PAGE19-第2講原子結(jié)構(gòu)原子核學(xué)問排查原子結(jié)構(gòu)1.電子的發(fā)覺：英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)覺了電子。2.原子的核式結(jié)構(gòu)(1)α粒子散射試驗：1909～1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的試驗，試驗結(jié)果表明，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的甚至被原路彈回。(如圖1所示)圖1(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子內(nèi)部有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷以及幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，帶負電的電子繞核運動。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綻開，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.氫原子光譜的試驗規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))，(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－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)覺和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。氫原子的能級、能級公式1.玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列能量不連續(xù)的狀態(tài)中。在這些狀態(tài)中，原子是穩(wěn)定的，電子雖然做加速運動，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，它輻射或汲取肯定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差確定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同運行軌道，原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的，電子不能在隨意半徑的軌道上運行。2.氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級能級圖如圖2所示圖2(2)氫原子的能級和軌道半徑①氫原子的能級公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1，2，3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6eV。②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m。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.自然放射現(xiàn)象物質(zhì)能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)覺。自然放射現(xiàn)象的發(fā)覺，說明原子核具有困難的結(jié)構(gòu)。3.放射性同位素的應(yīng)用與防護(1)放射性同位素：有自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：消退靜電、工業(yè)探傷、做示蹤原子等。(3)防護：防止放射性對人體組織的損害。4.原子核的衰變(1)衰變：原子核由于釋放出像α、β這樣的射線(粒子流)而轉(zhuǎn)變成新核的變更叫做原子核的衰變。(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如：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋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如：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e；(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變須要的時間。半衰期的長短由原子核自身因素確定，一般與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)以及四周環(huán)境、溫度無關(guān)。核力和核能1.核力把原子核中的核子維系在一起的力。2.核能(1)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應(yīng)的能量ΔE＝Δmc2。(2)原子核分解成核子時要汲取肯定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，汲取的能量為ΔE＝Δmc2。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：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。(3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代接著下去的過程。(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)必需在高溫下進行，因此又叫熱核反應(yīng)。(2)典型的聚變反應(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小題速練1.如圖3是盧瑟福的α粒子散射試驗裝置，在一個小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細的一束射線，射到金箔上，最終打在熒光屏上產(chǎn)生閃耀的光點。下列說法正確的是()圖3A.該試驗是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)B.該試驗證明白湯姆孫原子模型的正確性C.α粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D.絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)解析盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項A正確；盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型的假設(shè)，從而否定了湯姆孫原子模型的正確性，選項B錯誤；電子質(zhì)量太小，對α粒子的影響不大，選項C錯誤；絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，幾乎仍沿原方向前進，選項D錯誤。答案A2.下列有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是()A.氫原子的放射光譜是連續(xù)譜B.氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光C.氫原子光譜說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的能量差無關(guān)解析由于氫原子放射的光子的能量E＝En－Em＝eq\f(1,n2)E1－eq\f(1,m2)E1＝eq\f(m2－n2,n2m2)E1，所以放射的光子的能量值E是不連續(xù)的，只能是一些特定頻率的譜線，故選項A錯誤，B正確；由于氫原子的軌道是不連續(xù)的，依據(jù)玻爾原子理論知氫原子的能級也是不連續(xù)的，即是分立的，故選項C錯誤；當(dāng)氫原子從較高軌道第n能級躍遷到較低軌道第m能級時，放射的光子的能量為E＝En－Em＝hν，明顯n、m的取值不同，放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的能量差有關(guān)，選項D錯誤。答案B3.(多選)如圖4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4A.這群氫原子躍遷時能夠發(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10.2eVC.從n＝3能級躍遷到n＝2能級時發(fā)出的光波長最長D.這群氫原子能夠汲取隨意光子的能量而向更高能級躍遷解析依據(jù)Ceq\o\al(2,3)＝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＝12.09eV，故B錯誤；從n＝3躍遷到n＝2輻射的光子能量最小，頻率最小，則波長最長，故C正確；一群處于n＝3能級的氫原子發(fā)生躍遷，汲取的能量必需等于兩能級的能級差，故D錯誤。答案AC4.(2024·上海單科)由放射性元素放出的氦核流被稱為()A.陰極射線 B.α射線 C.β射線 D.γ射線解析在自然放射現(xiàn)象中，放出α、β、γ三種射線，其中α射線屬于氦核流，選項B正確。答案B5.(2024·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D正確。答案D6.(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.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變 B.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是β衰變C.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變 D.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂變答案AC7.下列有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的相識，其中正確的是()A.γ射線是高速運動的電子流B.氫原子輻射光子后，其繞核運動的電子動能增大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.eq\o\al(210,83)Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,83)Bi經(jīng)過10天后還剩下50克解析γ射線是光子流，故選項A錯誤；氫原子輻射光子后，由高能級向低能級躍遷，半徑減小，繞核運動的動能增大，故選項B正確；太陽輻射能量主要來源是太陽中發(fā)生的輕核聚變，故選項C錯誤；100克eq\o\al(210,83)Bi經(jīng)過10天即2個半衰期還剩下eq\f(1,22)×100克＝25克，故選項D錯誤。答案B8.太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)聚變?yōu)?個氦核(eq\o\al(4,2)He)的熱核反應(yīng)，核反應(yīng)方程是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2X，這個核反應(yīng)釋放出大量核能。已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c。下列說法中正確的是()A.方程中的X表示中子(eq\o\al(1,0)n)B.方程中的X表示電子(eq\o\al(0,－1)e)C.這個核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝4m1－m2D.這個核反應(yīng)中釋放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2解析由核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可推斷出X為正電子eq\o\al(0,1)e，A、B錯誤；質(zhì)量虧損為Δm＝4m1－m2－2m3，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C錯誤，D正確。答案D氫原子的能級及能級躍遷1.定態(tài)間的躍遷——滿意能級差(1)從低能級(n小)eq\o(→,\s\up7(躍遷),\s\do5())高能級(n大)→汲取能量。hν＝En大－En小(2)從高能級(n大)eq\o(→,\s\up7(躍遷),\s\do5())低能級(n小)→放出能量。hν＝En大－En小2.電離電離態(tài)：n＝∞，E＝0基態(tài)→電離態(tài)：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV電離能。n＝2→電離態(tài)：E吸＝0－E2＝3.4eV如汲取能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。3.氫原子躍遷時能量的變更(1)氫原子能量：En＝Ekn＋Epn＝eq\f(E1,n2)，隨n增大而增大，其中E1＝－13.6eV。(2)電子動能：電子繞氫原子核運動時庫侖力供應(yīng)向心力，即keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，所以Ek＝eq\f(ke2,2r)隨r增大而減小。(3)電勢能：通過庫侖力做功推斷電勢能的增減，當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖力做正功，電勢能減小；反之，軌道半徑增大時，電勢能增加?！纠?】(多選)氫原子各個能級的能量如圖4所示，氫原子由n＝1能級躍遷到n＝4能級，在它回到n＝1能級過程中，下列說法中正確的是()圖4A.可能激發(fā)出頻率不同的光子只有6種B.可能激發(fā)出頻率不同的光子只有3種C.可能激發(fā)出的光子的最大能量為12.75eVD.可能激發(fā)出的光子的最大能量為0.66eV解析氫原子由n＝4能級躍遷到n＝1能級，可能發(fā)出的譜線條數(shù)為Ceq\o\al(2,4)，即6種頻率或能量不同的光子，A正確，B錯誤；可能激發(fā)出的光子的最大能量為n＝4能級躍遷到n＝1能級對應(yīng)的，C正確，D錯誤。答案AC解決氫原子能級躍遷問題的四點技巧(1)原子躍遷時，所汲取或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差。(2)原子電離時，所汲取的能量可以大于或等于某一能級能量的肯定值。(3)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)。(4)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。①用數(shù)學(xué)中的組合學(xué)問求解：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)。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狀況一一畫出，然后相加。(5)計算能級能量時應(yīng)留意：因一般取無限遠處為零電勢參考平面，故各能級的能量值均為負值；能量單位1eV＝1.6×10－19J。1.一個氫原子從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，能量削減C.汲取光子，能量增加 D.汲取光子，能量削減解析氫原子從高能級向低能級躍遷時，放出光子，能量削減，故選項B正確，A、C、D錯誤。答案B2.如圖5所示為氫原子的能級圖，圖中a、b、c、d對應(yīng)氫原子的四次躍遷，已知可見光光子的能量范圍為1.61～3.10eV，關(guān)于四次躍遷，下列說法正確的是()圖5A.經(jīng)驗a躍遷，氫原子汲取的光子能量為0.66eVB.經(jīng)驗b躍遷，氫原子的軌道半徑增大，原子核外電子的動能增大C.經(jīng)驗c躍遷，氫原子放出的光子是可見光光子D.經(jīng)驗d躍遷后，再用可見光照耀躍遷后的氫原子，可使氫原子發(fā)生電離解析選項A錯誤；經(jīng)驗b躍遷，氫原子汲取能量，軌道半徑增大，但核外電子的動能會減小，選項B錯誤；經(jīng)驗c躍遷，氫原子輻射出的光子的能量為0.97eV，則該光子不是可見光光子，選項C錯誤；經(jīng)驗d躍遷后，躍遷后的氫原子的電離能為1.51eV，因此用可見光光子照耀可使其電離，選項D正確。答案D原子核的衰變、半衰期1.衰變規(guī)律及實質(zhì)(1)α衰變和β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e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2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e勻強磁場中軌跡形態(tài)衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒(2)γ射線：γ射線常常是伴隨著α衰變或β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)量電離實力貫穿本事α射線氦核eq\o\al(4,2)He＋2e4u最強最弱β射線電子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1837)u較強較強γ射線光子γ00最弱最強3.半衰期的理解半衰期的公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))?！纠?】(2024·全國卷Ⅱ，15)一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)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出一個α粒子所經(jīng)驗的時間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)量解析靜止的鈾核在α衰變過程中，滿意動量守恒的條件，依據(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B正確；依據(jù)Ek＝eq\f(p2,2m)可知，選項A錯誤；半衰期的定義是統(tǒng)計規(guī)律，對于一個α粒子不適用，選項C錯誤；鈾核在衰變過程中，伴隨著肯定的能量放出，即衰變過程中有肯定的質(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D錯誤。答案B1.(2024·湖南常德模擬)某一放射性物質(zhì)發(fā)生衰變時放出α、β、γ三種射線，讓這三種射線進入磁場，運動狀況如圖6所示，下列說法中正確的是()圖6A.該放射性物質(zhì)的半衰期隨溫度的上升會增大B.C粒子是原子核的重要組成部分C.A粒子肯定帶正電D.B粒子的穿透性最弱解析半衰期由原子核本身確定，與外界因素?zé)o關(guān)，故A錯誤；由圖可知C粒子為電子，故B錯誤；由左手定則可知A粒子肯定帶正電，故C正確；B粒子為γ射線，穿透性最強，故D錯誤。答案C2.(多選)(2024·山西太原模擬)釷eq\o\al(234,90)Th具有放射性，它能放出一個新的粒子而變?yōu)殓heq\o\al(234,91)Pa，同時伴隨有γ射線產(chǎn)生，其方程為eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X，釷的半衰期為24天。則下列說法中正確的是()A.一塊純凈的釷234礦石經(jīng)過24天，礦石的質(zhì)量僅剩下原來質(zhì)量的一半B.X是釷核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的C.γ射線是釷原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的鏷234的原子核釋放的D.γ射線具有很強的電離作用，對人體細胞破壞實力較大解析一塊純凈的234礦石經(jīng)過24天，釷核有半數(shù)發(fā)生衰變，不是礦石的質(zhì)量僅剩下原來質(zhì)量的一半，故A錯誤；依據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得出X是電子，其產(chǎn)生的本質(zhì)是釷核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的，故B正確；釷原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的鏷234的原子處于激發(fā)態(tài)，不穩(wěn)定，向基態(tài)躍遷的過程以γ射線向外釋放能量，故C正確；γ射線具有很強的穿透實力，電離作用很弱，故D錯誤。答案BC3.(多選)(2024·福建廈門質(zhì)檢)靜止的eq\o\al(211,83)Bi原子核在磁場中發(fā)生衰變后運動軌跡如圖7所示，大、小圓半徑分別為R1、R2。則下列關(guān)于此核衰變方程和兩圓軌跡半徑比值的推斷中正確的是()圖7A.eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(207,81)Tl＋eq\o\al(4,2)He B.eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC.R1∶R2＝84∶1 D.R1∶R2＝207∶4解析由動量守恒可知0＝mv－MV，由左手定則可知此核衰變?yōu)棣滤プ?，故A錯誤，B正確；由qvB＝meq\f(v2,R)可知R＝eq\f(mv,qB)，所以R1∶R2＝84∶1，故C正確，D錯誤。答案BC核反應(yīng)方程與核能計算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衰變自發(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)斯は拗芿q\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)覺質(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)覺中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n約里奧·居里夫婦發(fā)覺放射性同位素，同時發(fā)覺正電子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e重核裂變比較簡單進行人工限制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)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難限制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2.核反應(yīng)方程的書寫(1)駕馭核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律。(2)駕馭常見的主要核反應(yīng)方程式，并知道其意義。(3)熟記常見的基本粒子的符號，如質(zhì)子、中子、α粒子等。3.核能的計算方法(1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖①依據(jù)ΔE＝Δmc2計算時，Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。②依據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計算時，Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。(2)依據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)?！纠?】(2024·全國卷Ⅲ，14)1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核eq\o\al(27,13)Al，產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X：α＋eq\o\al(27,13)Al→n＋X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為()A.15和28 B.15和30 C.16和30 D.17和31解析據(jù)α粒子和中子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)寫出核反應(yīng)方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(A,Z)X，結(jié)合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序數(shù)等于核電荷數(shù)，故B正確。答案B【例4】(2024·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：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0150u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.0087u，1u＝931MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()A.3.7MeV B.3.3MeV C.2.7MeV D.0.93MeV解析依據(jù)質(zhì)能方程，釋放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.0035u，則ΔE＝0.0035×931MeV＝3.2585MeV≈3.3MeV，故選項B正確，A、C、D錯誤。答案B1.(2024·天津理綜，1)國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源(CSNS)于2024年8月28日首次打靶勝利，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的探討和工業(yè)應(yīng)用供應(yīng)先進的探討平臺。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是()圖8A.eq\o\al(14,7)N俘獲一個α粒子，產(chǎn)生eq\o\al(17,8)O并放出一個粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘獲一個α粒子，產(chǎn)生eq\o\al(30,15)P并放出一個粒子C.eq\o\al(11,5)B俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生eq\o\al(8,4)Be并放出一個粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生eq\o\al(3,2)He并放出一個粒子解析依據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒可知，eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，A項錯誤；eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，B項正確；eq\o\al(11,eq\a\vs4\al(5))B＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be＋eq\o\al(4,2)He，C項錯誤；eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(4,2)He，D項錯誤。答案B2.(多選)(2024·江蘇單科)原子核的比結(jié)合能曲線如圖9所示。依據(jù)該曲線，下列推斷正確的有()圖9A.eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為14MeVB.eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定C.兩個eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時釋放能量D.eq\o\al(235,92)U核中核子的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大解析由圖象可知eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為28MeV，選項A錯誤；eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核的比結(jié)合能大，故eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核穩(wěn)定，選項B正確；兩個eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時比結(jié)合能增大，釋放能量，選項C正確；eq\o\al(235,92)U的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的小，選項D錯誤。答案BC3.現(xiàn)有兩動能均為E0＝0.35MeV的eq\o\al(2,1)H在一條直線上相向運動，兩個eq\o\al(2,1)H發(fā)生對撞后能發(fā)生核反應(yīng)，得到eq\o\al(3,2)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eq\o\al(3,2)He和新粒子的動能。已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0141u，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0160u，新粒子的質(zhì)量為1.0087u，核反應(yīng)時質(zhì)量虧損1u釋放的核能約為931MeV(假如涉及計算，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eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,1)H B.核反應(yīng)前后不滿意能量守恒定律C.新粒子的動能約為3MeV D.eq\o\al(3,2)He的動能約為4MeV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eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，則新粒子為中子eq\o\al(1,0)n，所以A錯誤；核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損，釋放能量，仍舊滿意能量守恒定律，B錯誤；由題意可知ΔE＝(2.0141u×2－3.0160u－1.0087u)×931MeV/u＝3.3MeV，依據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，依據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的動量守恒有pHe－pn＝0，由Ek＝eq\f(p2,2m)，可知eq\f(EkHe,Ekn)＝eq\f(mn,mHe)，解得EkHe＝eq\f(mn,mn＋mHe)(2E0＋ΔE)＝1MeV，Ekn＝eq\f(mHe,mn＋mHe)(2E0＋ΔE)＝3MeV，所以C正確，D錯誤。答案C課時作業(yè)(時間：40分鐘)基礎(chǔ)鞏固練1.重核裂變和輕核聚變是人類獲得核能的兩種主要途徑，關(guān)于裂變和聚變，下列敘述正確的是()A.裂變過程有質(zhì)量虧損，聚變過程無質(zhì)量虧損B.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＋X中，X表示電子C.裂變釋放能量，聚變汲取能量D.氫彈的核反應(yīng)屬于聚變，原子彈的核反應(yīng)屬于裂變解析裂變和聚變都釋放出巨大能量，都伴隨著質(zhì)量的虧損，故A、C錯誤；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中，X表示中子，B錯誤；原子彈的核反應(yīng)屬于裂變，氫彈的核反應(yīng)屬于聚變，故D正確。答案D2.關(guān)于核力與原子核，下列說法正確的是()A.核力是一種特別的萬有引力B.原子核內(nèi)隨意兩個核子間都有核力作用C.任何一個原子核的質(zhì)量總是小于組成它的全部核子的質(zhì)量之和D.核子結(jié)合在一起成為原子核時要汲取能量解析核力與萬有引力、庫侖力的性質(zhì)不同，核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，每個核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用，核力是原子核能穩(wěn)定存在的緣由，A、B錯誤；核子結(jié)合成原子核時核力做正功，會釋放能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，原子核的質(zhì)量總是小于組成它的全部核子的質(zhì)量之和，C正確，D錯誤。答案C3.(2024·湖南長沙二模)輕核的聚變反應(yīng)會釋放大量的能量，同時核聚變產(chǎn)物一般不會污染環(huán)境，是人類獲得能源的志向方式。核聚變反應(yīng)過程主要是以下四種：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋X1＋3.27MeVeq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,1)H＋X2＋4.04MeVeq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X3＋17.85MeVeq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋X4＋18.34MeV對上面的反應(yīng)中的X1、X2、X3、X4，屬于中子的是()A.X1、X2、X3、X4 B.X2、X3、X4C.X3、X4 D.X1、X3解析由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知屬于中子的是X1、X3，而X2、X4屬于質(zhì)子，故D正確，A、B、C錯誤。答案D4.1932年考克饒夫特(J.D.Cockroft)和瓦耳順(E.T.S.Walton)獨創(chuàng)了世界上第一臺粒子加速器，他們將質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)加速到0.5MeV的能量去撞擊靜止的原子核X，得到兩個動能均為8.9MeV的氦核(eq\o\al(4,2)He)，這是歷史上第一次用人工加速粒子實現(xiàn)的核反應(yīng)。下列說法正確的是()A.X是eq\o\al(6,3)Li B.X由eq\o\al(4,2)He組成C.上述核反應(yīng)中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損 D.上述核反應(yīng)的類型是裂變解析依據(jù)題述，可知核反應(yīng)方程為：eq\o\al(1,1)H＋X→2eq\o\al(4,2)He，依據(jù)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，可知X為質(zhì)量數(shù)為7、電荷數(shù)為3的eq\o\al(7,3)Li，選項A、B錯誤；由于該核反應(yīng)產(chǎn)生的兩個氦核的動能大于質(zhì)子的動能，說明反應(yīng)中釋放了核能，依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，該核反應(yīng)中出現(xiàn)質(zhì)量虧損，該核反應(yīng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變，選項C正確，D錯誤。答案C5.靜止在勻強電場中的碳14原子核，某時刻放射的某種粒子與反沖核的初速度方向均與電場方向垂直，且經(jīng)過相等的時間后形成的軌跡如圖1所示(a、b表示長度)。那么碳14的核反應(yīng)方程可能是()圖1A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(10,4)Be B.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(14,5)BC.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,-1)e＋eq\o\al(14,7)N D.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(12,5)B解析設(shè)時間為t，則eq\f(\f(1,2)a1t2,v1t)＝2，eq\f(\f(1,2)a2t2,v2t)＝4，而a＝eq\f(qE,m)，故有eq\f(q1,m1v1)∶eq\f(q2,m2v2)＝1∶2，又因為動量守恒m1v1＝m2v2，故q1∶q2＝1∶2，故只有A正確。答案A6.(多選)圖2中有四幅圖片，涉及有關(guān)物理學(xué)發(fā)展歷史的四個重大發(fā)覺，則下列有關(guān)說法正確的是()圖2A.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)覺的C.丙圖片是法拉第探討陰極射線并發(fā)覺電子的裝置D.丁圖片與愛因斯坦的質(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)覺X射線后，照耀的倫琴夫人手的照片，與居里夫人無關(guān)，故選項A錯誤；乙圖片中反映的自然放射性現(xiàn)象是貝克勒爾最先發(fā)覺的，故選項B正確；丙圖片的現(xiàn)象是法拉第探討電磁感應(yīng)規(guī)律時的裝置，與陰極射線及電子的發(fā)覺無關(guān)，故選項C錯誤；原子彈的能量來源于核能，與愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2有關(guān)，故選項D正確。答案BD7.某核電站遭遇嚴(yán)峻破壞，產(chǎn)生了嚴(yán)峻的核泄漏，從核電站四周肯定范圍內(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)峻危及了人們的生命平安。已知該核電站采納的是重水反應(yīng)堆，用eq\o\al(238,92)U(鈾)汲取中子后生成eq\o\al(239,94)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eq\o\al(238,92)U汲取中子后變成eq\o\al(239,92)U，eq\o\al(239,92)U很不穩(wěn)定，則經(jīng)過2次β衰變后變成eq\o\al(239,94)PuC.核電站的核廢料可干脆堆放在露天垃圾場D.碘131的半衰期只有8天，因此16天后會全部消逝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β衰變時質(zhì)量數(shù)不發(fā)生變更，依據(jù)電荷數(shù)守恒可知eq\o\al(239,92)U發(fā)生2次β衰變后變成eq\o\al(239,94)Pu，選項B正確；核電站的核廢料中具有許多的放射性物質(zhì)，不行以干脆堆在露天垃圾場，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B8.(多選)關(guān)于原子和原子核，下列說法中正確的是()A.α粒子散射試驗揭示了原子核內(nèi)部的困難性B.依據(jù)玻爾理論可知，一個氫原子核外電子從n＝4能級向低能級躍遷最多可輻射3種頻率的光子C.已知eq\o\al(234,90)Th的半衰期是24d，48g的eq\o\al(234,90)Th經(jīng)過72d后衰變了42gD.氫原子由低能級向高能級躍遷時，汲取光子的能量可以稍大于兩能級間能量差解析α粒子散射試驗中沒有涉及原子核內(nèi)部問題，是提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型的試驗基礎(chǔ)，A錯誤；一個氫原子核外電子從n＝4能級向低能級躍遷最多只能輻射n－1＝3種頻率的光子，B正確；經(jīng)過eq\f(72,24)＝3個半衰期后，48g的eq\o\al(234,90)Th還剩下48×(eq\f(1,2))3g＝6g，衰變了48g－6g＝42g，C正確；氫原子由低能級向高能級躍遷時，汲取光子的能量等于兩能級間能量差，故D錯誤。答案BC9.(2024·安徽合肥模擬)如圖3為氫原子的能級圖，下列說法中正確的是()圖3A.氫原子從較高的能級躍遷到較低的能級時，釋放肯定頻率的光子，核外電子的動能增加，電勢能減小B.C.氫原子處于不同能級時，核外電子在某處出現(xiàn)的概率相同D.一個處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可以釋放6種頻率的光子解析氫原子從較高的能級躍遷到較低的能級時，釋放肯定頻率的光子，核外電子的動能增加，電勢能減小，故A正確；氫原子從n＝3的能級躍遷到n＝4的能級時，須要汲取的光子能量必需等于0.66eV，故B錯誤；氫原子處于不同能級時，核外電子在某處出現(xiàn)的概率不同，故C錯誤；一個處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷，最多可以釋放3種頻率的光子，故D錯誤。答案A10.下列說法正確的是()A.自然放射現(xiàn)象揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu)B.eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb要經(jīng)過6次β衰變和8次α衰變C.α、β和γ三種射線中α射線的穿透實力最強D.氫原子向低能級躍遷后，核外電子的動能減小解析自然放射現(xiàn)象揭示了原子核具有困難結(jié)構(gòu)，α粒子散射試驗說明原子具有核式結(jié)構(gòu)，選項A錯誤；依據(jù)α衰變規(guī)律和β衰變規(guī)律，鈾238(eq\o\al(238,92)U)衰變成鉛206(eq\o\al(206,82)Pb)要經(jīng)過(238－206)÷4＝8次α衰變，經(jīng)過8次α衰變后電荷數(shù)應(yīng)削減16，而實際衰變中電荷數(shù)只削減了10，所以還經(jīng)過了6次β衰變，選項B正確；α、β和γ三種射線中，α射線的穿透實力最弱，γ射線穿透實力最強，選項C錯誤；依據(jù)玻爾理論，氫原子向低能級躍遷后，軌道半徑減小，電子環(huán)繞原子核運動的速度增大，核外電子的動能增大，選項D錯誤。答案B11.(多選)钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu衰變時釋放巨大能量，如圖4所示，其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，則()圖4A.核燃料總是利用比結(jié)合能小的核B.核反應(yīng)中γ光子的能量就是eq\o\al(239,94)Pu的結(jié)合能C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說明eq\o\al(235,92)U的結(jié)合能大D.由于衰變時釋放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能小解析比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，A正確；結(jié)合能與衰變時釋放的能量不是同一概念，B錯誤；由于衰變時釋放