2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 近代物理初步 第2講 原子和原子核學(xué)案

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1、 第2講　原子和原子核 一、原子物理 1.原子的核式結(jié)構(gòu) (1)1909～1911年，英籍物理學(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，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運(yùn)動. 2.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

2、 (3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：巴耳末系是氫原子光譜在可見光區(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(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. 3.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

3、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(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. 4.氫原子的能量和能級變遷 (1)能級和半徑公式： ①能級公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6 eV. ②半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)軌道半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10 m. (2)氫原子的能級圖，如圖2所示 圖2 自測1　(多選)如圖3所示為盧瑟福和他的同事們做α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯

4、微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)觀察到的現(xiàn)象，下述說法中正確的是(　　) 圖3 A.放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B.放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些 C.放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光 D.放在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少 答案　ABD 解析　根據(jù)α粒子散射現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，A、B、D正確. 自測2　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

5、，能量減少 答案　B 二、天然放射現(xiàn)象和原子核 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)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)子和中子組成，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)(Z)＝質(zhì)子數(shù)＝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)

6、＝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). 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變化稱為原子核的衰變. ②分類 α衰變：X→Y＋He β衰變：X→Y＋e 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

7、部條件沒有關(guān)系. (3)公式：N余＝N原·，m余＝m原·. 4.核力和核能 (1)原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力. (2)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. (3)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. 自測3　(2015·福建理綜·30(1))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.Bi的半衰期是5天，100克Bi經(jīng)過10天后還剩下50克 答案

8、　B 解析　β射線是高速電子流，而γ射線是一種電磁波，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.氫原子輻射光子后，繞核運(yùn)動的電子距核更近，動能增大，選項(xiàng)B正確.太陽輻射能量的主要來源是太陽內(nèi)部氫核的聚變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.10天為兩個(gè)半衰期，剩余的Bi為100× g＝100×()2 g＝25 g，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 命題點(diǎn)一　玻爾理論和能級躍遷 1.定態(tài)間的躍遷——滿足能級差 (1)從低能級(n)高能級(m)→吸收能量. hν＝Em－En (2)從高能級(m)低能級(n)→放出能量. hν＝Em－En. 2.電離 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－(－13.6 eV)＝13.

9、6 eV. 激發(fā)態(tài)→電離態(tài)：E吸>0－En＝|En|. 若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能. 例1　(多選)(2017·江西南昌檢測)如圖4所示是氫原子的能級圖，現(xiàn)有大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷，所輻射的光子中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng).以下判斷正確的是(　　) 圖4 A.該光子一定是氫原子從激發(fā)態(tài)n＝3躍遷到基態(tài)時(shí)輻射的光子 B.若大量氫原子從激發(fā)態(tài)n＝3躍遷到低能級，可輻射出3種頻率的光子 C.若氫原子從激發(fā)態(tài)n＝4躍遷到基態(tài)，輻射出的光子一定能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng) D.若大量氫原子從激發(fā)態(tài)n＝4躍遷到低能級，則會有3種光子使該金屬

10、產(chǎn)生光電效應(yīng) 答案　ABC 變式1　(多選)如圖5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5 A.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10.2 eV C.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 答案　AC 解析　根據(jù)C＝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＝12.09 eV，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

11、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. 命題點(diǎn)二　原子核的衰變及半衰期 1.衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì) (1)α衰變、β衰變的比較 衰變類型 α衰變 β衰變 衰變過程 X→Y＋He X→Y＋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 1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子 2H＋2n→He n→H＋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、動量守恒 (2)γ射線：γ射線經(jīng)常伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生.其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量

12、(原子核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子. 2.確定衰變次數(shù)的方法 因?yàn)棣滤プ儗|(zhì)量數(shù)無影響，所以先由質(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). 3.半衰期 (1)公式：N余＝N原，m余＝m原. (2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，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)無關(guān). 例2　(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

13、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 答案　B 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＝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. 變式2　(2017·湖南長沙三月模擬)一個(gè)靜止的鈾核，放在勻強(qiáng)磁場中，它發(fā)生一次α衰變后變?yōu)殁Q核，α粒子和釷核都在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周

14、運(yùn)動.某同學(xué)作出如圖6所示運(yùn)動徑跡示意圖，以下判斷正確的是(　　) 圖6 A.1是α粒子的徑跡，2是釷核的徑跡 B.1是釷核的徑跡，2是α粒子的徑跡 C.3是α粒子的徑跡，4是釷核的徑跡 D.3是釷核的徑跡，4是α粒子的徑跡 答案　B 解析　由動量守恒可知，靜止的鈾核發(fā)生α衰變后，生成的均帶正電的α粒子和釷核的動量大小相等，但方向相反，由左手定則可知它們的運(yùn)動軌跡應(yīng)為“外切”圓，又R＝＝，在p和B大小相等的情況下，R∝，因q釷>qα，則R釷

15、線、β射線和γ射線都是電磁波 B.在α、β、γ三種射線中，γ射線的電離能力最強(qiáng) C.氡的半衰期為3.8天，4個(gè)氡原子核經(jīng)過7.6天后一定只剩下1個(gè)氡原子核 D.放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的 答案　D 解析　α射線是高速He核流，β射線是高速電子流，γ射線是能量很高的電磁波，A項(xiàng)錯(cuò)誤.在α、β、γ三種射線中，α射線的電離能力最強(qiáng)，γ射線的電離能力最弱，B項(xiàng)錯(cuò)誤.半衰期是對大量原子核的衰變行為作出的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對于少數(shù)原子核無意義，C項(xiàng)錯(cuò)誤. 命題點(diǎn)三　核反應(yīng)及核反應(yīng)類型 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

16、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 容易 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.核反應(yīng)方程式的書寫 (1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ).如質(zhì)子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等. (

17、2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“→”表示反應(yīng)方向. (3)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒. 例3　(1)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有________. A.U→Th＋He是重核裂變 B.N＋He→O＋H是輕核聚變 C.H＋H→He＋n是α衰變 D.Se→Kr＋2e是β衰變 (2)現(xiàn)有四個(gè)核反應(yīng)： A.H＋H→He＋n B.U＋n→X＋Kr＋3n C.Na→Mg＋e D.He＋Be→C＋n ①________是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，________是研究

18、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. ②B項(xiàng)中X的質(zhì)量數(shù)為________，中子數(shù)為________. 答案　(1)D　(2)①D　B　A?、?44　88 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，故只有D正確. (2)①D為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程；B是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程；A是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程；C是一種衰變反應(yīng). ②X的質(zhì)量數(shù)為(235＋1)－(89＋3)＝144 X的質(zhì)子數(shù)為92－36＝56 X的中子數(shù)為144－56＝88. 變式4　(2017·天津理綜·1)如圖7所示，我國自主研發(fā)制造的國際

19、熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國對國際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn).下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是(　　) 圖7 A.H＋H→He＋n B.N＋He→O＋H C.He＋Al→P＋n D.U＋n→Ba＋Kr＋3n 答案　A 解析　H＋H→He＋n是一個(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核，同時(shí)放出一個(gè)中子，屬于聚變反應(yīng)，故A正確；N＋He→O＋H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變，屬于人工核反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；He＋Al→P＋n屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變，故C錯(cuò)誤；U＋n→Ba＋Kr＋3n是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應(yīng)，故D錯(cuò)誤. 變式5　(多

20、選)(2016·全國卷Ⅲ·35(1)改編)一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0×107 m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si*.下列說法正確的是(　　) A.核反應(yīng)方程為p＋Al→Si* B.核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒 C.核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒 D.核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和 答案　AB 解析　根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得，核反應(yīng)方程為p＋Al→Si*，A正確；核反應(yīng)過程中釋放的核力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力，故系統(tǒng)動量守恒，B正確；核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量守恒，C錯(cuò)誤；由于反應(yīng)過程中，要釋放大量的能量，伴隨著質(zhì)量虧損，所以生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量之

21、和，D錯(cuò)誤. 變式6　(2016·全國卷Ⅱ·35(1))在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________.(填正確答案標(biāo)號) A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 答案　C　AB　E　F 解析　α衰變是一種放射性衰變，α粒子(He)會從原子核中射出，C項(xiàng)符合要求，β衰變是指自原子核內(nèi)自發(fā)地放出一個(gè)電子(e)，同時(shí)原子序數(shù)加1的過程，A、B兩項(xiàng)符合要求，裂變是指一些質(zhì)量非常大的原子

22、核，如鈾、釷和钚等在吸收一個(gè)中子后分裂成兩個(gè)或更多質(zhì)量較小的原子核，同時(shí)放出多個(gè)中子和很大能量的過程，只有E項(xiàng)符合要求.聚變是指由兩個(gè)輕原子核(一般是氘核和氚核)結(jié)合成較重原子核(氦核)并放出大量能量的過程，F(xiàn)項(xiàng)符合要求. 命題點(diǎn)四　質(zhì)量虧損及核能的計(jì)算 1.利用質(zhì)能方程計(jì)算核能 (1)根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算出核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損Δm. (2)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計(jì)算核能. 質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2中Δm的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則ΔE的單位為“J”. (3)ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位用“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV計(jì)算Δ

23、E，此時(shí)ΔE的單位為“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，相當(dāng)于931.5 MeV，這個(gè)結(jié)論可在計(jì)算中直接應(yīng)用. 2.利用比結(jié)合能計(jì)算核能 原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù). 核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能. 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：H＋H→He＋n.已知H的質(zhì)量為2.013 6 u，He的質(zhì)量為3.015 0 u，n的質(zhì)量為1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚變反應(yīng)中釋

24、放的核能約為(　　) A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV 答案　B 解析　根據(jù)質(zhì)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B正確，A、C、D錯(cuò)誤. 例5　(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖8所示.根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有(　　) 圖8 A.He核的結(jié)合能約為14 MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C.兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)釋放能量 D.U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大 答案　BC 解析

25、　由圖象可知He核的結(jié)合能約為28 MeV，A項(xiàng)錯(cuò)誤；He核比Li核的比結(jié)合能大，故He核比Li核穩(wěn)定，B項(xiàng)正確；兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)比結(jié)合能增大，釋放能量，C項(xiàng)正確；U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的小，D項(xiàng)錯(cuò)誤. 變式7　用放射源釙放出的α射線轟擊鈹Be時(shí)，能放出一種穿透力極強(qiáng)的中性射線，這就是所謂的鈹“輻射”.1932年，英國物理學(xué)家查德威克用鈹“輻射”分別照射(轟擊)氫和氮(氫和氮可視為靜止)，測得照射后沿鈹“輻射”方向高速運(yùn)動的氫核和氮核的速度之比為7∶1.查德威克假設(shè)鈹“輻射”是由一種質(zhì)量不為零的中性粒子構(gòu)成的，從而通過上述實(shí)驗(yàn)在歷史上首次發(fā)現(xiàn)了中子，為人類確定原子核的結(jié)構(gòu)做出

26、了重要貢獻(xiàn).若已知α粒子的質(zhì)量為4.001 509 u，中子的質(zhì)量為1.008 665 u，鈹核的質(zhì)量為9.012 19 u，碳核的質(zhì)量為12.000 00 u，試確定核反應(yīng)中所釋放的核能為多少？ 答案　4.7 MeV 解析　根據(jù)題意可寫出發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為He＋Be→C＋n，可得核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為Δm＝mHe＋mBe－mC－mn＝0.005 034 u，根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得該核反應(yīng)所釋放的核能為ΔE＝×0.005 034 u≈4.7 MeV. 變式8　已知氘核的比結(jié)合能為1.1 MeV，氦核的比結(jié)合能為7.1 MeV，則兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核時(shí)(　　) A.釋放出4

27、.9 MeV的能量 B.釋放出6.0 MeV的能量 C.釋放出24.0 MeV的能量 D.吸收4.9 MeV的能量 答案　C 解析　根據(jù)題意可寫出兩個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核的核反應(yīng)方程為H＋H→He，由于氘核的比結(jié)合能為1.1 MeV，氦核的比結(jié)合能為7.1 MeV，故結(jié)合前氘核的結(jié)合能為E1＝2×1.1 MeV，結(jié)合后氦核的結(jié)合能為E2＝4×7.1 MeV，故ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，負(fù)號表示釋放能量，選項(xiàng)C正確. 1.(多選)下列說法正確的是(　　) A.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu) B.一群處于n＝3能級激發(fā)態(tài)的氫原子，自發(fā)躍遷時(shí)能發(fā)出最多3種

28、不同頻率的光 C.放射性元素發(fā)生一次β衰變，原子序數(shù)增加1 D.U的半衰期約為7億年，隨著地球環(huán)境的不斷變化，半衰期可能變短 答案　BC 2.在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看做靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是(　　) 答案　C 解析　金箔中的原子核與α粒子都帶正電，α粒子接近原子核過程中受到斥力而不是引力作用，A、D錯(cuò)；由原子核對α粒子的斥力作用及物體做曲線運(yùn)動的條件知曲線軌跡的凹側(cè)應(yīng)指向α粒子所受力的方向，B錯(cuò)，C對. 3.下列說法正確的是(　　) A.P→Si＋e是一種核裂變反應(yīng) B.核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量一定來自

29、輕核聚變 C.太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核裂變反應(yīng) D.盧瑟福為解釋α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出了原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 答案　D 4.關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是(　　) A.若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將變大 B.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r(shí)產(chǎn)生的 C.在α、β、γ這三種射線中，α射線的穿透能力最強(qiáng)，γ射線的電離能力最強(qiáng) D.鈾核(U)衰變?yōu)殂U核(Pb)的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變 答案　D 5.(多選)下列說法正確的是(　　) A.天然放射性現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) B.α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) C.原

30、子核發(fā)生β衰變生成的新核原子序數(shù)增加 D.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長小于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的波長 答案　AC 解析　天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，A正確.α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子具有核式結(jié)構(gòu)，B錯(cuò)誤.根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，β衰變放出了一個(gè)電子，新核的電荷數(shù)增加1，即原子序數(shù)增加，C正確.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的能量小于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的能量，故從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長大于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的波長，D錯(cuò)誤. 6.(多選)(2014·新課標(biāo)全國卷Ⅰ·35(1)改編)關(guān)于天然放射性，下列說

31、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(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射線的穿透能力最強(qiáng) 答案　BCD 解析　自然界中絕大部分元素沒有放射現(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三種射線電離能力依次減弱，穿透能力依次增強(qiáng)，選項(xiàng)D正確. 7.(2017·天津和平質(zhì)量調(diào)查)下列說法正確的是(　　) A.盧瑟福用α粒子轟擊N核獲得反沖核O發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 B.普朗克通過對光電效應(yīng)現(xiàn)象的分析提出了光子說 C.玻爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究

32、提出了氫原子能級理論 D.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子從而提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 答案　A 解析　光子說是愛因斯坦提出的，B錯(cuò)誤.玻爾通過對氫原子光譜的成因的研究提出了氫原子能級理論，C項(xiàng)錯(cuò)誤.盧瑟福通過α粒子的散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，D項(xiàng)錯(cuò)誤. 8.(2017·安徽江南十校聯(lián)考)鈾核(U)經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變變成鉛核(Pb)，關(guān)于該過程，下列說法中正確的是(　　) A.m＝5，n＝4 B.鈾核(U)的比結(jié)合能比鉛核(Pb)的比結(jié)合能小 C.衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和小于鈾核(U)的結(jié)合能 D.鈾核(U)衰變過程的半衰期與溫度和壓強(qiáng)有關(guān) 答案　B 解析　原子核衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)守

33、恒，電荷數(shù)守恒，235＝4m＋207,92＝82＋2m－n，兩式聯(lián)立解得：m＝7，n＝4，A項(xiàng)錯(cuò)誤.衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和大于鈾核(U)的結(jié)合能，C錯(cuò)誤.半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，與溫度和壓強(qiáng)無關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)誤. 9.(多選)關(guān)于核反應(yīng)方程Th→Pa＋X＋ΔE(ΔE為釋放的核能，X為新生成的粒子)，已知Th的半衰期為1.2 min，則下列說法正確的是(　　) A.此反應(yīng)為β衰變 B.Pa核和Th核具有相同的質(zhì)量 C.Pa具有放射性 D.64 g的Th經(jīng)過6 min還有1 g Th尚未衰變 答案　AC 解析　根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判斷出X為e，所以此反應(yīng)為β衰變，

34、A正確；Pa核與Th核質(zhì)量并不同，B錯(cuò)誤；根據(jù)化學(xué)元素周期表及化學(xué)知識知，Pa為放射性元素，C正確；利用半衰期公式m余＝m原，解得m余＝2 g，則D錯(cuò)誤. 10.用頻率為ν0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為ν1、ν2和ν3的三條譜線，且ν3＞ν2＞ν1，則(　　) A.ν0＜ν1 B.ν3＝ν2＋ν1 C.ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.＝＋ 答案　B 11.處于激發(fā)狀態(tài)的原子，在入射光的電磁場的影響下，從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，兩個(gè)狀態(tài)之間的能量差以輻射光子的形式發(fā)射出去，這種輻射叫做受激輻射.原子發(fā)生受激輻射時(shí)，發(fā)出的光子頻率、發(fā)射方向等都跟入射光子完全

35、一樣，這樣使光得到加強(qiáng)，這就是激光產(chǎn)生的機(jī)理.那么，發(fā)生受激輻射時(shí)，產(chǎn)生激光的原子的總能量E、電勢能Ep、電子動能Ek的變化情況是(　　) A.Ep增大、Ek減小，E減小 B.Ep減小、Ek增大，E減小 C.Ep增大、Ek增大，E增大 D.Ep減小、Ek增大，E不變 答案　B 12.(多選)以下有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述，正確的是(　　) A.紫外線照射到金屬鋅板表面時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，則當(dāng)增大紫外線的照射強(qiáng)度時(shí)，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大 B.玻爾認(rèn)為，原子中電子軌道是量子化的，能量也是量子化的 C.光子不僅具有能量，也具有動量 D.根據(jù)玻爾能級理論，氫

36、原子輻射出一個(gè)光子后，將由高能級向較低能級躍遷，核外電子的動能增加 答案　BCD 13.(2017·河南六市一聯(lián))以下說法正確的是(　　) A.氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動能減小，原子電勢能增大，原子能量減小 B.紫外線照射到金屬鋅板表面時(shí)能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)，則當(dāng)增大紫外線的照射強(qiáng)度時(shí)，從鋅板表面逸出的光電子的個(gè)數(shù)增多，光電子的最大初動能增大 C.氫原子光譜有很多不同的亮線，說明氫原子能發(fā)出很多不同的頻率的光，但它的光譜不是連續(xù)譜 D.天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，陰極射線是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的高速電子流 答案　C 解析

37、　氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動能減小，原子電勢能增大，原子能量增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤.由Ek＝hν－W0可知，只增加光照強(qiáng)度而不改變光的頻率，光電子的最大初動能不變，B項(xiàng)錯(cuò)誤.原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的高速電子流是β射線，不是陰極射線，D項(xiàng)錯(cuò)誤. 14.用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核(Li)，發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向與中子的初速度方向相反，氚核與α粒子的速度之比為7∶8，中子的質(zhì)量為m，質(zhì)子的質(zhì)量可近似看做m，光速為c. (1)寫出核反應(yīng)方程. (2)求氚核與α粒子的速度大小. (3)若核反應(yīng)過程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和氚核的動能，求出質(zhì)量虧損. 答案　(1)n＋Li→H＋He (2)v　v　(3) 解析　(1)由題意可知，核反應(yīng)方程為 n＋Li→H＋He. (2)設(shè)中子的初速度方向?yàn)檎较颍? 由動量守恒定律得mv＝－3mv1＋4mv2 由題意得v1∶v2＝7∶8 解得v1＝v，v2＝v. (3)氚核和α粒子的動能之和為 Ek＝×3mv12＋×4mv22 ＝mv2 釋放的核能為 ΔE＝Ek－Ekn＝mv2－mv2 ＝mv2 由愛因斯坦質(zhì)能方程得，質(zhì)量虧損為 Δm＝＝. 19