2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 近代物理初步 第60講 原子與原子核學(xué)案（含解析）

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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 近代物理初步 第60講 原子與原子核學(xué)案（含解析） 1．電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。 2．原子的核式結(jié)構(gòu) (1)1909～1911年，英籍物理學(xué)家盧瑟福進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了核式結(jié)構(gòu)模型。 (2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”。 (3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運(yùn)動(dòng)。 3．氫原子光譜 (1)光

2、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(shí)驗(yàn)規(guī)律：巴耳末系是氫原子光譜在可見光區(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)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。 4．經(jīng)典理論的困難：原子的核式結(jié)構(gòu)模型很好地解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)。但是，經(jīng)典物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立特征。 1．[教材母題]　(人教版選修3－5 P53

3、·T3)盧瑟福提出的原子結(jié)構(gòu)的模型是怎樣的？他提出這種模型的依據(jù)是什么？ [變式子題]　(多選)關(guān)于原子核式結(jié)構(gòu)理論說法正確的是(　　) A．是通過發(fā)現(xiàn)電子現(xiàn)象得出來的 B．原子的中心有個(gè)核，叫做原子核 C．原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子中 D．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn) 答案　BD 解析　原子的核式結(jié)構(gòu)模型是在α粒子的散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果 的基礎(chǔ)上提出的，A錯(cuò)誤。原子中絕大部分是空的，帶正電的部分集中在原子中心一個(gè)很小的范圍，稱為原子核，B正確，C錯(cuò)誤。原子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，帶負(fù)電的電子在核外旋轉(zhuǎn)，D正確。 2．如

4、圖所示為α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，粒子打到熒光屏上都會(huì)引起閃爍，若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中a、b、c、d四個(gè)位置。則這四個(gè)位置在相等時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)的閃爍次數(shù)符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的是(　　) A．1305、25、7、1 B．202、405、625、825 C．1202、1010、723、203 D．1202、1305、723、203 答案　A 解析　由于絕大多數(shù)粒子運(yùn)動(dòng)方向基本不變，所以a位置閃爍次數(shù)最多，少數(shù)粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。符合該規(guī)律的數(shù)據(jù)只有A項(xiàng)。 3．如圖甲所示是a、b、c、d四種元素的線狀譜，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以了解該礦物中缺乏的是_____

5、___元素。 答案　b、d 解析　將a、b、c、d四種元素的線狀譜與乙圖對照，可知礦物中缺少b、d元素。 考點(diǎn)二　玻爾理論 1．玻爾理論 (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(dòng)，但并不向外輻射能量。 (2)躍遷：當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時(shí)，會(huì)放出能量為hν的光子，這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)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(dòng)相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌

6、道也是不連續(xù)的。 2．幾個(gè)概念 (1)能級(jí)：在玻爾理論中，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值，叫做能級(jí)。 (2)基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)。 (3)激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他狀態(tài)。 (4)量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)叫做量子數(shù)。 3．氫原子的能級(jí)公式 En＝E1(n＝1,2,3…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6 eV。 能級(jí)圖如圖所示： 4．兩類能級(jí)躍遷 (1)自發(fā)躍遷：高能級(jí)→低能級(jí)，釋放能量，發(fā)出光子。 光子的頻率ν＝＝。 (2)受激躍遷：低能級(jí)→高能級(jí)，吸收能量。條件有： ①光照(吸收光子)：光子的

7、能量必須恰等于能級(jí)差，即hν＝ΔE。 ②實(shí)物粒子碰撞、加熱等：只要入射的實(shí)物粒子能量大于或等于能級(jí)差即可，E外≥ΔE。 ③大于等于電離能(－E1)的光子被吸收，將原子從基態(tài)電離；或大于等于－En能量的光子被吸收，將原子從n能級(jí)電離。 5．譜線條數(shù)的確定方法 (1)一個(gè)處于n能級(jí)的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為(n－1)。 (2)一群處于n能級(jí)的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)的兩種求解方法： ①用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解：N＝C＝。 ②利用能級(jí)圖求解：在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。 1．[教材母題]　(人教版選修3－5 P63·T3)如果大量

8、氫原子處在n＝3的能級(jí)，會(huì)輻射出幾種頻率的光？其中波長最短的光是在哪兩個(gè)能級(jí)之間躍遷時(shí)發(fā)出的？ [變式子題]　(2016·北京高考)處于n＝3能級(jí)的大量氫原子，向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射光的頻率有(　　) A．1種 B．2種 C．3種 D．4種 答案　C 解析　處于能級(jí)為n的大量氫原子向低能級(jí)躍遷能輻射光的種類為C，所以處于n＝3能級(jí)的大量氫原子向低能級(jí)躍遷，輻射光的頻率有C＝3種，故C項(xiàng)正確。 2．用頻率為ν0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為ν1、ν2、ν3的三條譜線，且ν3>ν2>ν1，則(　　) A．ν0<ν1 B．ν3＝ν2＋ν1 C

9、．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.＝＋ 答案　B 解析　大量氫原子躍遷時(shí)只發(fā)射三個(gè)頻率的光譜線，這說明是從n＝3能級(jí)向低能級(jí)躍遷。由于ν3>ν2>ν1，則： n＝3能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)，hν3＝E3－E1 n＝2能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)，hν2＝E2－E1 n＝3能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)，hν1＝E3－E2 將以上三式變形可得，hν3＝hν2＋hν1 解得ν3＝ν2＋ν1，故B正確，D錯(cuò)誤，再根據(jù)氫原子理論可知，入射光頻率ν0＝ν3，故A、C錯(cuò)誤。 3．按照玻爾原子理論，氫原子中的電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠(yuǎn)的軌道，要________(填“釋放”或“吸收”)能量。已

10、知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1(E1<0)，電子的質(zhì)量為m，則基態(tài)氫原子的電離能為________，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子后被電離，電離后電子的速度大小為________(已知普朗克常量為h)。 答案　吸收?。璄1　 解析　氫原子中的電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠(yuǎn)的軌道，原子能量增大，則需要吸收能量。氫原子的基態(tài)能量為E1(E1<0)，則基態(tài)氫原子的電離能為－E1。根據(jù)能量守恒得：hν＋E1＝mv2，解得電離后電子的速度大小為：v＝ 。 考點(diǎn)三　原子核及其衰變 一、原子核的組成 1．天然放射現(xiàn)象 (1)天然放射現(xiàn)象 元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可

11、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)。共有α射線、β射線、γ射線3種。 (2)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：工業(yè)測厚、放射治療、做示蹤原子等。 ③防護(hù)：防止放射性物質(zhì)對環(huán)境的污染和對人體組織的傷害。 2．三種射線的比較 3．原子核的組成 (1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。 (2)基本關(guān)系 ①核電荷數(shù)(Z)＝質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝中性原子的核外電子數(shù)。 ②質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)。 (3)X元素的原子核的符

12、號(hào)為X，其中A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)。 二、放射性元素的衰變 1．原子核的衰變 (1)原子核放出α粒子或，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變，原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。 (2)分類 α衰變：X→Y＋He； β衰變：X→Y＋e； γ輻射：當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時(shí)伴隨著γ輻射。 (3)實(shí)質(zhì) α衰變：2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子能緊密地結(jié)合在一起作為一個(gè)整體從原子核中拋出來，即2H＋2n→He。 β衰變：核內(nèi)的1個(gè)中子轉(zhuǎn)化成1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子，電子發(fā)射到核外，即n→H＋e。 γ輻射：α衰變、β衰變產(chǎn)生的新核處于較高能級(jí)，不穩(wěn)

13、定，向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出γ光子。 (4)兩個(gè)典型的衰變方程 ①α衰變：U→Th＋He。 ②β衰變：Th→Pa＋e。 (5)確定衰變次數(shù)的方法 因?yàn)棣滤プ儗|(zhì)量數(shù)無影響，所以先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。 2．半衰期 (1)定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。 (2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。 (3)公式：N余＝N0·，m余＝m0·。 1．如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，下列說法正確的是(　　

14、) A．①表示γ射線，③表示α射線 B．②表示β射線，③表示α射線 C．④表示α射線，⑤表示γ射線 D．⑤表示β射線，⑥表示α射線 答案　C 解析　γ射線為電磁波，不帶電，在電場、磁場中均不偏轉(zhuǎn)，故②和⑤表示γ射線，A、B、D錯(cuò)誤。α射線中的α粒子為氦的原子核，帶正電，在勻強(qiáng)電場中，沿電場方向偏轉(zhuǎn)，故③表示α射線，由左手定則可知在勻強(qiáng)磁場中α射線向左偏，故④表示α射線；β射線帶負(fù)電，同理可以分析①和⑥表示β射線，C正確。 2．(多選)在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖所示，由圖可以判定(　　) A．該核發(fā)

15、生的是α衰變 B．該核發(fā)生的是β衰變 C．磁場方向一定垂直紙面向里 D．磁場方向向里還是向外不能判定 答案　BD 解析　原來靜止的核，放出粒子后，總動(dòng)量守恒，所以粒子和反沖核的速度方向一定相反，根據(jù)圖示，它們在同一磁場中是向同一側(cè)偏轉(zhuǎn)的，由左手定則可知它們必帶異種電荷，故應(yīng)為β衰變；由于不知它們的旋轉(zhuǎn)方向，因而無法判定磁場是向里還是向外，即都有可能，故B、D正確。 3．[教材母題]　(人教版選修3－5 P73·T4)U(鈾核)衰變?yōu)镽n(氡核)要經(jīng)過幾次α衰變，幾次β衰變？ [變式子題]　下列說法正確的是(　　) A．根據(jù)天然放射現(xiàn)象，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu) B．一個(gè)氫原子

16、從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，該氫原子吸收光子，能量增加 C．鈾(U)經(jīng)過多次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛(Pb)的過程中，有6個(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子 D．機(jī)場、車站等地進(jìn)行安全檢查時(shí)，能輕而易舉地窺見箱內(nèi)物品，利用了γ射線較強(qiáng)的穿透能力 答案　C 解析　盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)的依據(jù)是α粒子散射實(shí)驗(yàn)，A錯(cuò)誤；氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)要放出光子，能量減小，B錯(cuò)誤；分析可得鈾經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變形成了穩(wěn)定的鉛，而β衰變的本質(zhì)就是中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)釋放出電子的過程，故C正確；機(jī)場、車站等地進(jìn)行安全檢查，利用的是X射線的穿透本領(lǐng)，D錯(cuò)誤。 4．(多選)地球的年齡到底有多大，科學(xué)家利用天然

17、放射性元素的衰變規(guī)律，通過對目前發(fā)現(xiàn)的最古老的巖石中鈾和鉛含量的測定，推算出該巖石中含有的鈾是巖石形成初期時(shí)(巖石形成初期時(shí)不含鉛)的一半。鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對含量隨時(shí)間變化規(guī)律如圖所示，圖中N為鈾238的原子數(shù)，N0為鈾和鉛的原子總數(shù)，由此可以判斷出(　　) A．鈾238的半衰期為90億年 B．地球的年齡大致為45億年 C．被測定的古老巖石樣品在90億年時(shí)的鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶4 D．被測定的古老巖石樣品在90億年時(shí)的鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶3 答案　BD 解析　由題意、半衰期的含義及鈾238的相對含量隨時(shí)間的變化規(guī)律圖象可知：鈾238的半衰期和地球

18、的年齡均大致為45億年，被測定的古老巖石樣品在90億年時(shí)鈾原子數(shù)的相對值為0.25，即占總原子數(shù)的，由此可推得其中鉛占原子數(shù)的，鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶3。B、D正確。 考點(diǎn)四　核能和核反應(yīng) 一、核力和核能 1．核力 (1)定義：原子核內(nèi)部核子間特有的相互作用力。 (2)核力的特點(diǎn) ①是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)； ②是短程力，作用范圍在1.5×10－15 m之內(nèi)； ③每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用。 2．結(jié)合能 原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，因此，要將它們分開，需要吸收能量，這叫做原子核的結(jié)合能。 3．比結(jié)合能 (1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比

19、結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。 (2)特點(diǎn)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。 4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損 愛因斯坦質(zhì)能方程是E＝mc2。原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出核反應(yīng)中釋放的核能ΔE＝Δmc2。 二、重核裂變和輕核聚變 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(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。 (2)特點(diǎn) ①裂變過程中釋放出巨大能量。 ②裂變的同時(shí)能夠釋放出2～3(或更多)個(gè)中子。 ③裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形

20、式，但三分裂和四分裂概率比較小。 (3)典型的裂變反應(yīng)方程 U＋n―→Kr＋Ba＋3n。 (4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程。 (5)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。 (6)裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。 (7)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)特點(diǎn) ①聚變過程放出大量的能量，平均每個(gè)核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量大3至4倍。 ②聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更劇烈

21、。 ③對環(huán)境污染較少。 ④自然界中聚變反應(yīng)原料豐富。 (3)典型的聚變反應(yīng)方程 H＋H―→He＋n＋17.6 MeV。 三、核反應(yīng) 1．核反應(yīng)的四種類型 2．核反應(yīng)方程式的書寫規(guī)范 (1)熟記常見基本粒子的符號(hào)，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。 (2)掌握核反應(yīng)遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)。由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“→”表示反應(yīng)方向。 (3)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。注意：質(zhì)量數(shù)守恒不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程

22、中伴隨著能量的釋放，反應(yīng)前后質(zhì)量會(huì)變化，一般質(zhì)量會(huì)虧損。 1．(2018·天津高考)國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)，下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是(　　) A.N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生O并放出一個(gè)粒子 B.Al俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生P并放出一個(gè)粒子 C.B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生Be并放出一個(gè)粒子 D.Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生He并放出一個(gè)粒子 答案　B 解析　根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知四個(gè)核反應(yīng)方程分別為 ＋He→O＋H、Al＋He→P＋n、B＋H→Be＋He、Li＋H

23、→He＋He，故只有B項(xiàng)符合題意。 2．(2018·江南十校3月檢測)我國正在自主研發(fā)新型聚變——裂變混合反應(yīng)堆項(xiàng)目。如果此項(xiàng)目得以研究開發(fā)并付諸實(shí)現(xiàn)，有可能使核資源壽命延長數(shù)倍。關(guān)于聚變和裂變，下列看法正確的是(　　) A.H＋H→He＋n是裂變反應(yīng) B．聚變和裂變反應(yīng)中都存在質(zhì)量虧損 C．裂變反應(yīng)以釋放核能為主，聚變反應(yīng)以吸收核能為主 D．核越重，比結(jié)合能越大 答案　B 解析　H＋H→He＋n是輕核聚變反應(yīng)，所以A錯(cuò)誤；聚變和裂變反應(yīng)都釋放能量，所以都存在質(zhì)量虧損，故B正確，C錯(cuò)誤；組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能就越高，結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(jié)合能，中等大小的原子核比結(jié)

24、合能較大，故D錯(cuò)誤。 3．[教材母題]　(人教版選修3－5 P82·T3)碳原子質(zhì)量的叫做原子質(zhì)量單位，用u表示。請根據(jù)E＝mc2證明：1 u相當(dāng)于931 MeV。 [變式子題]　(2017·全國卷Ⅰ)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2.0136 u，He的質(zhì)量為3.0150 u，n的質(zhì)量為1.0087 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 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 答案　B 解析　在核反應(yīng)方程H＋H→He＋

25、n中，反應(yīng)前物質(zhì)的質(zhì)量m1＝2×2.0136 u＝4.0272 u，反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量m2＝3.0150 u＋1.0087 u＝4.0237 u，質(zhì)量虧損Δm＝m1－m2＝0.0035 u。則氘核聚變釋放的核能為E＝931×0.0035 MeV≈3.3 MeV，選項(xiàng)B正確。 4．(2016·全國卷Ⅱ)在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________。(填正確答案標(biāo)號(hào)) A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→

26、He＋n 答案　C　AB　E　F 解析　放射性元素自發(fā)地放出α粒子(即氦核He)的衰變屬于α衰變，C符合；放射性元素自發(fā)地放出β粒子的衰變屬于β衰變，A、B符合；重核在中子轟擊下分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量原子核的現(xiàn)象為核裂變，E符合；輕原子核聚合成較重原子核的反應(yīng)為核聚變，F(xiàn)符合；其中D為原子核的人工轉(zhuǎn)變。 課后作業(yè) [鞏固強(qiáng)化練] 1．在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是(　　) A．原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上 B．正電荷在原子中是均勻分布的 C．原子中存在著帶負(fù)電的電子 D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 答案　A 解析

27、　α粒子和電子之間有相互作用力，它們接近時(shí)就有庫侖引力作用，但由于電子的質(zhì)量只有α粒子質(zhì)量的，α粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一個(gè)灰塵碰撞一樣，α粒子質(zhì)量大，其運(yùn)動(dòng)方向幾乎不改變，α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)說明三點(diǎn)：一是原子內(nèi)有一質(zhì)量很大的粒子存在；二是這一粒子帶有較大的正電荷；三是這一粒子的體積很小，故A正確。 2．(多選)氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離原子核較近的軌道上，下列說法正確的是(　　) A．核外電子受力變小 B．原子的能量減少 C．氫原子要吸收一定頻率的光子 D．氫原子要放出一定頻率的光子 答案　BD 解析　根據(jù)F＝k得，軌道半徑減小，

28、則核外電子受力變大，故A錯(cuò)誤；由較遠(yuǎn)軌道躍遷到較近軌道，原子能量減小，故B正確；因?yàn)樵幽芰繙p小，所以氫原子放出一定頻率的光子，故C錯(cuò)誤，D正確。 3.已知?dú)湓拥哪芗?jí)如圖所示，現(xiàn)用光子能量介于10～12.9 eV范圍內(nèi)的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則下列說法中正確的是(　　) A．在照射光中可能被吸收的光子能量有無數(shù)種 B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3種 C．照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有10種 D．照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有3種 答案　B 解析　因?yàn)椋?3.6 eV＋10 eV＝－3.6 eV，－13.6 eV＋12.9 eV

29、＝－0.7 eV，能量介于－3.6～－0.7 eV的能級(jí)有n＝2、3、4三種，可知照射光中有三種頻率的光子被吸收，故A錯(cuò)誤，B正確；氫原子躍遷的最高能級(jí)為n＝4能級(jí)，根據(jù)C＝6知，氫原子發(fā)射出六種不同波長的光，故C、D錯(cuò)誤。 4．下列說法正確的是(　　) A．β衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分 B．α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子具有棗糕式結(jié)構(gòu) C．氫原子核外電子軌道半徑越大，其能量越低 D．原子從a能級(jí)狀態(tài)躍遷到b能級(jí)狀態(tài)時(shí)發(fā)射波長為λ1的光子；原子從b能級(jí)狀態(tài)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)吸收波長為λ2的光子，已知λ1>λ2，那么原子從a能級(jí)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)將要吸收波長為的光子 答案　D 解

30、析　β衰變是原子核中的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時(shí)產(chǎn)生電子的過程，但電子不是原子核的組成部分，故A錯(cuò)誤；α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu)，B錯(cuò)誤；氫原子核外電子軌道半徑越大，其能量越高，C錯(cuò)誤；原子從a能級(jí)狀態(tài)躍遷到b能級(jí)狀態(tài)時(shí)發(fā)射波長為λ1的光子，原子從b能級(jí)狀態(tài)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)吸收波長為λ2的光子，已知λ1>λ2，根據(jù)玻爾理論得a→b：Ea－Eb＝h，b→c：Ec－Eb＝h，a→c：Ec－Ea＝h，聯(lián)立以上三式得，λ＝，D正確。 5．(多選)以下是有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述，其中不正確的是(　　) A．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個(gè)電子 B．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑

31、較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，但原子的能量增大 C．核衰變中，γ光子是衰變后轉(zhuǎn)變的新核輻射的 D．比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)一定吸收核能 答案　AD 解析　β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來，不是來自核外電子，故A錯(cuò)誤；按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，但原子的能量增大，B正確；核衰變中，衰變后轉(zhuǎn)變的新核不穩(wěn)定，放出能量才能變得穩(wěn)定，能量以γ光子的形式放出，C正確；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得知

32、，一定釋放核能，故D錯(cuò)誤。 6．核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會(huì)中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)規(guī)模，核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細(xì)胞基因，提高罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為Pu→X＋He＋γ，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．X原子核中含有92個(gè)中子 B．100個(gè)Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個(gè) C．由于衰變時(shí)釋放巨大能量，根據(jù)E＝mc2，衰變過程總質(zhì)量增加 D．衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，具有很強(qiáng)的穿透能力 答案　D 解析　根據(jù)核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律，X原子核中含有92個(gè)質(zhì)子，

33、235個(gè)核子，143個(gè)中子，A錯(cuò)誤。半衰期是對大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，100個(gè)Pu經(jīng)過24100年后不一定還剩余50個(gè)，B錯(cuò)誤。由于衰變時(shí)釋放巨大能量，衰變過程總質(zhì)量減少，放出粒子的質(zhì)量與生成新核的質(zhì)量之和小于衰變前核的質(zhì)量，C錯(cuò)誤。衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，具有很強(qiáng)的穿透能力，D正確。 7．“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)是我國自行研制的可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置。設(shè)該實(shí)驗(yàn)反應(yīng)前氘核(H)的質(zhì)量為m1，氚核(H)的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核(He)的質(zhì)量為m3，中子(n)的質(zhì)量為m4，光速為c。下列說法中不正確的是(　　) A．這種裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H＋H→

34、He＋n B．由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4 C．核反應(yīng)放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2 D．這種裝置與我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理不相同 答案　B 解析　可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H＋H→He＋n，故A正確；核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m4，釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正確；這種裝置的核反應(yīng)是核聚變，我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)是核裂變，它們的核反應(yīng)原理不相同，故D正確。

35、 8．用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核Li，發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與α粒子的速度之比為7∶8，中子的質(zhì)量為m，質(zhì)子的質(zhì)量可近似看作m，光速為c。 (1)寫出核反應(yīng)方程； (2)求氚核和α粒子的速度大??； (3)若核反應(yīng)過程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和氚核的動(dòng)能，求出質(zhì)量虧損。 答案　(1)n＋Li→H＋He　(2)　 (3) 解析　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒，則核反應(yīng)方程為：n＋Li→H＋He。 (2)由動(dòng)量守恒定律得：mnv＝－mHv1＋mHev2 由題意得：v1∶v2＝7∶8， 又mn＝m，mH＝3m，mHe

36、＝4m 解得v1＝，v2＝。 (3)氚核和α粒子的動(dòng)能之和為： Ek＝·3mv＋·4mv＝mv2 釋放的核能為： ΔE＝Ek－Ekn＝mv2－mv2＝mv2 由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得，質(zhì)量虧損為 Δm＝＝。 [真題模擬練] 9．(2018·全國卷Ⅲ)1934年，約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁核Al，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性元素X：α＋Al→n＋X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為(　　) A．15和28 B．15和30 C．16和30 D．17和31 答案　B 解析　根據(jù)核反應(yīng)遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的電荷數(shù)為2＋13＝15，質(zhì)量數(shù)為4＋27－1＝3

37、0，根據(jù)原子核的電荷數(shù)等于原子序數(shù)，可知X的原子序數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，B正確。 10．(2018·北京高考)在核反應(yīng)方程He＋N→O＋X中，X表示的是(　　) A．質(zhì)子 B．中子 C．電子 D．α粒子 答案　A 解析　設(shè)X為X，根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)守恒：4＋14＝17＋A，則A＝1，電荷數(shù)守恒：2＋7＝8＋Z，則Z＝1，即X為H，為質(zhì)子，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。 11．(2018·天津高考)氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光，它們在真空中的波長由長到短，可以判定(　　) A．Hα對應(yīng)的

38、前后能級(jí)之差最小 B．同一介質(zhì)對Hα的折射率最大 C．同一介質(zhì)中Hδ的傳播速度最大 D．用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則Hβ也一定能 答案　A 解析　波長越大，頻率越小，故Hα頻率最小，根據(jù)E＝hν可知Hα對應(yīng)的能量最小，根據(jù)hν＝Em－En可知Hα對應(yīng)的前后能級(jí)之差最小，A正確；Hα的頻率最小，同一介質(zhì)對應(yīng)的折射率最小，根據(jù)v＝可知Hα的傳播速度最大，B、C錯(cuò)誤；Hγ的波長小于Hβ的波長，故Hγ的頻率大于Hβ的頻率，若用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則Hβ不一定能，D錯(cuò)誤。 12．(2018·江蘇高考)已知A和B兩種放射性元素的半衰期分別為T和2T，則相同質(zhì)量的A和B經(jīng)過2

39、T后，剩有的A和B質(zhì)量之比為(　　) A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1 答案　B 解析　根據(jù)半衰期公式m＝m0，經(jīng)過2T，A剩余的質(zhì)量為mA＝m0＝m0，B剩余的質(zhì)量為mB＝m0＝m0，故mA∶mB＝1∶2，B正確。 13．(2016·全國卷Ⅲ)(多選)一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0×107 m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si*。下列說法正確的是(　　) A．核反應(yīng)方程為p＋Al→Si* B．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒 C．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒 D．核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和 E．硅原子核速度的數(shù)量級(jí)

40、為105 m/s，方向與質(zhì)子初速度的方向一致 答案　ABE 解析　質(zhì)子p即H，核反應(yīng)方程為p＋Al→Si*，A正確；核反應(yīng)過程遵循動(dòng)量守恒定律，B正確；核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量守恒，C錯(cuò)誤；在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，但會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，所以D錯(cuò)誤；設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m，則Si*的質(zhì)量約為28m，由動(dòng)量守恒定律有mv0＝28mv，得v＝＝ m/s≈3.6×105 m/s，方向與質(zhì)子的初速度方向相同，故E項(xiàng)正確。 14．(2019·山西呂梁高三期末)(多選)下列說法正確的是(　　) A．原子的特征譜線是原子具有核式結(jié)構(gòu)的有力證據(jù) B．考古專家測出某具骸骨1 g碳樣品中6C的含量為活著的生物體1 g碳樣

41、品中C含量的，已知6C的半衰期為5730年，則該生物死亡時(shí)距今約11460年 C．核泄漏事故污染物能夠產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為Cs→Ba＋X，可以判斷X為β射線 D．核反應(yīng)堆利用石墨吸收中子控制核反應(yīng)速度 答案　BC 解析　原子的特征譜線說明原子只能處于不連續(xù)的、分立的能級(jí)上，是原子具有分立能級(jí)的有力證據(jù)，故A錯(cuò)誤；考古專家發(fā)現(xiàn)某一骸骨中6C的含量為活著的生物體中6C的，可知經(jīng)歷了2個(gè)半衰期，6C的半衰期為5730年，則確定該生物死亡時(shí)距今約11460年，故B正確；根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為－1，質(zhì)量數(shù)為0，可知X為電子，故C正確；鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，所以用來吸收核裂變產(chǎn)生的中子，故D錯(cuò)誤。