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α粒子散射实验装置及结论] 如图是卢瑟福的α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α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．α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α粒子发生大角度偏转
解析：选A 卢瑟福根据α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α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α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n＝5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n＝1能级跃迁时释放的光子，则( )
A．10种光子中波长最短的是从n＝5激发态跃迁到基态时产生的 B．10种光子中有4种属于莱曼系
C．使n＝5能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量
D．从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量等于从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量
解析：选AB n＝5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n＝5、4、3、2激发态跃迁到n＝1时发出的4种光子属于莱曼系，故B正确；由题图知，n＝5能级的电离能为0.54 eV，所以C错误；从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量大于从n＝3能级跃迁到n＝2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n＝3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 eV C．发出的光子最大能量是12.75 eV
D．由n＝3能级跃迁到n＝1能级时发出的光子频率最高
解析：选AD 一群处于n＝3激发态的氢原子，可能发出C3＝3种不同频率的光子，故A正确；由n＝3能级向n＝2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n＝3能级向n＝1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E1＝－13.6 eV，当处于激发态时，能量为En＝2(普朗克常量h＝6.63×10
－34
2
E1
n J·s，真空中光速c＝3.0×10 m/s)。
8
(1)若有大量的氢原子处于n＝4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n＝3的激发态跃迁到n＝1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n＝4的激发态，则在跃迁过程中可能释放出C4＝6种频
2
率的光子。
(2)由跃迁方程得hν＝E3－E1 又有c＝λν，E3＝2，
3
联立解得向外辐射光子的波长是λ＝1.03×10 m。
(3)要使处于基态的氢原子电离，入射光子必须满足hν≥0－E1
－19
E1－13.6×1.6×1015
代入数据解得ν＝－＝－ Hz≈3.28×10 Hz。 －34
h6.63×10
－7
E1
答案：(1)6种 (2)1.03×10 m (3)3.28×10 Hz
考点二 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，α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 α射线、β射线、 γ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．α射线的穿透能力最弱，容易被物体吸收 B．β射线在真空中的运动速度是光速
C．γ射线本质上是波长极短的电磁波，电离能力极强 D．β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α射线，电离作用强，容易被物体吸收，故A正确；β射线的速度约是光速的十分之九，故B错误；γ射线是一种波长很短的电磁波，电离能力
原子核的衰变 半衰期 －715
极弱，故C错误；β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α、β衰变次数的计算]
在一个 92U原子核衰变为一个 82Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为( ) A．6次 C．22次
238
238
206
206
B．10次 D．32次
解析：选A 一个 92U原子核衰变为一个 82Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝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1∶4 D．被测定的岩石在90亿年后铀、铅粒子比例约为1∶3
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1
＝，即铀、铅粒子数之比为1∶3，故C错误，D正确。 3
考点三 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.1H＋1H→2He＋0n是核聚变反应 B.1H＋1H→2He＋0n是α衰变 C.34Se→36Kr＋2－1e是核裂变反应 D. 92U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋20n是β衰变
解析：选A 1H＋1H→2He＋0n，属于核聚变反应，A正确，B错误；34Se→36Kr＋2－1e是β衰变，C错误； 92U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋20n是核裂变反应，D错误。
11．[考查核反应方程]
(2019·江苏高考)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击28Ni核也打出了质子：2He＋28Ni→29Cu＋1H＋X，该反应中的X是________(选填“电
60
4
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1
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4
1
1N＝，可得：N＋N14N1
N核反应方程与核能计算