高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題二十二 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu) 原子核（加試）

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專題二十二 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu) 原子核（加試） 考綱解讀 章 內(nèi)容 考試要求 說明 必考 加試 波粒二象性 能量量子化 b 1.不要求掌握黑體輻射的概念和實(shí)驗(yàn)規(guī)律 2．不要求識記研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路圖 3．不要求用ΔxΔp≥進(jìn)行計(jì)算 光的粒子性 c 粒子的波動性 c 概率波 b 不確定性關(guān)系 b 原子結(jié)構(gòu) 電子的發(fā)現(xiàn) a 1.不要求了解測量比荷的實(shí)驗(yàn)裝置 2．不要求計(jì)算以密立根實(shí)驗(yàn)為背景的問題 3．不要求了解α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的細(xì)節(jié) 4．不要求用氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律計(jì)算波長 5．不要求識記氫原子不同狀態(tài)時(shí)的電子云 原子的核式結(jié)構(gòu)模型 b 氫原子光譜 b 玻爾的原子模型 c 原子核 原子核的組成 a 1.不要求識記反映三種放射線穿透能力的數(shù)據(jù) 2．不要求知道威爾遜云室、氣泡室的工作原理 3．不要求知道蓋革—米勒計(jì)數(shù)器的技術(shù)細(xì)節(jié) 4．不要求了解比結(jié)合能概念以及比結(jié)合能曲線 5．不要求了解核電站的工作流程 6．不要求知道受控核聚變中的技術(shù)問題 7．不要求識記新粒子以及各種夸克的名稱 8．不要求識記宇宙與恒星演化的細(xì)節(jié) 放射性元素的衰變 c 探測射線的方法 a 放射性的應(yīng)用與防護(hù) a 核力與結(jié)合能 c 核裂變 c 核聚變 c 粒子和宇宙 a 一、能量量子化 1．量子化假設(shè) 黑體的空腔壁由大量振子(振動著的帶電微粒)組成，其能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，并以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地吸收或輻射． 2．能量子 (1)定義：不可再分的最小能量值ε. (2)關(guān)系式：ε＝hν，ν是電磁波的頻率，h是普朗克常量，h＝6.6310－34 Js. 二、光的粒子性 1．光電效應(yīng)現(xiàn)象 在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做光電子． 2．實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率． (2)光子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大． (3)光照射到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的． (4)光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比． 3．愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)光子：光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，這些能量子稱為光子，頻率為ν的光的能量子為hν. (2)愛因斯坦光電效應(yīng)方程 ①表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. ②物理意義：金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，這些能量一部分用于克服金屬的逸出功，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek. 三、原子的核式結(jié)構(gòu)模型 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，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”，如圖1所示． 圖1 (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，原子半徑的數(shù)量級是10－10 m，而原子核半徑的數(shù)量級是10－15 m，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運(yùn)動． (4)實(shí)驗(yàn)意義：否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，明確了原子核大小的數(shù)量級． 四、氫原子光譜 1．氫原子光譜 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．有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫做線狀譜．有的光譜看起來不是一條條分立的譜線，而是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜． 2．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)元素上有著重大意義． 五、氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式 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，但并不向外輻射能量． (2)躍遷：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)能級的能量差決定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.6310－34 Js) (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． 2．氫原子的能級圖 能級圖如圖2所示 圖2 六、原子核及核反應(yīng) 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)． (2)三種射線 名稱 構(gòu)成 符號 電離能力 貫穿本領(lǐng) α射線 氦核 He 最強(qiáng) 最弱 β射線 電子 　e 較強(qiáng) 較強(qiáng) γ射線 光子 γ 最弱 最強(qiáng) (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． 2．原子核的組成 (1)原子核由質(zhì)子(H)和中子(n)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)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝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元素的原子核的符號為X，其中A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)． (4)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為同位素． 3．原子核的衰變、半衰期 (1)原子核的衰變 ①原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的現(xiàn)象稱為原子核的衰變． ②分類 α衰變：X→Y＋He β衰變：X→　AZ＋1Y＋e γ衰變：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． ③兩個(gè)典型的衰變方程 α衰變：U→Th＋He β衰變：Th→Pa＋e. (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． 4．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(gè)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)：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． 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(gè)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 (3)人工轉(zhuǎn)變 盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子： N＋He→O＋H 查德威克發(fā)現(xiàn)中子： He＋Be→C＋n 居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素、正電子： Al＋He→P＋n P→Si＋e 加試基礎(chǔ)練 1．盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖是(　　) 答案　D 解析　盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)研究原子結(jié)構(gòu)，即α粒子散射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：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)，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角超過90，有的幾乎達(dá)到180，也就是說它們幾乎被“撞了回來”．所以能正確反映該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是選項(xiàng)D. 2．(多選)如圖3所示，用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是(　　) 圖3 A．有光子從鋅板逸出 B．有電子從鋅板逸出 C．驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度 D．鋅板帶負(fù)電 答案　BC 解析　用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的，鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出，稱之為光電子，故A錯(cuò)誤，B正確；鋅板與驗(yàn)電器相連，帶有相同電性的電荷，鋅板失去電子應(yīng)該帶正電，且失去電子越多，帶的電荷量越多，驗(yàn)電器指針張角越大，故C正確，D錯(cuò)誤． 3．一個(gè)氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級．該氫原子(　　) A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量減少 C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量減少 答案　B 解析　根據(jù)玻爾理論，氫原子能級越高對應(yīng)的能量越大．當(dāng)氫原子從較高能級向較低能級躍遷時(shí)放出光子，能量減少，故選項(xiàng)B正確． 4．(多選)(2016湖州聯(lián)考)在下列四個(gè)核反應(yīng)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　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，四個(gè)選項(xiàng)中的X分別代表：e、He、n、He.選項(xiàng)B、D正確． 5．(多選)鈾核裂變是核電站核能的重要來源，其中一種裂變反應(yīng)式是U＋n→Ba＋Kr＋3n.下列說法正確的是(　　) A．上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出 B．鈾塊體積對鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無影響 C．鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制 D．鈾核的半衰期會受到環(huán)境溫度的影響 答案　AC 解析　核裂變反應(yīng)是重核被中子轟擊后分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核并放出若干個(gè)中子的反應(yīng)，A選項(xiàng)正確；鈾塊要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)需達(dá)到一定的體積，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制用以建立核電站，C選項(xiàng)正確；原子核的半衰期由原子核本身的性質(zhì)決定，與其所處的環(huán)境或狀態(tài)無關(guān)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤. 　　　　　波粒二象性　原子結(jié)構(gòu) 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性． (2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性． (3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性． 2．對玻爾理論的四點(diǎn)提醒 (1)電子繞核運(yùn)動的半徑是不連續(xù)的； (2)電子躍遷輻射光子的頻率不等于電子繞核圓周運(yùn)動的頻率； (3)實(shí)物粒子也能使原子發(fā)生能級躍遷； (4)一個(gè)處于激發(fā)態(tài)的氫原子，輻射光譜線條數(shù)可能為1.一群處于激發(fā)態(tài)(n≥3)的氫原子，可能輻射出多條光譜線． 3．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)從高能級(n大)低能級(n小)―→放出能量． hν＝En大－En小 例1　(2016浙江10月學(xué)考15)如圖4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光．a(chǎn)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4 A．λa>λb B．Ua>Ub C．a(chǎn)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 答案　BCD 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，即a光頻率要大，波長要短，所以A錯(cuò)，C正確．根據(jù)光電效應(yīng)可知，最大初動能Ek＝hν－W0，所以a光照射后的最大初動能為Eka＝(2.86－2.29) eV＝0.57 eV，b光照射后的最大初動能為Ekb＝(2.55－2.29) eV＝0.26 eV，選項(xiàng)D正確．根據(jù)截止電壓知識可知，Ua>Ub，選項(xiàng)B正確． 解答氫原子能級圖與原子躍遷問題的注意事項(xiàng) 1．能級之間躍遷時(shí)放出的光子頻率是不連續(xù)的． 2．能級之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En求得． 3．一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n－1. 4．一群氫原子躍遷發(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＝. (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． 變式題組 1．(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是(　　) A．增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大 B．減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 C．改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng) D．改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動能變大 答案　AD 解析　增大入射光強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積的光子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項(xiàng)A正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于入射光的頻率，而與入射光強(qiáng)度無關(guān)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤．用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，用頻率較小的光照射時(shí)，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)hν－W＝mv2可知，增加入射光頻率，光電子的最大初動能也增大，故選項(xiàng)D正確． 2．(2016嘉興模擬)用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)光子存在，如圖4所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片．這些照片說明(　　) 圖4 A．光只有粒子性沒有波動性 B．光只有波動性沒有粒子性 C．少量光子的運(yùn)動顯示波動性，大量光子的運(yùn)動顯示粒子性 D．少量光子的運(yùn)動顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動顯示波動性 答案　D 解析　光具有波粒二象性，這些照片說明少量光子的運(yùn)動顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動顯示波動性，故D正確． 3．如圖5所示為氫原子的能級圖．用光子能量為13.06 eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，則可能觀測到氫原子發(fā)射的不同波長的光有(　　) 　 圖5 A．15種 B．10種 C．4種 D．1種 答案　B 解析　基態(tài)的氫原子的能級值為－13.6 eV，吸收13.06 eV的能量后變成－0.54 eV，原子躍遷到了能級5，由于氫原子是大量的，故輻射的光子種類是＝＝10種．  　　　　　原子核及核反應(yīng) 1．半衰期的三點(diǎn)提醒 (1)半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用； (2)原子核質(zhì)量減少一半與原子核有半數(shù)發(fā)生衰變概念不同； (3)半衰期的大小是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，與外部條件無關(guān)． 2．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(shí)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 3.書寫核反應(yīng)方程時(shí)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． 例2　(多選)天然放射性元素Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后，變成Pb(鉛)．下列判斷中正確的是(　　) A．衰變過程共有6次α衰變和4次β衰變 B．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子 C．β衰變所放出的電子來自原子核外 D．釷核比鉛核多24個(gè)中子 答案　AB 解析　由于β衰變不會引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定α衰變的次數(shù)，x＝＝6，再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來判定β衰變的次數(shù)，2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4，釷232核中的中子數(shù)為232－90＝142，鉛208核中的中子數(shù)為208－82＝126，所以釷核比鉛核多16個(gè)中子，鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子，β衰變所放出的電子來自原子核內(nèi)，n→H＋e，所以A、B正確． 衰變次數(shù)的確定方法 因?yàn)棣滤プ儗|(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(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)． 變式題組 4．關(guān)于α、β、γ三種射線，下列說法中正確的是(　　) A．α射線是原子核自發(fā)放出的氦核，它的穿透能力最強(qiáng) B．β射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的穿透能力 C．γ射線一般隨著α或β射線產(chǎn)生，它的穿透能力最強(qiáng) D．γ射線是電磁波，它的穿透能力最弱 答案　C 解析　α、β、γ三種射線有不同的性質(zhì)，了解這三種射線的性質(zhì)可知C正確． 5．關(guān)于半衰期，以下說法正確的是(　　) A．同種放射性元素在化合物中的半衰期比在單質(zhì)中長 B．升高溫度可以使半衰期縮短 C．氡的半衰期為3.8天，若有四個(gè)氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下一個(gè) D．氡的半衰期為3.8天，若有4 g氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下1 g 答案　D 解析　考慮到放射性元素衰變的快慢跟原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，又考慮到半衰期是一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律，即給定的四個(gè)氡核是否馬上衰變會受到各種偶然因素的影響，A、B、C錯(cuò)誤．故D正確． 6．(2016浙江10月學(xué)考16)用中子(n)轟擊鈾核(U)產(chǎn)生裂變反應(yīng)，會產(chǎn)生鋇核(Ba)和氪核(Kr)并釋放出中子(n)，當(dāng)達(dá)到某些條件時(shí)可發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．一個(gè)鈾核(U)裂變時(shí)，釋放的能量約為200 MeV(1 eV＝1.610－19 J)．以下說法正確的是(　　) A.U的裂變方程為U→Ba＋Kr＋n B.U的裂變方程為U＋n→Ba＋Kr＋3n C.U發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件與鈾塊的體積有關(guān) D．一個(gè)U裂變時(shí)，質(zhì)量虧損約為3.610－28 kg 答案　BCD 解析　鈾核在裂變過程中需要中子的轟擊，產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確．而鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在進(jìn)行過程中，還需要鈾塊達(dá)到臨界體積才能維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)不斷進(jìn)行下去，所以選項(xiàng)C正確．根據(jù)釋放出來的核能，結(jié)合質(zhì)能方程可知ΔE＝Δmc2 ，反應(yīng)過程中，質(zhì)量虧損為Δm＝ kg≈3.610－28 kg ，選項(xiàng)D正確． 　　　　　核能的計(jì)算 1．核能 (1)核子在結(jié)合成原子核時(shí)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(shí)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. 2．核能釋放的兩種途徑的理解 (1)使較重的核分裂成中等大小的核；(2)較小的核結(jié)合成中等大小的核． 例3　一個(gè)靜止的钚核Pu自發(fā)衰變成一個(gè)鈾核U和另一個(gè)原子核X，并釋放出一定的能量．其核衰變方程為：Pu→U＋X. (1)方程中的“X”核符號為 ； (2)钚核的質(zhì)量為239.052 2 u，鈾核的質(zhì)量為235.043 9 u，X核的質(zhì)量為4.002 6 u，已知1 u相當(dāng)于931 MeV，則該衰變過程放出的能量是 MeV. 答案　(1)He　(2)5.31 解析　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，得X核的質(zhì)量數(shù)為239－235＝4，核電荷數(shù)為94－92＝2，故“X”核為氦核，符號為He. (2)钚核衰變過程中的質(zhì)量虧損Δm＝239.052 2 u－235.043 9 u－4.002 6 u＝0.005 7 u，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，得出衰變過程中放出的能量E＝0.005 7931 MeV≈5.31 MeV. 變式題組 7．質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3.當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，釋放的能量是(c表示真空中的光速)(　　) A．(m1＋m2－m3)c　　　　　　 B．(m1－m2－m3)c C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2 答案　C 解析　由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3 可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，選項(xiàng)C正確． 1．(2015金華十校聯(lián)考)能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是(　　) A．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng) B．光的衍射和光的色散 C．光的折射和透鏡成像 D．光的干涉和康普頓效應(yīng) 答案　D 2．(多選)關(guān)于玻爾的原子模型理論，下列說法正確的是(　　) A．原子可以處于連續(xù)的能量狀態(tài)中 B．原子的能量狀態(tài)不可能是連續(xù)的 C．原子的核外電子在軌道上運(yùn)動時(shí)，要向外輻射能量 D．原子的核外電子在軌道上運(yùn)動時(shí)，不向外輻射能量 答案　BD 解析　由玻爾的原子模型知原子的能量是不連續(xù)的，是量子化的，電子在定態(tài)軌道上繞核運(yùn)動時(shí)，不向外輻射能量，處于定態(tài)，只有從高能級軌道向低能級軌道躍遷時(shí)，才向外輻射能量． 3．根據(jù)玻爾的氫原子理論，電子在各條可能軌道上運(yùn)動的能量是指(　　) A．電子的動能 B．電子的電勢能 C．電子的電勢能與動能之和 D．電子的動能、電勢能和原子核能之和 答案　C 解析　根據(jù)玻爾理論，電子繞核在不同軌道上做圓周運(yùn)動，庫侖引力提供向心力，故電子的能量指電子的總能量，包括動能和電勢能，所以C選項(xiàng)是正確的． 4．下列說法中正確的是(　　) A．裂變又叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng) B．太陽上現(xiàn)在正在進(jìn)行著激烈的裂變反應(yīng) C．大亞灣核電站是利用裂變反應(yīng)發(fā)電的 D．秦山核電站是利用聚變反應(yīng)發(fā)電的 答案　C 解析　裂變反應(yīng)并不是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故A錯(cuò)誤．太陽上進(jìn)行的反應(yīng)是聚變反應(yīng)，故B錯(cuò)誤．核電站是利用裂變反應(yīng)發(fā)電的，目前還沒有利用聚變反應(yīng)發(fā)電的核電站，故C正確，D錯(cuò)誤． 5．核反應(yīng)方程Be＋He→C＋X中的X表示(　　) A．質(zhì)子 B．電子 C．光子 D．中子 答案　D 解析　設(shè)X的質(zhì)子數(shù)為m，質(zhì)量數(shù)為n.則有4＋2＝m＋6,9＋4＝12＋n，所以m＝0，n＝1，即X為中子，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確． 6．用頻率為ν的光照射某金屬表面時(shí)，逸出的光電子的最大初動能為Ek；若改用頻率為3ν的光照射該金屬，則逸出的光電子的最大初動能為(　　) A．3Ek B．2Ek C．3hν－Ek D．2hν＋Ek 答案　D 解析　由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知Ek＝hν－W0，Ek′＝h3ν－W0，所以Ek′＝2hν＋Ek. 7．(多選)關(guān)于核力，下列說法中正確的是(　　) A．核力是一種特殊的萬有引力 B．原子核內(nèi)任意兩個(gè)核子間都有核力作用 C．核力是原子核能穩(wěn)定存在的原因 D．核力是一種短程強(qiáng)作用力 答案　CD 8．(多選)關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法正確的是(　　) A．質(zhì)量減少，能量就會增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量 B．物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值 C．物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系 D．某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的 答案　BD 解析　質(zhì)能方程E＝Δmc2表明某一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的，當(dāng)物體獲得一定的能量，即能量增加某一定值時(shí)，它的質(zhì)量也相應(yīng)增加一定值，并可根據(jù)ΔE＝Δmc2進(jìn)行計(jì)算，故B、D對． 9．(多選)氫原子從n＝6躍遷到n＝2能級時(shí)輻射出頻率為ν1的光子，從n＝5躍遷到n＝2能級時(shí)輻射出頻率為ν2的光子．下列說法正確的是(　　) 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(shí)驗(yàn)時(shí)，頻率為ν1的光產(chǎn)生的條紋間距較大 D．做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，頻率為ν1的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能較大 答案　ABD 解析　氫原子從n＝6的能級躍遷到n＝2的能級時(shí)的能級差大于從n＝5的能級躍遷到n＝2的能級時(shí)的能級差，根據(jù)Em－En＝hν知，頻率為ν1的光子的能量大于頻率為ν2的光子的能量，故A正確；頻率為ν1的光子的頻率大于頻率為ν2的光子的頻率，所以頻率為ν1的光子的波長小，根據(jù)p＝，則頻率為ν1的光子的動量較大，故B正確；干涉條紋間距公式Δx＝λ，頻率為ν1的光的波長小，產(chǎn)生的條紋間距較小，故C錯(cuò)誤；做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由光電效應(yīng)方程，Ek＝hν－W0，頻率越高，光電子的最大初動能越大，因此頻率為ν1的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能較大，故D正確． 10．(多選)(2016浙江4月選考14)下列說法正確的是(　　) A．波源的頻率越高，波速越大 B．溫度升高，放射性元素的半衰期不變 C．氫原子吸收光子可以從低能級躍遷到高能級 D．光發(fā)生全反射時(shí)，臨界角隨入射角增大而變大 答案　BC 解析　機(jī)械波的波速取決于介質(zhì)，與頻率無關(guān)，所以A錯(cuò)．半衰期是原子核本身的屬性，與溫度無關(guān)，B對．氫原子要吸收特定頻率的光子才能從低能級躍遷到高能級，或者吸收超過電離能量的光子后電離，所以C對．由sin C＝可知，臨界角與折射率有關(guān)，與入射角無關(guān)，所以D錯(cuò)． 11．如圖1所示為氫原子的四個(gè)能級，其中E1為基態(tài)，若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說法正確的是(　　) 圖1 A．原子A可能輻射出3種頻率的光子 B．原子B可能輻射出3種頻率的光子 C．原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4 D．原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4 答案　B 解析　原子A從激發(fā)態(tài)E2躍遷到E1，只能輻射出1種頻率的光子，A錯(cuò)．原子B從激發(fā)態(tài)E3躍遷到基態(tài)E1可能輻射出3種頻率的光子，B對．由原子能級躍遷理論可知，原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時(shí)放出的光子并躍遷到E3，但不能躍遷到E4，C錯(cuò)．A原子發(fā)出的光子能量ΔE＝E2－E1大于E4－E3，故原子B不可能吸收原子A發(fā)出的光子躍遷到能級E4，D錯(cuò)． 12．(多選)(2016浙江省第一學(xué)期名校試卷)下列說法正確的是(　　) A．原子核發(fā)生α衰變后，新核的原子序數(shù)將減小2位 B．天然放射現(xiàn)象一定伴隨有電子的得失 C．光電效應(yīng)發(fā)生后，遏制電壓和入射光的頻率有關(guān) D．氫原子由高能級向低能級躍遷要吸收光子 答案　AC 解析　由核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知A正確；天然放射現(xiàn)象發(fā)生在原子核內(nèi)部，與電子得失無關(guān)，B錯(cuò)誤；光電效應(yīng)發(fā)生后由Ekm＝hν－W0和Ekm＝eUc知C正確；氫原子由高能級向低能級躍遷要發(fā)出光子，D不正確，綜上應(yīng)選A、C. 13．下列核反應(yīng)方程中，屬于α衰變的是(　　) A.N＋He→O＋H B.U→Th＋He C.H＋H→He＋n D.Th→Pa＋e 答案　B 解析　α衰變是重核自發(fā)的發(fā)出α粒子的天然放射現(xiàn)象，其中α粒子是He，所以B正確；A為人工轉(zhuǎn)變，C為輕核的聚變，D是β衰變，故A、C、D皆錯(cuò)誤． 14．(多選)(2016溫州市8月選考模擬)以下說法正確的是(　　) A．氫原子能吸收任意頻率的光子并躍遷到高能態(tài) B．愛因斯坦為解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象提出了光子說 C．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng) D．放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子的貫穿本領(lǐng)最強(qiáng) 答案　BC 解析　氫原子只能吸收特定頻率的光子躍遷到高能態(tài)，A不正確；愛因斯坦為解釋光電效應(yīng)提出了光子說，B正確；太陽輻射的能量來自太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，C正確；放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子電離本領(lǐng)最強(qiáng)，貫穿本領(lǐng)最弱，D不正確，故選B、C. 15．(多選)下列說法正確的是(　　) A.H＋H→He＋n，是聚變 B.U＋n→Xe＋Sr＋2n，是裂變 C.Ra→Rn＋He，是α衰變 D.Na→Mg＋e，是裂變 答案　ABC 解析　聚變是兩個(gè)輕核聚合成質(zhì)量較大的核的過程，A是聚變，A對；裂變是重核在中子的轟擊下分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的核的過程，B是裂變，B對，D錯(cuò)；衰變是一個(gè)原子核自發(fā)放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核，C是衰變，C對． 16．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應(yīng)方程為H＋H→He＋x，式中x是某種粒子．已知：H、H、He和粒子x的質(zhì)量分別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝，c是真空中的光速．由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是 ，該反應(yīng)釋放出的能量為 MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)． 答案　n(或中子)　17.6 解析　根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得x是n(或中子)． 核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為 Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u 所以該反應(yīng)釋放出的能量為ΔE＝Δmc2≈17.6 MeV.