(全國版)高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)練習(xí)選修3-5 第十二章 第2講 (含解析)

第2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．原子的核式結(jié)構(gòu)圖1(1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909～1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進(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)(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。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(shí)驗(yàn)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eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))，(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－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。氫原子的能級、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：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·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。2.氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級能級圖如圖2所示圖2(2)氫原子的能級和軌道半徑①氫原子的能級公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1，2，3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6eV。②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m。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：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He如：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He；β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e如：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e；(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)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(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。

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：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3eq\o\al(1,0)n。(3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：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：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV小題速練1．在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(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．正電荷在原子內(nèi)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A2．下列有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是()A．氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B．氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光C．氫原子光譜說明氫原子能量是連續(xù)的D．氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差無關(guān)解析由于氫原子發(fā)射的光子的能量E＝En－Em＝eq\f(1,n2)E1－eq\f(1,m2)E1＝eq\f(m2－n2,n2m2)E1，所以發(fā)射的光子的能量值E是不連續(xù)的，只能是一些特定頻率的譜線，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；由于氫原子的軌道是不連續(xù)的，根據(jù)玻爾原子理論知?dú)湓拥哪芗壱彩遣贿B續(xù)的，即是分立的，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)氫原子從較高軌道第n能級躍遷到較低軌道第m能級時(shí)，發(fā)射的光子的能量為E＝En－Em＝hν，顯然n、m的取值不同，發(fā)射光子的頻率就不同，故氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差有關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B3．(多選)如圖3是氫原子的能級圖，一群氫原子處于n＝3能級，下列說法中正確的是()圖3A．這群氫原子躍遷時(shí)能夠發(fā)出3種不同頻率的波B．這群氫原子發(fā)出的光子中，能量最大為10.2eVC．從n＝3能級躍遷到n＝2能級時(shí)發(fā)出的光波長最長D．這群氫原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能級躍遷解析根據(jù)Ceq\o\al(2,3)＝3知，這群氫原子能夠發(fā)出3種不同頻率的光子，故A正確；由n＝3躍遷到n＝1，輻射的光子能量最大，ΔE＝(13.6－1.51)eV＝12.09eV，故B錯(cuò)誤；從n＝3躍遷到n＝2輻射的光子能量最小，頻率最小，則波長最長，故C正確；一群處于n＝3能級的氫原子發(fā)生躍遷，吸收的能量必須等于兩能級的能級差，故D錯(cuò)誤。答案AC4．(2017·上海單科)由放射性元素放出的氦核流被稱為()A．陰極射線 B．α射線C．β射線 D．γ射線解析在天然放射現(xiàn)象中，放出α、β、γ三種射線，其中α射線屬于氦核流，選項(xiàng)B正確。答案B5．(2017·上海單科)在同位素氫、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)解析本題考查對同位素的認(rèn)識。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，故氫、氘、氚的核內(nèi)具有相同的質(zhì)子數(shù)，選項(xiàng)D正確。答案D6．(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.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變B.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是β衰變C.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變D.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂變答案AC7．下列有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認(rèn)識，其中正確的是()A．γ射線是高速運(yùn)動的電子流B．氫原子輻射光子后，其繞核運(yùn)動的電子動能增大C．太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D.eq\o\al(210,)83Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,)83Bi經(jīng)過10天后還剩下50克解析γ射線是光子流，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；氫原子輻射光子后，由高能級向低能級躍遷，半徑減小，繞核運(yùn)動的動能增大，故選項(xiàng)B正確；太陽輻射能量主要來源是太陽中發(fā)生的輕核聚變，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；100克eq\o\al(210,)83Bi經(jīng)過10天即2個(gè)半衰期還剩下eq\f(1,22)×100克＝25克，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B8.太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)聚變?yōu)?個(gè)氦核(eq\o\al(4,2)He)的熱核反應(yīng)，核反應(yīng)方程是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2X，這個(gè)核反應(yīng)釋放出大量核能。已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c。下列說法中正確的是()A．方程中的X表示中子(eq\o\al(1,0)n)B．方程中的X表示電子(eq\o\al(0,－1)e)C．這個(gè)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝4m1－m2D．這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2解析由核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可推斷出X為正電子eq\o\al(0,1)e，A、B錯(cuò)誤；質(zhì)量虧損為Δm＝4m1－m2－2m3，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C錯(cuò)誤，D正確。答案D氫原子的能級及能級躍遷1．定態(tài)間的躍遷——滿足能級差(1)從低能級(n小)eq\o(→,\s\up7(躍遷),\s\do5())高能級(n大)→吸收能量。hν＝En大－En小(2)從高能級(n大)eq\o(→,\s\up7(躍遷),\s\do5())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－(－13.6eV)＝13.6eV電離能。n＝2→電離態(tài)：E吸＝0－E2＝3.4eV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．氫原子躍遷時(shí)能量的變化(1)氫原子能量：En＝Ekn＋Epn＝eq\f(E1,n2)，隨n增大而增大，其中E1＝－13.6eV。(2)電子動能：電子繞氫原子核運(yùn)動時(shí)庫侖力提供向心力，即keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，所以Ek＝eq\f(ke2,2r)隨r增大而減小。(3)電勢能：通過庫侖力做功判斷電勢能的增減，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖力做正功，電勢能減??；反之，軌道半徑增大時(shí)，電勢能增加?！纠?】(多選)氫原子各個(gè)能級的能量如圖4所示，氫原子由n＝1能級躍遷到n＝4能級，在它回到n＝1能級過程中，下列說法中正確的是()圖4A．可能激發(fā)出頻率不同的光子只有6種B．可能激發(fā)出頻率不同的光子只有3種C．可能激發(fā)出的光子的最大能量為12.75eVD．可能激發(fā)出的光子的最大能量為0.66eV解析氫原子由n＝4能級躍遷到n＝1能級，可能發(fā)出的譜線條數(shù)為Ceq\o\al(2,4)，即6種頻率或能量不同的光子，A正確，B錯(cuò)誤；可能激發(fā)出的光子的最大能量為n＝4能級躍遷到n＝1能級對應(yīng)的，C正確，D錯(cuò)誤。答案AC1．解決氫原子能級躍遷問題的四點(diǎn)技巧(1)原子躍遷時(shí)，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差。(2)原子電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值。(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＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)。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。2．計(jì)算能級能量時(shí)應(yīng)注意：因一般取無限遠(yuǎn)處為零電勢參考平面，故各能級的能量值均為負(fù)值；能量單位1eV＝1.6×10－19J。1．一個(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，能量減少解析氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)，放出光子，能量減少，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤。答案B2．如圖5所示為氫原子的能級圖，圖中a、b、c、d對應(yīng)氫原子的四次躍遷，已知可見光光子的能量范圍為1.61～3.10eV，關(guān)于四次躍遷，下列說法正確的是()圖5A．經(jīng)歷a躍遷，氫原子吸收的光子能量為0.66eVB．經(jīng)歷b躍遷，氫原子的軌道半徑增大，原子核外電子的動能增大C．經(jīng)歷c躍遷，氫原子放出的光子是可見光光子D．經(jīng)歷d躍遷后，再用可見光照射躍遷后的氫原子，可使氫原子發(fā)生電離解析經(jīng)歷a躍遷，氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)輻射出的光子的能量為0.66eV，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；經(jīng)歷b躍遷，氫原子吸收能量，軌道半徑增大，但核外電子的動能會減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；經(jīng)歷c躍遷，氫原子輻射出的光子的能量為0.97eV，則該光子不是可見光光子，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；經(jīng)歷d躍遷后，躍遷后的氫原子的電離能為1.51eV，因此用可見光光子照射可使其電離，選項(xiàng)D正確。答案D原子核的衰變、半衰期1．衰變規(guī)律及實(shí)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eq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)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(shí)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eq\o\al(4,2)He＋2e4u最強(qiáng)最弱β射線電子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1837)u較強(qiáng)較強(qiáng)γ射線光子γ00最弱最強(qiáng)3.半衰期的理解半衰期的公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))?！纠?】(2017·全國卷Ⅱ，15)一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核，衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)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(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)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，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(xiàng)B正確；根據(jù)Ek＝eq\f(p2,2m)可知，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；半衰期的定義是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對于一個(gè)α粒子不適用，選項(xiàng)C錯(cuò)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(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B1．(2018·湖南常德二模)某一放射性物質(zhì)發(fā)生衰變時(shí)放出α、β、γ三種射線，讓這三種射線進(jìn)入磁場，運(yùn)動情況如圖6所示，下列說法中正確的是()圖6A．該放射性物質(zhì)的半衰期隨溫度的升高會增大B．C粒子是原子核的重要組成部分C．A粒子一定帶正電D．B粒子的穿透性最弱解析半衰期由原子核本身決定，與外界因素?zé)o關(guān)，故A錯(cuò)誤；由圖可知C粒子為電子，故B錯(cuò)誤；由左手定則可知A粒子一定帶正電，故C正確；B粒子為γ射線，穿透性最強(qiáng)，故D錯(cuò)誤。答案C2．(多選)(2019·山西太原一模)釷eq\o\al(234,90)Th具有放射性，它能放出一個(gè)新的粒子而變?yōu)殓heq\o\al(234,91)Pa，同時(shí)伴隨有γ射線產(chǎn)生，其方程為eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X，釷的半衰期為24天。則下列說法中正確的是()A．一塊純凈的釷234礦石經(jīng)過24天，礦石的質(zhì)量僅剩下原來質(zhì)量的一半B．X是釷核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的C．γ射線是釷原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的鏷234的原子核釋放的D．γ射線具有很強(qiáng)的電離作用，對人體細(xì)胞破壞能力較大解析一塊純凈的234礦石經(jīng)過24天，釷核有半數(shù)發(fā)生衰變，不是礦石的質(zhì)量僅剩下原來質(zhì)量的一半，故A錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得出X是電子，其產(chǎn)生的本質(zhì)是釷核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故B正確；釷原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的鏷234的原子處于激發(fā)態(tài)，不穩(wěn)定，向基態(tài)躍遷的過程以γ射線向外釋放能量，故C正確；γ射線具有很強(qiáng)的穿透能力，電離作用很弱，故D錯(cuò)誤。答案BC3．(多選)(2019·福建廈門質(zhì)檢)靜止的eq\o\al(211,83)Bi原子核在磁場中發(fā)生衰變后運(yùn)動軌跡如圖7所示，大、小圓半徑分別為R1、R2。則下列關(guān)于此核衰變方程和兩圓軌跡半徑比值的判斷中正確的是()圖7A.eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(207,81)Tl＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC．R1∶R2＝84∶1D．R1∶R2＝207∶4解析由動量守恒可知0＝mv－MV，由左手定則可知此核衰變?yōu)棣滤プ?，故A錯(cuò)誤，B正確；由qvB＝meq\f(v2,R)可知R＝eq\f(mv,qB)，所以R1∶R2＝84∶1，故C正確，D錯(cuò)誤。答案BC核反應(yīng)方程與核能計(jì)算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)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)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eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2.核反應(yīng)方程的書寫(1)掌握核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律。(2)掌握常見的主要核反應(yīng)方程式，并知道其意義。(3)熟記常見的基本粒子的符號，如質(zhì)子、中子、α粒子等。3．核能的計(jì)算方法(1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖①根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。②根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。(2)根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)?！纠?】(2018·全國卷Ⅲ，14)1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核eq\o\al(27,13)Al，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X：α＋eq\o\al(27,13)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解析據(jù)α粒子和中子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)寫出核反應(yīng)方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(A,Z)X，結(jié)合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序數(shù)等于核電荷數(shù)，故B正確。答案B【例4】(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：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0150u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.0087u，1u＝931MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV解析根據(jù)質(zhì)能方程，釋放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.0035u，則ΔE＝0.0035×931MeV＝3.2585MeV≈3.3MeV，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤。答案B1．(2018·天津理綜，1)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。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是()圖8A.eq\o\al(14,)7N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生eq\o\al(17,)8O并放出一個(gè)粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生eq\o\al(30,15)P并放出一個(gè)粒子C.eq\o\al(11,)5B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生eq\o\al(8,4)Be并放出一個(gè)粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生eq\o\al(3,2)He并放出一個(gè)粒子解析根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒可知，eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H，A項(xiàng)錯(cuò)誤；eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，B項(xiàng)正確；eq\o\al(11,eq\a\vs4\al(5))B＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be＋eq\o\al(4,2)He，C項(xiàng)錯(cuò)誤；eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(4,2)He，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案B2．(多選)(2017·江蘇單科)原子核的比結(jié)合能曲線如圖9所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()圖9A.eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為14MeVB.eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定C．兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)釋放能量D.eq\o\al(235,)92U核中核子的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大解析由圖象可知eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為28MeV，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核的比結(jié)合能大，故eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核穩(wěn)定，選項(xiàng)B正確；兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)比結(jié)合能增大，釋放能量，選項(xiàng)C正確；eq\o\al(235,92)U的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案BC3．現(xiàn)有兩動能均為E0＝0.35MeV的eq\o\al(2,1)H在一條直線上相向運(yùn)動，兩個(gè)eq\o\al(2,1)H發(fā)生對撞后能發(fā)生核反應(yīng)，得到eq\o\al(3,2)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eq\o\al(3,2)He和新粒子的動能。已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0141u，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0160u，新粒子的質(zhì)量為1.0087u，核反應(yīng)時(shí)質(zhì)量虧損1u釋放的核能約為931MeV(如果涉及計(jì)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eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,1)HB．核反應(yīng)前后不滿足能量守恒定律C．新粒子的動能約為3MeVD.eq\o\al(3,2)He的動能約為4MeV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eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，則新粒子為中子eq\o\al(1,0)n，所以A錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損，釋放能量，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，仍然滿足能量守恒定律，B錯(cuò)誤；由題意可知ΔE＝(2.0141u×2－3.0160u－1.0087u)×931MeV/u＝3.3MeV，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＝eq\f(p2,2m)，可知eq\f(EkHe,Ekn)＝eq\f(mn,mHe)，解得EkHe＝eq\f(mn,mn＋mHe)(2E0＋ΔE)＝1MeV，Ekn＝eq\f(mHe,mn＋mHe)(2E0＋ΔE)＝3MeV，所以C正確，D錯(cuò)誤。答案C課時(shí)作業(yè)(時(shí)間：40分鐘)基礎(chǔ)鞏固練1．重核裂變和輕核聚變是人類獲得核能的兩種主要途徑，關(guān)于裂變和聚變，下列敘述正確的是()A．裂變過程有質(zhì)量虧損，聚變過程無質(zhì)量虧損B．核聚變反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X中，X表示電子C．裂變釋放能量，聚變吸收能量D．氫彈的核反應(yīng)屬于聚變，原子彈的核反應(yīng)屬于裂變解析裂變和聚變都釋放出巨大能量，都伴隨著質(zhì)量的虧損，故A、C錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n中，X表示中子，B錯(cuò)誤；原子彈的核反應(yīng)屬于裂變，氫彈的核反應(yīng)屬于聚變，故D正確。答案D2．關(guān)于核力與原子核，下列說法正確的是()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．任何一個(gè)原子核的質(zhì)量總是小于組成它的所有核子的質(zhì)量之和D．核子結(jié)合在一起成為原子核時(shí)要吸收能量解析核力與萬有引力、庫侖力的性質(zhì)不同，核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用，核力是原子核能穩(wěn)定存在的原因，A、B錯(cuò)誤；核子結(jié)合成原子核時(shí)核力做正功，會釋放能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，原子核的質(zhì)量總是小于組成它的所有核子的質(zhì)量之和，C正確，D錯(cuò)誤。答案C3．(2018·湖南長沙二模)輕核的聚變反應(yīng)會釋放大量的能量，同時(shí)核聚變產(chǎn)物一般不會污染環(huán)境，是人類獲得能源的理想方式。核聚變反應(yīng)過程主要是以下四種：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋X1＋3.27MeVeq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,1)H＋X2＋4.04MeVeq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X3＋17.85MeVeq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋X4＋18.34MeV對上面的反應(yīng)中的X1、X2、X3、X4，屬于中子的是()A．X1、X2、X3、X4 B．X2、X3、X4C．X3、X4 D．X1、X3解析由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知屬于中子的是X1、X3，而X2、X4屬于質(zhì)子，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。答案D4．1932年考克饒夫特(J.D.Cockroft)和瓦耳順(E.T.S.Walton)發(fā)明了世界上第一臺粒子加速器，他們將質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)加速到0.5MeV的能量去撞擊靜止的原子核X，得到兩個(gè)動能均為8.9MeV的氦核(eq\o\al(4,2)He)，這是歷史上第一次用人工加速粒子實(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)。下列說法正確的是()A．X是eq\o\al(6,3)LiB．X由eq\o\al(4,2)He組成C．上述核反應(yīng)中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D．上述核反應(yīng)的類型是裂變解析根據(jù)題述，可知核反應(yīng)方程為：eq\o\al(1,1)H＋X→2eq\o\al(4,2)He，根據(jù)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，可知X為質(zhì)量數(shù)為7、電荷數(shù)為3的eq\o\al(7,3)Li，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；由于該核反應(yīng)產(chǎn)生的兩個(gè)氦核的動能大于質(zhì)子的動能，說明反應(yīng)中釋放了核能，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，該核反應(yīng)中出現(xiàn)質(zhì)量虧損，該核反應(yīng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。答案C5．(多選)鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)被定名為核裂變。1947年我國科學(xué)家錢三強(qiáng)、何澤慧在實(shí)驗(yàn)中觀察到鈾核也可以分裂為三部分或四部分。關(guān)于鈾核的裂變，下列說法正確的是()A．裂變的產(chǎn)物不是唯一的B．裂變的同時(shí)能放出2～3個(gè)或更多個(gè)中子C．裂變能夠釋放巨大能量。每個(gè)核子平均釋放的能量在裂變反應(yīng)中比在聚變反應(yīng)中的大D．裂變物質(zhì)達(dá)到一定體積(即臨界體積)時(shí)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去解析因鈾核也可以分裂為三部分或四部分，可知裂變的產(chǎn)物不是唯一的，選項(xiàng)A正確；裂變是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在裂變的同時(shí)能放出2～3個(gè)或更多個(gè)中子，這些中子再轟擊其他鈾核發(fā)生裂變，選項(xiàng)B正確；裂變物質(zhì)達(dá)到一定體積(即臨界體積)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去，選項(xiàng)D正確。答案ABD6．(多選)圖1中有四幅圖片，涉及有關(guān)物理學(xué)發(fā)展歷史的四個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，則下列有關(guān)說法正確的是()圖1A．甲圖片與居里夫人有關(guān)B．乙圖片所反映的現(xiàn)象是貝克勒爾最先發(fā)現(xiàn)的C．丙圖片是法拉第研究陰極射線并發(fā)現(xiàn)電子的裝置D．丁圖片與愛因斯坦的質(zhì)能方程有關(guān)解析結(jié)合教材史料，應(yīng)用物理規(guī)律。甲圖片為倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后，照射的倫琴夫人手的照片，與居里夫人無關(guān)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；乙圖片中反映的天然放射性現(xiàn)象是貝克勒爾最先發(fā)現(xiàn)的，故選項(xiàng)B正確；丙圖片的現(xiàn)象是法拉第研究電磁感應(yīng)規(guī)律時(shí)的裝置，與陰極射線及電子的發(fā)現(xiàn)無關(guān)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；原子彈的能量來源于核能，與愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2有關(guān)，故選項(xiàng)D正確。答案BD7．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eq\o\al(238,92)U(鈾)吸收中子后生成eq\o\al(239,94)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eq\o\al(238,92)U吸收中子后變成eq\o\al(239,92)U，eq\o\al(239,92)U很不穩(wěn)定，則經(jīng)過2次β衰變后變成eq\o\al(239,94)PuC．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(gè)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(xiàng)A錯(cuò)誤；發(fā)生β衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)不發(fā)生改變，根據(jù)電荷數(shù)守恒可知eq\o\al(239,92)U發(fā)生2次β衰變后變成eq\o\al(239,94)Pu，選項(xiàng)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(xiàng)C錯(cuò)誤；碘131的半衰期是8天，它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)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(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B8．(多選)關(guān)于原子和原子核，下列說法中正確的是()A．α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子核內(nèi)部的復(fù)雜性B．根據(jù)玻爾理論可知，一個(gè)氫原子核外電子從n＝4能級向低能級躍遷最多可輻射3種頻率的光子C．已知eq\o\al(234,90)Th的半衰期是24d，48g的eq\o\al(234,90)Th經(jīng)過72d后衰變了42gD．氫原子由低能級向高能級躍遷時(shí)，吸收光子的能量可以稍大于兩能級間能量差解析α粒子散射實(shí)驗(yàn)中沒有涉及原子核內(nèi)部問題，是提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，A錯(cuò)誤；一個(gè)氫原子核外電子從n＝4能級向低能級躍遷最多只能輻射n－1＝3種頻率的光子，B正確；經(jīng)過eq\f(72,24)＝3個(gè)半衰期后，48g的eq\o\al(234,90)Th還剩下48×(eq\f(1,2))3g＝6g，衰變了48g－6g＝42g，C正確；氫原子由低能級向高能級躍遷時(shí)，吸收光子的能量等于兩能級間能量差，故D錯(cuò)誤。答案BC9．(2018·安徽合肥二模)如圖2為氫原子的能級圖，下列說法中正確的是()圖2A．氫原子從較高的能級躍遷到較低的能級時(shí)，釋放一定頻率的光子，核外電子的動能增加，電勢能減小B．氫原子從n＝3的能級躍遷到n＝4的能級時(shí)，需要吸收的光子能量必須大于0.66eVC．氫原子處于不同能級時(shí)，核外電子在某處出現(xiàn)的概率相同D．一個(gè)處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)，最多可以釋放6種頻率的光子解析氫原子從較高的能級躍遷到較低的能級時(shí)，釋放一定頻率的光子，核外電子的動能增加，電勢能減小，故A正確；氫原子從n＝3的能級躍遷到n＝4的能級時(shí)，需要吸收的光子能量必須等于0.66eV，故B錯(cuò)誤；氫原子處于不同能級時(shí)，核外電子在某處出現(xiàn)的概率不同，故C錯(cuò)誤；一個(gè)處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷，最多可以釋放3種頻率的光子，故D錯(cuò)誤。答案A10．下列說法正確的是()A．天然放射現(xiàn)象揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu)B.eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb要經(jīng)過6次β衰變和8次α衰變C．α、β和γ三種射線中α射線的穿透能力最強(qiáng)D．氫原子向低能級躍遷后，核外電子的動能減小解析天然放射現(xiàn)象揭示了原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子具有核式結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)α衰變規(guī)律和β衰變規(guī)律，鈾238(eq\o\al(238,92)U)衰變成鉛206(eq\o\al(206,82)Pb)要經(jīng)過(238－206)÷4＝8次α衰變，經(jīng)過8次α衰變后電荷數(shù)應(yīng)減少16，而實(shí)際衰變中電荷數(shù)只減少了10，所以還經(jīng)過了6次β衰變，選項(xiàng)B正確；α、β和γ三種射線中，α射線的穿透能力最弱，γ射線穿透能力最強(qiáng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)玻爾理論，氫原子向低能級躍遷后，軌道半徑減小，電子環(huán)繞原子核運(yùn)動的速度增大，核外電子的動能增大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B11．(多選)钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu衰變時(shí)釋放巨大能量，如圖3所示，其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，則()圖3A．核燃料總是利用比結(jié)合能小的核B．核反應(yīng)中γ光子的能量就是eq\o\al(239,94)Pu的結(jié)合能C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說明eq\o\al(235,92)U的結(jié)合能大D．由于衰變時(shí)釋放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能小解析比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，A正確；結(jié)合能與衰變時(shí)釋放的能量不是同一概念，B錯(cuò)誤；由于衰變時(shí)釋放能量，原子核變得穩(wěn)定，比結(jié)