四川省南充高级中学2027届高三物理一轮复习-原子物理复习

姓名： 班级：高2024级 班 南充一诊复习：原子物理练习 1.科学家发现太阳的核聚变反应区只是中心很小的一部分,由于太阳强大的引力和磁场的束缚,使太阳内部的能量可以向外持续稳定地释放,而不会像氢弹那样瞬间爆炸,这就是可控核聚变技术的由来。太阳内部核聚变反应的一种可能形式为HH→Xn,设H、、X和n的质量分别为m1、m2、m3和m4,光速为c,则正确的是(　　) A.X是He B.该核反应释放的核能为(m3+m4-m1-m2)c2 C.核反应中比结合能较小的原子核变成了比结合能较大的原子核 D.核反应中核子平均质量较小的原子核变成了核子平均质量较大的原子核 2.我国科学家通过一种功能纳米膜成功地从海水中大规模提取铀元素,这对于国家发展具有十分重要的战略意义。用中子n轰击铀核U,铀核发生裂变,其中一种典型反应是UnBaKr+n。若用mU、mn、mBa、mKr分别表示U、、Ba和Kr的质量,关于这个核反应,下列说法正确的是(　　) A.方程中Z=56,A=89 B.方程中mU=mBa+mKr+2mn C.只要用中子轰击铀核,就一定会发生链式反应 D.释放的核能为(mU-mBa-mKr)c2 3.(多选)丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难。在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下,他在1913年提出了自己的原子结构假说。如图为氢原子的电子轨道示意图,下列说法正确的是(　　) A.电子离原子核越远,原子的总能量越大,氢原子的总能量是负值 B.电子从n=3能级跃迁到n=4能级,电子的电势能增加,动能减少 C.电子从n=5能级跃迁到n=4能级,电子电势能的减少量大于动能的增加量 D.电子从n=5能级跃迁到n=4能级辐射的光子的能量比电子从n=3能级跃迁到n=4能级吸收的光子的能量大 4.如图,烟雾自动报警器的探测器中装有放射性元素镅241,其衰变方程为AmNpHe+γ。下列说法正确的是　(　　) A.γ射线是光子流,不具有能量 B.是α粒子,有很强的贯穿本领 C比Am的原子核更稳 D.冬天气温较低时,镅241的半衰期会变小 5.中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型,采用钚（)作燃料,在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀(),钚-239裂变释放出的快中子被再生区内的铀-238吸收,转变为铀-239,铀-239极不稳定,经过衰变,进一步转变为易裂变的钚-239,从而实现核燃料的“增殖”。正确的是(　　) A.铀-239转变为钚-239,经过了3次β衰变 B.铀-239发生衰变过程中,电荷数守恒,质量也守恒 C.铀-239发生衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子 D.钚（)裂变生成两个中等质量的核,钚核的比结合能大于生成的两个核的比结合能 6.硅光电池是利用光电效应原理制成的器件,正确的是(　　) A.硅光电池是把电能转化为光能的一种装置 B.逸出的光电子的最大初动能与入射光的强度有关 C.在频率一定的情况下,光照强度越强,饱和光电流越大 D.只要有光照射到硅光电池,就一定能够产生光电效应 7.黄旭华是中国核潜艇研究设计专家、核潜艇之父,2019年获国家最高科学技术奖,核潜艇以核反应堆为动力来源,如图所示,反应堆的核反应方程式为 UnBaKr+n,下列说法正确的是(　　) A.Kr有36个质子,89个中子 B.比的平均结合能小 C.核反应前、后原子核的总质量保持不变 D.镉棒插入深些会吸收更多反应生成的中子使反应减慢 8.在火星上,太阳能电池板的发电能力有限,因此科学家用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是Pu,具有天然放射性,半衰期为87.7年。发生α衰变的核反应方程为→XHe,则下列说法正确的是(　　) A.X原子核的中子数为141 BPu原子核发生α衰变后产生的新核的比结合能比Pu核的比结合能小 C.10个Pu原子核经过87.7年后一定还会剩余5个 D.Pu的半衰期是由核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系 9.下列说法中正确的是(　　) A.为了解释光电效应规律,爱因斯坦提出了光子说 B.卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子的能级结构 C.在原子核人工转变的实验中,查德威克发现了质子 D.玻尔通过对黑体辐射进行实验研究,创立了黑体辐射理论 1.【答案】C 【详解】A．根据质量数和电荷数守恒得，X应为，故A项错误； B．根据质能亏损方程得，该核反应释放的核能为，故B项错误； CD．该核反应中生成的新核核子平均质量变小，新核的比结合能变大，故C项正确，D项错误。 故选C。 2.【答案】A 【详解】A．根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，有 解得 ， 故A正确； BD．重核裂变会释放核能，伴随质量亏损，有 故BD错误； C．发生铀核裂变的条件为铀块达到临界体积，才能维持链式反应持续不断的进行下去，故C错误； 故选A。 3.【答案】BC 【详解】A．电子离原子核越远，原子的总能量越大，当规定离原子核无穷远处的电势能为零时，氢原子的总能量是负值，当没有规定零电势能的位置时，无法判断氢原子总能量的正负，A错误； B．电子从能级跃迁到能级，库仑力做负功，电子的电势能增加，动能减少，B正确； C．电子从能级跃迁到能级，库仑力做正功，电子的电势能减少，动能增加，又总能量减少，因此电子电势能的减少量大于动能的增加量，C正确； D．根据玻尔理论可知，跃迁时辐射和吸收光子的能量由前后两个能级的能级差决定，所以电子从能级跃迁到能级辐射的光子的能量小于电子从能级跃迁到能级吸收的光子的能量，D错误。 故选BC。 4.【答案】C 【详解】A．γ射线是光子，具有一定的能量，故A错误； B．是α粒子，根据α射线的特点可知，其有很强的电离本领，故B错误； C．自发的衰变过程中释放能量，原子核的比结合能增大，所以比的原子核更稳定，故C正确； D．半衰期是由放射性元素本身决定的，与外界因素无关，故D错误。 故选C。 5.【答案】C 【详解】A．铀-239转变为钚-239，质量数不变，电荷数增加，电荷增加2，则经过了2次衰变，选项A错误； B．铀-239发生衰变过程中，电荷数守恒，质量数也守恒，由于反应放出能量，则由质量亏算，选项B错误； C．铀-239发生衰变，实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子，选项C正确； D．钚（）裂变生成两个中等质量的核，反应放出核能，生成的新核更加稳定，则钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能，选项D错误。 故选C。 6.【答案】C 【详解】A．硅光电池是利用光电效应将光能转化为电能的一种装置，故A错误； B．光电子的最大初动能与入射光的频率有关，随着入射光的频率增大而增大，与入射光的强度无关，故B错误； C．光照强度越强，逸出的光电子越多，饱和光电流越大，故C正确； D．只有当入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应，故D错误。 故选C。 7.【答案】D 【详解】A．Kr有36个质子，中子个数为 A错误； B．中等质量核的平均结合能比重核大，所以比的平均结合能大，B错误； C．重核裂变要放出能量，核反应前、后原子核的总质量减少，C错误； D．镉棒插入深些会吸收更多反应生成的中子使反应减慢，D正确。 故选D。 8.【答案】D 【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可知，原子核的中子数为 故A错误； B．原子核发生衰变后产生的新核更稳定，所以新核的比结合能比核的比结合能大，故B错误； C．半衰期是针对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，故C错误； D．半衰期是由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部的物理条件没有关系，故D正确。 故选D。 9.【答案】A 【详解】A．为了解释光电效应，爱因斯坦在黑体辐射能量量子化基础上，提出了光子说，A正确； B．卢瑟福依据粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构，B错误； C．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过原子核人工转变实验发现了中子，C错误； D．德国物理学家维恩在1896年、英国物理学家瑞利在1900年，分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。他们提出的公式都只能解释一部分实验现象。维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离较大；瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符。为了得出同全部实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家普朗克做了多种尝试。普朗克最终在1900年底发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，D错误。 故选A。 第 32 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 姓名： 班级：高2024级 班 南充一诊复习：原子物理 1、光电效应及规律。光电效应现象:在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，逸出的电子叫光电子。光电效应规律:(1)每种金属都有一个极限频率(截止频率)，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应。(2)光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大,与入射光的强度无关。(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的，不存在能量积累过程。（4）同种颜色的光的光电效应的饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。当入射光的强度一定时，频率越高的光的光子数越少，光电效应的饱和光电流的大小随频率越高饱和光电流越小。 2、对规律的理解：每种金属都有一定的逸出功w0=hv0，入射光子的能量hv≥ w0才能射出，则光子频率必须v≥v0(极限频率),与光强无关。光电子的最大初动能Ek=hv-w0,同种材料w0是一定的，故光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大,与光强无关。光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程。 3、饱和光电流:光电流随着所加正向电压增大而增加，趋于一个饱和值而不变。在入射光的频率不变时，光越强，饱和光电流越大，与所加电压大小无关.光电管加正向电压时，研究光强与光电流的关系(1)光强一定时:电压大→到达阳极的电子数多→光电流大→达到饱和电流不变.(2)电压一定时:入射光强大→光子数多→产生的光电子多→光电流大。 反向遏止电压Uc：使光电流减小到零的反向电压，即Uce= Ek(Ek光电子的最大初动能).遏止电压与光强无关,只随入射光的频率增大而增大。 4、光电管加反向电压时，研究遏止电压和光电子最大初动能的关系，光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大→反向遏止电压大。反向遏止电压与光强无关。 5、光电效应方程:光子说:在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子,光子的能量ε=hv。逸出功W0:电子克服原子核的引力脱离金属所需做功的最小值.最大初动能Ek:从金属表面逸出的光电子所具有的动能的最大值. 6、爱因斯坦光电效应方程:Ek=hv-W0 ；最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc 逸出功与极限频率的关系:W0=hvo 。 7、光的波粒二象性与物质波.波动性:光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性.粒子性:光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性.波粒二象性:光既具有波动性，又具有粒子性,称为光的波粒二象性.物质波:实物粒子也具有波动性，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应,其波长λ=h/p,P 为运动物体的动量,h为普朗克常量. 8、光既有波动性，又有粒子性，两者是有机的统一体，其表现规律为:1.从数量上看;个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果往往表现为波动性.2.从频率上看，频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象.3.从传播与作用上看，光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现为粒子性。 9、原子的核式结构： (1)α粒子散射实验：英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来，如图所示。 (2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。 汤姆孙：发现电子。卢瑟福：发现质子。查德威克：发现中子。 原子核：数量级10-15m；原子：数量级10-10m，非常空旷。 10、玻尔理论的三条假设（轨道量子化、能量量子化、能级跃迁） (1)定态假设：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)跃迁假设：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。 (3)轨道假设：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。 氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级：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，…)，其中基态能量E1最低，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。 11、氢原子能级图的特点：量子数n越大，能量值越大（绝对值越小）相邻的能级差越小。 谱线条数(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1). (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为。 原子吸收能量的两种情况(1)光照激发:能量等于能级差的光子可被吸收，能量大于电离能的光子可被吸收，其他光子不能被吸收。 (2)实物粒子激发:只要粒子能量大于或等于能级差即可被吸收.（可以部分吸收） 12、电子的动能，原子核外电子绕核做圆周运动，满足。轨道半径r越大，电子的动能越小。 电子电势能，轨道半径增大时，电子克服库仑力做功，电势能增大。 原子的能量，根据能级公式,轨道半径越大，原子总能量越大. 类比核外电子的运动与天体的圆周运动类似，动能、势能、总能量的变化规律相同。 13、原子核由质子和中子组成，统称为核子；核电荷数(Z)=质子数=核外电子数=原子序数;质量数(A)=核子数=质子数+中子数;具有相同质子数、不同中子数的原子互称同位素. 贝克勒尔发现天然放射现象；说明原子核内部具有复杂的结构。三种射线a射线，β射线，r射线。 a射线高速氦核流，电离作用很强，贯穿很弱，用纸能挡住。β射线，高速电子流，电离作用较弱，贯穿较强，能穿透几毫米铝板。r射线，光子流，电离作用很弱，贯穿最强，能穿透几厘米铅板。 14、衰变自发产生：a衰变:X→Y＋He；β衰变：X→Y＋e（一个中子转变为一个质子和一个电子）。r衰变:a衰变或β衰变同时伴随r射线辐射。 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。表示衰变快慢，是对大量原子核的统计规律，对少数原子核无意义。半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。m余为剩余未发生衰变的质量;m为原有质量;t为衰变时间,T为半衰期。 15、衰变次数的计算，从计算a衰变（质量数变化）开始。 16、人工核转变：用a粒子或中子轰击。N＋He→O＋H(卢瑟福发现质子)He＋Be→C＋n(查德威克发现中子)重核裂变：U＋n→Ba＋Kr＋3n（核反应堆，原子弹）轻核聚变：H＋H→He＋n（氢弹，人造小太阳，人工难控制） 常见粒子的符号:质子( )、中子( )、a粒子( )β粒子( )、正电子( )、氘核（ ）、氚核( )，用“→”表示反应方向，不能用等号；核反应方程要遵循质量数守恒和电荷数守恒。 17、核力:相邻核子间的吸引力，核力是短程强引力，每个核子只跟邻近的核子发生核力作用. 结合能:核子结合成原子核时放出的能量。原子核的核子数越多，结合能越高。 比结合能:原子核的结合能与核子数之比，即平均结合能.比结合能越大,原子核越稳定。中等质量原子核的比结合能最大，平均每个核子的质量最小；当重核分裂成中等核、或轻核结合成中等核时，核子的比结合能都增加，发生质量亏损并释放出核能。 18、爱因斯坦质能方程E=mc2.理解：(1)E=mc2的含义:物体的总能量和它的质量成正比关系。 (2)∆E=∆mc2的含义:释放的核能与质量亏损成正比关系，但不是转化关系。 (3)对质量亏损的理解:“质量亏损”但质量数守恒，原因是每个核子的质量减小了，但核子数不变。“质量亏损”并不是质量消失，而是由静止的质量变成运动的质量。 核能的计算方法：(1)根据∆E=∆mc2计算:计算时∆m的单位是“kg" ,C的单位是“m/s"，∆E的单位是“J”。(2)根据∆E=∆m×931.5 MeV计算，1原子质量单位“u”相当于931.5 MeV的能量，计算时∆m的单位是“u",∆E的单位是“MeV"。 获取核能的途径:重核裂变:重核分裂成中等质量的核的反应过程。 链式反应:由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程. 反应条件:裂变物质的体积大于临界体积. 轻核聚变:两个轻核结合成质量较大的核的反应过程. 反应条件:使核发生聚变需要几百万度以上的高温因此又叫热核反应。 ( 第 32 页 共 5 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 $