2024版高考物理一轮复习第十四章近代物理初步第2讲原子结构与原子核学案新人教版

2024版高考物理一轮复习第十四章近代物理初步第2讲原子结构

与原子核学案新人教版第2讲原子结构与原子核

一、原子结构光谱和能级跃迁

知识点1原子的核式结构

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虹，提出了原子的“枣糕模型”。

2.原子的核式结构：

a粒子束荧飕^,

a粒子源X运佥舲％

总费守

a粒子放射实验示意图

观察上面两幅图，完成以下空格:

(1)1909〜1911年，英国物理学家卢瑟福进行了。粒子散射实验,提出了核式结构模型。

(2)a粒子散射实验的结果：绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进,

但有少数。粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于9了，也就是说它们几乎被“撞了

回来”。

(3)原子的结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的几乎•全部质量和

全部正电荷都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间运动。

知识点2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，获得光的选长(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：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1=

A

竹一劾(〃=3,4,5,…斤是里德伯常量,R=l.10X107m"')o

4.光谱分析：利用每种原子都有自己的特征造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。

知识点3玻尔理论能级

1.玻尔的三条假设

(1)定态：原子只能处于一系列丕连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的,

电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它诵射或吸收一定频率的光子，光子的

能量由这两个定态的能最差决定，即力「=区一反。(力是普朗克常品，A=6.63X10-31J-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

不连续的,因此电子的可能优道也是不连续的。

2.基态和激发态

原子能量最低的状态叫基态，其他能量较高的状态叫激发态。

3.氢原子的能级和轨道半径

(1)氢原子的能级公式:£,=*&(〃=1,2,3,•••),其中笈为基态能量，其数值为£=一13.6

eVo

(2)氢原子的半径公式：m=正(/?=1,2,3,…)，其中八为基态半径，又称玻尔半径，其

数值为八=0.数X为7m<,

4.氢原子的能级图

“E/eV

8

5r0

4E-0.54

3--0.85

--1.51

2-3.4

-13.6

二、原子核核反应和核能

知识点1原子核的组成

(1)原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子。

(2)原子核的核电荷数=质子数，原子核的质量数=质子数+中子数,质子和中子都为一

个单位质量。

(3)1元素的原子核的符号为奴，其中C表示质量数,Z表示核电荷数。

知识点2天然放射现象

1.天然放射现象

元素宜发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核

还具有复杂的结构。

2.放射性和放射性元素

物质发射某种看不见的射线的性质叫幽性。

具有放射性的元素叫放射性兀索。

3.三种射线

放射性元素放射出的射线共有三种，分别是。射线、£射线、y射线。

4.三种射线的比较

射线名称

比较而a射线£射线y射线

组成高速气核流高速电子流光子流(高频电磁波)

带电量2e—e0

限

质量4/7?.静止质量为零

1836

0

符号知e-»eY

速度可达0.1c可达0.99。C

垂直进入电

场或磁场的偏转偏转不偏转

偏转情况

贯穿本领最弱较强最强

对空气的

很强较弱很弱

电离作用

5.放射性同位素的应用与防护

⑴放射性同位素：有天然放射性同位素和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：消除静电、工业探伤，作示踪原子等。

(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。

知识点3原子核的衰变半衰期

1.原子核的衰变

(1)原子核放出a粒丁或B粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。

⑵分类：

a衰变：为一，"+也。

。衰变：/—3丫+“£。

y辐射：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生。衰变，有的发生£衰变,

同时伴随着y辐射。

(3)两个典型的衰变方程：

①。衰变：23；2U--Th+；He；

②方衰变：22Th~2£Pa+—b。

2.半衰期

(1)定义：放射性元素的原子核有生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内避自身的因素决定的，跟原子所处的化学

状态和外部条件没有关系。

知识点4核力、结合能、质量亏损

1.核力

(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。

⑵特点

①核力是强相互作用的一种表现；

②核力是短程力，作用范围在1.5XIO—1'm之内；

③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。

2.结合能

核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量,叫作原子核的结合

能，亦称核能。

3.比结合能

(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，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/：三还，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Zn，这就是

质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能△应。

双基自测

一、堵点疏通

I.原子中绝大部分是空的，原子核很小。（V）

2.核式结构学说是卢瑟福在。粒子散射实验的基础上提出的。（V）

3.氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。（V）

4.玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氨原子光谱。（X）

5.按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。（X）

6.人们认识原子具有狂杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。

（J）

7.人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。（X）

8.如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。（X）

9.质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。（X）

二、对点激活

1.卢瑟福通过a粒了•散射实验，判断出原子中心有一个很小的核，并由此提出了原子

的核式结构模型。如图所示的平面示意图中①③两条线表示。粒子运动的轨迹，则沿②所示

方向射向原子核的。粒子可能的运动轨迹是（A）

a

（D-------------------//

②------------------c

㊉\

A.轨迹aB.轨迹6

C.轨迹cD.轨迹d

［解析］。粒子带正电，因此。粒子靠近核时，与核问有斥力，沿方向②射向原子核的

“粒子比沿方向①的。粒子离核近，与核的作用强，因此。粒子沿方向②进入后与核作用

向外侧散射的偏转角应该比沿①的大，故A正确。

2.（2020•河南重点高中月考）根据玻尔理论可知，处于基态的氢原子吸收一个光子后跃

迁到高能级，下列说法正确的是（C）

A.核外电子的动能增加

B.氢原子的电势能减少

C.氢原子的能量增加

D.氢原子更加稳定

［解析］本题考查玻尔能级跃迁理论、原子的能审变化。根据玻尔理论可知，氢原子吸

收一个光子后，能量增加，C正确；氢原子从基态跃迁到激发态，稳定性减小，D错误；氢原

子吸收光子后，核外电子绕原子核做圆周运动的轨道半径增大，对照天体模型可知，静电力

做负功，动能减小，电势能增大，A、B错误。

3.（多选）据媒体报道，叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡，英国警方

调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药一一放射性元素针（吗F。）。若该元素发生。衰变，其

半衰期是138天，衰变方程为＜Po-X+；He+八则下列说法中正确的是（ABD）

A.X原子核含有124个中子

B.X原子核含有206个核子

C.7射线具有很强的电离能力

D.100g的APO经276天,已衰变的质量为75g

［解析］X原子核中的核子数为210—4=206（个），B项正确；中子数为206—（84-2）=

124个，A项正确：/射线的电离能力很弱，C项错误；经过两个半衰期，剩余的针的质量为

原来的四分之一，则已衰变的质量为原来的四分之三，D项正确。

核心考点-重点突破

HEXINKAODIANZHONGDIANTUP0

考点一氢原子能级及原子跃迁

1.能级图中相关量意义的说明

8“EleV

50

4-0.54

3-0.85

-1.51

2T--------------------3.4

-13.6

相关量意义

能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态一一定态

横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数

横线右端的数字“一13.6,-3.4…”表示氢原子的能量

表示相邻的能量差，量子数越人相邻的能量差越

相邻横线间的距离

小，距离越小

表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁

带箭头的竖线

的条件为方以二£一反

2.两类能级跃迁

（1）自发跃迁：高能级一低能级，释放能最，发出光子。

光子的频率=与+。

nn

（2）受激跃迁：低能级一高能级，吸收能量。

①光照（吸收光子）：光子的能量必须恰等于能级差kv八E.

②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，£外2△及

③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。

3.谱线条数的确定方法

（1）一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（〃一1）。

（2）一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。

①可采用在能级图上画图的方法求解。

②可采用数学中的组合知识求解：N=C=n。

*■例1（2021•广西三市调研）氢原子能级图如图所示，大量处于〃=3激发态的氢

原子向低能级状态跃迁辐射出的光子中，发现有两种频率的光子能使金属A产生光电效应，

则下列说法正确的是（B）

A.大量处于〃=3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时，只辐射两种频率的光子

B.从〃=3激发态直接跃迁到基态时放出的光子一定能使金属A发生光电效应

C.•个氢原了从〃=3激发态跃迁到基态时，该氢原了能量增大

D.一个氢原子从〃=3激发态跃迁到基态时，该氢原子核外电子动能减小

［解析］本题考查玻尔氢原子能级跃迁理论的综合应用。大量•处尸〃=3激发态的氢原子

向低能级状态跃迁时，有3~1,3-2,2-1,三种情况，所以跃迁过程中将释放出3种频率的

光子，故A错误；由题可知，大量处于〃=3激发态的氢原子向低能级跃迁所放出的光子中，

有两种频率的光子能使金属力发生光电效应，从〃=3跃迁到基态辐射的光子频率最大，则一

定能使金属月发生光电效应，故选项B正确；根据玻尔理论，氢原子从激发态跃迁到基态时,

放出能量，电子的动能增大，电势能减小，原子总能量减小，故选项C、D错误。

______________________________________

名师点拨氢原子能量分析

氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子凯道，电子绕核做圆周运动的动能和系统

的电势能之和即为原子的能量，即£=尻+6卅。电子绕核做圆周运动由库仑力提供向心力，有

/A=—,电子的动能加=；〃〃=铝；系统的电势能根据库仑力做功来判断：靠近核，库仑力

r,>rn22rn

对电子做正功，系统电势能减小，远离核，库仑力对电子做负功，系统的电势能增大。

(变式训练1)(2021•山西大同联合)如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于

〃=4的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子，用这些光照射逸出功为1.90eV

的金属钠，下列说法正确的是(A)

nE

8-------------0

4----------------0.85eV

3-1.51eV

2-3.40eV

1---------------13.60eV

A.这群氢原子最多能发出6种不同频率的光，其中从〃=4能级跃迁到〃=3能级所发出

的光波长最长

B.这群氢原子发出的光子均能使金属艳发生光电效应

C.金属钠表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75eV

D.金属艳表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.19eV

［解析］本题考查氢原子能级跃迁和光电效应方程。••群氢原子处于。=4的激发态，可

能发出C=6种不同频率的光子，因为〃=4和〃=3间能级差最小，所以从〃=4跃迁到〃=3

发出的光子频率最小，波长最长，选项A正确；从〃=4跃迁到〃=3发出的光子能量值最小，

为［-0.85-(-1.51)］eV=0.66eV<l.90eV。所以不能使金属钠发生光电效应,

选项B错误；从〃=4跃迁到〃=1发出的光子频率最高，发出的光子能量为13.60eV-0.85eV

=12.75eVo根据光电效应方程您=力P一悠得，光电子的最大初动能为扁=12.75eV-l.90

eV=10.85eV,选项C、D错误。

考点二原子核的衰变半衰期

1.确定衰变的种类及衰变次数的方法

不稳定的原子核自发地放出。粒子或£粒子后，转变为新核的变化称为原子核的衰变。

判断衰变的种类及衰变次数要掌握几个要点。

(1)知道。粒子和£粒子的表示符号

。粒子实质是氮原子核，符号是;He,其中4表示氮的质量数，2表示氮的电荷数。£粒

子实质是电子，符号是Le,其中0表示电子的质量数，-1表示电子的电荷数。

(2)知道a衰变和£衰变满足两种“守恒”

衰变过程中，电荷数和质量数都守恒。

(3)弄清确定衰变次数的方法

设元素/经过〃次a衰变和〃/次万衰变后，变成稳定的新元素，Y,则表示核反应的方

程为：/f'；Y+HHe+m-；e。

根据质量数守恒和电荷数守恒可得

A=A'+4/7

Z—Z'+2〃一m

两式联立解得

A-A'A-A',fr

n—;,m—~十Z—Z

42

可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。

（4）a衰变和B衰变的实质

①。衰变：a衰变的实质是某元素的原子核放出由两个质子和两个中子

组成的粒子（即氮核）。新核比原核的质量数减少4,核电荷数减少2,在元素周期表中的位置

要前移两位。

②？衰变：为一Z<Y十一/，B衰变的实质是某元素的原子核内的一个中子变为一个质子

时放射出一个电子。新核与原核质量数相同，核电荷数增加1,在元素周期表中的位置要后移

一位。

注意：①7射线是伴随。衰变或£衰变产生的。放出/射线后，原子核的电荷数和质

量数都不变，其实质是放射性元素的原子核在发生。衰变或尸衰变时，由于产生的某些新

核具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子。

②当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生。衰变，有的发生£衰变，同时

伴有Y射线产生，这时可连续放出三种射线。

2.对半衰期的理解

（1）根据半衰期的概念，可总结出公式

1上1上

少余="原（5）t,小余=/凝（,）丁

式中"明、勿假表示衰变前的放射性元素的原子核数/质量，川余、勿余表示衰变后的放射性

元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，「表示半衰期。

（2）适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特

定的原子核，无法确定何时发生衰变。

*■^2（多选）21）Th（针）经过一系列a衰变和£衰变，变成第Pb（铅）。以下说法中

正确的是（ABD）

A.铅核比钮核少8个质子

B.铅核比杜核少16个中子

C.共经过4次a衰变和6次月衰变

D.共经过6次。衰变和4次日衰变

［解析］设。衰变次数为x,8衰变次数为外由质量数守恒和电荷数守恒得232=208

+4x

90=82+2A-y

解得x=6,y=4,C错、D对：

铅核、牡核的质子数分别为82、90,故A对；

铅核、钮核的中子数分别为126、142,故B对。

（变式训练2）（2018•江苏高考）已知力和8两种放射性元素的半衰期分别为7和2T,

则相同质量的力和8经过27后，剩有的力和8质量之比为（B）

A.1：4B.1：2

C.2：1D.4：1

m红1

［解析］根据衰变规律，经过27后力剩有的质量加=07nb=-

27'

B剩有的质量〃加=（3）27加=g加。

所以出=1，故选项B正确。

/ZfoZ

考点三核反应类型及核反应方程

1.核反应的四种类型

类型可控性核反应方程典例

衰a衰变自发「UYTh+双

231TL234n1。

变B衰变自发*ThfgiPa+-ie

丁N+弭e-<O+；H

（卢瑟福发现质子）

；He+：Bef126c+in

人工转变人工控制（查德威克发现中子）

13AI+；He_>*+in（约里奥・居里夫妇

发现放射性同位素，

；»TSi+：e

同时发现正电子）

—康Ba+*Kr+3；n

重核裂变比较容易进行人工控制

925U4-in->M6Xe+SSr+Won

中国可控轻核聚变，世

轻核聚变界领先，但未达到应用>&le+：n

程度

2.核反应过程一般是不可逆的，书写核反应方程不能用等号，只能使用单向箭头“一”

连接，并表示反应方向。

3.核反应过程遵循质量数守恒，而不是质量守恒，核反应过程中伴随着能量的巨大变化,

反应前后质量会变化，一般质量会亏损。

4.核反应过程中遵循电荷数守恒原理。

»■(列3(1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有(AC)

A.缆—2%Th+；He是。衰变

B.u7N+；He-＞，0+；H是万衰变

C.?H+；H7He+Jn是轻核聚变

D.SSe一案Kr+23e是重核裂变

(2)现有四个核反应：

A.iH+ill-*2He4-on

B.贲u+；n-X+2Kr+3；n

C.itNaTMg4--1e

D.2Hc+iBe-*?C+；n

①是发现中子的核反应方程，1L是研究原子弹的基本核反应方程.，上是研究氢弹的基本

核反应方程。

②B项中X的质量数为也，中子数为缱。

［解析］(DA项为。衰变，B项为原子核的人工转变，C项为轻核聚变，D项为B衰变,

故A、C两项正确。

(2)①D项为杳德威克发现中子的核反应方程：B项是研究原子弹的基本核反应方程；A项

是研究氢弹的基本核反应方程。

②X的质量数为：(235+1)-(89+3)=144

X的质子数为：92-36=56

X的中子数为：144-56=88。

____________________________

名师点拨四种核反应的快速区分

(1)衰变反应：反应方程左边只有一个原子核，右边有两项且其中包含一个氮核或电子。

(2)人工核反应：核反应方程左边有一个原子核和。粒子、中子、质子、笊核等粒子中

的一个，右边有一个新核，也可能包括另一个粒子。

(3)重核的裂变：左边为重核与中子，右边为两个以上的核并放出若干个粒子。方程两边

中子数不可抵消。

(4)轻核的聚变：左边为轻核，右边为质量数较大的咳。例如笊核和疑核聚变成氮核的反

应。

考点四核能的计算

1.质能方程的理解

(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即£=膜匕

方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大,

质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。

(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损人加，其能量也要相应减少，即AE=A族。

(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加△勿，吸收的能量为△£=

A0c)

2.核能释放的两种途径的理解

中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定。

(1)使较重的核分裂成中等大小的核。

(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量。

3.核反应过程中的综合问题

(1)两个守恒定律的应用

若两原子核发生核反应生成两种或两种以上的新生原子核过程中满足动量守恒的条件，

则

加iH+色骇=加%+屈为+…

若核反应过程中释放的核能全部转化为新生原子核的动能，由能量守恒得

:如而+14+A£=：而Ad—

(2)原子核衰变过程中，。粒子、£粒子和新生原子核在磁场中的轨迹。

①。衰变中，。粒子和新生原子核在磁场中的轨迹外切，如图(甲)所示。

②/^衰变中，尸粒子和新生原子核在磁场中的物迹内切，如图(乙)所示。

(3)计算核能的方法

①根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中质量亏损的千克数乘以真空中光速的平方，

即AE=Ame'

②根据1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，得△£=质量亏损的原子质量单位

数X931.5MeV.

③根据平均结合能来计算核能

原了•核的结合能=平均结合能X核子数。

④有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时应注意动最、动能关系式/=2加氐

的应用。

►►■例4现有两动能均为笈=0.35MeV的?H在一条直线上相向运动，两个苗发生对

撞后能发生核反应，得到汨e和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为2He和新

粒子的动能。已知汨的质量为2.0141u,利的质量为3.0160u,新粒子的质量约为1.008

7u,核反应时质量亏损1u释放的核能约为931MeV•（如果涉及计算，结果保留整数）。则下

列说法正确的是（C）

A.核反应方程为汨+%i；Hc+；H

B.核反应前后不满足能量守恒定律

C.新粒子的动能约为3MeV

D.打e的动能约为4MeV

［解析］由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知制+；11-为【e+小，则新粒子为中子;n,

所以A错误；核反应过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变为能量，仍然满足能量守

恒定律，B错误；由题意可知A^=（2.0141UX2-3.0160u-1.0087u）X931MeV/u=

3.3MeV,根据核反应中系统的能量守恒有蜃。+凰=2氏+根据核反应中系统的动量守恒

有pi.—A=0,由反=£,可知等=色，解得届如=一^（2氏+A9FMeV,仄=:（2石

+△£）g3MeV,所以C正确、D错误。

（变式训练3）（2020•福建省泉州市月考）重核裂变的一个核反应方程为27U+；n-%Xe

+《Sr+必n,已知2嘘U、3Xc、SSr的平均结合能分别为7.6MeV,8.4MeV、8.7MeV,则（A）

A.该核反应方程中x=I0

B.%U的中子数为92

C.该核反应释放9.5McV的能吊：

D.端U的平均结合能比%Xe小,2*u比3Xe更稳定

［解析］根据质量数守恒可知，x=10,故A正确；/U的质子数为92,质量数为235,

所以中子数为143,故B错误；反应前的总结合能£=7.6MeVX235=l786MeV,反应后的

总结合能£=8.4MoVX136+8.7MeVX90=1925.4MeV,E〈E?,故该反应释放能量，释放

的能量AE=反一石=139.4MeV,故C错误；平均结合能越大，表示原子核越稳定，故D错误。

2年高考・1年模队

2NIANGAOKAO1NIANMONI

1.（2020•全国I理综，19）（多选）下列核反应方程中,小、X?、X3、X”代表a粒子的有

（BD）

A.tH+iH-*,}n+Xi

B.iH+：Hf；n+X2

C.23泡次r+RL

I）.Jn+5Li->?H+X4

［解析］本题考查核反应方程的书写。由质量数守恒及电荷数守恒知，Xi的质量数为2+

2-1=3,电荷数为1+1=2,X2的质量数为2+3—1=4,电荷数为1+1=2,治的质量数*

X（235+1-144-89）=1,也荷数*X（92—56—36）=0,X,的质量数为1+6—3=4,电荷

数为3—1=2,则Xi、X2、X3、X］分别为浙e、坛、；n、却e,代表a粒子（%）的有先、X」,B、

D正确，A、C错误。

2.（2020•全国II理综，18）笊核;H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应

式6；H->2；Hc+2：H+%n+43.15MeV表示。海水中富含笊，已知1kg海水中含有的笊核约为

1.0X1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为朗的标准煤燃烧时释放的热量相

等；已知1kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9X104，lMeV=1.6X107J,则J/约为（C）

A.40kgB.100kg

C.400kgI）.1000kg

［解析］本题考查核聚变反应。由题意知，1kg海水中全部笊核发生聚变反应所释放的

10x］O22

能量约为—X43.15X1.6X10nJ^l.151X1O10J,其与质量为"的标准煤燃烧时释

O

11R1V1

放的热量相等，则标准煤的质量.仁kg=400kg,故C正确。

z.yA

3.（2020•全国in理综，19）（多选）1934年，约里奥一居里夫妇用a粒子轰击铝箔，首

次产生了人工放射性同位素X,反应方程为:He+温1-X+M。X会衰变成原子核Y,衰变方程

为XfY+：e。贝i」（AC）

A.X的质量数与Y的质量数相等

B.X的电荷数比Y的电荷数少1

C.X的电荷数比的电荷数多2

D.X的质量数与觊1的质量数相等

［解析］本题考查核反应方程的书写。设X的质量数为力、电荷数为HY的质量数为a

电荷数为〃，根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知4+27=1+42+13=0+反/1=。+

0,8=计1,解得力=「=30,B=15,。=14,所以X的质量数等于Y的质量数，X的电荷数

比Y的电荷数多1,X的电荷数比加1的电荷数多2,X的质量数比温1的质量数多3,故A、C

正确，B、D错误。

4.（2019•全国卷I,14）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV〜3.10eV

的光为可见光。要使处于基态5=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原

子提供的能量为（A）

nE!e\

8.........0

4----------0.85

3----------1.51

2----------3.40

A.12.09eV

B.10.20eV

C.1.89eV

D.1.51eV

［解析］可见光光子能最范围为L63eV〜3.10则氢原子能级差应该在此范围内，

可简单推算如下：2、1能级差为1（）.20eV,此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89

eV,此值属于可见光光子的能量，符合题意。氢原子处于基态，要使氢原子达到第3能级，

需提供的能量为-1.51eV-（-13.60eV）=12.09eV,此值也是提供给氢原子的最少能量，

选项A正确。

第十四章近代物理初步

综合过关规范限时检测

满分：100分考试时间：45分钟

一、选择题（本题共8小题，每小题6分，共计48分。每小题给出的四个选项中，第1〜

5题只有•项符合题目要求，第6〜8题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不

全的得3分，有选错的得0分）

1.（2020•天津卷）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和

研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（D）

CD

［解析］A项双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；B项光电效应实验，说明了

光具有粒子性，故B错误；C项实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误;

D项卢瑟福的。粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确；故选D。

2.如图所示，白天从外看窗户都是黑的，这是因为太阳光透过窗户照射到房子里的光线

经屋内多次反射后最终未能从窗户反射出来，所以看起来就是黑的。物理学匕把只能吸收

电磁波而不能反射电磁波的物体称为黑体，黑体不能反射电磁波，却能辐射电磁波。关于黑

体，下列说法不正确的是（I））

置

W海

善

郭

辑

51簿

郭

福

:»

A.黑体是一种理想化的物理模型一

B.黑体辐射电磁波的情况与黑体材料、表面状况无关

C.黑体辐射电磁波的情况仅与温度有关

【）.黑体温度升高，短波辐射强度增强，长波辐射减弱

［解析］黑体是一种理想化的物理模型，是对那些吸收电磁波却很少反射电磁波的一类

物体进行的近似、理想化的描述，所以A正确；黑体辐射电磁波的情况与黑体材料、表面状

况无关，仅与温度有关，所以B、C正确；黑体温度升高，各种电磁波的辐射强度都会增强，

故I）错误，本题选不正确的，故选I）。

3.大科学工程“人造太阳”主要是将笊聚变反应释放的能量用来发电。笊核聚变反应方

程是：；H+；H-＞：Hc+；n。己知汨的质量为2.0136u,汨c的质量为3.0150u,in的质量为1.008

7u,1u=931MeV/c2o笊核聚变反应中释放的核能约为（B）

A.3.7MeVB.3.3MeV

C.2.7MeVD.0.93MeV

［解析］在核反应方程；11+；ll-*2He+Jn中，反应前物质的质量//A=2X2.0136u=

4.0272u,反应后物质的质量他=3.0150u+1.0087u=4.0237u,质量亏损△勿

-nk=0.0035uo则笊核聚变释放的核能为£=931X0.0035MeV^3.3MeV,B正确。

4.（2021•河南月考）用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、

频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用

a、b、。三束单色光照射光电管阴极，调节A、K间的电压〃，得到光电流/与电压V的关系

加图乙所示，由图可知（3）

A.单色光a的频率高于单色光。的频率

B.单色光a的频率低于单色光〃的频率

C.单色光a和。的频率相同，但a更弱些

D.单色光a和b的频率相同，但a更强些

［解析］根据笈=e〃•和光电效应方程瓦=力P—用可知，eUF=hv-l^,当a、b、，三束

单色光照射光电管阴极时有〃”以2,则〜＞吸=嗫，又由于a光照射时的饱和光电流大于c

光照射时的饱和光电流，故a光更强些，B正确，A、C、D错误。

5.（2021•河南九师联盟质检）iH和；II是重要的核聚变燃料，出和"聚变的核反应方程

为;H+：HfHe+X+17.6MeV,X与Y核反应又可获得；H,即X+Y-＞；为+；H+4.9MeV,则

下列说法正确的是（D）

A.X是电子

B.Y的核电荷数为4

C.fH+；H-2He+X+17.6MeV中的17.6MeV是：He的结合能

D.X+YTHe+；H+4.9MeV中平均每个核子释放的能量为0.7MeV

［解析］本题考查核反应方程与质能方程的应用。杈据核反应前后质量数、电荷数守恒

可知，X是中子，Y的核电荷数为3,选项A、B错误；核子结合成原子核释放的能量才是结合

4QMnV

能，选项C错误；X+Y-；lle+：II+4.9MeV中平均每个核子释放的能量为一—=0.7MeV,

选项D正确。

6.（2019•天津）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等

离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基

础”下列关于聚变的说法正确的是（AD）

A.核聚变比核裂变更为安全、清洁

B.任何两个原子核都可以发生聚变

C.两个轻核结合成质最较大的核，总质量较聚变前增加

D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加

［解析］核聚变没有放射性污染，安全、清洁，A正确；只有原子序数小的“轻”核才能

发生聚变，B错误；轻核聚变成质量较大的原子核、比结合能增加，总质量减小，C错误，D

正确。

7.（2020•山东省实验中学模拟）氢原子光谱如图甲所示，图中给出了谱线对应的波长，

玻尔的氢原子能级图如图乙所示。

已知普朗克常量力=6.636KT"J-s,可见光的频区范围约为4.2X10“〜7.8X10“Hz,

则（ABD）

1-13.6

乙

A.IL，谱线对应光子的能量小于lh谱线对应光子的能量

B.图甲所示IL、H。、电、乩四种光均属于可见光范畴

C.小对应光子的能量约为10.2eV

D.IL谱线对应的跃迁是从〃=3能级到〃=2能级

［解析］本题考查对应光谱比较能级跃迁放出光子的种类。根据真空中光速等于波长乘

频率可知，波长越长频率越小，根据£=力/可知频率越小能量越小，故A正确：由可见光的

频率范围可知，可见光的波长范围约为385〜714nm,则四种光都属于可见光，故B正确；由

E=hv=h5可得E,%2.56eV,故C错误；根据E=hv=h彳可知，H。谱线对应的光子能

AA

Ag

量为从对应光子能量的7-倍，约为1.89eV,结合能级图可知，从〃=3能级跃迁到〃=2能

级时辐射的光子能量为［-L51—（-3.4）］eV=L89eV,故D正确。

8.（2020•山东济宁月考）某金属表面逸出的光电子的最大初动能和入射光的频率-变

化的关系图像如图所示，直线与横轴的交点坐标为4.29X10“Hz,与纵轴交点坐标为0.5eV,

则下列说法正确的是（BD）

A.该金属的逸出功为0.5eV

B.该金属的极限频率为4.29X10“Hz

C.当入射光频率5.5X10"Hz时，光的强度最大

［）.直线的斜率表示普朗克常量力

［解析］本题考查光电效应方程的应用。根据爱因斯坦光电效应方程&二方，一版知，/鼠

-y图线的斜率为普朗克常量力，图线与横轴的交点坐标表示极限频率，即该金属的极限频

率为4.29X10"Hz,故B、D正确；当入射光频率为4.29X10“Hz时，光电子的最大初动能

为0,根据'—用得咳金属的逸出功为用=1.78eY,故A错误；由题图可知，5.5X10”

Hz时，光电子的最大初动能为0.5eV,无法得出光的强弱，故C错误。

二、非选择题（本题共3小题，共52分。）

9.（10分）（2020•江苏单科，12⑴⑵）⑴“测温呛”（学名“红外线辐射测温仪”）具

有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人

体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度/及其极大值对应的波长A

的变化情况是Bo

A./增大，