专题35 原子结构与原子核(原卷+解析卷)——【夺分宝典】高考物理一轮精讲精练学案

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名称 专题35 原子结构与原子核(原卷+解析卷)——【夺分宝典】高考物理一轮精讲精练学案
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资源类型 试卷
版本资源 通用版
科目 物理
更新时间 2024-08-08 10:56:13

文档简介

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专题35 原子结构与原子核
课标要求 知识要点 命题推断
1.知道两种原子结构模型,会用玻尔理论解释氢原子光谱. 2.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题. 3.掌握原子核的衰变、半衰期等知识. 4.会书写核反应方程,并能根据质能方程求解核能问题. 考点一 原子结构与α粒子散射实验 考点二 玻尔理论的理解与计算 考点三 原子核的衰变 考点四 核反应类型及核反应方程 考点五 核力与核能的计算 题型:选择题 1谱线条数的确定 2受激跃迁和电离 3与光电效应相结合 4α衰变、β衰变 5半衰期的理解及应用 6核反应方程及应用、核能的计算
考点一 原子结构与α粒子散射实验
1.α粒子散射实验的结果
绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子的偏转超过了90°,有的甚至被撞了回来,如图1所示.
2.卢瑟福的原子核式结构模型
在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外绕核旋转.
考点二 玻尔理论的理解与计算
1.定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量.
2.跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=Em-En.(h是普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s)
3.轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的.
4.氢原子的能级、能级公式
(1)氢原子的能级图(如图所示)
(2)氢原子的能级和轨道半径
①氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6 eV.
②氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.53×10-10 m.
考点三 原子核的衰变
1.原子核的衰变
(1)原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.
(2)分类
α衰变:X→Y+He
β衰变:X→Y+e
2.三种射线的成分和性质
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离 能力 贯穿 本领
α射线 氦核 He +2 e 4 u 最强 最弱
β射线 电子 e -e u 较强 较强
γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强
3.对半衰期的理解
(1)根据半衰期的概念,可总结出公式
N余=N原,m余=m原
式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量,N余、m余表示衰变后的放射性元素的原子核数和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期.
(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,与原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关.
考点四 核反应类型及核反应方程
类型 可控性 核反应方程典例
衰变 α衰变 自发 92U→90Th+He
β衰变 自发 90Th→91Pa+e
人工转变 人工控制 7N+He→8O+H(卢瑟福发现质子)
He+Be→6C+n(查德威克发现中子)
13Al+He→P+n 约里奥-居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子
P→Si+ 0+1e
重核裂变 比较容易进行人工控制 92U+n→56Ba+Kr+3n
92U+n→54Xe+Sr+10n
轻核聚变 目前无法控制 H+H→He+n
注意:
(1)核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接.
(2)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程.
(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒;遵循电荷数守恒.
考点五 核力与核能的计算
1.应用质能方程解题的流程图
书写核反应方程→计算质量亏损Δm→利用ΔE=Δmc2计算释放的核能
(1)根据ΔE=Δmc2计算,计算时Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”.
(2)根据ΔE=Δm×931.5 MeV计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量,所以计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”.
2.利用质能方程计算核能时,不能用质量数代替质量进行计算
(2024 江苏模拟)1916年密立根测量金属的遏止电压Uc(即图甲所示电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光频率ν的对应关系,实验中推导计算出普朗克常量h。图乙为某光电管发生光电效应时遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,已知光电子的电荷量为e,下列说法正确的是(  )
A.电极K的金属材料的截止频率为
B.普朗克常量
C.电极K的金属材料逸出功随入射光频率的增大而减小
D.光电子最大初动能与入射光频率成正比
【解答】解:AB、根据爱因斯坦光电效应可得:Ek=hν﹣W逸=eUc,解得:Uc ν
根据图象的斜率可得:k,解得:;
根据图象的纵坐标的截距可得:a,解得截止频率为:ν0=b,故A错误、B正确;
C、电极K的金属材料逸出功是由金属材料本身的性质决定的,与入射光频率无关,故C错误;
D、光电子最大初动能与入射光频率成线性关系,不是正比例关系,故D错误。
故选:B。
(多选)(2024 白云区校级模拟)英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击厚度为微米的金箔,发现少数α粒子发生较大偏转。如图所示,甲、乙两个α粒子从较远处(规定电势为零)分别以相同的初速度轰击金箔,实线为两个α粒子在某一金原子核附近电场中的运动轨迹,两轨迹的交点为a,虚线表示以金原子核为圆心的圆,两轨迹与该圆的交点分别为b、c。忽略其他原子核及α粒子之间的作用,两粒子从较远处运动到b、c两点的过程中,下列说法正确的是(  )
A.电场力对甲、乙两个粒子做的功一定相同
B.两个α粒子经过a点时加速度一定不同
C.乙粒子在a点的电势能一定大于在c点时的电势能
D.电场力对甲粒子冲量的大小一定等于对乙粒子冲量的大小
【解答】解:A、以场源电荷为圆心的同心圆为等势面,因此可知b、c两点的电势相同;由电势能定义式Ep=φq,则甲、乙粒子在b、c两点的电势能相等,结合电场力做功等电势能的变化量可知,甲、乙两个α粒子从较远处(规定电势为零)运动到b、c两点的过程中电场力做的功相等,故A正确;
B、根据点电荷的场强公式E,可知离场源电荷距离相等的点场强大小相等,两个α粒子经过a点时所受电场力F=qE相同,由牛顿第二定律可知,两粒子在该点加速度相同,故B错误;
C、距离正点电荷越近,电势越高,离正点电荷越远,电势越低,可知,a点电势高于c点电势,即:φa>φc,可知正电荷在电势越高的地方电势能越大,因此,乙粒子在a点的电势能大于c点的电势能,故C正确;
D、甲、乙粒子在b、c两点的电势能相等,只有电场力做功,粒子的动能和电势能之和不变,所以甲、乙粒子在b、c两点的动能相等,则两粒子在b、c两点的速度相等,即vb=vc,甲、乙两粒子的初速度相等,但速度是矢量,b、c两点处速度大小相同,但方向不同,而根据矢量运算可知,甲粒子速度的变化量与乙粒子速度的变化量的大小方向均不同,由I=mΔv可知甲粒子从较远处到b点过程中电场力冲量的大小不等于乙粒子从较远处到c点过程中电场力冲量的大小,故D错误。
故选:AC。
(2023 南通模拟)如图所示,α粒子散射实验中,移动显微镜M分别在a、b、c、d四个位置观察,则(  )
A.在a处观察到的是金原子核
B.在b处观察到的是电子
C.在c处不能观察到任何粒子
D.在d处能观察到α粒子
【解答】解:α粒子散射实验是用α粒子轰击金属箔,观察到的现象是绝大多数的α粒子穿过金属箔后基本上仍沿原来的方向继续前进,有少数的α粒子运动轨迹发生了较大的偏转,极少数的发生α粒子甚至被反弹,沿原路返回。实验中用显微镜观察到的实际上是α粒子的,在c处α粒子发生较大偏转,可以观察到很少,在d处则能观察到被反弹回来的α粒子。故D正确,ABC错误。
故选:D。
(2024 湖北模拟)如图所示是氢原子的能级图,一群氢原子处于量子数n=7的激发态,这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态,并向外辐射多种频率的光,用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K,已知阴极K的逸出功为5.32eV,则(  )
A.阴极K逸出的光电子的最大初动能为8eV
B.这些氢原子最多向外辐射6种频率的光
C.向右移动滑片P时,电流计的示数一定增大
D.波长最短的光是原子从n=2激发态跃迁到基态时产生的
【解答】解:A.一群氢原子处于量子数n=7的激发态跃迁至基态辐射的光子的能量最大
﹣0.28eV﹣(﹣13.60eV)=13.32eV
根据爱因斯坦光电效应方程有
Ekmax=hν﹣W0
解得
Ekmax=8eV
故A正确;
B.根据数学知识可知这些氢原子最多向外辐射光的频率数目为
故B错误;
C.向右移动滑片P时,电流达到饱和电流之前,电流增大,达到饱和电流之后,电流保持不变,故C错误;
D.波长最短的光频率最大,根据光子能量公式可知光子能量最大,结合上述可知,波长最短的光是原子从n=7激发态跃迁到基态时产生的,故D错误。
故选:A。
(2024 河南二模)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=4的激发态,在向低能级跃迁时放出光子,用这些光子照射逸出功为4.54eV的金属钨,下列说法正确的是(  )
A.n=4跃迁到n=1放出的光子动量最大
B.有6种频率的光子能使金属产生光电效应
C.逸出光电子的最大初动能为12.75eV
D.用0.86eV的光子照射处于n=4激发态的氢原子不能被其吸收
【解答】解:A.从n=4跃迁到n=1放出的光子能量最大,根据光子能量和德布罗意波长公式有
E=hν,
可知动量也最大,故A正确;
B.大量氢原子从n=4的激发态跃迁到基态能放出种频率的光子,但其中只有从n=4、3、2能级跃迁到n=1放出的三种光子超过金属钨的逸出功能够使其发生光电效应,故B错误;
C.从能级4跃迁到能级1放出的光子能量最大为12.75 eV,照射金属钨后,根据爱因斯坦光电效应方程
Ekm=hν﹣W0
光电子的最大初动能为
Ekm=8.21eV
故C错误;
D.由于从n=4跃迁到n=∞需要吸收的光子能量为
ΔE=0.85eV
所以只要入射光子的能量大于等于0.85eV都能被氢原子吸收从而使其电离,则0.86eV的光子能够被吸收,故D错误。
故选:A。
(2024 延边州一模)如图为氢原子能级示意图,下列说法正确的是(  )
A.一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多可以发出6种频率的光
B.当处于基态的氢原子受到动能为13.6eV的粒子轰击时,氢原子一定会电离
C.处于基态的氢原子可以吸收能量为12.1eV的光子并发生跃迁
D.处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量减小
【解答】解:B.当处于基态的氢原子受到动能为13.6eV的粒子撞击时,若为光子,则氢原子一定会电离,若为其它实物粒子,氢原子不会电离,故B错误;
A.一个处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时最多可发出3种不同频率的光,故A错误;
C.处于基态的氢原子若吸收一个12.1eV的光子后的能量为﹣13.6eV+12.1eV=﹣1.5eV,由于不存在该能级,所以用12.1eV的光子照射处于基态的氢原子时,电子不可能跃迁,故C错误;
D.氢原子中的电子从高能级向低能级跃迁时轨道半径减小,该过程中电场力做正功,电势能减小,根据可得,所以动能增大,原子的能量减小,故D正确。
故选:D。
(2024 聊城二模)如图所示,甲图为研究光电效应规律的实验装置,乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线,丙图为氢原子的能级图,表格给出了几种金属的逸出功和极限频率。下列说法正确的是(  )
几种金属的逸出功和极限频率
金属 W/eV ν/1014Hz
钠 2.29 5.33
钾 2.25 5.44
铷 2.13 5.15
A.若b光为绿光,c光不可能是紫光
B.图甲所示的电路中,滑动变阻器滑片右移时,电流表示数一定增大
C.若用能量为0.66eV的光子照射某一个处于n=3激发态的氢原子,最多可以产生6种不同频率的光
D.若用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于n=3激发态的氢原子,可以使该氢原子电离
【解答】解:A.根据光电效应方程
Ek=hν﹣W0
根据动能定理,遏止电压方程满足
联立可得
eUc=hν﹣W0
可知频率越大,遏止电压越大,由图可知
Uc1>Uc2
故若b光为绿光,c光可能是紫光,故A错误;
B.图甲所示的光电效应实验装置所加的是正向电压,滑动变阻器滑片右移时,极板间电压增大,电流可能增大,当电流达到饱和电流时,电流不发生改变,电流表示数不变,故B错误;
C.若光子能量为0.66eV,照射某一个处于n=3激发态的氢原子时,氢原子能量满足
﹣1.51eV+0.66eV=﹣0.85eV
故氢原子跃迁至n=4激发态,根据氢原子跃迁的特点,大量氢原子从n=4激发态跃迁,最多可以产生6种不同频率的光,但是某一个处于n=4激发态的氢原子最多只能向外辐射3种不同频率的光,故C错误;
D.若用能使金属铷发生光电效应的光,根据光电效应方程有
Ek=hν﹣W0=hν﹣2.13eV>0
则光子的能量能量大于2.13eV,处于n=3激发态的氢原子,该氢原子发生电离的能量为1.51eV,故用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于n=3激发态的氢原子,可以直接使该氢原子电离,故D正确。
故选:D。
(2024 浑南区校级模拟)2021年12月20日,我国宣布:全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功。标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程:Un→Ba+Xn,其中Ba不稳定,衰变的半衰期为T,下列说法正确的是(  )
A.反应产物X的中子数为50
B.上述核反应也称热核反应,由于质量亏损而释放出能量
C.反应产物X的比结合能比U的比结合能小
D.0.5kg的Ba原子核,经过3T后剩余的质量是开始时的
【解答】解:A.根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为
可知反应产物X的中子数为
89﹣36=53,故A错误;
B.该核反应为重核裂变反应,由于质量亏损而释放出能量,故B错误;
C.核反应中生成物比反应物稳定,反应产物X的比结合能比U的比结合能大,故C错误;
D.根据半衰期公式
可知t=3T时
所以0.5kg的原子核,经过3T后剩余的质量是开始时的,故D正确。
故选:D。
(2024 茂名一模)放射性同位素温差电池又称核电池技术比较成熟的核电池是利用Pu衰变工作的,其半衰期大约88年,衰变方程为PuU+Y,下列说法正确的是(  )
A.经过88年,核电池的质量会减小一半
B.随着电池的不断消耗,Pu的半衰期会逐渐减小
C.Pu衰变放出的射线Y是α射线,其电离能力强于γ射线
D.Pu衰变放出的射线Y是β射线,其本质上是带负电荷的电子流
【解答】解:CD.根据核反应过程遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知衰变放出的射线Y,质子数为2,质量数为4,是α射线,其本质是He原子核,电离能力最强,故C正确,D错误;
A.经过一个半衰期,一半质量的放射性元素会衰变为其他物质,核电池的质量不会减小一半,故A错误;
B.半衰期是统计概念,只要是大量原子核衰变。半衰期是不变的,故B错误。
故选:C。
(2024 江苏模拟)2023年4月12日,中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又迈出了重要的一步,以下反应中属于核聚变的是(  )
A.
B.
C.
D.
【解答】解:A、该反应属于原子核的人工转变,故A错误;
B、该反应属于α衰变,故B错误;
C、该反应是核聚变,故C正确;
D、该反应是核裂变,故D错误。
故选:C。
题型1谱线条数的确定
(2024 潍坊三模)如图所示为氢原子能级图,用频率为ν的单色光照射大量处于基态的氢原子,氢原子辐射出频率分别为的ν1、ν2、ν3三种光子,且ν1<ν2<ν3。用该单色光照射到某新型材料上,逸出光电子的最大初动能与频率为ν2光子的能量相等。下列说法正确的是(  )
A.ν3>ν1+ν2
B.ν=ν1+ν2+ν3
C.该单色光光子的能量为12.75ev
D.该新型材料的逸出功为1.89ev
【解答】解:AB、用频率为ν的单色光照射大量处于基态的氢原子,氢原子辐射出三种光子,根据3可知氢原子吸收光子后跃迁到n=3的能级,由于辐射出的光子的频率大小关系为ν1<ν2<ν3,从n=3跃迁到n=2辐射出的能量最小,从n=3跃迁到n=2辐射出的能量最大,结合玻尔理论可知ν=ν3=ν1+ν2,故AB错误;
C、该单色光光子的能量等于氢原子由n=3跃迁到n=1产生的光的能量,为E=E31=E3﹣E1=﹣1.51eV﹣(﹣13.6)eV=12.09eV,故C错误;
D、由以上的方向可知,频率为ν2光子为氢原子由n=2向n=1能级跃迁时辐射的光子能量,为E21=13.6eV﹣3.4eV=10.2eV,由题意,根据光电效应方程Ekm=hv3﹣W0
其中Ekm=hν2
联立可得W0=1.89eV,故D正确。
故选:D。
(2024 沙坪坝区校级模拟)某种金属的逸出功为W0=2.29eV,氢原子能级图如图所示,一群处于激发态n=5的氢原子向低能级跃迁辐射的光子中,能使该金属发生光电效应的光有(  )
A.4种 B.5种 C.6种 D.10种
【解答】解:一群处在n=5激发态的氢原子向低能级跃迁,共发出种不同的光子;
用这10种频率的光照射逸出功为2.29eV的金属,能发生光电效应的光子有:
E51=E5﹣E1=﹣0.54eV﹣(﹣13.6eV)=13.06eV
E41=E4﹣E1=﹣0.85eV﹣(﹣13.6eV)=12.75eV
E31=E3﹣E1=﹣1.51eV﹣(﹣13.6eV)=12.09eV
E21=E2﹣E1=﹣3.4eV﹣(﹣13.6eV)=10.2eV
E52=E5﹣E2=﹣0.54eV﹣(﹣3.4eV)=2.86eV
E42=E4﹣E2=﹣0.85eV﹣(﹣3.4)=2.55eV
共6种,故C正确,ABD错误。
故选:C。
(2024 琼山区校级模拟)如图所示为氢原子的发射光谱和氢原子能级图,Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线及其波长,分别对应能级图中从量子数为n=3、4、5、6的能级向量子数为n=2的能级跃迁时发出的光谱线。已知可见光波长在400nm~700nm之间,下列说法正确的是(  )
A.Hα谱线对应的光是可见光中的紫光
B.四条光谱线中,Hδ谱线对应的光子能量最大
C.Hβ谱线对应的是从n=5的能级向n=2的能级跃迁时发出的光谱线
D.Hγ谱线对应的光,照射逸出功为3.20eV的金属,可使该金属发生光电效应
【解答】解:A.四条光谱线中,Hα谱线对应的光子波长最大,根据频率跟波长成反比可得:Hα谱线对应的光子频率最小,而紫光频率最大,故A错误;
B.同理四条光谱线中,Hδ谱线对应的光子波长最小,频率最大,能量最大,故B正确;
C.根据光子能量表达式,则Hβ谱线对应的光子能量满足
从n=5的能级向n=2的能级跃迁时的能量
E′=3.40eV﹣0.54eV=2.86eV≠E
故C错误;
D.同理,Hγ谱线对应的光子能量满足
由此可知,光子能量小于金属的逸出功,所以该金属不能发生光电效应,故D错误。
故选:B。
题型2受激跃迁和电离
(2024 泰安一模)氢原子能级分布如图所示。可见光的能量范围为1.62eV~3.11eV,两个处于n=4能级的氢原子自发跃迁到低能级的过程中(  )
A.最多能辐射出6种频率不同的光,其中最多有3种频率不同的可见光
B.最多能辐射出6种频率不同的光,其中最多有2种频率不同的可见光
C.最多能辐射出4种频率不同的光,其中最多有3种频率不同的可见光
D.最多能辐射出4种频率不同的光,其中最多有2种频率不同的可见光
【解答】解:处于n=4能级的单个氢原子最多可以产生3种不同频率的光,分别是能级4到3(0.66eV)、3到2(1.89eV)、2到1(10.2eV),另外一个可以产生4到2 (2.55eV),2到1(10.2eV),或者产生4到3(0.66eV),3到1(12.09eV),所以两个处于n=4能级的氢原子最多能辐射出4种频率不同的光,其中3到2、4到2产生的光属于可见光,即最多有2种频率不同的可见光,故ABC错误,D正确。
故选:D。
(多选)(2013 百色模拟)氢原子的能级图如图所示,已知可见光光子的能量范围约为1.62eV~3.11eV,下列说法中正确的是(  )
A.一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率的可见光
B.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,产生的光具有显著的热效应
C.处于n=3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线,一定能够发生电离
D.处于n=2能级的氢原子向n=4能级跃迁时,核外电子的动能增大
【解答】解:A、一个处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,辐射光子种类数目最多为3种,故A错误;
B、氢原子从高能级向n=3能级跃迁时发出的光子能量小于1.51eV,小于可见光的频率,有可能是红外线,红外线有显著的热效应。故B正确;
C、紫外线的能量大于3.11eV,n=3能级的氢原子可以吸收紫外线后,能量大于0,所以氢原子发生电离。故C确;
D、氢原子的电子由n=2能级的氢原子向n=4能级跃迁时,轨道半径增大,原子能量增大,吸收光子。根据
知轨道半径越大,动能越小,知电子的动能减小,故D错误。
故选:BC。
(2020 湖北模拟)氢原子的能级图如图所示,若大量氢原子处于n=4能级要向低能级跃迁,则下列说法正确的是(  )
A.大量氢原子跃迁时可能发出3种不同频率的光
B.氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级时,氢原子能量减小,电子动能减小
C.用能量为0.70eV和0.80eV的两种光子同时照射大量氢原子,有可能使处于n=4能级的氢原子电离
D.从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子照射逸出功为2.25eV的金属时,产生的光电子最大初动能是0.30eV
【解答】解:A、大量的氢原子从n=4的能级向低能级跃迁时,可能发出的光子频率的种类n种,故A错误;
B、氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级时,电子运动半径减小,
根据可得动能,故电子的动能增大,故B错误;
C、处于n=4能级的氢原子的能量为﹣0.85eV,要使其电离光子的能量至少为0.85eV,能量为0.70eV和0.80eV的两种光子同时照射大量的氢原子都不能使氢原子电离,故C错误;
D、根据光电效应方程可得光电子的最大初动能 Ek=hv﹣W0=E4﹣E2﹣W0=﹣0.85eV﹣(﹣3.4eV)﹣2.25eV=0.30eV,故D正确。
故选:D。
题型3与光电效应相结合
(2024 江苏模拟)氢原子能级如图甲所示,一群处于高能级的氢原子,向低能级跃迁时发出多种可见光,分别用这些可见光照射图乙电路的阴极K,其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示,已知可见光波长范围约为400nm到760nm之间,a光的光子能量为2.86eV。则(  )
A.氢原子从n=4能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的可见光
B.当滑片P向a端移动时,光电流I将增大
C.a光照射得到的光电流最弱,所以a光光子动量最小
D.图丙中3条图线对应的遏止电压,一定有|Ub﹣Uc|≤0.97V
【解答】解:A.根据玻尔理论结合排列组合可知,氢原子从n=4能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的光,根据氢光谱的特点可知其中只有2条可见光,故A错误;
B.由图可知,当滑片P向a端移动时,施加反向电压,光电流I将减小,故B错误;
C.根据hν﹣W0=eU
可知频率越大,遏止电压越大,故a光的频率最大,根据
可知频率越大,波长越短,故a光的波长最短,根据
可知a光光子动量最大,故C错误;
D.可见光波长范围约为400nm到760nm之间,根据氢原子能级图可知氢光谱可见光只有4条,而a光的能量最大,根据玻尔理论En=E2+Ea=﹣3.4eV+2.86eV=﹣0.54eV,故a光是氢原子从n=5能级向n=2能级跃迁发出的光,b光是氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁发出的光,能量为Eb=E4﹣E2=﹣0.85eV+3.4eV=2.55eV,c光是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁发出的光,能量为Ec=E3﹣E2=﹣1.51eV+3.4eV=1.89eV,故图丙中3条图线对应的遏止电压,一定有|Ub﹣Uc|2.55V﹣1.89V=0.66eV≤0.97V,故D正确。
故选:D。
(2024 南明区校级二模)如图所示,甲是氢原子的能级图,一群处于n=7能级的氢原子能自发地跃迁到较低的能级,跃迁时向外辐射的多种频率的光照射到图乙所示光电管的阴极K,已知阴极K的逸出功为5.06eV,则(  )
A.由n=7能级直接跃迁到n=1能级时辐射的光波长最长
B.阴极K逸出光电子的最大初动能为8.26eV
C.氢原子能级理论是由卢瑟福提出的
D.辐射出的光中只有1种能使阴极K逸出光电子
【解答】解:A、根据玻尔理论,这些氢原子向外辐射的光子中,从n=7激发态跃迁到n=1激发态时产生光子的能量最大,根据E=hν知,其波长最短,故A错误;
B、从n=7激发态跃迁到基态时产生光子的能量最大,为E=E7﹣E1=﹣0.28eV﹣(﹣13.6eV)=13.32eV
光电子的最大初动能为Ekm=E﹣W0=13.32eV﹣5.06eV=8.26eV,故B正确;
C、氢原子能级理论是玻尔提出的,故C错误;
D、根据光电效应产生的条件可知,辐射出的光子的能量大于金属的逸出功8.06eV即可。根据玻尔理论hν=Em﹣En,可知从高能级跃迁到基态的6种光子的能量都大于8.06eV,而其余的光子的能量都小于8.06eV,所以能使阴极K逸出光电子的光有6种,故D错误。
故选:B。
(2024 沙市区校级模拟)图甲为氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,发出频率不同的光子,其中只有三种频率的光可使图乙中的光电管阴极K发生光电效应。现分别用其中频率相对较大的两种频率的光a、b照射该光电管阴极K,测得光电流随电压变化的关系如图丙所示,阴极K金属材料的逸出功为4.75eV。下列说法正确的是(  )
A.这些氢原子跃迁时共发出5种频率的光
B.氢原子跃迁时发出a光的频率大于b光的频率
C.用b光照射光电管阴极K时,遏止电压Ucb为8V
D.用频率越大的光照射光电管阴极K时,产生的光电流越大
【解答】解:A.大量处于第4能级的氢原子,向低能级跃迁过程中,能发出种不同频率的光,故A错误;
B.由图可知b光的遏止电压较大,由动能定理﹣eUc=0﹣Ek
由光电效应方程Ek=hν﹣W0
联立可知b光的频率大于a光的频率,故B错误;
C.图丙中的图线b所表示的光的遏止电压较大,则光电子最大初动能较大,所对应的光子能量较大,原子跃迁对应的能级差较大,即对应于从n=4到n=1的跃迁,则光子能量为Eb=E4﹣E1=(﹣0.85eV)﹣(﹣13.6eV)=12.75eV
则遏止电压为
故C正确;
D.光电流的强度与入射光的强度有关,当光越强时,单位时间内产生的光电子数目会增多,光电流才会增大,与光的频率无关,故D错误。
故选:C。
题型4α衰变、β衰变
(2024 邗江区模拟)在医疗诊断中,常用半衰期为20min的作为示踪原子,获得的核反应方程为:,的衰变方程为:,则(  )
A.Y为中子
B.衰变放出α射线
C.X比Y电离作用强
D.经40min,会全部发生衰变
【解答】解:根据电荷数守恒和质量数守恒,可得核反应方程式为:,衰变方程为:。
ABC、由核反应方程以及衰变方程可知:X为α粒子,Y为正电子。α粒子的电离能力强于正电子,故AB错误,C正确;
D、的半衰期为20min,40min为2个半衰期,故剩余的原子数目为原来的,即,故D错误。
故选:C。
(2024 湖北模拟)2023年8月24日,日本启动核污染水排海,排放的核污染水里含64种放射性元素,将对全人类和海洋生命产生长久的重大威胁。核污染水中Po发生衰变时的核反应方程为,该核反应过程中释放的能量为Q,光在真空中的传播速度为c,下列说法正确的是(  )
A.利用海水稀释可以使的半衰期缩短
B.该核反应中发生了β衰变
C.衰变后Pb与X粒子的结合能之和小于衰变前的结合能
D.该核反应过程中的质量亏损为
【解答】解:A.放射性元素的半衰期是由元素自身决定的,与外界条件无关,故A错误;
B.根据质量数和电荷数守恒可得,X的质量数是4,电荷数为2,故X是氦核,即发生了α衰变,故B错误;
C.衰变后Pb与X粒子的结合能之和大于衰变前的结合能,故C错误;
D.根据爱因斯坦的质能方程有ΔE=Δmc2,即Q=Δmc2得Δm,故D正确。
故选:D。
(2024 历下区校级模拟)2024年1月天津大学科研团队攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题,打开了石墨烯带隙,开启了石墨烯芯片制造领域“大门”。石墨烯是C的同素异形体,目前已知C的同位素共有15种,其中14C是一种放射性的元素,可衰变为14N,图中包含14C衰变相关信息,下列说法正确的是(  )
A.当环境温度变化时,14C的半衰期会发生改变
B.14C转变为14N,衰变方式为α衰变
C.32个14C原子核在经过22920年后还剩2个
D.当14N数量是14C数量的3倍时,14C衰变经历的时间为11460年
【解答】解:A.放射性元素的半衰期是由原子核自身的因素决定,与外部影响无关,故A错误;
B.根据核反应方程的书写规则,该反应为→,发生的是β衰变,故B错误;
C.半衰期是统计规律,是针对数量足够多的原子核的一个规律,32各碳原子数量太少,不符合该规律,故C错误;
D.由图中数据可知,14C的半衰期是5730年,经过11460年,没有发生衰变的数量是原总数的,发生衰变是数量是,故14N数量是14C数量的3倍,故D正确。
故选:D。
题型5半衰期的理解及应用
(2023 菏泽二模)铝26是天体物理研究中最为重要的放射性核索之一,银河系中存在大量铝26,它可以通过放射性衰变提供足够的能量,以产生具有内部分层的行星体,其衰变方程为Al→Xe以下说法正确的是(  )
A.X中的中子个数为12
B.衰变前Al的质量与衰变后X和e的总质量相等
C.10个Al原子经过一个半衰期可能还剩6个没衰变
D.Al在高温环境中的衰变会加快
【解答】解:A.核反应过程满足质量数和电荷数守恒,由此可知X的质量数为26,电荷数为12,则X中的中子个数为26﹣12=14,故A错误;
B.衰变过程存在质量亏损,所以衰变前Al的质量大于衰变后X和e的总质量相等,故B错误;
C.半衰期具有统计规律,对大量原子核适用,对少数原子核不适用,即少数原子核衰变时具有不确定性,则10个Al经过一个半衰期可能还剩6个没衰变,故C正确;
D.半衰期只由原子核内部决定,无外界环境无关,故D错误。
故选:C。
(2023 鼓楼区校级一模)中国原子能科学研究院作为我国最早研制和生产放射性同位素的单位,曾陆续研制开发出裂变钼99、氟18、碘125等多种主要医用同位素,以及锝99m发生器、碘131口服液、碘125粒子源等。其中钼99发生β衰变产生锝99m,碘125能发出γ射线,半衰期约为60天。下列说法正确的是(  )
A.医用同位素的周期越短越好
B.γ射线的穿透本领比α射线和β射线的强
C.β射线的本质是核外电子脱离原子核形成的
D.100个碘125经过120天剩下25个
【解答】解:A、医用同位素的周期与医学应用有关,并非越短越好,故A错误;
B、γ射线的穿透本领比α射线和β射线的强,故B正确;
C、β射线的本质是核内中子转化成质子释放出的电子流,故C错误;
D、半衰期具有统计学意义,对少数原子无意义,故D错误;
故选:B。
(2023 天津二模)原来静止的氡核(Rn)发生一次衰变后生成新核钋(Po),并放出一个能量为E0=0.09MeV的γ光子。下列说法正确的是(  )
A.这次衰变为β衰变
B.γ光子是氡核的核外电子从高能级向低能级跃迁时产生的
C.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经过76天后就只剩下一个氡原子核
D.钋核的比结合能大于氡核的比结合能
【解答】解:A.根据题意可得衰变方程为Rn→Po,可知这次衰变为α衰变,故A错误;
B.衰变过程产生的γ光子是从不稳定的新核中放出的,不是氡核的核外电子从高能级向低能级跃迁时产生的,故B错误;
C.半衰期是对大量原子核衰变时的一种统计规律,对单个或少数原子核的衰变没有意义,故C错误;
D.比结合能越大原子核越稳定,原子核的衰变是因为原子核不稳定,所以衰变后的新原子核比衰变前的原子核更稳定,则钋核要比氡核更稳定,即钋核的比结合能大于氡核的比结合能,故D正确。
故选:D。
题型6核反应方程及应用、核能的计算
(2024 金东区校级模拟)2023年4月13日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是(  )
A.核聚变的核反应燃料主要是铀235
B.核聚变反应过程中没有质量亏损
C.氘氚核聚变的核反应方程为
D.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能少
【解答】解:A、铀235是核裂变的反应燃料,核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核,故A错误;
B、核聚变反应过程中放出大量能量,有质量亏损,故B错误;
C、根据质量数守恒和核电荷数守恒可知,氘氚核聚变的核反应方程为
,故C正确;
D、相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多,故D错误;
故选:C。
(2024 鼓楼区校级二模)2023年6月7日,世界首台第四代核电技术钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电。钍基熔盐堆用我国储量丰富的钍Th作为燃料,并使用熔盐冷却剂,避免了核污水排放,减少了核污染。如图所示是不易裂变的Th转化为易发生裂变的U并裂变的过程示意图。下列说法正确的是(  )
A.中子轰击Th生成Th的核反应是核聚变
B.Th释放的电子是由原子核内部核反应产生的
C.Pa的比结合能大于U的比结合能
D.可以通过升温、加压的方式减小核废料的半衰期,从而减少核污染
【解答】解:A、聚变是质量数较小的核聚变生成质量数较大的核,中子轰击生成的核反应不是核聚变,故A错误;
B、释放电子的过程是β衰变,实质是原子核中一个中子转变成一个质子和一个电子,故B正确;
C、整个过程中释放能量,的比结合能小于的比结合能,故C错误;
D、放射性元素的半衰期由原子核决定,与外界的温度、压强无关,与化学状态也无关,故D错误。
故选:B。
(2024 锦江区校级模拟)2023年12月,新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”内部发生的一种核反应方程为HHHe+X,已知的比结合能为E1,H的比结合能为E2,He的比结合能为E3,光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是(  )
A.核反应方程中X为电子
B.He的比结合能小于H的比结合能
C.核反应吸收的能量为E3﹣(E1+E2)
D.核反应中的质量亏损为
【解答】解:A.根据质量数与电荷数守恒可知X的质量数A=2+3﹣4=1,电荷数z=1+1﹣2=0,所以X为,故A错误;
B.反应过程中释放大量热量,则总结合能增大,的比结合能大于的比结合能,故B错误;
CD.核反应放出的能量为ΔE=4E3﹣(2E1+3E2)
由能量守恒可得
解得
故C错误,D正确。
故选:D。中小学教育资源及组卷应用平台
专题35 原子结构与原子核
课标要求 知识要点 命题推断
1.知道两种原子结构模型,会用玻尔理论解释氢原子光谱. 2.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题. 3.掌握原子核的衰变、半衰期等知识. 4.会书写核反应方程,并能根据质能方程求解核能问题. 考点一 原子结构与α粒子散射实验 考点二 玻尔理论的理解与计算 考点三 原子核的衰变 考点四 核反应类型及核反应方程 考点五 核力与核能的计算 题型:选择题 1谱线条数的确定 2受激跃迁和电离 3与光电效应相结合 4α衰变、β衰变 5半衰期的理解及应用 6核反应方程及应用、核能的计算
考点一 原子结构与α粒子散射实验
1.α粒子散射实验的结果
绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子的偏转超过了90°,有的甚至被撞了回来,如图1所示.
2.卢瑟福的原子核式结构模型
在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外绕核旋转.
考点二 玻尔理论的理解与计算
1.定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量.
2.跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=Em-En.(h是普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s)
3.轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的.
4.氢原子的能级、能级公式
(1)氢原子的能级图(如图所示)
(2)氢原子的能级和轨道半径
①氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,其数值为E1=-13.6 eV.
②氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.53×10-10 m.
考点三 原子核的衰变
1.原子核的衰变
(1)原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.
(2)分类
α衰变:X→Y+He
β衰变:X→Y+e
2.三种射线的成分和性质
名称 构成 符号 电荷量 质量 电离 能力 贯穿 本领
α射线 氦核 He +2 e 4 u 最强 最弱
β射线 电子 e -e u 较强 较强
γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强
3.对半衰期的理解
(1)根据半衰期的概念,可总结出公式
N余=N原,m余=m原
式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量,N余、m余表示衰变后的放射性元素的原子核数和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期.
(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,与原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关.
考点四 核反应类型及核反应方程
类型 可控性 核反应方程典例
衰变 α衰变 自发 92U→90Th+He
β衰变 自发 90Th→91Pa+e
人工转变 人工控制 7N+He→8O+H(卢瑟福发现质子)
He+Be→6C+n(查德威克发现中子)
13Al+He→P+n 约里奥-居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子
P→Si+ 0+1e
重核裂变 比较容易进行人工控制 92U+n→56Ba+Kr+3n
92U+n→54Xe+Sr+10n
轻核聚变 目前无法控制 H+H→He+n
注意:
(1)核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接.
(2)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程.
(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒;遵循电荷数守恒.
考点五 核力与核能的计算
1.应用质能方程解题的流程图
书写核反应方程→计算质量亏损Δm→利用ΔE=Δmc2计算释放的核能
(1)根据ΔE=Δmc2计算,计算时Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”.
(2)根据ΔE=Δm×931.5 MeV计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量,所以计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”.
2.利用质能方程计算核能时,不能用质量数代替质量进行计算
(2024 江苏模拟)1916年密立根测量金属的遏止电压Uc(即图甲所示电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光频率ν的对应关系,实验中推导计算出普朗克常量h。图乙为某光电管发生光电效应时遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,已知光电子的电荷量为e,下列说法正确的是(  )
A.电极K的金属材料的截止频率为
B.普朗克常量
C.电极K的金属材料逸出功随入射光频率的增大而减小
D.光电子最大初动能与入射光频率成正比
(多选)(2024 白云区校级模拟)英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击厚度为微米的金箔,发现少数α粒子发生较大偏转。如图所示,甲、乙两个α粒子从较远处(规定电势为零)分别以相同的初速度轰击金箔,实线为两个α粒子在某一金原子核附近电场中的运动轨迹,两轨迹的交点为a,虚线表示以金原子核为圆心的圆,两轨迹与该圆的交点分别为b、c。忽略其他原子核及α粒子之间的作用,两粒子从较远处运动到b、c两点的过程中,下列说法正确的是(  )
A.电场力对甲、乙两个粒子做的功一定相同
B.两个α粒子经过a点时加速度一定不同
C.乙粒子在a点的电势能一定大于在c点时的电势能
D.电场力对甲粒子冲量的大小一定等于对乙粒子冲量的大小
(2023 南通模拟)如图所示,α粒子散射实验中,移动显微镜M分别在a、b、c、d四个位置观察,则(  )
A.在a处观察到的是金原子核
B.在b处观察到的是电子
C.在c处不能观察到任何粒子
D.在d处能观察到α粒子
(2024 湖北模拟)如图所示是氢原子的能级图,一群氢原子处于量子数n=7的激发态,这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态,并向外辐射多种频率的光,用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K,已知阴极K的逸出功为5.32eV,则(  )
A.阴极K逸出的光电子的最大初动能为8eV
B.这些氢原子最多向外辐射6种频率的光
C.向右移动滑片P时,电流计的示数一定增大
D.波长最短的光是原子从n=2激发态跃迁到基态时产生的
(2024 河南二模)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=4的激发态,在向低能级跃迁时放出光子,用这些光子照射逸出功为4.54eV的金属钨,下列说法正确的是(  )
A.n=4跃迁到n=1放出的光子动量最大
B.有6种频率的光子能使金属产生光电效应
C.逸出光电子的最大初动能为12.75eV
D.用0.86eV的光子照射处于n=4激发态的氢原子不能被其吸收
(2024 延边州一模)如图为氢原子能级示意图,下列说法正确的是(  )
A.一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多可以发出6种频率的光
B.当处于基态的氢原子受到动能为13.6eV的粒子轰击时,氢原子一定会电离
C.处于基态的氢原子可以吸收能量为12.1eV的光子并发生跃迁
D.处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量减小
(2024 聊城二模)如图所示,甲图为研究光电效应规律的实验装置,乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线,丙图为氢原子的能级图,表格给出了几种金属的逸出功和极限频率。下列说法正确的是(  )
几种金属的逸出功和极限频率
金属 W/eV ν/1014Hz
钠 2.29 5.33
钾 2.25 5.44
铷 2.13 5.15
A.若b光为绿光,c光不可能是紫光
B.图甲所示的电路中,滑动变阻器滑片右移时,电流表示数一定增大
C.若用能量为0.66eV的光子照射某一个处于n=3激发态的氢原子,最多可以产生6种不同频率的光
D.若用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于n=3激发态的氢原子,可以使该氢原子电离
(2024 浑南区校级模拟)2021年12月20日,我国宣布:全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功。标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程:Un→Ba+Xn,其中Ba不稳定,衰变的半衰期为T,下列说法正确的是(  )
A.反应产物X的中子数为50
B.上述核反应也称热核反应,由于质量亏损而释放出能量
C.反应产物X的比结合能比U的比结合能小
D.0.5kg的Ba原子核,经过3T后剩余的质量是开始时的
(2024 茂名一模)放射性同位素温差电池又称核电池技术比较成熟的核电池是利用Pu衰变工作的,其半衰期大约88年,衰变方程为PuU+Y,下列说法正确的是(  )
A.经过88年,核电池的质量会减小一半
B.随着电池的不断消耗,Pu的半衰期会逐渐减小
C.Pu衰变放出的射线Y是α射线,其电离能力强于γ射线
D.Pu衰变放出的射线Y是β射线,其本质上是带负电荷的电子流
(2024 江苏模拟)2023年4月12日,中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又迈出了重要的一步,以下反应中属于核聚变的是(  )
A.
B.
C.
D.
题型1谱线条数的确定
(2024 潍坊三模)如图所示为氢原子能级图,用频率为ν的单色光照射大量处于基态的氢原子,氢原子辐射出频率分别为的ν1、ν2、ν3三种光子,且ν1<ν2<ν3。用该单色光照射到某新型材料上,逸出光电子的最大初动能与频率为ν2光子的能量相等。下列说法正确的是(  )
A.ν3>ν1+ν2
B.ν=ν1+ν2+ν3
C.该单色光光子的能量为12.75ev
D.该新型材料的逸出功为1.89ev
(2024 沙坪坝区校级模拟)某种金属的逸出功为W0=2.29eV,氢原子能级图如图所示,一群处于激发态n=5的氢原子向低能级跃迁辐射的光子中,能使该金属发生光电效应的光有(  )
A.4种 B.5种 C.6种 D.10种
(2024 琼山区校级模拟)如图所示为氢原子的发射光谱和氢原子能级图,Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线及其波长,分别对应能级图中从量子数为n=3、4、5、6的能级向量子数为n=2的能级跃迁时发出的光谱线。已知可见光波长在400nm~700nm之间,下列说法正确的是(  )
A.Hα谱线对应的光是可见光中的紫光
B.四条光谱线中,Hδ谱线对应的光子能量最大
C.Hβ谱线对应的是从n=5的能级向n=2的能级跃迁时发出的光谱线
D.Hγ谱线对应的光,照射逸出功为3.20eV的金属,可使该金属发生光电效应
题型2受激跃迁和电离
(2024 泰安一模)氢原子能级分布如图所示。可见光的能量范围为1.62eV~3.11eV,两个处于n=4能级的氢原子自发跃迁到低能级的过程中(  )
A.最多能辐射出6种频率不同的光,其中最多有3种频率不同的可见光
B.最多能辐射出6种频率不同的光,其中最多有2种频率不同的可见光
C.最多能辐射出4种频率不同的光,其中最多有3种频率不同的可见光
D.最多能辐射出4种频率不同的光,其中最多有2种频率不同的可见光
(多选)(2013 百色模拟)氢原子的能级图如图所示,已知可见光光子的能量范围约为1.62eV~3.11eV,下列说法中正确的是(  )
A.一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率的可见光
B.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,产生的光具有显著的热效应
C.处于n=3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线,一定能够发生电离
D.处于n=2能级的氢原子向n=4能级跃迁时,核外电子的动能增大
(2020 湖北模拟)氢原子的能级图如图所示,若大量氢原子处于n=4能级要向低能级跃迁,则下列说法正确的是(  )
A.大量氢原子跃迁时可能发出3种不同频率的光
B.氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级时,氢原子能量减小,电子动能减小
C.用能量为0.70eV和0.80eV的两种光子同时照射大量氢原子,有可能使处于n=4能级的氢原子电离
D.从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子照射逸出功为2.25eV的金属时,产生的光电子最大初动能是0.30eV
题型3与光电效应相结合
(2024 江苏模拟)氢原子能级如图甲所示,一群处于高能级的氢原子,向低能级跃迁时发出多种可见光,分别用这些可见光照射图乙电路的阴极K,其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示,已知可见光波长范围约为400nm到760nm之间,a光的光子能量为2.86eV。则(  )
A.氢原子从n=4能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的可见光
B.当滑片P向a端移动时,光电流I将增大
C.a光照射得到的光电流最弱,所以a光光子动量最小
D.图丙中3条图线对应的遏止电压,一定有|Ub﹣Uc|≤0.97V
(2024 南明区校级二模)如图所示,甲是氢原子的能级图,一群处于n=7能级的氢原子能自发地跃迁到较低的能级,跃迁时向外辐射的多种频率的光照射到图乙所示光电管的阴极K,已知阴极K的逸出功为5.06eV,则(  )
A.由n=7能级直接跃迁到n=1能级时辐射的光波长最长
B.阴极K逸出光电子的最大初动能为8.26eV
C.氢原子能级理论是由卢瑟福提出的
D.辐射出的光中只有1种能使阴极K逸出光电子
(2024 沙市区校级模拟)图甲为氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,发出频率不同的光子,其中只有三种频率的光可使图乙中的光电管阴极K发生光电效应。现分别用其中频率相对较大的两种频率的光a、b照射该光电管阴极K,测得光电流随电压变化的关系如图丙所示,阴极K金属材料的逸出功为4.75eV。下列说法正确的是(  )
A.这些氢原子跃迁时共发出5种频率的光
B.氢原子跃迁时发出a光的频率大于b光的频率
C.用b光照射光电管阴极K时,遏止电压Ucb为8V
D.用频率越大的光照射光电管阴极K时,产生的光电流越大
题型4α衰变、β衰变
(2024 邗江区模拟)在医疗诊断中,常用半衰期为20min的作为示踪原子,获得的核反应方程为:,的衰变方程为:,则(  )
A.Y为中子
B.衰变放出α射线
C.X比Y电离作用强
D.经40min,会全部发生衰变
(2024 湖北模拟)2023年8月24日,日本启动核污染水排海,排放的核污染水里含64种放射性元素,将对全人类和海洋生命产生长久的重大威胁。核污染水中Po发生衰变时的核反应方程为,该核反应过程中释放的能量为Q,光在真空中的传播速度为c,下列说法正确的是(  )
A.利用海水稀释可以使的半衰期缩短
B.该核反应中发生了β衰变
C.衰变后Pb与X粒子的结合能之和小于衰变前的结合能
D.该核反应过程中的质量亏损为
(2024 历下区校级模拟)2024年1月天津大学科研团队攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题,打开了石墨烯带隙,开启了石墨烯芯片制造领域“大门”。石墨烯是C的同素异形体,目前已知C的同位素共有15种,其中14C是一种放射性的元素,可衰变为14N,图中包含14C衰变相关信息,下列说法正确的是(  )
A.当环境温度变化时,14C的半衰期会发生改变
B.14C转变为14N,衰变方式为α衰变
C.32个14C原子核在经过22920年后还剩2个
D.当14N数量是14C数量的3倍时,14C衰变经历的时间为11460年
题型5半衰期的理解及应用
(2023 菏泽二模)铝26是天体物理研究中最为重要的放射性核索之一,银河系中存在大量铝26,它可以通过放射性衰变提供足够的能量,以产生具有内部分层的行星体,其衰变方程为Al→Xe以下说法正确的是(  )
A.X中的中子个数为12
B.衰变前Al的质量与衰变后X和e的总质量相等
C.10个Al原子经过一个半衰期可能还剩6个没衰变
D.Al在高温环境中的衰变会加快
(2023 鼓楼区校级一模)中国原子能科学研究院作为我国最早研制和生产放射性同位素的单位,曾陆续研制开发出裂变钼99、氟18、碘125等多种主要医用同位素,以及锝99m发生器、碘131口服液、碘125粒子源等。其中钼99发生β衰变产生锝99m,碘125能发出γ射线,半衰期约为60天。下列说法正确的是(  )
A.医用同位素的周期越短越好
B.γ射线的穿透本领比α射线和β射线的强
C.β射线的本质是核外电子脱离原子核形成的
D.100个碘125经过120天剩下25个
(2023 天津二模)原来静止的氡核(Rn)发生一次衰变后生成新核钋(Po),并放出一个能量为E0=0.09MeV的γ光子。下列说法正确的是(  )
A.这次衰变为β衰变
B.γ光子是氡核的核外电子从高能级向低能级跃迁时产生的
C.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经过76天后就只剩下一个氡原子核
D.钋核的比结合能大于氡核的比结合能
题型6核反应方程及应用、核能的计算
(2024 金东区校级模拟)2023年4月13日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是(  )
A.核聚变的核反应燃料主要是铀235
B.核聚变反应过程中没有质量亏损
C.氘氚核聚变的核反应方程为
D.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能少
(2024 鼓楼区校级二模)2023年6月7日,世界首台第四代核电技术钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电。钍基熔盐堆用我国储量丰富的钍Th作为燃料,并使用熔盐冷却剂,避免了核污水排放,减少了核污染。如图所示是不易裂变的Th转化为易发生裂变的U并裂变的过程示意图。下列说法正确的是(  )
A.中子轰击Th生成Th的核反应是核聚变
B.Th释放的电子是由原子核内部核反应产生的
C.Pa的比结合能大于U的比结合能
D.可以通过升温、加压的方式减小核废料的半衰期,从而减少核污染
(2024 锦江区校级模拟)2023年12月,新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”内部发生的一种核反应方程为HHHe+X,已知的比结合能为E1,H的比结合能为E2,He的比结合能为E3,光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是(  )
A.核反应方程中X为电子
B.He的比结合能小于H的比结合能
C.核反应吸收的能量为E3﹣(E1+E2)
D.核反应中的质量亏损为
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