2021高考物理一輪復(fù)習(xí)-第15章-波粒二象性-原子與原子核-第2講-原子和原子核學(xué)案

2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第15章波粒二象性原子與原子核第2講原子和原子核學(xué)案2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第15章波粒二象性原子與原子核第2講原子和原子核學(xué)案PAGE22-2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第15章波粒二象性原子與原子核第2講原子和原子核學(xué)案2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第15章波粒二象性原子與原子核第2講原子和原子核學(xué)案年級：姓名：第2講原子和原子核知識點原子結(jié)構(gòu)、光譜和能級躍遷Ⅰ1．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家eq\x(\s\up1(01))J．J.湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。(2)α粒子散射實驗：1909～1911年，英國物理學(xué)家eq\x(\s\up1(02))盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿eq\x(\s\up1(03))原來的方向前進(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：在原子中心有一個很小的核，原子全部的eq\x(\s\up1(04))正電荷和幾乎全部eq\x(\s\up1(05))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)光譜用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的eq\x(\s\up1(06))波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。(2)光譜分類有些光譜是一條條的eq\x(\s\up1(07))亮線，這樣的光譜叫做線狀譜，又叫原子的特征譜線。有的光譜是連在一起的eq\x(\s\up1(08))光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜。(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)＝eq\x(\s\up1(09))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，n為量子數(shù)。3．氫原子的能級躍遷(1)玻爾理論①定態(tài)：原子只能處于一系列eq\x(\s\up1(10))不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是eq\x(\s\up1(11))穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。②軌道量子化：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eq\x(\s\up1(12))不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是eq\x(\s\up1(13))不連續(xù)的。原子能量最低的狀態(tài)叫eq\x(\s\up1(14))基態(tài)，其他能量較高的狀態(tài)叫eq\x(\s\up1(15))激發(fā)態(tài)。③躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν＝eq\x(\s\up1(16))Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(2)氫原子能級和半徑公式：En＝eq\x(\s\up1(17))eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝eq\x(\s\up1(18))－13.6eV。rn＝eq\x(\s\up1(19))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。(3)氫原子的能級圖(4)玻爾理論的局限性：不能解釋除氫原子之外其他原子的光譜現(xiàn)象。4．量子力學(xué)的建立及應(yīng)用(1)量子力學(xué)的建立：普朗克黑體輻射理論、愛因斯坦光電效應(yīng)理論、康普頓散射理論、玻爾氫原子理論以及德布羅意物質(zhì)波假說都成功地解釋了特定的實驗規(guī)律，但都不是統(tǒng)一的普遍性理論。這些理論中都含有普朗克常量，預(yù)示著存在統(tǒng)一描述微觀世界行為的普遍性規(guī)律，這種描述微觀世界行為的理論被稱為量子力學(xué)。(2)量子力學(xué)的應(yīng)用：借助量子力學(xué)，人們深入認(rèn)識了微觀世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性。量子力學(xué)推動了核物理、粒子物理、原子、分子物理、光學(xué)和固體物理的發(fā)展。知識點天然放射性、原子核的組成、射線的危害和防護Ⅰ1.天然放射現(xiàn)象(1)概念：放射性元素eq\x(\s\up1(01))自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由eq\x(\s\up1(02))貝可勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明eq\x(\s\up1(03))原子核還具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)叫eq\x(\s\up1(04))放射性。具有放射性的元素叫eq\x(\s\up1(05))放射性元素。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。(2)三種射線的比較射線名稱比較項目α射線β射線γ射線組成高速氦核流eq\x(\s\up1(06))高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電量eq\x(\s\up1(07))2e－e0質(zhì)量4mpeq\f(mp,1836)靜止質(zhì)量為零符號eq\x(\s\up1(08))eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(0,－1)eγ速度可達(dá)0.1可達(dá)0.99eq\x(\s\up1(09))c垂直進(jìn)入電場或磁場的偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)eq\x(\s\up1(10))不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱較強eq\x(\s\up1(11))最強對空氣的電離作用很強較弱eq\x(\s\up1(12))很弱2．原子核的組成(1)原子核由eq\x(\s\up1(13))質(zhì)子和eq\x(\s\up1(14))中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為eq\x(\s\up1(15))核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。(2)X元素的原子核的符號為eq\o\al(A,Z)X，其中A表示eq\x(\s\up1(16))質(zhì)量數(shù)，Z表示eq\x(\s\up1(17))核電荷數(shù)。(3)原子核的核電荷數(shù)＝eq\x(\s\up1(18))質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝eq\x(\s\up1(19))中性原子的核外電子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝核子數(shù)＝eq\x(\s\up1(20))質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，質(zhì)子和中子都為一個單位質(zhì)量。(4)同位素：具有相同eq\x(\s\up1(21))質(zhì)子數(shù)、不同eq\x(\s\up1(22))中子數(shù)的原子。同位素在元素周期表中的eq\x(\s\up1(23))位置相同，具有相同的eq\x(\s\up1(24))化學(xué)性質(zhì)。3．放射性的應(yīng)用與防護(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eq\x(\s\up1(25))天然放射性同位素和eq\x(\s\up1(26))人工放射性同位素兩類。(2)應(yīng)用：工業(yè)測厚、放射治療、作eq\x(\s\up1(27))示蹤原子等。(3)防護：防止過量射線對人體組織的傷害。知識點放射性元素的衰變Ⅰ1．原子核的衰變(1)原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種eq\x(\s\up1(01))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\x(\s\up1(02))eq\o\al(4,2)He；β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\x(\s\up1(03))__0－1e。注：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。2．半衰期放射性元素的原子核有eq\x(\s\up1(04))半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。3．α衰變、β衰變和γ輻射的實質(zhì)(1)α衰變：核內(nèi)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合得比較緊密，作為一個整體從較大的原子核內(nèi)發(fā)射出來。(2)β衰變：核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子，同時放出一個電子。(3)γ輻射：原子核的能量不能連續(xù)變化，存在著能級。放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時，蘊藏在核內(nèi)的能量會釋放出來，使產(chǎn)生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，能量以γ光子的形式輻射出來。因此γ射線經(jīng)常是伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的。知識點核反應(yīng)方程Ⅰ1．核反應(yīng)(1)核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)。(2)核反應(yīng)中遵循兩個守恒規(guī)律，即eq\x(\s\up1(01))質(zhì)量數(shù)守恒和eq\x(\s\up1(02))電荷數(shù)守恒。2．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α衰變自發(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\x(\s\up1(03))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\x(\s\up1(04))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\x(\s\up1(05))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\x(\s\up1(06))eq\o\al(1,0)n(約里奧－居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素及正電子)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\x(\s\up1(07))eq\o\al(0,1)e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＋eq\x(\s\up1(08))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＋eq\x(\s\up1(09))10eq\o\al(1,0)n輕核聚變除氫彈外無法控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\x(\s\up1(10))eq\o\al(1,0)n知識點核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損Ⅰ1．核力(1)定義：原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。(2)特點①核力是強相互作用的一種表現(xiàn)；②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m③每個核子只跟它鄰近的核子間才有核力作用。2．結(jié)合能核子結(jié)合為原子核時eq\x(\s\up1(01))釋放的能量或原子核分解為核子時eq\x(\s\up1(02))吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能。3．比結(jié)合能(1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。(2)特點：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E＝eq\x(\s\up1(03))mc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝eq\x(\s\up1(04))Δmc2。知識點裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆Ⅰ1．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)特點①裂變過程中能夠放出巨大的能量。②裂變的同時能夠放出2～3(或更多)個中子。③裂變的產(chǎn)物不是唯一的。對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比較小。(3)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。(4)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的eq\x(\s\up1(01))中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程。(5)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生eq\x(\s\up1(02))鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量。(6)裂變的應(yīng)用：eq\x(\s\up1(03))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)、eq\x(\s\up1(04))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)、防護層。2．輕核聚變(1)定義兩個輕核結(jié)合成eq\x(\s\up1(05))質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫eq\x(\s\up1(06))熱核反應(yīng)。(2)特點①聚變過程放出大量的能量，平均每個核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量大3至4倍。②聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更劇烈。③聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)更安全、清潔。④自然界中聚變反應(yīng)原料豐富。(3)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＋17.60MeV。一堵點疏通1．α粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上。()2．玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，也成功的解釋了氦原子光譜。()3．氫原子可以吸收任何能量的光子而發(fā)生躍遷。()4．氫原子光譜是線狀的，不連續(xù)的，波長只能是分立的值。()5．β射線中的電子來源于原子核外電子。()6．目前核電站多數(shù)是采用核聚變反應(yīng)發(fā)電。()7．人造放射性同位素被廣泛地應(yīng)用。()8．核力是弱相互作用力。()9．質(zhì)能方程表明在一定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。()10．質(zhì)量虧損說明在核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)不守恒。()答案1.√2.×3.×4.√5.×6.×7.√8.×9.×10.×二對點激活1．(人教版選修3－5·P52實驗改編)如圖所示為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，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法不正確的是()A．相同時間內(nèi)放在A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．相同時間內(nèi)放在B位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時少得多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C解析根據(jù)α粒子散射實驗的現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上沿原方向前進(jìn)，因此在A位置觀察到的閃光次數(shù)最多，故A正確；少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，因此從A到D觀察到的閃光次數(shù)會逐漸減少，因此B、D正確，C錯誤。2．(2019·湖南岳陽高三二模)關(guān)于巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝Req\f(1,22)－eq\f(1,n2)(n＝3,4,5……)，理解正確的是()A．式中n只能取整數(shù)，R稱為巴耳末常量B．巴耳末線系的4條譜線位于紅外區(qū)C．在巴耳末線系中n值越大，對應(yīng)的波長越短D．巴耳末線系的4條譜線是氫原子從n＝2的能級向n＝3、4、5、6能級躍遷時輻射產(chǎn)生的答案C解析此公式中n不可以取任意值，只能取整數(shù)，且為3,4,5，…，n為量子數(shù)，R稱為里德伯常量，故A錯誤；根據(jù)巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝Req\f(1,22)－eq\f(1,n2)，可知n值越大，對應(yīng)的波長λ越短，故C正確；巴耳末線系的4條譜線位于可見光區(qū)，其余譜線位于紫外光區(qū)，故B錯誤；巴耳末線系的4條譜線是氫原子從n＝3,4,5,6能級向n＝2能級躍遷時產(chǎn)生的，故D錯誤。3．(人教版選修3－5·P63·T3改編)(2016·北京高考)處于n＝3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有()A．1種 B.2種C.3種 D.4種答案C解析處于能級為n的大量氫原子向低能級躍遷能輻射光的種類為Ceq\o\al(2,n)，所以處于n＝3能級的大量氫原子向低能級躍遷，輻射光的頻率有Ceq\o\al(2,3)＝3種，故C項正確。4．(多選)下列說法正確的是()A．陰極射線和β射線的本質(zhì)都是電子流，在原子內(nèi)的來源是相同的B．太陽輻射的能量主要來源于太陽中的裂變反應(yīng)C．γ射線的貫穿本領(lǐng)比α射線強D．紅外線的波長比X射線的波長長答案CD解析陰極射線和β射線的本質(zhì)都是電子流，但是陰極射線的來源是原子核外的電子，而β射線的來源是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的電子，故A錯誤；太陽輻射的能量主要來源于太陽中的聚變反應(yīng)，故B錯誤；γ射線的貫穿本領(lǐng)比α射線強，故C正確；紅外線的波長比X射線的波長長，故D正確。5．(人教版選修3－5·P73·T5改編)已知釷234(eq\o\al(234,90)Th)衰變產(chǎn)生eq\o\al(234,91)Pa，半衰期是24天，下列說法正確的是()A.eq\o\al(234,90)Th發(fā)生的是α衰變B．極低溫條件下eq\o\al(234,90)Th的衰變會變慢C．1g釷經(jīng)過120天后還剩0.03125gD．32個釷原子核eq\o\al(234,90)Th經(jīng)過72天后還剩4個答案C解析由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知衰變方程為eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e，是β衰變，A錯誤；原子核的衰變快慢與所處物理狀態(tài)、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，B錯誤；m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up10(\f(t,τ))＝1×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up10(\f(120,24))g＝0.03125g，C正確；半衰期是統(tǒng)計規(guī)律，少數(shù)核的衰變不適用，D錯誤。6．(人教版選修3－5·P78·T2改編)下列核反應(yīng)方程正確的是()A.eq\o\al(23,11)Na＋eq\o\al(4,2)He→X＋eq\o\al(1,1)H，X為eq\o\al(24,12)MgB.eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→Y＋eq\o\al(1,0)n，Y為eq\o\al(31,15)PC.eq\o\al(16,8)O＋eq\o\al(1,0)n→M＋eq\o\al(1,1)H，M為eq\o\al(14,7)ND.eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(1,1)H→N＋eq\o\al(1,0)n，N為eq\o\al(30,15)P答案D解析由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知X為eq\o\al(26,12)Mg，Y為eq\o\al(30,15)P，M為eq\o\al(16,7)N，N為eq\o\al(30,15)P，故A、B、C錯誤，D正確。7．(多選)鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)被定名為核裂變。1947年我國科學(xué)家錢三強、何澤慧在實驗中觀察到鈾核也可以分裂為三部分或四部分。關(guān)于鈾核的裂變，下列說法正確的是()A．裂變的產(chǎn)物不是唯一的B．裂變的同時能放出2～3個或更多個中子C．裂變能夠釋放巨大能量，每個核子平均釋放的能量在裂變反應(yīng)中比在聚變反應(yīng)中的大D．裂變物質(zhì)達(dá)到一定體積(即臨界體積)時，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去答案ABD解析因鈾核也可以分裂為三部分或四部分，可知裂變的產(chǎn)物不是唯一的，A正確；裂變是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在裂變的同時能放出2～3個或更多個中子，這些中子再轟擊其他鈾核發(fā)生裂變，B正確；裂變物質(zhì)達(dá)到一定體積(即臨界體積)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才可以持續(xù)下去，D正確。在一次聚變反應(yīng)中釋放的能量不一定比裂變反應(yīng)多，但每個核子平均釋放的能量在聚變反應(yīng)中一般比在裂變反應(yīng)中的大，C錯誤。8．(人教版選修3－5·P81·例題改編)已知中子的質(zhì)量是mn＝1.6749×10－27kg，質(zhì)子的質(zhì)量是mp＝1.6726×10－27kg，氦核的質(zhì)量m＝6.6467×10－27kg，真空中光速c(1)寫出2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成氦核的核反應(yīng)方程；(2)求氦核的平均結(jié)合能。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案(1)2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He(2)1.09×10－12J解析(1)核反應(yīng)方程為：2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He。(2)該反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為：Δm＝2mn＋2mp－m＝0.0483×10－27kg，該反應(yīng)釋放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0483×10－27×9×1016J＝4.347×10－12平均結(jié)合能為eq\x\to(E)＝eq\f(ΔE,4)＝eq\f(4.347×10－12,4)J≈1.09×10－12J?？键c細(xì)研悟法培優(yōu)考點1氫原子能級圖及原子躍遷1.對原子躍遷條件hν＝Em－En的說明(1)原子躍遷條件hν＝Em－En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，也可以被處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV(或|En|)時，氫原子電離后，電子具有一定的初動能。(3)原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實物粒子的動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的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子發(fā)生能級躍遷。2．躍遷中兩個易混問題(1)一群原子和一個原子氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個軌道時，可能的情況只有一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現(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，有時可能是直接躍遷，有時可能是間接躍遷。兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的。直接躍遷時輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時輻射(或吸收)的所有光子的能量和。3．氫原子躍遷時電子動能、電勢能與原子能量的變化規(guī)律(1)電子動能變化規(guī)律①從公式上判斷，電子繞氫原子核運動時靜電力提供向心力，即keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，所以Ekn＝eq\f(ke2,2rn)，隨r增大而減小。②從庫侖力做功上判斷，當(dāng)軌道半徑增大時，庫侖引力做負(fù)功，故電子的動能減小。反之，當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，電子的動能增大。(2)原子的電勢能的變化規(guī)律①通過庫侖力做功判斷，當(dāng)軌道半徑增大時，庫侖引力做負(fù)功，原子的電勢能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小。②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判斷，當(dāng)軌道半徑增大時，原子能量增大，電子動能減小，原子的電勢能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時，原子能量減小，電子動能增大，原子的電勢能減小。例1(2019·福建南平二模)氫原子能級如圖所示，則下列說法正確的是()A．氫原子能級越高原子的能量越大，電子繞核運動的軌道半徑越大，動能也越大B．用動能為12.3eV的電子射向一群處于基態(tài)的氫原子，原子有可能躍遷到n＝2的能級C．用光子能量為12.3eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，氫原子有可能躍遷到n＝2的能級D．用光子能量為1.75eV的可見光照射大量處于n＝3能級的氫原子時，氫原子不能發(fā)生電離(1)入射電子的能量大于能級差，原子能躍遷嗎？提示：能。(2)氫原子能量越大，軌道半徑是越大還是越??？提示：越大。嘗試解答選B。根據(jù)玻爾理論，氫原子能級越高原子的能量越大，電子繞核運動的軌道半徑越大，根據(jù)keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)可知動能越小，A錯誤；因12.3eV大于n＝2能級和n＝1能級的能量差10.2eV，則用動能為12.3eV的電子射向一群處于基態(tài)的氫原子，原子有可能躍遷到n＝2的能級，B正確；因12.3eV不等于n＝2能級和n＝1能級的能量差，則用光子能量為12.3eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，光子的能量不能被氫原子吸收，則氫原子不能躍遷到n＝2的能級，C錯誤；用光子能量為1.75eV的可見光照射大量處于n＝3能級的氫原子時，由于1.75eV>1.51eV，氫原子能發(fā)生電離，D錯誤。解答氫原子能級圖與原子躍遷問題的注意事項(1)氫原子處在各能級的能量值是負(fù)值。(2)注意區(qū)分氫原子吸收光子和實物粒子的能量的條件，區(qū)分定態(tài)間躍遷和電離。(3)氫原子自發(fā)躍遷譜線條數(shù)的計算①一個n能級的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為(n－1)。②一群n能級的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)：a．用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)。b．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情況一一畫出，然后相加。[變式1－1](2019·安徽蚌埠高三二模)氫原子的能級公式為En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中基態(tài)能量E1＝－13.6eV，能級圖如圖所示。大量氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)，由這些氫原子可能發(fā)出的所有光子中，頻率最大的光子能量為－0.96E1，則n和可能發(fā)出的頻率最小的光子能量分別為()A．n＝5,0.54eV B.n＝5,0.31eVC．n＝4,0.85eV D.n＝4,0.66eV答案B解析由這些氫原子可能發(fā)出的所有光子中，頻率最大的光子能量為－0.96E1，則ΔE＝－0.96E1＝En－E1，所以處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)氫原子的能量為En＝0.04E1＝eq\f(1,52)E1，即處在n＝5能級；大量處于n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出的所有光子中，頻率最小的光子的能量為ΔE′＝－0.54eV－(－0.85eV)＝0.31eV，故B正確，A、C、D錯誤。[變式1－2]如圖所示是氫原子的能級示意圖。當(dāng)氫原子從高能級向低能級躍遷時會輻射一定頻率的光子，以下判斷不正確的是()A．一個處于n＝3能級的氫原子，自發(fā)躍遷時最多能發(fā)出3種不同頻率的光子B．根據(jù)玻爾理論可知，氫原子輻射出一個光子后，氫原子的電勢能減小，核外電子動能增大C．大量處于n＝4能級的氫原子自發(fā)躍遷時，輻射的光子能量最大為12.75eVD．用能量為11.0eV的電子轟擊基態(tài)氫原子能使其躍遷到高能級答案A解析一個氫原子和一群氫原子躍遷情況不同，一個處于n＝3能級的氫原子可從n＝3能級躍遷到n＝2能級，再由n＝2能級躍遷到n＝1能級，最多輻射兩種頻率的光子，A錯誤；氫原子輻射光子后，由高能級躍遷到低能級，電子軌道半徑減小，動能增大，總能量減小，電勢能減小，B正確；由能級躍遷條件可知，大量處于n＝4能級的氫原子自發(fā)躍遷時，輻射的光子能量最大的是從n＝4能級向n＝1能級躍遷，由hν＝Em－En，可得最大能量為13.6eV－0.85eV＝12.75eV，C正確；電子能量大于10.2eV，則可以使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷，D正確?？键c2原子核的衰變、半衰期1.確定衰變次數(shù)的方法(1)設(shè)放射性元素eq\o\al(A,Z)X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，則表示該核反應(yīng)的方程為eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e。根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A＝A′＋4nZ＝Z′＋2n－m。(2)因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，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)。2．對半衰期的理解(1)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up10(\f(t,τ))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up10(\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表示衰變時間，τ表示半衰期。(2)半衰期是統(tǒng)計規(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原子核內(nèi)部因素決定的，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(2019·陜西省高三第二次聯(lián)考)關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是()A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減小B．有6個放射性元素的原子核，當(dāng)有3個發(fā)生衰變所需的時間就是該元素的半衰期C．在α、β衰變中伴隨產(chǎn)生γ射線，衰變前后的核子數(shù)不變但存在質(zhì)量虧損D．鈾核(eq\o\al(238,92)U)衰變?yōu)殂U核(eq\o\al(206,82)Pb)的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和10次β衰變(1)半衰期對于少數(shù)原子核有意義嗎？提示：沒有，半衰期是大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律。(2)如何計算衰變次數(shù)？提示：依據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒。嘗試解答選C。半衰期由原子核自身決定，與外界因素?zé)o關(guān)，故A錯誤；半衰期是描述大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)的原子核沒有意義，B錯誤；在α、β衰變中伴隨產(chǎn)生γ射線，衰變前后的核子總數(shù)不變，因衰變釋放能量，根據(jù)ΔE＝Δmc2可知，衰變前后存在質(zhì)量虧損，故C正確；由質(zhì)量數(shù)守恒知238＝206＋4×8，即經(jīng)過8次α衰變，再由電荷數(shù)守恒知92＝82＋2×8－6，即經(jīng)過6次β衰變，故D錯誤。1．原子核衰變、半衰期的易錯點(1)半衰期是一個統(tǒng)計概念，只有對大量的原子核才成立，對少數(shù)的原子核無意義。(2)經(jīng)過一個半衰期，有半數(shù)原子核發(fā)生衰變變?yōu)槠渌镔|(zhì)，而不是消失。(3)衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的外部條件及所處化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。2．原子核衰變過程中，α粒子、β粒子和新原子核在磁場中的軌跡靜止的原子核在勻強磁場中自發(fā)衰變，其軌跡為兩相切圓，α衰變時兩圓外切，β衰變時兩圓內(nèi)切，根據(jù)動量守恒定律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，其特點對比如下表：α衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He勻強磁場中軌跡兩圓外切，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勻強磁場中軌跡兩圓內(nèi)切，β粒子軌跡半徑大[變式2－1](2019·湖南衡陽二模)在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于衰變放射出某種粒子，結(jié)果得到一張兩個相切圓1和2的徑跡照片如圖所示，已知兩個相切圓半徑分別為r1、r2，則下列說法正確的是()A．原子核可能發(fā)生α衰變，也可能發(fā)生β衰變B．徑跡2可能是衰變后新核的徑跡C．若衰變方程是eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，則衰變后新核和射出的粒子的動能之比為117∶2D．若衰變方程是eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，則r1∶r2＝1∶45答案D解析原子核衰變過程中系統(tǒng)動量守恒，衰變生成的兩粒子的動量方向相反，由左手定則可知，若生成的兩粒子電性相反，則在磁場中的軌跡為內(nèi)切圓，若電性相同，則在磁場中的軌跡為外切圓，由題圖知原子核發(fā)生α衰變，故A錯誤；原子核原來靜止，初動量為零，由動量守恒定律可知，原子核衰變生成的兩粒子動量p大小相等，方向相反，粒子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：qvB＝meq\f(v2,r)，解得：r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，由于p、B相同，則粒子的電荷量q越大，軌道半徑越小，由于新核的電荷量大，所以新核的軌道半徑小于α粒子的軌道半徑，所以徑跡1為新核的運動軌跡，故B錯誤；由動能與動量的關(guān)系Ek＝eq\f(p2,2m)，所以動能之比等于質(zhì)量的反比，即為2∶117，故C錯誤；由B項分析知，r1∶r2＝2∶90＝1∶45，故D正確。[變式2－2](2019·陜西榆林高三第三次模擬改編)目前，在居家裝修中，經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝修材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石都會釋放出放射性惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放出α、β、γ射線，這些射線會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道方面的疾病，根據(jù)有關(guān)放射性知識可知，下列說法正確的是()A．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時產(chǎn)生并發(fā)射出來的B．β射線是原子核外電子電離形成的質(zhì)子流，它具有很強的穿透能力C．已知氡的半衰期為3.8天，則8個氡核經(jīng)過7.6天后還剩2個D．發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4答案A解析β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時產(chǎn)生并發(fā)射出來的，β射線是電子流，它的穿透能力強于α射線，弱于γ射線，穿透能力中等，故A正確，B錯誤；半衰期對少數(shù)原子核不適用，故C錯誤；發(fā)生α衰變時，電荷數(shù)減少2(即質(zhì)子數(shù)減少2)，質(zhì)量數(shù)減少4，故中子數(shù)減少2，故D錯誤?？键c3核反應(yīng)方程與核反應(yīng)類型1.核反應(yīng)方程的理解(1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭“→”連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號連接。(2)核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程。(3)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化。(4)核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒。2．衰變及三種核反應(yīng)類型的特征(1)衰變：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子并生成一個新核。特征是方程左邊只有一個原子核，生成物有α粒子或β粒子。(2)人工轉(zhuǎn)變：用粒子轟擊原子核產(chǎn)生新的原子核。特征是有粒子轟出。(3)裂變：用粒子轟擊重核，產(chǎn)生幾個中等質(zhì)量的核。特征是方程左邊必須有轟擊粒子和重核，且生成物有幾個中等核。(4)聚變：兩個輕核結(jié)合成較重的核。特征是方程左邊有兩個輕核(復(fù)合聚變方程可能有多個輕核)，方程右邊有較重的核生成。3．有關(guān)核反應(yīng)方程的主要題型(1)判斷核反應(yīng)的生成物。(2)判斷核反應(yīng)類型。(3)判斷核反應(yīng)是否成立。例3(2019·河南安陽二模)下列說法正確的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋X中X為中子，核過程類型為β衰變B.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋Y中Y為中子，核過程類型為人工核轉(zhuǎn)變C.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋K，其中K為10個中子，核過程類型為重核裂變D.eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋Z，其中Z為氫核，核過程類型為輕核聚變(1)α衰變、β衰變方程的特點是什么？提示：方程左邊只有一個原子核，方程右邊除有新核，還生成α粒子或β粒子。(2)裂變、聚變方程的特征是什么？提示：裂變方程左邊是一個轟擊粒子和一個重核，方程右邊是幾個中等質(zhì)量的核；聚變方程左邊是兩個輕核，方程右邊生成一個質(zhì)量較大的核。嘗試解答選C。根據(jù)衰變及核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，A過程中的X質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為α粒子，核過程類型為α衰變，A錯誤；B反應(yīng)中的Y質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，為中子，核過程類型為輕核聚變，B錯誤；C反應(yīng)中的K質(zhì)量總數(shù)為10，電荷數(shù)為0，為10個中子，核過程類型為重核裂變，C正確；D反應(yīng)中的Z質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，為質(zhì)子，核過程類型為人工核轉(zhuǎn)變，D錯誤。衰變及核反應(yīng)方程書寫及類型判斷的易錯點(1)熟記常見粒子及原子核的符號是正確書寫衰變及核反應(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)掌握衰變及核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律是正確書寫衰變及核反應(yīng)方程或判斷某個衰變或核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，所以要理解、應(yīng)用好質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律。(3)生成物中有α粒子的不一定是α衰變，生成物中有β粒子的不一定是β衰變，需認(rèn)清衰變、裂變、聚變、人工轉(zhuǎn)變的特點。[變式3－1](2018·北京高考)在核反應(yīng)方程eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋X中，X表示的是()A．質(zhì)子 B.中子C.電子 D.α粒子答案A解析設(shè)X為eq\o\al(A,Z)X，根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)守恒：4＋14＝17＋A，則A＝1，電荷數(shù)守恒：2＋7＝8＋Z，則Z＝1，即X為eq\o\al(1,1)H，為質(zhì)子，故A正確，B、C、D錯誤。[變式3－2]現(xiàn)有幾個核反應(yīng)方程及衰變方程：A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)eE.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nF.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)eG.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(1)________是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，________是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程，________是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程，________是衰變方程，________是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程。(2)E項中X的質(zhì)量數(shù)為________，中子數(shù)為________。答案(1)GECADFB(2)14488解析(1)G為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程；E是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程；C是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程；A是α衰變方程，DF是β衰變方程；B是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程。(2)X的質(zhì)量數(shù)為(235＋1)－(89＋3)＝144，X的質(zhì)子數(shù)為92－36＝56，X的中子數(shù)為144－56＝88。考點4核能1.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。方程的含義是：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也減少。(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(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。2．核能釋放的兩種途徑的理解中等大小的原子核的比結(jié)合能最大，這些核最穩(wěn)定。由比結(jié)合能較小的核反應(yīng)生成比結(jié)合能較大的核會釋放能量，核能釋放一般有兩種途徑：(1)使較重的核分裂成中等大小的核；(2)使較小的核結(jié)合成中等大小的核。3．計算核能的兩種常用方法(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)過程中虧損的質(zhì)量乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2，質(zhì)量的單位為千克。(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，得ΔE＝Δm×931.5MeV/u，質(zhì)量的單位是原子質(zhì)量單位。例4(多選)近幾年一些國家積極發(fā)展“月球探測計劃”，該計劃中的科研任務(wù)之一是探測月球上氦3的含量。氦3是一種清潔、安全和高效的核發(fā)電燃料，可以采用在高溫高壓下用氘和氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電。若已知氘核的質(zhì)量為2.0136u，氦3的質(zhì)量為3.0150u，氦核的質(zhì)量為4.00151u，質(zhì)子質(zhì)量為1.00783u，中子質(zhì)量為1.008665u,1u相當(dāng)于931.5MeV。則下列說法正確的是()A．一個氘和一個氦3的核聚變反應(yīng)釋放的核能約為17.9MeVB．氘和氦3的核聚變反應(yīng)方程式：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋X，其中X是質(zhì)子C．因為聚變時釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少D．目前我國的秦山、大亞灣等核電站廣泛使用氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電(1)判斷X是哪種粒子依據(jù)是什么？提示：電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒。(2)怎樣計算核能？提示：先計算質(zhì)量虧損Δm，再由ΔE＝Δmc2求核能。嘗試解答選AB。根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知X為質(zhì)子，故B正確。根據(jù)質(zhì)能方程知ΔE＝Δmc2＝(2.0136u＋3.0150u－4.00151u－1.00783u)×931.5MeV/u＝17.9MeV，故A正確。因為聚變時釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量減小，但是其總質(zhì)量數(shù)不變，C錯誤；目前我國的秦山、大亞灣等核電站廣泛使用重核裂變反應(yīng)發(fā)電，D錯誤。故選A、B。計算核能的幾種方法(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算，計算時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/u計算。因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，所以計算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。(3)根據(jù)平均結(jié)合能來計算核能原子核的結(jié)合能＝平均結(jié)合能×核子數(shù)。反應(yīng)前后原子核的結(jié)合能之差即釋放(吸收)的核能。(4)有時可結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律進(jìn)行分析計算?？傊?，關(guān)于結(jié)合能(核能)的計算，應(yīng)根據(jù)題目的具體情況合理選擇核能的求解方法，且計算時要注意各量的單位。[變式4－1](2017·全國卷Ⅰ)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.3.3MeVC．2.7MeV D.0.93MeV答案B解析在核反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n中，反應(yīng)前物質(zhì)的質(zhì)量m1＝2×2.0136u＝4.0272u，反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量m2＝3.0150u＋1.0087u＝4.0237u，質(zhì)量虧損Δm＝m1－m2＝0.0035u。則氘核聚變釋放的核能為E＝931×0.0035MeV≈3.3MeV，B正確。[變式4－2](2019·福建省泉州市一模)重核裂變的一個核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋xeq\o\al(1,0)n，已知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr的平均結(jié)合能分別為7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，則()A．該核反應(yīng)方程中x＝10B.eq\o\al(235,92)U的中子數(shù)為92C．該核反應(yīng)釋放9.5MeV的能量D.eq\o\al(235,92)U的平均結(jié)合能比eq\o\al(136,54)Xe小，eq\o\al(235,92)U比eq\o\al(136,54)Xe更穩(wěn)定答案A解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知，x＝10，故A正確；eq\o\al(235,92)U的質(zhì)子數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，所以中子數(shù)為143，故B錯誤；反應(yīng)前的總結(jié)合能E1＝7.6MeV×235＝1786MeV，反應(yīng)后的總結(jié)合能E2＝8.4MeV×136＋8.7MeV×90＝1925.4MeV，E1＜E2，故該反應(yīng)釋放能量，釋放的能量ΔE＝E2－E1＝139.4MeV，故C錯誤；平均結(jié)合能越大，表示原子核越穩(wěn)定，故D錯誤。高考模擬隨堂集訓(xùn)1．(2019·全國卷Ⅰ)氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光為可見光。要使處于基態(tài)(n＝1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為()A．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.51eV答案A解析可見光光子的能量范圍為1.63eV～3.10eV，則氫原子能級差應(yīng)該在此范圍內(nèi)，可簡單推算如下：2、1能級差為10.20eV，此值大于可見光光子的能量；3、2能級差為1.89eV，此值屬于可見光光子的能量，符合題意。氫原子處于基態(tài)，要使氫原子達(dá)到第3能級，需提供的能量為－1.51eV－(－13.60eV)＝12.09eV，此值也是提供給氫原子的最少能量，A正確。2．(2019·全國卷Ⅱ)太陽內(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4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2ν已知eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量分別為mp＝1.0078u和mα＝4.0026u,1u＝931MeV/c2，c為光速。在4個eq\o\al(1,1)H轉(zhuǎn)變成1個eq\o\al(4,2)He的過程中，釋放的能量約為()A．8MeV B.16MeVC．26MeV D.52MeV答案C解析因電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量，計算中可忽略不計。質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα，由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.0078－4.0026)×931MeV≈26.6MeV，C正確。3．(2019·天津高考)(多選)我國核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億攝氏度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說法正確的是()A．核聚變比核裂變更為安全、清潔B．任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變C．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加答案AD解析核聚變沒有放射性污染，比核裂變更為安全、清潔，A正確；只有原子序數(shù)較小的“輕”核才能發(fā)生聚變，B錯誤；兩個輕核