原子物理热点总汇 在每年的高考物理试题中，有关“原子和原子核”的各类考题多属中等偏易难度，本专题在分析近几年高考试题的基础上，对这这个知识点的考题进行归类练习，供同学们参参考。一、对基本概念及原理的考查“原子和原子核”考查的重点概念是跃迁、半衰期、同位素、核能，考查的重要原理是波尔理论、质能方程，主要以理解性识记为主。例1、下列说法正确的是（ ）（A）当氢原子从n=2的状态跃迁到n=6的状态时，发射出光子（B）放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变需要的时间（C）同一元素的两种同位素具有相同的质子数（D）中子与质子结合成氘核时吸收能量答案：（B）（C）例2、根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E的轨道，辐射出波长为的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则E等于（ ）（A） （B） （C） （D）答案：（C）二、对四个实验现象的考查1、汤姆生发现了电子，说明了原子是可分的，电子是原子的组成部分。2、卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构。3、贝克勒耳发出了天然放射现象，说明了原子核具有复杂结构。4、卢瑟福用粒子轰击氮原子核，发现了质子；查德威克用粒子轰击铍原子核，发现了中子。例3、在卢瑟福的粒子散射实验中，有少数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答案：（A）。例4、天然放射现象的发现揭示了（ ）（A）原子不可再分（B）原子的核式结构（C）原子核还可再分（D）原子核由质子和中子组成答案：（C）。例5、图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是（ ）（A）a为射线，b为射线（B）a为射线，b为射线（C）b为射线，c为射线（D）b为射线，c为射线分析：因为射线为带正电的粒子流，故在电场中向负极板偏转，因为射线为带负电的粒子流，故在电场中向正极板偏转，因为射线不带电，故在电场中不发生偏转，答案为（B）（C）。三、核反应方程式的书写解决这类问题的方法：一是要掌握核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒；二是要熟记常见的基本粒子的符号。如质子、中子、粒子、粒子、正电子、氘核、氚核等。例6、下面列出的是一些核反应方程式：其中（ ）（A）X是质子，Y是中子，Z是正电子（B）X是正电子，Y是质子，Z是中子（C）X是中子，Y是正电子，Z是质子（D）X是正电子，Y是中子，Z是质子答案：（D）例7、已知介子、介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克或反夸克）组成的，它们的带电量如下表所示，表中的e为元电荷，下列说法正确的是（ ）ud带电量 +e -e+e-e-e+e （A）由u和组成（B）由d和组成（C）由u和组成（D）由d和组成答案：（A）（D）。例8、目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克的和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电量为e，d夸克带电量为-e，e为基元电荷。下列论断可能正确的是（ ）（A）质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成（B）质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成（C）质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和2个d夸克组成（D）质子由2个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成解：设质子由x个u夸克与y个d夸克组成，中子由q个u夸克和p个d夸克组成，有：将答案（A）（B）（C）（D）中提供的x、y、q、p数值分别代入上述方程组，能使方程成立的是x=2，y=1，q=1，p=2，所以该题正确答案为（B）。四、有关计算1、衰变次数计算（或质子、中子和核子数变化的计算）此类考题，主要考查天然放射现象的核衰变规律，即核衰变方程式的前后对应关系，其中x、y分别为旧核的质子数、核子数；x、y分别为新核的质子数、核子数；n为发生衰变次数；m为发生衰变的次数，解题的依据是：衰变前后质子数相等，核子数相等。例9、天然放射性元素（钍）经过一系列和衰变之后，变成（铅），下列论断正确的是（ ）（A）铅核比钍核少24个中子（B）铅核比钍核少8个质子（C）衰变过程中共有4次衰变和8次衰变（D）衰变过程中共有6次衰变和4次衰变分析：由，则，m=82+2n-90=4.答案：（B）（D）例10、最近几年，原子核科学家在超重元素岛的探测方面取得重大的进展，1996年科学家们在研究某个重离子结合成超重元素的反应时发现，生成的超重元素的核经过6次衰变后的产物是。由此可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是（ ）（A）124、259 （B）124、265 （C）112、265 （D）112、277分析：由，得A=64+253=277，Z=62+100=112。答案：（D）。2、能级、释放核能、原子核衰变质量的计算此类计算主要包括：（1）玻尔理论中有关能级跃迁的计算；（2）原子核衰变时质量的计算；（3）用爱因斯坦质能方程计算。例11、根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后（ ）（A）原子的能量增加，电子的动能减少（B）原子的能量增加，电子的动能增加（C）原子的能量减少，电子的动能减少（D）原子的能量减少，电子的动能增加分析：氢原子的核外电子在离核较远的轨道上原子的能量较大，当跃迁到离核较近的轨道时，放出一定频率的光子，原子的能量减小，氢原子核外电子绕核运动，原子核对电子的电力提供向心力，即，所以离核越近，r 越小，Ek越大，本题答案为（D）。例12、完成核反应方程：衰变为，半衰期是1.2min，则64g经过6min还有_g尚未衰变。答案：、2例13、有1200个氢原子激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上总数的。（ ）（A）2200 （B）2000 （C）1200 （D）2400分析：氢原子由n=4的激发态向基态跃迁，如图所示，有6种情形。从n=4跃迁有三种情形：41，42，43，依题意三次跃迁重叠低能级的氢原子数皆为个，故三次跃迁共放出光子数为4003=1200个。从n=3跃迁有两种情形：31，32，每次跃迁到低能级的氢原子数皆为个，故两次跃迁共放出光子数为2002=400个。从n=2跃迁只有一种情形：21，因经42，32，两次跃迁后，此时n=2能级上的氢原子数为400+200=600个，故n=2能级上600个氢原子发生跃迁，放出光子数为600个。综上分析：共放出光子数为1200+400+600=2200个，答案为（A）。例14、太阳正处于主序星演化阶段，它主要由电子和等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2e+4HHe+释放的核能，已知质子质量，He质量，电子质量，光速，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。分析：释放原子能有两个途径重核的裂变和轻核的聚变，关于核能的计算运用爱因斯坦质能方程，故由质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为：，带入数据，解得。五、综合知识应用原子核反应过程除了原子核规律外，还要综合运用所学的物理知识，如动量守恒、能量守恒等动力学、电磁学知识。例15、介子衰变的方程为，其中介子和介子带负的基元电荷，介子不带电。一个介子沿垂直于磁场的方向射入射强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的介子的轨迹为圆弧PC，两轨迹在P点相切，如图所示，它们半径之比为2:1，介子的轨迹未画出。由此可知的动量大小与的动量大小之比为（ ）（A）1:1 （B）1:2 （C）1:3 （D）1:6分析：本题是一个综合性很强的好题，它考核了原子核衰变、带电粒子在磁场中的偏转、及动量守恒的知识，对能力要求很高。解：假设介子的质量为，带电量为，速度为，介子的质量为，带电量为，速度为，介子的质量为，速度为，由于它们在磁场中的圆轨迹外切，可知介子和介子衰变前后速度相反，两介子在匀强磁场中圆轨道半径分别为由有。可设的动量为2P，则的动量为（负号代表方向相反），衰变前后动量守恒，即，。可知的动量为3P，则的动量大小与的动量大小之比为1:3。故本题答案为（C）。从以上几例可知，在学习中注意归类，认真总结，才可能在应试中取得好成绩。