（浙江選考）2020版高考物理一輪復習 第12章 動量守恒定律 波粒二象性 原子結構與原子核 第3講 原子結構 原子核學案

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1、第3講　原子結構　原子核 知識排查 原子結構 1.電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。 2.美國物理學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，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； ②少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉； ③極少數(shù)α粒子的偏轉角度大于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，建立了核式結構模型。 5.核式結構模型 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量，電子在核外空間運動。 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和確定物質的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)

3、現(xiàn)和鑒別化學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動相對應。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：原子核是由質子和中子組成的，原子核

4、的電荷數(shù)等于核內的質子數(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)，說明原子核具有復雜的結構。 3.放射性同位素的應用與防護 (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性質相同。 (2)應用：消除靜電、工業(yè)探傷、做示蹤原子等。 (3)防護：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。半衰期由原子核內部的因素決定，跟原子所處的物理、化學狀態(tài)無關。 核力和核能 1.核力 原子核內部，核子間所特有的相互作用力。 2.核能 (1)核子在結合成原子核時出現(xiàn)質量虧損Δm，其對應的能量ΔE＝Δmc2。 (2)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2。 裂變反應和聚變反應、裂變反應堆 核反應方程 1.重核裂變 (1)定義：質量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質量數(shù)較小的原子核的過程。 (2)典型的裂變反應方程： U＋n→Kr＋Ba＋3n。 (3)鏈式反應：重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反

6、應一代接一代繼續(xù)下去的過程。 (4)臨界體積和臨界質量：裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積及其相應的質量。 (5)裂變的應用：原子彈、核反應堆。 (6)反應堆構造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護層。 2.輕核聚變 (1)定義：兩個輕核結合成質量較大的核的反應過程。輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫熱核反應。 (2)典型的聚變反應方程： 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)核式結構學說是盧瑟福在α粒子散射實驗的基礎上提出的(　　) (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)人們認識原子具有復雜結構是從英國物理學家湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開始的(　　) (7)人們認識原子核具有復雜結構是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子開始的(　　) (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，說明原子核內有電子(　　) (12)愛因斯坦質能方程反映了物體的質量和能量可以相

8、互轉化(　　) (13)核反應遵循質量數(shù)守恒而不是質量守恒，也遵循電荷數(shù)守恒(　　) (14)輕核聚變須達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粒子散射實驗結果出發(fā)推出的結論，其中正確的是(　　) A.金原子內部大部分都是空的 B.金原子是一個球體 C.湯姆孫的原子模型不符合原子結構的實際情況 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，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉，并有極少數(shù)α粒子的偏轉角度超過90°，有的甚至幾乎被反彈回來，則從α粒子散射實驗結果出發(fā)推出的結論有金原子內部大部分都是空的，湯姆孫的原子模型不符合原子結構的實際情況，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、氚的核內具有相同的(　　) A.核子數(shù)　　 　B.電子數(shù) C.中子數(shù) D.質子數(shù) 解析　同位素是指在原子核中的質子數(shù)相同而中子數(shù)不同的元素，故氕、氘、氚的核內具有相同的質子數(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動相對應，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動相對應，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動的頻率無關，故D錯誤。 答案　ABC 5.(多選)關于核衰變和核反應的類型，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方程為U＋n―→Ba＋Kr＋3n，屬于原子核的衰變 C.若核反應n＋H―→H釋放出2.2

12、 MeV能量，該過程質量虧損為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 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，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，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，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，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)光電效應可知，a光照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應，b光不能發(fā)生光電效應，E＝hν，說明頻率νa>νb，故選項C錯誤；同種介質中a、b光的折射率na>nb，設玻璃磚的厚度為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 （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 2個質子和2個中子結合成一個整體射出 中子轉化為質子和電子 2H＋2n→He n→H＋e 勻強磁場中軌跡形狀 衰變規(guī)律 電荷數(shù)守恒、質量數(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 名稱 構成 符號 電荷量 質量 電離能力 貫穿本領 α射線 氦核 He ＋2e 4 u 最強 最弱 β射線 電子 e －e u 較強 較強 γ射線 光子 γ

22、 0 0 最弱 最強 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粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量 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量虧損，故衰變后α粒子與釷核的質量之和小于衰變前鈾核的質量，選項D錯誤。 答案　B 1.（多選）關于天然放射性，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 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 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；半衰期由原子核內部的結構決定，與外界溫度無關，選項B正確；放射性來自于原子核內部，與其形成的化合物無關，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，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.某核電站遭受嚴重破壞，產(chǎn)生了嚴重的核泄漏，從核電站周圍

25、一定范圍內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碘131和钚239，嚴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量原子核的過程，鈾238的質量數(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，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.核反應的四種類型 類　型 可控性 核反應方程典例 衰變 α衰變 自發(fā) U―→Th＋He β衰變 自發(fā) Th―→Pa＋e 人工轉變 人工控制 N＋He―→O＋H （盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子） 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.書寫核反應方程時應注意 （1）必須遵守電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒規(guī)律。 （2）核反應方程中的箭頭（→）表示核反應進行的方向，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.核聚變反應方程可能為H＋H→He＋2n B.鈾核裂變的核反應方程可能為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.中子和質子結合成氚核，若該過

28、程質量虧損為Δm，則氚核的結合能為Δmc2 解析　核聚變反應方程為H＋H→He＋n，選項A錯誤；根據(jù)重核裂變分裂成幾個中等質量的原子核和核反應方程配平可知，選項B正確；β衰變時原子核內部中子轉化為質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.這個反應的核反應方程是H＋H→He＋n＋γ B.這個反應既不是聚變

29、反應也不是裂變反應 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)守恒及質量數(shù)守恒可知A正確；此反應是輕核聚變反應，B錯誤；由質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）科學家使用核反應獲取氚，再利用氘和氚的核反應獲得能量，核反應方程分別為：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的質子數(shù)是3，中子數(shù)是6 C.兩個

30、核反應都沒有質量虧損 D.氘和氚的核反應是核聚變反應 解析　核反應方程遵守電荷數(shù)守恒和質量數(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；兩個核反應都釋放出核能，所以都有質量虧損，故選項C錯誤；n＋Li→He＋H＋4.9 MeV是原子核的人工轉變，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.質能方程的三個易錯點 （1）質量虧損并不是質量消失，只是靜止質量變成了運動的質量； （2）質量虧損也不是核子個數(shù)的減少，核反應中核子

31、個數(shù)是不變的； （3）質量和能量這兩個量并不可以相互轉化，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)愛因斯坦質能方程列式計算：即ΔE＝Δmc2（Δm的單位：kg）。 （2）根據(jù)1 u相當于931.5 MeV，則ΔE＝Δm×931.5 MeV（Δm的單位：u，1 u＝1.660 6×10－27 kg）。 （3）核反應遵守動量守恒定律和能量守恒定律，因此我們可以結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”，其核反應方程為Be＋　　0－1e→Li＋νe 。已知鈹原子的質量為MBe＝7.016 929 u，鋰原子的質量為MLi＝7.016 004 u，1u相當于931 MeV，下列說法正確的是（　?。? A.中微子的質量數(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前電子的動量 D.中微子與鋰核（Li）的能量之和等于反應前電子的能量 解析　中微子是不帶電的，且質量接近于零，根據(jù)質量數(shù)的確定法，可知中微子的質量數(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）大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應方程是：H＋H→He＋n。已知H的質量為2.013 6 u，He的質量為3.015 0 u，n的質量為1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2。氘核聚變反應中釋放的核能約為（　?。? 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動，兩個H發(fā)生對撞后能發(fā)生核反應，得到He和新粒子，且在核反應過程中釋放的能量完全轉化為He和新粒子的動能。已知H的質量為2.014 1 u，He的質量為3.016 0 u，新粒子的質量為1.008 7 u，核反應時質量虧損1 u釋放的核能約為931 MeV（

35、如果涉及計算，結果保留整數(shù)）。則下列說法正確的是（　?。? A.核反應方程為H＋H→He＋H B.核反應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　由核反應過程中的質量數(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；核反應過程中質量虧損，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)核反應中系統(tǒng)的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根據(jù)核反應中系統(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粒子的質量分別為mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u和mα＝4.002 6 u，1 u的質量相當于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　（1）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?。?）5.034 MeV 活頁作業(yè) （時間：30分鐘） A組　基礎過關 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，得到以下結論：大部分α粒子都能直接穿過金箔，個別的發(fā)生偏轉，極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉，故A、D正確，B、C錯誤。 答案　AD 2.根據(jù)玻爾理論，下列關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動

39、，若圓周運動的頻率為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，下面有關它們的

40、說法正確的是（　?。? A.裂變和聚變的過程都有質量虧損 B.聚變過程有質量虧損，聚變過程質量有所增加 C.裂變過程質量有所增加，聚變過程有質量虧損 D.裂變和聚變過程中質量都有所增加 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　衰變過程滿足質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。寫出核反應方程：U→Pb＋mHe＋ne根據(jù)質量數(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、氦核的質量分別是m1、m2、m3和m4，如果氘核和氚核結合生成氦核，則下列說法中正確的是（　?。? A.核反應方程式為 H＋H→He＋n B.這是一個裂變反應 C.核反應過程中的質量虧損Δm＝m1＋m2－m3 D.核反應過程中釋放的核能ΔE＝（m1＋m2－m3－m4）c2 解析　由氘核和氚核的結合以及電荷數(shù)、質量數(shù)守恒可知選項A正確；該核反應為聚變反應，選項B錯誤；核反應過程中的質量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4，選項C錯誤；由愛因斯坦質能方程可知核反應過程中釋放的核能ΔE＝Δmc2，可知選項D正確。 答案　AD 7.某核反應

43、方程 H＋H→He＋X。已知H的質量為2.013 6 u，H的質量為3.018 0 u，He的質量為 4.002 6 u，X的質量為1.008 7 u。則下列說法中正確的是（　?。? A.X是質子，該反應釋放能量 B.X是中子，該反應釋放能量 C.X是質子，該反應吸收能量 D.X是中子，該反應吸收能量 解析　據(jù)質量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒可判定X為中子，核反應中有質量虧損，則該反應釋放能量，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，質量總和大于該原子核的總質量 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；在核子結合成原子核過程中需要釋放出結合能，根據(jù)質能方程E＝Δmc2，所以結合原子核過程中存在質量損失，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到10－15 m以內，核力才能起作用 D.地球聚變燃料的儲量十分豐富，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·湖北省襄陽市調研）（多選）靜止在勻強磁場中的U核發(fā)生α衰變，產(chǎn)生一個未知粒子X，它們在磁場中的運動徑跡如圖4所示，下列說法正確的是（　?。? 圖4 A.該核反應方程為U―→X＋He B.α粒子和粒子X在磁場中做圓周運動時轉動方向相同 C.軌跡1、2分別是α粒子、X粒子的運動徑跡 D.α粒子、X粒子運動徑跡半徑之比為45∶1 解析　顯然選項A中核反應方程正確，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　比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢靠

50、，原子核越穩(wěn)定，故A錯誤；92U衰變?yōu)?6Rn，質量數(shù)減少16，電荷數(shù)減少6，由于原子核經(jīng)過一次α衰變，質子數(shù)減少2，質量數(shù)減少4，經(jīng)過一次β衰變，質子數(shù)增加1，質量數(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，即能更準確地測得電子的位置。根據(jù)不確定性關系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 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動，但若eU＜Ekm，仍會有一定數(shù)量的光電子可到達陰極而形成光電流，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)生光電效應的光子種數(shù)無法確定，選項D錯誤。 答案　BC 20