新高考物理选择性考试B方案一轮复习学案第15章第2讲原子和原子核

主干梳理对点激活提出了原子的“枣糕模型”。原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°,也就是说它们几乎被“撞”了回来。2.光谱 用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公 ②轨道量子化：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对③跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光(4)玻尔理论的局限性：不能解释除氢原子之外其他原子的光谱现象。4.量子力学的建立及应用(1)量子力学的建立：普朗克黑体辐射理论、爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说都成功地解释了特定的实验规律，但都不是统一的普遍性理论。这些理论中都含有普朗克常量，预示着存在统一描述微观世界行为的普遍性规律，这种描述微观世界行为的理论被称为量子04放射性。具有放射性的元素叫05放射性元素。放射性元素放射出的射线共有射线名称比较项目α射线β射线γ射线组成高速氦核流电子流光子流(高频电磁波)带电量-e0为零可达0.1c09C最弱较强对空气的电离作用较弱(3)原子核的核电荷数=[18质子数=元素的原子序数=[19]中性原子的核外 表中的23位置相同，具有相同的24化学性质。有25天然放射性同位素和26人工放射性同位素两类。知识点3放射性元素的衰变I _2.半衰期 放射性元素的原子核有[04半数发生衰变所需的时间。时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来。因此γ射线经常是伴随a知识点4核反应方程1(2)核反应中遵循两个守恒规律，即[01质量数守恒和02电荷数守恒。类型可控性方程典例衰变α衰变自发β衰变自发人工转变人工控制(卢瑟福发现质子)(查德威克发现中子)73Al+4He→(约里奥-居里夫妇发现放射性同位素及正电子)比较容易进行人工控制除氢弹外无法控制③裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式， 2.轻核聚变 两个轻核结合成05质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫06热核反应。①聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3至4倍。一堵点疏通二对点激活象，下列说法不正确的是()原方向前进，因此在A位置观察到的闪光次数最多，故A正确；少数α粒子发生错误。B.巴耳末线系的4条谱线位于红外区C.在巴耳末线系中n值越大，对应的波长越短D.巴耳末线系的4条谱线是氢原子从n=2的能级向n=3、4、5、6能级跃解析此公式中n不可以取任意值，只能取整数，且为3,4,5,…,n为量子对应的波长λ越短，故C正确；巴耳末线系的4条谱线位于可见光区，其余谱线位于紫外光区，故B错误；巴耳末线系的4条谱线是氢原子从n=3,4,5,6能级向n=2能级跃迁时产生的，故D错误。解析处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为C,所以处于n=3能级的大量氢原子向低能级跃迁，辐射光的频率有C3=3种，故C项正D.红外线的波长比X射线的波长长解析阴极射线和β射线的本质都是电子流，但是阴极射线的来源是原子核外的电子，而β射线的来源是原子核内的中子转化为质子时产生的电子，故A错比α射线强，故C正确；红外线的波长比X射线的波长长，故D正确。C.1g钍经过120天后还剩0.03125gD.32个钍原子核处Th经过72天后还剩4个解析由电荷数守恒和质量数守恒可知衰变方程为3Th→外Pa+Ye,是β衰C.80+6n→M+IH,M为N7.(多选)铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，这类核反应被定名为核裂变。1947年我国科学家钱三强、何泽慧在实验中观察到铀核也可以分裂为三部分或四部分。关于铀核的裂变，下列说法正确的是()A.裂变的产物不是唯一的B.裂变的同时能放出2～3个或更多个中子C.裂变能够释放巨大能量，每个核子平均释放的能量在裂变反应中比在聚变反应中的大D.裂变物质达到一定体积(即临界体积)时，链式反应才可以持续下去答案ABD解析因铀核也可以分裂为三部分或四部分，可知裂变的产物不是唯一的，A正确；裂变是链式反应，在裂变的同时能放出2～3个或更多个中子，这些中子再轰击其他铀核发生裂变，B正确；裂变物质达到一定体积(即临界体积),链式反应才可以持续下去，D正确。在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但每个核子平均释放的能量在聚变反应中一般比在裂变反应中的大，C错误。(1)写出2个质子和2个中子结合成氦核的核反应方程；(2)求氦核的平均结合能。(结果保留三位有效数字)答案(1)2|H+2bn→He(2)1.09×10-12J平均结合能考点细研悟法培优1.对原子跃迁条件hv=Em-En的说明(1)原子跃迁条件hv=Em-En只适用于原子在各定态之间跃迁的情况。氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态(或n能级)的氢原子吸收的光子能量大于(3)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动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两能级的能量差值(E=Em-En),均可使原子发生能级跃迁。2.跃迁中两个易混问题(1)一群原子和一个原子氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。(2)直接跃迁与间接跃迁原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射(或吸收)光子的能量是不同的。直接跃迁时辐射(或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸收)的所有光子的能量和。3.氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律(1)电子动能变化规律①从公式上判断，电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即所以,随r增大而减小。②从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子的动能减小。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，电子的动能增大。(2)原子的电势能的变化规律①通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小。②利用原子能量公式En=Ekn+Epm判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，原子的电势能减小。A.氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，动能也越大B.用动能为12.3eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n=2的能级C.用光子能量为12.3eV的光照射一群处于基态的氢原子，氢原子有可能跃迁到n=2的能级D.用光子能量为1.75eV的可见光照射大量处于n=3能级的氢原子时，氢原子不能发生电离o解题探究|(1)入射电子的能量大于能级差，原子提示：能。(2)氢原子能量越大，轨道半径是越大还是越小?提示：越大。尝试解答选B。根据玻尔理论，氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，根据知动能越小，A错误；因12.3eV大于n=2能级和n=1能级的能量差10.2eV,则用动能为12.3eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n=2的能级，B正确；因12.3eV不等于n=2能级和n=1能级的能量差，则用光子能量为12.3eV的光照射一群处于基态的氢原子，光子的能量不能被氢原子吸收，则氢原子不能跃迁到n=2的能级，C错误；用光子能量为1.75eV的可见光照射大量处于n=3能级的氢原子时，由于1.75eV>1.51eV,氢原子总结升坐解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项(1)氢原子处在各能级的能量值是负值。(2)注意区分氢原子吸收光子和实物粒子的能量的条件，区分定态间跃迁和电离。(3)氢原子自发跃迁谱线条数的计算①一个n能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n-1)。②一群n能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数：b.利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况—一画出，然后相加。1,2,3,…),其中基态能量Ei=-13.6eV,能级图如图所示。大量氢原子处于量子数为n的激发态，由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为-0.96E1,则n和可能发出的频率最小的光子能量分别为()解析由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为-0.96E1,则△E=-0.96Ei=En-Ei,所以处于量子数为n的激发态氢原子的能量为1,即处在n=5能级；大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出的所有光子中，频率最小的光子的能量为△E′=-0.54eV-(-0.85[变式1-2]如图所示是氢原子的能级示意图。当氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射一定频率的光子，以下判断不正确的是()A.一个处于n=3能级的氢原子，自发跃迁时最多能发出3种不同频率的光子B.根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子动能增大C.大量处于n=4能级的氢原子自发跃迁时，辐射的光子能量最大为12.75eVD.用能量为11.0eV的电子轰击基态氢原子能使其跃迁到高能级答案A解析一个氢原子和一群氢原子跃迁情况不同，一个处于n=3能级的氢原子可从n=3能级跃迁到n=2能级，再由n=2能级跃迁到n=1能级，最多辐射两种频率的光子，A错误；氢原子辐射光子后，由高能级跃迁到低能级，电子轨道半径减小，动能增大，总能量减小，电势能减小，B正确；由能级跃迁条件可知，大量处于n=4能级的氢原子自发跃迁时，辐射的光子能量最大的是从n=4能级向n=1能级跃迁，由hv=Em-En,可得最大能量为13.6eV-0.85eV=12.75eV,C正确；电子能量大于10.2eV,则可以使基态氢原子发生跃迁，D正确。1.确定衰变次数的方法则表示该核反应的方程为(2)因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定a衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。2.对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念，可总结出公式后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，t表示半衰期。(2)半衰期是统计规律，描述的是大量原子核衰变的规律。(3)放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。例2(2019·陕西省高三第二次联考)关于天然放射现象，以下叙述正确的是B.有6个放射性元素的原子核，当有3个发生衰变所需的时间就是该元素的半衰期D.铀核(处U)衰变为铅核(2Pb)的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变(2)如何计算衰变次数?提示：依据电荷数守恒和质量数守恒。尝试解答选C。半衰期由原子核自身决定，与外界因素无关，故A错误；半衰期是描述大量原子核衰变的统计规律，对少数的原子核没有意义，B错误；在a、β衰变中伴随产生γ射线，衰变前后的核子总数不变，因衰变释放能量，根据△E=△mc²可知，衰变前后存在质量亏损，故C正确；由质量数守恒知238=206+4×8,即经过8次a衰变，再由电荷数守恒知92=82+2×8-6,即经过6次β衰变，故D错误。总结升坐1.原子核衰变、半衰期的易错点(1)半衰期是一个统计概念，只有对大量的原子核才成立，对少数的原子核无意义。(2)经过一个半衰期，有半数原子核发生衰变变为其他物质，而不是消失。(3)衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的外部条件及所处化学状2.原子核衰变过程中，α粒子、β粒子和新原子核在磁场中的轨迹静止的原子核在匀强磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒定律mivi=m2v₂和知，半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子，其特点对比如下表：α衰变匀强磁场中轨迹两圆外切，α粒子轨迹半径大β衰变匀强磁场中轨迹两圆内切，β粒子轨迹半径大由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为ni、r2,则下列说法正确的是()A.原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变B.径迹2可能是衰变后新核的径迹C.若衰变方程是分U→Th+He,则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117:2D.若衰变方程是癸U→Th+He,则n:r=由左手定则可知，若生成的两粒子电性相反，则在磁场中的轨迹为内切圆，若电原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变生成的两粒子的电荷量q越大，轨道半径越小，由于新核的电荷量大，所以新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径，所以径迹1为新核的运动轨迹，故B错误；由动能与动量的关系,所以动能之比等于质量的反比，即为2:117,故C错误；由B用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀、钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射C.已知氡的半衰期为3.8天，则8个氡核经过7.6天后还剩2个D.发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4解析β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的，β射线是电子流，它的穿透能力强于α射线，弱于γ射线，穿透能力中等，故A正确，B错误；半衰期对少数原子核不适用，故C错误；发生α衰变时，电荷数减少2(即质子数减少2),质量数减少4,故中子数减少2,故D错误。考点3核反应方程与核反应类型1.核反应方程的理解(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头“→”连接并表示反应方向，不能用等号连接。(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程。(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化。2.衰变及三种核反应类型的特征(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子并生成一个新核。特征是方程左边只有一个原子核，生成物有α粒子或β粒子。(2)人工转变：用粒子轰击原子核产生新的原子核。特征是有粒子轰出。(3)裂变：用粒子轰击重核，产生几个中等质量的核。特征是方程左边必须有轰击粒子和重核，且生成物有几个中等核。(4)聚变：两个轻核结合成较重的核。特征是方程左边有两个轻核(复合聚变方程可能有多个轻核),方程右边有较重的核生成。3.有关核反应方程的主要题型例3(2019.河南安阳二模)下列说法正确的是()A.分U→Th+X中X为中子，核过程类型为β衰变B.H+}H→He+Y中Y为中子，核过程类型为人工核转变C.32U+6n→5Xe+8Sr+K,其中K为10个中子，核过程类型为重核裂变D.147N+He→VO+Z,其中Z为氢核，核过程类型为轻核聚变o题探究(1)α衰变、β衰变方程的特点是什么?提示：方程左边只有一个原子核，方程右边除有新核，还生成α粒子或β粒(2)裂变、聚变方程的特征是什么?提示：裂变方程左边是一个轰击粒子和一个重核，方程右边是几个中等质量的核；聚变方程左边是两个轻核，方程右边生成一个质量较大的核。尝试解答选C。根据衰变及核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知，A过程中的X质量数为4,电荷数为2,为α粒子，核过程类型为α衰变，A错误；B反应中的Y质量数为1,电荷数为0,为中子，核过程类型为轻核聚变，B错误；C反应中的K质量总数为10,电荷数为0,为10个中子，核过程类型为重核裂变，C正确；D反应中的Z质量数为1,电荷数为1,为质子，核过程类型为人工核转变，D错误。衰变及核反应方程书写及类型判断的易错点(1)熟记常见粒子及原子核的符号是正确书写衰变及核反应方程的基础，如质(2)掌握衰变及核反应方程遵守的规律是正确书写衰变及核反应方程或判断某个衰变或核反应方程是否正确的依据，所以要理解、应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律。(3)生成物中有α粒子的不一定是α衰变，生成物中有β粒子的不一定是β衰变，需认清衰变、裂变、聚变、人工转变的特点。[变式3-1](2018·北京高考)在核反应方程He+4N→VO+X中，X表示的A.质子B.中子解析设X为X,根据核反应的质量数守恒：4+14=17+A,则A=1,电荷数守恒：2+7=8+Z,则Z=1,即X为|H,为质子，故A正确，B、C、D错误。[变式3-2]现有几个核反应方程及衰变方程：_(1)是发现中子的核反应方程，是研究原子弹的基本核反应是发现质子的方程。解析(1)G为查德威克发现中子的核反应方程；E是研究原子弹的基本核反B是卢瑟福发现质子的方程。(2)X的质量数为(235+1)-(89+3)=144,X的质子数为92-36=56,X的中子数为144-56=88。1.质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损△m,其能量也要相应减少，即△E=(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加△m,吸收的能量2.核能释放的两种途径的理解中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定。由比结合能较小的核反应生成比结合能较大的核会释放能量，核能释放一般有两种途径：(1)使较重的核分裂成中等大小的核；(2)使较小的核结合成中等大小的核。3.计算核能的两种常用方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中亏损的质量乘以真空中光速的平方，即△E=△mc²,质量的单位为千克。(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，得△E=△m×931.5MeV/u,质量的单位是原子质量单位。例4(多选)近几年一些国家积极发展“月球探测计划”,该计划中的科研任务之一是探测月球上氦3的含量。氦3是一种清洁、安全和高效的核发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电。若已知氘核的质量为2.0136u,氦3的质量为3.0150u,氦核的质量为4.00151u,质子质量为1.00783u,中子质量为1.008665u,1u相当于931.5MeVA.一个氘和一个氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9MeVB.氘和氦3的核聚变反应方程式：iH+3He→He+X,其中X是质子C.因为聚变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少D.目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用氦3进行核聚变反应发电o解题探究(1)判断X是哪种粒子依据是什么?(2)怎样计算核能?提示：先计算质量亏损△m,再由△E=△mc²求核能。尝试解答选AB。根据电荷数守恒和质量数守恒知X为质子，故B正确。根据质能方程知△E故A正确。因为聚变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量减小，但是其总质量数不变，C错误；目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用重核裂变计算核能的几种方法(2)根据△E=△m×931.5MeV/u计算。因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV(3)根据平均结合能来计算核能原子核的结合能=平均结合能×核子数。反应前后原子核的结合能之差即释(4)有时可结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算。总之，关于结合能(核能)的计算，应根据题目的具体情况合理选择核能的求解方法，且计算时要注意各量的单位。[变式4-1](2017·全国卷1)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：{H+}H→3He+bn。已知H的质量为2.0136u,3He的质量为3.0150u,bn的质量为1.0087u,1u=931MeV/c²。氘核聚变反应中释放的核能约为()=4.0272u,反应后物质的质量m₂=3.0150u+1.0087u=4.0237u,质量亏损△m[变式4-2](2019.福建省泉州市一模)重核裂变的一个核反应方程为2U+6A.该核反应方程中x=10B.32U的中子数为92D.32U的平均结合能比5Xe小，32U比Xe更稳定解析根据质量数守恒可知，x=10,故A正确；32U的质子数为92,质量数为235,所以中子数为143,故B错误；反应前的总结合能Ei=7.6MeV×235=1786MeV,反应后的总结合能E₂=8.4MeV×136+8.7MeV×90=1925.4MeV,Ei<结合能越大，表示原子核越稳定，故D错误。高考模拟随堂集训n3-0解析可见光光子的能量范围为1.63eV～3.10eV,则氢原子能级差应该在此范围内，可简单推算如下：2、1能级差为10.20eV,此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89eV,此值属于可见光光子的能量，符合题意。氢原子处于基态，要使氢原子达到第3能级，需提供的能量为-1.51eV-(-13.60eV)=12.09eV,此值也是提供给氢原子的最少能量，A正确。的结果可表示为已知|H和He的质量分别为mp=1.0078u和ma=4.0026u,1u=9MeV为光速。在4个IH转变成1个4He的过程中，释放的能量约为()解析因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计。质量亏损△m=4mp-ma,由质能方程得△E=△mc²=(4×1.0078-4.0026)×931MeV≈26.6MeV,C正确。3.(2019·天津高考)(多选)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是()A.核聚变比核裂变更为安全、清洁B.任