（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第12章 動量守恒定律 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第3講 原子結(jié)構(gòu) 原子核學(xué)案

第3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.美國物理學(xué)家密立根測出了電子的電荷量。3.湯姆孫原子模型湯姆孫于1898年提出了原子模型，他認(rèn)為原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌其中。4.粒子散射實驗（1）實驗裝置：粒子源、金箔、放大鏡和熒光屏。（2）實驗現(xiàn)象絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)；少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度大于90°，甚至有極個別粒子幾乎被“撞了回來”。（3）實驗意義：盧瑟福通過粒子散射實驗，否定了湯姆孫的原子模型，建立了核式結(jié)構(gòu)模型。5.核式結(jié)構(gòu)模型1911年由盧瑟福提出，在原子中心有一個很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子在核外空間運(yùn)動。6.原子核的電荷與尺度氫原子光譜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.氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式R，(n3，4，5，R是里德伯常量，R1.10×107 m1)。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。5.理爾理論(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，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hEmEn。(h是普朗克常量，h6.63×1034 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。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：原子核放出粒子或粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。(2)分類衰變：XYHe如：UThHe；衰變：XYe如：ThPae；(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)。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)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損m，其對應(yīng)的能量Emc2。(2)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加m，吸收的能量為Emc2。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：UnKrBa3n。(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：HHHen17.6 MeV小題速練1.思考判斷(1)原子中絕大部分是空的，原子核很小()(2)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說是盧瑟福在粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出的()(3)氫原子光譜是由一條一條亮線組成的()(4)玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，也成功地解釋了氦原子光譜()(5)按照玻爾理論，核外電子均勻分布在各個不連續(xù)的軌道上()(6)人們認(rèn)識原子具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從英國物理學(xué)家湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開始的()(7)人們認(rèn)識原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開始的()(8)如果某放射性元素的原子核有100個，經(jīng)過一個半衰期后還剩50個()(9)原子序數(shù)小于83的元素都沒有放射性()(10)射線是一種高能粒子流，可以用來工業(yè)探傷()(11)原子核發(fā)生衰變時放出一個電子，說明原子核內(nèi)有電子()(12)愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化()(13)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，也遵循電荷數(shù)守恒()(14)輕核聚變須達(dá)到幾百萬攝氏度以上的高溫，自然界不存在輕核聚變()答案(1)(2)(3)(4)×(5)×(6)(7)×(8)×(9)×(10)×(11)×(12)×(13)(14)×2.(多選)從粒子散射實驗結(jié)果出發(fā)推出的結(jié)論，其中正確的是()A.金原子內(nèi)部大部分都是空的B.金原子是一個球體C.湯姆孫的原子模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實際情況D.原子核的半徑的數(shù)量級是1015 m解析粒子散射實驗結(jié)果表明，絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的甚至幾乎被反彈回來，則從粒子散射實驗結(jié)果出發(fā)推出的結(jié)論有金原子內(nèi)部大部分都是空的，湯姆孫的原子模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實際情況，原子核的半徑的數(shù)量級是1015 m，不能說明金原子是球體，選項A、C、D正確。答案ACD3.在同位素氕、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，故氕、氘、氚的核內(nèi)具有相同的質(zhì)子數(shù)，選項D正確。答案D4.(多選)以下說法中，屬于玻爾所提出的原子模型理論的是()A.原子處在具有一定能量的定態(tài)中，雖然電子做圓周運(yùn)動，但不向外輻射能量B.原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)，而電子的可能軌道分布是不連續(xù)的C.電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，輻射(或吸收)一定頻率的光子D.電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動的頻率解析原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時，雖然電子做圓周運(yùn)動，但并不向外輻射能量，故A正確；原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的，故B正確；電子從一個軌道躍遷到另一軌道時，輻射(或吸收)一定頻率的光子，故C正確；電子躍遷時輻射的光子的頻率等于能級差值，與電子繞核做圓周運(yùn)動的頻率無關(guān)，故D錯誤。答案ABC5.(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.UThHe是衰變B.NHeOH是衰變C.HHHen是輕核聚變D.SeKr2e是重核裂變答案AC6.(2018·高考領(lǐng)航?jīng)_刺卷)已知真空中的光速c3.0×108 m/s，下列說法正確的是()A.鉍210的半衰期是5天，經(jīng)過10天，32個鉍210衰變后還剩下8個B.用中子轟擊鈾核的核反應(yīng)方程為UnBaKr3n，屬于原子核的衰變C.若核反應(yīng)nHH釋放出2.2 MeV能量，該過程質(zhì)量虧損為3.9×1030 kgD.某原子核X吸收一個中子后，放出一個電子，最后分裂為兩個粒子，則A7，Z2解析半衰期是針對大量原子核的衰變行為的統(tǒng)計規(guī)律，少數(shù)原子核不適用此規(guī)律，選項A錯誤；UnBaKr3n是原子核的裂變，選項B錯誤；根據(jù)Emc2，可得m3.9×1030 kg，選項C正確；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知A18，Z14，則A7，Z3，選項D錯誤。答案C氫原子能級及能級躍遷1.定態(tài)間的躍遷滿足能級差(1)從低能級(n小)高能級（n大）吸收能量。hEn大En?。?）從高能級（n大）低能級（n?。┓懦瞿芰?。hEn大En小2.電離電離態(tài)：n，E0基態(tài)電離態(tài)：E吸0（13.6 eV）13.6 eV電離能。n2電離態(tài)：E吸0E23.4 eV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.解答氫原子能級圖與原子躍遷問題應(yīng)注意（1）能級之間發(fā)生躍遷時放出（吸收）光子的頻率由hEmEn求得。若求波長可由公式c求得。（2）一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為（n1）。（3）一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：NC。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。4.幾種躍遷情況說明（1）原子躍遷條件hEmEn只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。（2）當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離。當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV時，氫原子電離后，電子具有一定的初動能。（3）原子還可吸收外來實物粒子（例如自由電子）的能量而被激發(fā)。由于實物粒子的動能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差，就可以使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷?！镜淅浚?018·4月浙江選考）（多選）氫原子的能級圖如圖1所示，關(guān)于大量氫原子的能級躍遷，下列說法正確的是（可見光的波長范圍為4.0×107 m7.6×107 m，普朗克常量h6.6×1034 J·s，真空中的光速c3.0×108 m/s）（）圖1A.氫原子從高能級躍遷到基態(tài)時，會輻射射線B.氫原子處在n4能級時，會輻射可見光C.氫原子從高能級向n3能級躍遷時，輻射的光具有顯著的熱效應(yīng)D.氫原子從高能級向n2能級躍遷時，輻射的光在同一介質(zhì)中傳播速度最小的光子能量為1.89 eV解析射線是原子核衰變時產(chǎn)生的高能電磁波，與核外電子無關(guān)，故選項A錯誤；電子從高能級向低能級躍遷時輻射出光子，根據(jù)Ehh，可得可見光光子的能量范圍為1.63 eV3.09 eV。從n4能級躍遷到n2能級E2.55 eV，處在可見光能量范圍內(nèi)，故選項B正確；從高能級向n3能級躍遷輻射出最大能量為E1.51 eV<1.63 eV，屬于紅外線，具有熱效應(yīng)，所以選項C正確；傳播速度越小，折射率越大，光子頻率越大，能量越大，而從高能級向n2能級躍遷時最大能量為3.4 eV，所以選項D錯誤。答案BC1.（2016·10月浙江選考）（多選）如圖2為氫原子能級圖，氫原子中的電子從n5能級躍遷到n2能級可產(chǎn)生a光；從n4能級躍遷到n2能級可產(chǎn)生b光。a光和b光的波長分別為a和b，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2A.abB.UaUbC.a光的光子能量為2.86 eVD.b光產(chǎn)生的光電子最大初動能Ek0.26 eV解析根據(jù)能級躍遷知識haE5E20.54（3.4） eV2.86 eV，hbE4E20.85（3.4）eV2.55 eV，顯然a光子的能量大于b光子的能量，即a光頻率大于b光頻率，由知ab，所以A錯誤，C正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，最大初動能EkhW0，所以a光照射金屬鈉后的最大初動能為Eka（2.862.29） eV0.57 eV，b光照射金屬鈉后的最大初動能為Ekb（2.552.29）eV0.26 eV，選項D正確；根據(jù)截止電壓知識可知UaUb，選項B正確。答案BCD2.（多選）氫原子從n6能級躍遷到n2能級時輻射出頻率為1的光子，從n5能級躍遷到n2能級時輻射出頻率為2的光子。下列說法中，正確的是（）A.頻率為1的光子的能量較大B.頻率為1的光子的動量較大C.做雙縫干涉實驗時，頻率為1的光產(chǎn)生的條紋間距較大D.做光電效應(yīng)實驗時，頻率為1的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能較大解析氫原子從不同能級躍遷到同一能級時，能級差越大，輻射的能量就越大，輻射的光子的頻率越高，波長越短，根據(jù)p知，波長越短動量越大，選項A、B正確；做雙縫干涉實驗時，由x知，頻率為1的光子的波長短，干涉條紋的間距小，選項C錯誤；由光電效應(yīng)方程可知，頻率高的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能大，選項D正確。答案ABD3.（2018·11月浙江選考）（多選）處于較高能級的氫原子向較低能級躍遷時，能輻射出a、b兩種可見光，a光照射某金屬表面時有光電子逸出，b光照射該金屬表面時沒有光電子逸出，則（）A.以相同的入射角射向一平行玻璃磚，a光的側(cè)移量小于b光的B.垂直入射到同一單縫衍射裝置，a光的衍射中央亮條紋寬度小于b光的C.a光和b光的頻率之比可能是D.a光子的動量大于b光子的解析根據(jù)光電效應(yīng)可知，a光照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，b光不能發(fā)生光電效應(yīng)，Eh，說明頻率a>b，故選項C錯誤；同種介質(zhì)中a、b光的折射率na>nb，設(shè)玻璃磚的厚度為d，入射角為i，折射角為r，則n，a、b光以相同的入射角入射時，折射角ra<rb，在玻璃磚中光的側(cè)移量y·sin（ir），可知ya>yb，選項A錯誤；波長a<b，單縫衍射時中央亮紋a光比b光小，選項B正確；光子的動量為p，所以a光子的動量大于b光子的動量，選項D正確。答案BD放射性元素的衰變1.衰變規(guī)律及實質(zhì)（1）衰變和衰變的比較衰變類型衰變衰變衰變方程XYHeXYe衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子2H2nHenHe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）射線：射線經(jīng)常是伴隨著衰變或衰變同時產(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)射線氦核He2e4 u最強(qiáng)最弱射線電子ee u較強(qiáng)較強(qiáng)射線光子00最弱最強(qiáng)3.半衰期的理解半衰期的公式：N余N原，m余m原。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，表示半衰期?！镜淅浚?017·全國卷，15）一靜止的鈾核放出一個粒子衰變成釷核，衰變方程為UThHe，下列說法正確的是（）A. 衰變后釷核的動能等于粒子的動能B. 衰變后釷核的動量大小等于粒子的動量大小C. 鈾核的半衰期等于其放出一個粒子所經(jīng)歷的時間D. 衰變后粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量解析靜止的鈾核在衰變過程中，滿足動量守恒的條件，根據(jù)動量守恒定律得pThp0，即釷核的動量和粒 子的動量大小相等，方向相反，選項B正確；根據(jù)Ek可知，選項A錯誤；半衰期的定義是統(tǒng)計規(guī)律，對于一個粒子不適用，選項C錯誤；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，故衰變后粒子與釷核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，選項D錯誤。答案B1.（多選）關(guān)于天然放射性，下列說法正確的是（）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仍具有放射性D.、和三種射線中，射線的穿透能力最強(qiáng)解析原子序號大于等于83的元素都能發(fā)生衰變，原子序數(shù)小于83的有的也能發(fā)生衰變，選項A錯誤；半衰期由原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu)決定，與外界溫度無關(guān)，選項B正確；放射性來自于原子核內(nèi)部，與其形成的化合物無關(guān)，選項C正確；、三種射線中，射線能量最高，穿透能力最強(qiáng)，選項D正確。答案BCD2.U衰變?yōu)镽n要經(jīng)過m次衰變和n次衰變，則m、n分別為（）A.2、4 B.4、2 C.4、6 D.16、6解析由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得：2382224m，92862mn，聯(lián)立解得：m4，n2。答案B3.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U（鈾）吸收中子后生成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U吸收中子后變成U，U很不穩(wěn)定，則經(jīng)過2次衰變后變成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A錯誤；發(fā)生衰變時質(zhì)量數(shù)不發(fā)生改變，根據(jù)電荷數(shù)守恒可知U發(fā)生2次衰變后變成Pu，選項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C錯誤；碘131的半衰期是8天，它是一個統(tǒng)計規(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D錯誤。答案B核裂變、核聚變1.核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變衰變自發(fā)UThHe衰變自發(fā)ThPae人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芅HeOH（盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子）HeBeCn（查德威克發(fā)現(xiàn)中子）AlHePn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PSie重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n輕核聚變很難控制HHHen2.書寫核反應(yīng)方程時應(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。典例（2017·11月浙江選考）（多選）下列說法正確的是（）A.核聚變反應(yīng)方程可能為HHHe2nB.鈾核裂變的核反應(yīng)方程可能為UnXeSr2nC.發(fā)生衰變時原子核放出電子，說明電子是原子核的組成部分D.中子和質(zhì)子結(jié)合成氚核，若該過程質(zhì)量虧損為m，則氚核的結(jié)合能為mc2解析核聚變反應(yīng)方程為HHHen，選項A錯誤；根據(jù)重核裂變分裂成幾個中等質(zhì)量的原子核和核反應(yīng)方程配平可知，選項B正確；衰變時原子核內(nèi)部中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時釋放出高速電子，電子并不是原子核的組成部分，選項C錯誤；根據(jù)質(zhì)能方程Emc2可知，選項D正確。答案BD1.一個氘核和一個氚核經(jīng)過反應(yīng)后生成一個氦核和一個中子，同時放出一個光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，普朗克常量為h，真空中的光速為c。下列說法中正確的是（）A.這個反應(yīng)的核反應(yīng)方程是HHHenB.這個反應(yīng)既不是聚變反應(yīng)也不是裂變反應(yīng)C.輻射出的光子的能量E（m3m4m1m2）c2D.輻射出的光子的波長解析由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可知A正確；此反應(yīng)是輕核聚變反應(yīng)，B錯誤；由質(zhì)能方程知此過程中釋放的核能為E（m1m2m3m4）c2，C錯誤；若此核能全部以光子的形式釋放時，由Eh知，光子的波長為，D錯誤。答案A2.（多選）科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)方程分別為：XYHeH4.9 MeV和HHHeX17.6 MeV，下列表述中，正確的是（）A.X是中子B.Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6C.兩個核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損D.氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)解析核反應(yīng)方程遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，則由HHHeX17.6 MeV知X為n，由XYHeH4.9 MeV知Y為Li，其中Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)也是3，故選項A正確，選項B錯誤；兩個核反應(yīng)都釋放出核能，所以都有質(zhì)量虧損，故選項C錯誤；nLiHeH4.9 MeV是原子核的人工轉(zhuǎn)變，HHHen17.6 MeV為輕核聚變，故選項D正確。答案AD核能的計算1.質(zhì)能方程的三個易錯點(diǎn)（1）質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量消失，只是靜止質(zhì)量變成了運(yùn)動的質(zhì)量；（2）質(zhì)量虧損也不是核子個數(shù)的減少，核反應(yīng)中核子個數(shù)是不變的；（3）質(zhì)量和能量這兩個量并不可以相互轉(zhuǎn)化，只是這兩個量在數(shù)值上有聯(lián)系。2.核能的計算方法（1）根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程列式計算：即Emc2（m的單位：kg）。（2）根據(jù)1 u相當(dāng)于931.5 MeV，則Em×931.5 MeV（m的單位：u，1 u1.660 6×1027 kg）。（3）核反應(yīng)遵守動量守恒定律和能量守恒定律，因此我們可以結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律來計算核能?！镜淅浚?018·11月浙江選考）（多選）一個鈹原子核（Be ）俘獲一個核外電子（通常是最靠近原子核的K殼層的電子）后發(fā)生衰變，生成一個鋰核（Li ），并放出一個不帶電的質(zhì)量接近零的中微子e ，人們把這種衰變稱為“K俘獲”，靜止的鈹核發(fā)生了“K俘獲”，其核反應(yīng)方程為Be01eLie 。已知鈹原子的質(zhì)量為MBe7.016 929 u，鋰原子的質(zhì)量為MLi7.016 004 u，1u相當(dāng)于931 MeV，下列說法正確的是（）A.中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零B.鋰核（Li）獲得的動能約為0.86 MeVC.中微子與鋰核（Li）的動量之和等于反應(yīng)前電子的動量D.中微子與鋰核（Li）的能量之和等于反應(yīng)前電子的能量解析中微子是不帶電的，且質(zhì)量接近于零，根據(jù)質(zhì)量數(shù)的確定法，可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零，選項A正確；Li核獲得的動能約為由于核衰變時的質(zhì)量虧損放出的能量Emc29.31×102（MBeMeMLi）>0.86 MeV，選項B錯誤；根據(jù)動量守恒定律可知中微子與鋰核（Li）的動量之和等于反應(yīng)前電子的動量，但能量不等，選項C正確，D錯誤。答案AC1.（2017·全國卷，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：HHHen。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 u931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為（）A.3.7 MeV B.3.3 MeVC.2.7 MeV D.0.93 MeV解析根據(jù)質(zhì)能方程，釋放的核能Emc2，m2mHmHemn0.003 5 u，則E0.003 5×931 MeV3.258 5 MeV3.3 MeV，故選項B正確，A、C、D錯誤。答案B2.現(xiàn)有兩動能均為E00.35 MeV的H在一條直線上相向運(yùn)動，兩個H發(fā)生對撞后能發(fā)生核反應(yīng)，得到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He和新粒子的動能。已知H的質(zhì)量為2.014 1 u，He的質(zhì)量為3.016 0 u，新粒子的質(zhì)量為1.008 7 u，核反應(yīng)時質(zhì)量虧損1 u釋放的核能約為931 MeV（如果涉及計算，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HHHeHB.核反應(yīng)前后不滿足能量守恒定律C.新粒子的動能約為3 MeVD.He的動能約為4 MeV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HHHen，則新粒子為中子n，所以A錯誤；核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損，釋放能量，仍然滿足能量守恒定律，B錯誤；由題意可知E（2.014 1 u×23.016 0 u1.008 7 u）×931 MeV/u3.3 MeV，根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的能量守恒有EkHeEkn2E0E，根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的動量守恒有pHepn0，由Ek，可知，解得EkHe（2E0E）1 MeV，Ekn（2E0E）3 MeV，所以C正確，D錯誤。答案C3.钚的放射性同位素Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)U*和粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)U*立即衰變?yōu)殁櫤薝，并放出能量為0.097 MeV的光子。已知：Pu、U和粒子的質(zhì)量分別為mPu239.052 1 u、mU235.043 9 u和m4.002 6 u，1 u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5 MeV的能量。（1）寫出衰變方程；（2）已知衰變放出的光子的動量可忽略，求粒子的動能。解析（1）衰變方程為PuU*HeU*U或合起來有PuUHe（2）上述衰變過程的質(zhì)量虧損為mmPumUm放出的能量為Em×931.5 MeV此能量是鈾核U的動能EU、粒子的動能E和光子的能量E之和，即EEUEE設(shè)衰變后的鈾核和粒子的速度分別為vU和v，則由動量守恒有mUvUmv又由動能的定義知EUmUv，Emv聯(lián)立解得E5.034 MeV答案（1）見解析（2）5.034 MeV活頁作業(yè)（時間：30分鐘）A組基礎(chǔ)過關(guān)1.（多選）如圖1為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實驗的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中A、B、C、D四個位置時，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法正確的是（）圖1A.相同時間內(nèi)放在A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B.相同時間內(nèi)放在B位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)只比放在A位置時稍微少些C.放在C，D位置時屏上觀察不到閃光D.放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少解析盧瑟福和他的同事們做粒子散射實驗時，得到以下結(jié)論：大部分粒子都能直接穿過金箔，個別的發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，故A、D正確，B、C錯誤。答案AD2.根據(jù)玻爾理論，下列關(guān)于氫原子的論述正確的是（）A.若氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷，則氫原子要輻射的光子能量為hEnB.電子沿某一軌道繞核運(yùn)動，若圓周運(yùn)動的頻率為，則其發(fā)光的頻率也是C.一個氫原子中的電子從一個半徑為ra的軌道自發(fā)地直接躍遷到另一半徑為rb的軌道，已知ra>rb，則此過程原子要輻射某一頻率的光子D.氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷解析原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時，輻射的光子能量等于能級差，與En不相等，故A錯誤；電子沿某一軌道繞核運(yùn)動，處于某一定態(tài)，不向外輻射能量，故B錯誤；電子由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道，能級降低，因而要輻射某一頻率的光子，故C正確；原子吸收光子后能量增加，能級升高，故D錯誤。答案C3.重核裂變和輕核聚變是人類利用原子能的兩種主要方法，下面有關(guān)它們的說法正確的是（）A.裂變和聚變的過程都有質(zhì)量虧損B.聚變過程有質(zhì)量虧損，聚變過程質(zhì)量有所增加C.裂變過程質(zhì)量有所增加，聚變過程有質(zhì)量虧損D.裂變和聚變過程中質(zhì)量都有所增加解析重核裂變和輕核聚變都要釋放能量，也一定要發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項A正確。答案A4.如圖2所示為氫原子能級示意圖的一部分，則氫原子（）圖2A.從n4能級躍遷到n3能級比從n3能級躍遷到n2能級輻射出電磁波的波長長B.從n5能級躍遷到n1能級比從n5能級躍遷到n4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由hEmEn和結(jié)合能級圖知A正確，B錯誤；處于不同能級時，核外電子在各處出現(xiàn)的概率不一樣，C錯誤；從高能級向低能級躍遷時，是氫原子向外放出能量，D錯誤。答案A5.U經(jīng)過m次衰變和n次衰變，變成Pb，則（）A.m7，n3 B.m7，n4C.m14，n9 D.m14，n18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：UPbmHene根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒列出方程2352074m，92822mn解得m7，n4，故選項B正確，選項A、C、D錯誤。答案B6.（多選）氘核、氚核、中子、氦核的質(zhì)量分別是m1、m2、m3和m4，如果氘核和氚核結(jié)合生成氦核，則下列說法中正確的是（）A.核反應(yīng)方程式為 HHHenB.這是一個裂變反應(yīng)C.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損mm1m2m3D.核反應(yīng)過程中釋放的核能E（m1m2m3m4）c2解析由氘核和氚核的結(jié)合以及電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒可知選項A正確；該核反應(yīng)為聚變反應(yīng)，選項B錯誤；核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為mm1m2m3m4，選項C錯誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程可知核反應(yīng)過程中釋放的核能Emc2，可知選項D正確。答案AD7.某核反應(yīng)方程 HHHeX。已知H的質(zhì)量為2.013 6 u，H的質(zhì)量為3.018 0 u，He的質(zhì)量為 4.002 6 u，X的質(zhì)量為1.008 7 u。則下列說法中正確的是（）A.X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量B.X是中子，該反應(yīng)釋放能量C.X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量D.X是中子，該反應(yīng)吸收能量解析據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒可判定X為中子，核反應(yīng)中有質(zhì)量虧損，則該反應(yīng)釋放能量，答案B正確。答案B8.（2017·4月浙江選考）（多選）下列說法正確的是（）A.、射線都是電磁波B.原子核中所有核子單獨(dú)存在時，質(zhì)量總和大于該原子核的總質(zhì)量C.在LC振蕩電路中，電容器剛放電時電容器極板上電荷量最多，回路電流最小D.處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子，共能輻射出四種不同頻率的光子解析射線是高速移動的電子流，屬于實物波，不屬于電磁波，故A錯誤；在核子結(jié)合成原子核過程中需要釋放出結(jié)合能，根據(jù)質(zhì)能方程Emc2，所以結(jié)合原子核過程中存在質(zhì)量損失，故B正確；LC振蕩電路中放電之前屬于充電過程，電場能逐漸增大，磁場能逐漸減小，回路電流逐漸減小，剛剛開始放電時正好是電場能最大，磁場能最小的時刻，所以回路電流此時最小，故C正確；處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子能釋放出C6種頻率的光子，故D錯誤。答案BC9.關(guān)于核聚變，以下說法不正確的是（）A.與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B.世界上已經(jīng)有利用核聚變能來發(fā)電的核電站C.要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到1015 m以內(nèi)，核力才能起作用D.地球聚變?nèi)剂系膬α渴重S富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核解析與裂變相比，核聚變有下面的幾個優(yōu)勢：（1）安全、清潔、輻射少；（2）核燃料儲量多；（3）核廢料易處理。但核聚變發(fā)電還沒有投入實際運(yùn)行。所以B項是不正確的。答案BB組能力提升10.（多選）氫原子能級圖如圖3所示，當(dāng)氫原子從n3躍遷到n2的能級時，輻射光的波長為656 nm。下列判斷中，正確的是（）圖3A.氫原子從n2躍遷到n1的能級時，輻射光的波長大于656 nmB.用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從n1躍遷到n2的能級C.一群處于n3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線D.用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從n2躍遷到n3的能級解析由E初E終hh可知，氫原子躍遷時始末能級差值越大，輻射的光子能量越高、波長越短，由能級圖知E3E2<E2E1，故選項A錯誤；由得121.6 nm<325 nm，故選項B錯誤；由C3可知選項C正確；因躍遷中所吸收光子的能量必須等于始末能級的差值，即從n2躍遷到n3的能級時必須用波長為656 nm的光照射，故選項D正確。答案CD11.（2018·湖北省襄陽市調(diào)研）（多選）靜止在勻強(qiáng)磁場中的U核發(fā)生衰變，產(chǎn)生一個未知粒子X，它們在磁場中的運(yùn)動徑跡如圖4所示，下列說法正確的是（）圖4A.該核反應(yīng)方程為UXHeB.粒子和粒子X在磁場中做圓周運(yùn)動時轉(zhuǎn)動方向相同C.軌跡1、2分別是粒子、X粒子的運(yùn)動徑跡D.粒子、X粒子運(yùn)動徑跡半徑之比為451解析顯然選項A中核反應(yīng)方程正確，A正確；U核靜止，根據(jù)動量守恒可知粒子和X新核速度方向相反，又都帶正電，則轉(zhuǎn)動方向相同，選項B正確；根據(jù)動量守恒可知粒子和X新核的動量大小p相等，由帶電粒子在磁場中運(yùn)動半徑公式R可知軌道半徑R與其所帶電荷量成反比，半徑之比為451，選項C錯誤，D正確。答案ABD12.如圖5所示為氫原子的能級圖，當(dāng)一群氫原子從n3能級向低能級躍遷時，共輻射出三種不同頻率的光子，光子的頻率分別為1、2、3，且1>2>3，則下列說法正確的是（）圖5A.B.123C.從n3能級躍遷到n2能級，輻射出的光子頻率為1D.輻射出頻率為1的光子后的氫原子的電勢能比輻射出頻率為2的光子后的氫原子的電勢能大解析由題意及玻爾理論可知，E3E1h1，E2E1h2，E3E2h3，因此有h1h2h3，即123，選項A錯誤，B正確；從n3能級躍遷到n2能級，輻射出的光子頻率為3，選項C錯誤；輻射出的頻率為1的光子后的氫原子處于基態(tài)，輻射出頻率為2的光子后氫原子也處于基態(tài)，因此氫原子的電勢能相同，選項D錯誤。答案B13.（2018·4月浙江選考）（多選）下列說法正確的是（）A.組成原子核的核子越多，原子核越穩(wěn)定B.92U衰變?yōu)?6Rn經(jīng)過4次衰變，2次衰變C.在LC振蕩電路中，當(dāng)電流最大時，線圈兩端電勢差也最大D.在電子的單縫衍射實驗中，狹縫變窄，電子動量的不確定量變大解析比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢靠，原子核越穩(wěn)定，故A錯誤；92U衰變?yōu)?6Rn，質(zhì)量數(shù)減少16，電荷數(shù)減少6，由于原子核經(jīng)過一次衰變，質(zhì)子數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，經(jīng)過一次衰變，質(zhì)子數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變。所以衰變次數(shù)m4；衰變次數(shù)n2，所以B正確；當(dāng)線圈兩端電勢差最大時，電流變化率最大，此時電流為0，故C錯誤；在電子的單縫衍射實驗中，狹縫越窄，屏上中央亮條紋越寬，即能更準(zhǔn)確地測得電子的位置。根據(jù)不確定性關(guān)系xp，電子動量的不確定量變得更大，故D正確。答案BD14.（多選）圖6所示為氫原子能級圖，大量處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時能輻射出多種不同頻率的光，其中用從n4能級向n2能級躍遷時輻射的光照射圖7所示光電管的陰極K時，電路中有光電流產(chǎn)生，則（）A.若將滑片右移，電路中光電流增大B.若將電源極性反接，電路中可能有光電流產(chǎn)生C.若陰極K的逸出功為1.05 eV，則逸出的光電子最大初動能為2.4×1019 JD.大量處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時輻射的光子中只有4種光子能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)解析若將滑片右移，光電管兩端的電壓增大，但之前光電流是否達(dá)到飽和并不清楚，因此光電管兩端的電壓增大，光電流不一定增大，選項A錯誤；將電源極性接反后，所加電壓阻礙光電子向陰極運(yùn)動，但若eUEkm，仍會有一定數(shù)量的光電子可到達(dá)陰極而形成光電流，選項B正確；若陰極K的逸出功為1.05 eV，由光電效應(yīng)方程知，逸出的光電子最大初動能為EkmhW逸出0.85 eV（3.40 eV）1.05 eV1.5 eV2.4×1019 J，選項C正確；由于陰極K的逸出功未知，能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)的光子種數(shù)無法確定，選項D錯誤。答案BC20