高中高考物理總復(fù)習(xí)一輪復(fù)習(xí)知識歸納第十二章第十二章第2講

高考試卷試題學(xué)習(xí)資料第2講原子和原子核一、原子物理1.原子的核式結(jié)構(gòu)(1)1909～1911年，英籍物理學(xué)家盧瑟福進行了α粒子散射實驗，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型.(2)α粒子散射實驗的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，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”，如圖1所示.圖1(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運動.2.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eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,22)－eq\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)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義.3.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：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＝6.63×10－34J·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動相對應(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.氫原子的能量和能級變遷(1)能級和半徑公式：①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半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)軌道半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m.(2)氫原子的能級圖，如圖2所示圖2自測1(多選)如圖3所示為α粒子散射實驗裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時觀察到的現(xiàn)象，下述說法中正確的是()圖3A.放在A位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B.放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時稍少些C.放在C、D位置時，屏上觀察不到閃光D.放在D位置時，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少答案ABD解析根據(jù)α粒子散射現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進，少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，A、B、D正確.自測2一個氫原子從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，能量減少C.吸收光子，能量增加D.吸收光子，能量減少答案B二、天然放射現(xiàn)象和原子核1.天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(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(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：防止放射性對人體組織的傷害.2.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)基本關(guān)系①核電荷數(shù)(Z)＝質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝原子的核外電子數(shù).②質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù).(3)X元素的原子核的符號為eq\o\al(A,Z)X，其中A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù).3.原子核的衰變、半衰期(1)原子核的衰變①原子核放出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：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(

A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e當(dāng)放射性物質(zhì)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.③兩個典型的衰變方程α衰變：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e.(2)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·(eq\f(1,2))，m余＝m原·(eq\f(1,2)).4.核力和核能(1)原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力.(2)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.(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2.自測3(2018·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30C.16和30 D.17和31答案B解析將核反應(yīng)方程式改寫成eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(1,0)n＋X，由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，X應(yīng)為eq\o\al(30,15)X.命題點一玻爾理論和能級躍遷1.定態(tài)間的躍遷——滿足能級差(1)從低能級(n)eq\o(→,\s\up7(躍遷))高能級(m)→吸收能量.hν＝Em－En(2)從高能級(m)eq\o(→,\s\up7(躍遷))低能級(n)→放出能量.hν＝Em－En.2.電離電離態(tài)與電離能電離態(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能.例1(多選)(2018·湖南省永州市三模)如圖4所示是玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級示意圖.大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷放出若干頻率的光子，設(shè)普朗克常量為h，下列說法正確的是()圖4A.能產(chǎn)生3種不同頻率的光子B.產(chǎn)生的光子的最大頻率為eq\f(E3－E1,h)C.當(dāng)氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時，氫原子的能量變大D.若氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時放出的光子恰好能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則當(dāng)氫原子從能級n＝3躍遷到n＝1時放出的光子照到該金屬表面時，逸出的光電子的最大初動能為E3－E2答案ABD解析根據(jù)Ceq\o\al(2,n)可得從n＝3能級向低能級躍遷能產(chǎn)生Ceq\o\al(2,3)＝3種不同頻率的光子，A正確；產(chǎn)生的光子有最大能量的是從n＝3能級向n＝1能級躍遷時產(chǎn)生的，根據(jù)公式hν＝E3－E1，解得ν＝eq\f(E3－E1,h)，B正確；從高能級向低能級躍遷，釋放光子，氫原子能量變小，C錯誤；若氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時放出的光子恰好能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則當(dāng)氫原子從能級n＝3躍遷到n＝1時放出的光子照到該金屬表面時，逸出的光電子的最大初動能為Ekm＝hν－W0＝(E3－E1)－(E2－E1)＝E3－E2，故D正確.變式1(多選)(2018·山東省煙臺市上學(xué)期期末)如圖5，一群處于n＝5能級的氫原子在向n＝1的能級躍遷的過程中()圖5A.放出4種頻率不同的光子B.放出10種頻率不同的光子C.放出的光子的最大能量為13.06eV，最小能量為0.66eVD.放出的光子有的能使逸出功為13eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象答案BD解析一群處于n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時，共產(chǎn)生Ceq\o\al(2,5)＝eq\f(5×4,2)＝10種頻率不同的光子，故A項錯誤，B項正確；根據(jù)玻爾理論知能級差越大，躍遷時放出的光子能量越大，故ΔEmax＝E5－E1＝－0.54eV－(－13.6eV)＝13.06eV，ΔEmin＝E5－E4＝－0.54eV－(－0.85eV)＝0.31eV，C項錯誤；因ΔEmax＝13.06eV>13eV，故有的光子的能量大于逸出功可以使逸出功為13eV的金屬發(fā)出光電效應(yīng)，D項正確.變式2(2019·四川省成都市調(diào)研)氫原子能級圖如圖6所示，當(dāng)氫原子從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時，輻射光的波長為656nm，下列判斷正確的是()圖6A.氫原子從n＝2的能級躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長大于656nmB.當(dāng)氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時，輻射出的光子不能使逸出功為2.25eV的鉀發(fā)生光電效應(yīng)C.一個處于n＝4的能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生6種譜線D.用能量為1.0eV的光子照射處于n＝4能級的氫原子，可以使氫原子電離答案D解析氫原子從n＝2的能級躍遷到n＝1的能級時，輻射光的能量大于氫原子從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時輻射光的能量，根據(jù)E＝eq\f(hc,λ)可知，氫原子從n＝2的能級躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長一定小于656nm，故A錯誤；從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時輻射出的光子能量為2.55eV，大于金屬鉀的逸出功，能使鉀發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯誤；一個處于n＝4的能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線，故C錯誤；當(dāng)處于n＝4能級的氫原子吸收的能量大于或等于0.85eV時，將會被電離，故D正確.命題點二原子核的衰變及半衰期1.衰變規(guī)律及實質(zhì)(1)α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變過程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(

A,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1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子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勻強磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒(2)γ射線：γ射線經(jīng)常伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生.其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(原子核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子.2.確定衰變次數(shù)的方法因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，所以先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù).3.半衰期(1)公式：N余＝N原(eq\f(1,2))，m余＝m原(eq\f(1,2)).(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān).例2(2017·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)歷的時間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)量答案B解析靜止的鈾核在α衰變過程中，滿足動量守恒的條件，根據(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；根據(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，伴隨著一定的能量放出，即衰變過程中有一定的質(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.變式3(多選)(2018·河南省濮陽市第二次模擬)關(guān)于原子和原子核，下列說法正確的是()A.α粒子散射實驗表明，原子是可分的B.原子核發(fā)生β衰變，原子核的質(zhì)子數(shù)會增加C.外界的溫度越高，原子半衰期越短D.根據(jù)玻爾理論可知，氫原子從高能級向低能級躍遷時，可以輻射各種不同頻率的光子答案AB解析盧瑟福由α粒子散射實驗提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)，即原子是可分的，A正確；經(jīng)過一次β衰變，電荷數(shù)多1，質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù)，則質(zhì)子數(shù)增加1個，B正確；原子的半衰期與外界因素?zé)o關(guān)，C錯誤；據(jù)玻爾理論可知，氫原子從高能級向低能級躍遷時，可以輻射特定頻率的光子，D錯誤.變式4(多選)(2018·廣東省汕頭市第二次模擬)如圖7，靜止的eq\o\al(238,92)U核發(fā)生α衰變后生成反沖Th核，兩個產(chǎn)物都在垂直于它們速度方向的勻強磁場中做勻速圓周運動，下列說法正確的是()圖7A.衰變方程可表示為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB.Th核和α粒子的圓周軌道半徑之比為1∶45C.Th核和α粒子的動能之比為1∶45D.Th核和α粒子在勻強磁場中旋轉(zhuǎn)的方向相反答案AB解析已知α粒子為eq\o\al(4,2)He，則由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可知，衰變方程為：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，故A正確；Th核和α粒子都帶正電荷，則在題圖勻強磁場中都是逆時針旋轉(zhuǎn)，故D錯誤；由動量守恒可得衰變后eq\f(vTh,vα)＝eq\f(mα,mTh)＝eq\f(4,234)，則Th核和α粒子的動能之比eq\f(\f(1,2)mThv\o\al(

2,Th),\f(1,2)mαv\o\al(

2,α))＝eq\f(234,4)×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,234)))2＝eq\f(4,234)＝eq\f(2,117)，故C錯誤；粒子在勻強磁場中運動，洛倫茲力提供向心力，所以有Bvq＝eq\f(mv2,R)，則R＝eq\f(mv,Bq)，所以Th核和α粒子的圓周軌道半徑之比eq\f(RTh,Rα)＝eq\f(mThvTh,BqTh)∶eq\f(mαvα,Bqα)＝eq\f(234,4)×eq\f(4,234)×eq\f(2,90)＝eq\f(1,45)，故B正確.命題點三核反應(yīng)及核反應(yīng)類型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)斯た刂芿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)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)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)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)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?nèi)菀卓刂芿q\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)n2.核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ).如質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)、中子(eq\o\al(1,0)n)、α粒子(eq\o\al(4,2)He)、β粒子(eq\o\al(

0,－1)e)、正電子(eq\o\al(

0,＋1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等.(2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“→”表示反應(yīng)方向.(3)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒.例3(2016·全國卷Ⅱ·35(1))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.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HE.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nF.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n答案CABEF解析α衰變是一種放射性衰變，α粒子(eq\o\al(4,2)He)會從原子核中射出，C項符合要求；β衰變是指自原子核內(nèi)自發(fā)地放出一個電子(eq\o\al(

0,－1)e)，同時原子序數(shù)增加1的過程，A、B兩項符合要求；裂變是指一些質(zhì)量非常大的原子核，如鈾、釷和钚等在吸收一個中子后分裂成兩個或更多質(zhì)量較小的原子核，同時放出多個中子和很大能量的過程，只有E項符合要求；聚變是指由兩個輕原子核(一般是氘核和氚核)結(jié)合成較重原子核(氦核)并放出大量能量的過程，F(xiàn)項符合要求.變式5(2018·廣西桂林市、賀州市期末聯(lián)考)下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是鈾核的裂變B.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變反應(yīng)C.核反應(yīng)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋X中的X是質(zhì)子D.盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,0)n答案B解析eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是衰變方程，選項A錯誤；eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變反應(yīng)，選項B正確；核反應(yīng)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋X中的X質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為零，則X是中子，選項C錯誤；盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，選項D錯誤.變式6(2018·安徽省池州市上學(xué)期期末)有關(guān)核反應(yīng)方程，下列說法正確的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He屬于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.核反應(yīng)方程eq\o\al(210,84)Po→eq\o\al(y,82)X＋eq\o\al(4,2)He中的y＝206，X的中子個數(shù)為128D.鈾核裂變的核反應(yīng)為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)n答案A解析α衰變是重核自發(fā)地放出α粒子的天然放射現(xiàn)象，其中α粒子是eq\o\al(4,2)He，故A正確；eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的原子核人工轉(zhuǎn)變，故B錯誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒：y＝210－4＝206，X的中子個數(shù)為206－82＝124，故C錯誤；鈾核裂變屬于重核裂變，不能自發(fā)進行，鈾核裂變的核反應(yīng)為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，故D錯誤.命題點四質(zhì)量虧損及核能的計算1.利用質(zhì)能方程計算核能(1)根據(jù)核反應(yīng)方程，計算出核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損Δm.(2)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能.質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2中Δm的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則ΔE的單位為“J”.(3)ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位用“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5MeV計算ΔE，此時ΔE的單位為“MeV”，即1u＝1.6606×10－27kg，相當(dāng)于931.5MeV，這個結(jié)論可在計算中直接應(yīng)用.2.利用比結(jié)合能計算核能原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù).核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能.例4(2017·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.3.3MeVC.2.7MeV D.0.93MeV答案B解析根據(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B正確，A、C、D錯誤.變式7(多選)(2018·云南省統(tǒng)一檢測)原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化圖象如圖8所示，根據(jù)該曲線，下列判斷正確的是()圖8A.中等質(zhì)量核的比結(jié)合能大，這些核較穩(wěn)定B.eq\o\al(2,1)H核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定C.eq\o\al(235,92)U核裂變成兩個中等質(zhì)量的核時釋放能量D.eq\o\al(89,36)Kr核的比結(jié)合能比eq\o\al(235,92)U核的小答案AC解析由題圖可知，中等質(zhì)量的原子核的比結(jié)合能大，所以中等質(zhì)量的原子核穩(wěn)定，故A正確；由題圖可知eq\o\al(2,1)H核離中等質(zhì)量的原子核更遠，故eq\o\al(2,1)H核比eq\o\al(6,3)Li核更不穩(wěn)定，故B錯誤；重核裂變成中等質(zhì)量的核，有質(zhì)量虧損，釋放能量，故C正確；由題圖可知，eq\o\al(89,36)Kr核的比結(jié)合能比eq\o\al(235,92)U核的大，故D錯誤.變式8(2018·河北省定州中學(xué)承智班月考)一個不穩(wěn)定的原子核質(zhì)量為M，處于靜止?fàn)顟B(tài)，放出一個質(zhì)量為m的粒子后反沖.已知放出的粒子的動能為E0，則原子核反沖的動能為()A.E0 B.eq\f(m,M)E0C.eq\f(m,M－m)E0 D.eq\f(Mm,M－m2)E0答案C解析放出質(zhì)量為m的粒子后，剩余質(zhì)量為M－m，該過程動量守恒，有：mv0＝(M－m)v①放出的粒子的動能為：E0＝eq\f(1,2)mv02②原子核反沖的動能：Ek＝eq\f(1,2)(M－m)v2③聯(lián)立①②③得：Ek＝eq\f(m,M－m)E0，故A、B、D錯誤，C正確.1.在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看做靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是()答案C解析金箔中的原子核與α粒子都帶正電，α粒子接近原子核過程中受到斥力而不是引力作用，A、D錯誤；由原子核對α粒子的斥力作用及物體做曲線運動的條件知曲線軌跡的凹側(cè)應(yīng)指向α粒子所受力的方向，B錯誤，C正確.2.下列說法正確的是()A.在鈾核的裂變中，當(dāng)鈾塊的體積小于“臨界體積”時，不能發(fā)生鏈式反應(yīng)B.鈾元素的半衰期為T，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，鈾元素的半衰期也發(fā)生變化C.輕核聚變的過程質(zhì)量增大，重核裂變的過程有質(zhì)量虧損D.比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成(或分裂成)比結(jié)合能大的原子核時一定吸收能量答案A解析在鈾核的裂變中，當(dāng)鈾塊的體積小于“臨界體積”時，不能發(fā)生鏈式反應(yīng)，故A正確；半衰期與溫度無關(guān)，由原子核內(nèi)部因素決定，故B錯誤；重核裂變和輕核聚變都有質(zhì)量虧損，向外輻射能量，故C錯誤；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成(或分裂成)比結(jié)合能大的原子核時有質(zhì)量虧損，釋放能量，故D錯誤.3.(2018·山西省晉城市第一次模擬)關(guān)于原子核，下列說法正確的是()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.鈾235裂變方程為eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nC.比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定D.把放射性元素摻雜到其他穩(wěn)定元素中，放射性元素的衰變會變慢答案C解析原子核的β衰變過程是中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子而釋放出電子的過程，核外電子沒有參與該反應(yīng)，選項A錯誤；鈾235必須吸收慢中子后才能發(fā)生裂變，選項B錯誤；原子核的比結(jié)合能越大，原子核越難分離，原子核越穩(wěn)定，選項C正確；放射性元素衰變的快慢與其物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，選項D錯誤.4.(2018·安徽省宣城市第二次調(diào)研)下列四幅圖涉及不同的物理知識，如圖1所示，其中說法正確的是()圖1A.圖甲，盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子B.圖乙，用中子轟擊鈾核使其發(fā)生聚變，鏈式反應(yīng)會釋放出巨大的核能C.圖丙，玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的D.圖丁，湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)答案C解析題圖甲：盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果，得出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故A錯誤；題圖乙：用中子轟擊鈾核使其發(fā)生裂變，裂變反應(yīng)會釋放出巨大的核能，故B錯誤；題圖丙：玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的，故C正確；題圖?。簻穼O通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子有一定結(jié)構(gòu)，天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，故D錯誤.5.(2018·重慶市上學(xué)期期末抽測)關(guān)于近代物理發(fā)展的成果，下列說法正確的是()A.只要增加入射光的強度，光電效應(yīng)就可以發(fā)生B.氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時會輻射特定頻率的光子C.環(huán)境溫度越高，原子核衰變的速度越快D.任何核反應(yīng)都遵從質(zhì)量守恒定律答案B解析發(fā)生光電效應(yīng)和入射光的強度沒有關(guān)系，只要大于等于金屬極限頻率就可以發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯誤；根據(jù)玻爾氫原子模型的相關(guān)理論，電子軌道和能量都是量子化的，而在“躍遷”過程中要遵循h(huán)ν＝Em－En，故只能輻射特定頻率的光子，故B正確；衰變和元素本身有關(guān)，和溫度無關(guān)，故C錯誤；愛因斯坦的質(zhì)能方程表明核反應(yīng)中存在質(zhì)量虧損，故D錯誤.6.(2018·山東省煙臺市上學(xué)期期末)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這一模型建立的基礎(chǔ)是()A.α粒子散射實驗B.電子的發(fā)現(xiàn)C.光電效應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)D.天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)答案A7.(2019·河北省秦皇島市質(zhì)檢)關(guān)于原子核，下列說法正確的是()A.比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定B.一群處于n＝3能級的氫原子，向較低能級躍遷時最多只能放出兩種頻率的光子C.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天后的質(zhì)量為50克D.β衰變所釋放的電子來自原子核外的電子答案A解析原子核的比結(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，故A正確；由玻爾理論知氫原子的能量是不連續(xù)的，一群氫原子處于n＝3的能級，最多只能放出三種頻率的光子，故B錯誤；設(shè)原來eq\o\al(210,83)Bi的質(zhì)量為m0，衰變后剩余質(zhì)量為m則有：m＝m0(eq\f(1,2))＝100×(eq\f(1,2))g＝25g，即可知剩余eq\o\al(210,83)Bi的質(zhì)量為25g，故C錯誤；β衰變所釋放的電子是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子時產(chǎn)生的，故D錯誤.8.(2018·山東省臨沂市上學(xué)期期末)下列有關(guān)放射性知識的說法中正確的是()A.放射現(xiàn)象說明原子具有核式結(jié)構(gòu)B.β射線與γ射線都是電磁波，但β射線穿透本領(lǐng)比γ射線強C.氡的半衰期為3.8天，4個氡原子核經(jīng)過3.8天后就一定只剩下2個氡原子核D.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衰變答案D解析盧瑟福通過α粒子散射實驗提出原子具有核式結(jié)構(gòu)，天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，故A錯誤；β射線是電子流，不是電磁波，穿透本領(lǐng)比γ射線弱，故B錯誤；半衰期是對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律，對于單個或者少數(shù)原子核是不成立的，故C錯誤；eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb質(zhì)量數(shù)減少32，則發(fā)生8次α衰變，電荷數(shù)總共少16，但是此衰變電荷數(shù)少10，可知發(fā)生6次β衰變，D正確.9.(2018·江西省十所省重點高中二模)下列核反應(yīng)方程中，表示核聚變過程的是()A.eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)eB.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eD.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He答案B10.(多選)(2016·全國卷Ⅲ·35(1)改編)一靜止的鋁原子核eq\o\al(27,13)Al俘獲一速度為1.0×107m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核eq\o\al(28,14)Si*.下列說法正確的是()A.核反應(yīng)方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*B.核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒C.核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒D.核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和答案AB解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得，核反應(yīng)方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*，A正確；核反應(yīng)過程中釋放的核力遠遠大于外力，故系統(tǒng)動量守恒，B正確；核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量守恒，C錯誤；由于反應(yīng)過程中，要釋放大量的能量，伴隨著質(zhì)量虧損，所以生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量之和，D錯誤.11.(2018·山西省長治、運城、大同、朔州、陽泉五地市聯(lián)考)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，式中X是某種粒子.已知：eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(4,2)He和粒子X的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速.由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知()A.粒子X是eq\o\al(1,1)HB.該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為0.0289uC.該反應(yīng)釋放出的能量約為17.6MeVD.該反應(yīng)中釋放的全部能量轉(zhuǎn)化為粒子X的動能答案C解析根據(jù)核反應(yīng)前、后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可判斷X為中子，選項A錯誤；該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝2.0141u＋3.0161u－4.0026u－1.0087u＝0.0189u，故B錯誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程可知釋放出的能量為ΔE＝0.0189×931.5MeV≈17.6MeV，選項C正確；該反應(yīng)中釋放的能量一部分轉(zhuǎn)化為粒子X的動能，一部分轉(zhuǎn)化為eq\o\al(4,2)He的動能，故D錯誤.12.(2018·廣東省廣州市4月模擬)有一钚的同位素eq\o\al(239,94