河南省2013年高考物理三輪復習沖刺 易考知識點 原子和原子核

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1、 河南2013年高考易考知識點三輪復習沖刺 原子和原子核 原子和原子核為高考必考內(nèi)容之一。一般都在選擇題中出現(xiàn)。主要涉及α粒子散射實驗、原子能級及躍遷、核反應方程、核能的利用、半衰期等。其中能級、核反應方程、質(zhì)能方程是考查熱點，一般單獨命題，有時也與動力學、動量、電磁學等知識相結(jié)合，特別是與電場、磁場的綜合問題尤其需要注意。在復習過程中關(guān)鍵是要識記一些常識性的知識和理解一些最基礎(chǔ)的概念和規(guī)律，對于能級、半衰期等概念要認真地領(lǐng)會，對于α粒子散射實驗，核反應的幾個重點實驗，質(zhì)能方程等規(guī)律和實驗要記住結(jié)果并學會應用。 【題型示例】 【示例1】在金屬中存在大量的價電子（可理解為原子的最外

2、層電子），價電子在原子核和核外的其他電子產(chǎn)生的電場中運動．電子在金屬外部時的電勢能比它在金屬內(nèi)部作為價電子時的電勢能大，前后兩者的電勢能差值稱為勢壘，用符號V表示．價電子就像被關(guān)在深為V的方箱里的粒子，這個方箱叫做勢阱，價電子在勢阱內(nèi)運動具有動能，但動能的取值是不連續(xù)的，價電子處于最高能級時的動能稱為費米能，用 Ef表示．用紅寶石激光器向金屬發(fā)射頻率為ν的光子，具有費米能的電子如果吸收了一個頻率為ν的光子而跳出勢阱，則 A．具有費米能的電子跳出勢阱時的動能EK＝hν－V + Ef B．具有費米能的電子跳出勢阱時的動能EK＝hν－V－Ef C．若增大激光器的發(fā)光強度，具有費米能的電子跳

3、出勢阱時的動能增大 D．若增大激光器的發(fā)光強度，具有費米能的電子跳出勢阱時的動能不變 【示例2】重元素的放射性衰變共有四個系列，分別是 U238 系列（從開始到穩(wěn)定的為止）、 Th232 系列、 U235 系列及 Np237 系列（從開始到穩(wěn)定的為止），其中，前三個系列都已在自然界找到，而第四個系列在自然界一直沒有被發(fā)現(xiàn)，只是在人工制造出Np237 后才發(fā)現(xiàn)的，下面的說法正確的是 A．Np237 系列中所有放射性元素的質(zhì)量數(shù) B．從到，共發(fā)生 7 次α衰變和 4 次 β衰變 C．可能Np237 系列中的所有放射性元素的半衰期相對于地球年齡都比較短 D．天然的Np237 系

4、列中的放射性元素在地球上從來就沒有出現(xiàn)過 【解析】 由α衰變規(guī)律，β衰變規(guī)律可知每發(fā)生一次α衰變，原子核的質(zhì)量數(shù)減少4，而發(fā)生β衰變時質(zhì)量數(shù)不變，Np237的質(zhì)量數(shù)237＝4×59＋1，所以每一次衰變后的質(zhì)量數(shù)都等于 4n + 1 ( n 等于正整數(shù)），A項正確；根據(jù)原子核衰變時質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，從到質(zhì)量數(shù)減少237－209＝28＝4×7，即發(fā)生7次α衰變，電荷數(shù)減少93－83＝10，考慮7次α衰變帶走電荷2×7＝14，所以發(fā)生了4次β衰變，總的衰變方程為，B項正確；Np237這個系列在自然界一直沒有被發(fā)現(xiàn)，可能是這個系列中的所有放射性元素的半衰期相對于地球年齡都比較短，C項正確，D項錯誤

5、。 【示例3】據(jù)新華社報道，由我國自行設(shè)計、研制的世界上第一套全超導核聚變實驗裝置（又稱“人造太陽”）已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是 A．“人造太陽”的核反應方程是 B．“人造太陽”的核反應方程是 C．“人造太陽”釋放的能量大小的計算式是 D．“人造太陽”核能大小的計算公式是 【解析】 聚變反應是原子序數(shù)較小的核在高溫環(huán)境下聚變成原子序數(shù)大一些的核，A項正確；而B項中的方程是重核的裂變反應，B項錯誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得，“人造太陽”釋放的能量大小，C項正確；D項中把宏觀中物體的動能公式用于計算核能是錯誤的。 【答案】AC 【題型解讀】本題涉

6、及到核反應方程、重核的裂變、輕核的聚變、核能、質(zhì)量虧損、愛因斯坦的質(zhì)能方程等知識點，主要考查考生的理解能力，體現(xiàn)了《考試大綱》中對“理解物理概念、物理規(guī)律的確切含義，理解物理規(guī)律在簡單情況下的應用”的能力要求?？忌熘炎?、聚變、衰變、人工轉(zhuǎn)變等各種核反應方程的特點，并能區(qū)別它們。 【示例4】未來人類要通過可控熱核反應取得能源，要持續(xù)發(fā)生熱核反應，必須把溫度高達幾百萬攝氏度以上的核材料約束在一定的空間內(nèi)。約束的辦法有多種，其中技術(shù)上相對較成熟的是用磁場約束核材料，稱為“托卡馬克”裝置。如圖15－1所示為這種裝置的簡化模型：圖15－1 垂直紙面的有環(huán)形邊界的勻強磁場（b 區(qū)域）圍著磁感應強

7、度為零的圓形a 區(qū)域，a 區(qū)域內(nèi)的離子向各個方向運動，離子的速度只要不超過某值，就不能穿過環(huán)形磁場的外邊界而逃逸，從而被約束。 設(shè)環(huán)形磁場的內(nèi)半徑R1＝0.50m，外半徑R2＝1.0m ，若磁場的磁感應強度B＝l . 0T。被約束的離子比荷＝4×107C/kg。 （1）完成核反應方程：。 （2）若a 區(qū)域中沿半徑OA方向射入磁場的離子不能穿越磁場，粒子的速度不能超過多大？ （3）若要使從a 區(qū)域沿任何方向射入磁場的速率為2×107m/s的離子都不能越出磁場的外邊界，則b 區(qū)域磁場的磁感應強度B'至少要有多大？ 設(shè)磁場的磁感強度為B ' ，由Bqv2＝，得B '＝， 代人數(shù)字得B'＝

8、2.0T 【答案】（1）（2）1.5×107m/s（3）2.0T 【專家預測】 1．關(guān)于光譜和光譜分析，下列說法正確的是 (　　) A．太陽光譜和白熾燈光譜是線狀譜 B．霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜 C．進行光譜分析時，可以利用線狀譜，也可用連續(xù)譜 D．觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學組成 【答案】B 【解析】太陽光譜是吸收光譜，月亮光譜是太陽光譜，煤氣燈火焰中鈉蒸氣屬稀薄氣體發(fā)光，是線狀譜，若從周圍觀察煤氣燈火焰中的鈉蒸氣則是吸收光譜，進行光譜分析只能用線狀譜而不能用連續(xù)譜． 2．關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的認識歷程，下列說法正確的有 (　

9、　) A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi) B．α粒子散射實驗中少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù) C．對原子光譜的研究開辟了深入探索原子結(jié)構(gòu)的道路 D．玻爾原子理論無法解釋較復雜原子的光譜現(xiàn)象，說明玻爾提出的原子定態(tài)概念是錯誤的 【答案】BC 【解析】盧瑟福通過α粒子散射實驗設(shè)想原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)，A錯；玻爾理論有局限性，但不能說是錯誤的，D錯；B、C說法是正確的． 3．下列關(guān)于氫光譜的敘述，正確的是 (　　) A．從光譜上看，氫原子輻射光波的頻率只有若干分立的值 B．稀薄氫氣通電時能發(fā)出連續(xù)譜 C．氫原子

10、從低能級向高能級躍遷時產(chǎn)生原子光譜 D．氫原子從高能級向低能級躍遷時產(chǎn)生原子光譜 【答案】AD 【解析】由于氫原子能級是不連續(xù)的，所以氫原子輻射光波從光譜上看只有若干分立值，屬于線狀譜，A正確；稀薄氣體通電發(fā)光時發(fā)出的是線狀譜，B錯誤；根據(jù)能級理論，原子由低能級向高能級躍遷時要吸收光子，且光子能量等于兩個能級差，C錯，D對． 4．關(guān)于天然放射現(xiàn)象，敘述正確的是 (　　) A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減少 B．β衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的 C．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，α射線的電離能力最強 D．鈾核(U)衰變?yōu)殂U核(P

11、b)的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和10次β衰變 5．如圖所示，兩束不同的單色光A1和B1，分別沿半徑射入截面為半圓形的玻璃磚后，經(jīng)過圓心O分別沿OA2方向和OB2方向射出，且兩入射光之間的夾角和兩出射光之間的夾角都等于θ，該角小于10°.下列說法中正確的是 (　　) A．在玻璃中B1光傳播的速度較大 B．A1光的光子能量較大 C．用A1、B1光分別做雙縫干涉實驗，實驗條件相同，則A1光在屏上形成的明條紋寬度較大 D．若用B1光照射某金屬板能產(chǎn)生光電效應，則用A1光照射該金屬板也一定能產(chǎn)生光電效應 6．(1)放射性物質(zhì)Po和Co的核衰變方程分別為： Po→Pb＋X1　Co

12、→Ni＋X2 方程中的X1代表的是________，X2代表的是________． (2)如圖所示，鉛盒內(nèi)裝有能釋放α、β和γ射線的放射性物質(zhì)，在靠近鉛盒的頂部加上電場E或磁場B，在圖(a)、(b)中分別畫出射線運動軌跡的示意圖．(在所畫軌跡上須標明是α、β和γ中的哪種射線) 7．鐳(Ra)是歷史上第一個被分離出來的放射性元素，已知Ra能自發(fā)地放出α粒子而變成新核Rn，已知Ra的質(zhì)量為M1＝3.7533×10－25kg，新核Rn的質(zhì)量為M2＝3.6867×10－25kg，α粒子的質(zhì)量為m＝6.6466×10－27kg，則 (1)寫出該核反應的方程式． (2)此反應過程中放出的能量

13、是多少？(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 【答案】見解析 【解析】(1)Ra―→Rn＋He. (2)ΔE＝Δmc2＝(M1－M2－m)c2＝1.2×10－12J. 8．人類認識原子結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過程．請按要求回答下列問題： (1)盧瑟福、玻爾、查德威克等科學家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面做了卓越的貢獻． 請選擇其中的兩位，指出他們的主要成績． ①________________________________________________________________________. ②__________________________________

14、______________________________________. 在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對放射線的性質(zhì)進行了深入研究，如圖為三種射線在同一磁場中的運動軌跡，請從三種射線中任選一種，寫出它的名稱和一種用途． (2)在可控核反應堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑．中子在重水中可與H核碰撞減速，在石墨中與C核碰撞減速．上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型．某反應堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對心正碰，通過計算說明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？ 由能量守恒：Mnv＝Mnv＋Mv ② 解得v1＝v0 在重水中靶核質(zhì)量：MH

15、＝2Mn， v1H＝v0＝－v0 ③ 在石墨中靶質(zhì)量：MC＝12Mn， v1C＝v0＝－v0 ④ 與重水靶核碰后中子速度較小，故重水減速效果更好． 9．如下圖所示為氫原子最低的四個能級，當氫原子在這些能級間躍遷時，求： (1)有可能放出幾種能量的光子？ (2)在哪兩個能級間躍遷時，所發(fā)出光子波長最長？波長是多少？ 【答案】(1)6　(2)由第四能級向第三能級躍遷　1.88×10－6m 10．已知氘核(H)質(zhì)量為2.0136u，中子(n)質(zhì)量為1.0087u，氦核(He)質(zhì)量為3.0150u,1u相當于931.5MeV. (1)寫出兩個氘核聚變成He的核反應

16、方程； (2)計算上述核反應中釋放的核能(保留三位有效數(shù)字)； (3)若兩個氘核以相同的動能0.35MeV做對心碰撞即可發(fā)生上述反應，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機械能，則反應后生成的氦核(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)根據(jù)題中條件，可知核反應方程為： H＋H―→He＋n (2)質(zhì)量虧損Δm＝2mH－(mHe＋mn) ＝2.0136u×2－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u 由于1u的質(zhì)量與931.5MeV的能量相對應，所以核反應中釋放的核能為ΔE＝0.0035×931.5M

17、eV＝3.26MeV (3)由動量守恒定律有：0＝mHevHe－mnvn 得vHevn＝1:3 11．氫原子處于基態(tài)時，原子能量E1＝－13.6eV，已知電子電量e＝1.6×10－19C，電子質(zhì)量m＝0.91×10－30kg，氫的核外電子的第一條可能軌道的半徑為r1＝0.53×10－10m. (1)若要使處于n＝2能級的氫原子電離，至少要用頻率為多大的電磁波照射該氫原子？ (2)氫原子核外電子的繞核運動可等效為一環(huán)形電流，則氫原子處于n＝2的激發(fā)態(tài)時，核外電子運動的等效電流為多大？ 12． (Ⅰ)已知：功率為100W燈泡消耗的電能的5%轉(zhuǎn)化為所發(fā)出的可見光的能量，光速c＝3.

18、0×108 m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，假定所發(fā)出的可見光的波長都是560 nm，計算燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)． (Ⅱ)钚的放射性同位素Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)U*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)U*立即衰變?yōu)殁櫤薝，并放出能量為0.097MeV的γ光子．已知：Pu和U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.052lu、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u 1u＝931.5MeV/c2 (1)寫出衰變方程； (2)已知衰變放出的光子的動量可忽略，求α粒子的動能． (2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損為 Δm＝mPu－mU－mα ④ 放出的能量為 Δ

19、E＝c2·Δm ⑤ 這能量是鈾核U的動能EU、α粒子的動能Eα和γ光子的能量Eγ之和 ΔE＝EU＋Eα＋Eγ ⑥ 由④⑤⑥式得 EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ ⑦ 設(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα，則由動量守恒有 mUvU＝mαvα ⑧ 又由動能的定義知 EU＝mUv，Eα＝mαv ⑨ 由⑧⑨式得 ＝ ⑩ 由⑦⑩式得 Eα＝[(mPu－mU＋mα)c2－Eγ] ? 代入題給數(shù)據(jù)得 Eα＝5.034MeV

20、 ? 13．普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，鋁的逸出功W0＝6.72×10－19 J，現(xiàn)用波長λ＝200 nm的光照射鋁的表面(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． (1)求光電子的最大初動能； (2)若射出的一個具有最大初動能的光電子正對一個原來靜止的電子運動，求在此運動過程中兩電子電勢能增加的最大值(電子所受的重力不計)． 14．如圖所示，氫原子從n＞2的某一能級躍遷到n＝2的能級，輻射出能量為2.55 eV的光子，問： (1)最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的能量，才能使它輻射上述能量的光子？ (2)請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖． 15．太陽的能量來源是輕核的聚變，太陽中存在的主要元素是氫，核聚變反應可以看做是4個氫核結(jié)合成1個氦核同時放出2個正電子．試寫出核反應方程，并由表中數(shù)據(jù)計算出該聚變反應過程中釋放的能量(取1 u＝×10－26 kg)． 粒子名稱 質(zhì)子p α粒子 電子e 中子n 質(zhì)量/u 1.0073 4.0015 0.00055 1.0087 - 13 -