第2講原子結(jié)構(gòu)和原子核學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解原子的核式結(jié)構(gòu)，了解氫原子光譜，理解玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，會(huì)分析能級(jí)躍遷問題。2.理解原子核的衰變，會(huì)計(jì)算原子核的半衰期。3.理解原子核的人工轉(zhuǎn)變、重核的裂變、輕核的聚變，會(huì)書寫核反應(yīng)方程，會(huì)計(jì)算核反應(yīng)過程的核能。1.原子核式結(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)α粒子散射實(shí)驗(yàn)1909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粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”。(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.氫原子光譜(1)光譜分類(2)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律:巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)公式1λ＝R∞122-1n2(n＝3，4，5，…，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×3.玻爾三條假設(shè)(1)定態(tài)假設(shè):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)躍遷假設(shè):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(shí)，會(huì)放出能量為hν的光子，這個(gè)光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)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)。(3)軌道假設(shè):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。4.氫原子能級(jí)和能級(jí)公式(1)氫原子的能級(jí)公式和軌道半徑公式①能級(jí)公式:En＝1n2E1(n＝1，2，3，…)，其中基態(tài)的能量E1最低，其數(shù)值為E1＝－②半徑公式:rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m。(2)氫原子的能級(jí)圖(如圖所示)5.原子核(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①放射性元素自發(fā)地發(fā)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)。②放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)應(yīng)用:消除靜電、工業(yè)探傷、作為示蹤原子、培養(yǎng)優(yōu)良品種。防護(hù):防止放射線對(duì)人體組織的傷害。(3)原子核的衰變①衰變: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。②分類α衰變:ZAX→Z-2β衰變:ZAX→Z＋γ輻射: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γ輻射。③兩個(gè)典型的衰變方程α衰變:92238U→90β衰變:90234Th→91(4)半衰期①定義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。②影響因素: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)和外部條件沒有關(guān)系。③公式:N余＝N原12tτ，m余＝m(5)核力與結(jié)合能①核力:原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。②質(zhì)能方程:核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對(duì)應(yīng)的能量ΔE＝Δmc2。③結(jié)合能:核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，叫作原子核的結(jié)合能，亦稱核能。④比結(jié)合能:原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。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。(6)裂變反應(yīng)與聚變反應(yīng)①重核裂變典型方程:92235U＋01n→3689鏈?zhǔn)椒磻?yīng)條件:鈾塊的體積大于臨界體積。②輕核聚變典型方程:12H＋13H→2聚變反應(yīng)為熱核反應(yīng)?？键c(diǎn)一原子的核式結(jié)構(gòu)例1α粒子散射實(shí)驗(yàn)的示意圖如圖所示，放射源發(fā)出α射線打到金箔上，帶有熒光屏的放大鏡轉(zhuǎn)到不同位置進(jìn)行觀察，圖中1、2、3為其中的三個(gè)位置。下列對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的敘述或依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出的推理正確的是()A.在位置2接收到的α粒子最多B.在位置1接收到α粒子說明正電荷不可能均勻分布在原子內(nèi)C.位置2接收到的α粒子一定比位置1接收到的α粒子所受金原子核斥力的沖量更大D.若正電荷均勻分布在原子內(nèi)，則1、2、3三個(gè)位置接收到α粒子的比例應(yīng)相差不多答案B解析由于原子中大部分是空的，故大部分α粒子會(huì)沿直線通過，所以在位置3接收到的α粒子最多，故A錯(cuò)誤;在位置1接收到α粒子，說明α粒子發(fā)生了大角度偏折，可以推出正電荷不可能均勻分布在原子內(nèi)，故B正確;由題圖看出，位置2接收到的α粒子偏折程度沒有位置1的大，所以位置1接收到的α粒子比位置2接收到的α粒子所受金原子核斥力的沖量大，故C錯(cuò)誤;若正電荷均勻分布在原子內(nèi)，則1、2位置幾乎接收不到α粒子，3位置接收得最多，故D錯(cuò)誤。跟蹤訓(xùn)練1.(多選)根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖所示是α粒子散射實(shí)驗(yàn)的圖景。圖中實(shí)線表示α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。其中沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子在b點(diǎn)時(shí)距原子核最近。下列說法中正確的是()A.絕大多數(shù)α粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡類似軌跡3，說明原子中心存在原子核B.發(fā)生超過90°大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子是極少數(shù)的C.沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子的加速度先增大后減小D.沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子的電勢(shì)能先減小后增大答案BC解析在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)，運(yùn)動(dòng)軌跡如軌跡1所示，說明原子中絕大部分是空的，A項(xiàng)錯(cuò)誤;極少數(shù)粒子發(fā)生超過90°的大角度偏轉(zhuǎn)，B項(xiàng)正確;根據(jù)點(diǎn)電荷周圍電場(chǎng)分布情況可知，距離原子核近的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大，故越靠近原子核α粒子的加速度越大，因此沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子的加速度先增大后減小，C項(xiàng)正確;沿軌跡2運(yùn)動(dòng)的α粒子從a運(yùn)動(dòng)到b過程中受到斥力作用，根據(jù)電場(chǎng)力做功特點(diǎn)可知，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增大，從b運(yùn)動(dòng)到c過程中，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二玻爾理論與能級(jí)躍遷氫原子光譜1.兩類能級(jí)躍遷(1)自發(fā)躍遷:高能級(jí)(n)低能級(jí)(m)→放出能量，輻射光子，hν＝En－Em。(2)受激躍遷:低能級(jí)(m)高能級(jí)(n)→吸收能量。①光照(吸收光子):光子的能量必須恰好等于能級(jí)差，hν＝En－Em。②碰撞、加熱等:只要入射粒子的能量大于或等于能級(jí)差即可，E外≥En－Em。③大于電離能的光子被吸收，原子將電離。2.電離電離態(tài):n＝∞，E＝0基態(tài)→電離態(tài):E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV。激發(fā)態(tài)→電離態(tài):E吸>0－En＝|En|。若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動(dòng)能。3.原子輻射光譜線數(shù)量的確定方法(1)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)條。(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為N＝Cn例2(多選)(2025·八省聯(lián)考山陜青寧卷，9)氫原子能級(jí)圖如圖所示，若大量氫原子處于n＝1，2，3，4的能級(jí)狀態(tài)，已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，1eV＝1.6×10－19J，某銻銫化合物的逸出功為2.0eV，則()A.這些氫原子躍遷過程中最多可發(fā)出3種頻率的光B.這些氫原子躍遷過程中產(chǎn)生光子的最小頻率為1.6×1014HzC.這些氫原子躍遷過程中有4種頻率的光照射該銻銫化合物可使其電子逸出D.一個(gè)動(dòng)能為12.5eV的電子碰撞一個(gè)基態(tài)氫原子不能使其躍遷到激發(fā)態(tài)答案BC解析這些氫原子躍遷過程中最多可發(fā)出C42＝6種頻率的光，故A錯(cuò)誤;氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)發(fā)出的光子的能量最小，為E＝E4－E3＝0.66eV，這些氫原子躍遷過程中產(chǎn)生光子的最小頻率為νmin＝Eh＝0.66×1.6×10-196.6××10-34Hz＝1.6×1014Hz，故B正確;某銻銫化合物的逸出功為2.0eV，則這些氫原子躍遷過程中有4種頻率的光照射該銻銫化合物可使其電子逸出，分別是從n＝4→1，n＝3→1，n＝2→1，n＝4→2能級(jí)躍遷發(fā)出的光子，故C正確;一個(gè)基態(tài)氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)所需的最小能量為Emin＝E2－E1＝10.2eV，一個(gè)動(dòng)能為12.5eV的電子跟蹤訓(xùn)練2.(2024·安徽卷，1)大連相干光源是我國(guó)第一臺(tái)高增益自由電子激光用戶裝置，其激光輻射所應(yīng)用的玻爾原子理論很好地解釋了氫原子的光譜特征。圖為氫原子的能級(jí)示意圖，已知紫外光的光子能量大于3.11eV，當(dāng)大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射不同頻率的紫外光有()A.1種 B.2種 C.3種 D.4種答案B解析大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，能夠輻射出不同頻率的光的種類為C32＝3種。輻射出光子的能量分別為ΔE1＝E3－E1＝－1.51eV－(－13.6eV)＝12.09eV，ΔE2＝E3－E2＝－1.51eV－(－3.4eV)＝1.89eV，ΔE3＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，其中ΔE1>3.11eV，ΔE2<3.11eV，ΔE3>3.11eV，所以輻射不同頻率的紫外光有2種，故3.(多選)(2024·重慶卷，8)我國(guó)太陽探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)空間太陽Hα波段光譜掃描成像。Hα和Hβ分別為氫原子由n＝3和n＝4能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷產(chǎn)生的譜線，如圖所示，則()A.Hα的波長(zhǎng)比Hβ的小B.Hα的頻率比Hβ的小C.Hβ對(duì)應(yīng)的光子能量為3.4eVD.Hβ對(duì)應(yīng)的光子不能使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)答案BD解析氫原子n＝3與n＝2的能級(jí)差小于n＝4與n＝2的能級(jí)差，則Hα與Hβ相比，由E＝hν＝hcλ知λα>λβ，να<νβ，故A錯(cuò)誤，B正確;Hβ對(duì)應(yīng)的光子能量為Eβ＝(－0.85)eV－(－3.40)eV＝2.55eV，故C錯(cuò)誤;氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)至少需要能量ΔE＝(－3.40)eV－(－13.60)eV＝10.2eV>Eβ，則Hβ對(duì)應(yīng)的光子不能使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，故D正確?？键c(diǎn)三原子核的衰變及半衰期1.α衰變和β衰變的比較衰變類型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠蘘AX→Z-2ZAX→Z+1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)241個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子211H＋2001n→1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、動(dòng)量守恒2.三種射線的比較名稱構(gòu)成符號(hào)電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線氦核2＋2e4u較強(qiáng)較弱β射線電子-1－e11837較弱較強(qiáng)γ射線光子γ00更弱更強(qiáng)3.對(duì)半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)個(gè)別或少量原子核沒有意義。(2)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式N余＝N原12tT，m余＝m4.衰變次數(shù)的計(jì)算方法先根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒確定α衰變次數(shù)，再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變次數(shù)。例3(2024·山東卷，1)2024年是中國(guó)航天大年，神舟十八號(hào)、嫦娥六號(hào)等已陸續(xù)飛天，部分航天器裝載了具有抗干擾性強(qiáng)的核電池。已知3890Sr衰變?yōu)?990Y的半衰期約為29年;94238Pu衰變?yōu)?2234U的半衰期約為87年?，F(xiàn)用相同數(shù)目的A.3890Sr衰變?yōu)?990B.94238Pu衰變?yōu)?2234C.50年后，剩余的3890Sr數(shù)目大于D.87年后，剩余的3890Sr數(shù)目小于答案D解析質(zhì)量數(shù)守恒電荷數(shù)守恒T3890Sr<T94238PuN跟蹤訓(xùn)練4.(2024·北京卷，1)已知釷234的半衰期是24天，則1g釷234經(jīng)過48天后，剩余釷234的質(zhì)量為()A.0g B.0.25g C.0.5g D.0.75g答案B解析48天為2個(gè)半衰期，則釷234經(jīng)過48天后剩余質(zhì)量為m＝m012tτ＝1×122g＝0.25g，B正確，A考點(diǎn)四核反應(yīng)及核能的計(jì)算角度核反應(yīng)方程的書寫1.核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例α衰變自發(fā)92238UTh+β衰變自發(fā)90234ThPa+人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?14N+24He(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)24He+49Be(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)1327Al+1530P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1530P1430重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制01n+92235UBa+01n+92235UXe+輕核聚變很難控制12H+13HHe+01n+172.核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號(hào)，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-10e)、正電子((2)掌握核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律:質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。(3)由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“→”表示反應(yīng)方向。例4(2024·廣東卷，2)我國(guó)正在建設(shè)的大科學(xué)裝置——“強(qiáng)流重離子加速器”。其科學(xué)目標(biāo)之一是探尋神秘的“119號(hào)”元素，科學(xué)家嘗試使用核反應(yīng)Y+95243Am→119AX+201n產(chǎn)生該元素。關(guān)于原子核Y和質(zhì)量數(shù)A.Y為2658Fe，A=299B.YB為2658C.Y為2454Cr，A=295D.YD為2454答案C解析核反應(yīng)方程為Y+95243Am→119AX+201n，設(shè)Y的電荷數(shù)為y，根據(jù)電荷數(shù)守恒有y+95=119+0，可得y=24，即Y為2454Cr;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒有54+243=A+2跟蹤訓(xùn)練5.(2024·甘肅卷，1)2024年2月，我國(guó)科學(xué)家在蘭州重離子加速器國(guó)家大科學(xué)裝置上成功合成了新核素76160Os48106Cd＋2858Ni該方程中X是()A.質(zhì)子 B.中子 C.電子 D.α粒子答案B解析→A＝1，Z＝0?X為01n，B角度核能的計(jì)算1.核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。(2)根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計(jì)算。因1原子質(zhì)量單位(1u)相當(dāng)于931.5MeV，所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)。2.對(duì)質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即E＝mc2。(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其能量也要相應(yīng)減少，即ΔE＝Δmc2。(3)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Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2。例5(2024·浙江1月選考，7)已知氘核質(zhì)量為2.0141u，氚核質(zhì)量為3.0161u，氦核質(zhì)量為4.0026u，中子質(zhì)量為1.0087u，阿伏加德羅常數(shù)NA取6.0×1023mol－1，氘核摩爾質(zhì)量為2g·mol－1，1u相當(dāng)于931.5MeV。關(guān)于氘與氚聚變成氦，下列說法正確的是()A.核反應(yīng)方程式為12H++13HB.氘核的比結(jié)合能比氦核的大C.氘核與氚核的間距達(dá)到10－10m就能發(fā)生核聚變D.4g氘完全參與聚變釋放出能量的數(shù)量級(jí)為1025MeV答案D解析核反應(yīng)方程式為12H+13H→24He+01n，故A錯(cuò)誤;氘核的比結(jié)合能比氦核的小，故B錯(cuò)誤;氘核若與氚核發(fā)生核聚變，它們間的距離必達(dá)到10－15m以內(nèi)，故C錯(cuò)誤;一個(gè)氘核與一個(gè)氚核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm=(2.0141+3.0161－4.0026－1.0087)u=0.0189u，聚變反應(yīng)釋放的能量ΔE=Δm×931.5MeV≈17.6MeV，4g氘完全參與聚變釋放出能量E=42×6.0×1023×ΔE≈2.11×1025MeV，例6(多選)原來靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的某種放射性元素的原子核，衰變后產(chǎn)生的新核Y和α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)徑跡如圖所示，假定原子核ZAX衰變時(shí)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為Y核和α粒子的動(dòng)能，已知Y核的動(dòng)能為E0，光速為c，下列說法正確的是(A.衰變方程為ZAX→24He+Z-2A-4B.Y核和α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)方向都為逆時(shí)針方向C.該反應(yīng)中質(zhì)量虧損為AD.Y核和α粒子運(yùn)動(dòng)的半徑之比為(Z－2)∶2答案ABC解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，衰變方程為ZAX→24He+Z-2A-4Y，其中α粒子由X核中兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合而成，故A正確;根據(jù)左手定則，Y核和α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)方向都為逆時(shí)針方向，故B正確;根據(jù)Ek＝12mv2，p＝mv，可得p＝2mEk，衰變后產(chǎn)生的Y核和α粒子動(dòng)量大小相等，有p1＝p2，解得α粒子的動(dòng)能E'＝m1m2E0＝A-44E0，衰變后產(chǎn)生的Y核和α粒子總動(dòng)能為E＝E0＋E'＝A4E0，根據(jù)質(zhì)能方程有A4E0＝Δmc2，解得質(zhì)量虧損Δm＝AE04c2，故C正確;粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r＝mvqB，因?yàn)閅核和α粒子動(dòng)量大小相等，跟蹤訓(xùn)練6.(2025·江蘇名校聯(lián)盟聯(lián)考)我國(guó)自主三代核電技術(shù)“華龍一號(hào)”全球首堆示范工程—福清核電5、6號(hào)機(jī)組正式通過竣工驗(yàn)收，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到90%，反映了我國(guó)建立起了更加成熟完備的核科技工業(yè)體系。根據(jù)圖示的原子核的比結(jié)合能曲線，以下判斷中正確的是()A.兩個(gè)12H核結(jié)合成B.兩個(gè)12H結(jié)合成C.我國(guó)核電站發(fā)電就是利用輕核聚變釋放能量D.92235U中核子的平均質(zhì)量比答案A解析兩個(gè)12H核聚變結(jié)合成24He核時(shí)，有質(zhì)量虧損，由質(zhì)能方程可知，兩個(gè)12H核結(jié)合成24He時(shí)要釋放能量，故A正確;能量和質(zhì)量之間只是相差一個(gè)系數(shù)，兩者都反映物體的屬性，彼此之間不存在轉(zhuǎn)化關(guān)系，故B錯(cuò)誤;我國(guó)核電站發(fā)電是利用重核裂變釋放能量，故C錯(cuò)誤;由題圖可知,92235U核的比結(jié)合能比56144Ba核的比結(jié)合能小，由于平均質(zhì)量越小的原子核，7.(多選)太陽輻射的總功率約為4×1026W，其輻射的能量來自聚變反應(yīng)。在聚變反應(yīng)中，一個(gè)質(zhì)量為1876.1MeV/c2(c為真空中的光速)的氘核(12H)和一個(gè)質(zhì)量為2809.5MeV/c2的氚核(13H)結(jié)合為一個(gè)質(zhì)量為3728.4MeV/c2的氦核(24He)，并放出一個(gè)XA.X粒子是質(zhì)子B.X粒子的質(zhì)量為939.6MeV/c2C.太陽每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量約為4.4×109kgD.太陽每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量約為17.6MeV/c2答案BC解析由題中信息知核反應(yīng)方程為12H+13H→24He+01n，X粒子為中子，A錯(cuò)誤;由質(zhì)量守恒可知，X粒子的質(zhì)量m＝(1876.1＋2809.5－3728.4－17.6)MeV/c2＝939.6MeV/c2，B正確;由質(zhì)能方程可知，太陽每秒因輻射損失的質(zhì)量Δm＝Ptc2＝4×1026×1(3×108)2kg＝4.4×109kg，C正確;太陽每秒放出的能量ΔE＝Pt＝4×1026×1J＝4×10261.6×10-19eVA級(jí)基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練對(duì)點(diǎn)練1原子的核式結(jié)構(gòu)1.(多選)關(guān)于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)，下列敘述正確的是()A.原子是一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體B.原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)C.原子的正電荷和負(fù)電荷全部集中在一個(gè)很小的核內(nèi)D.原子直徑的數(shù)量級(jí)大約是10－10m，原子核直徑的數(shù)量級(jí)是10－15m答案BD解析原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)，A錯(cuò)誤，B正確;原子中，原子核帶正電，核外電子帶負(fù)電，C錯(cuò)誤;原子直徑的數(shù)量級(jí)是10－10m，原子核直徑的數(shù)量級(jí)是10－15m，D正確。對(duì)點(diǎn)練2玻爾理論與能級(jí)躍遷氫原子光譜2.(2024·江蘇卷，5)在某原子發(fā)生的躍遷中，輻射如圖所示的4種光子，其中只有一種光子可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，是()A.λ1 B.λ2 C.λ3 D.λ4答案C解析結(jié)合愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，若只有一種光子可以使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則該光子的能量最大，又由題圖可知輻射的λ3光子的能量最大，所以只有λ3光子可以使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，C正確。3.(2025·貴州黔東南模擬)如圖所示，氫原子在可見光區(qū)的4條譜線(記作Hα、Hβ、Hγ和Hδ)分別對(duì)應(yīng)氫原子從n＝3、4、5、6能級(jí)向n＝2能級(jí)的躍遷，下面4幅光譜圖中，合理的是(選項(xiàng)圖中標(biāo)尺的刻度均勻分布，刻度尺從左至右增大)()答案D解析光譜圖中譜線位置表示相應(yīng)光子的波長(zhǎng)，氫原子從n＝3、4、5、6能級(jí)分別向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)射的光子能量增大，所以光子頻率增大，光子波長(zhǎng)減小，在標(biāo)尺上Hα、Hβ、Hγ和Hδ譜線應(yīng)從右向左排列。由于氫原子從n＝3、4、5、6能級(jí)分別向n＝2能級(jí)躍遷釋放光子能量的差值越來越小，所以從右向左4條譜線排列越來越緊密，故D正確。對(duì)點(diǎn)練3原子核的衰變及半衰期4.(2025·黑龍江哈爾濱模擬)關(guān)于原子核衰變，下列說法正確的是()A.100個(gè)鈾核(92238U)經(jīng)一個(gè)半衰期后一定剩50個(gè)鈾核(B.原子核的半衰期在高溫高壓下會(huì)變短C.放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所放出的電子來源于原子核外D.一個(gè)鈾核(92238U)衰變?yōu)殂U核(82206Pb)，要經(jīng)過8次α衰變和答案D解析放射性元素的半衰期是大量的放射性元素的原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)個(gè)別的原子核沒有意義，故A錯(cuò)誤;放射性元素的半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定，與外界的溫度無關(guān)，與化學(xué)狀態(tài)也無關(guān)，故B錯(cuò)誤;放射性元素發(fā)生β衰變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，故C錯(cuò)誤;令鈾核(92238U)衰變?yōu)殂U核(82206Pb)的核反應(yīng)方程為92238U→82206Pb+m24He+n-10e，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得238=206+4m，92=82+2m5.(2025·山東濟(jì)南模擬)2024年1月天津大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)攻克了長(zhǎng)期以來阻礙石墨烯電子學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題，打開了石墨烯帶隙，開啟了石墨烯芯片制造領(lǐng)域“大門”。石墨烯是C的同素異形體，目前已知C的同位素共有15種，其中14C是一種放射性的元素，可衰變?yōu)?4N，如圖所示為包含14C衰變相關(guān)信息，下列說法正確的是()A.當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，14C的半衰期會(huì)發(fā)生改變B.14C轉(zhuǎn)變?yōu)?4N，衰變方式為α衰變C.32個(gè)14C原子核在經(jīng)過22920年后還剩2個(gè)D.當(dāng)14N數(shù)量是14C數(shù)量的3倍時(shí)，14C衰變經(jīng)歷的時(shí)間為11460年答案D解析放射性元素的半衰期是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系，故A錯(cuò)誤;根據(jù)衰變過程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，可得其衰變方程為614C→714N+-10e，則可知其為β衰變，故B錯(cuò)誤;衰變服從量子統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只對(duì)大量的原子才有意義，故C錯(cuò)誤;由題圖可知14C的衰變周期T為5730年，當(dāng)14N數(shù)量是14C數(shù)量的3倍時(shí)，根據(jù)N余＝N原12tT知tT＝2，解得對(duì)點(diǎn)練4核反應(yīng)及核能的計(jì)算6.(2024·河北卷，1)鋰是新能源汽車、儲(chǔ)能和信息通信等新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料。研究表明，鋰元素主要來自宇宙高能粒子與星際物質(zhì)的原子核產(chǎn)生的散裂反應(yīng)，其中一種核反應(yīng)方程為612C＋11H→37Li＋211HA.01n B.C.10e D答案D解析設(shè)X的質(zhì)量數(shù)為A，電荷數(shù)為Z，根據(jù)核反應(yīng)前、后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得A＝12＋1－7－2×1＝4，Z＝6＋1－3－2×1＝2，則X為24He，7.(2024·江蘇卷，3)用粒子X轟擊氮核從原子核中打出了質(zhì)子，該實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程式是X＋714N→11H+A.正電子10e B.中子C.氘核12H D.氦核答案B解析8.(2024·湖北卷，2)硼中子俘獲療法是目前治療癌癥最先進(jìn)的手段之一，510B+01n→3aX+b4YA.a＝7，b＝1B.aB.a＝7，b＝2C.a＝6，b＝1 D.a＝6，b＝2答案B解析9.(2024·浙江6月選考，4)發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為24He+49Be→X+01n，“玉兔二號(hào)”巡視器的核電池中钚238的衰變方程為94238PuA.核反應(yīng)方程中的X為612C B.衰變方程中的Y為C.中子01n的質(zhì)量數(shù)為零 D.钚答案A解析根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知X的質(zhì)量數(shù)為12，電荷數(shù)為6，故X為612C，Y的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，故Y為24He，A正確，B錯(cuò)誤;中子01n的電荷數(shù)為0，質(zhì)量數(shù)為1，C錯(cuò)誤;B級(jí)綜合提升練10.(2025·四川綿陽一模)嫦娥五號(hào)帶回的月壤中蘊(yùn)藏著非常稀有的能源物質(zhì)23He，23He是一種清潔的可控核聚變?nèi)剂?。已?3He與12H聚變時(shí)的核反應(yīng)方程為:12H＋23He→24He＋11H。已知A.3.3MeV B.4.0MeV C.17.6MeV D.18.4MeV答案D解析聚變反應(yīng)前12H的比結(jié)合能為E1＝1.09MeV×2＝2.18MeV，聚變反應(yīng)前23He的比結(jié)合能為E2＝2.57MeV×3＝7.71MeV，聚變反應(yīng)后24He的比結(jié)合能為E3＝7.07MeV×4＝28.28MeV，聚變過程釋放出的能量為ΔE＝E3－E1－E2＝18.39MeV≈18.411.2023年4月12日21時(shí)，中國(guó)有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，成功實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行403秒。其運(yùn)行原理就是在裝置的真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘或氚，通過某種方法產(chǎn)生等離子體，等離子體滿足一定條件就會(huì)發(fā)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生巨大的能量。關(guān)于氫的同位素氘或氚的核聚變，其核反應(yīng)方程為12H＋13H→24He＋X＋17.6MeV，光速c＝3.0×10A.13H的比結(jié)合能大于B.粒子X具有較強(qiáng)的電離能力C.一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生核聚變，質(zhì)量虧損約為3.1×10－29kgD.提升等離子體的密度，在常溫常壓下也能發(fā)生聚變反應(yīng)答案C解析12H和13H聚變?yōu)?4He會(huì)放出能量，可知生成物比反應(yīng)物更加穩(wěn)定，即13H