2013年高考物理专项冲击波讲练测系列专题34原子和原子核【重点知识解读】一．原子结构汤姆孙通过对阴极射线的研究发现电子；密立根通过著名的油滴实验测出电子电量，发现电荷是量子化的，即任何带电体的电荷都是e的整数倍；卢瑟福根据α粒子的散射实验结果提出了原子的核式结构模型；根据α粒子的散射实验有关数据可确定原子核的数量级为10-15m。二．原子核1.原子核的组成：原子核由质子和中子组成。质子和中子统称为核子。原子核的质量数等于原子核内的核子数；原子核内的质子数等于核电荷数，等于该元素的原子序数。2.同位素：具有相同的质子数和不同中子数的原子互称同位素。不稳定的同位素称为放射性同位素。3.天然放射性的发现说明原子核具有复杂结构。不稳定的原子核自发的放出某种粒子（α粒子和β粒子）转变为新核的变化称为原子核的衰变。4.天然放射性元素能够自发放出α射线、β射线、g射线，α射线是高速运动的氦核，穿透能力最弱，电离能力最强；β射线是高速运动的电子，穿透能力较强，电离能力较弱；g射线是频率很高的电磁波，穿透能力最强，电离能力最小。5.α衰变规律是质量数减少4，电荷数减少2；β衰变规律是：电荷数增加1，质量数不变。6.半衰期是反映原子核衰变快慢的物理量，放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫做这种元素的半衰期。放射性元素衰变的快慢与元素所处的物理化学状态无关。7.原子核反应一般分为四类：原子核衰变（包括α衰变和β衰变）、原子核人工子轰击重原子核使其发生裂变生成中等质量原子核的反应。核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒。8.质量亏损△m等于核反应前原子核的总质量与核反应后原子核的总质量之差。根据爱因斯坦的质能方程，核反应释放的核能△E=△mc2。。若质量亏损△m17\n以原子质量单位u作为单位，可利用1u可释放能量931.5MeV，用△E=△m×931.5MeV计算核反应释放的核能。【高考命题动态】原子物理是高中物理的重要组成部分，高考对原子物理的考查涉及的知识点多，但是一般以了解、知道为主，难度不大。【最新模拟题专项训练】。1（2012金太阳联考）.下列说法正确的是A．若氡的半衰期为3.8天，100个氡原子核经过7.6天，一定只剩下25个B．碳14的半衰期为5730年，考古工作者探测到某古木中碳14含量为原来的1/4，则该古树死亡时间距今大约为11460年C．放射性元素的半衰期随外界压强的增大可能减小D．放射性元素的半衰期不随温度的变化而变化2.（2012年开封二模）日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰变时会发出β射线与γ射线，碘131被人摄入后，会危害身体健康，由此引起了全世界的关注.下面关于核辐射的相关知识，说法正确的是：A.人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢B.碘131的半衰期为8.3天，则4个碘原子核经16.6天后就一定剩下一个原子核C.β射线与γ射线都是电磁波，但γ射线穿透本领比β射线强D.碘131发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的17\n3.（2010上海物理）某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为A．11.4天B．7.6天C．5.7天D．3.8天【解析】有7/8的原子核发生了衰变，即剩余1/8，根据放射性元素的衰变规律，经过3个半衰期剩余1/8，所以半衰期T=11.4/3天=3.8天，选项D正确。【答案】D4.（2012年2月山东潍坊重点中学联考）以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是A．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，建立了原子的核式结构模型B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为这束光的光强太小C．原子核发生一次β衰变时，其内部的一个中子转变为质子D．玻尔理论指出氢原子能级是分立的，原子光谱是线状谱.答案：ACD解析：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，建立了原子的核式结构模型，选项A正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为这束光的频率低，选项B错误；原子核发生一次β衰变时，其内部的一个中子转变为质子，选项C正确；玻尔理论指出氢原子能级是分立的，原子光谱是线状谱，选项D正确。5.（2013江苏宿迁检测）下列四幅图的有关说法中正确的是▲B.放射线在磁场中偏转A.球m1以v碰静止球m2m1m2vUIOUC强黄光弱黄光C.光电流与电压的关系中子中子中子中子D.链式反应示意图甲乙丙A．若两球质量相等，碰后m2的速度一定为vB．射线甲由粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷17\nC．在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大D．链式反应属于重核的裂变答案：CD解析：若两球质量相等，且碰撞过程中不损失机械能，则碰后m2的速度才为v，选项A错误；由左手定则可知，射线甲的粒子带负电，由β粒子组成，每个粒子带一个单位负电荷，选项B错误；在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，选项C正确；链式反应属于重核的裂变，选项D正确。6（2013徐州摸底）下列说法正确的是垒．A．温度越高，放射性元素的半衰期越长B．天然放射现象说明原子核内部是有结构的C．汤姆生通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构D．重核的裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能7．用中子轰击铝27，其核反应方程：（1）Al+n→Na+X；Na具有放射性，其核反应方程为：（2）Na→Mg+Y，则A．X是HeB．Y是nC．（1）是α衰变D．（2）是β衰变答案：AD解析：由核反应遵循的规律，X是He，Y是电子e，选项A正确B错误；（1）17\n9下列说法正确的是（）A．电子的衍射现象说明实物粒子的波动性B．235U的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短C．原子核内部某个质子转变为中子时，放出β射线D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小答案：AD解析：电子的衍射现象说明实物粒子的波动性，选项A正确；235U的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期不变，选项B错误；原子核内部某个中子转变为质子时，放出β射线，选项C错误；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小，选项D正确。10.⑴关于下列四幅图说法正确的是▲C.电子束通过铝箔时的衍射图样验电器锌板紫外光灯B.光电效应实验中子质子电子A.原子中的电子绕原子核高速运转D.α粒子散射实验17\nA．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的B．光电效应实验说明了光具有粒子性C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性D．发现少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围11．下列说法中正确的是_____▲_____.A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是有复杂结构的B．在单缝衍射实验中，假设只让一个光子通过单缝，则该光子不可能落在暗条纹处C．黑体辐射的强度与波长的关系是：随着温度的升高，各种波长的辐射都增加，辐射强度极大值的光向波长较短的方向移动D．用质子流工作的显微镜比用相同速度的电子流工作的显微镜分辨率低答案：C解析：汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，贝克赖尔发现放射性现象，从而揭示了原子核是有复杂结构的，选项A错误；在单缝衍射实验中，假设只让一个光子通过单缝，则该光子有可能落在暗条纹处，选项B错误；黑体辐射的强度与波长的关系是：随着温度的升高，各种波长的辐射都增加，辐射强度极大值的光向波长较短的方向移动，选项C正确；由于质子质量大，德布罗意物质波波长小，用质子流工作的显微镜比用相同速度的电子流工作的显微镜分辨率高，选项D错误。12．（2013江苏常州模拟）下列叙述中符合物理学史的是()A、爱因斯坦为解释光的干涉现象提出了光子说B、麦克斯韦提出了光的电磁说17\nC、汤姆生发现了电子，并首先提出原子的核式结构模型D、贝克勒尔通过对天然放射性的研究，发现了放射性元素钋（Po）和镭（Ra）13.（2013江苏常州模拟）在某些恒星内部，3个α粒子可以结合成一个C核，已知C核的质量为1.99302×10-26kg，α粒子的质量为6.64672×10-27kg，真空中光速c=3×108m/s，这个核反应方程是，这个反应中释放的核能为（结果保留一位有效数字）。⑵3He→C(2分)9×10-13J(2分)⑶4/3m/s(4分)（2）解析：3个α粒子结合成一个C核，核反应方程是3He→C。这个反应中释放的核能为△E=△mc2=(3×6.64672×10-27kg-1.99302×10-26kg)×(3×108m/s)2=9×10-13J.14．(6分）（2013河南三市联考）下列关于近代物理知识的描述中，正确的是_______(填入正确选项前的字母。选对一个给3分，选对两个给4分，选对3个给6分；每选错一个扣3分，最低得分为0分A.当用蓝色光照射某金属表面时有电子逸出，则改用紫光照射也一定会有电子逸出B.处于n=3能级状态的大量氢原子自发跃迁时，能发出3种频率的光子C.衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D.在N+He→O+X核反应中，X是质子，这个反应过程叫α衰变E.比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定17\n15．（2013山西忻州一中检测）太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(24He)的热核反应，核反应方程是411H→24He＋2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是A．方程中的X表示中子(01n)B．方程中的X表示正电子(10e)C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2．答案 BD解析 由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为10e，A错、B对；质量亏损为Δm＝4m1－m2－2m3释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C错、D对．选BD.16（6分）（2013宝鸡检测）已知U有一种同位素，比U核多3个中子。某时刻，有一个这样的同位素核由静止状态发生α衰变，放出的α粒子的速度大小为v0。①试写出衰变的核反应方程___________________（产生的新核的元素符号可用Y表示）；②衰变后的残核初速度大小为_______________答案：①U→Y+He；②v=v0解析：设核子质量为m，则α粒子质量为4m，残核质量为234m，U衰变，动量守恒，234mv=4mv0。解得v=v0。17．（6分）(2013河北邯郸高三12月质检)下列说法正确的有17\nA．如果用紫光照射某种金属发生光电效应，改用绿光照射这种金属不一定发生光电效应B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一C．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大D．原子核发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4E．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变长光子散射后波长变长，选项E正确。18.（4分）（2013甘肃嘉峪关检测）对聚变反应，下列说法中正确的是( )A．和是两种不同元素的原子核B．和是氢的两种同位素的原子核C．这个反应过程中有质量亏损 D．这个反应既是核反应，又是化学反应答案：BC17\n解析：和是氢元素的两种不同的同位素的原子核，选项A错误B正确；聚变反应有质量亏损，释放核能，这个反应是核反应，不是化学反应，选项C正确D错误。19（2013天星调研卷）已知氘核质量2.0136u，中子质量为1.0087u，He核质量为3.0150u。两个氘核聚变成He的核反应方程是__________________________________。上述核反应中释放的核能为_________MeV。程写成2H→He；二是没有明确1u对应能量931MeV，把0.0035乘以光速二次方计算得出释放的核能；三是把0.0035u转化为以kg为单位计算造成计算错误。20.（6分）（2013天星调研卷）太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应，核反应方程是4H→He＋2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。方程中的X表示；这个核反应中质量亏损Δm＝；这个核反应中释放的核能ΔE＝。17\n【命题预测】核反应和质能方程、核能计算都是原子物理学重要内容，也是高考考查重点，预测在2013年高考中可能以原子物理学切入命题，难度中等。21.（2013天星调研卷）核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏中的钚（Pu）是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险。已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为Pu→X+He+γ，下列有关说法正确的是（）A、X原子核中含有92个中子。B、100个Pu经过24100年后一定还剩余50个。C、由于衰变时释放巨大能量，根据E=mc2，衰变过程总质量增加。D、衰变发出的放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力。.答案：D17\n【最新高考题专项检测】1．（2010上海物理）卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是A．α粒子的散射实验B．对阴极射线的研究C．天然放射性现象的发现D．质子的发现【解析】卢瑟福提出了原子的核式结构模型建立的基础是α粒子的散射实验，选项A正确；汤姆孙发现电子的基础是对阴极射线的研究，选项B错误；贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核具有复杂的结构，选项C错误；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子，选项D错误。【答案】A【点评】此题考查物理学史上的重要实验及其对应的重大发现。2（2012金太阳联考）.关于α粒子散射实验，下列说法正确的是A．卢瑟福根据α粒子散射实验中大多数α粒子穿过金箔后方向不变提出了原子核式结构学说B．α粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成C．α粒子散射实验说明α粒子的穿透能力弱D．α粒子散射实验是卢瑟福提出原子核式结构学说的实验基础答案：D17\n4.（2012·广东理综物理）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有A.H+H→He+n是核聚变反应B.H+H→He+n是β衰变C.U+n→Ba+Kr+3n是核裂变反应D．U+n→Xe+Sr+2n是α衰变【答案】：AC【解析】：H+H→He+n是核聚变反应，U+n→Ba+Kr+3n是核裂变反应，U+n→Xe+Sr+2n是核裂变反应，选项AC正确。【考点定位】此题考查核反应方程的类型分析及其相关知识。4（2012·新课标理综）氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：，式中x是某种粒子。已知：、、和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u=931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，粒子x是__________，该反应释放出的能量为_________MeV（结果保留3位有效数字）17\n答案：中子17.6解析：由核反应满足的质量数守恒和电荷数守恒可知，粒子x是中子。由质能方程可得△E=△mc2=△m×931.5MeV/c2=17.6MeV。【考点定位】此题考查核反应方程、核能计算等。5．（2012·上海物理）Co发生一次β衰变后变为Ni核，其衰变方程为______________；在该衰变过程中还发出频率为ν1、ν2的两个光子，其总能量为_____________________。典例4（2012·海南物理）一静止的U核经α衰变成为Th核，释放出的总动能为4.27MeV。问此衰变后Th核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)？【答案】0.07MeV【解析】：根据题意知，此α衰变的衰变方程为U→Th+He。根据动量守恒定律得，mαvα=mThvTh，式中，mα和mTh分别为α粒子和Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和Th核的速度的大小。由题设条件知，mαvα2+mThvTh2=Ek，=式中Ek=4.27MeV，是α粒子和Th核的总动能。联立解得：mThvTh2=Ek。代入数据得，衰变后Th核的动能为mThvTh2=0.07MeV。【考点定位】此题考查动量守恒定律、衰变及其相关知识。17\n8（2012·上海物理）在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图所示。该装置中探测器接收到的是（）（A）x射线（B）α射线（C）β射线（D）γ射线【答案】：【解析】：．在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，该装置中探测器接收到的是γ射线，选项D正确。【考点定位】此题考查放射线的穿透能力。9（2012·上海物理）某种元素具有多种同位素，反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是图（）17\n【答案】：B【解析】：同位素的质量数A越大，中子数N越大，当质量数为1时，中子数为零，选项B正确。【考点定位】此题考查同位素的质量数A与中子数N关系。10.（12·上海物理）Co发生一次β衰变后变为Ni核，其衰变方程为______________；在该衰变过程中还发出频率为ν1、ν2的两个光子，其总能量为_____________________。【答案】：Co→Ni+eh(ν1+ν2).12（2011海南物理卷19题（1））2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs衰变过程，它们分别是_______和__________（填入正确选项前的字母）。131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和_______.A.X1→Ba+nB.X2→Xe+eC.X3→Ba+eD.X4→Xe+p17\n17
