第三讲 原子结构与原子核 课前自测诊断卷考点一原子结构与原子光谱1.考查粒子散射实验装置及结论如图是卢瑟福的粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是()A该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D绝大多数的粒子发生大角度偏转解析：选A卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确，B错误；电子质量太小，对粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D错误。2考查对玻尔理论及氢原子能级的理解下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法，正确的是()A原子中的电子在某一定态时，电子做加速运动，向外辐射能量B原子中的电子运行轨道分布是连续的C由氢原子能级示意图知，处于基态的氢原子至少要吸收13.6 eV的能量才能发生电离D氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级时，氢原子的能量一定增大解析：选C原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量，故A错误。原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故B错误。由氢原子能级示意图知，处于基态的氢原子至少要吸收13.6 eV的能量才能发生电离，故C正确。氢原子的核外电子由高能级向低能级跃迁时释放能量，能量减少；若从低能级向高能级跃迁，则要吸收能量，能量增大，故D 错误。3考查氢原子能级分布图及其应用多选如图所示是氢原子的能级图，大量处于n5激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出10种不同频率的光子。其中莱曼系是指氢原子由高能级向n1能级跃迁时释放的光子，则()A10种光子中波长最短的是从n5激发态跃迁到基态时产生的B10种光子中有4种属于莱曼系C使n5能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量D从n2能级跃迁到基态释放光子的能量等于从n3能级跃迁到n2能级释放光子的能量解析：选ABn5激发态跃迁到基态时产生的光子的能量最大，频率最大，所以波长最短，故A正确；由题意知，从n5、4、3、2激发态跃迁到n1时发出的4种光子属于莱曼系，故B正确；由题图知，n5能级的电离能为0.54 eV，所以C错误；从n2能级跃迁到基态释放光子的能量大于从n3能级跃迁到n2能级释放光子的能量，所以D错误。4考查氢原子能级跃迁理论多选图示为氢原子的能级图，现有一群处于n3激发态的氢原子，则这些原子跃迁时()A能发出3种不同频率的光子B发出的光子最小能量是0.66 eVC发出的光子最大能量是12.75 eVD由n3能级跃迁到n1能级时发出的光子频率最高解析：选AD一群处于n3激发态的氢原子，可能发出C3种不同频率的光子，故A正确；由n3能级向n2能级跃迁时发出的光子能量最小，则光子频率也最小，最小能量为(1.51 eV)(3.4 eV)1.89 eV，故B错误；由n3能级向n1能级跃迁时发出的光子能量最大，则光子频率也最大，波长最小。最大能量为(1.51 eV)(13.6 eV)12.09 eV，故C错误，D正确。5考查氢原子跃迁和电离氢原子处于基态时，原子的能量为E113.6 eV，当处于激发态时，能量为En(普朗克常量h6.631034 Js，真空中光速c3.0108 m/s)。(1)若有大量的氢原子处于n4的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？(2)当氢原子从n3的激发态跃迁到n1的基态时，向外辐射光子的波长是多少？(结果保留3位有效数字)(3)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？(结果保留3位有效数字)解析：(1)有大量的氢原子处于n4的激发态，则在跃迁过程中可能释放出C426种频率的光子。(2)由跃迁方程得hE3E1又有c，E3，联立解得向外辐射光子的波长是1.03107 m。(3)要使处于基态的氢原子电离，入射光子必须满足h0E1代入数据解得 Hz3.281015 Hz。答案：(1)6种(2)1.03107 m(3)3.281015 Hz考点二原子核的衰变半衰期6.考查物理学史在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法不符合历史事实的是()A密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷解析：选B密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值，故A正确；贝可勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，粒子散射实验说明原子中存在原子核，故B错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素，故C正确；汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷，故D正确。7考查三种射线的特点如图是卢瑟福设计的一个实验：他在铅块上钻了一个小孔，孔内放入一点镭，使射线只能从这个小孔里发出，随后他将射线引入磁场中，发现射线立即分成三束，他把三束射线分别命名为 射线、射线、 射线。基于对这三种射线的深入分析，卢瑟福获得了1907年的诺贝尔奖。以下对这三束射线描述准确的是()A射线的穿透能力最弱，容易被物体吸收B射线在真空中的运动速度是光速C射线本质上是波长极短的电磁波，电离能力极强D射线带负电，是来自镭原子的核外电子解析：选A穿透能力最弱是射线，电离作用强，容易被物体吸收，故A正确；射线的速度约是光速的十分之九，故B错误；射线是一种波长很短的电磁波，电离能力极弱，故C错误；射线(高速电子流)带负电，是由一个中子转化成一个质子后转化而来的，故D错误。8考查、衰变次数的计算在一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生衰变的次数为()A6次B10次C22次 D32次解析：选A一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生衰变的次数为(238206)48次，发生衰变的次数为28(9282)6次，选项A正确。9考查对半衰期概念的理解多选地球年龄有多大？一直是科学研究的问题，其中一种方法是利用天然放射性元素的衰变规律探测。通过对古老岩石中铀和铅的含量的测定，设铀核衰变后全部变成铅核，通过计算推出该岩石中含有的铀是岩石形成初期的一半，铀238的相对含量随时间变化关系如图，由此可判断()A铀238的半衰期为90亿年B地球年龄大约45亿年C被测定的岩石在90亿年后铀、铅粒子比例约为14D被测定的岩石在90亿年后铀、铅粒子比例约为13解析：选BD由于测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时的一半，由图像可知对应的时间是45亿年，即地球年龄大约为45亿年，半衰期为45亿年，故A错误，B正确；设被测定的岩石在90亿年后铀原子的数目为N，铅原子的数目为N1，则，可得：，即铀、铅粒子数之比为13，故C错误，D正确。考点三核反应方程与核能计算10.考查核反应的分类对下列各原子核变化的方程，表述正确的是()A.HHHen是核聚变反应B.HHHen是衰变C.SeKr2e是核裂变反应D.UnXeSr2n是衰变解析：选AHHHen，属于核聚变反应，A正确，B错误；SeKr2e是衰变，C错误；UnXeSr2n是核裂变反应，D错误。11考查核反应方程(2020江苏高考)100年前，卢瑟福用粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用粒子轰击Ni核也打出了质子：HeNiCuHX，该反应中的X是_(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是_(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。解析：设X的质量数为A，质子数为Z，即X，由质量数守恒得A4606211，由电荷数守恒得Z2282910，则知X是中子；目前人类获得核能的主要方式是重核的裂变。答案：中子核裂变12考查裂变与质能方程多选核电站中采用反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能。反应堆中一种可能的核反应方程式是UnNdZrxy，设U核质量为m1，中子质量为m2，Nd核质量为m3，Zr核质量为m4，x质量为m5，y质量为m6，那么，在所给的核反应中()Ax可能是3H，y可能是11eBx可能是3n，y可能是8eC释放的核能为(m1m2m3m4m5m6)c2D释放的核能为(m3m4m5m6m1m2)c2解析：选BC根据质量数和电荷数守恒，若x是3H，y是11e，则质量数不守恒，若x是3n，y是8e，则都满足，故A错误B正确；根据质能方程可知释放的核能为(m1m2m3m4m5m6)c2，故C正确D错误。13考查轻核聚变与质能方程多选太阳能量的来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核(H)结合成1个氦核同时放出2个正电子。下表中列出了部分粒子的质量粒子名称质子(p)粒子正电子(e)中子(n)质量/u1.007 34.001 5 0.000 551.008 7以下说法中正确的是()A核反应方程为4HHe2eB4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 kgC4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.431029 kgD聚变反应过程中释放的能量约为4.01012 J解析：选ACD由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得4HHe2e，故A正确。反应中的质量亏损为m4mpm2me(41.007 34.001 520.000 55)u0.026 6 u4.431029 kg，故C正确，B错误。由质能方程得Emc24.431029(3 108)2 J4.01012 J，故D正确。14考查比结合能曲线多选(2020江苏高考)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有()A.He核的结合能约为14 MeVB.He核比Li核更稳定C两个H核结合成He核时释放能量D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大解析：选BC由题图可知，He的比结合能为7 MeV，因此它的结合能为7 MeV428 MeV，A项错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B项正确；两个比结合能小的H核结合成比结合能大的He时，会释放能量，C项正确；由题图可知，U的比结合能(即平均结合能)比Kr的小，D项错误。