作业(十三) 原子结构与原子核-【假期作业】2026年高二物理暑假假期作业

[每日格言]凡事要三思，但比三思更重要的是三思 作业（十三） 原子结构与原子 1考点突破 原子的核式结构模型与原子核 知识点一 的组成 1.原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的 对比 核式结构模型 枣糕模型 原子内部是非常空旷的，正原子是充满了正 电荷集中在一个很小的核里 电荷的球体 电子均匀嵌在原 电子绕核高速旋转 子球体内 2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核 外的电子数相等，非常接近原子序数。 3.原子核的组成：原子核由质子和中子组成， 原子核的电荷数等于原子核的质子数。 4.原子核的大小：原子的半径数量级为1010m, 原子核半径的数量级为10-15m,原子核的 半径只相当于原子半径的十万分之一，体 积只相当于原子体积的1015。 ■跟踪训练 1.(多选)根据卢瑟福的原子的核式结构理论， 下列对原子结构的认识，正确的是() A.原子中绝大部分是空的，原子核很小 B.电子在核外运动，库仑力提供向心力 C.原子的全部正电荷都集中在原子核里 D.原子核的直径大约为101om 2.(2025·浙江6月卷)一束a粒子撞击一静 止的金原子核，它们的运动轨迹如图所示。 图中虚线是以金原子核为圆心的圆。已知 静电力常量k=9.0×109N·m2/C2,元电 荷e=1.6×10-19C,金原子序数为79，不 考虑α粒子间的相互作用，则 面行。 高二物理 今 月日 日 核 台 星期 历 天气 ®粒子 P①原子核 2 A.沿轨迹1运动的α粒子受到的库仑力 先做正功，后做负功 B.沿轨迹2运动的α粒子到达P时动能 为零、电势能最大 C.位于图中虚线圆周上的3个aα粒子的电 势能不相等 D.若a粒子与金原子核距离为10-14m, 则库仑力数量级为102N 知识点二玻尔原子理论的理解 1.轨道量子化 (1)轨道半径只是一些不连续的、某些分立 的数值。 (2)氢原子中电子轨道的最小半径为，= 0.053nm,其余轨道半径满足rn=nr1,式 中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取 正整数。 2.能量量子化 (1)电子在可能轨道上运动时，尽管是变速 运动，但它并不释放能量，原子是稳定的， 这样的状态称之为定态。 (2)由于原子的可能状态（定态）是不连续 的，具有的能量也是不连续的。这样的能 量值称为能级，能量最低的状态称为基态， 其他的状态叫作激发态。 3.跃迁：原子从一种定态（设能量为E)跃迁 到另一种定态（设能量为En)时，它辐射 (或吸收)一定频率的光子，光子的能量由 这两种定态的能量差决定，高能级E 发射光子加=E。一B。低能级E。 吸收光子hv=Em一En 暑假作业如果你希望成功，以恒心为良友，以经验 可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道， 不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而 是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。 玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。 ■跟踪训练 3.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁 到距核较远的轨道的过程中 () A.原子要吸收光子，电子的动能增大，原 子的电势能增大 B.原子要放出光子，电子的动能减小，原 子的电势能减小 C.原子要吸收光子，电子的动能增大，原 子的电势能减小 D.原子要吸收光子，电子的动能减小，原 子的电势能增大 4.(2025·甘肃卷)利用电子与离子的碰撞可 以研究离子的能级结构和辐射特性。He 离子相对基态的能级图（设基态能量为0） 如图所示。用电子碰撞He+离子使其从 基态激发到可能的激发态，若所用电子的 能量为50eV,则He离子辐射的光谱中， 波长最长的谱线对应的跃迁为 () n EleV 51.02 3 48.37 2 -40.81 1 0(基态) A.n=4→n=3能级 B.n=4→n=2能级 C.n=3→n=2能级 D.n=3→n=1能级 知识点三原子核 1.原子核（符号2X) 大小：很小，半径的数量级为10-15~1014m (质子：电荷量e=+1.6X1019C 原 质量m,=1.672621898×10-2”kg 组成 核 中子：电荷量为0 质量mn=1.674927471×10-27kg 同位素：质子数相同、中子数不同的原子核 参谋，以小心为兄弟，以希望为哨兵。 [每日格言] 2.衰变种类 (1)a衰变：2X→-Y+He (2)B衰变：2XzY十e (3)Y射线经常是伴随α衰变和B衰变产 生的。 3.半衰期公式：N=N(2),m=%(》, 式中N原、m。表示衰变前的原子数和质 量，N余、m会表示衰变后的尚未发生衰变 的原子数和质量，t表示衰变时间，x表示 半衰期。 4.质能方程E=mc2 (1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定 的能量相联系的。具体地说，一定质量的 物体所具有的总能量是一定的，等于光速 的平方与其质量之积，这里所说的总能量， 不是单指物体的动能、核能或其他哪一种 能量，而是物体所具有的各种能量的总和。 (2)根据质能方程，物体的总能量与其质量 成正比。物体质量增加，则总能量随之增 加；质量减少，总能量也随之减少，这时质 能方程也写作△E=△mc2。 5.核能的来源：裂变和聚变。 ■跟踪训练 5.(2024·广西卷)近期，我国科研人员首次合 成了新核素饿-160(0Os)和钨-156(15W)。 若饿-160经过1次a衰变，钨-156经过 1次β衰变（放出一个正电子），则上述两 新核素衰变后的新核有相同的( A.电荷数 B.中子数 C.质量数 D.质子数 6.（2023·全国乙卷)2022年10月，全球众 多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴， 其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远 镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。 由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟 内释放的能量量级为10sJ。假设释放的能 量来自物质质量的减少，则每秒钟平均减少 的质量量级为（光速为3×103m/s)() A.1019kg B.1024kg C.1029kg D.1034kg [每日格言]理想是人生道路上的航标灯，没有理想， 2综合训练 1.物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建 立在对事实观察的基础上。下列说法正确 的是 () A.天然放射现象说明原子核内部是有结 构的 B.电子的发现使人们认识到原子具有核 式结构 C.α粒子散射实验的重要发现是电荷是量 子化的 D.密立根油滴实验表明核外电子的轨道 是不连续的 2.(2024·信阳模拟)下列对氢原子光谱实验 规律的认识正确的是 A.因为氢原子核外只有一个电子，所以氢 原子只能产生一种波长的光 B.氢原子产生的光谱是一系列波长不连 续的谱线 C.氢原子产生的光谱是一系列亮度不连 续的谱线 D.氢原子产生的光的波长大小与氢气放 电管放电强弱有关 3.(多选)(2025·黑吉辽内蒙古卷)某理论研 究认为，Mo原子核可能发生双3衰变， 衰变方程为Mo→Ru十y9e。处于第 二激发态的ARu原子核先后辐射能量分 别为0.5908MeV和0.5395MeV的Y1、 Y2两光子后回到基态。下列说法正确 的是 ) A.A=100 B.y=2 C.Y1的频率比Y2的大 D.Y1的波长比Y2的大 4.(2024·江苏卷)在原子跃迁中，辐射如图 所示的4种光子，其中只有一种光子可使 某金属发生光电效应，是哪一种( ) 女 你的道路将是一片黑暗。 高二物理 A.λ B.λ2 C.λ3 D.入4 5.(2024·山东卷)2024年是中国航天大年， 神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分 航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。 已知9Sr衰变为9Y的半衰期约为 29年；28Pu衰变为22U的半衰期约为 87年。现用相同数目的Sr和38Pu各做 一块核电池，下列说法正确的是() A.8Sr衰变为9Y时产生a粒子 B.238Pu衰变为28U时产生B粒子 C.50年后，剩余的Sr数目大于238Pu的 数目 D.87年后，剩余的8Sr数目小于288Pu的 数目 6.(2025·河南卷)由于宇宙射线的作用，在 地球大气层产生有铍的两种放射性同位 素1Be和Be。测定不同高度大气中单位 体积内二者的原子个数比，可以研究大气 环境的变化。已知Be和Be的半衰期分 别约为53天和139万年。在大气层某高 度采集的样品中，研究人员发现Be和Be 的总原子个数经过106天后变为原来的 子，则采集时该高度的大气中Be和Be 的原子个数比约为 () A.1:4 B.1:2 C.3:4 D.1:1 7.（多选)(2025·福建卷)某核反应方程 为H+H→He+n+17.6MeV,现 真空中有两个动量大小相等、方向相反的 氘核与氚核相撞，发生该核反应，设反应释 放的能量（远大于碰前氘核和氚核的动能） 全部转化为He与。n的动能，则() 暑假作业任何的限制，都是从自己的内心开始的。忘掉失败，不过要牢记失败中的教训。 [每日格言] A.该反应有质量亏损 10.镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡 B.该反应为核裂变 核Rn,已知镭核2Ra质量为226.0254u, C.0n获得的动能约为14MeV 氡核2Rn质量为222.0163u,放出粒子 D.He获得的动能约为14MeV 的质量为4.0026u,已知1u的质量相当 8.(多选)(2024·重庆n EleV 于931.5MeV的能量。 卷)我国太阳探测科 5 -0.54 (1)写出核反应方程； 学技术试验卫星“羲 -0.85 3 -1.51 和号”在国际上首次 2 (2)求镭核衰变放出的能量； .-3.40 (3)若镭核衰变前静止，且衰变放出的能 成功实现空间太阳 H。波段光谱扫描成 量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求 -13.60 像。H。和H。分别为 放出粒子的动能。 氢原子由n=3和n=4能级向n=2能级跃 迁产生的谱线（如图），则 () A.H。的波长比H。的小 B.H。的频率比H。的小 C.Hg对应的光子能量为3.4eV D.H。对应的光子不能使氢原子从基态跃 迁到激发态 9.将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使 其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成 为自由电子，已知氢原子处于基态时，原子 的能量为E1=一13.6eV。若要使处于 n=2激发态的氢原子电离，至少要用多大 频率的电磁波照射该氢原子？ 一 50暑假作业坚强的信念能赢得强者的心，并使他 意波长大于Q的，B正确；结合选项A分析，根据题图 2可知Q的频率最大，由公式W。=y可知Q的光子能 量最大，则由能级跃迁的频率条件hv=Em一Em可知， 氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的 能级最高，C正确；对应于题图2中的M,点，P和Q的 光电流相等，则单位时间到达阳极A的光电子数目相 等，D错误。 9解析光子能量e=hw,动量p二，，且v=六，得p 三，则A:B=2:1,A照射时，光电子的最大初动能 EA=EA一W0,同理EB=eB一W0。又eA=2eB,解得 W0=EA一2EB。 答案2：1EA-2EB 10.解析设用光子能量为2.5eV的光照射时，光电子 的最大初动能为Ek,阴极材料逸出功为W。当反向 电压达到U=0.60V以后，具有最大初动能的电子达 不到阳极，因此eU=Ek,且光电效应方程Ek=hv W。,由以上二式得Es=0.6eV,W。=1.9eV。 答案(1)0.6eV(2)1.9eV 作业（十三）原子结构与原子核 [考点突破]一跟踪训练 1.ABC卢瑟福a粒子散射实验的结果否定了关于原子结 构的汤姆孙模型，提出了关于原子的核式结构学说，并估 算出原子核半径的数量级为1015m,原子半径的数量级 为10-10m,原子半径是原子核半径的十万倍，所以原子内 部是十分“空旷”的，核外带负电的电子由于受到带正电的 原子核的吸引而绕核旋转，所以A、B、C正确，D错误。 2.D沿轨迹1运动的α粒子受到的库仑力先做负功，后 做正功，A错误；沿轨迹2运动的α粒子因为做曲线运 动，则到达P时动能不为零，因距离原子核最近，则电 势能最大，B错误；位于题图中虚线圆周上各点的电势 都相等，可知虚线圆周上的3个α粒子的电势能相等， C错误；若a粒子与金原子核距离为10-14m,则根据 库仑定律可知库仑力F=k9吗=364N,即数量级为 102N,D正确。 3.D根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道 上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子才 能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故B错 误；氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子 的库仑力提供向心力，即ke。 2=m0,又Ek=2mx2, _ke2 所以E=2,。由此式可知：电子离核越远，即，越大 时，电子的动能越小，故A、C错误；即r变大时，库仑力 对核外电子做负功，因此电势能增大，D正确。 4.C根据题意可知，用能量为50eV的电子碰撞He+离 子，可使He十离子跃迁到n=3能级和n=2能级，由 △E=Em一Em=hv=h可知，波长最长的谱线对应的 跃迁为n=3→n=2能级，故选C。 5.C饿-160经过1次a衰变后产生的新核素质量数为 156,质子数为74，钨-156经过1次3+衰变后质量数为 156,质子数为73，可知两新核素衰变后的新核有相同 的质量数，故选C。 6.C根据质能方程E=mc2可知，则每秒钟平均减少的 Eo 1048 质量为△m=60060x3X107kg=1.85X1029kg, 则每秒钟平均减少的质量量级为1029kg,故选C。 [综合训练] 1.A 2.B氢原子光谱是线状光谱，是一系列波长不连续的 分立的特征谱线，并不是只含一种波的光，也不是亮度 不连续的谱线，B正确，A、C错误；氢原子光谱是氢原 子的特征谱线，只要是氢原子发出的光的光谱均相同， 与放电管的放电强弱无关，D错误。 3.ABC由核反应方程质量数和电荷数守恒可得100= A+0,42=44-y 6 们变得更坚强。 [每日格言] 解得A=100,y=2,A、B正确； 由题可得Y1光子的能量大于Y2光子的能量，光子的能 量公式e=hy,波长A=C 可得Y1的频率大于Y2的频率，Y1的波长小于Y2的波 长，C正确，D错误。 4.C根据光电效应方程可知当只有一种光子可使某金 属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能 级图可知跃迁时对应波长为入3的光子能量最大，故 选C。 质量数守恒∫8Sr→8Y十-9e→B衰变，A错； 5.D 电荷数守恒2Pu→2酷U+He→a衰变，B错； 相同时 Two Sr<T Pu →Nosr<NpuC错，D对。 6.B设采集时大气中有x个Be原子和y个19Be原子， 由于19Be的半衰期为139万年，故经过106天后19Be 原子的衰变个数可以忽略不计，Be的半衰期为53天， 故经注106天后利余数量为x·(公)》月，故可得 ()+，3 x十y 4 解得子= 故选B。 7.AC题中核反应释放能量，由爱因斯坦质能方程可 知，该反应有质量亏损，A正确；题中核反应为两个轻 核结合成质量较大的核，所以该反应为核聚变，B错 误；动量大小相等、方向相反的氘核与氚核相撞，由动 量守恒定律可知生成的氦核与中子的动量大小相等、 方向相反，设两者的动量大小为力，由能量守恒定律有 +力=17,6MeV,其中M=4m,所以中子获得的 2M 2m 动能 -=14.08MeV≈14MeV,氦核获得的动 能E2二=3.52MeV,C正确，D错误。 8.BD氢原子n=3与n=2的能级差小于n=4与n=2的 能级差，则H。与H相比，H。的波长大、频率小，故A错 误，B正确；H3对应的光子能量为E=(-0.85)eV (一3.40)eV=2.55eV,故C错误；氢原子从基态跃迁到 激发态至少需要能量E=(-3.40)eV-(-13.60)eV= 10.2eV,H对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激 发态，故D正确。 9.解析n=2时，E2=-13,6eV=-3.4ey 22 所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电 子跃迁到n=0∞的轨道，n=∞时，E。=0。 所以要使处于n=2激发态的原子电离，电离能为 △E=E∞-E2=3.4eV △E_3.4×1.6×10-19 v= h 6.63X104H≈8.21X1014Hz. 答案8.21×1014Hz 10.解析(1)核反应（衰变）方程为 28Ra→2影Rn十He。 (2)镭核衰变放出的能量为△E=(226.0254一4,0026- 222.0163)×931.5MeV=6.05MeV. (3)镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得 nRnURn一naVa=0 又根据衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能， 则△B=合m限2+合m:2,联立以上两式可得 E。=7ma2=mmX△E≈5.94MeV,则放出 1 mRm十ma 粒子的动能为5.94MeV。 答案(1)28Ra→2器Rn十He (2)6.05MeV(3)5.94MeV