2024高考物理一轮复习第12章波粒二象性原子结构和原子核第2讲原子结构和原子核教案

PAGEPAGE15第2讲原子结构和原子核eq\x(学问点一)原子结构1．电子的发觉英国物理学家汤姆孙在探讨阴极射线时发觉了电子，提出了原子的“枣糕模型”。2．原子的核式结构(1)1909～1911年，英籍物理学家卢瑟福进行了α粒子散射试验，提出了核式结构模型。(2)α粒子散射试验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，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”，如图所示。(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。eq\x(学问点二)氢原子光谱1．光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长绽开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。2．光谱分类3．氢原子光谱的试验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线系，其波长公式eq\f(1,λ)＝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)。4．光谱分析：由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以用光谱来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发觉和鉴别化学元素上有着重大的意义。eq\x(学问点三)氢原子的能级结构、能级公式1．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁：当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差确定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)轨道：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应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。2．几个概念(1)能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫作能级。(2)基态：原子能量最低的状态。(3)激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他状态。(4)量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。3．氢原子的能量和能级变迁(1)能级和半径公式：①能级公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV。②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m。(2)氢原子的能级图，如图所示eq\x(学问点四)原子核的组成、放射性及衰变1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。2．自然放射现象：元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发觉。自然放射现象的发觉，说明白原子核具有困难的结构。3．放射性同位素的应用与爱护(1)放射性同位素：有自然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。(2)应用：消退静电、工业探伤、作示踪原子等。(3)防护：防止放射性对人体组织的损害。4．原子核的衰变(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变更称为原子核的衰变。(2)分类α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He如：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e如：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e。γ辐射：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。(3)半衰期①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。②影响因素：半衰期是由原子核内部的因素确定的，跟原子所处的物理、化学状态无关。eq\x(学问点五)核力、核能1．核力(1)定义：原子核内部核子间特有的相互作用力。(2)核力的特点：①是强相互作用的一种表现；②是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内；③每个核子只能与与其相邻的核子发生核力作用。2．核能(1)结合能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时汲取的能量，叫做原子核的结合能，也称核能。(2)比结合能①定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越坚固，原子核越稳定。(3)质能方程、质量亏损：爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必定比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2。3．获得核能的途径(1)重核裂变①定义：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块的这类核反应。②特点：裂变过程中能够放出巨力的能量；同时放出2～3(或更多)个中子；裂变的产物不是唯一的。典型的裂变方程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。(2)轻核聚变①定义：两个轻核结合成质量较大的核的核反应。②优点：a.产能效率高；b.聚变材料的储量丰富；c.更为平安、清洁。典型的聚变方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。1．(多选)下列说法正确的是()A．汤姆孙首先发觉了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕模型”B．卢瑟福做α粒子散射试验时发觉绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转C．α粒子散射试验说明白原子的正电荷和绝大部分质量都集中在一个很小的核上D．卢瑟福提出了原子核式结构模型，并说明白α粒子发生大角度偏转的缘由BCD[汤姆孙发觉了电子，但电子电荷量是密立根测定的，A错误，B、C、D都符合物理史实。]2．(2024·北京理综)处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有()A．1种 B．2种C．3种 D．4种C[本题考查的是氢原子能级跃迁的学问，意在考查考生的理解实力。氢原子能级跃迁辐射光的种类Ceq\o\al(2,3)＝3，故C项正确。]3．(2024·上海单科·1)由放射性元素放出的氦核流被称为()A．阴极射线 B．α射线C．β射线 D．γ射线B[在自然放射现象中，放出α、β、γ三种射线，其中α射线属于氦核流，选项B正确。]4．(2024·上海单科·3)在同位素氕、氘、氚的核内具有相同的()A．核子数 B．电子数C．中子数 D．质子数D[本题考查对同位素的相识。同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数不同的元素，故氕、氘、氚的核内具有相同的质子数，D项正确。]5．下列核反应方程中，属于α衰变的是()A.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeC.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(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)eB[A项属于原子核的人工转变，B项属于α衰变，C项属于聚变反应，D项属于β衰变。]6．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2C[题中核反应方程为eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H，依据爱因斯坦的质能方程得ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3)c2，C正确。]考点一氢原子的能级及能级跃迁1．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。光子的频率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h)。(2)受激跃迁：低能级→高能级、汲取能量。①光照(汲取光子)：汲取光子的全部能量，光子的能量必需恰等于能级差hν＝ΔE。②碰撞、加热等：可以汲取实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。2．电离电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸>0－(－13.6eV)＝13.6eV。激发态→电离态：E吸>0－En＝－En如汲取能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。(2024·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光为可见光。要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子供应的能量为()A．12.09eV B．10.20eVC．1.89eV D．1.51eVA[本题考查玻尔原子理论和能级跃迁，意在考查考生的理解实力。因为可见光光子的能量范围是1.63eV～3.10eV，所以氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子供应的能量最少为E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，即选项A正确。]

1．(2024·深圳模拟)如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同颜色的光。关于这些光下列说法正确的是()A．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子波长最长B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光子频率最小C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照耀逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应D[依据Em－En＝heq\f(c,λ)，由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光，能量最小，波长最长，故A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，频率最小，故B错误；大量的氢原子处于n＝4的激发态，可能发出光子频率的种数n＝Ceq\o\al(2,4)＝6。故C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量E＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV>6.34eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故可以发生光电效应。故D正确。]2．(2024·浙江稽阳联考)(多选)氢原子光谱如图甲所示，图中给出了谱线对应的波长，玻尔的氢原子能级图如图乙所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可见光的频率范围约为4.2×1014～7.8×1014Hz，则()A．Hα谱线对应光子的能量小于Hδ谱线对应光子的能量B．图甲所示Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光均属于可见光范畴C．Hβ对应光子的能量约为10.2eVD．Hα谱线对应的跃迁是从n＝3能级到n＝2能级ABD[本题考查对应光谱比较能级跃迁放出光子的种类．依据真空中光速等于波长乘频率可知，波长越长频率越小，依据E＝hν可知频率越小能量越小，故A正确；由可见光的频率范围可知，可见光的波长范围约为380～710nm，则四种光都属于可见光，故B正确；由E＝hν＝heq\f(c,λ)可得Eβ＝2.56eV，故C错误；依据E＝hν＝heq\f(c,λ)可知，Hα谱线对应的光子能量为Hβ对应光子能量的eq\f(λβ,λα)倍，约为1.89eV，结合能级图可知，从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子能量为[－1.51－(－3.4)]eV＝1.89eV，故D正确。]3．(2024·东北三省三校模拟)(多选)如图所示，甲图为演示光电效应的试验装置；乙图为a、b、c三种光照耀下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线；丙图为氢原子的能级图；丁图给出了几种金属的逸出功和极限频率。以下说法正确的是()A．若b光为绿光，c光可能是紫光B．若a光为绿光，c光可能是紫光C．若b光光子能量为2.81eV，用它照耀由金属铷构成的阴极，产生的大量具有最大初动能的光电子去轰击大量处于n＝3激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光D．若b光光子能量为2.81eV，用它干脆照耀大量处于n＝2激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光BC[本题考查能级跃迁理论及依据I­U图象分析光电效应现象。由光电效应方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek联立有eUc＝hν－W0，即光子照耀同一金属时，只要遏止电压一样，说明光子的频率一样，遏止电压越大，光子的频率越大，因此可知b光和c光的频率相同且大于a光的频率，故A错误，B正确；b光照耀金属铷，产生光电子的最大初动能为Ek＝2.81eV－2.13eV＝0.68eV，用光电子轰击氢原子，氢原子可以只汲取电子的部分能量而发生跃迁，因此处于n＝3能级的氢原子汲取的能量为ΔEk＝－0.85eV－(－1.51eV)＝0.66eV，这时氢原子处在n＝4的能级，向低能级跃迁可辐射Ceq\o\al(2,4)＝6种不同频率的光，故C正确；若用b光照耀氢原子，氢原子只能汲取能量恰好为能级之差的光子，2.81eV不满意该条件，因此此光子不被汲取，故D错误。]

考点二原子核的衰变及半衰期1．α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程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衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子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匀强磁场中轨迹形态衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒说明γ射线：γ射线常常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子。2．确定衰变次数的方法设放射性元素eq\o\al(A,Z)X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y。(1)反应方程：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e。(2)依据电荷数和质量数守恒列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。两式联立解得：n＝eq\f(A－A′,4)，m＝eq\f(A－A′,2)＋Z′－Z。3．半衰期(1)公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)。(2)理解①半衰期表示放射性元素衰变的快慢，不同的放射性元素其半衰期不同。②半衰期描述的对象是大量的原子核，不是单个原子核，这是一个统计规律。③一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在无关，且加压、增温均不会变更。(2024·全国卷Ⅱ·15)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。下列说法正确的是()A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经验的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量B[衰变过程遵守动量守恒定律，故选项A错，选项B对。依据半衰期的定义，可知选项C错。α衰变释放核能，有质量亏损，故选项D错。]4．(2024·北京西城区一模)已知氡222的半衰期为3.8天。那么4g放射性物质氡222经过7.6天，还剩下没有发生衰变的质量为()A．2g B．1gC．0.5g D．0gB[本题考查的是放射性元素的半衰期。依据衰变的半衰期公式m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))n，其中m0＝4g，n为经验的半衰期的个数，n＝eq\f(7.6,3.8)＝2，联立可得m＝4×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2g＝1g，故选B。]5．(多选)日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰变时会发出β射线与γ射线，碘131被人摄入后，会危害身体健康，由此引起了全世界的关注。下列关于核辐射的相关学问，说法正确的是()A．人类无法通过变更外部环境来变更碘131衰变的快慢B．碘131的半衰期为8.3天，则4个碘原子核经16.6天后就肯定剩下一个原子核C．β射线与γ射线都是电磁波，但γ射线穿透本事比β射线强D．碘131发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的AD[衰变的快慢由放射性元素本身确定，与外部环境无关，A正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数几个原子核无意义，B错误；β射线是高速电子流，γ射线是电磁波，C错误；β衰变的实质是原子核内的1个中子转化为1个质子和1个电子，D正确。]6．(2024·湖北襄阳调研)(多选)静止在匀强磁场中的eq\o\al(238,92)U核发生α衰变，产生一个未知粒子X，它们在磁场中的运动轨迹如图所示，下列说法正确的是()A．该核反应方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)X＋eq\o\al(4,2)HeB．α粒子和X粒子在磁场中做圆周运动时转动方向相同C．轨迹1、2分别是α粒子、X粒子的运动轨迹D．α粒子、X粒子运动轨迹半径之比为45∶1ABD[该核反应方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)X＋eq\o\al(4,2)He，A正确；eq\o\al(238,92)U核静止，依据动量守恒可知α粒子和X粒子速度方向相反，又都带正电，则转动方向相同，B正确；依据动量守恒可知α粒子和X粒子的动量大小p相等，由带电粒子在磁场中运动半径公式R＝eq\f(p,qB)可知轨迹半径R与其所带电荷量成反比，半径之比为45∶1，C错误，D正确。]考点三核反应方程及核反应类型1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变自发eq\o\al(234,)90Th→eq\o\al(234,)91Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工转变人工限制eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H(卢瑟福发觉质子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克发觉中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n(约里奥·居里夫妇发觉放射性同位素，同时探测到正电子)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e进行人工限制比较简洁进行人工限制eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,)54Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n轻核聚变很难限制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2.解答有关核反应方程问题的技巧(1)熟记常见基本粒子的符号——是正确书写核反应方程的基础。如质子(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(0－1e)、正电子(eq\o\al(0,1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等。(2)熟识核反应的四种基本类型——衰变、人工转变、裂变和聚变。(3)驾驭核反应方程遵守的规律——是正确书写核反应方程或推断某个核反应方程是否正确的依据，所以要理解并应用好质量数守恒和核电荷数守恒的规律。(4)明白核反应过程是不行逆的——核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接。(2024·全国卷Ⅲ·14)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核eq\o\al(27,13)Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋eq\o\al(27,13)Al→n＋X。X的原子序数和质量数分别为()A．15和28 B．15和30C．16和30 D．17和31B[将核反应方程式改写成eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(1,0)n＋X，由电荷数和质量数守恒知，X应为eq\o\al(30,15)X。]7．(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰变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衰变C.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是轻核聚变D.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂变AC[B选项是卢瑟福发觉质子的核反应，B选项错误；D选项是β衰变，D选项错误；A、C选项正确。]8．(2024·天津卷·1)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2024年8月28日首次打靶胜利，获得中子束流，可以为诸多领域的探讨和工业应用供应先进的探讨平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.eq\o\al(14,7)N俘获一个α粒子，产生eq\o\al(17,8)O并放出一个粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘获一个α粒子，产生eq\o\al(30,15)P并放出一个粒子C.eq\o\al(11,5)B俘获一个质子，产生eq\o\al(8,4)Be并放出一个粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘获一个质子，产生eq\o\al(3,2)He并放出一个粒子B[依据质量数守恒、电荷数守恒，各选项核反应方程如下：A错：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB对：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nC错：eq\o\al(11,5)B＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be＋eq\o\al(4,2)HeD错：eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(4,2)He]9．全国政协委员、中国航天科技集团十一院探讨员周伟江在2024年3月10日透露，中国已经完成火星探测器的气动设计工作，目前正在试验验证，安排于2024年放射火星探测器。因为火星大部分地区表面温度的昼夜差超过100℃，一般化学电池无法工作，因此探测器的工作电源是放射性同位素电池，即核电池。核电池将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能，核电池已胜利用作航天器的电源。据此揣测航天器的核电池有可能采纳的核反应方程是()A.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nC[eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n为核聚变，eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n为核裂变；eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)He为α衰变；eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n为原子核的人工转变。故应选C。]考点四核能的计算1．对质能方程的理解(1)质能方程E＝mc2给出了物体的能量和质量之间的关系，质量为m的物体具有的总能量为mc2，质量和能量不能相互转化。(2)“质量与能量间存在着简洁的正比关系”，即物体的质量(这里指动质量)越大，能量越多，反之物体的质量越小，能量也越少；当物体放出能量时，满意ΔE＝Δmc2。2．求核能的三种方法(1)应用质能方程解题的流程图①依据ΔE＝Δmc2计算时，Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。②依据ΔE＝Δm×931.5MeV计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。(2)依据比结合能来计算核能：原子核的结合能＝比结合能×核子数。(3)依据能量守恒和动量守恒计算。(2024·全国卷Ⅱ·15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为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的质量分别为mp＝1.0078u和mα＝4.0026u，1u＝931MeV/c2，c为光速。在4个eq\o\al(1,1)H转变成1个eq\o\al(4,2)He的过程中，释放的能量约为()A．8MeV B．16MeVC．26MeV D．52MeVC[本题考查核反应释放核能的计算及其相关学问点。核反应质量亏损Δm＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，释放的能量ΔE＝0.0286×931MeV＝26.6MeV，选项C正确。]10．(2024·全国卷Ⅰ·17)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：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的质量为2.0136u，eq\o\al(3,2)He的质量为3.0150u，eq\o\al(1,0)n的质量为1.0087u,1u＝931MeV。氘核聚变反应中释放的核能约为()A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeVB[在核反应方程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，反应前物质的质量m1＝2×2.0136u＝4.0272u，反应后物质的质量m2＝3.0150u＋1.0087u＝4.0237u，质量亏损Δm＝m1－m2＝0.0035u。则氘核聚变释放的核能为E＝931×0.0035MeV≈3.3MeV，选项B正确。]11．(2024·天津卷·6)(多选)我国核聚变反应探讨大科学装置“人造太阳”2024年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，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平安、清洁B．任何两个原子核都可以发生聚变C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加AD[与核裂变相比轻核聚变更为平安、清洁，A正确；自