第101講原子與原子核（玻爾模型與核反應(yīng)）1．（2022?海南）下列屬于β衰變的是（）A．92B．7C．90D．【解答】解：A、核反應(yīng)方程92238U→90B、核反應(yīng)方程714NC、核反應(yīng)方程90234T?→91D、核反應(yīng)方程92故選：C。2．（2022?遼寧）2022年1月，中國(guó)錦屏深地實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了首個(gè)核天體物理研究實(shí)驗(yàn)成果。表明我國(guó)核天體物理研究已經(jīng)躋身國(guó)際先進(jìn)行列。實(shí)驗(yàn)中所用核反應(yīng)方程為X+1225Mg→1326Al，已知X、1225Mg、A．X為氘核12H B．X為氚核C．E＝（m1+m2+m3）c2 D．E＝（m1+m2﹣m3）c2【解答】解：AB、根據(jù)電荷量守恒可知，X的電荷量為1，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，則X表示質(zhì)子1CD、這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能為：E＝（m1+m2﹣m3）c2，故C錯(cuò)誤，D正確；故選：D。3．（2022?湖北）上世紀(jì)四十年代初，我國(guó)科學(xué)家王淦昌先生首先提出證明中微子存在的實(shí)驗(yàn)方案：如果靜止原子核47Be俘獲核外K層電子e，可生成一個(gè)新原子核X，并放出中微子νe，即47Be+?10A．原子核X是37B．核反應(yīng)前后的總質(zhì)子數(shù)不變 C．核反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)不同 D．中微子νe的電荷量與電子的相同【解答】解：ABC、根據(jù)核反應(yīng)方程47Be+?1D、中微子不帶電，故中微子的電荷量與電子的不同，故D錯(cuò)誤。故選：A。4．（2022?浙江）圖為氫原子的能級(jí)圖。大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29eV的金屬鈉。下列說(shuō)法正確的是（）A．逸出光電子的最大初動(dòng)能為10.80eV B．n＝3躍遷到n＝1放出的光電子動(dòng)量最大 C．有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng) D．用0.85eV的光子照射，氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)【解答】解：AB、一群處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多能產(chǎn)生C3逸出光電子的最大初動(dòng)能為：Ek＝hν﹣w0＝E3﹣E1﹣w0代入數(shù)據(jù)解得：Ek＝9.8eV由德布羅意波公式λ=知p=?故A錯(cuò)誤，B正確；C、從n＝2能級(jí)的氫原子躍遷到n＝3需要E＝﹣1.51eV﹣（﹣3.40eV）＝1.89＜eV的光子能量，1.89eV＜2.29eV，不能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯(cuò)誤；D、n＝4能級(jí)的氫原子躍遷發(fā)出的光的能量可以是E＝﹣0.85eV﹣（﹣1.51eV）＝0.66eV，用0.85eV的光子照射，不滿足能量差等于能級(jí)3到能級(jí)4的能量差值，氫原子不能躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)，故D錯(cuò)誤；故選：B。5．（2022?廣東）目前科學(xué)家已經(jīng)能夠制備出能量量子數(shù)n較大的氫原子。氫原子第n能級(jí)的能量為En=E1n2，其中EA．紅外線波段的光子 B．可見(jiàn)光波段的光子 C．紫外線波段的光子 D．X射線波段的光子【解答】解：氫原子第n能級(jí)的能量為En=E1n2，其中E1＝故選：A。一.知識(shí)回顧1．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國(guó)物理學(xué)家J．J.湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909～1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)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)。(3)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)。2．光譜(1)光譜用棱鏡或光柵可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)(頻率)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)光譜分類有些光譜是一條條的亮線，叫作譜線，這樣的光譜叫作線狀譜，又叫原子的特征譜線。有的光譜是連在一起的光帶，叫作連續(xù)譜。(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1885年，巴耳末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的氫原子在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)滿足公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4，5，…)，R∞叫作里德伯常量，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值為R∞＝1.10×107m－1。這個(gè)公式稱為巴耳末公式，它確定的這一組譜線稱為巴耳末系。3．氫原子的能級(jí)躍遷(1)玻爾理論①軌道量子化與定態(tài)：電子的軌道是量子化的。電子在這些軌道上繞核的運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。因此，原子的能量也只能取一系列特定的值，這些量子化的能量值叫作能級(jí)。原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫作基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。②頻率條件：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hν＝En－Em(m＜n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)。(2)氫原子的能級(jí)圖(3)電子動(dòng)能變化規(guī)律①?gòu)墓缴吓袛啵娮永@氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力提供向心力，即keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，所以Ekn＝eq\f(ke2,2rn)，隨r增大而減小。②從庫(kù)侖力做功上判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫(kù)侖引力做負(fù)功，故電子的動(dòng)能減小。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，電子的動(dòng)能增大。(4)原子的電勢(shì)能的變化規(guī)律①通過(guò)庫(kù)侖力做功判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫(kù)侖引力做負(fù)功，原子的電勢(shì)能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，原子的電勢(shì)能減小。②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，原子能量增大，電子動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，原子能量減小，電子動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能減小。(4).對(duì)原子躍遷的頻率條件hν＝En－Em的說(shuō)明①原子躍遷的頻率條件hν＝En－Em只適用于原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。②當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV(或|En|)時(shí)，也可以被處于基態(tài)(或n能級(jí))的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)(或n能級(jí))的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV(或|En|)時(shí)，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能。③原子還可吸收外來(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收，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≥En－Em)，均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷。(5)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)，可能的情況只有一種，但是如果有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)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。兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的。直接躍遷時(shí)輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時(shí)輻射(或吸收)的所有光子的能量和。4.天然放射現(xiàn)象(1)放射性與放射性元素：物質(zhì)發(fā)出射線的性質(zhì)稱為放射性。具有放射性的元素稱為放射性元素。(2)天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，叫作天然放射現(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)明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。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。(3)三種射線的比較射線名稱比較項(xiàng)目α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)電荷量2e－e0質(zhì)量4mpeq\f(mp,1836)靜止質(zhì)量為零符號(hào)eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(0,－1)eγ速度可達(dá)eq\f(1,10)c接近c(diǎn)c垂直進(jìn)入電場(chǎng)或磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)穿透能力最弱較強(qiáng)最強(qiáng)對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱5．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)原子核常用符號(hào)eq\o\al(A,Z)X表示，X為元素符號(hào)，A表示核的質(zhì)量數(shù)，Z表示核的電荷數(shù)。(3)原子核的電荷數(shù)＝核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝中性原子的核外電子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝核內(nèi)的核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，質(zhì)子和中子都為一個(gè)單位質(zhì)量。(4)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核組成的元素，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素，具有相同的化學(xué)性質(zhì)。6.原子核的衰變(1)原子核自發(fā)地放出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。原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。(2)分類α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He；β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e。注：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射線輻射。(3)兩個(gè)重要的衰變①eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He；②eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e。7．α衰變、β衰變和γ輻射的實(shí)質(zhì)(1)α衰變：原子核中的兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合起來(lái)形成α粒子，并被釋放出來(lái)。(2)β衰變：核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子發(fā)射到核外。(3)γ輻射：原子核的能量不能連續(xù)變化，存在著能級(jí)。放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時(shí)產(chǎn)生的新核處于高能級(jí)，這時(shí)它要向低能級(jí)躍遷，并放出γ光子。因此，γ射線經(jīng)常是伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的。(4)原子核衰變過(guò)程中，α粒子、β粒子和新原子核在磁場(chǎng)中的軌跡靜止的原子核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中自發(fā)衰變，其軌跡為兩相切圓，α衰變時(shí)兩圓外切，β衰變時(shí)兩圓內(nèi)切，根據(jù)動(dòng)量守恒定律m1v1＝m2v2和r＝eq\f(mv,qB)知，半徑小的為新核，半徑大的為α粒子或β粒子，其特點(diǎn)對(duì)比如下表：衰變類型衰變方程勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡特點(diǎn)α衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He兩圓外切，α粒子軌跡半徑大β衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e兩圓內(nèi)切，β粒子軌跡半徑大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。(1)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式N余＝N原eqeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up6(\f(t,τ))，m余＝m原eqeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up6(\f(t,τ))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，τ表示半衰期。(2)半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，描述的是大量原子核衰變的規(guī)律。(3)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)(如單質(zhì)、化合物)和外部條件(如溫度、壓強(qiáng))無(wú)關(guān)。4．放射性的應(yīng)用與防護(hù)(1)放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。例如：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e。有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類。(2)應(yīng)用：工業(yè)測(cè)厚，放射治療，培優(yōu)、保鮮，作為示蹤原子等。(3)防護(hù)：防止過(guò)量射線對(duì)人體組織的破壞。8．核反應(yīng)(1)核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核或者發(fā)生狀態(tài)變化的過(guò)程，稱為核反應(yīng)。(2)核反應(yīng)中遵循兩個(gè)守恒規(guī)律，即質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。9．衰變及核反應(yīng)的三種類型的比較類型可控性方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?47N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制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輕核聚變較難進(jìn)行人工控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n10．核力(1)定義：原子核中的核子之間存在的一種很強(qiáng)的相互作用力，它使得核子緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。(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，作用范圍只有約10－15m，即原子核的大小。11．結(jié)合能原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開(kāi)，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。12．比結(jié)合能(1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，叫作比結(jié)合能，也叫作平均結(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，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。13．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)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這就是質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。14．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)特點(diǎn)①核裂變過(guò)程中能夠放出巨大的能量。②核裂變的同時(shí)能夠放出2或3個(gè)中子。③核裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對(duì)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非常小。(3)典型的核裂變反應(yīng)方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3eq\o\al(1,0)n。(4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(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。(5)臨界體積和臨界質(zhì)量：核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量。(6)核裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。(7)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、慢化劑(如重水、石墨)、鎘棒(也叫控制棒，它可以吸收中子，用于調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度)、防護(hù)層。15．輕核聚變(1)定義兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)。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)特點(diǎn)①核聚變過(guò)程放出大量的能量，平均每個(gè)核子放出的能量，比核裂變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量大3～4倍。②核聚變反應(yīng)比核裂變反應(yīng)更劇烈。③核聚變反應(yīng)比核裂變反應(yīng)更安全、清潔。④自然界中核聚變反應(yīng)原料豐富。(3)典型的核聚變反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。16．衰變方程及核反應(yīng)方程的理解(1)衰變及核反應(yīng)過(guò)程一般都是不可逆的，所以衰變及核反應(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。(2)衰變及核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來(lái)寫衰變及核反應(yīng)方程。(3)衰變及核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，衰變及核反應(yīng)過(guò)程中總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化。(4)衰變及核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒。二.例題精析題型一：能級(jí)躍遷與電離例1．氫原子能級(jí)示意如圖?，F(xiàn)有大量氫原子處于n＝3能級(jí)上，下列說(shuō)法正確的是（）A．這些原子躍遷過(guò)程中最多可輻射出2種頻率的光子 B．從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光子能量為1.51eV C．從n＝3能級(jí)躍遷到n＝4能級(jí)需吸收1.51eV的能量 D．n＝3能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收1.51eV的能量【解答】解：A、大量氫原子處于n＝3能級(jí)躍遷到n＝1多可輻射出C3B、根據(jù)能級(jí)圖可知從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射的光子能量為E3﹣E1＝﹣1.51eV﹣（﹣13.6eV）＝12.09eV，故B錯(cuò)誤；C、根據(jù)能級(jí)圖可知從n＝3能級(jí)躍遷到n＝4能級(jí)，需要吸收的能量為E4﹣E3＝﹣0.85eV﹣（﹣1.51eV）＝0.66eV，故C錯(cuò)誤；D、根據(jù)能級(jí)圖可知?dú)湓犹幱趎＝3能級(jí)的能量為﹣1.51eV，故要使其電離至少需要吸收1.51eV的能量，故D正確。故選：D。題型二：核反應(yīng)類型與反應(yīng)方程例2．下列說(shuō)法正確的是（）A．大量處于n＝5能級(jí)的氫原子，自發(fā)向低能級(jí)躍遷的過(guò)程中能輻射20種不同頻率的電磁波 B．愛(ài)因斯坦提出質(zhì)能方程E＝mc2，其中E是物體以光速c運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能 C．90234Th→91234Pa+.10e是釷核（D．高速運(yùn)動(dòng)的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子，其核反應(yīng)方程為24He+7【解答】解：A、根據(jù)C5B、根據(jù)質(zhì)能方程的意義可知，在質(zhì)能方程E＝mc2中，其中E是質(zhì)量為m的物體對(duì)應(yīng)的能量值，不是以光速c運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能。故B錯(cuò)誤；C、根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒以及核反應(yīng)的特點(diǎn)可知，90234Th→91234Pa+.10D、高速運(yùn)動(dòng)的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為24He+7故選：C。題型三：衰變與半衰期例3．花崗巖、大理石等裝修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有關(guān)放射性的說(shuō)法正確的是（）A．92238Pb衰變成82206Pb要經(jīng)過(guò)8次βB．氡的半衰期為3.8天，4個(gè)氡原子核經(jīng)過(guò)7.6天后只剩下1個(gè)氡原子核 C．α射線與γ射線都是電磁波，α射線穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比γ射線弱 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【解答】解：A、因?yàn)棣滤プ兊馁|(zhì)量數(shù)不變，所以α衰變的次數(shù)n=238?2064=8，在α衰變的過(guò)程中電荷數(shù)總共少16，則βB、半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)大量的原子核適用，對(duì)少量的原子核不適用，故B錯(cuò)誤；C、α射線實(shí)質(zhì)是氦核，γ射線實(shí)質(zhì)是電磁波，α射線穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比γ射線弱，故C錯(cuò)誤；D、放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)，原子核中的一個(gè)中子，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來(lái)就是β射線，故D正確。故選：D。題型四：核能例4．太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子﹣質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為411H→24He+210e+2v，已知11H和24He的質(zhì)量分別為mA．8MeV B．16MeV C．26MeV D．52MeV【解答】解：反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損約為：△m＝4mp﹣mα＝4×1.0078u﹣4.0026u＝0.0286u，由于1u＝931MeV/c2，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可得：△E＝△mc2＝26MeV，故C正確，ABD錯(cuò)誤。故選：C。題型五：結(jié)合能與比結(jié)合能例5．原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的是（）A．24B．36Li核比C．兩個(gè)12H核結(jié)合成D．92235U核中核子的平均結(jié)合能比【解答】解：A、24He核的比結(jié)合能大約為7MeV，核子數(shù)為4，則2B、36Li核的比結(jié)合能比24HC、因?yàn)?4He核的比結(jié)合能比12H核的比結(jié)合能大，所以兩個(gè)D、由圖可知，U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的小，故D錯(cuò)誤。故選：C。三.舉一反三，鞏固練習(xí)一群處于第4能級(jí)的氫原子，向低能級(jí)躍遷過(guò)程中能多種不同頻率的光，將這些光分別照射到圖甲電路陰極K的金屬上，實(shí)驗(yàn)只測(cè)得3條電流隨電壓變化的圖像，如圖乙所示。已知?dú)湓拥哪芗?jí)圖如圖丙，則下列推斷正確的是（）A．動(dòng)能為1eV的電子不能使處于第3能級(jí)的氫原子發(fā)生躍遷 B．a(chǎn)、b、c三種光的波長(zhǎng)關(guān)系：1λC．圖乙中的a光是氫原子由第4能級(jí)向基態(tài)躍遷發(fā)出的 D．陰極金屬的逸出功可能為W0＝2.5eV【解答】解：A、第3能級(jí)與第4能級(jí)的差：E43＝E4﹣E3＝﹣0.85eV+1.51eV＝0.66eV＜1eV，電子與氫原子碰撞時(shí)氫原子能吸收電子的一部分的能量，所以動(dòng)能為1eV的電子能使處于第3能級(jí)的氫原子發(fā)生躍遷，故A錯(cuò)誤；B、一群第4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷過(guò)程能發(fā)出6種不同頻率的光，能量值的大小關(guān)系排列從大到小為：n＝4→1，n＝3→1，n＝2→1，n＝4→2，n＝3→2，n＝4→3，但只檢測(cè)到3條電流，所以發(fā)生光電效應(yīng)的能量值分別為：n＝4→1，n＝3→1，n＝2→1；可知a、b、c三束光都是向基態(tài)躍遷發(fā)出的，所以不可能滿足波長(zhǎng)關(guān)系：1λC、結(jié)合圖乙，可知a光的遏止電壓最大，是頻率最大的光，則是第4能級(jí)向基態(tài)躍遷發(fā)出的，故C正確；D、根據(jù)玻爾理論結(jié)合B的分析，輻射能量第4大的光子能量為E4﹣E2＝2.55eV＞2.5eV；由于只測(cè)得3條電流隨電壓變化的圖像，故陰極金屬的逸出功一定大于2.55eV，故D錯(cuò)誤。故選：C。如圖所示為玻爾原子理論的氫原子能級(jí)圖，下列說(shuō)法正確的是（）A．大量處于n＝5能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷，最多可以發(fā)出20種不同頻率的光 B．處于n＝2能級(jí)的氫原子其電勢(shì)能比處于n＝3能級(jí)的氫原子的電勢(shì)能小 C．若氫原子由n＝4能級(jí)分別直接躍遷至n＝3和n＝2能級(jí)時(shí)所發(fā)出光的波長(zhǎng)為λ1和λ2，則λ1＜λ2 D．用光子能量為12.5eV的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，此過(guò)程中氫原子最多可以發(fā)出3種不同頻率的光【解答】解：A、大量處于n＝5能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷，最多可以發(fā)出C5B、氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光子，電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑減小，電場(chǎng)力做正功，氫原子的電勢(shì)能減小，所以處于n＝2能級(jí)的氫原子其電勢(shì)能比處于n＝3能級(jí)的氫原子的電勢(shì)能小。故B正確；C、若氫原子由n＝4能級(jí)分別直接躍遷至n＝3和n＝2能級(jí)時(shí)所發(fā)出光的波長(zhǎng)為λ1和λ2，ΔE43＝E4﹣E3＝hcλ1，ΔE42＝E4﹣E2＝hcλ2，ΔE43＜ΔE42，則λ1D、若用光子能量為12.5eV的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，則有E＝﹣13.6eV+12.5eV＝﹣1.1eV，氫原子沒(méi)有該能級(jí)，所以不能使處于基態(tài)的氫原子躍遷，故D錯(cuò)誤；故選：B。用頻率分別為ν和2ν的光照射某種金屬材料，兩種情況下測(cè)得的該金屬材料發(fā)生光電效應(yīng)的遏止電壓之比為1：4，已知普朗克常量為h，則該金屬的逸出功為（）A．43?ν B．23?ν C．【解答】解：設(shè)該金屬的逸出功為W0，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及動(dòng)能定理有：Ek1＝hν﹣W0＝eUc1Ek2＝2hν﹣W0＝eUc2由題意可知：U聯(lián)立以上各式解得：W0故選：B。氦離子（He+）的能級(jí)圖如圖所示，已知普朗克常量為h，電子的質(zhì)量為m，氦離子（He+）基態(tài)的能量為E1（E1＜0）。根據(jù)能級(jí)躍遷理論可知，基態(tài)氦離子（He+）中的電子吸收一頻率為v的光子被電離后，電子速度大小為（）A．?v+E1m B．2(?v+E1)【解答】解：氦離子的基態(tài)能量為E1（E1＜0），則基態(tài)氦離子的電離能為﹣E1，發(fā)生電離時(shí)，根據(jù)玻爾理論得：?v+E1=故選：B。德國(guó)物理學(xué)家P?勒納德、英國(guó)物理學(xué)家J?J?湯姆孫等相繼進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)照射到金屬表面的光能使金屬中的電子從表面溢出，這個(gè)現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。現(xiàn)在用兩種單色光a和b照射同一種金屬，光電流與電壓的關(guān)系如圖乙所示，Is為飽和光電流，Uc為遏止電壓的大小。下列說(shuō)法正確的是（）A．截止頻率與入射光的頻率有關(guān) B．a(chǎn)光的頻率小于b光的頻率 C．若僅增加a光的光強(qiáng)，飽和光電流將增大 D．若僅增加a光的光強(qiáng)，則遏止電壓Uc1將增加【解答】解：A、截止頻率是光照射金屬時(shí)產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率，由金屬材料本身決定，與入射光的頻率無(wú)關(guān)，A錯(cuò)誤；B、由圖乙可知，a光的遏止電壓大于b光的遏止電壓，由光電效應(yīng)方程?ν?W0=12C、頻率相等時(shí)，入射光的強(qiáng)弱決定了電流的強(qiáng)弱，若僅增加a光的光強(qiáng)，單位時(shí)間從金屬表面溢出的光電子數(shù)量變多，飽和光電流將增大，故C正確；D、遏止電壓與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，僅增加a光的光強(qiáng)，其遏止電壓不變，故D錯(cuò)誤。故選：C。如圖所示為氫原子的能級(jí)圖?，F(xiàn)有兩束光，a光由圖中躍遷①發(fā)出的光子組成，b光由圖中躍遷②發(fā)出的光子組成，已知a光照射x金屬時(shí)剛好能發(fā)生光電效應(yīng)，則下列說(shuō)法正確的是（）A．氫原子發(fā)生躍遷①后，原子的能量將減小3.4eV B．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率 C．x金屬的逸出功為2.86eV D．用b光照射x金屬，發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為10.2eV【解答】解：ABC．a(chǎn)光子的能量值Ea＝E5﹣E2＝﹣0.54eV﹣（﹣3.4）eV＝2.86eV，則原子的能量減小2.86eV，a光照射x金屬時(shí)剛好能發(fā)生光電效應(yīng)，則金屬的逸出功為2.86eV，b光子的能量Eb＝E2﹣E1＝﹣3.4eV﹣（﹣13.6）eV＝10.2eV，a的能量值小，則a的頻率小，故AB錯(cuò)誤，C正確；D．用b光光子照射x金屬，打出的光電子的最大初動(dòng)能為Ekm＝Eb﹣W＝（10.2﹣2.86）eV＝7.34eV，故D錯(cuò)誤。故選：C。月球的表面長(zhǎng)期受到宇宙射線的照射，使得“月壤”中的23He含量十分豐富?？茖W(xué)家認(rèn)為，23A．23B．23He聚變反應(yīng)后變成C．23D．23He聚變反應(yīng)的方程式可能為：【解答】解：A、原子核內(nèi)的核子靠核力結(jié)合在一起，核力只存在于相鄰的核子之間，故A錯(cuò)誤；B、比結(jié)合能是核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，所以聚變后的比結(jié)合能一定發(fā)生變化，故B錯(cuò)誤；C、23He發(fā)生聚變，放出能量，根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝ΔD、23He聚變反應(yīng)的方程式可能為2故選：D?？茖W(xué)研究表明，太陽(yáng)核心的溫度極高、壓力極大，使得太陽(yáng)內(nèi)部每4個(gè)氫核（11H）轉(zhuǎn)化為1個(gè)氦核（24He）和幾個(gè)正電子并釋放出大量能量。假設(shè)生成的所有正電子均定向移動(dòng)，且正電子在8x10﹣4s時(shí)間內(nèi)定向移動(dòng)形成的平均電流為8.0×10﹣8A，已知電子的電荷量為1.6×A．8.0×108 B．4.8×108 C．3.2×108 D．2.4×108【解答】解：由于電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒411H→24He+210e，可得每4個(gè)氫核轉(zhuǎn)化為1個(gè)氦核和2個(gè)正電子，根據(jù)公式可得q＝It＝8×10﹣4×8.0×10﹣8故選：A。2021年4月，日本政府決定將福島核廢水排放入大海，引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。核廢水即使經(jīng)處理，但還是含有氚、鍶﹣90、銫﹣137、碘﹣129等放射性元素。其中55137Cs是最具危害的放射性元素，半衰期為30年。它能通過(guò)β衰變放射出A．銫核發(fā)生β衰變的衰變方程為55137Cs→56137B．20個(gè)銫核經(jīng)過(guò)60年，一定還有5個(gè)銫核未發(fā)生衰變 C．銫核發(fā)生β衰變時(shí)，β