2024版高考物理一輪復(fù)習(xí)第十四章近代物理初步第2講原子結(jié)構(gòu)與原子核學(xué)案新人教版

2024版高考物理一輪復(fù)習(xí)第十四章近代物理初步第2講原子結(jié)構(gòu)

與原子核學(xué)案新人教版第2講原子結(jié)構(gòu)與原子核

一、原子結(jié)構(gòu)光譜和能級(jí)躍遷

知識(shí)點(diǎn)1原子的核式結(jié)構(gòu)

1.電子的發(fā)現(xiàn)：

英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了虹，提出了原子的“棗糕模型”。

2.原子的核式結(jié)構(gòu)：

a粒子束熒颼^,

a粒子源X運(yùn)僉舲％

總費(fèi)守

a粒子放射實(shí)驗(yàn)示意圖

觀察上面兩幅圖，完成以下空格:

(1)1909?1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福進(jìn)行了。粒子散射實(shí)驗(yàn),提出了核式結(jié)構(gòu)模型。

(2)a粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn),

但有少數(shù)。粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于9了，也就是說它們幾乎被“撞了

回來”。

(3)原子的結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的幾乎?全部質(zhì)量和

全部正電荷都集中在原子核里,帶負(fù)電的電子在核外空間運(yùn)動(dòng)。

知識(shí)點(diǎn)2光譜

1.光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)展開，獲得光的選長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分

布的記錄，即光譜。

2.光譜分類：

3.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1=

A

竹一劾(〃=3,4,5,…斤是里德伯常量,R=l.10X107m"')o

4.光譜分析：利用每種原子都有自己的特征造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。

知識(shí)點(diǎn)3玻爾理論能級(jí)

1.玻爾的三條假設(shè)

(1)定態(tài)：原子只能處于一系列丕連續(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：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它誦射或吸收一定頻率的光子，光子的

能量由這兩個(gè)定態(tài)的能最差決定，即力「=區(qū)一反。(力是普朗克常品，A=6.63X10-31J-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(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是

不連續(xù)的,因此電子的可能優(yōu)道也是不連續(xù)的。

2.基態(tài)和激發(fā)態(tài)

原子能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其他能量較高的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。

3.氫原子的能級(jí)和軌道半徑

(1)氫原子的能級(jí)公式:￡,=*&(〃=1,2,3,???),其中笈為基態(tài)能量，其數(shù)值為￡=一13.6

eVo

(2)氫原子的半徑公式：m=正(/?=1,2,3,…)，其中八為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其

數(shù)值為八=0.數(shù)X為7m<,

4.氫原子的能級(jí)圖

“E/eV

8

5r0

4E-0.54

3--0.85

--1.51

2-3.4

-13.6

二、原子核核反應(yīng)和核能

知識(shí)點(diǎn)1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。

(2)原子核的核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù),質(zhì)子和中子都為一

個(gè)單位質(zhì)量。

(3)1元素的原子核的符號(hào)為奴，其中C表示質(zhì)量數(shù),Z表示核電荷數(shù)。

知識(shí)點(diǎn)2天然放射現(xiàn)象

1.天然放射現(xiàn)象

元素宜發(fā)地放出射線的現(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

還具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

2.放射性和放射性元素

物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫幽性。

具有放射性的元素叫放射性兀索。

3.三種射線

放射性元素放射出的射線共有三種，分別是。射線、￡射線、y射線。

4.三種射線的比較

射線名稱

比較而a射線￡射線y射線

組成高速氣核流高速電子流光子流(高頻電磁波)

帶電量2e—e0

限

質(zhì)量4/7?.靜止質(zhì)量為零

1836

0

符號(hào)知e-?eY

速度可達(dá)0.1c可達(dá)0.99。C

垂直進(jìn)入電

場(chǎng)或磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)

偏轉(zhuǎn)情況

貫穿本領(lǐng)最弱較強(qiáng)最強(qiáng)

對(duì)空氣的

很強(qiáng)較弱很弱

電離作用

5.放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)

⑴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，作示蹤原子等。

(3)防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的傷害。

知識(shí)點(diǎn)3原子核的衰變半衰期

1.原子核的衰變

(1)原子核放出a粒丁或B粒子,變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。

⑵分類：

a衰變：為一，"+也。

。衰變：/—3丫+“￡。

y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。衰變，有的發(fā)生￡衰變,

同時(shí)伴隨著y輻射。

(3)兩個(gè)典型的衰變方程：

①。衰變：23；2U--Th+；He；

②方衰變：22Th~2￡P(guān)a+—b。

2.半衰期

(1)定義：放射性元素的原子核有生數(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)避自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)

狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。

知識(shí)點(diǎn)4核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損

1.核力

(1)定義：原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。

⑵特點(diǎn)

①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；

②核力是短程力，作用范圍在1.5XIO—1'm之內(nèi)；

③每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。

2.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。

3.比結(jié)合能

(1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。

(2)特點(diǎn)：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/：三還，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Zn，這就是

質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能△應(yīng)。

雙基自測(cè)

一、堵點(diǎn)疏通

I.原子中絕大部分是空的，原子核很小。（V）

2.核式結(jié)構(gòu)學(xué)說是盧瑟福在。粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的。（V）

3.氫原子光譜是由一條一條亮線組成的。（V）

4.玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，也成功地解釋了氨原子光譜。（X）

5.按照玻爾理論，核外電子均勻分布在各個(gè)不連續(xù)的軌道上。（X）

6.人們認(rèn)識(shí)原子具有狂雜結(jié)構(gòu)是從英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開始的。

（J）

7.人們認(rèn)識(shí)原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開始的。（X）

8.如果某放射性元素的原子核有100個(gè)，經(jīng)過一個(gè)半衰期后還剩50個(gè)。（X）

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。（X）

二、對(duì)點(diǎn)激活

1.盧瑟福通過a粒了?散射實(shí)驗(yàn)，判斷出原子中心有一個(gè)很小的核，并由此提出了原子

的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖所示的平面示意圖中①③兩條線表示。粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡，則沿②所示

方向射向原子核的。粒子可能的運(yùn)動(dòng)軌跡是（A）

a

（D-------------------//

②------------------c

十\

A.軌跡aB.軌跡6

C.軌跡cD.軌跡d

［解析］。粒子帶正電，因此。粒子靠近核時(shí)，與核問有斥力，沿方向②射向原子核的

“粒子比沿方向①的。粒子離核近，與核的作用強(qiáng)，因此。粒子沿方向②進(jìn)入后與核作用

向外側(cè)散射的偏轉(zhuǎn)角應(yīng)該比沿①的大，故A正確。

2.（2020?河南重點(diǎn)高中月考）根據(jù)玻爾理論可知，處于基態(tài)的氫原子吸收一個(gè)光子后躍

遷到高能級(jí)，下列說法正確的是（C）

A.核外電子的動(dòng)能增加

B.氫原子的電勢(shì)能減少

C.氫原子的能量增加

D.氫原子更加穩(wěn)定

［解析］本題考查玻爾能級(jí)躍遷理論、原子的能審變化。根據(jù)玻爾理論可知，氫原子吸

收一個(gè)光子后，能量增加，C正確；氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，穩(wěn)定性減小，D錯(cuò)誤；氫原

子吸收光子后，核外電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑增大，對(duì)照天體模型可知，靜電力

做負(fù)功，動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大，A、B錯(cuò)誤。

3.（多選）據(jù)媒體報(bào)道，叛逃英國(guó)的俄羅斯前特工利特維年科在倫敦離奇身亡，英國(guó)警方

調(diào)查認(rèn)為毒殺利特維年科的是超級(jí)毒藥一一放射性元素針（嗎F。）。若該元素發(fā)生。衰變，其

半衰期是138天，衰變方程為＜Po-X+；He+八則下列說法中正確的是（ABD）

A.X原子核含有124個(gè)中子

B.X原子核含有206個(gè)核子

C.7射線具有很強(qiáng)的電離能力

D.100g的APO經(jīng)276天,已衰變的質(zhì)量為75g

［解析］X原子核中的核子數(shù)為210—4=206（個(gè)），B項(xiàng)正確；中子數(shù)為206—（84-2）=

124個(gè)，A項(xiàng)正確：/射線的電離能力很弱，C項(xiàng)錯(cuò)誤；經(jīng)過兩個(gè)半衰期，剩余的針的質(zhì)量為

原來的四分之一，則已衰變的質(zhì)量為原來的四分之三，D項(xiàng)正確。

核心考點(diǎn)-重點(diǎn)突破

HEXINKAODIANZHONGDIANTUP0

考點(diǎn)一氫原子能級(jí)及原子躍遷

1.能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說明

8“EleV

50

4-0.54

3-0.85

-1.51

2T--------------------3.4

-13.6

相關(guān)量意義

能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)一一定態(tài)

橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示量子數(shù)

橫線右端的數(shù)字“一13.6,-3.4…”表示氫原子的能量

表示相鄰的能量差，量子數(shù)越人相鄰的能量差越

相鄰橫線間的距離

小，距離越小

表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子躍遷

帶箭頭的豎線

的條件為方以二￡一反

2.兩類能級(jí)躍遷

（1）自發(fā)躍遷：高能級(jí)一低能級(jí)，釋放能最，發(fā)出光子。

光子的頻率=與+。

nn

（2）受激躍遷：低能級(jí)一高能級(jí)，吸收能量。

①光照（吸收光子）：光子的能量必須恰等于能級(jí)差kv八E.

②碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可，￡外2△及

③大于電離能的光子被吸收，將原子電離。

3.譜線條數(shù)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（〃一1）。

（2）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可采用在能級(jí)圖上畫圖的方法求解。

②可采用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解：N=C=n。

*■例1（2021?廣西三市調(diào)研）氫原子能級(jí)圖如圖所示，大量處于〃=3激發(fā)態(tài)的氫

原子向低能級(jí)狀態(tài)躍遷輻射出的光子中，發(fā)現(xiàn)有兩種頻率的光子能使金屬A產(chǎn)生光電效應(yīng)，

則下列說法正確的是（B）

A.大量處于〃=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)狀態(tài)躍遷時(shí)，只輻射兩種頻率的光子

B.從〃=3激發(fā)態(tài)直接躍遷到基態(tài)時(shí)放出的光子一定能使金屬A發(fā)生光電效應(yīng)

C.?個(gè)氫原了從〃=3激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)，該氫原了能量增大

D.一個(gè)氫原子從〃=3激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)，該氫原子核外電子動(dòng)能減小

［解析］本題考查玻爾氫原子能級(jí)躍遷理論的綜合應(yīng)用。大量?處尸〃=3激發(fā)態(tài)的氫原子

向低能級(jí)狀態(tài)躍遷時(shí)，有3~1,3-2,2-1,三種情況，所以躍遷過程中將釋放出3種頻率的

光子，故A錯(cuò)誤；由題可知，大量處于〃=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷所放出的光子中，

有兩種頻率的光子能使金屬力發(fā)生光電效應(yīng)，從〃=3躍遷到基態(tài)輻射的光子頻率最大，則一

定能使金屬月發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)B正確；根據(jù)玻爾理論，氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí),

放出能量，電子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小，原子總能量減小，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。

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名師點(diǎn)撥氫原子能量分析

氫原子在各個(gè)不同的能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的電子凱道，電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和系統(tǒng)

的電勢(shì)能之和即為原子的能量，即￡=尻+6卅。電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)由庫(kù)侖力提供向心力，有

/A=—,電子的動(dòng)能加=；〃〃=鋁；系統(tǒng)的電勢(shì)能根據(jù)庫(kù)侖力做功來判斷：靠近核，庫(kù)侖力

r,>rn22rn

對(duì)電子做正功，系統(tǒng)電勢(shì)能減小，遠(yuǎn)離核，庫(kù)侖力對(duì)電子做負(fù)功，系統(tǒng)的電勢(shì)能增大。

(變式訓(xùn)練1)(2021?山西大同聯(lián)合)如圖所示為氫原子的能級(jí)示意圖，一群氫原子處于

〃=4的激發(fā)態(tài)，在向較低能級(jí)躍遷的過程中向外輻射光子，用這些光照射逸出功為1.90eV

的金屬鈉，下列說法正確的是(A)

nE

8-------------0

4----------------0.85eV

3-1.51eV

2-3.40eV

1---------------13.60eV

A.這群氫原子最多能發(fā)出6種不同頻率的光，其中從〃=4能級(jí)躍遷到〃=3能級(jí)所發(fā)出

的光波長(zhǎng)最長(zhǎng)

B.這群氫原子發(fā)出的光子均能使金屬艷發(fā)生光電效應(yīng)

C.金屬鈉表面所逸出的光電子的初動(dòng)能最大值為12.75eV

D.金屬艷表面所逸出的光電子的初動(dòng)能最大值為10.19eV

［解析］本題考查氫原子能級(jí)躍遷和光電效應(yīng)方程。??群氫原子處于。=4的激發(fā)態(tài)，可

能發(fā)出C=6種不同頻率的光子，因?yàn)椤?4和〃=3間能級(jí)差最小，所以從〃=4躍遷到〃=3

發(fā)出的光子頻率最小，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，選項(xiàng)A正確；從〃=4躍遷到〃=3發(fā)出的光子能量值最小，

為［-0.85-(-1.51)］eV=0.66eV<l.90eV。所以不能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng),

選項(xiàng)B錯(cuò)誤；從〃=4躍遷到〃=1發(fā)出的光子頻率最高，發(fā)出的光子能量為13.60eV-0.85eV

=12.75eVo根據(jù)光電效應(yīng)方程您=力P一悠得，光電子的最大初動(dòng)能為扁=12.75eV-l.90

eV=10.85eV,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。

考點(diǎn)二原子核的衰變半衰期

1.確定衰變的種類及衰變次數(shù)的方法

不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地放出。粒子或￡粒子后，轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為原子核的衰變。

判斷衰變的種類及衰變次數(shù)要掌握幾個(gè)要點(diǎn)。

(1)知道。粒子和￡粒子的表示符號(hào)

。粒子實(shí)質(zhì)是氮原子核，符號(hào)是;He,其中4表示氮的質(zhì)量數(shù)，2表示氮的電荷數(shù)?！炅?/p>

子實(shí)質(zhì)是電子，符號(hào)是Le,其中0表示電子的質(zhì)量數(shù)，-1表示電子的電荷數(shù)。

(2)知道a衰變和￡衰變滿足兩種“守恒”

衰變過程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。

(3)弄清確定衰變次數(shù)的方法

設(shè)元素/經(jīng)過〃次a衰變和〃/次萬衰變后，變成穩(wěn)定的新元素，Y,則表示核反應(yīng)的方

程為：/f'；Y+HHe+m-；e。

根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得

A=A'+4/7

Z—Z'+2〃一m

兩式聯(lián)立解得

A-A'A-A',fr

n—;,m—~十Z—Z

42

可見，確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程組。

（4）a衰變和B衰變的實(shí)質(zhì)

①。衰變：a衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核放出由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子

組成的粒子（即氮核）。新核比原核的質(zhì)量數(shù)減少4,核電荷數(shù)減少2,在元素周期表中的位置

要前移兩位。

②？衰變：為一Z<Y十一/，B衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子

時(shí)放射出一個(gè)電子。新核與原核質(zhì)量數(shù)相同，核電荷數(shù)增加1,在元素周期表中的位置要后移

一位。

注意：①7射線是伴隨。衰變或￡衰變產(chǎn)生的。放出/射線后，原子核的電荷數(shù)和質(zhì)

量數(shù)都不變，其實(shí)質(zhì)是放射性元素的原子核在發(fā)生。衰變或尸衰變時(shí)，由于產(chǎn)生的某些新

核具有過多的能量（核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出光子。

②當(dāng)放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生。衰變，有的發(fā)生￡衰變，同時(shí)

伴有Y射線產(chǎn)生，這時(shí)可連續(xù)放出三種射線。

2.對(duì)半衰期的理解

（1）根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式

1上1上

少余="原（5）t,小余=/凝（,）丁

式中"明、勿假表示衰變前的放射性元素的原子核數(shù)/質(zhì)量，川余、勿余表示衰變后的放射性

元素的原子核數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，「表示半衰期。

（2）適用條件：半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對(duì)于一個(gè)特

定的原子核，無法確定何時(shí)發(fā)生衰變。

*■^2（多選）21）Th（針）經(jīng)過一系列a衰變和￡衰變，變成第Pb（鉛）。以下說法中

正確的是（ABD）

A.鉛核比鈕核少8個(gè)質(zhì)子

B.鉛核比杜核少16個(gè)中子

C.共經(jīng)過4次a衰變和6次月衰變

D.共經(jīng)過6次。衰變和4次日衰變

［解析］設(shè)。衰變次數(shù)為x,8衰變次數(shù)為外由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得232=208

+4x

90=82+2A-y

解得x=6,y=4,C錯(cuò)、D對(duì)：

鉛核、牡核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90,故A對(duì)；

鉛核、鈕核的中子數(shù)分別為126、142,故B對(duì)。

（變式訓(xùn)練2）（2018?江蘇高考）已知力和8兩種放射性元素的半衰期分別為7和2T,

則相同質(zhì)量的力和8經(jīng)過27后，剩有的力和8質(zhì)量之比為（B）

A.1：4B.1：2

C.2：1D.4：1

m紅1

［解析］根據(jù)衰變規(guī)律，經(jīng)過27后力剩有的質(zhì)量加=07nb=-

27'

B剩有的質(zhì)量〃加=（3）27加=g加。

所以出=1，故選項(xiàng)B正確。

/ZfoZ

考點(diǎn)三核反應(yīng)類型及核反應(yīng)方程

1.核反應(yīng)的四種類型

類型可控性核反應(yīng)方程典例

衰a衰變自發(fā)「UYTh+雙

231TL234n1。

變B衰變自發(fā)*ThfgiPa+-ie

丁N+弭e-<O+；H

（盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子）

；He+：Bef126c+in

人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂疲ú榈峦税l(fā)現(xiàn)中子）

13AI+；He_>*+in（約里奧?居里夫婦

發(fā)現(xiàn)放射性同位素，

；?TSi+：e

同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子）

—康Ba+*Kr+3；n

重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制

925U4-in->M6Xe+SSr+Won

中國(guó)可控輕核聚變，世

輕核聚變界領(lǐng)先，但未達(dá)到應(yīng)用>&le+：n

程度

2.核反應(yīng)過程一般是不可逆的，書寫核反應(yīng)方程不能用等號(hào)，只能使用單向箭頭“一”

連接，并表示反應(yīng)方向。

3.核反應(yīng)過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒，而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中伴隨著能量的巨大變化,

反應(yīng)前后質(zhì)量會(huì)變化，一般質(zhì)量會(huì)虧損。

4.核反應(yīng)過程中遵循電荷數(shù)守恒原理。

?■(列3(1)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有(AC)

A.纜—2%Th+；He是。衰變

B.u7N+；He-＞，0+；H是萬衰變

C.?H+；H7He+Jn是輕核聚變

D.SSe一案Kr+23e是重核裂變

(2)現(xiàn)有四個(gè)核反應(yīng)：

A.iH+ill-*2He4-on

B.賁u+；n-X+2Kr+3；n

C.itNaTMg4--1e

D.2Hc+iBe-*?C+；n

①是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，1L是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程.，上是研究氫彈的基本

核反應(yīng)方程。

②B項(xiàng)中X的質(zhì)量數(shù)為也，中子數(shù)為繾。

［解析］(DA項(xiàng)為。衰變，B項(xiàng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變，C項(xiàng)為輕核聚變，D項(xiàng)為B衰變,

故A、C兩項(xiàng)正確。

(2)①D項(xiàng)為杳德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程：B項(xiàng)是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程；A項(xiàng)

是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程。

②X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。

____________________________

名師點(diǎn)撥四種核反應(yīng)的快速區(qū)分

(1)衰變反應(yīng)：反應(yīng)方程左邊只有一個(gè)原子核，右邊有兩項(xiàng)且其中包含一個(gè)氮核或電子。

(2)人工核反應(yīng)：核反應(yīng)方程左邊有一個(gè)原子核和。粒子、中子、質(zhì)子、笊核等粒子中

的一個(gè)，右邊有一個(gè)新核，也可能包括另一個(gè)粒子。

(3)重核的裂變：左邊為重核與中子，右邊為兩個(gè)以上的核并放出若干個(gè)粒子。方程兩邊

中子數(shù)不可抵消。

(4)輕核的聚變：左邊為輕核，右邊為質(zhì)量數(shù)較大的咳。例如笊核和疑核聚變成氮核的反

應(yīng)。

考點(diǎn)四核能的計(jì)算

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￡=膜匕

方程的含義是：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡(jiǎn)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(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損人加，其能量也要相應(yīng)減少，即AE=A族。

(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△勿，吸收的能量為△￡=

A0c)

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。

(1)使較重的核分裂成中等大小的核。

(2)較小的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能都會(huì)增加，都可以釋放能量。

3.核反應(yīng)過程中的綜合問題

(1)兩個(gè)守恒定律的應(yīng)用

若兩原子核發(fā)生核反應(yīng)生成兩種或兩種以上的新生原子核過程中滿足動(dòng)量守恒的條件，

則

加iH+色駭=加%+屈為+…

若核反應(yīng)過程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新生原子核的動(dòng)能，由能量守恒得

:如而+14+A￡=：而Ad—

(2)原子核衰變過程中，。粒子、￡粒子和新生原子核在磁場(chǎng)中的軌跡。

①。衰變中，。粒子和新生原子核在磁場(chǎng)中的軌跡外切，如圖(甲)所示。

②/^衰變中，尸粒子和新生原子核在磁場(chǎng)中的物跡內(nèi)切，如圖(乙)所示。

(3)計(jì)算核能的方法

①根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損的千克數(shù)乘以真空中光速的平方，

即AE=Ame'

②根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，得△￡=質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位

數(shù)X931.5MeV.

③根據(jù)平均結(jié)合能來計(jì)算核能

原了?核的結(jié)合能=平均結(jié)合能X核子數(shù)。

④有時(shí)可結(jié)合動(dòng)量守恒和能量守恒進(jìn)行分析計(jì)算，此時(shí)應(yīng)注意動(dòng)最、動(dòng)能關(guān)系式/=2加氐

的應(yīng)用。

??■例4現(xiàn)有兩動(dòng)能均為笈=0.35MeV的?H在一條直線上相向運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)苗發(fā)生對(duì)

撞后能發(fā)生核反應(yīng)，得到汨e和新粒子，且在核反應(yīng)過程中釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為2He和新

粒子的動(dòng)能。已知汨的質(zhì)量為2.0141u,利的質(zhì)量為3.0160u,新粒子的質(zhì)量約為1.008

7u,核反應(yīng)時(shí)質(zhì)量虧損1u釋放的核能約為931MeV?（如果涉及計(jì)算，結(jié)果保留整數(shù)）。則下

列說法正確的是（C）

A.核反應(yīng)方程為汨+%i；Hc+；H

B.核反應(yīng)前后不滿足能量守恒定律

C.新粒子的動(dòng)能約為3MeV

D.打e的動(dòng)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)守恒可知制+；11-為【e+小，則新粒子為中子;n,

所以A錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損，釋放能量，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，仍然滿足能量守

恒定律，B錯(cuò)誤；由題意可知A^=（2.0141UX2-3.0160u-1.0087u）X931MeV/u=

3.3MeV,根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的能量守恒有蜃。+凰=2氏+根據(jù)核反應(yīng)中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒

有pi.—A=0,由反=￡,可知等=色，解得屆如=一^（2氏+A9FMeV,仄=:（2石

+△￡）g3MeV,所以C正確、D錯(cuò)誤。

（變式訓(xùn)練3）（2020?福建省泉州市月考）重核裂變的一個(gè)核反應(yīng)方程為27U+；n-%Xe

+《Sr+必n,已知2噓U、3Xc、SSr的平均結(jié)合能分別為7.6MeV,8.4MeV、8.7MeV,則（A）

A.該核反應(yīng)方程中x=I0

B.%U的中子數(shù)為92

C.該核反應(yīng)釋放9.5McV的能吊：

D.端U的平均結(jié)合能比%Xe小,2*u比3Xe更穩(wěn)定

［解析］根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知，x=10,故A正確；/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(cuò)誤；反應(yīng)前的總結(jié)合能￡=7.6MeVX235=l786MeV,反應(yīng)后的

總結(jié)合能￡=8.4MoVX136+8.7MeVX90=1925.4MeV,E〈E?,故該反應(yīng)釋放能量，釋放

的能量AE=反一石=139.4MeV,故C錯(cuò)誤；平均結(jié)合能越大，表示原子核越穩(wěn)定，故D錯(cuò)誤。

2年高考?1年模隊(duì)

2NIANGAOKAO1NIANMONI

1.（2020?全國(guó)I理綜，19）（多選）下列核反應(yīng)方程中,小、X?、X3、X”代表a粒子的有

（BD）

A.tH+iH-*,}n+Xi

B.iH+：Hf；n+X2

C.23泡次r+RL

I）.Jn+5Li->?H+X4

［解析］本題考查核反應(yīng)方程的書寫。由質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒知，Xi的質(zhì)量數(shù)為2+

2-1=3,電荷數(shù)為1+1=2,X2的質(zhì)量數(shù)為2+3—1=4,電荷數(shù)為1+1=2,治的質(zhì)量數(shù)*

X（235+1-144-89）=1,也荷數(shù)*X（92—56—36）=0,X,的質(zhì)量數(shù)為1+6—3=4,電荷

數(shù)為3—1=2,則Xi、X2、X3、X］分別為浙e、壇、；n、卻e,代表a粒子（%）的有先、X」,B、

D正確，A、C錯(cuò)誤。

2.（2020?全國(guó)II理綜，18）笊核;H可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)

式6；H->2；Hc+2：H+%n+43.15MeV表示。海水中富含笊，已知1kg海水中含有的笊核約為

1.0X1022個(gè)，若全都發(fā)生聚變反應(yīng)，其釋放的能量與質(zhì)量為朗的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱量相

等；已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9X104，lMeV=1.6X107J,則J/約為（C）

A.40kgB.100kg

C.400kgI）.1000kg

［解析］本題考查核聚變反應(yīng)。由題意知，1kg海水中全部笊核發(fā)生聚變反應(yīng)所釋放的

10x］O22

能量約為—X43.15X1.6X10nJ^l.151X1O10J,其與質(zhì)量為"的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋

O

11R1V1

放的熱量相等，則標(biāo)準(zhǔn)煤的質(zhì)量.仁kg=400kg,故C正確。

z.yA

3.（2020?全國(guó)in理綜，19）（多選）1934年，約里奧一居里夫婦用a粒子轟擊鋁箔，首

次產(chǎn)生了人工放射性同位素X,反應(yīng)方程為:He+溫1-X+M。X會(huì)衰變成原子核Y,衰變方程

為XfY+：e。貝i」（AC）

A.X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等

B.X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1

C.X的電荷數(shù)比的電荷數(shù)多2

D.X的質(zhì)量數(shù)與覬1的質(zhì)量數(shù)相等

［解析］本題考查核反應(yīng)方程的書寫。設(shè)X的質(zhì)量數(shù)為力、電荷數(shù)為HY的質(zhì)量數(shù)為a

電荷數(shù)為〃，根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知4+27=1+42+13=0+反/1=。+

0,8=計(jì)1,解得力=「=30,B=15,。=14,所以X的質(zhì)量數(shù)等于Y的質(zhì)量數(shù)，X的電荷數(shù)

比Y的電荷數(shù)多1,X的電荷數(shù)比加1的電荷數(shù)多2,X的質(zhì)量數(shù)比溫1的質(zhì)量數(shù)多3,故A、C

正確，B、D錯(cuò)誤。

4.（2019?全國(guó)卷I,14）氫原子能級(jí)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)5=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）

nE!e\

8.........0

4----------0.85

3----------1.51

2----------3.40

A.12.09eV

B.10.20eV

C.1.89eV

D.1.51eV

［解析］可見光光子能最范圍為L(zhǎng)63eV?3.10則氫原子能級(jí)差應(yīng)該在此范圍內(nèi)，

可簡(jiǎn)單推算如下：2、1能級(jí)差為1（）.20eV,此值大于可見光光子的能量；3、2能級(jí)差為1.89

eV,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(jí)，

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，

選項(xiàng)A正確。

第十四章近代物理初步

綜合過關(guān)規(guī)范限時(shí)檢測(cè)

滿分：100分考試時(shí)間：45分鐘

一、選擇題（本題共8小題，每小題6分，共計(jì)48分。每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1?

5題只有?項(xiàng)符合題目要求，第6?8題有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不

全的得3分，有選錯(cuò)的得0分）

1.（2020?天津卷）在物理學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，人們通過對(duì)某些重要物理實(shí)驗(yàn)的深入觀察和

研究，獲得正確的理論認(rèn)識(shí)。下列圖示的實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)原子具有核式結(jié)構(gòu)的是（D）

CD

［解析］A項(xiàng)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)說明了光具有波動(dòng)性，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，說明了

光具有粒子性，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是有關(guān)電磁波的發(fā)射與接收，與原子核無關(guān)，故C錯(cuò)誤;

D項(xiàng)盧瑟福的。粒子散射實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了原子具有核式結(jié)構(gòu)，故D正確；故選D。

2.如圖所示，白天從外看窗戶都是黑的，這是因?yàn)樘柟馔高^窗戶照射到房子里的光線

經(jīng)屋內(nèi)多次反射后最終未能從窗戶反射出來，所以看起來就是黑的。物理學(xué)匕把只能吸收

電磁波而不能反射電磁波的物體稱為黑體，黑體不能反射電磁波，卻能輻射電磁波。關(guān)于黑

體，下列說法不正確的是（I））

置

W海

善

郭

輯

51簿

郭

福

:?

A.黑體是一種理想化的物理模型一

B.黑體輻射電磁波的情況與黑體材料、表面狀況無關(guān)

C.黑體輻射電磁波的情況僅與溫度有關(guān)

【）.黑體溫度升高，短波輻射強(qiáng)度增強(qiáng)，長(zhǎng)波輻射減弱

［解析］黑體是一種理想化的物理模型，是對(duì)那些吸收電磁波卻很少反射電磁波的一類

物體進(jìn)行的近似、理想化的描述，所以A正確；黑體輻射電磁波的情況與黑體材料、表面狀

況無關(guān)，僅與溫度有關(guān)，所以B、C正確；黑體溫度升高，各種電磁波的輻射強(qiáng)度都會(huì)增強(qiáng)，

故I）錯(cuò)誤，本題選不正確的，故選I）。

3.大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將笊聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。笊核聚變反應(yīng)方

程是：；H+；H-＞：Hc+；n。己知汨的質(zhì)量為2.0136u,汨c的質(zhì)量為3.0150u,in的質(zhì)量為1.008

7u,1u=931MeV/c2o笊核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為（B）

A.3.7MeVB.3.3MeV

C.2.7MeVD.0.93MeV

［解析］在核反應(yīng)方程；11+；ll-*2He+Jn中，反應(yīng)前物質(zhì)的質(zhì)量//A=2X2.0136u=

4.0272u,反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量他=3.0150u+1.0087u=4.0237u,質(zhì)量虧損△勿

-nk=0.0035uo則笊核聚變釋放的核能為￡=931X0.0035MeV^3.3MeV,B正確。

4.（2021?河南月考）用如圖甲所示的電路研究光電效應(yīng)中光電流強(qiáng)度與照射光的強(qiáng)弱、

頻率等物理量的關(guān)系。圖中A、K兩極間的電壓大小可調(diào)，電源的正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)，分別用

a、b、。三束單色光照射光電管陰極，調(diào)節(jié)A、K間的電壓〃，得到光電流/與電壓V的關(guān)系

加圖乙所示，由圖可知（3）

A.單色光a的頻率高于單色光。的頻率

B.單色光a的頻率低于單色光〃的頻率

C.單色光a和。的頻率相同，但a更弱些

D.單色光a和b的頻率相同，但a更強(qiáng)些

［解析］根據(jù)笈=e〃?和光電效應(yīng)方程瓦=力P—用可知，eUF=hv-l^,當(dāng)a、b、，三束

單色光照射光電管陰極時(shí)有〃”以2,則?＞吸=囁，又由于a光照射時(shí)的飽和光電流大于c

光照射時(shí)的飽和光電流，故a光更強(qiáng)些，B正確，A、C、D錯(cuò)誤。

5.（2021?河南九師聯(lián)盟質(zhì)檢）iH和；II是重要的核聚變?nèi)剂希龊?聚變的核反應(yīng)方程

為;H+：HfHe+X+17.6MeV,X與Y核反應(yīng)又可獲得；H,即X+Y-＞；為+；H+4.9MeV,則

下列說法正確的是（D）

A.X是電子

B.Y的核電荷數(shù)為4

C.fH+；H-2He+X+17.6MeV中的17.6MeV是：He的結(jié)合能

D.X+YTHe+；H+4.9MeV中平均每個(gè)核子釋放的能量為0.7MeV

［解析］本題考查核反應(yīng)方程與質(zhì)能方程的應(yīng)用。杈據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒

可知，X是中子，Y的核電荷數(shù)為3,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；核子結(jié)合成原子核釋放的能量才是結(jié)合

4QMnV

能，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；X+Y-；lle+：II+4.9MeV中平均每個(gè)核子釋放的能量為一—=0.7MeV,

選項(xiàng)D正確。

6.（2019?天津）我國(guó)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（AD）

A.核聚變比核裂變更為安全、清潔

B.任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變

C.兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)最較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加

D.兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加

［解析］核聚變沒有放射性污染，安全、清潔，A正確；只有原子序數(shù)小的“輕”核才能

發(fā)生聚變，B錯(cuò)誤；輕核聚變成質(zhì)量較大的原子核、比結(jié)合能增加，總質(zhì)量減小，C錯(cuò)誤，D

正確。

7.（2020?山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬）氫原子光譜如圖甲所示，圖中給出了譜線對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，

玻爾的氫原子能級(jí)圖如圖乙所示。

已知普朗克常量力=6.636KT"J-s,可見光的頻區(qū)范圍約為4.2X10“?7.8X10“Hz,

則（ABD）

1-13.6

乙

A.IL，譜線對(duì)應(yīng)光子的能量小于lh譜線對(duì)應(yīng)光子的能量

B.圖甲所示IL、H。、電、乩四種光均屬于可見光范疇

C.小對(duì)應(yīng)光子的能量約為10.2eV

D.IL譜線對(duì)應(yīng)的躍遷是從〃=3能級(jí)到〃=2能級(jí)

［解析］本題考查對(duì)應(yīng)光譜比較能級(jí)躍遷放出光子的種類。根據(jù)真空中光速等于波長(zhǎng)乘

頻率可知，波長(zhǎng)越長(zhǎng)頻率越小，根據(jù)￡=力/可知頻率越小能量越小，故A正確：由可見光的

頻率范圍可知，可見光的波長(zhǎng)范圍約為385?714nm,則四種光都屬于可見光，故B正確；由

E=hv=h5可得E,%2.56eV,故C錯(cuò)誤；根據(jù)E=hv=h彳可知，H。譜線對(duì)應(yīng)的光子能

AA

Ag

量為從對(duì)應(yīng)光子能量的7-倍，約為1.89eV,結(jié)合能級(jí)圖可知，從〃=3能級(jí)躍遷到〃=2能

級(jí)時(shí)輻射的光子能量為［-L51—（-3.4）］eV=L89eV,故D正確。

8.（2020?山東濟(jì)寧月考）某金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率-變

化的關(guān)系圖像如圖所示，直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為4.29X10“Hz,與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)為0.5eV,

則下列說法正確的是（BD）

A.該金屬的逸出功為0.5eV

B.該金屬的極限頻率為4.29X10“Hz

C.當(dāng)入射光頻率5.5X10"Hz時(shí)，光的強(qiáng)度最大

［）.直線的斜率表示普朗克常量力

［解析］本題考查光電效應(yīng)方程的應(yīng)用。根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程&二方，一版知，/鼠

-y圖線的斜率為普朗克常量力，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)表示極限頻率，即該金屬的極限頻

率為4.29X10"Hz,故B、D正確；當(dāng)入射光頻率為4.29X10“Hz時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能

為0,根據(jù)'—用得咳金屬的逸出功為用=1.78eY,故A錯(cuò)誤；由題圖可知，5.5X10”

Hz時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為0.5eV,無法得出光的強(qiáng)弱，故C錯(cuò)誤。

二、非選擇題（本題共3小題，共52分。）

9.（10分）（2020?江蘇單科，12⑴⑵）⑴“測(cè)溫嗆”（學(xué)名“紅外線輻射測(cè)溫儀”）具

有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計(jì)出來的，能將接收到的人

體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度/及其極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)A

的變化情況是Bo

A./增大，