《（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第12章 動量守恒定律 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第3講 原子結(jié)構(gòu) 原子核學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第12章 動量守恒定律 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第3講 原子結(jié)構(gòu) 原子核學(xué)案（20頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第3講　原子結(jié)構(gòu)　原子核 知識排查 原子結(jié)構(gòu) 1.電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。 2.美國物理學(xué)家密立根測出了電子的電荷量。 3.湯姆孫原子模型 湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。 4.α粒子散射實驗 （1）實驗裝置：α粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏。 （2）實驗現(xiàn)象 ①絕大多數(shù)的α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)； ②少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)； ③極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角度大于90°，甚至有極個別α粒子幾乎被“撞了回來”。 （3）實驗意義：盧瑟福通過α粒子散射實驗，否定了湯姆

2、孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型。 5.核式結(jié)構(gòu)模型 1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運(yùn)動。 6.原子核的電荷與尺度 氫原子光譜 1.光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。 2.光譜分類 3.氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式＝R，(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。 4.光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)

3、現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。 5.理爾理論 (1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量。 (2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。 原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素 1.原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核

4、的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。 2.天然放射現(xiàn)象 元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。 3.放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù) (1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。 (2)應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、做示蹤原子等。 (3)防護(hù)：防止放射性對人體組織的傷害。 4.原子核的衰變 (1)衰變：原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。 (2)分類 α衰變：X→Y＋He　如：U→Th＋He； β衰變：X→Y＋e　如：Th→Pa＋e； (3)半衰期：放射性元素的原

5、子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。 核力和核能 1.核力 原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。 2.核能 (1)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應(yīng)的能量ΔE＝Δmc2。 (2)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2。 裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆 核反應(yīng)方程 1.重核裂變 (1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。 (2)典型的裂變反應(yīng)方程： U＋n→Kr＋Ba＋3n。 (3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反

6、應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程。 (4)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。 (5)裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。 (6)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)層。 2.輕核聚變 (1)定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。 (2)典型的聚變反應(yīng)方程： H＋H→He＋n＋17.6 MeV 小題速練 1.思考判斷 (1)原子中絕大部分是空的，原子核很小(　　) (2)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說是盧瑟福在α粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出的(　　) (3)氫原子光譜是由一條一條亮線組成的(　　) (4)玻爾理論

7、成功地解釋了氫原子光譜，也成功地解釋了氦原子光譜(　　) (5)按照玻爾理論，核外電子均勻分布在各個不連續(xù)的軌道上(　　) (6)人們認(rèn)識原子具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從英國物理學(xué)家湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開始的(　　) (7)人們認(rèn)識原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開始的(　　) (8)如果某放射性元素的原子核有100個，經(jīng)過一個半衰期后還剩50個(　　) (9)原子序數(shù)小于83的元素都沒有放射性(　　) (10)γ射線是一種高能粒子流，可以用來工業(yè)探傷(　　) (11)原子核發(fā)生β衰變時放出一個電子，說明原子核內(nèi)有電子(　　) (12)愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量和能量可以相

8、互轉(zhuǎn)化(　　) (13)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，也遵循電荷數(shù)守恒(　　) (14)輕核聚變須達(dá)到幾百萬攝氏度以上的高溫，自然界不存在輕核聚變(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)×　(9)× (10)×　(11)×　(12)×　(13)√　(14)× 2.(多選)從α粒子散射實驗結(jié)果出發(fā)推出的結(jié)論，其中正確的是(　　) A.金原子內(nèi)部大部分都是空的 B.金原子是一個球體 C.湯姆孫的原子模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實際情況 D.原子核的半徑的數(shù)量級是10－15 m 解析　α粒子散射實驗結(jié)果表明，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔

9、后仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的甚至幾乎被反彈回來，則從α粒子散射實驗結(jié)果出發(fā)推出的結(jié)論有金原子內(nèi)部大部分都是空的，湯姆孫的原子模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實際情況，原子核的半徑的數(shù)量級是10－15 m，不能說明金原子是球體，選項A、C、D正確。 答案　ACD 3.在同位素氕、氘、氚的核內(nèi)具有相同的(　　) A.核子數(shù)　　 　B.電子數(shù) C.中子數(shù) D.質(zhì)子數(shù) 解析　同位素是指在原子核中的質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的元素，故氕、氘、氚的核內(nèi)具有相同的質(zhì)子數(shù)，選項D正確。 答案　D 4.(多選)以下說法中，屬于玻爾所提

10、出的原子模型理論的是(　　) A.原子處在具有一定能量的定態(tài)中，雖然電子做圓周運(yùn)動，但不向外輻射能量 B.原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)，而電子的可能軌道分布是不連續(xù)的 C.電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，輻射(或吸收)一定頻率的光子 D.電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動的頻率 解析　原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時，雖然電子做圓周運(yùn)動，但并不向外輻射能量，故A正確；原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的，故B正確；電子從一個軌道躍遷到另一軌道時，輻射(或吸收)一定頻率的光子，故C正確；電子躍遷時輻射

11、的光子的頻率等于能級差值，與電子繞核做圓周運(yùn)動的頻率無關(guān)，故D錯誤。 答案　ABC 5.(多選)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的是(　　) A.U―→Th＋He是α衰變 B.N＋He―→O＋H是β衰變 C.H＋H―→He＋n是輕核聚變 D.Se―→Kr＋2e是重核裂變 答案　AC 6.(2018·高考領(lǐng)航?jīng)_刺卷)已知真空中的光速c＝3.0×108 m/s，下列說法正確的是(　　) A.鉍210的半衰期是5天，經(jīng)過10天，32個鉍210衰變后還剩下8個 B.用中子轟擊鈾核的核反應(yīng)方程為U＋n―→Ba＋Kr＋3n，屬于原子核的衰變 C.若核反應(yīng)n＋H―→H釋放出2.2

12、 MeV能量，該過程質(zhì)量虧損為3.9×10－30 kg D.某原子核X吸收一個中子后，放出一個電子，最后分裂為兩個α粒子，則A＝7，Z＝2 解析　半衰期是針對大量原子核的衰變行為的統(tǒng)計規(guī)律，少數(shù)原子核不適用此規(guī)律，選項A錯誤；U＋n―→Ba＋Kr＋3n是原子核的裂變，選項B錯誤；根據(jù)ΔE＝Δmc2，可得Δm＝3.9×10－30 kg，選項C正確；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知A＋1＝8，Z＋1＝4，則A＝7，Z＝3，選項D錯誤。 答案　C 　氫原子能級及能級躍遷 1.定態(tài)間的躍遷——滿足能級差 (1)從低能級(n小)高能級（n大）―→吸收能量。 hν＝En大－En小 （2）

13、從高能級（n大）低能級（n小）―→放出能量。 hν＝En大－En小 2.電離 電離態(tài)：n＝∞，E＝0 基態(tài)→電離態(tài)：E吸＝0－（－13.6 eV）＝13.6 eV電離能。 n＝2→電離態(tài)：E吸＝0－E2＝3.4 eV 如吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。 3.解答氫原子能級圖與原子躍遷問題應(yīng)注意 （1）能級之間發(fā)生躍遷時放出（吸收）光子的頻率由hν＝Em－En求得。若求波長可由公式c＝λν求得。 （2）一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為（n－1）。 （3）一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法 ①用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：N＝C＝。

14、②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。 4.幾種躍遷情況說明 （1）原子躍遷條件hν＝Em－En只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。 （2）當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離。當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV時，氫原子電離后，電子具有一定的初動能。 （3）原子還可吸收外來實物粒子（例如自由電子）的能量而被激發(fā)。由于實物粒子的動能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差，就可以使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷。 【典例】?。?018·4月

15、浙江選考）（多選）氫原子的能級圖如圖1所示，關(guān)于大量氫原子的能級躍遷，下列說法正確的是（可見光的波長范圍為4.0×10－7 m～7.6×10－7 m，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s）（　　） 圖1 A.氫原子從高能級躍遷到基態(tài)時，會輻射γ射線 B.氫原子處在n＝4能級時，會輻射可見光 C.氫原子從高能級向n＝3能級躍遷時，輻射的光具有顯著的熱效應(yīng) D.氫原子從高能級向n＝2能級躍遷時，輻射的光在同一介質(zhì)中傳播速度最小的光子能量為1.89 eV 解析　γ射線是原子核衰變時產(chǎn)生的高能電磁波，與核外電子無關(guān)，故選項A錯誤；電子從高能級

16、向低能級躍遷時輻射出光子，根據(jù)ΔE＝hν＝h，可得可見光光子的能量范圍為1.63 eV～3.09 eV。從n＝4能級躍遷到n＝2能級ΔE＝2.55 eV，處在可見光能量范圍內(nèi)，故選項B正確；從高能級向n＝3能級躍遷輻射出最大能量為ΔE＝1.51 eV<1.63 eV，屬于紅外線，具有熱效應(yīng)，所以選項C正確；傳播速度越小，折射率越大，光子頻率越大，能量越大，而從高能級向n＝2能級躍遷時最大能量為3.4 eV，所以選項D錯誤。 答案　BC 1.（2016·10月浙江選考）（多選）如圖2為氫原子能級圖，氫原子中的電子從n＝5能級躍遷到n＝2能級可產(chǎn)生a光；從n＝4能級躍遷到n＝2能級可產(chǎn)生b

17、光。a光和b光的波長分別為λa和λb，照射到逸出功為2.29 eV的金屬鈉表面均可產(chǎn)生光電效應(yīng)，遏止電壓分別為Ua和Ub。則（　?。? 圖2 A.λa＞λb B.Ua＞Ub C.a光的光子能量為2.86 eV D.b光產(chǎn)生的光電子最大初動能Ek＝0.26 eV 解析　根據(jù)能級躍遷知識hνa＝E5－E2＝－0.54－（－3.4） eV＝2.86 eV，hνb＝E4－E2＝－0.85－（－3.4）eV＝2.55 eV，顯然a光子的能量大于b光子的能量，即a光頻率大于b光頻率，由λ＝知λa＜λb，所以A錯誤，C正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，最大初動能Ek＝hν－W0，所以a光照射金屬鈉后

18、的最大初動能為Eka＝（2.86－2.29） eV＝0.57 eV，b光照射金屬鈉后的最大初動能為Ekb＝（2.55－2.29）eV＝0.26 eV，選項D正確；根據(jù)截止電壓知識可知Ua＞Ub，選項B正確。 答案　BCD 2.（多選）氫原子從n＝6能級躍遷到n＝2能級時輻射出頻率為ν1的光子，從n＝5能級躍遷到n＝2能級時輻射出頻率為ν2的光子。下列說法中，正確的是（　　） A.頻率為ν1的光子的能量較大 B.頻率為ν1的光子的動量較大 C.做雙縫干涉實驗時，頻率為ν1的光產(chǎn)生的條紋間距較大 D.做光電效應(yīng)實驗時，頻率為ν1的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能較大 解析　氫原子從不同能級

19、躍遷到同一能級時，能級差越大，輻射的能量就越大，輻射的光子的頻率越高，波長越短，根據(jù)p＝知，波長越短動量越大，選項A、B正確；做雙縫干涉實驗時，由Δx＝λ知，頻率為ν1的光子的波長短，干涉條紋的間距小，選項C錯誤；由光電效應(yīng)方程可知，頻率高的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能大，選項D正確。 答案　ABD 3.（2018·11月浙江選考）（多選）處于較高能級的氫原子向較低能級躍遷時，能輻射出a、b兩種可見光，a光照射某金屬表面時有光電子逸出，b光照射該金屬表面時沒有光電子逸出，則（　?。? A.以相同的入射角射向一平行玻璃磚，a光的側(cè)移量小于b光的 B.垂直入射到同一單縫衍射裝置，a光的衍射中央

20、亮條紋寬度小于b光的 C.a光和b光的頻率之比可能是 D.a光子的動量大于b光子的 解析　根據(jù)光電效應(yīng)可知，a光照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，b光不能發(fā)生光電效應(yīng)，E＝hν，說明頻率νa>νb，故選項C錯誤；同種介質(zhì)中a、b光的折射率na>nb，設(shè)玻璃磚的厚度為d，入射角為i，折射角為r，則n＝，a、b光以相同的入射角入射時，折射角rayb，選項A錯誤；波長λa<λb，單縫衍射時中央亮紋a光比b光小，選項B正確；光子的動量為p＝，所以a光子的動量大于b光子的動量，選項D正確。 答案　BD 　放射性元素的衰變

21、 1.衰變規(guī)律及實質(zhì) （1）α衰變和β衰變的比較 衰變類型 α衰變 β衰變 衰變方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰變實質(zhì) 2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出 中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子 2H＋2n→He n→H＋e 勻強(qiáng)磁場中軌跡形狀 衰變規(guī)律 電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒 （2）γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的。 2.三種射線的成分和性質(zhì) 名稱 構(gòu)成 符號 電荷量 質(zhì)量 電離能力 貫穿本領(lǐng) α射線 氦核 He ＋2e 4 u 最強(qiáng) 最弱 β射線 電子 e －e u 較強(qiáng) 較強(qiáng) γ射線 光子 γ

22、 0 0 最弱 最強(qiáng) 3.半衰期的理解 半衰期的公式：N余＝N原，m余＝m原。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期。 【典例】?。?017·全國卷Ⅱ，15）一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，衰變方程為U→Th＋He，下列說法正確的是（　?。? A. 衰變后釷核的動能等于α粒子的動能 B. 衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小 C. 鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間 D. 衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量 解析　靜止的鈾核在α衰變過程中

23、，滿足動量守恒的條件，根據(jù)動量守恒定律得pTh＋pα＝0，即釷核的動量和α粒 子的動量大小相等，方向相反，選項B正確；根據(jù)Ek＝可知，選項A錯誤；半衰期的定義是統(tǒng)計規(guī)律，對于一個α粒子不適用，選項C錯誤；鈾核在衰變過程中，伴隨著一定的能量放出，即衰變過程中有一定的質(zhì)量虧損，故衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，選項D錯誤。 答案　B 1.（多選）關(guān)于天然放射性，下列說法正確的是（　?。? A.所有元素都可能發(fā)生衰變 B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān) C.放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性 D.α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng) 解析　原子序

24、號大于等于83的元素都能發(fā)生衰變，原子序數(shù)小于83的有的也能發(fā)生衰變，選項A錯誤；半衰期由原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu)決定，與外界溫度無關(guān)，選項B正確；放射性來自于原子核內(nèi)部，與其形成的化合物無關(guān)，選項C正確；α、β、γ三種射線中，γ射線能量最高，穿透能力最強(qiáng)，選項D正確。 答案　BCD 2.U衰變?yōu)镽n要經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變，則m、n分別為（　　） A.2、4 B.4、2 C.4、6 D.16、6 解析　由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得：238＝222＋4m，92＝86＋2m－n，聯(lián)立解得：m＝4，n＝2。 答案　B 3.某核電站遭受嚴(yán)重破壞，產(chǎn)生了嚴(yán)重的核泄漏，從核電站周圍

25、一定范圍內(nèi)的空氣中和核電站排出的廢水中分別檢測出了放射性物質(zhì)碘131和钚239，嚴(yán)重危及了人們的生命安全。已知該核電站采用的是重水反應(yīng)堆，用U（鈾）吸收中子后生成Pu（钚），碘131的半衰期為8天，下列說法正確的是（　?。? A.排出的廢水中的钚239是鈾核裂變的生成物 B.若U吸收中子后變成U，U很不穩(wěn)定，則經(jīng)過2次β衰變后變成Pu C.核電站的核廢料可直接堆放在露天垃圾場 D.碘131的半衰期只有8天，因此16天后會全部消失 解析　裂變是重核生成幾個中等質(zhì)量原子核的過程，鈾238的質(zhì)量數(shù)比钚239的小，因此钚不是鈾核裂變的生成物，選項A錯誤；發(fā)生β衰變時質(zhì)量數(shù)不發(fā)生改變，根據(jù)電荷數(shù)

26、守恒可知U發(fā)生2次β衰變后變成Pu，選項B正確；核電站的核廢料中具有很多的放射性物質(zhì)，不可以直接堆在露天垃圾場，選項C錯誤；碘131的半衰期是8天，它是一個統(tǒng)計規(guī)律，大量的碘131在8天后會剩一半，16天后會剩四分之一，因此選項D錯誤。 答案　B 　核裂變、核聚變 1.核反應(yīng)的四種類型 類　型 可控性 核反應(yīng)方程典例 衰變 α衰變 自發(fā) U―→Th＋He β衰變 自發(fā) Th―→Pa＋e 人工轉(zhuǎn)變 人工控制 N＋He―→O＋H （盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子） He＋Be―→C＋n （查德威克發(fā)現(xiàn)中子） Al＋He―→ P＋n 約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時

27、發(fā)現(xiàn)正電子 P―→ Si＋e 重核裂變 比較容易進(jìn)行人工控制 U＋n―→Ba＋Kr＋3n U＋n―→Xe＋Sr＋10n 輕核聚變 很難控制 H＋H―→He＋n 2.書寫核反應(yīng)方程時應(yīng)注意 （1）必須遵守電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律。 （2）核反應(yīng)方程中的箭頭（→）表示核反應(yīng)進(jìn)行的方向，不能把箭頭寫成等號。 典例?。?017·11月浙江選考）（多選）下列說法正確的是（　?。? A.核聚變反應(yīng)方程可能為H＋H→He＋2n B.鈾核裂變的核反應(yīng)方程可能為U＋n→Xe＋Sr＋2n C.發(fā)生β衰變時原子核放出電子，說明電子是原子核的組成部分 D.中子和質(zhì)子結(jié)合成氚核，若該過

28、程質(zhì)量虧損為Δm，則氚核的結(jié)合能為Δmc2 解析　核聚變反應(yīng)方程為H＋H→He＋n，選項A錯誤；根據(jù)重核裂變分裂成幾個中等質(zhì)量的原子核和核反應(yīng)方程配平可知，選項B正確；β衰變時原子核內(nèi)部中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時釋放出高速電子，電子并不是原子核的組成部分，選項C錯誤；根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可知，選項D正確。 答案　BD 1.一個氘核和一個氚核經(jīng)過反應(yīng)后生成一個氦核和一個中子，同時放出一個γ光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，普朗克常量為h，真空中的光速為c。下列說法中正確的是（　?。? A.這個反應(yīng)的核反應(yīng)方程是H＋H→He＋n＋γ B.這個反應(yīng)既不是聚變

29、反應(yīng)也不是裂變反應(yīng) C.輻射出的γ光子的能量E＝（m3＋m4－m1－m2）c2 D.輻射出的γ光子的波長λ＝ 解析　由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可知A正確；此反應(yīng)是輕核聚變反應(yīng)，B錯誤；由質(zhì)能方程知此過程中釋放的核能為ΔE＝（m1＋m2－m3－m4）c2，C錯誤；若此核能全部以光子的形式釋放時，由ΔE＝h知，γ光子的波長為λ＝，D錯誤。 答案　A 2.（多選）科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)方程分別為：X＋Y→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→He＋X＋17.6 MeV，下列表述中，正確的是（　?。? A.X是中子 B.Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6 C.兩個

30、核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損 D.氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng) 解析　核反應(yīng)方程遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，則由H＋H→He＋X＋17.6 MeV知X為n，由X＋Y→He＋H＋4.9 MeV知Y為Li，其中Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)也是3，故選項A正確，選項B錯誤；兩個核反應(yīng)都釋放出核能，所以都有質(zhì)量虧損，故選項C錯誤；n＋Li→He＋H＋4.9 MeV是原子核的人工轉(zhuǎn)變，H＋H→He＋n＋17.6 MeV為輕核聚變，故選項D正確。 答案　AD 　核能的計算 1.質(zhì)能方程的三個易錯點 （1）質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量消失，只是靜止質(zhì)量變成了運(yùn)動的質(zhì)量； （2）質(zhì)量虧損也不是核子個數(shù)的減少，核反應(yīng)中核子

31、個數(shù)是不變的； （3）質(zhì)量和能量這兩個量并不可以相互轉(zhuǎn)化，只是這兩個量在數(shù)值上有聯(lián)系。 2.核能的計算方法 （1）根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程列式計算：即ΔE＝Δmc2（Δm的單位：kg）。 （2）根據(jù)1 u相當(dāng)于931.5 MeV，則ΔE＝Δm×931.5 MeV（Δm的單位：u，1 u＝1.660 6×10－27 kg）。 （3）核反應(yīng)遵守動量守恒定律和能量守恒定律，因此我們可以結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律來計算核能。 【典例】　（2018·11月浙江選考）（多選）一個鈹原子核（Be ）俘獲一個核外電子（通常是最靠近原子核的K殼層的電子）后發(fā)生衰變，生成一個鋰核（Li ），并放出一個

32、不帶電的質(zhì)量接近零的中微子νe ，人們把這種衰變稱為“K俘獲”，靜止的鈹核發(fā)生了“K俘獲”，其核反應(yīng)方程為Be＋　　0－1e→Li＋νe 。已知鈹原子的質(zhì)量為MBe＝7.016 929 u，鋰原子的質(zhì)量為MLi＝7.016 004 u，1u相當(dāng)于931 MeV，下列說法正確的是（　?。? A.中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零 B.鋰核（Li）獲得的動能約為0.86 MeV C.中微子與鋰核（Li）的動量之和等于反應(yīng)前電子的動量 D.中微子與鋰核（Li）的能量之和等于反應(yīng)前電子的能量 解析　中微子是不帶電的，且質(zhì)量接近于零，根據(jù)質(zhì)量數(shù)的確定法，可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零，選項A正確；L

33、i核獲得的動能約為由于核衰變時的質(zhì)量虧損放出的能量E＝Δmc2＝9.31×102（MBe＋Me－MLi）>0.86 MeV，選項B錯誤；根據(jù)動量守恒定律可知中微子與鋰核（Li）的動量之和等于反應(yīng)前電子的動量，但能量不等，選項C正確，D錯誤。 答案　AC 1.（2017·全國卷Ⅰ，17）大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：H＋H→He＋n。已知H的質(zhì)量為2.013 6 u，He的質(zhì)量為3.015 0 u，n的質(zhì)量為1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為（　?。? A.3.7 MeV B.3.3 M

34、eV C.2.7 MeV D.0.93 MeV 解析　根據(jù)質(zhì)能方程，釋放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.003 5 u，則ΔE＝0.003 5×931 MeV＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV，故選項B正確，A、C、D錯誤。 答案　B 2.現(xiàn)有兩動能均為E0＝0.35 MeV的H在一條直線上相向運(yùn)動，兩個H發(fā)生對撞后能發(fā)生核反應(yīng)，得到He和新粒子，且在核反應(yīng)過程中釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為He和新粒子的動能。已知H的質(zhì)量為2.014 1 u，He的質(zhì)量為3.016 0 u，新粒子的質(zhì)量為1.008 7 u，核反應(yīng)時質(zhì)量虧損1 u釋放的核能約為931 MeV（

35、如果涉及計算，結(jié)果保留整數(shù)）。則下列說法正確的是（　?。? A.核反應(yīng)方程為H＋H→He＋H B.核反應(yīng)前后不滿足能量守恒定律 C.新粒子的動能約為3 MeV D.He的動能約為4 MeV 解析　由核反應(yīng)過程中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知H＋H→He＋n，則新粒子為中子n，所以A錯誤；核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損，釋放能量，仍然滿足能量守恒定律，B錯誤；由題意可知ΔE＝（2.014 1 u×2－3.016 0 u－1.008 7 u）×931 MeV/u＝3.3 MeV，根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的動量守恒有pHe－pn＝0，由Ek＝，可知＝，解得

36、EkHe＝（2E0＋ΔE）＝1 MeV，Ekn＝（2E0＋ΔE）＝3 MeV，所以C正確，D錯誤。 答案　C 3.钚的放射性同位素Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)U*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)U*立即衰變?yōu)殁櫤薝，并放出能量為0.097 MeV的γ光子。已知：Pu、U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u和mα＝4.002 6 u，1 u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5 MeV的能量。 （1）寫出衰變方程； （2）已知衰變放出的光子的動量可忽略，求α粒子的動能。 解析?。?）衰變方程為 Pu→U*＋He U*→U＋γ 或合起來有Pu→U＋He＋γ （2）

37、上述衰變過程的質(zhì)量虧損為Δm＝mPu－mU－mα 放出的能量為ΔE＝Δm×931.5 MeV 此能量是鈾核U的動能EU、α粒子的動能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即ΔE＝EU＋Eα＋Eγ 設(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα，則由動量守恒有mUvU＝mαvα 又由動能的定義知EU＝mUv，Eα＝mαv 聯(lián)立解得Eα＝5.034 MeV 答案?。?）見解析　（2）5.034 MeV 活頁作業(yè) （時間：30分鐘） A組　基礎(chǔ)過關(guān) 1.（多選）如圖1為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實驗的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D四個位置時，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下

38、列說法正確的是（　?。? 圖1 A.相同時間內(nèi)放在A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B.相同時間內(nèi)放在B位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)只比放在A位置時稍微少些 C.放在C，D位置時屏上觀察不到閃光 D.放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少 解析　盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實驗時，得到以下結(jié)論：大部分α粒子都能直接穿過金箔，個別的發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，故A、D正確，B、C錯誤。 答案　AD 2.根據(jù)玻爾理論，下列關(guān)于氫原子的論述正確的是（　?。? A.若氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷，則氫原子要輻射的光子能量為hν＝En B.電子沿某一軌道繞核運(yùn)動

39、，若圓周運(yùn)動的頻率為ν，則其發(fā)光的頻率也是ν C.一個氫原子中的電子從一個半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的軌道，已知ra>rb，則此過程原子要輻射某一頻率的光子 D.氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷 解析　原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時，輻射的光子能量等于能級差，與En不相等，故A錯誤；電子沿某一軌道繞核運(yùn)動，處于某一定態(tài)，不向外輻射能量，故B錯誤；電子由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道，能級降低，因而要輻射某一頻率的光子，故C正確；原子吸收光子后能量增加，能級升高，故D錯誤。 答案　C 3.重核裂變和輕核聚變是人類利用原子能的兩種主要方法，下面有關(guān)它們的

40、說法正確的是（　?。? A.裂變和聚變的過程都有質(zhì)量虧損 B.聚變過程有質(zhì)量虧損，聚變過程質(zhì)量有所增加 C.裂變過程質(zhì)量有所增加，聚變過程有質(zhì)量虧損 D.裂變和聚變過程中質(zhì)量都有所增加 解析　重核裂變和輕核聚變都要釋放能量，也一定要發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項A正確。 答案　A 4.如圖2所示為氫原子能級示意圖的一部分，則氫原子（　?。? 圖2 A.從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出電磁波的波長長 B.從n＝5能級躍遷到n＝1能級比從n＝5能級躍遷到n＝4能級輻射出電磁波的速度大 C.處于不同能級時，核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的 D.從高能級

41、向低能級躍遷時，氫原子核一定向外放出能量 解析　由hν＝Em－En和ν＝結(jié)合能級圖知A正確，B錯誤；處于不同能級時，核外電子在各處出現(xiàn)的概率不一樣，C錯誤；從高能級向低能級躍遷時，是氫原子向外放出能量，D錯誤。 答案　A 5.U經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變，變成Pb，則（　?。? A.m＝7，n＝3 B.m＝7，n＝4 C.m＝14，n＝9 D.m＝14，n＝18 解析　衰變過程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。寫出核反應(yīng)方程：U→Pb＋mHe＋ne根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒列出方程 235＝207＋4m，92＝82＋2m－n 解得m＝7，n＝4，故選項B正確，選項A、C、D

42、錯誤。 答案　B 6.（多選）氘核、氚核、中子、氦核的質(zhì)量分別是m1、m2、m3和m4，如果氘核和氚核結(jié)合生成氦核，則下列說法中正確的是（　?。? A.核反應(yīng)方程式為 H＋H→He＋n B.這是一個裂變反應(yīng) C.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3 D.核反應(yīng)過程中釋放的核能ΔE＝（m1＋m2－m3－m4）c2 解析　由氘核和氚核的結(jié)合以及電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒可知選項A正確；該核反應(yīng)為聚變反應(yīng)，選項B錯誤；核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4，選項C錯誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程可知核反應(yīng)過程中釋放的核能ΔE＝Δmc2，可知選項D正確。 答案　AD 7.某核反應(yīng)

43、方程 H＋H→He＋X。已知H的質(zhì)量為2.013 6 u，H的質(zhì)量為3.018 0 u，He的質(zhì)量為 4.002 6 u，X的質(zhì)量為1.008 7 u。則下列說法中正確的是（　?。? A.X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量 B.X是中子，該反應(yīng)釋放能量 C.X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量 D.X是中子，該反應(yīng)吸收能量 解析　據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒可判定X為中子，核反應(yīng)中有質(zhì)量虧損，則該反應(yīng)釋放能量，答案B正確。 答案　B 8.（2017·4月浙江選考）（多選）下列說法正確的是（　?。? A.β、γ射線都是電磁波 B.原子核中所有核子單獨存在時，質(zhì)量總和大于該原子核的總質(zhì)量 C.在LC振蕩電路

44、中，電容器剛放電時電容器極板上電荷量最多，回路電流最小 D.處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子，共能輻射出四種不同頻率的光子 解析　β射線是高速移動的電子流，屬于實物波，不屬于電磁波，故A錯誤；在核子結(jié)合成原子核過程中需要釋放出結(jié)合能，根據(jù)質(zhì)能方程E＝Δmc2，所以結(jié)合原子核過程中存在質(zhì)量損失，故B正確；LC振蕩電路中放電之前屬于充電過程，電場能逐漸增大，磁場能逐漸減小，回路電流逐漸減小，剛剛開始放電時正好是電場能最大，磁場能最小的時刻，所以回路電流此時最小，故C正確；處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子能釋放出C＝6種頻率的光子，故D錯誤。 答案　BC 9.關(guān)于核聚變，以下說法不正確的是（　?。? A.與

45、裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔 B.世界上已經(jīng)有利用核聚變能來發(fā)電的核電站 C.要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10－15 m以內(nèi)，核力才能起作用 D.地球聚變?nèi)剂系膬α渴重S富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核 解析　與裂變相比，核聚變有下面的幾個優(yōu)勢：（1）安全、清潔、輻射少；（2）核燃料儲量多；（3）核廢料易處理。但核聚變發(fā)電還沒有投入實際運(yùn)行。所以B項是不正確的。 答案　B B組　能力提升 10.（多選）氫原子能級圖如圖3所示，當(dāng)氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級時，輻射光的波長為656 nm。下列判斷中，正確的是（　　） 圖3 A.氫原子從n

46、＝2躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長大于656 nm B.用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級 C.一群處于n＝3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線 D.用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3的能級 解析　由E初－E終＝hν＝h可知，氫原子躍遷時始末能級差值越大，輻射的光子能量越高、波長越短，由能級圖知E3－E2

47、m的光照射，故選項D正確。 答案　CD 11.（2018·湖北省襄陽市調(diào)研）（多選）靜止在勻強(qiáng)磁場中的U核發(fā)生α衰變，產(chǎn)生一個未知粒子X，它們在磁場中的運(yùn)動徑跡如圖4所示，下列說法正確的是（　?。? 圖4 A.該核反應(yīng)方程為U―→X＋He B.α粒子和粒子X在磁場中做圓周運(yùn)動時轉(zhuǎn)動方向相同 C.軌跡1、2分別是α粒子、X粒子的運(yùn)動徑跡 D.α粒子、X粒子運(yùn)動徑跡半徑之比為45∶1 解析　顯然選項A中核反應(yīng)方程正確，A正確；U核靜止，根據(jù)動量守恒可知α粒子和X新核速度方向相反，又都帶正電，則轉(zhuǎn)動方向相同，選項B正確；根據(jù)動量守恒可知α粒子和X新核的動量大小p相等，由帶電粒子在磁

48、場中運(yùn)動半徑公式R＝可知軌道半徑R與其所帶電荷量成反比，半徑之比為45∶1，選項C錯誤，D正確。 答案　ABD 12.如圖5所示為氫原子的能級圖，當(dāng)一群氫原子從n＝3能級向低能級躍遷時，共輻射出三種不同頻率的光子，光子的頻率分別為ν1、ν2、ν3，且ν1>ν2>ν3，則下列說法正確的是（　?。? 圖5 A.＋＝ B.ν1＝ν2＋ν3 C.從n＝3能級躍遷到n＝2能級，輻射出的光子頻率為ν1 D.輻射出頻率為ν1的光子后的氫原子的電勢能比輻射出頻率為ν2的光子后的氫原子的電勢能大 解析　由題意及玻爾理論可知，E3－E1＝hν1，E2－E1＝hν2，E3－E2＝hν3，因此有hν

49、1＝hν2＋hν3，即ν1＝ν2＋ν3，選項A錯誤，B正確；從n＝3能級躍遷到n＝2能級，輻射出的光子頻率為ν3，選項C錯誤；輻射出的頻率為ν1的光子后的氫原子處于基態(tài)，輻射出頻率為ν2的光子后氫原子也處于基態(tài)，因此氫原子的電勢能相同，選項D錯誤。 答案　B 13.（2018·4月浙江選考）（多選）下列說法正確的是（　?。? A.組成原子核的核子越多，原子核越穩(wěn)定 B.92U衰變?yōu)?6Rn經(jīng)過4次α衰變，2次β衰變 C.在LC振蕩電路中，當(dāng)電流最大時，線圈兩端電勢差也最大 D.在電子的單縫衍射實驗中，狹縫變窄，電子動量的不確定量變大 解析　比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢靠

50、，原子核越穩(wěn)定，故A錯誤；92U衰變?yōu)?6Rn，質(zhì)量數(shù)減少16，電荷數(shù)減少6，由于原子核經(jīng)過一次α衰變，質(zhì)子數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，經(jīng)過一次β衰變，質(zhì)子數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變。所以α衰變次數(shù)m＝＝4；β衰變次數(shù)n＝＝2，所以B正確；當(dāng)線圈兩端電勢差最大時，電流變化率最大，此時電流為0，故C錯誤；在電子的單縫衍射實驗中，狹縫越窄，屏上中央亮條紋越寬，即能更準(zhǔn)確地測得電子的位置。根據(jù)不確定性關(guān)系ΔxΔp≥，電子動量的不確定量變得更大，故D正確。 答案　BD 14.（多選）圖6所示為氫原子能級圖，大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時能輻射出多種不同頻率的光，其中用從n＝4能級向n＝2能級躍遷

51、時輻射的光照射圖7所示光電管的陰極K時，電路中有光電流產(chǎn)生，則（　?。? A.若將滑片右移，電路中光電流增大 B.若將電源極性反接，電路中可能有光電流產(chǎn)生 C.若陰極K的逸出功為1.05 eV，則逸出的光電子最大初動能為2.4×10－19 J D.大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時輻射的光子中只有4種光子能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng) 解析　若將滑片右移，光電管兩端的電壓增大，但之前光電流是否達(dá)到飽和并不清楚，因此光電管兩端的電壓增大，光電流不一定增大，選項A錯誤；將電源極性接反后，所加電壓阻礙光電子向陰極運(yùn)動，但若eU＜Ekm，仍會有一定數(shù)量的光電子可到達(dá)陰極而形成光電流，選項B正確；若陰極K的逸出功為1.05 eV，由光電效應(yīng)方程知，逸出的光電子最大初動能為Ekm＝hν－W逸出＝－0.85 eV－（－3.40 eV）－1.05 eV＝1.5 eV＝2.4×10－19 J，選項C正確；由于陰極K的逸出功未知，能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)的光子種數(shù)無法確定，選項D錯誤。 答案　BC 20