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原子与原子核 氢原子光谱
考纲解读 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.把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.把握原子核的衰变、半衰期等学问.4.会书写核反应方程，并能依据质能方程求解核能问题．
1． 下列说法正确的是 ( )
A．汤姆孙首先发觉了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型
B．卢瑟福做α粒子散射试验时发觉绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转
C．α粒子散射试验说明白原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
D．卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并解释了α粒子发生大角度偏转的缘由
答案 BCD
2． 对于原子光谱，下列说法正确的是 ( )
A．原子光谱是不连续的
B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素
答案 ACD
解析 原子光谱为线状谱，选项A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故选项B错误，选项C正确；依据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质的组成，选项D正确．
3． 依据玻尔理论，下列说法正确的是 ( )
A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波
B．处于定态的原子，其电子绕核运动，但它并不向外辐射能量
C．原子内电子的可能轨道是不连续的
D．原子能级跃迁时，辐射或吸取光子的能量取决于两个轨道的能量差
答案 BCD
解析 依据玻尔理论，电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量，也不会向外辐射电磁波，故A错误，B正确．玻尔理论中的其次条假设，就是电子绕核运动可能的轨道半径是量子化的，不连续的，C正确．原子在发生能级跃迁时，要放出或吸取确定频率的光子，光子能量取决于两个能级之差，故D正确．
4．下列说法正确的是( )
A．原子核在衰变时能够放出α射线或β射线
B.Th经过一系列α和β衰变，成为Pb，铅核比钍核少12个中子
C．原子核的半衰期与物质的质量有关，质量大，半衰期长
D．对物质加热或加压可以缩短原子核的半衰期
答案 A
考点梳理
一、原子的核式结构
1. α粒子散射试验的结果
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． 图1
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，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转．
3． 原子核的尺度：原子核直径的数量级为10－15 m，原子直径的数量级约为10－10 m.
二、玻尔理论
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，它辐射或吸取确定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差打算，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2所示)
图2
(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.
三、自然 放射现象、原子核的组成
1． 自然 放射现象
(1)自然 放射现象
元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发觉．自然 放射现象的发觉，说明原子核还具有简洁的结构．
(2)放射性和放射性元素
物质放射某种看不见的射线的性质叫放射性．
具有放射性的元素叫放射性元素．
2． 原子核
(1)原子核的组成
①原子核由中子和质子组成，质子和中子统称为核子．
②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝中子数＋质子数．
③X元素原子核的符号为X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．
(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，由于在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．
3． 三种射线的比较
种类
α射线
β射线
γ射线
组成
高速氦核流
高速电子流
光子流(高频
电磁波)
带电荷量
2e
－e
0
质量
4mp
(mp＝1.67×
10－27 kg)
静止质量为零
符号
He
e
γ
速度
0.1c
0.99c
c
在电磁
场中
偏转
与α射线
反向偏转
不偏转
贯穿本事
最弱，用
纸能拦住
较强，穿透几
毫米的铝板
最强，穿透几
厘米的铅板
对空气的
电离作用
很强
较弱
很弱
四、原子核的衰变和半衰期
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． 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素打算，跟原子所处的物理或化学状态无关．
5． 已知Ra，Rn，He的原子质量分别是226.025 4 u，222.017 5 u，
4.002 6 u．求出Ra在α衰变Ra→Rn＋He中放出的能量(以电子伏特为单位)．
答案 4.937 0×106 eV
解析 衰变后的质量亏损为Δm＝(226.025 4－222.017 5－4.002 6) u＝0.005 3 u．由于1 u相当于931.5 MeV，因此释放的能量为
ΔE＝0.005 3×931.5 MeV≈4.937 0 MeV＝4.937 0×106 eV.
6． 铀核裂变的很多可能的核反应中的一个是U＋n→Ba＋Kr＋3n.试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量．(U，Ba，Kr，n的质量分别为235.043 9 u，140.913 9 u,91.897 3 u,1.008 7 u．)
答案 200.6 MeV
解析 裂变反应的质量亏损为
Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u.
一个铀235原子核裂变后释放的能量为
ΔE＝Δmc2＝0.215 3×931.5 MeV＝200.6 MeV.
方法提炼
1． 核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸取的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．
2． 质能方程、质量亏损
爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必定比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.
考点一 氢原子能级及能级跃迁
对原子跃迁条件的理解
(1)原子从低能级向高能级跃迁，吸取确定能量的光子．只有当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸取，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸取．
(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．
特殊提示 原子的总能量En＝Ekn＋Epn，由＝m得Ekn＝，因此，Ekn随r的增大而减小，又En随n的增大而增大，故Epn随n的增大而增大，电势能的变化也可以从电场力做功的角度进行推断，当r减小时，电场力做正功，电势能减小，反之，电势能增大．
例1 如图3所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4
的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是 ( )
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最简洁表现出衍射现象 图3
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
解析 这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C＝＝6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不简洁表现出衍射现象，选项C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV，所以能使金属铂发生光电效应，选项D正确．
答案 D
1.一个原子和一群原子的区分：一个氢原子只 有一个电子，在某个
时刻电子只能在某一个可能的轨道上，当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上时，可能状况有多种C＝，但产生的跃迁只有一种．而假如是大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会毁灭全部的可能状况．
2．入射光子和入射电子的区分：若是在光子的激发下引起原子跃迁，则要求光子的能量必需等于原子的某两个能级差；若是在电子的碰撞下引起的跃迁，则要求电子的能量必需大于或等于原子的某两个能级差．两种状况有所区分．
突破训练1 某光电管的阴极为金属钾制成的，它的逸出功为
2.21 eV，如图4是氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光照射到该光电管的阴极上，这束光中能使金属钾发生光电效应的光谱线条数是 ( )
A．2条 B．4条
C．5条 D．6条
答案 B
考点二 原子核和原子核的衰变 图4
1． 衰变规律及实质
(1)两种衰变的比较
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
X→Y＋He
X→ AZ＋1Y＋e
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一个整体射出
中子转化为质子和电子
2H＋2n→He
n→H＋e
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒
(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．
2． 原子核的人工转变
用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．
典型核反应：
(1)卢瑟福发觉质子的核反应方程为：7N＋He→8O＋H.
(2)查德威克发觉中子的核反应方程为：
Be＋He→6C＋n.
(3)居里夫妇发觉放射性同位素和正电子的核反应方程为：
Al＋He→P＋n.
P→Si＋e.
3． 确定衰变次数的方法
(1)设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该核反应的方程为
X→Y＋nHe＋me
依据电荷数守恒和质量数守恒可列方程
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m
(2)确定衰变次数，由于β衰变对质量数无影响，先由质量数的转变确定α衰变的次数，然后再依据衰变规律确定β衰变的次数．
4． 半衰期
(1)公式：N余＝N原()t/τ，m余＝m原()t/τ
式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，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打算的，跟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．
例2 (2011·海南·19(1))2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严峻的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有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的衰变过程，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―→56Ba＋n B．X2―→54Xe＋e
C．X3―→56Ba＋e D．X4―→54Xe＋p
解析 依据核反应方程的质量数、电荷数守恒知，131I的衰变为选项B,137Cs的衰变为选项C,131I的中子数为131－53＝78,137Cs的中子数为137－55＝82.
答案 B C 78 82
例3 关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有 ( )
A．是原子核质量削减一半所需的时间
B．是原子核有半数发生衰变所需的时间
C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减小放射性元素的半衰期
D．可以用来测定地质年月、生物年月等
解析 原子核衰变后变成新核，新核与未衰变的核在一起，故半衰期并不是原子核的数量、质量削减一半，A错，B对；衰变快慢由原子核内部因素打算，与原子所处的物理状态或化学状态无关，常用其测定地质年月、生物年月等，故C错，D对．
答案 BD
突破训练2 由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界始终未被发觉，只是在使用人工的方法制造后才被发觉．已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列推断中正确的是 ( )
A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
B.Bi的原子核比Np的原子核少18个中子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
答案 BC
解析 Bi的中子数为209－83＝126，Np的中子数为237－93＝144，Bi的原子核比Np的原子核少18个中子，A错，B对；衰变过程中共发生了α衰变的次数为＝7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)＝4次，C对，D错．
考点三 核反应类型及核反应方程的书写
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
人工把握
7N＋He→8O＋H
(卢瑟福发觉质子)
He＋Be→6C＋n
(查德威克发觉中子)
Al＋He→P＋n
约里奥·居里夫妇发觉放射性同位素，同时发觉正电子
P→Si＋e
重核裂变
比较简洁进行人工把握
92U＋n→56Ba＋Kr＋3n
92U＋n→54Xe＋Sr＋10n
轻核聚变
除氢弹外无法把握
H＋H→He＋n
例4 (1)现有三个核反应方程：
①Na→Mg＋ 0－1e；
②92U＋n→56Ba＋Kr＋3n；
③H＋H→He＋n.
下列说法正确的是 ( )
A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变
B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变
D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变
(2)现有四个核反应：
A.H＋H→He＋n
B.U＋n→X＋Kr＋3n
C.Na→Mg＋e
D.He＋Be→C＋n
①________是发觉中子的核反应方程，________是争辩原子弹的基本核反应方程，________是争辩氢弹的基本核反应方程．
②求B中X的质量数和中子数．
解析 (1)Na→Mg＋e中Na核释放出β粒子，为β衰变，U＋n→Ba＋Kr＋3n为铀核在被中子轰击后，分裂成两个中等质量的核，为裂变．而H＋H→He＋n为聚变，故C正确．
(2)①人工转变核反应方程的特点：箭头的左边是氦核与常见元素的原子核，箭头的右边也是常见元素的原子核．D是查德威克发觉中子的核反应方程，B是裂变反应，是争辩原子弹的基本核反应方程，A是聚变反应，是争辩氢弹的基本核反应方程．
②由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88.
答案 (1)C (2)①D B A ②144 88
突破训练3 三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(He)，则下面说法正确的是 ( )
A．X核比Z核多一个质子
B．X核比Z核少一个中子
C．X核的质量数比Z核的质量数大3
D．X核与Z核的总电荷数是Y核电荷数的2倍
答案 CD
解析 设原子核X的符号为X，则原子核Y为Y，X→e＋Y，H＋Y→He＋Z，故原子核Z为Z.
考点四 关于核能的计算
1.应用质能方程解题的流程图
（1）依据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）依据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．
例5 裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核92U为燃料的反应堆中，当92U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：
92U ＋ n→ 54Xe ＋ Sr＋ 3n
235．043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4
反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位u为单位)．已知
1 u的质量对应的能量为9.3×102 MeV，此裂变反应释放出的能量是______ MeV.
解析 裂变前后的质量亏损是
Δm＝(235.043 9＋1.008 7－138.917 8－93.915 4－3×1.008 7) u＝0.193 3 u.
亏损质量转化为能量ΔE＝Δmc2＝0.193 3×9.3×102 MeV＝1.8×102 MeV.
答案 1.8×102
突破训练4 已知氦原子的质量为MHe u，电子的质量为me u，质子的质量为mp u，中子的质量为mn u，u为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知：1 u对应于931.5 MeV的能量，若取光速c＝3×108 m/s，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为 ( )
A．×931.5 MeV
B．×931.5 MeV
C．·c2 J
D．·c2 J
答案 B
解析 核反应方程为2H＋2n→He，质量亏损Δm＝2(mp＋mn)－(MHe－2me)＝2(mp＋mn＋me)－MHe，所以释放的能量为ΔE＝Δm×931.5 MeV＝×931.5 MeV，选项B正确.
高考题组
1． (2022·重庆理综·19)以下是物理学史上3个出名的核反应方程
x＋Li→2y y＋N→x＋O
y＋Be→z＋C
x、y和z是3种不同的粒子，其中z是 ( )
A．α粒子 B．质子 C．中子 D．电子
答案 C
解析 其次、三个核反应分别是发觉质子和中子的核反应方程，依据核反应方程的质量数和电荷数守恒可得，x、y、z分别是H、He、n，C正确．
2． (2022·广东理综·18)能源是社会进展的基础，进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 β衰变时释放出电子(e)，α衰变时释放出氦原子核(He)，可知B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应，A正确；选项C中一个U235原子核吸取一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是典型的核裂变反应，C正确．
3． (2022·四川理综·17)如图5所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子 ( )
图5
A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长
B．从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出电磁波的速度大
C．处于不同能级时，核外电子在各处毁灭的概率是一样的
D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核确定向外放出能量
答案 A
解析 由于E4－E3＝0.66 eV<E3－E2＝1.89 eV，依据c＝λν和hν＝Em－En得，从n＝4 能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长，选项A
正确；电磁波在真空中的传播速度都相等，与光子的频率无关，选项B错误；氢原子的核外电子处于不同能级时在各处毁灭的概率是不同的，能级越低，在靠近原子核较近的地方毁灭概率越大，选项C错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，是氢原子核外的电子从高能级跃迁到低能级时向外放出的能量，选项D错误．
模拟题组
4. U是一种放射性元素，其能发生一系列放射性衰变，衰变过程如
图6所示．请写出①、②两过程的衰变方程：
①________________________________________________________； 图6
②________________________________________________________________________.
答案 ①Bi→Po＋e ②Bi→Tl＋He
5． 下列核反应方程及其表述完全正确的是 ( )
A.He＋H→He＋H是聚变反应
B.U→Th＋He是人工转变
C.U＋n→Kr＋Ba＋3n是裂变反应
D.Na→Mg＋e是裂变反应
答案 AC
解析 在核反应过程中，反应前后核电荷数和质量数分别守恒，选项B中的核反应是α衰变；选项D中的核反应是人工转变，选项B、D错误，选项A、C正确．
6． 已知金属钙的逸出功为2.7 eV，氢原子的能级图如图7所示，一群氢原子处于量子数n＝4能级状态，则 ( )
图7
A．氢原子可能辐射6种频率的光子
B．氢原子可能辐射5种频率的光子
C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
答案 AC
解析 从n＝4能级跃迁可能产生的光子为6种，选项A正确．若产生光电效应，则光子的能量需要大于2.7 eV，此时只有第4能级跃迁到第1能级、第3能级跃迁到第1能级、第2能级跃迁到第1能级3种频率的光子，选项C正确．
(限时：30分钟)
►题组1 原子的核式结构模型
1. 如图1所示为卢瑟福做α粒子散射试验装置的示意图，荧光
屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下述对观看到的现象的说法中正确的是 ( )
A．放在A位置时，相同时间内观看到屏上的闪光次数最多
B．放在B位置时，相同时间内观看到屏上的闪光次数只比 图1
A位置时稍少些
C．放在C、D位置时，屏上观看不到闪光
D．放在D位置时，屏上仍能观看到一些闪光，但次数极少
答案 AD
解析 α粒子散射试验的结果是，绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大偏转，极少数α粒子被反弹回来．因此，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，在相同时间内观看到屏上的闪光次数分别为绝大多数、少数、少数、极少数，故A、D正确．
2． 卢瑟福通过α粒子散射试验，推断出原子中心有一个很小的
核，并由此提出了原子的核式结构模型．如图2所示的平面示意图中①、③两条线表示α粒子运动的轨迹，则沿②所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹是 ( )
A．轨迹a B．轨迹b C．轨迹c D．轨迹d 图2
答案 A
解析 α粒子带正电，因此α粒子靠近核时，与核间有斥力，沿方向②的α粒子比沿方向①的α粒子离核近，与核的作用强，因此α粒子沿方向②进入后与核作用向外侧散射的偏转角应当比沿①的大，故A正确．
►题组2 玻尔理论与氢原子跃迁
3． 下列说法中正确的是 ( )
A．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，电子动能增加，原子势能削减
B．原子核的衰变是原子核在其他粒子的轰击下而发生的
C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子而产生的
D．放射性元素的半衰期随温度和压强的变化而变化
答案 AC
解析 原子核的衰变是自发进行的，选项B错误；半衰期是放射性元素的固有特性，不 会随外部因素而转变，选项D错误．
4． 可见光光子的能量在1.61 eV～3.10 eV范围内．若氢原子从高能级跃迁到低能级，依据氢原子能级图(如图3所示)可推断 ( )
图3
A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出可见光
B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出可见光
C．从n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出可见光
D．从n＝4能级跃迁到n＝1能级时发出可见光
答案 B
解析 四个选项中，只有B选项的能级差在1.61 eV～3.10 eV范围内，故B选项正确．
5． (2010·重庆理综·19)氢原子部分能级的示意图如图4所示．不同色光的光子能量如下表所示.
色光
红
橙
黄
绿
蓝靛
紫
光子能量
范围(eV)
1.61～
2．00
2.00～
2．07
2.07～
2．14
2.14～
2．53
2.53～
2．76
2.76～
3．10
图4
处于某激发态的氢原子，放射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为( )
A．红、蓝－靛 B．黄、绿
C．红、紫 D．蓝－靛、紫
答案 A
解析 原子发光时放出的光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序．结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 eV和2.55 eV的光子属于可见光，分别属于红光和蓝－靛光的范围，故答案为A.
►题组3 原子核的衰变、人工核反应
6． 在下列4个核反应方程中，X表示α粒子的是 ( )
A.P→Si＋X
B.U→Th＋X
C.Al＋X→Mg＋H
D.Al＋X→P＋n
答案 BD
解析 依据质量数守恒和电荷数守恒可知，四个选项中的X分别代表：e、He、n、He，选项B、D正确．
7． 如图5甲是α、β、γ三种射线穿透力气的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查利用的是 ( )
图5
A．α射线 B．β射线
C．γ射线 D．三种射线都可以
答案 C
解析 由题意可知，工业上需用射线检查金属内部的伤痕，由题图甲可知，三种射线中γ射线穿透力最强，而α射线、β射线都不能穿透金属，所以答案为C.
8． 一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m，铀发生一系列衰变，最终生成物为铅．已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的是 ( )
A．经过2个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀
B．经过2个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有发生了衰变
C．经过3个半衰期后，其中铀元素的质量还剩
D．经过1个半衰期后该矿石的质量剩下
答案 C
解析 经过2个半衰期后矿石中剩余的铀元素应当有，经过3个半衰期后矿石中剩余的铀元素还有.由于衰变产物大部分照旧留在矿石中，所以矿石质量没有太大的转变．
9． (2022·大纲全国·15)U经过m次α衰变和n次β衰变，变成Pb，则 ( )
A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4
C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18
答案 B
解析 衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒．先写出核反应方程：U→Pb＋mHe＋ne
依据质量数守恒和电荷数守恒列出方程
235＝207＋4m
92＝82＋2m－n
解得m＝7，n＝4，故选项B正确，选项A、C、D错误．
►题组4 关于核能的计算问题
10．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.下列说法中正确的是 ( )
A．方程中的X表示中子(n)
B．方程中的X表示电子(e)
C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2
D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2
答案 D
解析 由质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为e，A、B错；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．
11．2010年上海世博会太阳能应用技术引领了世界．太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽车、太阳能动态景观……科学争辩发觉太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核(H)转化成一个氦核(He)和两个正电子(e)并放出能量．已知质子质量mp＝1.007 3 u，α粒子的质量mα＝4.001 5 u，电子的质量me＝0.000 5 u，1 u的质量相当于931.5 MeV的能量．
(1)写出该热核反应方程；
(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV的能量？(结果保留四位有效数字)
答案 (1)4H→He＋2e (2)24.87 MeV
解析 (1)4H→He＋2e
(2)Δm＝4mp－mα－2me＝4×1.007 3 u－4.001 5 u－2×0.000 5 u＝0.026 7 u
ΔE＝Δmc2＝0.026 7×931.5 MeV＝24.87 MeV.
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