河南2013年高考易考知識(shí)點(diǎn)三輪復(fù)習(xí)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)的綜合問題尤其需要注意。在復(fù)習(xí)過程中關(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?！绢}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)射頻率為的光子，具有費(fèi)米能的電子如果吸收了一個(gè)頻率為的光子而跳出勢(shì)阱，則A具有費(fèi)米能的電子跳出勢(shì)阱時(shí)的動(dòng)能EKhV + Ef B具有費(fèi)米能的電子跳出勢(shì)阱時(shí)的動(dòng)能EKhVEf 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)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(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 ANp237 系列中所有放射性元素的質(zhì)量數(shù)B從到，共發(fā)生 7 次衰變和 4 次 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 系列中的放射性元素在地球上從來就沒有出現(xiàn)過【解析】 由衰變規(guī)律，衰變規(guī)律可知每發(fā)生一次衰變，原子核的質(zhì)量數(shù)減少4，而發(fā)生衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)不變，Np237的質(zhì)量數(shù)2374×591，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237209284×7，即發(fā)生7次衰變，電荷數(shù)減少938310，考慮7次衰變帶走電荷2×714，所以發(fā)生了4次衰變，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?！臼纠?】據(jù)新華社報(bào)道，由我國自行設(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”）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(yīng)方程是B“人造太陽”的核反應(yīng)方程是C“人造太陽”釋放的能量大小的計(jì)算式是D“人造太陽”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)愛因斯坦質(zhì)能方程得，“人造太陽”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?！敬鸢浮緼C【題型解讀】本題涉及到核反應(yīng)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(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?？忌熘炎?、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?！臼纠?】未來人類要通過可控?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151所示為這種裝置的簡(jiǎn)化模型：圖151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某值，就不能穿過環(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R10.50m，外半徑R21.0m ，若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bl . 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'2.0T【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(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(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，下列說法正確的有()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粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)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(fù)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(cuò)誤的【答案】BC【解析】盧瑟福通過粒子散射實(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，但不能說是錯(cuò)誤的，D錯(cuò)；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(shí)能發(fā)出連續(xù)譜C氫原子從低能級(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衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的C在、這三種射線中，射線的穿透能力最強(qiáng)，射線的電離能力最強(qiáng)D鈾核(U)衰變?yōu)殂U核(Pb)的過程中，要經(jīng)過8次衰變和10次衰變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，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BA1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：PoPbX1CoNiX2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、和射線的放射性物質(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、和中的哪種射線)7鐳(Ra)是歷史上第一個(gè)被分離出來的放射性元素，已知Ra能自發(fā)地放出粒子而變成新核Rn，已知Ra的質(zhì)量為M13.7533×1025kg，新核Rn的質(zhì)量為M23.6867×1025kg，粒子的質(zhì)量為m6.6466×1027kg，則(1)寫出該核反應(yīng)的方程式(2)此反應(yīng)過程中放出的能量是多少？(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)【答案】見解析【解析】(1)RaRnHe.(2)Emc2(M1M2m)c21.2×1012J.8人類認(rèn)識(shí)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(qǐng)按要求回答下列問題：(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)_._.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，通過計(jì)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：MnvMnvMv解得v1v0在重水中靶核質(zhì)量：MH2Mn，v1Hv0v0在石墨中靶質(zhì)量：MC12Mn，v1Cv0v0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1.88×106m10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；(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)HHHen(2)3.26MeV(3)13【解析】(1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程為：HHHen(2)質(zhì)量虧損m2mH(mHemn)2.0136u×2(3.0150u1.0087u)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E0.0035×931.5MeV3.26MeV(3)由動(dòng)量守恒定律有：0mHevHemnvn得vHevn1:311氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子能量E113.6eV，已知電子電量e1.6×1019C，電子質(zhì)量m0.91×1030kg，氫的核外電子的第一條可能軌道的半徑為r10.53×1010m.(1)若要使處于n2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n2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 ()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c3.0×108 m/s，普朗克常量h6.63×1034J·s，假定所發(fā)出的可見光的波長(zhǎng)都是560 nm，計(jì)算燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)()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的光子已知：Pu和U和粒子的質(zhì)量分別為mPu239.052lu、mU235.0439u和m4.0026u1u931.5MeV/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，求粒子的動(dòng)能 (2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損為mmPumUm放出的能量為Ec2·m這能量是鈾核U的動(dòng)能EU、粒子的動(dòng)能E和光子的能量E之和EEUEE由式得EUE(mPumUm)c2E設(shè)衰變后的鈾核和粒子的速度分別為vU和v，則由動(dòng)量守恒有mUvUmv又由動(dòng)能的定義知EUmUv，Emv由式得由式得E(mPumUm)c2E代入題給數(shù)據(jù)得E5.034MeV13普朗克常量h6.63×1034 J·s，鋁的逸出功W06.72×1019 J，現(xiàn)用波長(zhǎng)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)原來靜止的電子運(yùn)動(dòng)，求在此運(yùn)動(dòng)過程中兩電子電勢(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n2的某一能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)，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(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(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)過程中釋放的能量(取1 u×1026 kg)粒子名稱質(zhì)子p粒子電子e中子n質(zhì)量/u1.00734.00150.000551.0087- 13 -