2020年高考物理一輪復習 第13章 近代物理初步 第60講 原子與原子核學案（含解析）.doc

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第60講　原子與原子核 考點一　原子的核式結構和氫原子光譜 1．電子的發(fā)現：英國物理學家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現了電子，提出了原子的“棗糕模型”。 2．原子的核式結構 (1)1909～1911年，英籍物理學家盧瑟福進行了α粒子散射實驗，提出了核式結構模型。 (2)α粒子散射實驗的結果：絕大多數α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉，偏轉的角度甚至大于90，也就是說它們幾乎被“撞了回來”。 (3)原子的核式結構模型：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質量，電子在正電體的外面運動。 3．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＝1.10107 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和確定物質的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)現和鑒別化學元素上有著重大的意義。 4．經典理論的困難：原子的核式結構模型很好地解釋了α粒子散射實驗。但是，經典物理學既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立特征。 1．[教材母題]　(人教版選修3－5 P53T3)盧瑟福提出的原子結構的模型是怎樣的？他提出這種模型的依據是什么？ [變式子題]　(多選)關于原子核式結構理論說法正確的是(　　) A．是通過發(fā)現電子現象得出來的 B．原子的中心有個核，叫做原子核 C．原子的正電荷均勻分布在整個原子中 D．原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外旋轉 答案　BD 解析　原子的核式結構模型是在α粒子的散射實驗結果 的基礎上提出的，A錯誤。原子中絕大部分是空的，帶正電的部分集中在原子中心一個很小的范圍，稱為原子核，B正確，C錯誤。原子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質量，帶負電的電子在核外旋轉，D正確。 2．如圖所示為α粒子散射實驗裝置，粒子打到熒光屏上都會引起閃爍，若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中a、b、c、d四個位置。則這四個位置在相等時間內統(tǒng)計的閃爍次數符合實驗事實的是(　　) A．1305、25、7、1 B．202、405、625、825 C．1202、1010、723、203 D．1202、1305、723、203 答案　A 解析　由于絕大多數粒子運動方向基本不變，所以a位置閃爍次數最多，少數粒子發(fā)生了偏轉，極少數發(fā)生了大角度偏轉。符合該規(guī)律的數據只有A項。 3．如圖甲所示是a、b、c、d四種元素的線狀譜，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以了解該礦物中缺乏的是________元素。 答案　b、d 解析　將a、b、c、d四種元素的線狀譜與乙圖對照，可知礦物中缺少b、d元素。 考點二　玻爾理論 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：當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，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.6310－34 Js) (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。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．幾個概念 (1)能級：在玻爾理論中，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值，叫做能級。 (2)基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)。 (3)激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他狀態(tài)。 (4)量子數：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數叫做量子數。 3．氫原子的能級公式 En＝E1(n＝1,2,3…)，其中E1為基態(tài)能量，其數值為E1＝－13.6 eV。 能級圖如圖所示： 4．兩類能級躍遷 (1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子。 光子的頻率ν＝＝。 (2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量。條件有： ①光照(吸收光子)：光子的能量必須恰等于能級差，即hν＝ΔE。 ②實物粒子碰撞、加熱等：只要入射的實物粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥ΔE。 ③大于等于電離能(－E1)的光子被吸收，將原子從基態(tài)電離；或大于等于－En能量的光子被吸收，將原子從n能級電離。 5．譜線條數的確定方法 (1)一個處于n能級的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數最多為(n－1)。 (2)一群處于n能級的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數的兩種求解方法： ①用數學中的組合知識求解：N＝C＝。 ②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。 1．[教材母題]　(人教版選修3－5 P63T3)如果大量氫原子處在n＝3的能級，會輻射出幾種頻率的光？其中波長最短的光是在哪兩個能級之間躍遷時發(fā)出的？ [變式子題]　(2016北京高考)處于n＝3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有(　　) A．1種 B．2種 C．3種 D．4種 答案　C 解析　處于能級為n的大量氫原子向低能級躍遷能輻射光的種類為C，所以處于n＝3能級的大量氫原子向低能級躍遷，輻射光的頻率有C＝3種，故C項正確。 2．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、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 解析　大量氫原子躍遷時只發(fā)射三個頻率的光譜線，這說明是從n＝3能級向低能級躍遷。由于ν3>ν2>ν1，則： n＝3能級向n＝1能級躍遷時，hν3＝E3－E1 n＝2能級向n＝1能級躍遷時，hν2＝E2－E1 n＝3能級向n＝2能級躍遷時，hν1＝E3－E2 將以上三式變形可得，hν3＝hν2＋hν1 解得ν3＝ν2＋ν1，故B正確，D錯誤，再根據氫原子理論可知，入射光頻率ν0＝ν3，故A、C錯誤。 3．按照玻爾原子理論，氫原子中的電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠的軌道，要________(填“釋放”或“吸收”)能量。已知氫原子的基態(tài)能量為E1(E1<0)，電子的質量為m，則基態(tài)氫原子的電離能為________，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子后被電離，電離后電子的速度大小為________(已知普朗克常量為h)。 答案　吸收?。璄1　 解析　氫原子中的電子從離原子核較近的軌道躍遷到離原子核較遠的軌道，原子能量增大，則需要吸收能量。氫原子的基態(tài)能量為E1(E1<0)，則基態(tài)氫原子的電離能為－E1。根據能量守恒得：hν＋E1＝mv2，解得電離后電子的速度大小為：v＝ 。 考點三　原子核及其衰變 一、原子核的組成 1．天然放射現象 (1)天然放射現象 元素自發(fā)地放出射線的現象，首先由貝可勒爾發(fā)現。天然放射現象的發(fā)現，說明原子核具有復雜的結構。共有α射線、β射線、γ射線3種。 (2)放射性同位素的應用與防護 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性質相同。 ②應用：工業(yè)測厚、放射治療、做示蹤原子等。 ③防護：防止放射性物質對環(huán)境的污染和對人體組織的傷害。 2．三種射線的比較 3．原子核的組成 (1)原子核由質子和中子組成，質子和中子統(tǒng)稱為核子。質子帶正電，中子不帶電。 (2)基本關系 ①核電荷數(Z)＝質子數＝元素的原子序數＝中性原子的核外電子數。 ②質量數(A)＝核子數＝質子數＋中子數。 (3)X元素的原子核的符號為X，其中A表示質量數，Z表示核電荷數。 二、放射性元素的衰變 1．原子核的衰變 (1)原子核放出α粒子或，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變，原子核衰變時電荷數和質量數都守恒。 (2)分類 α衰變：X→Y＋He； β衰變：X→Y＋e； γ輻射：當放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時伴隨著γ輻射。 (3)實質 α衰變：2個質子和2個中子能緊密地結合在一起作為一個整體從原子核中拋出來，即2H＋2n→He。 β衰變：核內的1個中子轉化成1個質子和1個電子，電子發(fā)射到核外，即n→H＋e。 γ輻射：α衰變、β衰變產生的新核處于較高能級，不穩(wěn)定，向低能級躍遷時輻射出γ光子。 (4)兩個典型的衰變方程 ①α衰變：U→Th＋He。 ②β衰變：Th→Pa＋e。 (5)確定衰變次數的方法 因為β衰變對質量數無影響，所以先由質量數的改變確定α衰變的次數，然后再根據衰變規(guī)律確定β衰變的次數。 2．半衰期 (1)定義：放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需的時間。 (2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系。 (3)公式：N余＝N0，m余＝m0。 1．如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進入勻強電場和勻強磁場中，下列說法正確的是(　　) 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 解析　γ射線為電磁波，不帶電，在電場、磁場中均不偏轉，故②和⑤表示γ射線，A、B、D錯誤。α射線中的α粒子為氦的原子核，帶正電，在勻強電場中，沿電場方向偏轉，故③表示α射線，由左手定則可知在勻強磁場中α射線向左偏，故④表示α射線；β射線帶負電，同理可以分析①和⑥表示β射線，C正確。 2．(多選)在垂直于紙面的勻強磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運動軌跡分別如圖所示，由圖可以判定(　　) A．該核發(fā)生的是α衰變 B．該核發(fā)生的是β衰變 C．磁場方向一定垂直紙面向里 D．磁場方向向里還是向外不能判定 答案　BD 解析　原來靜止的核，放出粒子后，總動量守恒，所以粒子和反沖核的速度方向一定相反，根據圖示，它們在同一磁場中是向同一側偏轉的，由左手定則可知它們必帶異種電荷，故應為β衰變；由于不知它們的旋轉方向，因而無法判定磁場是向里還是向外，即都有可能，故B、D正確。 3．[教材母題]　(人教版選修3－5 P73T4)U(鈾核)衰變?yōu)镽n(氡核)要經過幾次α衰變，幾次β衰變？ [變式子題]　下列說法正確的是(　　) A．根據天然放射現象，盧瑟福提出了原子核式結構 B．一個氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級，該氫原子吸收光子，能量增加 C．鈾(U)經過多次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛(Pb)的過程中，有6個中子轉變成質子 D．機場、車站等地進行安全檢查時，能輕而易舉地窺見箱內物品，利用了γ射線較強的穿透能力 答案　C 解析　盧瑟福提出原子的核式結構的依據是α粒子散射實驗，A錯誤；氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級要放出光子，能量減小，B錯誤；分析可得鈾經過8次α衰變和6次β衰變形成了穩(wěn)定的鉛，而β衰變的本質就是中子轉變成質子時釋放出電子的過程，故C正確；機場、車站等地進行安全檢查，利用的是X射線的穿透本領，D錯誤。 4．(多選)地球的年齡到底有多大，科學家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過對目前發(fā)現的最古老的巖石中鈾和鉛含量的測定，推算出該巖石中含有的鈾是巖石形成初期時(巖石形成初期時不含鉛)的一半。鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對含量隨時間變化規(guī)律如圖所示，圖中N為鈾238的原子數，N0為鈾和鉛的原子總數，由此可以判斷出(　　) A．鈾238的半衰期為90億年 B．地球的年齡大致為45億年 C．被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數之比約為1∶4 D．被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數之比約為1∶3 答案　BD 解析　由題意、半衰期的含義及鈾238的相對含量隨時間的變化規(guī)律圖象可知：鈾238的半衰期和地球的年齡均大致為45億年，被測定的古老巖石樣品在90億年時鈾原子數的相對值為0.25，即占總原子數的，由此可推得其中鉛占原子數的，鈾、鉛原子數之比約為1∶3。B、D正確。 考點四　核能和核反應 一、核力和核能 1．核力 (1)定義：原子核內部核子間特有的相互作用力。 (2)核力的特點 ①是強相互作用的一種表現； ②是短程力，作用范圍在1.510－15 m之內； ③每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用。 2．結合能 原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，因此，要將它們分開，需要吸收能量，這叫做原子核的結合能。 3．比結合能 (1)定義：原子核的結合能與核子數之比，稱作比結合能，也叫平均結合能。 (2)特點：不同原子核的比結合能不同，原子核的比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。 4．質能方程、質量虧損 愛因斯坦質能方程是E＝mc2。原子核的質量必然比組成它的核子的質量和要小Δm，這就是質量虧損。由質量虧損可求出核反應中釋放的核能ΔE＝Δmc2。 二、重核裂變和輕核聚變 1．重核裂變 (1)定義：質量數較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質量數較小的原子核的過程。 (2)特點 ①裂變過程中釋放出巨大能量。 ②裂變的同時能夠釋放出2～3(或更多)個中子。 ③裂變的產物不是唯一的。對于鈾核裂變有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比較小。 (3)典型的裂變反應方程 U＋n―→Kr＋Ba＋3n。 (4)鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程。 (5)臨界體積和臨界質量：裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積及其相應的質量。 (6)裂變的應用：原子彈、核反應堆。 (7)反應堆構造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護層。 2．輕核聚變 (1)定義：兩輕核結合成質量較大的核的反應過程。輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫熱核反應。 (2)特點 ①聚變過程放出大量的能量，平均每個核子放出的能量，比裂變反應中平均每個核子放出的能量大3至4倍。 ②聚變反應比裂變反應更劇烈。 ③對環(huán)境污染較少。 ④自然界中聚變反應原料豐富。 (3)典型的聚變反應方程 H＋H―→He＋n＋17.6 MeV。 三、核反應 1．核反應的四種類型 2．核反應方程式的書寫規(guī)范 (1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應方程的基礎。如質子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。 (2)掌握核反應遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據。由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向。 (3)核反應過程中質量數守恒，電荷數守恒。注意：質量數守恒不是質量守恒，核反應過程中伴隨著能量的釋放，反應前后質量會變化，一般質量會虧損。 1．(2018天津高考)國家大科學工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領域的研究和工業(yè)應用提供先進的研究平臺，下列核反應中放出的粒子為中子的是(　　) A.N俘獲一個α粒子，產生O并放出一個粒子 B.Al俘獲一個α粒子，產生P并放出一個粒子 C.B俘獲一個質子，產生Be并放出一個粒子 D.Li俘獲一個質子，產生He并放出一個粒子 答案　B 解析　根據質量數和電荷數守恒可知四個核反應方程分別為 ＋He→O＋H、Al＋He→P＋n、B＋H→Be＋He、Li＋H→He＋He，故只有B項符合題意。 2．(2018江南十校3月檢測)我國正在自主研發(fā)新型聚變——裂變混合反應堆項目。如果此項目得以研究開發(fā)并付諸實現，有可能使核資源壽命延長數倍。關于聚變和裂變，下列看法正確的是(　　) A.H＋H→He＋n是裂變反應 B．聚變和裂變反應中都存在質量虧損 C．裂變反應以釋放核能為主，聚變反應以吸收核能為主 D．核越重，比結合能越大 答案　B 解析　H＋H→He＋n是輕核聚變反應，所以A錯誤；聚變和裂變反應都釋放能量，所以都存在質量虧損，故B正確，C錯誤；組成原子核的核子越多，它的結合能就越高，結合能與核子數之比，稱做比結合能，中等大小的原子核比結合能較大，故D錯誤。 3．[教材母題]　(人教版選修3－5 P82T3)碳原子質量的叫做原子質量單位，用u表示。請根據E＝mc2證明：1 u相當于931 MeV。 [變式子題]　(2017全國卷Ⅰ)大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應方程是：H＋H→He＋n。已知H的質量為2.0136 u，He的質量為3.0150 u，n的質量為1.0087 u,1 u＝931 MeV/c2。氘核聚變反應中釋放的核能約為(　　) A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 答案　B 解析　在核反應方程H＋H→He＋n中，反應前物質的質量m1＝22.0136 u＝4.0272 u，反應后物質的質量m2＝3.0150 u＋1.0087 u＝4.0237 u，質量虧損Δm＝m1－m2＝0.0035 u。則氘核聚變釋放的核能為E＝9310.0035 MeV≈3.3 MeV，選項B正確。 4．(2016全國卷Ⅱ)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　放射性元素自發(fā)地放出α粒子(即氦核He)的衰變屬于α衰變，C符合；放射性元素自發(fā)地放出β粒子的衰變屬于β衰變，A、B符合；重核在中子轟擊下分裂成幾個中等質量原子核的現象為核裂變，E符合；輕原子核聚合成較重原子核的反應為核聚變，F符合；其中D為原子核的人工轉變。 課后作業(yè) [鞏固強化練] 1．在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數α粒子發(fā)生大角度偏轉，其原因是(　　) A．原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的核上 B．正電荷在原子中是均勻分布的 C．原子中存在著帶負電的電子 D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 答案　A 解析　α粒子和電子之間有相互作用力，它們接近時就有庫侖引力作用，但由于電子的質量只有α粒子質量的，α粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一個灰塵碰撞一樣，α粒子質量大，其運動方向幾乎不改變，α粒子散射實驗中，有少數α粒子發(fā)生大角度偏轉說明三點：一是原子內有一質量很大的粒子存在；二是這一粒子帶有較大的正電荷；三是這一粒子的體積很小，故A正確。 2．(多選)氫原子的核外電子由離原子核較遠的軌道躍遷到離原子核較近的軌道上，下列說法正確的是(　　) A．核外電子受力變小 B．原子的能量減少 C．氫原子要吸收一定頻率的光子 D．氫原子要放出一定頻率的光子 答案　BD 解析　根據F＝k得，軌道半徑減小，則核外電子受力變大，故A錯誤；由較遠軌道躍遷到較近軌道，原子能量減小，故B正確；因為原子能量減小，所以氫原子放出一定頻率的光子，故C錯誤，D正確。 3.已知氫原子的能級如圖所示，現用光子能量介于10～12.9 eV范圍內的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則下列說法中正確的是(　　) A．在照射光中可能被吸收的光子能量有無數種 B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3種 C．照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有10種 D．照射后可能觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有3種 答案　B 解析　因為－13.6 eV＋10 eV＝－3.6 eV，－13.6 eV＋12.9 eV＝－0.7 eV，能量介于－3.6～－0.7 eV的能級有n＝2、3、4三種，可知照射光中有三種頻率的光子被吸收，故A錯誤，B正確；氫原子躍遷的最高能級為n＝4能級，根據C＝6知，氫原子發(fā)射出六種不同波長的光，故C、D錯誤。 4．下列說法正確的是(　　) A．β衰變現象說明電子是原子核的組成部分 B．α粒子散射實驗揭示了原子具有棗糕式結構 C．氫原子核外電子軌道半徑越大，其能量越低 D．原子從a能級狀態(tài)躍遷到b能級狀態(tài)時發(fā)射波長為λ1的光子；原子從b能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時吸收波長為λ2的光子，已知λ1>λ2，那么原子從a能級躍遷到c能級狀態(tài)時將要吸收波長為的光子 答案　D 解析　β衰變是原子核中的中子轉化為質子同時產生電子的過程，但電子不是原子核的組成部分，故A錯誤；α粒子散射實驗揭示了原子具有核式結構，B錯誤；氫原子核外電子軌道半徑越大，其能量越高，C錯誤；原子從a能級狀態(tài)躍遷到b能級狀態(tài)時發(fā)射波長為λ1的光子，原子從b能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時吸收波長為λ2的光子，已知λ1>λ2，根據玻爾理論得a→b：Ea－Eb＝h，b→c：Ec－Eb＝h，a→c：Ec－Ea＝h，聯立以上三式得，λ＝，D正確。 5．(多選)以下是有關近代物理內容的若干敘述，其中不正確的是(　　) A．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個電子 B．按照玻爾理論，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，電子的動能減小，但原子的能量增大 C．核衰變中，γ光子是衰變后轉變的新核輻射的 D．比結合能小的原子核結合成或分解成比結合能大的原子核時一定吸收核能 答案　AD 解析　β衰變的實質是原子核內的一個中子轉化為一個質子和一個電子，電子釋放出來，不是來自核外電子，故A錯誤；按照玻爾理論，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，電子的動能減小，但原子的能量增大，B正確；核衰變中，衰變后轉變的新核不穩(wěn)定，放出能量才能變得穩(wěn)定，能量以γ光子的形式放出，C正確；比結合能小的原子核結合成或分解成比結合能大的原子核時會出現質量虧損，根據愛因斯坦質能方程得知，一定釋放核能，故D錯誤。 6．核能作為一種新能源在現代社會中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎上將加大核電站建設規(guī)模，核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細胞基因，提高罹患癌癥的風險。已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為Pu→X＋He＋γ，下列有關說法正確的是(　　) A．X原子核中含有92個中子 B．100個Pu經過24100年后一定還剩余50個 C．由于衰變時釋放巨大能量，根據E＝mc2，衰變過程總質量增加 D．衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力 答案　D 解析　根據核反應方程遵循的規(guī)律，X原子核中含有92個質子，235個核子，143個中子，A錯誤。半衰期是對大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，100個Pu經過24100年后不一定還剩余50個，B錯誤。由于衰變時釋放巨大能量，衰變過程總質量減少，放出粒子的質量與生成新核的質量之和小于衰變前核的質量，C錯誤。衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力，D正確。 7．“超導托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)是我國自行研制的可控熱核反應實驗裝置。設該實驗反應前氘核(H)的質量為m1，氚核(H)的質量為m2，反應后氦核(He)的質量為m3，中子(n)的質量為m4，光速為c。下列說法中不正確的是(　　) A．這種裝置中發(fā)生的核反應方程式是H＋H→He＋n B．由核反應過程質量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4 C．核反應放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2 D．這種裝置與我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應原理不相同 答案　B 解析　可控熱核反應裝置中發(fā)生的核反應方程式是H＋H→He＋n，故A正確；核反應過程中質量數守恒，但質量不守恒，核反應過程中存在質量虧損，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B錯誤；核反應過程中的質量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m4，釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正確；這種裝置的核反應是核聚變，我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應是核裂變，它們的核反應原理不相同，故D正確。 8．用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核Li，發(fā)生核反應后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與α粒子的速度之比為7∶8，中子的質量為m，質子的質量可近似看作m，光速為c。 (1)寫出核反應方程； (2)求氚核和α粒子的速度大?。? (3)若核反應過程中放出的核能全部轉化為α粒子和氚核的動能，求出質量虧損。 答案　(1)n＋Li→H＋He　(2)　 (3) 解析　(1)根據質量數守恒與電荷數守恒，則核反應方程為：n＋Li→H＋He。 (2)由動量守恒定律得：mnv＝－mHv1＋mHev2 由題意得：v1∶v2＝7∶8， 又mn＝m，mH＝3m，mHe＝4m 解得v1＝，v2＝。 (3)氚核和α粒子的動能之和為： Ek＝3mv＋4mv＝mv2 釋放的核能為： ΔE＝Ek－Ekn＝mv2－mv2＝mv2 由愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2得，質量虧損為 Δm＝＝。 [真題模擬練] 9．(2018全國卷Ⅲ)1934年，約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁核Al，產生了第一個人工放射性元素X：α＋Al→n＋X。X的原子序數和質量數分別為(　　) A．15和28 B．15和30 C．16和30 D．17和31 答案　B 解析　根據核反應遵循的質量數守恒和電荷數守恒可知，X的電荷數為2＋13＝15，質量數為4＋27－1＝30，根據原子核的電荷數等于原子序數，可知X的原子序數為15，質量數為30，B正確。 10．(2018北京高考)在核反應方程He＋N→O＋X中，X表示的是(　　) A．質子 B．中子 C．電子 D．α粒子 答案　A 解析　設X為X，根據核反應的質量數守恒：4＋14＝17＋A，則A＝1，電荷數守恒：2＋7＝8＋Z，則Z＝1，即X為H，為質子，故A正確，B、C、D錯誤。 11．(2018天津高考)氫原子光譜在可見光區(qū)域內有四條譜線Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氫原子中電子從量子數n>2的能級躍遷到n＝2的能級時發(fā)出的光，它們在真空中的波長由長到短，可以判定(　　) A．Hα對應的前后能級之差最小 B．同一介質對Hα的折射率最大 C．同一介質中Hδ的傳播速度最大 D．用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應，則Hβ也一定能 答案　A 解析　波長越大，頻率越小，故Hα頻率最小，根據E＝hν可知Hα對應的能量最小，根據hν＝Em－En可知Hα對應的前后能級之差最小，A正確；Hα的頻率最小，同一介質對應的折射率最小，根據v＝可知Hα的傳播速度最大，B、C錯誤；Hγ的波長小于Hβ的波長，故Hγ的頻率大于Hβ的頻率，若用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應，則Hβ不一定能，D錯誤。 12．(2018江蘇高考)已知A和B兩種放射性元素的半衰期分別為T和2T，則相同質量的A和B經過2T后，剩有的A和B質量之比為(　　) A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1 答案　B 解析　根據半衰期公式m＝m0，經過2T，A剩余的質量為mA＝m0＝m0，B剩余的質量為mB＝m0＝m0，故mA∶mB＝1∶2，B正確。 13．(2016全國卷Ⅲ)(多選)一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0107 m/s的質子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．核反應方程為p＋Al→Si* B．核反應過程中系統(tǒng)動量守恒 C．核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒 D．核反應前后核子數相等，所以生成物的質量等于反應物的質量之和 E．硅原子核速度的數量級為105 m/s，方向與質子初速度的方向一致 答案　ABE 解析　質子p即H，核反應方程為p＋Al→Si*，A正確；核反應過程遵循動量守恒定律，B正確；核反應過程中系統(tǒng)能量守恒，C錯誤；在核反應中質量數守恒，但會發(fā)生質量虧損，所以D錯誤；設質子的質量為m，則Si*的質量約為28m，由動量守恒定律有mv0＝28mv，得v＝＝ m/s≈3.6105 m/s，方向與質子的初速度方向相同，故E項正確。 14．(2019山西呂梁高三期末)(多選)下列說法正確的是(　　) A．原子的特征譜線是原子具有核式結構的有力證據 B．考古專家測出某具骸骨1 g碳樣品中6C的含量為活著的生物體1 g碳樣品中C含量的，已知6C的半衰期為5730年，則該生物死亡時距今約11460年 C．核泄漏事故污染物能夠產生對人體有害的輻射，其核反應方程式為Cs→Ba＋X，可以判斷X為β射線 D．核反應堆利用石墨吸收中子控制核反應速度 答案　BC 解析　原子的特征譜線說明原子只能處于不連續(xù)的、分立的能級上，是原子具有分立能級的有力證據，故A錯誤；考古專家發(fā)現某一骸骨中6C的含量為活著的生物體中6C的，可知經歷了2個半衰期，6C的半衰期為5730年，則確定該生物死亡時距今約11460年，故B正確；根據電荷數守恒、質量數守恒知，X的電荷數為－1，質量數為0，可知X為電子，故C正確；鎘吸收中子的能力很強，所以用來吸收核裂變產生的中子，故D錯誤。