【優(yōu)化方案】2022屆高三物理大一輪復(fù)習(xí)-第13章-第3節(jié)-原子與原子核-教學(xué)講義-

第三節(jié)原子與原子核一、原子的核式結(jié)構(gòu)1．α粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°，有的甚至被撞了回來(lái)，如圖所示．2．原子的核式結(jié)構(gòu)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)．1.下列說(shuō)法正確的是()A．湯姆孫首先發(fā)覺(jué)了電子，并測(cè)定了電子電荷量，且提出了“棗糕”式原子模型B．盧瑟福做α粒子散射試驗(yàn)時(shí)發(fā)覺(jué)絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)C．α粒子散射試驗(yàn)說(shuō)明白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D．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)的緣由答案：BCD二、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：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸取確定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差打算．即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.626×10－34J·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(dòng)相對(duì)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．4．氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式(1)氫原子的能級(jí)圖(如圖所示)(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑①氫原子的能級(jí)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.2.依據(jù)玻爾理論，下列說(shuō)法正確的是()A．電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，就要向外輻射電磁波B．處于定態(tài)的原子，其電子繞核運(yùn)動(dòng)，但它并不向外輻射能量C．原子內(nèi)電子的可能軌道是不連續(xù)的D．原子能級(jí)躍遷時(shí)，輻射或吸取光子的能量取決于兩個(gè)軌道的能量差答案：BCD三、自然?放射現(xiàn)象、原子核的組成1．自然?放射現(xiàn)象(1)自然?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)覺(jué)．自然?放射現(xiàn)象的發(fā)覺(jué)，說(shuō)明原子核具有簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)．(2)放射性和放射性元素：物質(zhì)放射某種看不見(jiàn)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．2．原子核(1)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．②原子核的核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)．(2)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)．3.(2022·高考福建卷)如圖，放射性元素鐳衰變過(guò)程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下列說(shuō)法正確的是()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四、原子核的衰變和半衰期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變化稱為原子核的衰變．(2)分類(lèi)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)e2．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)衰變規(guī)律：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))t/τ、m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))t/τ(3)影響因素：由原子核內(nèi)部因素打算，跟原子所處的物理化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)．4.關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說(shuō)法正確的有()A．是原子核質(zhì)量削減一半所需的時(shí)間B．是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間C．把放射性元素放在密封的容器中，可以減小放射性元素的半衰期D．可以用來(lái)測(cè)定地質(zhì)年月、生物年月等答案：BD五、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損、核反應(yīng)1．核力(1)定義：原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力．(2)特點(diǎn)：①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)；③每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用．2．核能(1)結(jié)合能核子結(jié)合為原子核時(shí)放出的能量或原子核分解為核子時(shí)吸取的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能．(2)比結(jié)合能①定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(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．3．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2，原子核的質(zhì)量必定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＝Δmc2.4．獲得核能的途徑：(1)重核裂變；(2)輕核聚變．5．核反應(yīng)(1)遵守的規(guī)律：電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒．(2)反應(yīng)類(lèi)型：衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變．5.(2021·揚(yáng)州中學(xué)模擬)依據(jù)新華社報(bào)道，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、研制的世界上第一套全超導(dǎo)核聚變?cè)囼?yàn)裝置，又稱“人造太陽(yáng)”，已完成了首次工程調(diào)試，下列關(guān)于“人造太陽(yáng)”的說(shuō)法正確的是()A．“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是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)nC．“人造太陽(yáng)”釋放的能量大小計(jì)算公式是ΔE＝Δmc2D．“人造太陽(yáng)”核能大小計(jì)算公式是E＝eq\f(1,2)Δmc2答案：AC考點(diǎn)一氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷1．原子躍遷的條件(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)之間躍遷的狀況．(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸取，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸取的光子能量大于13.6eV時(shí)，氫原子電離后，電子具有確定的初動(dòng)能．(3)原子還可吸取外來(lái)實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)．由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分被原子吸取，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級(jí)的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷．2．躍遷中兩個(gè)易混問(wèn)題(1)一群原子和一個(gè)原子：氫原子核外只有一個(gè)電子，這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能的狀況只有一種，但是假如容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種狀況毀滅了．(2)直接躍遷與間接躍遷：原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí)．有時(shí)可能是直接躍遷，有時(shí)可能是間接躍遷．兩種狀況下輻射(或吸取)光子的能量是不同的．直接躍遷時(shí)輻射(或吸取)光子的能量等于間接躍遷時(shí)輻射(或吸取)的全部光子的能量和．(2022·高考山東卷)氫原子能級(jí)如圖，當(dāng)氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為656nm.以下推斷正確的是()A．氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)大于656nmB．用波長(zhǎng)為325nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級(jí)C．一群處于n＝3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線D．用波長(zhǎng)為633nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3的能級(jí)[解析]依據(jù)氫原子的能級(jí)圖和能級(jí)躍遷規(guī)律，當(dāng)氫原子從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)確定小于656nm，因此A選項(xiàng)錯(cuò)誤；依據(jù)發(fā)生躍遷只能吸取和輻射確定頻率的光子，可知B選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確；一群處于n＝3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可以產(chǎn)生3種頻率的光子，所以C選項(xiàng)正確．[答案]CD[總結(jié)提升](1)能級(jí)之間躍遷時(shí)放出的光子頻率是不連續(xù)的．(2)能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸取)光子的頻率由hν＝Em－En求得．若求波長(zhǎng)可由公式c＝λν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)中的組合學(xué)問(wèn)求解：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2).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狀況一一畫(huà)出，然后相加．1.如圖所示為氫原子能級(jí)示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出若干不同頻率的光，下列說(shuō)法正確的是()A．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光B．由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的光頻率最小C．由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的光最簡(jiǎn)潔表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象D．用n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)解析：選D.這些氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可輻射出Ceq\o\al(2,4)＝eq\f(4×3,2)＝6種光子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)產(chǎn)生的光子能量最小，所以頻率最小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的光子能量最大，頻率最大，波長(zhǎng)最小，最不簡(jiǎn)潔表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光子能量為10.20eV>6.34eV，所以能使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D正確．考點(diǎn)二氫原子的能量及其變化1．原子能量：En＝Ekn＋Epn＝eq\f(E1,n2)，隨n(r)增大而增大，其中E1＝－13.6eV.2．電子動(dòng)能：電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力供應(yīng)向心力，即keq\f(e2,r\o\al(2,n))＝meq\f(v2,rn)，所以Ekn＝eq\f(1,2)keq\f(e2,rn)，隨n(r)增大而減?。?．電勢(shì)能：通過(guò)庫(kù)侖力做功推斷電勢(shì)能的增減．當(dāng)n減小，即軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減小；反之，n增大，即軌道半徑增大時(shí)，電勢(shì)能增加．氫原子在基態(tài)時(shí)軌道半徑r1＝0.53×10－10m，能量E1＝－13.6eV，求氫原子處于基態(tài)時(shí)：(1)電子的動(dòng)能；(2)原子的電勢(shì)能；(3)用波長(zhǎng)是多少的光照射可使其電離？[解析](1)設(shè)處于基態(tài)的氫原子核外電子速度為v1，則：keq\f(e2,r\o\al(2,1))＝eq\f(mv\o\al(2,1),r1).所以電子動(dòng)能Ek1＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝eq\f(ke2,2r1)＝eq\f(9×109×1.6×10－192,2×0.53×10－10×1.6×10－19)eV＝13.6eV.(2)由于E1＝Ek1＋Ep1，所以Ep1＝E1－Ek1＝－13.6eV－13.6eV＝－27.2eV.(3)設(shè)用波長(zhǎng)為λ的光照射可使氫原子電離：eq\f(hc,λ)＝0－E1.所以λ＝－eq\f(hc,E1)＝eq\f(－6.63×10－34×3×108,－13.6×1.6×10－19)m＝9.14×10－8m.[答案](1)13.6eV(2)－27.2eV(3)9.14×10－8m2.依據(jù)玻爾原子理論，氫原子中的電子離原子核越遠(yuǎn)，氫原子的能量________(選填“越大”或“越小”)．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1(E1<0)，電子質(zhì)量為m，基態(tài)氫原子中的電子吸取一頻率為ν的光子被電離后，電子速度大小為_(kāi)_______(普朗克常量為h)．解析：電子離原子核越遠(yuǎn)電勢(shì)能越大，原子能量也就越大；依據(jù)動(dòng)能定理有，hν＋E1＝eq\f(1,2)mv2，所以電離后電子速度為eq\r(\f(2hν＋E1,m)).答案：越大eq\r(\f(2hν＋E1,m))考點(diǎn)三原子核的衰變半衰期[同學(xué)用書(shū)P260]1．衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)(1)兩種衰變的比較衰變類(lèi)型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠蘣q\o\al(A,Z)X→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(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衰變規(guī)律質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(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．其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過(guò)程中，產(chǎn)生的新核由于具有過(guò)多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子．2．確定衰變次數(shù)的方法由于β衰變對(duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響，先由質(zhì)量數(shù)的轉(zhuǎn)變確定α衰變的次數(shù)，然后再依據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)．3．半衰期(1)公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))t/τ，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))t/τ(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素打算的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無(wú)關(guān)．(2022·高考江蘇卷)氡222是一種自然?放射性氣體，被吸入后，會(huì)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷．它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一．其衰變方程是eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋________.已知eq\o\al(222,86)Rn的半衰期約為3.8天，則約經(jīng)過(guò)________天，16g的eq\o\al(222,86)Rn衰變后還剩1g.[解析]依據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得衰變方程為eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He.依據(jù)衰變規(guī)律及半衰期公式可得m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，代入數(shù)值解得t＝15.2天．[答案]eq\o\al(4,2)He15.23.目前，在居室裝潢中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素．下列有關(guān)放射性學(xué)問(wèn)的說(shuō)法中正確的是()A.eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb要經(jīng)過(guò)6次β衰變和8次α衰變B．氡的半衰期為3.8天，若有16個(gè)氡原子核，經(jīng)過(guò)7.6天后確定只剩下4個(gè)氡原子核C．放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放出的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的D．β射線與γ射線一樣是電磁波，但穿透本事遠(yuǎn)比γ射線弱解析：選AC.發(fā)生α衰變的次數(shù)為eq\f(238－206,4)＝8(次)，發(fā)生β衰變的次數(shù)為8×2－(92－82)＝6(次)，故A正確．半衰期是對(duì)大量放射性原子核而言，對(duì)少數(shù)放射性原子核并不適用，故B錯(cuò)誤．中子衰變方程為：eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e，故C正確．β射線是電子流，D錯(cuò)．考點(diǎn)四核反應(yīng)類(lèi)型與核反應(yīng)方程1．核反應(yīng)的四種類(lèi)型：衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變．2．核反應(yīng)過(guò)程一般都是不行逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號(hào)連接．3．核反應(yīng)的生成物確定要以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰誕生成物來(lái)寫(xiě)核反應(yīng)方程．4．核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化．5．核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒．(1)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類(lèi)型，下列表述正確的有()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(2)現(xiàn)有四個(gè)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)覺(jué)中子的核反應(yīng)方程，________是爭(zhēng)辯原子彈的基本核反應(yīng)方程，________是爭(zhēng)辯氫彈的基本核反應(yīng)方程．②求B中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù)．[解析](1)A為α衰變，B為原子核的人工轉(zhuǎn)變，C為輕核聚變，D為β衰變，故A、C正確．(2)①D為查德威克發(fā)覺(jué)中子的核反應(yīng)方程；B是爭(zhēng)辯原子彈的基本核反應(yīng)方程；A是爭(zhēng)辯氫彈的基本核反應(yīng)方程．②X的質(zhì)量數(shù)為：(235＋1)－(89＋3)＝144X的質(zhì)子數(shù)為：92－36＝56X的中子數(shù)為：144－56＝88.[答案](1)AC(2)①DBA②144884.能源是社會(huì)進(jìn)展的基礎(chǔ)，進(jìn)展核能是解決能源問(wèn)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(235,92)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是核裂變反應(yīng)D.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是α衰變解析：選AC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變反應(yīng)，不是β衰變，A正確，B錯(cuò)誤；C、D中都是核裂變反應(yīng)，C正確，D錯(cuò)誤．考點(diǎn)五有關(guān)核能的計(jì)算1．應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖eq\x(\a\al(書(shū)寫(xiě)核反,應(yīng)方程))→eq\x(\a\al(計(jì)算質(zhì)量,虧損Δm))→eq\x(\a\al(利用ΔE＝Δmc2,計(jì)算釋放的核能))(1)依據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，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)依據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計(jì)算．因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”．2．利用質(zhì)能方程計(jì)算核能時(shí)，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋x，式中x是某種粒子．已知：eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(4,2)He和粒子x的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，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_(kāi)_______MeV(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．[解析]依據(jù)反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋x，并結(jié)合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知x為eq\o\al(1,0)n；反應(yīng)釋放出的能量由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計(jì)算，其中質(zhì)量虧損Δm＝m(eq\o\al(2,1)H)＋m(eq\o\al(3,1)H)－m(eq\o\al(4,2)He)－m(eq\o\al(1,0)n)，所以有ΔE＝Δmc2＝(2.0141u＋3.0161u－4.0026u－1.0087u)c2＝0.0189×931.5MeV＝17.6MeV.[答案]eq\o\al(1,0)n(中子)17.65.(2022·高考北京卷)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)cC．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2解析：選C.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，A、B、D錯(cuò)誤．物理思想——守恒思想在核反應(yīng)中的應(yīng)用(9分)一個(gè)靜止的氡核eq\o\al(222,86)Rn放出一個(gè)α粒子后衰變?yōu)獒暫薳q\o\al(218,84)Po，同時(shí)放出能量為E＝0.09MeV的光子．假設(shè)放出的核能完全轉(zhuǎn)變?yōu)獒暫伺cα粒子的動(dòng)能，不計(jì)光子的動(dòng)量．已知M氡＝222.08663u、mα＝4.0026u、M釙＝218.0766u,1u相當(dāng)于931.5MeV的能量．(1)寫(xiě)出上述核反應(yīng)方程；(2)求動(dòng)身生上述核反應(yīng)放出的能量；(3)確定釙核與α粒子的動(dòng)能．[審題點(diǎn)睛](1)質(zhì)量虧損放出的能量等于新核動(dòng)能、α粒子動(dòng)能與光子能量之和．(2)不計(jì)光子的動(dòng)量，新核與α粒子總動(dòng)量等于衰變前氡核的動(dòng)量．eq\a\vs4\al([規(guī)范解答])—————————該得的分一分不丟！(1)eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He＋γ.(2分)(2)質(zhì)量虧損Δm＝222.08663u－4.0026u－218.0766u＝0.00743u(1分)ΔE＝Δmc2＝0.00743×931.5MeV＝6.92MeV.(1分)(3)設(shè)α粒子、釙核的動(dòng)能分別為Ekα、Ek釙，動(dòng)量分別為pα、p釙，由能量守恒定律得：ΔE＝Ekα＋Ek釙＋E(1分)不計(jì)光子的動(dòng)量，由動(dòng)量守恒定律得：0＝pα＋p釙(1分)又Ek＝eq\f(p2,2m)，故Ekα∶Ek釙＝218∶4(2分)聯(lián)立解得Ek釙＝0.12MeV，Ekα＝6.71MeV.(1分)[答案](1)eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He＋γ(2)6.92MeV(3)0.12MeV6.71MeV[總結(jié)提升](1)在動(dòng)量守恒方程中，各質(zhì)量都可用質(zhì)量數(shù)表示．(2)只有利用ΔE＝Δmc2時(shí)，才考慮質(zhì)量虧損，在動(dòng)量和能量守恒方程中，不考慮質(zhì)量虧損．(3)留意比例運(yùn)算求解．1．(2021·天津十二區(qū)縣重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)下列說(shuō)法正確的是()A．依據(jù)自然?放射現(xiàn)象，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)B．一個(gè)氫原子從n＝3的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)，該氫原子吸取光子，能量增加C．鈾(eq\o\al(238,92)U)經(jīng)過(guò)多次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛(eq\o\al(206,82)Pb)的過(guò)程中，有6個(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子D．機(jī)場(chǎng)、車(chē)站等地進(jìn)行平安檢查時(shí)，能輕而易舉地窺見(jiàn)箱內(nèi)物品，利用了γ射線較強(qiáng)的穿透力氣解析：選C.盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)依據(jù)是α粒子散射試驗(yàn)，A錯(cuò)誤；氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，氫原子要放出光子，能量減小，B錯(cuò)誤；機(jī)場(chǎng)、車(chē)站等地進(jìn)行平安檢查，利用的是X射線的穿透本事，D錯(cuò)誤．2．(2021·江西景德鎮(zhèn)第一次質(zhì)檢)下列說(shuō)法中正確的是()A．盧瑟福通過(guò)試驗(yàn)發(fā)覺(jué)了質(zhì)子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB．鈾核裂變的核反應(yīng)是：eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nC．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2D．原子從a能級(jí)狀態(tài)躍遷到b能級(jí)狀態(tài)時(shí)放射波長(zhǎng)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)吸取波長(zhǎng)為λ2的光子，已知λ1>λ2，那么原子從a能級(jí)狀態(tài)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)將要吸取波長(zhǎng)為eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)的光子解析：選ACD.發(fā)覺(jué)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，A正確；用中子轟擊鈾核才能發(fā)生裂變反應(yīng)，B錯(cuò)誤；由質(zhì)能方程，知質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，質(zhì)量虧損為(2m1＋2m2－m3)，釋放的能量為(2m1＋2m2－m3)c2，C正確；原子從a能級(jí)狀態(tài)躍遷到b能級(jí)狀態(tài)放射波長(zhǎng)為λ1的光子，則a能級(jí)比b能級(jí)能量高h(yuǎn)c/λ1，原子從b能級(jí)狀態(tài)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)吸取波長(zhǎng)為λ2的光子，則c能級(jí)比b能級(jí)的能量高h(yuǎn)c/λ2，則a能級(jí)比c能級(jí)的能量低hc/λ2－h(huán)c/λ1，從a能級(jí)躍遷到c能級(jí)要吸取的光子波長(zhǎng)為λ，能量為hc/λ＝hc/λ2－h(huán)c/λ1，吸取光子的波長(zhǎng)為eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)，D正確．3．(2021·武漢武昌區(qū)調(diào)研)一個(gè)靜止的鈾核eq\o\al(232,92)U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個(gè)α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核Th(原子質(zhì)量為228.0287u)．u為原子質(zhì)量單位．該核衰變反應(yīng)方程式為_(kāi)_______________________________________________________；該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為_(kāi)_____u；釋放的核能為_(kāi)___MeV.解析：依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知核反應(yīng)方程式為eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He.質(zhì)量虧損為Δm＝mU－mTh－mα＝(232.0372－228.0287－4.0026)u＝0.0059u釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.0059×931.5MeV＝5.5MeV.答案：eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He0.00595.54．氫原子的能級(jí)圖如圖所示，一群處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷過(guò)程中可以輻射出光子，則()A．最多能輻射出6種頻率的光子B．輻射出的波長(zhǎng)最大的光子最簡(jiǎn)潔使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)C．輻射出的光子最大能量為12.75eVD．一群處于n＝1能級(jí)的氫原子吸取11.0eV的光子，確定有氫原子可以躍遷到n＝2能級(jí)E．從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)輻射出的光子頻率最低解析：選ACE.由n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷過(guò)程中可以輻射出的不同頻率的光子種數(shù)為Ceq\o\al(2,4)＝6，A正確；光子的能量ΔE＝Em－En，所以最大能量為ΔE＝E4－E1＝12.75eV，C正確；由c＝λν和E＝hν可知，頻率越大的光子能量越大，波長(zhǎng)越短，故應(yīng)當(dāng)是波長(zhǎng)越短的光子越簡(jiǎn)潔使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，B錯(cuò)誤；11.0eV的光子，其能量值不能滿足ΔE＝Em－En，D錯(cuò)誤；從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)時(shí)ΔE＝E4－E3＝0.66eV，最小，故輻射出的光子頻率最低，E正確．5．(2021·南京模擬)钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu衰變時(shí)釋放巨大能量，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()A．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(shuō)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)合能小答案：AD6．為應(yīng)對(duì)月球表面夜晚的－150℃以下的低溫，“嫦娥三號(hào)”接受了放射性同位素?zé)嵩?RHU)．放射性同位素?zé)嵩匆话憷冒胨テ谳^長(zhǎng)的同位素，比如钚238(半衰期約為90年)，放射性同位素放射高能量的α射線，在熱電元件中將熱量轉(zhuǎn)化成電流．一種得到钚238的核反應(yīng)為eq\o\al(238,92)U＋eq\o\al(2,1)H→X＋yeq\o\al(1,0)n；X→eq\o\al(238,94)Pu＋eq\o\al(0,－1)e，由反應(yīng)式可知，新核X的中子數(shù)為_(kāi)_______，y＝________；10g钚238經(jīng)過(guò)180年大約還剩下________g.解析：由X→eq\o\al(238,94)Pu＋eq\o\al(0,－1)e可知新核的電荷數(shù)為93，質(zhì)子數(shù)為93，質(zhì)量數(shù)為238，則中子數(shù)為145，由eq\o\al(238,92)U＋eq\o\al(2,1)H→X＋yeq\o\al(1,0)n，可知y＝2；由半衰期的概念知經(jīng)過(guò)180年大約還剩下2.5g钚238.答案：14522.5一、選擇題1．(2021·南京模擬)以下說(shuō)法中正確的是()A．湯姆孫通過(guò)試驗(yàn)發(fā)覺(jué)了質(zhì)子B．貝克勒爾通過(guò)試驗(yàn)發(fā)覺(jué)了中子C．盧瑟福通過(guò)試驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型D．查德威克發(fā)覺(jué)了自然?放射現(xiàn)象，說(shuō)明原子具有簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)解析：選C.湯姆孫通過(guò)試驗(yàn)發(fā)覺(jué)了電子而不是質(zhì)子，A錯(cuò)誤；貝克勒爾發(fā)覺(jué)了自然?放射現(xiàn)象，揭示了原子核的簡(jiǎn)潔性，而中子是由英國(guó)物理學(xué)家查德威克發(fā)覺(jué)的，所以B、D錯(cuò)誤；盧瑟福通過(guò)α粒子散射試驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，C正確．2．(2022·高考新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ)關(guān)于自然?放射性，下列說(shuō)法正確的是()A．全部元素都有可能發(fā)生衰變B．放射性元素的半衰期與外界的溫度無(wú)關(guān)C．放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D．α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透力氣最強(qiáng)E．一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線解析：選BCD.自然界中絕大部分元素沒(méi)有放射現(xiàn)象，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期只與原子核結(jié)構(gòu)有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)，選項(xiàng)B、C正確；α、β和γ三種射線電離力氣依次減弱，穿透力氣依次增加，選項(xiàng)D正確；原子核發(fā)生衰變時(shí)，不能同時(shí)發(fā)生α和β衰變，γ射線伴隨這兩種衰變產(chǎn)生，故選項(xiàng)E錯(cuò)誤．3．(2021·高考上海卷)在一個(gè)eq\o\al(238,92)U原子核衰變?yōu)橐粋€(gè)eq\o\al(206,82)Pb原子核的過(guò)程中，發(fā)生β衰變的次數(shù)為()A．6次 B．10次C．22次 D．32次解析：選A.一個(gè)eq\o\al(238,92)U原子核衰變?yōu)橐粋€(gè)eq\o\al(206,82)Pb原子核的過(guò)程中，發(fā)生α衰變的次數(shù)為(238－206)÷4＝8次，發(fā)生β衰變的次數(shù)為2×8－(92－82)＝6次，選項(xiàng)A正確．4．自然?放射性元素放出的三種射線的穿透力氣試驗(yàn)結(jié)果如圖所示，由此可推知()A．②來(lái)自于原子核外的電子B．①的電離作用最強(qiáng)，是一種電磁波C．③的電離作用較強(qiáng)，是一種電磁波D．③的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子解析：選D.由圖知三種射線的穿透力氣由弱到強(qiáng)是①<②<③，故①是α射線，實(shí)質(zhì)是eq\o\al(4,2)He，不是電磁波；②是β射線，實(shí)質(zhì)是高速電子流；③是γ射線，其電離作用最弱，故只有D項(xiàng)對(duì)．5．(2022·高考重慶卷)碘131的半衰期約為8天．若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131，經(jīng)過(guò)32天后，該藥物中碘131的含量大約還有()A.eq\f(m,4) B.eq\f(m,8)C.eq\f(m,16) D.eq\f(m,32)解析：選C.經(jīng)過(guò)32天即4個(gè)半衰期，碘131的含量變?yōu)閙′＝eq\f(m,24)＝eq\f(m,16)，C項(xiàng)正確．6．(2021·東北三校聯(lián)考)如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，已知可見(jiàn)光的光子能量范圍約為1.62～3.11eV，鎂板的電子逸出功為5.9eV，以下說(shuō)法正確的是()A．用氫原子從高能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)放射的光照射鎂板確定不能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象B．用能量為11.0eV的自由電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，可使其躍遷到激發(fā)態(tài)C．處于n＝2能級(jí)的氫原子可以吸取任意頻率的紫外線，并且使氫原子電離D．處于n＝4能級(jí)的氫原子可以吸取任意頻率的紫外線，并且使氫原子電離解析：選BD.氫原子從高能級(jí)向基態(tài)躍遷放出的光子能量E≥10.2eV>5.9eV，故A錯(cuò)；由于11.0eV>10.2eV，故通過(guò)碰撞的方式可使基態(tài)氫原子躍遷，B正確；使n＝2能級(jí)的氫原子電離所需最小能量為3.4eV，但有的紫外線光子能量小于3.4eV，故C錯(cuò)；使n＝4能級(jí)的氫原子電離所需最小能量為0.85eV，紫外線光子能量大于3.11eV，故D正確．7．放射性元素eq\o\al(a,b)X的衰變反應(yīng)是eq\o\al(a,b)X→eq\o\al(c,d)Y＋N，其中N是未知的射線，則下列說(shuō)法正確的是()A．若此衰變?yōu)棣滤プ?，則b＝d＋1B．若此衰變?yōu)棣了プ儯瑒ta＝c＋4C．射線N是從Y核中放出的D．若放射性元素eq\o\al(a,b)X經(jīng)過(guò)6h還剩下1/8沒(méi)有衰變，則它的半衰期為2hE．用射線N照射鋅板確定可使鋅板帶電解析：選BDE.核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒，若此衰變?yōu)棣滤プ?，則b＝d－1，A錯(cuò)誤；若此衰變?yōu)棣了プ儯瑒ta＝c＋4，B正確；若N為α或β射線，則其是從X核中放出的，C錯(cuò)誤；eq\o\al(a,b)X經(jīng)過(guò)6h還剩下1/8沒(méi)有衰變，則它的半衰期是2h，D正確；N可能是α射線或β射線或γ射線，其中α射線與β射線是由帶電粒子組成的，γ射線雖不帶電，但它能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，故E正確．8．(2021·高考重慶卷)鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng)：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→a＋b＋2eq\o\al(1,0)n則a＋b可能是()A.eq\o\al(140,)54Xe＋eq\o\al(93,36)Kr B.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)KrC.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(93,38)Sr D.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr解析：選D.利用質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以推斷出可能的核反應(yīng)方程．選項(xiàng)A不滿足電荷數(shù)守恒也不滿足質(zhì)量數(shù)守恒，選項(xiàng)C不滿足電荷數(shù)守