第18講原子物理（解析版）-2024高考二輪復習二十五講

2024高考二輪復習二十五講第18講、原子物理第一部分織網(wǎng)點睛，綱舉目張一、光電效應1．建構學問體系2．把握兩個重要關系(1)遏止電壓Uc與入射光頻率ν、逸出功W0間的關系：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)。(2)截止頻率νc與逸出功W0的關系：hνc＝W0，據(jù)此求出截止頻率νc。二、玻爾理論1．建構學問體系2．把握解題思路(1)依據(jù)玻爾的氫原子模型，電子在各軌道上穩(wěn)定運動時，有eq\f(ke2,r2)＝meq\f(v2,r)，可得eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)，可知，氫原子的核外電子向靠近原子核的軌道躍遷時，電子動能增大，庫侖力增大，庫侖力做正功，系統(tǒng)電勢能削減，原子能量削減。(2)一群處于較高能級n的氫原子向低能級躍遷時，釋放出的譜線條數(shù)為Ceq\o\al(2,n)，而一個處于較高能級n的氫原子向低能級躍遷時，釋放出的光譜線條數(shù)最多為n－1。氫原子在能級之間發(fā)生躍遷時，吸取或放出的光子頻率是某些特定值，但使處于某能級的氫原子發(fā)生電離，吸取的能量或光子的頻率可以是高于某一特定值的任意值。三、原子核及其衰變1．建構學問體系2．辨析兩類問題(1)α粒子、β粒子、γ射線粒子分別為eq\o\al(4,2)He、eq\o\al(0,－1)e、光子，它們的組成不同，特性不同，在電場、磁場中的偏轉規(guī)律也不同。(2)α衰變和β衰變次數(shù)的確定方法：由于β衰變不轉變質量數(shù)，故可以先由質量數(shù)轉變確定α衰變的次數(shù)，再依據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù)。3．規(guī)避三個易錯點(1)半衰期是反映衰變快慢的物理量，其長短由核內自身的因素打算，與原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關。(2)半衰期是一個對放射性元素的大量原子核而言的統(tǒng)計概念，對個別原子核來說沒有什么意義。(3)留意區(qū)分兩個質量，已發(fā)生衰變的質量為，未發(fā)生衰變的質量為。四、愛因斯坦質能方程核能1．建構學問體系2．把握兩種技能(1)核反應方程的書寫核反應方程遵循的兩個基本規(guī)律：質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。(2)核能的計算①愛因斯坦質能方程：物體的能量和質量之間存在著親密的聯(lián)系，它們的關系是E＝mc2，這就是愛因斯坦的質能方程。另一個表達形式是ΔE＝Δmc2。②應用公式ΔE＝Δmc2時應選用國際單位，即ΔE的單位為焦耳，Δm的單位為千克，c的單位為米/秒。③1u相當于931.5MeV，其中u為原子質量單位：1u＝1.660566×10－27kg,1MeV＝106eV,1eV＝1.6×10－19J。其次部分實戰(zhàn)訓練，高考真題演練1．（2023年6月高考浙江選考科目）有一種新型光電效應量子材料，其逸出功為W0。當紫外光照射該材料時，只產(chǎn)生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得條紋間距為?x。已知電子質量為m，普朗克常量為h，光速為c，則（）A．電子的動量B．電子的動能C．光子的能量D．光子的動量【參考答案】.AD【名師解析】依據(jù)雙縫干涉條紋間隔公式△x=Lλ/d，可得λ=d△x/L。電子動量p=h/λ=，A正確；電子動能Ek===，B錯誤；依據(jù)愛因斯坦光電效應方程，Ek=E-W0，解得光子能量E=W0+，C錯誤；由E=cp可得光子動量p=W0/c+，D正確。2.（2023學業(yè)水公平級考試上海卷）關于α粒子散射試驗，下列說法正確的是A.試驗必需在真空中進行B.熒光屏的作用是為了阻擋α粒子C.試驗用顯微鏡必需正對放射源D.證明白原子核內有質子存在【參考答案】A【名師解析】由于α粒子具有很強的電離作用，所以α粒子散射試驗裝置必需在真空中進行，否則α粒子會電離空氣，影響試驗結果，A正確；α粒子打在熒光屏上產(chǎn)生熒光，所以熒光屏的作用是為了便于觀看，B錯誤；為了觀看射向不同方向的α粒子數(shù)目，顯微鏡要更換不同位置觀看，C錯誤；盧瑟福利用α粒子散射試驗，證明白原子的有核模型，不能證明核內有質子存在，D錯誤。3.（2023高考山東高中學業(yè)水公平級考試）“夢天號”試驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組放射升空，對提升我國導航定位、深空探測等技術具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系，原子吸取頻率為的光子從基態(tài)能級I躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ，然后自發(fā)輻射出頻率為的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，并在肯定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，實現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最終輻射出頻率為的光子回到基態(tài)。該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率為（）A. B. C. D.【參考答案】D【名師解析】原子吸取頻率為光子從基態(tài)能級I躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ時有且從激發(fā)態(tài)能級Ⅱ向下躍遷到基態(tài)I的過程有聯(lián)立解得，D正確。4．（2023年6月高考浙江選考科目）“玉兔二號”裝有核電池，不懼漫長寒冷的月夜。核電池將衰變釋放的核能一部分轉換成電能。的衰變方程為，則（）A．衰變方程中的X等于233B．的穿透力量比γ射線強C．比的比結合能小D．月夜的寒冷導致的半衰期變大【參考答案】.C【名師解析】依據(jù)核反應方程遵循質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知X=238-4=234，A錯誤；γ射線的穿透力量比α射線穿透力量強，B錯誤；依據(jù)原子核衰變的產(chǎn)物的比結合能大于放射性原子核可知，Pu比U的比結合能小，C正確；半衰期與原子核所處的物理化學狀態(tài)無關，D錯誤。5.（2023高考全國甲卷）在下列兩個核反應方程中X+N→Y+OY+Li→2XX和Y代表兩種不同的原子核，以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質量數(shù)，則A.Z=1，A=1，B.Z=1，A=2，C.Z=2，A=3，D.Z=2，A=4，【參考答案】D【命題意圖】本題考查核反應方程及其相關學問點。【解題思路】設Y的電荷數(shù)為Z’,質量數(shù)為A’，依據(jù)核反應方程滿足的質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，Z+7=Z’+8，A+14=A’+17，Z’+3=2Z，A’+7=2A，聯(lián)立解得：Z=2，A=4，Z’=1，A’=1，即Y為質子，X為氦核，D正確。6.（2023高考全國乙卷）2022年10月，全球眾多天文設施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該大事觀測中作出重要貢獻。由觀測結果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內釋放的能量量級為。假設釋放的能量來自于物質質量的削減，則每秒鐘平均削減的質量量級為（光速為）A. B. C. D.【參考答案】C【命題意圖】本題考查平拋運動及其相關學問點?！窘忸}思路】1s時間內釋放的能量為△E=1.6×1046J，由質能方程可得△E=△mc2，解得△m=1029kg，C正確?！疽族e提示】留意1分鐘釋放的能量要轉化為1s時間內釋放的能量。7.（2023高考選擇性考試遼寧卷）原子處于磁場中，某些能級會發(fā)生劈裂。某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示，相應能級躍遷放出的光子分別設為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則（）A.①和③的能量相等B.②的頻率大于④的頻率C.用②照射該金屬肯定能發(fā)生光電效應D.用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek【參考答案】A【名師解析】由圖可知①和③對應的躍遷能級差相同，可知①和③的能量相等，選項A正確；因②對應的能級差小于④對應的能級差，可知②的能量小于④的能量，依據(jù)可知②的頻率小于④的頻率，選項B錯誤；因②對應的能級差小于①對應的能級差，可知②的能量小于①，②的頻率小于①，則若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應，用②照射該金屬不肯定能發(fā)生光電效應，選項C錯誤；因④對應的能級差大于①對應的能級差，可知④的能量大于①，即④的頻率大于①，因用①照射某金屬表面時能逸出光電子的最大初動能為Ek，依據(jù)則用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能大于Ek，選項D錯誤。8.（2023學業(yè)水公平級考試上海卷）單光子能量為8eV的一種光的波長是；下一代超高精度原子鐘中，發(fā)生如下核反應：U→Th+。已知普朗克常數(shù)h=6.63×10-34Js，e=1.6×10-19C?！緟⒖即鸢浮?.55×10-7mHe?！久麕熃馕觥肯劝褑喂庾幽芰?eV變換成8×1.6×10-19J=12.8×10-19J，由E=hc/λ得出光的波長λ=1.55×10-7m。依據(jù)核反應方程遵循質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知釋放出的粒子為質量數(shù)4，電荷數(shù)2的氦核。9.（2023高考海南卷）釷元素衰變時會放出β粒子，其中β粒子是（）A.中子 B.質子 C.電子 D.光子【參考答案】C【名師解析】放射性元素衰變時放出的三種射線α、β、γ分別是氦核流、電子流和光子流。其中β粒子是電子，C正確。10．（2023全國高考新課程卷）銫原子基態(tài)的兩個超精細能級之間躍遷放射的光子具有穩(wěn)定的頻率，銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級為10-5eV，躍遷放射的光子的頻率量級為（普朗克常量，元電荷）（）A．103HzB．106HzC．109HzD．1012Hz【參考答案】.C【名師解析】能級差量級為10-5eV，躍遷放射的光子能量E=10-5eV=1.6×10-19×10-5J=1.6×10-24J，依據(jù)光子能量公式E=hv，解得v的數(shù)量級為109Hz，C正確。11.（2023高考湖南卷）2023年4月13日，中國“人造太陽”反應堆中科院環(huán)流器裝置（EAST）創(chuàng)下新紀錄，實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行，為可控核聚變的最終實現(xiàn)又向前邁出了重要的一步，下列關于核反應的說法正確的是（）A.相同質量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多B.氘氚核聚變的核反應方程為C.核聚變的核反應燃料主要是鈾235D.核聚變反應過程中沒有質量虧損【參考答案】A【名師解析】相同質量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多，A正確；依據(jù)核反應方程滿足的質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，氘氚核聚變的核反應方程為，B錯誤；核裂變的核反應燃料主要是鈾235，而核聚變的核反應燃料主要是氘和氚，C錯誤；依據(jù)質能方程，任何釋放能量的核反應都有質量虧損，所以核聚變反應過程中有質量虧損，D錯誤。12.（2023高考湖北卷）2022年10月，我國自主研發(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功放射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡可用于探測波長為的氫原子譜線（對應的光子能量為）。依據(jù)如圖所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子（）A.和能級之間的躍遷 B.和能級之間的躍遷C.和能級之間的躍遷 D.和能級之間的躍遷【參考答案】A【名師解析】由圖中可知n=2和n=1能級差之間的能量差值為與探測器探測到的譜線能量相等，故可知此譜線來源于太陽中氫原子n=2和n=1能級之間的躍遷。A正確。13.（2023高考海南卷）已知一個激光放射器功率為，放射波長為的光，光速為，普朗克常量為，則（）A.光的頻率為 B.光子的能量為C.光子的動量為 D.在時間內激光器放射的光子數(shù)為【參考答案】AC【名師解析】光的頻率，選項A正確；光子的能量，選項B錯誤；光子的動量，選項C正確；在時間t內激光器放射的光子數(shù)，選項D錯誤。14.（2022天津學業(yè)水平選擇性考試）不同波長的電磁波具有不同的特性，在科研、生產(chǎn)和生活中有廣泛的應用。a、b兩單色光在電磁波譜中的位置如圖所示。下列說法正確的是（）A.若a、b光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差大B.若a、b光分別照射同一小孔發(fā)生衍射，a光的衍射現(xiàn)象更明顯C.若a、b光分別照射同一光電管發(fā)生光電效應，a光的遏止電壓高D.若a、b光分別作為同一雙縫干涉裝置光源時，a光的干涉條紋間距大【參考答案】BD【命題意圖】本題以電磁波譜切入，考查能級、光電效應、雙縫干涉、光的衍射及其相關學問點。【名師解析】由圖中a、b兩單色光在電磁波譜中的位置，推斷出a光的波長大于b光的波長，a光的頻率小于b光的頻率。若a、b光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，依據(jù)玻爾原子理論的頻率條件可知產(chǎn)生a光的能級能量差小，故A錯誤；若a、b光分別照射同一小孔發(fā)生衍射，依據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，a光的衍射現(xiàn)象更明顯，故B正確；在分別照射同一光電管發(fā)生光電效應時，依據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知a光的遏止電壓低，故C錯誤；a、b光分別作為同一雙縫干涉裝置光源時，相鄰兩條亮紋或暗紋的中心間距可知a光的干涉條紋間距大，故D正確。15.（2022天津學業(yè)水平選擇性考試）從夸父逐日到羲和探日，中華民族對太陽求知探究從未停留。2021年10月，我國第一顆太陽探測科學技術試驗衛(wèi)星“羲和號”順當升空。太陽的能量由核反應供應，其中一種反應序列包含核反應：，下列說法正確的是（）A.X是中子 B.該反應有質量虧損C.比的質子數(shù)多 D.該反應是裂變反應【參考答案】B【命題意圖】本題考查核反應及其相關學問點?！久麕熃馕觥恳罁?jù)核反應過程滿足質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，可知X是質子，故A錯誤；兩個輕核結合成質量較大的核，核反應屬于聚變反應，反應過程存在質量虧損，釋放能量，故B正確，D錯誤；與的質子數(shù)相同，均為2個質子，故C錯誤。16.（2022新高考福建卷）2011年3月，日本發(fā)生的大地震造成了福島核電站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰變方程為，半衰期為8天，已知，，，則下列說法正確的是（）A.衰變產(chǎn)生的射線來自于原子的核外電子B.該反應前后質量虧損C.放射性元素發(fā)生的衰變?yōu)樗プ僁.經(jīng)過16天，75%的原子核發(fā)生了衰變【參考答案】D【命題意圖】此題考查放射性元素衰變、質量虧損、半衰期及其相關學問點。【名師解析】依據(jù)題述，放射性元素的衰變方程為，釋放出的是電子，所以放射性元素發(fā)生的衰變?yōu)樗プ?，選項C錯誤；放射β衰變時，原子核內中子轉化為質子和電子，大量電子從原子核釋放出來形成射線，選項A錯誤；該反應前后質量虧損為，選項B錯誤；由于半衰期為8天，可知經(jīng)過16天，即經(jīng)過兩個半衰期，沒有衰變的放射性元素只剩下1/4,即75%的原子核發(fā)生了衰變，故D正確。17.（2023高考江蘇學業(yè)水平選擇性考試）“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設波長為。若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：（1）每個光子的動量p和能量E；（2）太陽輻射硬X射線的總功率P?！緟⒖即鸢浮浚?），；（2）【名師解析】（1）由題意可知每個光子的動量為每個光子的能量為（2）太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，依據(jù)題意設t秒放射總光子數(shù)為n，則可得所以t秒輻射光子的總能量太陽輻射硬X射線的總功率18．（2023高考北京卷）在發(fā)覺新的物理現(xiàn)象后，人們往往試圖用不同的理論方法來解釋，比如，當發(fā)覺光在地球四周的重力場中傳播時其頻率會發(fā)生變化這種現(xiàn)象后，科學家分別用兩種方法做出了解釋．現(xiàn)象：從地面P點向上發(fā)出一束頻率為的光，射向離地面高為H（遠小于地球半徑）的Q點處的接收器上，接收器接收到的光的頻率為．方法一：依據(jù)光子能量（式中h為普朗克常量，m為光子的等效質量，c為真空中的光速）和重力場中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的頻率．方法二：依據(jù)廣義相對論，光在有萬有引力的空間中運動時，其頻率會發(fā)生變化，將該理論應用于地球四周，可得接收器接收到的光的頻率，式中G為引力常量，M為地球質量，R為地球半徑．下列說法正確的是（）A．由方法一得到，g為地球表面四周的重力加速度B．由方法二可知，接收器接收到的光的波長大于發(fā)出時間的波長C．若從Q點發(fā)出一束光照射到P點，從以上兩種方法均可知，其頻率會變小D．通過類比，可知太陽表面發(fā)出的光的頻率在傳播過程中變大【參考答案】B【名師解析】方法一中，由能量守恒定律，hν0=mgH+hν，解得v=ν0（1-），A錯誤；依據(jù)方法二接收器接收到的光的頻率公式，可知，接收到的光的頻率小于發(fā)出時間的頻率，利用波長與頻率成反比可知，接收器接收到的光的波長大于發(fā)出時間的波長，B正確；若從Q點發(fā)出一束光折射到P點，從以上兩種方法均可知，其頻率會變大，C錯誤；通過類比，可知，由于太陽質量遠大于地球質量，太陽表面發(fā)出的光的頻率在傳播過程中需要克服太陽引力做功，所以太陽表面發(fā)出的光的頻率在傳播過程中變小，D錯誤。19．（2023高考北京卷）下列核反應方程中括號內的粒子為中子的是（）A．B．C．D．【參考答案】A【名師解析】依據(jù)核反應方程遵循質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知A選項括號中為2個中子，B選項括號中為氦核，C選項括號中為質子，D選項括號中為電子，A正確。20．（2023廣東卷）理論認為，大質量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應的影響．下列說法正確的是（）A．Y是粒子，射線穿透力量比射線強B．Y是粒子，射線電離力量比射線強C．Y是粒子，射線穿透力量比射線強D．Y是粒子，射線電離力量比射線強【參考答案】D【名師解析】依據(jù)核反應方程遵循的質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知Y是粒子，由于α粒子帶兩個正電荷，所以射線射線電離力量比射線強，D正確。21.（2023天津卷）關于太陽上進行的核聚變，下列說法正確的是（）A.核聚變需要在高溫下進行 B.核聚變中電荷不守恒C.太陽質量不變 D.太陽核反應方程式：【參考答案】A【名師解析】由于高溫時才能使得粒子的熱運動猛烈，才有可能克服他們自身相互間的排斥力，使得它們間的距離縮短，才能發(fā)生聚變，故A正確；核聚變中電荷是守恒的，故B錯誤；由于太陽始終在發(fā)生核聚變，需要放出大量能量，依據(jù)質能方程可知是要消耗肯定的質量的，故C錯誤；太陽中的核聚變的方程為，題中D選項核反應為核裂變方程，故D錯誤。9.（2023高考福建卷）福建福清核電站接受我國完全自主研發(fā)的“華龍一號”反應堆技術，建設了平安級別世界最高的機組。機組利用235U核裂變釋放的能量發(fā)電，典型的核反應方程為，則A=_________；Z=_________；若核反應過程中質量虧損1g，釋放的能量為_________J。（光速大小取3.0×108m/s）【參考答案】①.92②.56③.9×1013【名師解析】依據(jù)核反應前后質量數(shù)守恒有1＋235=141＋A＋3，解得A=92。依據(jù)核反應前后電荷數(shù)守恒有92=Z＋36，解得Z=56。依據(jù)愛因斯坦質能方程可知核反應過程中質量虧損1g，釋放的能量為E=mc2=1×10－3×9.0×1016J=9×1013J22.（2023高考河北卷）2022年8月30日，國家航天局正式發(fā)布了“羲和號”太陽探測衛(wèi)星國際上首次在軌獵取的太陽譜線精細結構。是氫原子巴耳末系中波長最長的譜線，其對應的能級躍遷過程為（）A.從躍遷到 B.從躍遷到C.從躍遷到 D.從躍遷到【參考答案】D【名師解析】是氫原子巴耳末系中波長最長譜線，依據(jù)可知是氫原子巴耳末系中頻率最小的譜線，依據(jù)氫原子的能級圖，利用玻爾理論中的頻率條件可見能級差越小，頻率越低，波長越長。故對應的能級躍遷過程為從躍遷到。故選D。第三部分思路歸納，內化方法1．光電效應的“兩條線索”和“兩個對應關系”(1)兩條線索：(2)兩個對應關系：eq\x(光照強)→eq\x(光子數(shù)目多)→eq\x(放射光電子多)→eq\x(光電流大)eq\x(光子頻率高)→eq\x(光子能量大)→eq\x(光電子的最大初動能大)2．用圖像表示光電效應方程(1)極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標ν0。(2)逸出功：圖線與Ek軸交點的確定值等于金屬的逸出功：W0＝|－E|＝E。(3)普朗克常量：圖線的斜率k＝h。3.關于原子躍遷必需把握的六個要點(1)氫原子從低能級向高能級躍遷：吸取肯定頻率的光子，當光子的能量滿足hν＝E末－E初時，才能被某一個原子吸取，否則不吸取。(2)氫原子從高能級向低能級躍遷：以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時兩能級間的能量差。(3)電離：當光子能量大于等于原子所處能級的能量值的確定值時，也可以被氫原子吸取，使氫原子電離，多余的能量作為電子的初動能。(4)光譜線條數(shù)：一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為N＝eq\f(nn－1,2)。(5)氫原子還可吸取外來實物粒子的能量而被激發(fā)，由于實物粒子的動能可全部或部分地被原子吸取，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級差，均可使原子發(fā)生能級躍遷。(6)躍遷時電子動能、原子電勢能與總能量變化：當軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子電勢能減小，電子動能增大，原子總能量減小，反之，軌道半徑增大時，原子電勢能增大，電子動能減小，原子總能量增大。4.解決核衰變與動量綜合問題的三點提示(1)原子核在釋放粒子的過程中系統(tǒng)動量守恒。(2)由左手定則和粒子在磁場中軌跡的內切或外切圓推斷釋放粒子的電性。(3)依據(jù)洛倫茲力和牛頓其次定律以及動量守恒定律可知運動半徑和粒子電荷量的關系。5.書寫核反應方程的步驟(1)在寫核反應方程時，應先將已知原子核和已知粒子的符號填入核反應方程的適當位置。(2)依據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒計算出未知核(或未知粒子)的質量數(shù)和電荷數(shù)。(3)依據(jù)求得的電荷數(shù)確定是哪種元素，并在核反應方程中的適當位置填上它們的符號。(4)寫核反應方程時，要熟記電子、中子、質子、α粒子等基本粒子的電荷數(shù)和質量數(shù)。6核能的計算(1)計算核能的步驟(2)核能的計算①若以kg為質量虧損Δm的單位，則計算時應用公式ΔE＝Δmc2，ΔE的單位為“J”。②若以原子質量單位“u”為質量虧損單位，則ΔE＝Δm×931.5MeV，ΔE的單位為“MeV”。第四部分最新模擬集萃，提升應試力量1.（2024廣東三校12月聯(lián)考）我國的“人造太陽”即核聚變試驗反應堆技術世界領先。在“人造太陽”中發(fā)生的一種核聚變反應為兩個氘核以相等的動能對心碰撞發(fā)生核聚變，方程為。已知氘核的質量為，氦核的質量為，中子的質量為，假設核反應釋放的核能全部轉化為動能，下列說法正確的是（）A.氦核和中子的質量數(shù)之和小于兩個氘核的質量數(shù)之和B.該核反應釋放的能量為C.核反應后氦核的動能為D.核反應后中子的動能為【參考答案】C【名師解析】核聚變反應方程中，反應前后質量數(shù)守恒，故氦核和中子質量數(shù)之和等于兩個氘核的質量數(shù)之和，故A錯誤；B．依據(jù)質能方程可知，該核反應釋放的能量為故B錯誤；依據(jù)能量守恒可知，核反應后的總能量為，核反應前兩氘核動量和為零，核反應后氦核與中子的動量大小相等，依據(jù)動能與動量的關系有由于則有聯(lián)立解得，故C正確，D錯誤。2.(2024年1月湖北十堰市調研)2023年8月25日，中國新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”首次實現(xiàn)100萬安培(1兆安)等離子體電流下的高約束模式運行，再次刷新中國磁約束聚變裝置運行紀錄。某核聚變方程為下列說法正確的是（）A.反應前后質量守恒B.我國秦山核電站也是利用該原理發(fā)電的C.該反應屬于α衰變D.該核聚變方程中的X為α粒子【參考答案】D【名師解析】核反應前后質量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可質量有虧損，質量不守恒，故A錯誤；B．我國秦山核電站是利用核裂變發(fā)電的，故B錯誤；C．該反應屬于核聚變，故C錯誤；D．由核反應的質量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可得X的質量數(shù)為2+3?1=4電荷數(shù)為1+1?0=2可知X是α粒子，則該聚變方程為故D正確。3.（2024江西紅色十校9月聯(lián)考）氫原子的能級圖如圖所示，用動能均為12.3eV的電子束射向一群處于基態(tài)的氫原子，氫原子被電子碰撞后激發(fā)躍遷到較高能級，處于高能級的氫原子向低能級躍遷時輻射出幾種不同頻率的光，其中只有兩種頻率的光能使某金屬發(fā)生光電效應，一種光恰好能使該金屬發(fā)生光電效應，則另一種光使該金屬發(fā)生光電效應時的光電子最大初動能為（）A.0.66eV B.1.89eV C.2.55eV D.2.86eV【參考答案】B【名師解析】只有兩種頻率的光能使某金屬發(fā)生光電效應，光子的能量為一種光恰好能使該金屬發(fā)生光電效應，有另一種光使該金屬發(fā)生光電效應時的光電子最大初動能為，B正確。4.（2024南京學情調研）有一種新型光電效應量子材料，當某種光照射該材料時，只產(chǎn)生相同速率的相干電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與雙縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得第1條亮紋與第5條亮紋間距為△x。已知電子質量為m，普朗克常量為h，該量子材料的逸出功為W。求：（1）電子束的德布羅意波長λ和動量p；（2）光子的能量E?！久麕熃馕觥恳罁?jù)條紋間距公式解得λ=由可得（2）由Ek=，可得Ek=光子能量E=hν=W0+Ek聯(lián)立解得：E=W0+5.（2024黑龍江大慶第一次質檢）某考古隊發(fā)覺，一古生物遺骸中14C的含量是現(xiàn)代生物的一半，已知14C，的半衰期為5730年，下列說法正確的是（）A.該生物于5730年前死亡B.該生物于11460年前死亡C.古生物遺骸中14C的含量越少，死亡時間越早D.古生物遺骸中14C的含量越少，死亡時間越晚【參考答案】AC【名師解析】由題知，一古生物遺骸中14C的含量是現(xiàn)代生物的一半，依據(jù)半衰期公式有則有解得t=T=5730年故該生物于5730年前死亡，故A正確，B錯誤；CD．依據(jù)半衰期公式有變形得可知古生物遺骸中14C的含量越少，即N越少，則越大，故越大，而T不變，故t變大，即死亡時間越早，故C正確，D錯誤。6.（2024遼寧十校聯(lián)合體）2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福島第一核電站的核廢水。核廢水中的發(fā)生衰變時的核反應方程為，該核反應過程中放出的能量為Q。設的比結合能為，的比結合能為，X的比結合能為，已知光在真空中的傳播速度為c，則下列說法正確的是（）A.在該核反應方程中，X表示e粒子B.該核反應過程中放出的能量C.該核反應過程中的質量虧損可以表示為D.若把X粒子射入勻強磁場中，它肯定受到洛倫茲力作用【參考答案】BC【名師解析】在該核反應方程中，依據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為α粒子（），選項A錯誤；該核反應過程中放出的能量Q=（206E2+4E3）-210E1，故B正確；

依據(jù)愛因斯坦質能方程可知Q=Δmc2，解得，故C正確；X的速度與勻強磁場方向平行時，不受洛倫茲力作用，故D錯誤。

7.（2024南京六校聯(lián)合體調研）如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出頻率不同的大量光子，其中頻率最高的光子照射到圖乙電路中光電管陰極K上時，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。下列說法正確的是（）A.頻率最高光子是從n=4躍遷到n=3發(fā)出的B.光電管陰極K金屬材料的逸出功為7.0eVC.若調整滑動變阻器滑片能使光電流為零，則可推斷圖乙中電源右側為正極D.氫原子躍遷放出的光子中有3種頻率的光子可以使陰極K發(fā)生光電效應現(xiàn)象【參考答案】D【名師解析】頻率最高光子是從n=4躍遷到n=1發(fā)出的，故A錯誤；大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出的光子中，其中頻率最高的光子，對應的能量為由光電效應方程可得由丙圖可知截止電壓為7V，代入數(shù)據(jù)解得陰極K金屬材料的逸出功為故B錯誤；C．若調整滑動變阻器滑片能使光電流為零，則電子受到的電場力應向左，場強方向應向右，則可推斷圖乙中電源左側為正極，故C錯誤；由于陰極K金屬材料的逸出功為氫原子躍遷放出的光子中，n=4、n=3、n=2能級躍遷至n=1能級的光子能量大于該逸出功，可以使陰極K發(fā)生光電效應現(xiàn)象，故共有3種頻率的光子可以使陰極K發(fā)生光電效應現(xiàn)象，故D正確。故選D。8.（2024南京六校聯(lián)合體調研）月球夜晚溫度低至－180℃，“玉兔二號”月球車攜帶的放射性同位素钚238（）會不斷發(fā)生衰變，釋放能量為儀器設備供熱?？梢酝ㄟ^以下反應過程得到，，，下列說法正確的是（）A.k＝1 B.X為電子C.為輕核聚變 D.的比結合能比的比結合能大【參考答案】B【名師解析】在核反應方程中，由質量數(shù)守恒可得解得故A錯誤；B．在核反應方程中，依據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可得解得故X為電子，故B正確；核反應方程不是聚變反應，是人工核反應，故C錯誤；的衰變方程為該反應釋放核能，所以的比結合能比的比結合能小，故D錯誤。。9.（2024江蘇南通期初考試）真空中一對平行金屬板A和B正對放置,，紫外線持續(xù)照射A板，有光電子從A板逸出，電子的電量為e，質量為m，普朗克常量為h。(1)如圖甲所示,在A、B板之間接一靈敏電流計。當電流計示數(shù)為I時,求每秒鐘到達B板的電子個數(shù)N。（2）在A、B板之間接如圖乙所示電壓U時靈敏電流計示數(shù)為零，求光電子離開A板時，光電子的物質波波長的最小值。【名師解析】(1)每秒鐘到達B板的電子個數(shù)為N,電荷量為Q=Ne依據(jù)電流的定義式得I=Q/t其中t=1s可得N=I/e(2)以具有最大動能的電子為爭辯對象,當其速度減小到0時,電子恰好運動到接近B板,設其最大動能為Ekm;依據(jù)動能定理得-eU=0-Ekm，Ekm=，λ=h/p解得λ=10（2024江蘇南通期初考試）日本福島核電站泄漏事故再升級，日本政府預備將大量受污染的核廢水直接排入大海，遭到了來自日本國內乃至全世界人民的反對。核廢水中含有大量無法中和的放射性氚，氚能通過β衰變放射出β射線，半衰期大約12.5年，氚同時也是輕核聚變的重要原料，一個氘核與一個氚核結合成一個氦核時，同時放出一個中子，輻射出一個γ光子。下列說法正確的是A.氚發(fā)生β衰變時，β射線來自原子核外的電子電離而產(chǎn)生B.20個氚核發(fā)生β衰變，經(jīng)過25年，還有5個氚核未發(fā)生衰變C.H+HHe+n+γ屬于輕核聚變反應D.He和n的結合能之和大于H和H的結合能之和【參考答案】CD【名師解析】氚發(fā)生β衰變時，β射線來自原子核內部，故A錯誤；半衰期是大量放射性元素的統(tǒng)計結果，對少量放射性元素不適用，故B錯誤；H+HHe+n+γ屬于輕核聚變反應，故C正確；由于該反應會釋放核能，所以生成物的結合能之和大于反應物的結合能之和，故D正確。11.（6分）(2023山東聊城期末)原子核的人工轉變是通過高速粒子轟擊某些元素的原子核并生成新的原子核，它是人們爭辯原子核組成的重要手段。用粒子加速器加速后的質子（）轟擊靜止的鋰（）原子核，可以生成兩個α粒子（）。已知質子質量為1.007825u，鋰原子核的質量為7.016004u，α粒子的質量為4.002603u，lu相當于931MeV。（1）寫出該核反應的反應方程式；（2）求該核反應釋放的核能（結果保留三位有效數(shù)字）?！緟⒖即鸢浮?（6分）（1）（或者） （2）17.3MeV【名師解析】：（1）該核反應的反應方程式是①（2）由愛因斯坦質能方程可得②代入數(shù)據(jù)解得：③12．（18分）（2023年7月遼寧部分重點高中期末聯(lián)考）用中子轟擊鋰核（Li）發(fā)生核反應，生成氚核和粒子，并釋放出核能。已知中子、氚核、粒子、鋰核的質量分別是mn1.0087u，mH3.0160u，mα=4.0026u，mLi6.0151u，質量虧損1u釋放的核能為931.5MeV。（1）請寫出核反應方程；（2）設放出的能量全部由質量虧損獲得，試求釋放的核能；（結果保留一位小數(shù)）（3）若反應前中子以0.3MeV的動能和鋰核正碰，且碰撞前二者具有等大反向的動量，核反應中放出的核能全部轉化為動能，求反應后生成的粒子和氚核的動能。（結果保留兩位小數(shù)）【名師解析】：（1）依據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒得LinHHe。（2分）（2）核反應中的質量虧損Δm=mLi+mn-mH+mα=6.0151u+1.0087u-3.0160u+4.0026u=0.0052u（2分）依據(jù)質量虧損1u釋放的核能為931.5MeV可得ΔE4.8MeV。（2分）（3）設m1、m2分別為氦核和氚核的質量，v1、v2分別為氦核和氚核的速度，依據(jù)動量守恒定律有m1v1m2v20（2分）由Ek=得EkLi=Ekn=0.05MeV。（2分）由能量守恒得EkHEkΔEEkLiEkn（2分）粒子和氚核的動能之比為Ek?EkH?=m2?2m1（2分）粒子的動能為Ek（ΔEEkLiEkn）=×5.15MeV=2.21MeV（2分）氚核的動能為EkH（ΔEEkLiEkn）=×5.15MeV=2.94MeV。（2分）13．(2024江蘇鹽城期初摸底質檢)宇宙射線進入地球大氣層與大氣作用會產(chǎn)生中子，中子與大氣中的氮14會產(chǎn)生以下核反應：714N+01n→614A．614C發(fā)生βB．β衰變輻射出的電子來自于碳原子的核外電子C．近年來由于地球的溫室效應，引起614D．若測得一古木樣品的614C含量為活體植物的14【參考答案】．D【名師解析】依據(jù)QUOTE，即QUOTE發(fā)生QUOTE衰變的產(chǎn)物是QUOTE，選項A錯誤；QUOTE衰變輻射出的電子來自于原子核內的中子轉化為質子時放出的電子，選項B錯誤；半衰期是核反應，與外界環(huán)境無關，選項C錯誤；若測得一古木樣品的QUOTE含量為活體植物的QUOTE，可知經(jīng)過了2個半衰期，則該古木距今約為5730×2年=11460年，選項D正確。14．(2024江蘇鹽城期初摸底質檢)氫原子在可見光區(qū)的4條特征譜線是玻爾理論的試驗基礎。如圖所示，這4條特征譜線（記作Hα、Hβ、Hγ和Hδ）分別對應著氫原子從n=3、4、5、6能級向n=2能級的躍遷，下面4幅光譜圖中，合理的是（選項圖中長度標尺的刻度均勻分布，刻度值從左至右增大）（）A． B．C． D．【參考答案】．A【名師解析】光譜圖中譜線位置表示相應光子的波長。氫原子從n=3、4、5、6能級分別向n=2能級躍遷時，放射的光子能量增大，所以光子頻率增大，光子波長減小，在標尺上Hα、Hβ、Hγ和Hδ譜線應從右向左排列。由于氫原子從n=3、4、5、6能級分別向n=2能級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A正確。15.(2023北京二中期末)1934年至1938年，科學家曾先后用中子轟擊軸235（）原子核，鈾核分裂時釋放出核能，同時還會產(chǎn)生幾個新的中子（），這些中子又會轟擊其他鈾核……于是就導致一系列鈾核持續(xù)裂變，并釋放出大量核能。這就是裂變中的鏈式反應。實際上，中子的速度不能太快，否則會與軸235“擦肩而過”，鈾核不能“捉”住它，不能發(fā)生核裂變。試驗證明，速度與熱運動速度相當?shù)闹凶幼钸m于引發(fā)核裂變。這樣的中子就是“熱中子”，或稱慢中子。但是，核裂變產(chǎn)生的是速度很大的快中子，因此，還要設法使快中子減速，為此，在鈾核四周要放“慢化劑”，快中子跟慢化劑中的原子核碰撞后，中子速度削減，變?yōu)槁凶?。假設中子與慢化劑中的原子核發(fā)生的碰撞為彈性正碰，且碰撞前慢化劑中的原子核是靜止的，那么下列物質中最適合做慢化劑的是（）A.電子（） B.鈾原子（）C.鉛原子（） D.碳原子（）【參考答案】D【名師解析】設中子質量為m,碰前速度為v0，碰后速度為v1，原子核質量為M，碰后速度為v2，中子與原子核發(fā)生彈性正碰，以速度v0為正方向，則mv0=mv1+Mv2得可見，原子核質量M越小，碰后中子速度v1越小，因此慢化劑應當選用質量較小的原子核。故選D。16.(2023浙江紹興期末)在核電站的核反應堆里面，某次核反應過程中生成的“快中子”質量為、動能為，該中子和質量為m的靜止原子發(fā)生正彈性碰撞，設中子損失的動能為，（1）若某個“快中子”在運動過程中和1個靜止碳原子發(fā)生正碰，試推斷該中子碰撞后的速度方向是和初速度方向相同、相反還是不在同一條直線上。（2）求比值的大?。ㄓ妙}中字母表示）；（3）“快中子”和與“慢化劑”的原子核發(fā)生碰撞，變?yōu)椤奥凶印?。若剛開頭時某“快中子”的動能為1MeV，發(fā)生碰撞的是常用的減速劑氘，質量為2，設每次發(fā)生碰撞的氘原子初速都為零，經(jīng)過n次正碰，該“快中子”的動能削減到“慢中子”的動能四周（約為0.025eV），求：n的數(shù)值（【參考答案】（1）快中子和碳原子碰撞后與初速方向相反；（2）；（3）8【名師解析】（1）快中子和碳原子碰撞后與初速方向相反。（2）快中子和碳原子發(fā)生彈性碰撞有（3）由前面小題結論代入可得第一次碰撞剩余的動能為每次碰撞后剩余的動能比例都相同，有解得9．（2023年7月河南新鄉(xiāng)高二期末）太陽內部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個質子（）聚變?yōu)?個氦核（）的熱核反應，這個核反應釋放出大量核能。已知質子、氦核的質量分別為、，下列說法正確的是（）A．該核反應中會生成中子（） B．該核反應中會生成電子（）C．該核反應中質量虧損小于 D．該核反應方程是【參考答案】．CD【名師解析】由題意可得，該核反應方程式為，該核反應中會生成正電子，選項D正確，選項A、B均錯誤；該核反應中的質量虧損，選項C正確。17.(2023年7月浙江寧波期末)如圖是光電倍增管的工作原理圖，其由陰極、陽極和多個倍增電極組成，提高了光電管靈敏度。使用時相鄰兩倍增電極間均加有電壓，以此不斷加速電子。如圖所示，光電陰極K受光照后釋放出光電子，電子以較大的動能撞擊到第一個倍增電極上，從這個倍增電極上激發(fā)出更多電子，最終陽極A收集到光電網(wǎng)極的電子數(shù)比最初從陰極放射的電子數(shù)增加很多倍，則（）A.增大倍增級間的電壓有利于提高其靈敏度B.入射光的頻率越高，陰極K放射出的光電子的初動能肯定越大C.圖中標號為偶數(shù)的倍增電極的電勢高于奇數(shù)的倍增電極的電勢D.保持入射光頻率和各級間的電壓不變，增大入射光光強不影響陽極收集到的電子數(shù)【參考答案】A【名師解析】增大倍增級間的電壓，光電子獲得的動能越大，光電子能夠以更大的動能撞擊下一個倍增管，下一個倍增管可以放射數(shù)量更多的光電子，有利于提高其靈敏度，故A正確；依據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知，入射光的頻率越高，陰極K放射出的光電子的最大初動能越大，但并不是全部光電子的初動能都會增大，故B錯誤；使用時相鄰兩倍增電極間均加有電壓，以此不斷加速電子，可知圖中電勢關系為可知，圖中標號為偶數(shù)的倍增電極的電勢不肯定高于奇數(shù)的倍增電極的電勢，故C錯誤；光強指單位時間照射到單位面積上的光的能量，即為，可知入射光頻率不變，增大入射光的光強時，即增加入射光的光子數(shù)目，則在保持入射光頻率和各級間的電壓不變時，增大入射光光強，最終陽極收集到的電子數(shù)增大，故D錯誤。18.（2023年7月河南洛陽創(chuàng)新進展聯(lián)盟期末）下列四幅圖涉及不同的物理學問，下列相關說法正確的是A.圖甲：盧瑟福通過分析α粒子散射試驗結果，發(fā)覺了質子B.圖乙：3為α射線，它的電離力量很強，可用于消退靜電C.圖丙：處于基態(tài)的氫原子可吸取能量為11.2eV的光子發(fā)生躍遷D.圖丁：湯姆孫通過電子的發(fā)覺，揭示了原子還可以再分【參考答案】.D【名師解析】盧瑟福通過分析α粒子散射試驗中α粒子大角度偏轉現(xiàn)象，提出了原子的核式結構，選項A錯誤；依據(jù)左手定則可知，1射線帶正電，即1射線是α射線，它的電離力量很強，可用于消退靜電，選項B錯誤；若處于基態(tài)的氫原子吸取了能量為11.2eV的光子，依據(jù)玻爾理論，躍遷后的能級的能量E=-13.6eV+11.2eV=-2.4eV,對比題圖中氫原子的能級圖，不存在該能級，選項C錯誤；湯姆孫通過分析陰極射線管中的射線，發(fā)覺該射線帶負電，從而發(fā)覺了電子，電子的發(fā)覺，揭示了原子還可以再分，選項D正確。19.（2023年7月河南洛陽創(chuàng)新進展聯(lián)盟期末）巴耳末系是指大量氫原子由高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光譜線?，F(xiàn)有大量處于n=5能級的氫原子向低能級躍遷時，發(fā)出的光中巴耳末系的譜線數(shù)與全部的譜線數(shù)之比為A.415B.310C.【參考答案】B【名師解析】大量處于n=5能級的氫原子向低能級躍遷時輻射出的全部譜線數(shù)為C52=10種,屬于巴耳末系的有n=5→n=2、n=4→n=2和n=3→n=2,則巴耳末系的譜線數(shù)與全部的譜線數(shù)之比為20.（2023年7月河南洛陽創(chuàng)新進展聯(lián)盟期末）用波長為λ?和λ?的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面。單色光A照射兩種金屬時都能產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象；單色光B照射時，只能使金