高考物理一輪 （考綱自主研讀+命題探究+高考全程解密） 第3講原子結(jié)構(gòu) 原子核（含解析） 新人教版選修3-5

第3講原子結(jié)構(gòu)原子核eq\f(對應(yīng)學(xué)生,用書P238)原子的核式結(jié)構(gòu)模型Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】判斷下列說法的正誤：(1)湯姆孫首先發(fā)現(xiàn)了電子．并測定了電子電荷量，且提出了“棗糕”式原子模型()(2)盧瑟福做α粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)α粒子絕大多數(shù)穿過，只有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)()(3)α粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上()(4)盧瑟福提出了原子“核式結(jié)構(gòu)”模型，并解釋了α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因()答案(1)×(2)√(3)√(4)√【知識存盤】1．電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國物理學(xué)家湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子．2．原子的核式結(jié)構(gòu)圖1－3－1(1)α粒子散射實驗的結(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，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被撞了回來，如圖1－3－1所示．(2)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)．氫原子光譜Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】(多選)對原子光譜，下列說法正確的是()．A．原子光譜是不連續(xù)的B．由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的C．各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D．分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素解析原子光譜為線狀譜，A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故B錯、C對；根據(jù)各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成，D正確．答案ACD【知識存盤】1．光譜用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，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．有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜．3．氫原子光譜的實驗規(guī)律巴耳末線系是氫原子光譜在可見光區(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，n為量子數(shù)．原子的能級Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】(單選)已知金屬鉀的逸出功為2.22eV，圖1－3－2氫原子的能級如圖1－3－2所示，一群處在n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，能夠從金屬鉀的表面打出光電子的光波共有()．A．一種B．兩種C．三種D．四種解析要從金屬鉀的表面打出光電子，入射光的能量應(yīng)大于鉀的逸出功，一群處在n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，只有3能級向1能級、2能級向1能級躍遷時發(fā)出的光子能量大于鉀的逸出功，因此選B.答案B【知識存盤】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＝6.63×10－34J·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1－3－3所示圖1－3－3(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.原子物理知識結(jié)構(gòu)原子核的組成原子核的衰變半衰期放射性同位素Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】(單選)表示放射性元素碘131(eq\o\al(131,53)I)β衰變的方程是()．A.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(127,51)Sb＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,53)I＋eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,52)Te＋eq\o\al(1,1)H解析β衰變釋放出電子eq\o\al(0,－1)e，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可進一步確定選項B正確．答案B【知識存盤】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(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)放射性和放射性元素物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線．(4)放射性同位素的應(yīng)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(xué)性質(zhì)相同．②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等．③防護：防止放射性對人體組織的傷害．3．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)Heβ衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋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)．1．天然放射及特點α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e原子核衰變過程，電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒.名稱帶電性電離能力穿透能力構(gòu)成速度實質(zhì)α正強弱eq\o\al(4,2)He0.1c氦核流β負弱強eq\o\al(0,－1)e0.99c電子流γ中最弱極強光子c光子流2.人造放射性同位素的優(yōu)點(1)放射強度容易控制；(2)可以制成各種所需的形狀；(3)半衰期很短，廢料容易處理．核力與結(jié)合能、質(zhì)量虧損Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】(單選)太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質(zhì)量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近()．A．1036kgB．1018kgC．1013kgD．109kg解析根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4×1026,（3×108）2)kg≈109kg.答案D【知識存盤】1．核力核子間的作用力．核力是短程強引力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，只在相鄰的核子間發(fā)生作用．2．核能核子結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能．3．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程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)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2．核反應(yīng)方程重核裂變、核聚變Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】(多選)下列說法正確的是()．A.eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(4,2)He是α衰變方程B.eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋γ是核聚變反應(yīng)方程C.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是核裂變反應(yīng)方程D.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)A1→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程解析核反應(yīng)類型分四種，方程特點各有不同，衰變方程的左邊只有一個原子核，右邊出現(xiàn)α或β粒子．聚變方程的左邊是兩個輕核反應(yīng)，右邊是中等原子核．裂變方程的左邊是重核與中子反應(yīng)，右邊是中等原子核．人工核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反應(yīng)，右邊也是常見元素的原子核，由此可知B、D兩選項正確．答案BD【知識存盤】1．重核裂變和核聚變(1)重核裂變：是重核分裂成中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程．如：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)n.由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進行的過程稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件是：裂變物質(zhì)的體積大于等于臨界體積．裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆．(2)核聚變：聚變是兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程．如：eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV使核發(fā)生聚變需要幾百萬度以上的高溫，因此聚變又叫熱核反應(yīng)．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)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)n射線的應(yīng)用和防護Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】(單選)(·上海卷，7)在存放放射性元素時，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于鉛盒中；③與輕核元素結(jié)合成化合物．則()．A．措施①可減緩放射性元素衰變B．措施②可減緩放射性元素衰變C．措施③可減緩放射性元素衰變D．上述措施均無法減緩放射性元素衰變解析放射性元素的衰變快慢由其原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，與外界因素?zé)o關(guān)，所以A、B、C錯誤，D正確．答案D【知識存盤】污染與防護舉例與措施說明污染核爆炸核爆炸的最初幾秒鐘輻射出來的主要是強烈的γ射線和中子流，長期存在放射性污染核泄漏核工業(yè)生產(chǎn)和核科學(xué)研究中使用放射性原材料，一旦泄露就會造成嚴重污染醫(yī)療照射醫(yī)療中如果放射線的劑量過大，也會導(dǎo)致病人受到損害，甚至造成病人的死亡防護密封防護把放射源密封在特殊的包殼里，或者用特殊的方法覆蓋，以防止射線泄漏距離防護距放射源越遠，人體吸收的劑量就越少，受到的危害就越輕時間防護盡量減少受輻射的時間屏蔽防護在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護作用．鉛的屏蔽作用最好eq\f(對應(yīng)學(xué)生,用書P241)考點一能級躍遷問題【典例1】(單選)(·江蘇，12C)圖1－3－4如圖1－3－4所示是某原子的能級圖，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光．在下列該原子光譜的各選項中，譜線從左向右的波長依次增大，則正確的是()．解析根據(jù)玻爾的原子躍遷公式heq\f(c,λ)＝Em－En可知，兩個能級間的能量差值越大，輻射光的波長越短，從圖中可看出，能量差值最大的是E3－E1，輻射光的波長a最短，能量差值最小的是E3－E2，輻射光的波長b最長，所以譜線從左向右的波長依次增大的是a、c、b，C正確．答案C【變式跟蹤1】(單選)圖1－3－6所示為氫原子圖1－3－6的四個能級，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()．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E4D．原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4解析原子A從激發(fā)態(tài)E2躍遷到E1，只輻射一種頻率的光子，A錯．原子B從激發(fā)態(tài)E3躍遷到基態(tài)E1可能輻射三種頻率的光子，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時放出的光子并躍遷到E3，但不能躍遷到E4，C錯．A原子發(fā)出的光子能量ΔE＝E2－E1大于E4－E3，故原子B不可能躍遷到能級E4，D錯．答案B,借題發(fā)揮能級躍遷的規(guī)律如圖1－3－5所示圖1－3－51．定態(tài)間的躍遷——滿足能級差．n小→n大吸收能量hν＝En大－En?。畁大→n小放出能量hν＝En大－En?。?．電離態(tài)與電離能電離態(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＝3.4eV3．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．4．如果是一群氫原子，向低能級躍遷時最多發(fā)出的光譜線條數(shù)的求解方法方法1：采用畫圖法，原子在兩個不同能級間躍遷能產(chǎn)生一條頻率不同的光譜線方法2：用數(shù)學(xué)組合公式求解：N＝eq\f(n（n－1）,2)考點二原子核衰變及半衰期【典例2】(單選)(·大綱全國卷，15)eq\o\al(235,92)U經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變，變成eq\o\al(207,82)Pb，則()．．m＝7，n＝3B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9D．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：eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(207,82)Pb＋meq\o\al(4,2)He＋neq\o\al(0,－1)e根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒列出方程235＝207＋4m92＝82＋2m－n解得m＝7，n＝4，故選項B正確，選項A、C、D錯誤．答案B【變式跟蹤2】(多選)釷核(eq\o\al(234,90)Th)具有放射性，它能放出一個電子衰變成鏷核(eq\o\al(234,91)Pa)，伴隨該過程會放出γ光子，下列說法中正確的是()．A．因為衰變過程中原子核的質(zhì)量數(shù)守恒，所以不會出現(xiàn)質(zhì)量虧損B．γ光子是衰變過程中鏷核(eq\o\al(234,91)Pa)輻射的C．給釷加熱，釷的半衰期將變短D．原子核的天然放射現(xiàn)象說明原子核是可分的解析衰變過程中原子核的質(zhì)量數(shù)守恒，但是會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，則選項A錯誤；給釷加熱，釷的半衰期不變，故選項C錯誤．答案BD,借題發(fā)揮衰變規(guī)律及實質(zhì)衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(A,A)Z→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體放出中子轉(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衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒考點三核反應(yīng)方程及核反應(yīng)類型的判斷【典例3】(多選)(·廣東卷，18)能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一．下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有()．A.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變反應(yīng)B.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是β衰變C.eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核裂變反應(yīng)D.eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,)54Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是α衰變解析β衰變時釋放出電子(0－1e)，α衰變時釋放出氦原子核(eq\o\al(4,2)He)，可知選項B、D錯誤；選項A中一個氚核和一個氘核結(jié)合成一個氦核并釋放出一個中子是典型的核聚變反應(yīng)；選項C中一個U235原子核吸收一個中子，生成一個Ba原子核和一個Kr原子核并釋放出三個中子是核裂變反應(yīng)，A、C正確．答案AC【變式跟蹤3】(1)(單選)現(xiàn)有三個核反應(yīng)方程：①eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e②eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n下列說法正確的是()．A．①是裂變，②是β衰變，③是聚變B．①是聚變，②是裂變，③是β衰變C．①是β衰變，②是裂變，③是聚變D．①是β裂變，②是聚變，③是裂變(2)現(xiàn)有四個核反應(yīng)：A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)eD.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n①________是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，________是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程，________是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程．②求B中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù)．解析(1)eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e中Na核釋放出β粒子，為β衰變.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n為鈾核在被中子轟擊后，分裂成兩個中等質(zhì)量的核，為裂變．而eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n為聚變，故C正確．(2)①人工轉(zhuǎn)變方程的特點是箭頭的左邊是氦核與常見元素的原子核．箭頭的右邊也是常見元素的原子核．D是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，B是裂變反應(yīng)，是研究原子彈的核反應(yīng)方程．A是聚變反應(yīng)，是研究氫彈的核反應(yīng)方程．②由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以判定，X質(zhì)量數(shù)為144，電荷數(shù)為56，所以中子數(shù)為144－56＝88.答案(1)C(2)①DBA②14488,借題發(fā)揮核反應(yīng)方程的書寫1．核反應(yīng)過程一般都不是可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接．2．核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能只依據(jù)兩個守恒規(guī)律憑空杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程．3．核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)且釋放出核能．4．核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒．考點四質(zhì)量虧損及核能的計算【典例4】(·浙江自選，14)一個靜止的钚核eq\o\al(239,94)Pu自發(fā)衰變成一個鈾核eq\o\al(235,92)U和另一個原子核X，并釋放出一定的能量．其核衰變方程為：eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋X.(1)方程中的“X”核符號為________；(2)钚核的質(zhì)量為239.0522u，鈾核的質(zhì)量為235.0439u，X核的質(zhì)量為4.0026u，已知1u相當(dāng)于931MeV，則該衰變過程放出的能量是________MeV；(3)假設(shè)钚核衰變釋放的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)殁櫤撕蚗核的動能，則X核與鈾核的動能之比是________．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，核電核數(shù)為94－92＝2，故“X”核為氦核，符號為eq\o\al(4,2)He.(2)钚核衰變過程中的質(zhì)量虧損Δm＝239.0522u－235.0439u－4.0026u＝0.0057u，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＝0.0057×931MeV≈5.31MeV.(3)钚核衰變成鈾核和X核，根據(jù)動量守恒定律，兩者動量大小相等，根據(jù)Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)，得X核和鈾核的動能之比eq\f(Ekm,EkM)＝eq\f(M,m)≈58.7.答案(1)eq\o\al(4,2)He(2)5.31(3)58.7【變式跟蹤4】(單選)已知氦原子的質(zhì)量為MHeu，電子的質(zhì)量為meu，質(zhì)子的質(zhì)量為mpu，中子的質(zhì)量為mnu，u為原子質(zhì)量單位，且由愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2可知：1u對應(yīng)于931.5MeV的能量，若取光速c＝3×108m/s，則兩個質(zhì)子和兩個中子聚變成一個氦核，釋放的能量為()．A．[2×(mp＋mn)－MHe]×931.5MeVB．[2×(mp＋mn＋me)－MHe]×931.5MeVC．[2×(mp＋mn＋me)－MHe]×c2JD．[2×(mp＋mn)－MHe]×c2J解析核反應(yīng)方程為2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He，質(zhì)量虧損Δm＝2×(mp＋mn)－(MHe－2me)＝2×(mp＋mn＋me)－MHe，所以釋放的能量為ΔE＝Δm×931.5MeV＝[2×(mp＋mn＋me)－MHe]×931.5MeV，選項B正確．答案B,借題發(fā)揮解有關(guān)核能問題的方法1．根據(jù)質(zhì)量虧損計算：ΔE＝Δmc2及1u相當(dāng)于931.5MeV.eq\x(\a\al(書寫核反,應(yīng)方程))→eq\x(計算質(zhì)量虧損Δm)→eq\x(\a\al(利用ΔE＝Δmc2,計算釋放的核能))2．根據(jù)能量守恒和動量守恒計算3．在計算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核發(fā)生核反應(yīng)所釋放能量時用阿伏加德羅常數(shù)來計算核能．eq\f(對應(yīng)學(xué)生,用書P243)一、能級躍遷問題1．(單選)(·四川卷，17)圖1－3－7如圖1－3－7所示為氫原子能級示意圖的一部分，則氫原子()．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．從高能級向低能級躍遷時，氫原子核一定向外放出能量解析因為E4－E3＝0.66eV<E3－E2＝1.89eV，根據(jù)c＝λν和hν＝En－Em得從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，選項A正確；電磁波在真空中的傳播速度都相等，與光子的頻率無關(guān)，選項B錯誤；氫原子的核外電子處于不同能級時在各處出現(xiàn)的概率是不同的，能級越低，在靠近原子核較近的地方出現(xiàn)的頻率越大，選項C錯誤；氫原子從高能級躍遷到低能級時，是氫原子核外的電子從高能級躍遷到了低能級向外放出能量，選項D錯誤．答案A2．(·山東卷，38)氫原子第n能級的能量為En＝eq\f(E1,n2)，其中E1為基態(tài)能量．當(dāng)氫原子由第4能級躍遷到第2能級時，發(fā)出光子的頻率為ν1；若氫原子由第2能級躍遷到基態(tài)，發(fā)出光子的頻率為ν2，則eq\f(ν1,ν2)＝________．解析根據(jù)氫原子的能級公式，hν1＝E4－E2＝eq\f(E1,42)－eq\f(E1,22)＝－eq\f(3,16)E1，hν2＝E2－E1＝eq\f(E1,22)－eq\f(E1,12)＝－eq\f(3,4)E1，所以eq\f(ν1,ν2)＝eq\f(\f(3,16),\f(3,4))＝eq\f(1,4).答案eq\f(1,4)二、對原子結(jié)構(gòu)的考查3．(單選)(·福建質(zhì)檢)圖1－3－8如圖1－3－8所示是盧瑟福的α粒子散射實驗裝置，在一個小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點．下列說法正確的是()．A．該實驗是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)B．該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性C．α粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D．絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)解析盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項A正確，B錯誤；電子質(zhì)量太小，對α粒子的影響不大．選項C錯誤；絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原方向前進，D錯誤．答案A三、核反應(yīng)及其類型4．(單選)(·重慶卷，19)以下是物理學(xué)史上3個著名的核反應(yīng)方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3種不同的粒子，其中z是()．A．α粒子B．質(zhì)子C．中子D．電子解析第二、三個核反應(yīng)分別是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的核反應(yīng)方程，根據(jù)核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得，x、y、z分別是eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(4,2)He、eq\o\al(1,0)n，C正確．答案C5．(單選)(·吉林一模)圖1－3－9據(jù)央視報道，中科院等離子體物理研究所經(jīng)過八年的艱苦努力，終于率先建成了世界上第一個全超導(dǎo)的托克馬克試驗裝置并調(diào)試成功，這種裝置被稱為“人造太陽”(如圖1－3－9所示)，它能夠承受上億攝氏度高溫且能夠控制等離子態(tài)的核子發(fā)生聚變并穩(wěn)定持續(xù)地輸出能量，就像太陽一樣為人類提供無限清潔的能源．在下列核反應(yīng)方程中有可能是該裝置內(nèi)部所進行的核反應(yīng)的是()．A.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n解析A項是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，C項是鈾238的衰變方程，D項是鈾235的裂變方程，B項正確．答案B四、質(zhì)量虧損和核能6．(多選)如圖1－3－10所示，是國家國防科技工業(yè)局首次發(fā)布的“嫦娥二號”月面虹灣局部影像圖，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的eq\o\al(3,2)He(氦3)．它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\