2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)和原子核 基礎(chǔ)課2 原子結(jié)構(gòu) 原子核學(xué)案

基礎(chǔ)課2原子結(jié)構(gòu)原子核知識(shí)排查原子結(jié)構(gòu)1.電子的發(fā)現(xiàn)：英國(guó)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)(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)：19091911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，但有少數(shù)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(shuō)它們幾乎被“撞”了回來(lái)。(如圖1所示)圖1(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(zhǎng)展開(kāi)，獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。2.光譜分類(lèi)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(jiàn)光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)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(lái)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(jí)、能級(jí)公式1.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(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(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。2.氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式(1)氫原子的能級(jí)能級(jí)圖如圖2所示圖2(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑氫原子的能級(jí)公式：EnE1 (n1，2，3，)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E113.6 eV。氫原子的半徑公式：rnn2r1 (n1，2，3，)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱(chēng)玻爾半徑，其數(shù)值為r10.53×1010 m。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(shuō)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(lèi)，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(duì)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(chēng)為原子核的衰變。(2)分類(lèi)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(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(wú)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m，其對(duì)應(yīng)的能量Emc2。(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(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過(guò)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(guò)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(guò)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.(多選)從粒子散射實(shí)驗(yàn)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(gè)球體C.湯姆孫的原子模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況D.原子核的半徑的數(shù)量級(jí)是1015 m解析粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)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(guò)90°，有的甚至幾乎被反彈回來(lái)，則從粒子散射實(shí)驗(yàn)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(shí)際情況，原子核的半徑的數(shù)量級(jí)是1015 m，不能說(shuō)明金原子是球體，選項(xiàng)A、C、D正確。答案ACD2.(2018·湖南衡陽(yáng)模擬)下列有關(guān)氫原子光譜的說(shuō)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(shuō)明氫原子只發(fā)出特定頻率的光C.氫原子光譜說(shuō)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(jí)的能量差無(wú)關(guān)解析由于氫原子發(fā)射的光子的能量EEnEmE1E1E1，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?jí)也是不連續(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(jí)躍遷到較低軌道第m能級(jí)時(shí)，發(fā)射的光子的能量為EEnEmh，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(jí)的能量差有關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B3.(2017·上海單科)由放射性元素放出的氦核流被稱(chēng)為()A.陰極射線B.射線C.射線 D.射線解析本題考查天然放射現(xiàn)象。在天然放射現(xiàn)象中，放出、三種射線，其中射線屬于氦核流，選項(xiàng)B正確。答案B4.(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(duì)同位素的認(rèn)識(shí)。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D5.(多選)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類(lèi)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(shuō)法正確的是()A.鉍210的半衰期是5天，經(jīng)過(guò)10天，32個(gè)鉍210衰變后還剩下8個(gè)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(guò)程質(zhì)量虧損為3.9×1030 kgD.某原子核X吸收一個(gè)中子后，放出一個(gè)電子，最后分裂為兩個(gè)粒子，則A7，Z2解析半衰期是針對(duì)大量原子核的衰變行為的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，少數(shù)原子核不適用此規(guī)律，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；UnBaKr3n是原子核的裂變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)Emc2，可得m3.9×1030 kg，選項(xiàng)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(xiàng)D錯(cuò)誤。答案C7.根據(jù)所給圖片結(jié)合課本相關(guān)知識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()圖3A.圖3甲是電子束穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣，證明電子具有粒子性B.圖乙是利用不同氣體制成的五顏六色的霓虹燈，原因是各種氣體原子的能級(jí)不同，躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量不同，光子的頻率不同C.圖丙是工業(yè)上使用的用射線檢測(cè)金屬板厚度的裝置，在、三種射線中，最有可能使用的射線是射線D.圖丁是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系圖象，由圖可知中等大小的核的比結(jié)合能最大，即(核反應(yīng)中)平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最小解析題圖甲是電子束穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣，證明電子具有波動(dòng)性，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；題圖乙是利用不同氣體制成的五顏六色的霓虹燈，原因是各種氣體原子的能級(jí)不同，躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量不同，光子的頻率不同，選項(xiàng)B正確；題圖丙是工業(yè)上使用的用射線檢測(cè)金屬板厚度的裝置，在、三種射線中，由于射線穿透能力最強(qiáng)，最有可能使用的射線是射線，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；題圖丁是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系圖象，可知中等大小的核的比結(jié)合能最大，即在核子結(jié)合成原子核時(shí)平均每個(gè)核子釋放的能量最大，平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B原子的核式結(jié)構(gòu)玻爾理論1.定態(tài)間的躍遷滿足能級(jí)差(1)從低能級(jí)(n小)高能級(jí)(n大)吸收能量。hEn大En小(2)從高能級(jí)(n大)低能級(jí)(n小)放出能量。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(dòng)能。1.一個(gè)氫原子從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)，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(jí)向低能級(jí)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4所示為氫原子的能級(jí)圖，圖中a、b、c、d對(duì)應(yīng)氫原子的四次躍遷，已知可見(jiàn)光光子的能量范圍為1.613.10 eV，關(guān)于四次躍遷，下列說(shuō)法正確的是()圖4A.經(jīng)歷a躍遷，氫原子吸收的光子能量為0.66 eVB.經(jīng)歷b躍遷，氫原子的軌道半徑增大，原子核外電子的動(dòng)能增大C.經(jīng)歷c躍遷，氫原子放出的光子是可見(jiàn)光光子D.經(jīng)歷d躍遷后，再用可見(jiàn)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(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光子的能量為0.66 eV，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(dòng)能會(huì)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0.97 eV，則該光子不是可見(jiàn)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1.51 eV，因此用可見(jiàn)光光子照射可使其電離，選項(xiàng)D正確。答案D3.(2018·北京東城區(qū)一模)如圖5是氫原子的能級(jí)圖。一個(gè)氫原子從n4的能級(jí)向低能級(jí)躍遷，則以下判斷正確的是()圖5A.該氫原子最多可輻射出6種不同頻率的光子B.該氫原子躍遷到基態(tài)時(shí)需要吸收12.75 eV的能量C.該氫原子只有吸收0.85 eV的光子時(shí)才能電離D.該氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，向外輻射的光子的能量是特定值解析本題研究的是單個(gè)氫原子，單個(gè)處于n能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多可輻射出n1條不同頻率的光子，故該氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多可輻射出3種不同頻率的光子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；該氫原子躍遷到基態(tài)時(shí)需要釋放0.85 eV(13.6 eV)12.75 eV的能量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；只要吸收的光子的能量大于0.85 eV，該氫原子就能電離，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，向外輻射的光子的能量等于兩能級(jí)的能量差，此能量差為一特定值，選項(xiàng)D正確。答案D解答氫原子能級(jí)圖與原子躍遷問(wèn)題應(yīng)注意(1)能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率由hEmEn求得。若求波長(zhǎng)可由公式c求得。(2)一個(gè)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(shí)求解：NC。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情況一一畫(huà)出，然后相加。原子核的衰變、半衰期1.衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)(1)衰變和衰變的比較衰變類(lèi)型衰變衰變衰變方程XYHeXYe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2H2nHenHe勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(shí)產(chǎn)生的。2.三種射線的成分和性質(zhì)名稱(chēng)構(gòu)成符號(hào)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(shí)間，表示半衰期。1.(多選)關(guān)于天然放射性，下列說(shuō)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(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.、和三種射線中，射線的穿透能力最強(qiáng)解析原子序號(hào)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(xiàng)A錯(cuò)誤；半衰期由原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu)決定，與外界溫度無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B正確；放射性來(lái)自于原子核內(nèi)部，與其形成的化合物無(wú)關(guān)，選項(xiàng)C正確；、三種射線中，射線能量最高，穿透能力最強(qiáng)，選項(xiàng)D正確。答案BCD2.(2017·全國(guó)卷，15)一靜止的鈾核放出一個(gè)粒子衰變成釷核，衰變方程為UThHe，下列說(shuō)法正確的是()A.衰變后釷核的動(dòng)能等于粒子的動(dòng)能B.衰變后釷核的動(dòng)量大小等于粒子的動(dòng)量大小C.鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)粒子所經(jīng)歷的時(shí)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(guò)程中，滿足動(dòng)量守恒的條件，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得pThp0，即釷核的動(dòng)量和粒 子的動(dòng)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(duì)于一個(gè)粒子不適用，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；鈾核在衰變過(guò)程中，伴隨著一定的能量放出，即衰變過(guò)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(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B3.某核電站遭受?chē)?yán)重破壞，產(chǎn)生了嚴(yán)重的核泄漏，從核電站周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的空氣中和核電站排出的廢水中分別檢測(cè)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(shuō)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(guò)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(chǎng)D.碘131的半衰期只有8天，因此16天后會(huì)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(guò)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U發(fā)生2次衰變后變成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(chǎng)，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(huì)剩一半，16天后會(huì)剩四分之一，因此選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B4.(2018·湖北省襄陽(yáng)市調(diào)研)(多選)靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的U核發(fā)生衰變，產(chǎn)生一個(gè)未知粒子X(jué)，它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑跡如圖6所示，下列說(shuō)法正確的是()圖6A.該核反應(yīng)方程為UXHeB.粒子和粒子X(jué)在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同C.軌跡1、2分別是粒子、X粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡D.粒子、X粒子運(yùn)動(dòng)徑跡半徑之比為451解析顯然選項(xiàng)A中核反應(yīng)方程正確，A正確；U核靜止，根據(jù)動(dòng)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(dòng)方向相同，選項(xiàng)B正確；根據(jù)動(dòng)量守恒可知粒子和X新核的動(dòng)量大小p相等，由帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。答案ABD核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算1.核反應(yīng)的四種類(lèi)型類(lèi)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(shí)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.核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)Emc2計(jì)算時(shí)，m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”。(2)根據(jù)Em×931.5 MeV計(jì)算時(shí)，m的單位是“u”，E的單位是“MeV”。(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能核子比結(jié)合能×核子數(shù)。1.(2018·山西省重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)四個(gè)核反應(yīng)方程分別為：UnSrXe10n；UThHe；LinHeH4.9 MeV；HHHen17.6 MeV。下列說(shuō)法正確的是()A.都是重核鈾的同位素的核反應(yīng)，故都是重核的裂變反應(yīng)B.反應(yīng)前都有一個(gè)中子，故都是原子核的人工轉(zhuǎn)變C.生成物中都有氦核，故都是衰變反應(yīng)D.比放出的能量少，說(shuō)明比質(zhì)量虧損得少解析是重核的裂變反應(yīng)，是衰變反應(yīng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；是原子核的人工轉(zhuǎn)變，是輕核的聚變反應(yīng)，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；比放出的能量少，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知，比質(zhì)量虧損得少，故選項(xiàng)D正確。答案D2.2017·江蘇單科，12C(1)(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖7所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()圖7A.He核的結(jié)合能約為14 MeVB.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.92U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大解析由圖象可知He核的結(jié)合能約為28 MeV，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；He核比Li核的比結(jié)合能大，故He核比Li核穩(wěn)定，選項(xiàng)B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，選項(xiàng)C正確； U的平均結(jié)合能比Kr核中的小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案BC3.(2017·全國(guó)卷，17)大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來(lái)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(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤。答案B4.現(xiàn)有兩動(dòng)能均為E00.35 MeV的H在一條直線上相向運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)H發(fā)生對(duì)撞后能發(fā)生核反應(yīng)，得到He和新粒子，且在核反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為He和新粒子的動(dòng)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(shí)質(zhì)量虧損1 u釋放的核能約為931 MeV(如果涉及計(jì)算，結(jié)果保留整數(shù))。則下列說(shuō)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(dòng)能約為3 MeVD.He的動(dòng)能約為4 MeV解析由核反應(yīng)過(guò)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(cuò)誤；核反應(yīng)過(guò)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(dòng)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(cuò)誤。答案C活頁(yè)作業(yè)(時(shí)間：30分鐘)A級(jí)：保分練1.(2017·天津理綜，1)我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國(guó)對(duì)國(guó)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1A.HHHenB.NHeOHC.HeAlPnD.UnBaKr3n解析HHHen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；7NHe8OH是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，是人類(lèi)第一次實(shí)現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變，屬于人工核反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；HeAlPn是約里奧居里夫婦用粒子轟擊鋁片時(shí)發(fā)現(xiàn)了放射性磷(磷30)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，屬于人工核反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；92Un56BaKr3n是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。答案A2.(2016·江蘇單科)貝克勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如今原子核的放射性在眾多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。下列屬于放射性衰變的是()A.CNeB.UnIY2nC.HHHenD.HeAlPn解析A屬于衰變，B屬于裂變，C是聚變，D是原子核的人工轉(zhuǎn)變，故選項(xiàng)A正確。答案A3.(多選)下圖中有四幅圖片，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(shuō)法正確的是()A.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(ài)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(wú)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(wú)關(guān)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；原子彈的能量來(lái)源于核能，與愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程Emc2有關(guān)，故選項(xiàng)D正確。答案BD4.(2018·河北省兩校模擬)下列說(shuō)法正確的是()A.用能量等于氘核結(jié)合能的光子照射靜止的氘核，可使氘核分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子B.質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核時(shí)不一定有質(zhì)量虧損，但一定釋放出能量C.原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定D.重核裂變前后質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量一定減小解析質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核前，需要有很大的動(dòng)能，才能使它們的距離達(dá)到能夠結(jié)合的程度，所以要使靜止的氘核分解為質(zhì)子和中子，除了要給它補(bǔ)充由于質(zhì)量虧損釋放的能量外，還需要給它們分離時(shí)所需的動(dòng)能，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核時(shí)一定有質(zhì)量虧損，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程知，有能量放出，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；原子核的比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；重核裂變過(guò)程遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，但裂變過(guò)程會(huì)釋放出巨大的能量，由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知，一定有質(zhì)量虧損，選項(xiàng)D正確。答案D5.(2017·貴州貴陽(yáng)模擬)如圖2所示為氫原子的能級(jí)圖，現(xiàn)讓一束單色光照射到一群處于基態(tài)的氫原子上，受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出6種不同頻率的光，則照射氫原子的單色光的光子能量為()圖2A.13.6 eV B.3.4 eVC.12.75 eV D.14.45 eV解析由題意有6，得n4，即能發(fā)出6種頻率的光的氫原子一定是從基態(tài)躍遷到n4能級(jí)的激發(fā)態(tài)，則照射氫原子的單色光的光子能量為E0.85 eV(13.6 eV)12.75 eV，故選項(xiàng)C正確。答案C6. (多選)氫原子能級(jí)如圖3，當(dāng)氫原子從n3躍遷到n2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為656 nm。以下判斷正確的是()圖3A.氫原子從n2躍遷到n1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)大于656 nmB.用波長(zhǎng)為325 nm的光照射，可使氫原子從n1躍遷到n2的能級(jí)C.一群處于n3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633 nm的光照射，不能使氫原子從n2躍遷到n3的能級(jí)解析根據(jù)氫原子的能級(jí)圖和能級(jí)躍遷規(guī)律，當(dāng)氫原子從n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)一定小于656 nm，因此選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)發(fā)生躍遷只能吸收和輻射一定頻率的光子，可知選項(xiàng)B錯(cuò)誤，D正確；一群處于n3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，所以選項(xiàng)C正確。答案CD7.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)原來(lái)靜止的C原子核，它放出的粒子與反沖核的徑跡是兩個(gè)相內(nèi)切的圓，圓的直徑之比為71，那么碳14的衰變方程為()A.CeB B.CHeBeC.CHB D.CeN解析由動(dòng)量守恒定律可知，放出的粒子與反沖核動(dòng)量大小相等、方向相反，由在磁場(chǎng)中兩圓徑跡內(nèi)切可知，反沖核帶正電，放出的粒子帶負(fù)電，由兩圓直徑之比為71和R可知，反沖核的電量是粒子的7倍，故只有選項(xiàng)D正確。答案D8.(2018·青海省西寧市四校聯(lián)考)如圖4所示為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)示意圖，利用釙(Po)衰變放出的粒子轟擊鈹(Be)，產(chǎn)生的粒子P能將石蠟中的質(zhì)子打出來(lái)。下列說(shuō)法正確的是()圖4A.粒子是氦原子B.粒子Q的穿透能力比粒子P的強(qiáng)C.釙的衰變方程為PoPbHeD.粒子轟擊鈹?shù)暮朔磻?yīng)方程為HeBeCn解析粒子是氦原子核，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；粒子P是中子，粒子Q是質(zhì)子，由于質(zhì)子帶正電，當(dāng)質(zhì)子射入物質(zhì)時(shí)，受到的庫(kù)侖力作用會(huì)阻礙質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)，而中子不帶電，不受庫(kù)侖力作用，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在釙衰變中，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒知產(chǎn)生的是Pb，并非Pb，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；HeBeCn是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，選項(xiàng)D正確。答案D9.(2018·江蘇南京模擬)Th釷具有放射性，它能放出一個(gè)新的粒子而變?yōu)镻a鏷，同時(shí)伴隨有射線產(chǎn)生，其方程為T(mén)hPax，釷的半衰期為24天。則下列說(shuō)法正確的是()A.x為質(zhì)子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.Th的比結(jié)合能比Pa的比結(jié)合能大D.1 g釷Th經(jīng)過(guò)120天后還剩0.2 gTh解析根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知釷核衰變過(guò)程中放出了一個(gè)電子，即x為電子，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；衰變的實(shí)質(zhì)是衰變時(shí)釋放的電子是由核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故選項(xiàng)B正確；釷的比結(jié)合能比鏷的比結(jié)合能小，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；釷的半衰期為24天，1 gTh 經(jīng)過(guò)120天后，發(fā)生5次衰變，最后還剩0.031 25 g Th，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B10.(2018·四川成都七中診測(cè))下列實(shí)驗(yàn)室中，深入地揭示了光的粒子性一面的有()解析X射線被石墨散射后部分波長(zhǎng)變大，這是康普頓效應(yīng)，說(shuō)明光具有粒子性，故選項(xiàng)A正確；衍射圖樣說(shuō)明光具有波動(dòng)性，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；粒子散射實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明原子具有核式結(jié)構(gòu)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氫原子發(fā)射的光經(jīng)三棱鏡分光后，呈現(xiàn)線狀光譜，與光的粒子性無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案AB級(jí)：拔高練11.(多選)太陽(yáng)的能量來(lái)源是輕核的聚變，太陽(yáng)中存在的主要元素是氫，核聚變反應(yīng)可以看作是4個(gè)氫核(H)結(jié)合成1個(gè)氦核同時(shí)放出2個(gè)正電子。下表中列出了部分粒子的質(zhì)量(取1 u×1026 kg)粒子名稱(chēng)質(zhì)子(p)粒子正電子(e)中子(n)質(zhì)量/u1.007 34.001 50.000 551.008 7以下說(shuō)法正確的是()A.核反應(yīng)方程為4HHe2eB.4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為0.026 6 kgC.4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核時(shí)的質(zhì)量虧損約為4.43×1029 kgD.聚變反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量約為4.0×1012 J解析由核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒得4HHe2e，故選項(xiàng)A正確；反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m4mpm2me(4×1.007 34.001 52×0.000 55) u0.026 6 u4.43×1029 kg，故選項(xiàng)C正確，B錯(cuò)誤；由質(zhì)能方程得Emc24.43×1029×(3×108)2 J4×1012 J，故選項(xiàng)D正確。答案ACD12.如圖5所示為氫原子的能級(jí)圖，當(dāng)一群氫原子從n3能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，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(shuō)法正確的是()圖5A.B.123C.從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)，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(shì)能比輻射出頻率為2的光子后的氫原子的電勢(shì)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(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)，輻射出的光子頻率為3，選項(xiàng)C錯(cuò)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(shì)能相同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B13.如圖6所示為氫原子能級(jí)圖，氫原子中的電子從n4能級(jí)躍遷到n1能級(jí)可產(chǎn)生a光；從n3能級(jí)躍遷到n1能級(jí)可產(chǎn)生b光，a光和b光的波長(zhǎng)分別為a和b，a、b兩光照射逸出功為4.5 eV的金屬鎢表面均可產(chǎn)生光電效應(yīng)，遏止電壓分別為Ua和Ub，則()圖6A.a>bB.Ua<UbC.a光的光子能量為12.55 eVD.b光照射金屬鎢產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ekb7.59 eV解析氫原子中的電子從n4能級(jí)躍遷到n1能級(jí)產(chǎn)生a光，a光的光子能量haEaE4E112.75 eV，氫原子中的電子從n3能級(jí)躍遷到n1能級(jí)產(chǎn)生b光，b光的光子能量hbEbE3E112.09 eV，a光的光子能量高，則a光的頻率大，波長(zhǎng)小，即a<b，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程EkhW0和EkeUc可知，頻率越大，對(duì)應(yīng)遏止電壓Uc越大，即Ua>Ub，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；EkbhbW07.59 eV，選項(xiàng)D正確。答案D14.(多選)一個(gè)靜止的放射性原子核處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，由于發(fā)生了衰變而在磁場(chǎng)中形成如圖7所示的兩個(gè)圓形徑跡，兩圓半徑之比為116，下列判斷正確的是()圖7A.該原子核發(fā)生了衰變B.反沖原子核在小圓上逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)C.原來(lái)靜止的核，其原子序數(shù)為15D.放射性的粒子與反沖核運(yùn)動(dòng)周期相同解析衰變后產(chǎn)生的新核即反沖核及放射的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑r，因反沖核與放射的粒子動(dòng)量守恒，而反沖核電荷量較大，所以其半徑較小，并且反沖核帶正電荷，由左手定則可以判定反沖核在小圓上做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，在大圓上運(yùn)動(dòng)的放射粒子在衰變處由動(dòng)量守恒可知其向上運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B正確；且順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由左手定則可以判定一定帶負(fù)電荷。因此，這個(gè)衰變?yōu)樗プ?，放出的粒子為電子，衰變方程為ABe，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由兩圓的半徑之比為116可知，B核的核電荷數(shù)為16。原來(lái)的放射性原子核的核電荷數(shù)為15，其原子序數(shù)為15。即A為P(磷)核，B為S(硫)核，選項(xiàng)C正確；由周期公式T可知，因電子與反沖核的比荷不同，它們?cè)趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期不相同，反沖核的周期較大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案BC21