少。④自然界中聚变反应原料丰富。(3)典型的聚变反应方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。三、核反应1．核反应的四种类型2．核反应方程式的书写规范(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子(eq\o\al(1,1)H)、中子(eq\o\al(1,0)n)、α粒子(eq\o\al(4,2)He)、β粒子(eq\o\al(0,－1)e)、正电子(eq\o\al(0,1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等。(2)掌握核反应遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据。由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。注意：质量数守恒不是质量守恒，核反应过程中伴随着能量的释放，反应前后质量会变化，一般质量会亏损。1．(2018·天津高考)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()A.eq\o\al(14,7)N俘获一个α粒子，产生eq\o\al(17,8)O并放出一个粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘获一个α粒子，产生eq\o\al(30,15)P并放出一个粒子C.eq\o\al(11,5)B俘获一个质子，产生eq\o\al(8,4)Be并放出一个粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘获一个质子，产生eq\o\al(3,2)He并放出一个粒子答案B解析根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为eq\a\vs4\al(\o\al(14,7)N)＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n、eq\o\al(11,5)B＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be＋eq\o\al(4,2)He、eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(4,2)He，故只有B项符合题意。2．(2018·江南十校3月检测)我国正在自主研发新型聚变——裂变混合反应堆项目。如果此项目得以研究开发并付诸实现，有可能使核资源寿命延长数倍。关于聚变和裂变，下列看法正确的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是裂变反应B．聚变和裂变反应中都存在质量亏损C．裂变反应以释放核能为主，聚变反应以吸收核能为主D．核越重，比结合能越大答案B解析eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是轻核聚变反应，所以A错误；聚变和裂变反应都释放能量，所以都存在质量亏损，故B正确，C错误；组成原子核的核子越多，它的结合能就越高，结合能与核子数之比，称做比结合能，中等大小的原子核比结合能较大，故D错误。3．[教材母题](人教版选修3－5P82·T3)碳原子质量的eq\f(1,12)叫做原子质量单位，用u表示。请根据E＝mc2证明：1u相当于931MeV。[变式子题](2017·全国卷Ⅰ)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：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。已知eq\o\al(2,1)H的质量为2.0136u，eq\o\al(3,2)He的质量为3.0150u，eq\o\al(1,0)n的质量为1.0087u,1u＝931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为()A．3.7MeVB．3.3MeVC．2.7MeVD．0.93MeV答案B解析在核反应方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n中，反应前物质的质量m1＝2×2.0136u＝4.0272u，反应后物质的质量m2＝3.0150u＋1.0087u＝4.0237u，质量亏损Δm＝m1－m2＝0.0035u。则氘核聚变释放的核能为E＝931×0.0035MeV≈3.3MeV，选项B正确。4．(2016·全国卷Ⅱ)在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________。(填正确答案标号)A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HE.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nF.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n答案CABEF解析放射性元素自发地放出α粒子(即氦核eq\o\al(4,2)He)的衰变属于α衰变，C符合；放射性元素自发地放出β粒子的衰变属于β衰变，A、B符合；重核在中子轰击下分裂成几个中等质量原子核的现象为核裂变，E符合；轻原子核聚合成较重原子核的反应为核聚变，F符合；其中D为原子核的人工转变。课后作业[巩固强化练]1．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是()A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子中是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中答案A解析α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有α粒子质量的eq\f(1,7300)，α粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变，α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小，故A正确。2．(多选)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上，下列说法正确的是()A．核外电子受力变小B．原子的能量减少C．氢原子要吸收一定频率的光子D．氢原子要放出一定频率的光子答案BD解析根据F＝keq\f(e2,r2)得，轨道半径减小，则核外电子受力变大，故A错误；由较远轨道跃迁到较近轨道，原子能量减小，故B正确；因为原子能量减小，所以氢原子放出一定频率的光子，故C错误，D正确。3.已知氢原子的能级如图所示，现用光子能量介于10～12.9eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是()A．在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种C．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有10种D．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种答案B解析因为－13.6eV＋10eV＝－3.6eV，－13.6eV＋12.9eV＝－0.7eV，能量介于－3.6～－0.7eV的能级有n＝2、3、4三种，可知照射光中有三种频率的光子被吸收，故A错误，B正确；氢原子跃迁的最高能级为n＝4能级，根据Ceq\o\al(2,4)＝6知，氢原子发射出六种不同波长的光，故C、D错误。4．下列说法正确的是()A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分B．α粒子散射实验揭示了原子具有枣糕式结构C．氢原子核外电子轨道半径越大，其能量越低D．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1>λ2，那么原子从a能级跃迁到c能级状态时将要吸收波长为eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)的光子答案D解析β衰变是原子核中的中子转化为质子同时产生电子的过程，但电子不是原子核的组成部分，故A错误；α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，B错误；氢原子核外电子轨道半径越大，其能量越高，C错误；原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子，原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1>λ2，根据玻尔理论得a→b：Ea－Eb＝heq\f(c,λ1)，b→c：Ec－Eb＝heq\f(c,λ2)，a→c：Ec－Ea＝heq\f(c,λ)，联立以上三式得，λ＝eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)，D正确。5．(多选)以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中不正确的是()A．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子B．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大C．核衰变中，γ光子是衰变后转变的新核辐射的D．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定吸收核能答案AD解析β衰变的实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，故A错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大，B正确；核衰变中，衰变后转变的新核不稳定，放出能量才能变得稳定，能量以γ光子的形式放出，C正确；比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时会出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程得知，一定释放核能，故D错误。6．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设规模，核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险。已知钚的一种同位素eq\o\al(239,94)Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，下列有关说法正确的是()A．X原子核中含有92个中子B．100个eq\o\al(239,94)Pu经过24100年后一定还剩余50个C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力答案D解析根据核反应方程遵循的规律，X原子核中含有92个质子，235个核子，143个中子，A错误。半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，100个eq\o\al(239,94)Pu经过24100年后不一定还剩余50个，B错误。由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减少，放出粒子的质量与生成新核的质量之和小于衰变前核的质量，C错误。衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，D正确。7．“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)是我国自行研制的可控热核反应实验装置。设该实验反应前氘核(eq\o\al(2,1)H)的质量为m1，氚核(eq\o\al(3,1)H)的质量为m2，反应后氦核(eq\o\al(4,2)He)的质量为m3，中子(eq\o\al(1,0)n)的质量为m4，光速为c。下列说法中不正确的是()A．这种装置中发生的核反应方程式是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同答案B解析可控热核反应装置中发生的核反应方程式是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，故A正确；核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B错误；核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应是核裂变，它们的核反应原理不相同，故D正确。8．用速度大小为v的中子轰击静止的锂核eq\o\al(6,3)Li，发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看作m，光速为c。(1)写出核反应方程；(2)求氚核和α粒子的速度大小；(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损。答案(1)eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(6,3)Li→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(7v,11)eq\f(8v,11)(3)eq\f(141mv2,121c2)解析(1)根据质量数守恒与电荷数守恒，则核反应方程为：eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(6,3)Li→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He。(2)由动量守恒定律得：mnv＝－mHv1＋mHev2由题意得：v1∶v2＝7∶8，又mn＝m，mH＝3m，mHe＝解得v1＝eq\f(7v,11)，v2＝eq\f(8v,11)。(3)氚核和α粒子的动能之和为：Ek＝eq\f(1,2)·3mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)·4mveq\o\al(2,2)＝eq\f(403,242)mv2释放的核能为：ΔE＝Ek－Ekn＝eq\f(403,242)mv2－eq\f(1,2)mv2＝eq\f(141,121)mv2由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2得，质量亏损为Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(141mv2,121c2)。[真题模拟练]9．(2018·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核eq\o\al(27,13)Al，产生了第一个人工放射性元素X：α＋eq\o\al(27,13)Al→n＋X。X的原子序数和质量数分别为()A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31答案B解析根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2＋13＝15，质量数为4＋27－1＝30，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30，B正确。10．(2018·北京高考)在核反应方程eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋X中，X表示的是()A．质子B．中子C．电子D．α粒子答案A解析设X为eq\o\al(A,Z)X，根据核反应的质量数守恒：4＋14＝17＋A，则A＝1，电荷数守恒：2＋7＝8＋Z，则Z＝1，即X为eq\o\al(1,1)H，为质子，故A正确，B、C、D错误。11．(2018·天津高考)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n＝2的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定()A．Hα对应的前后能级之差最小B．同一介质对Hα的折射率最大C．同一介质中Hδ的传播速