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1、廣西2013年高考核心考點(diǎn)復(fù)習(xí)沖刺十四 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(shí)驗(yàn)、原子能級(jí)及躍遷、核反應(yīng)方程、核能的利用、半衰期等。其中能級(jí)、核反應(yīng)方程、質(zhì)能方程是考查熱點(diǎn)，一般單獨(dú)命題，有時(shí)也與動(dòng)力學(xué)、動(dòng)量、電磁學(xué)等知識(shí)相結(jié)合，特別是與電場(chǎng)、磁場(chǎng)的綜合問(wèn)題尤其需要注意。在復(fù)習(xí)過(guò)程中關(guān)鍵是要識(shí)記一些常識(shí)性的知識(shí)和理解一些最基礎(chǔ)的概念和規(guī)律，對(duì)于能級(jí)、半衰期等概念要認(rèn)真地領(lǐng)會(huì)，對(duì)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，核反應(yīng)的幾個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，質(zhì)能方程等規(guī)律和實(shí)驗(yàn)要記住結(jié)果并學(xué)會(huì)應(yīng)用。 【題型示例】 【示例1】在金屬中存在大量的價(jià)電子（可理解為原子的最外層電

2、子），價(jià)電子在原子核和核外的其他電子產(chǎn)生的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)．電子在金屬外部時(shí)的電勢(shì)能比它在金屬內(nèi)部作為價(jià)電子時(shí)的電勢(shì)能大，前后兩者的電勢(shì)能差值稱為勢(shì)壘，用符號(hào)V表示．價(jià)電子就像被關(guān)在深為V的方箱里的粒子，這個(gè)方箱叫做勢(shì)阱，價(jià)電子在勢(shì)阱內(nèi)運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能，但動(dòng)能的取值是不連續(xù)的，價(jià)電子處于最高能級(jí)時(shí)的動(dòng)能稱為費(fèi)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(fèi)米能的電子如果吸收了一個(gè)頻率為ν的光子而跳出勢(shì)阱，則 A．具有費(fèi)米能的電子跳出勢(shì)阱時(shí)的動(dòng)能EK＝hν－V + Ef B．具有費(fèi)米能的電子跳出勢(shì)阱時(shí)的動(dòng)能EK＝hν－V－Ef C．若增大激光器的發(fā)光強(qiáng)度，具有費(fèi)米能的電子跳出勢(shì)

3、阱時(shí)的動(dòng)能增大 D．若增大激光器的發(fā)光強(qiáng)度，具有費(fèi)米能的電子跳出勢(shì)阱時(shí)的動(dòng)能不變 【示例2】重元素的放射性衰變共有四個(gè)系列，分別是 U238 系列（從開(kāi)始到穩(wěn)定的為止）、 Th232 系列、 U235 系列及 Np237 系列（從開(kāi)始到穩(wěn)定的為止），其中，前三個(gè)系列都已在自然界找到，而第四個(gè)系列在自然界一直沒(méi)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(shuō)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(duì)于地球年齡都比較短 D．天然的Np237 系列中

4、的放射性元素在地球上從來(lái)就沒(méi)有出現(xiàn)過(guò) 【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(shí)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(xiàng)正確；根據(jù)原子核衰變時(shí)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(xiàng)正確；Np237這個(gè)系列在自然界一直沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，可能是這個(gè)系列中的所有放射性元素的半衰期相對(duì)于地球年齡都比較短，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

5、 【示例3】據(jù)新華社報(bào)道，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、研制的世界上第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（又稱“人造太陽(yáng)”）已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽(yáng)”的說(shuō)法正確的是 A．“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是 B．“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是 C．“人造太陽(yáng)”釋放的能量大小的計(jì)算式是 D．“人造太陽(yáng)”核能大小的計(jì)算公式是 【解析】 聚變反應(yīng)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(xiàng)正確；而B項(xiàng)中的方程是重核的裂變反應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程得，“人造太陽(yáng)”釋放的能量大小，C項(xiàng)正確；D項(xiàng)中把宏觀中物體的動(dòng)能公式用于計(jì)算核能是錯(cuò)誤的。 【答案】AC 【題型解讀】本題涉及到

6、核反應(yīng)方程、重核的裂變、輕核的聚變、核能、質(zhì)量虧損、愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程等知識(shí)點(diǎn)，主要考查考生的理解能力，體現(xiàn)了《考試大綱》中對(duì)“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(jiǎn)單情況下的應(yīng)用”的能力要求。考生要熟知裂變、聚變、衰變、人工轉(zhuǎn)變等各種核反應(yīng)方程的特點(diǎn)，并能區(qū)別它們。 【示例4】未來(lái)人類要通過(guò)可控?zé)岷朔磻?yīng)取得能源，要持續(xù)發(fā)生熱核反應(yīng)，必須把溫度高達(dá)幾百萬(wàn)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(duì)較成熟的是用磁場(chǎng)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(jiǎn)化模型：圖15－1 垂直紙面的有環(huán)形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)（b 區(qū)域）圍著磁感應(yīng)強(qiáng)度為

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

8、0T 【答案】（1）（2）1.5×107m/s（3）2.0T 【專家預(yù)測(cè)】 1．關(guān)于光譜和光譜分析，下列說(shuō)法正確的是 (　　) A．太陽(yáng)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(jìn)行光譜分析時(shí)，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(xué)組成 【答案】B 【解析】太陽(yáng)光譜是吸收光譜，月亮光譜是太陽(yáng)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(jìn)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(rèn)識(shí)歷程，下列說(shuō)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(shí)驗(yàn)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(duì)原子光譜的研究開(kāi)辟了深入探索原子結(jié)構(gòu)的道路 D．玻爾原子理論無(wú)法解釋較復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象，說(shuō)明玻爾提出的原子定態(tài)概念是錯(cuò)誤的 【答案】BC 【解析】盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)設(shè)想原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)，A錯(cuò)；玻爾理論有局限性，但不能說(shuō)是錯(cuò)誤的，D錯(cuò)；B、C說(shuō)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(shí)能發(fā)出連續(xù)譜 C．氫原子從低

10、能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生原子光譜 D．氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生原子光譜 【答案】AD 【解析】由于氫原子能級(jí)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(shí)發(fā)出的是線狀譜，B錯(cuò)誤；根據(jù)能級(jí)理論，原子由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)要吸收光子，且光子能量等于兩個(gè)能級(jí)差，C錯(cuò)，D對(duì)． 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(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng) D．鈾核(U)衰變?yōu)殂U核(Pb)

11、的過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)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(guò)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(shuō)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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(yīng)，則用A1光照射該金屬板也一定能產(chǎn)生光電效應(yīng) 6．(1)放射性物質(zhì)Po和Co的核衰變方程分別為： Po→Pb＋X1　Co→N

12、i＋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(chǎng)E或磁場(chǎng)B，在圖(a)、(b)中分別畫出射線運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖．(在所畫軌跡上須標(biāo)明是α、β和γ中的哪種射線) 7．鐳(Ra)是歷史上第一個(gè)被分離出來(lái)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(yīng)的方程式． (2)此反應(yīng)過(guò)程中放出的能量是多

13、少？(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 【答案】見(jiàn)解析 【解析】(1)Ra―→Rn＋He. (2)ΔE＝Δmc2＝(M1－M2－m)c2＝1.2×10－12J. 8．人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過(guò)程．請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題： (1)盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面做了卓越的貢獻(xiàn)． 請(qǐng)選擇其中的兩位，指出他們的主要成績(jī)． ①________________________________________________________________________. ②____________________________________

14、____________________________________. 在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對(duì)放射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，如圖為三種射線在同一磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，請(qǐng)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(yīng)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(jiǎn)化為彈性碰撞模型．某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對(duì)心正碰，通過(guò)計(jì)算說(shuō)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＝2

15、Mn， 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(gè)能級(jí)，當(dāng)氫原子在這些能級(jí)間躍遷時(shí)，求： (1)有可能放出幾種能量的光子？ (2)在哪兩個(gè)能級(jí)間躍遷時(shí)，所發(fā)出光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)？波長(zhǎng)是多少？ 【答案】(1)6　(2)由第四能級(jí)向第三能級(jí)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(dāng)于931.5MeV. (1)寫出兩個(gè)氘核聚變成He的核反應(yīng)方程

16、； (2)計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能(保留三位有效數(shù)字)； (3)若兩個(gè)氘核以相同的動(dòng)能0.35MeV做對(duì)心碰撞即可發(fā)生上述反應(yīng)，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，則反應(yīng)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(yīng)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(duì)應(yīng)，所以核反應(yīng)中釋放的核能為ΔE＝0.0035×931.5MeV

17、＝3.26MeV (3)由動(dòng)量守恒定律有：0＝mHevHe－mnvn 得vHevn＝1:3 11．氫原子處于基態(tài)時(shí)，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(jí)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(yùn)動(dòng)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(shí)，核外電子運(yùn)動(dòng)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(jiàn)光的能量，光速c＝3.0×

18、108 m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，假定所發(fā)出的可見(jiàn)光的波長(zhǎng)都是560 nm，計(jì)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(shí)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(dòng)量可忽略，求α粒子的動(dòng)能． (2)上述衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損為 Δm＝mPu－mU－mα ④ 放出的能量為 ΔE＝

19、c2·Δm ⑤ 這能量是鈾核U的動(dòng)能EU、α粒子的動(dòng)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(dòng)量守恒有 mUvU＝mαvα ⑧ 又由動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)能； (2)若射出的一個(gè)具有最大初動(dòng)能的光電子正對(duì)一個(gè)原來(lái)靜止的電子運(yùn)動(dòng)，求在此運(yùn)動(dòng)過(guò)程中兩電子電勢(shì)能增加的最大值(電子所受的重力不計(jì))． 14．如圖所示，氫原子從n＞2的某一能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)，輻射出能量為2.55 eV的光子，問(wèn)： (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(qǐng)?jiān)趫D中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖． 15．太陽(yáng)的能量來(lái)源是輕核的聚變，太陽(yáng)中存在的主要元素是氫，核聚變反應(yīng)可以看做是4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核同時(shí)放出2個(gè)正電子．試寫出核反應(yīng)方程，并由表中數(shù)據(jù)計(jì)算出該聚變反應(yīng)過(guò)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