2024高考物理第十二章第2讲原子结构原子核教案鲁科版选修3-5

PAGE19-第2讲原子结构原子核学问排查原子结构1.电子的发觉：英国物理学家汤姆孙发觉了电子。2.原子的核式结构(1)α粒子散射试验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的试验，试验结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转，有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被原路弹回。(如图1所示)图1(2)原子的核式结构模型：原子内部有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷以及几乎全部的质量都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动。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：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，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：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用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。氢原子的能级、能级公式1.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列能量不连续的状态中。在这些状态中，原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或汲取肯定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差确定，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对应于电子的不同运行轨道，原子的能量状态是不连续的，电子不能在随意半径的轨道上运行。2.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图2所示图2(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：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氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m。原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素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.自然放射现象物质能自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发觉。自然放射现象的发觉，说明原子核具有困难的结构。3.放射性同位素的应用与防护(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、做示踪原子等。(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：原子核由于释放出像α、β这样的射线(粒子流)而转变成新核的变更叫做原子核的衰变。(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)He；β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；(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变须要的时间。半衰期的长短由原子核自身因素确定，一般与原子所处的物理、化学状态以及四周环境、温度无关。核力和核能1.核力把原子核中的核子维系在一起的力。2.核能(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。(2)原子核分解成核子时要汲取肯定的能量，相应的质量增加Δm，汲取的能量为ΔE＝Δmc2。裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程1.重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。(2)典型的裂变反应方程：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。(3)链式反应：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代接着下去的过程。(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用：原子弹、核反应堆。(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。2.轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必需在高温下进行，因此又叫热核反应。(2)典型的聚变反应方程：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小题速练1.如图3是卢瑟福的α粒子散射试验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最终打在荧光屏上产生闪耀的光点。下列说法正确的是()图3A.该试验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B.该试验证明白汤姆孙原子模型的正确性C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转解析卢瑟福依据α粒子散射试验，提出了原子核式结构模型，选项A正确；卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，选项B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，几乎仍沿原方向前进，选项D错误。答案A2.下列有关氢原子光谱的说法正确的是()A.氢原子的放射光谱是连续谱B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C.氢原子光谱说明氢原子能量是连续的D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关解析由于氢原子放射的光子的能量E＝En－Em＝eq\f(1,n2)E1－eq\f(1,m2)E1＝eq\f(m2－n2,n2m2)E1，所以放射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特定频率的谱线，故选项A错误，B正确；由于氢原子的轨道是不连续的，依据玻尔原子理论知氢原子的能级也是不连续的，即是分立的，故选项C错误；当氢原子从较高轨道第n能级跃迁到较低轨道第m能级时，放射的光子的能量为E＝En－Em＝hν，明显n、m的取值不同，放射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差有关，选项D错误。答案B3.(多选)如图4是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝3能级，下列说法中正确的是()图4A.这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波B.这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2eVC.从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光波长最长D.这群氢原子能够汲取随意光子的能量而向更高能级跃迁解析依据Ceq\o\al(2,3)＝3知，这群氢原子能够发出3种不同频率的光子，故A正确；由n＝3跃迁到n＝1，辐射的光子能量最大，ΔE＝(13.6－1.51)eV＝12.09eV，故B错误；从n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故C正确；一群处于n＝3能级的氢原子发生跃迁，汲取的能量必需等于两能级的能级差，故D错误。答案AC4.(2024·上海单科)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射线解析在自然放射现象中，放出α、β、γ三种射线，其中α射线属于氦核流，选项B正确。答案B5.(2024·上海单科)在同位素氢、氘、氚的核内具有相同的()A.核子数 B.电子数 C.中子数 D.质子数解析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，故氢、氘、氚的核内具有相同的质子数，选项D正确。答案D6.(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是重核裂变答案AC7.下列有关原子结构和原子核的相识，其中正确的是()A.γ射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.eq\o\al(210,83)Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,83)Bi经过10天后还剩下50克解析γ射线是光子流，故选项A错误；氢原子辐射光子后，由高能级向低能级跃迁，半径减小，绕核运动的动能增大，故选项B正确；太阳辐射能量主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故选项C错误；100克eq\o\al(210,83)Bi经过10天即2个半衰期还剩下eq\f(1,22)×100克＝25克，故选项D错误。答案B8.太阳内部持续不断地发生着4个质子(eq\o\al(1,1)H)聚变为1个氦核(eq\o\al(4,2)He)的热核反应，核反应方程是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2X，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是()A.方程中的X表示中子(eq\o\al(1,0)n)B.方程中的X表示电子(eq\o\al(0,－1)e)C.这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2D.这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2解析由核反应质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为正电子eq\o\al(0,1)e，A、B错误；质量亏损为Δm＝4m1－m2－2m3，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C错误，D正确。答案D氢原子的能级及能级跃迁1.定态间的跃迁——满意能级差(1)从低能级(n小)eq\o(→,\s\up7(跃迁),\s\do5())高能级(n大)→汲取能量。hν＝En大－En小(2)从高能级(n大)eq\o(→,\s\up7(跃迁),\s\do5())低能级(n小)→放出能量。hν＝En大－En小2.电离电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV电离能。n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4eV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。3.氢原子跃迁时能量的变更(1)氢原子能量：En＝Ekn＋Epn＝eq\f(E1,n2)，随n增大而增大，其中E1＝－13.6eV。(2)电子动能：电子绕氢原子核运动时库仑力供应向心力，即keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，所以Ek＝eq\f(ke2,2r)随r增大而减小。(3)电势能：通过库仑力做功推断电势能的增减，当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，轨道半径增大时，电势能增加。【例1】(多选)氢原子各个能级的能量如图4所示，氢原子由n＝1能级跃迁到n＝4能级，在它回到n＝1能级过程中，下列说法中正确的是()图4A.可能激发出频率不同的光子只有6种B.可能激发出频率不同的光子只有3种C.可能激发出的光子的最大能量为12.75eVD.可能激发出的光子的最大能量为0.66eV解析氢原子由n＝4能级跃迁到n＝1能级，可能发出的谱线条数为Ceq\o\al(2,4)，即6种频率或能量不同的光子，A正确，B错误；可能激发出的光子的最大能量为n＝4能级跃迁到n＝1能级对应的，C正确，D错误。答案AC解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧(1)原子跃迁时，所汲取或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。(2)原子电离时，所汲取的能量可以大于或等于某一能级能量的肯定值。(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)。(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。①用数学中的组合学问求解：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)。②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状况一一画出，然后相加。(5)计算能级能量时应留意：因一般取无限远处为零电势参考平面，故各能级的能量值均为负值；能量单位1eV＝1.6×10－19J。1.一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子()A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量削减C.汲取光子，能量增加 D.汲取光子，能量削减解析氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量削减，故选项B正确，A、C、D错误。答案B2.如图5所示为氢原子的能级图，图中a、b、c、d对应氢原子的四次跃迁，已知可见光光子的能量范围为1.61～3.10eV，关于四次跃迁，下列说法正确的是()图5A.经验a跃迁，氢原子汲取的光子能量为0.66eVB.经验b跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大C.经验c跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子D.经验d跃迁后，再用可见光照耀跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离解析选项A错误；经验b跃迁，氢原子汲取能量，轨道半径增大，但核外电子的动能会减小，选项B错误；经验c跃迁，氢原子辐射出的光子的能量为0.97eV，则该光子不是可见光光子，选项C错误；经验d跃迁后，跃迁后的氢原子的电离能为1.51eV，因此用可见光光子照耀可使其电离，选项D正确。答案D原子核的衰变、半衰期1.衰变规律及实质(1)α衰变和β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M,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中子转化为质子和电子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(2)γ射线：γ射线常常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。2.三种射线的成分和性质名称构成符号电荷量质量电离实力贯穿本事α射线氦核eq\o\al(4,2)He＋2e4u最强最弱β射线电子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1837)u较强较强γ射线光子γ00最弱最强3.半衰期的理解半衰期的公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))。【例2】(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解析静止的铀核在α衰变过程中，满意动量守恒的条件，依据动量守恒定律得pTh＋pα＝0，即钍核的动量和α粒子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；依据Ek＝eq\f(p2,2m)可知，选项A错误；半衰期的定义是统计规律，对于一个α粒子不适用，选项C错误；铀核在衰变过程中，伴随着肯定的能量放出，即衰变过程中有肯定的质量亏损，故衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误。答案B1.(2024·湖南常德模拟)某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线，让这三种射线进入磁场，运动状况如图6所示，下列说法中正确的是()图6A.该放射性物质的半衰期随温度的上升会增大B.C粒子是原子核的重要组成部分C.A粒子肯定带正电D.B粒子的穿透性最弱解析半衰期由原子核本身确定，与外界因素无关，故A错误；由图可知C粒子为电子，故B错误；由左手定则可知A粒子肯定带正电，故C正确；B粒子为γ射线，穿透性最强，故D错误。答案C2.(多选)(2024·山西太原模拟)钍eq\o\al(234,90)Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤eq\o\al(234,91)Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X，钍的半衰期为24天。则下列说法中正确的是()A.一块纯净的钍234矿石经过24天，矿石的质量仅剩下原来质量的一半B.X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C.γ射线是钍原子核发生衰变后产生的镤234的原子核释放的D.γ射线具有很强的电离作用，对人体细胞破坏实力较大解析一块纯净的234矿石经过24天，钍核有半数发生衰变，不是矿石的质量仅剩下原来质量的一半，故A错误；依据质量数、电荷数守恒得出X是电子，其产生的本质是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的，故B正确；钍原子核发生衰变后产生的镤234的原子处于激发态，不稳定，向基态跃迁的过程以γ射线向外释放能量，故C正确；γ射线具有很强的穿透实力，电离作用很弱，故D错误。答案BC3.(多选)(2024·福建厦门质检)静止的eq\o\al(211,83)Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图7所示，大、小圆半径分别为R1、R2。则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值的推断中正确的是()图7A.eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(207,81)Tl＋eq\o\al(4,2)He B.eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC.R1∶R2＝84∶1 D.R1∶R2＝207∶4解析由动量守恒可知0＝mv－MV，由左手定则可知此核衰变为β衰变，故A错误，B正确；由qvB＝meq\f(v2,R)可知R＝eq\f(mv,qB)，所以R1∶R2＝84∶1，故C正确，D错误。答案BC核反应方程与核能计算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(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变自发eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工转变人工限制eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋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(12,6)C＋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，同时发觉正电子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e重核裂变比较简单进行人工限制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋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＋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.核反应方程的书写(1)驾驭核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。(2)驾驭常见的主要核反应方程式，并知道其意义。(3)熟记常见的基本粒子的符号，如质子、中子、α粒子等。3.核能的计算方法(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)依据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。【例3】(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30 C.16和30 D.17和31解析据α粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(A,Z)X，结合质量数守恒和电荷数守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序数等于核电荷数，故B正确。答案B【例4】(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/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为()A.3.7MeV B.3.3MeV C.2.7MeV D.0.93MeV解析依据质能方程，释放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.0035u，则ΔE＝0.0035×931MeV＝3.2585MeV≈3.3MeV，故选项B正确，A、C、D错误。答案B1.(2024·天津理综，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()图8A.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并放出一个粒子解析依据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒可知，eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，A项错误；eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，B项正确；eq\o\al(11,eq\a\vs4\al(5))B＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be＋eq\o\al(4,2)He，C项错误；eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(4,2)He，D项错误。答案B2.(多选)(2024·江苏单科)原子核的比结合能曲线如图9所示。依据该曲线，下列推断正确的有()图9A.eq\o\al(4,2)He核的结合能约为14MeVB.eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更稳定C.两个eq\o\al(2,1)H核结合成eq\o\al(4,2)He核时释放能量D.eq\o\al(235,92)U核中核子的平均结合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大解析由图象可知eq\o\al(4,2)He核的结合能约为28MeV，选项A错误；eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核的比结合能大，故eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核稳定，选项B正确；两个eq\o\al(2,1)H核结合成eq\o\al(4,2)He核时比结合能增大，释放能量，选项C正确；eq\o\al(235,92)U的平均结合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的小，选项D错误。答案BC3.现有两动能均为E0＝0.35MeV的eq\o\al(2,1)H在一条直线上相向运动，两个eq\o\al(2,1)H发生对撞后能发生核反应，得到eq\o\al(3,2)He和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为eq\o\al(3,2)He和新粒子的动能。已知eq\o\al(2,1)H的质量为2.0141u，eq\o\al(3,2)He的质量为3.0160u，新粒子的质量为1.0087u，核反应时质量亏损1u释放的核能约为931MeV(假如涉及计算，结果保留整数)。则下列说法正确的是()A.核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,1)H B.核反应前后不满意能量守恒定律C.新粒子的动能约为3MeV D.eq\o\al(3,2)He的动能约为4MeV解析由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，则新粒子为中子eq\o\al(1,0)n，所以A错误；核反应过程中质量亏损，释放能量，仍旧满意能量守恒定律，B错误；由题意可知ΔE＝(2.0141u×2－3.0160u－1.0087u)×931MeV/u＝3.3MeV，依据核反应中系统的能量守恒有EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，依据核反应中系统的动量守恒有pHe－pn＝0，由Ek＝eq\f(p2,2m)，可知eq\f(EkHe,Ekn)＝eq\f(mn,mHe)，解得EkHe＝eq\f(mn,mn＋mHe)(2E0＋ΔE)＝1MeV，Ekn＝eq\f(mHe,mn＋mHe)(2E0＋ΔE)＝3MeV，所以C正确，D错误。答案C课时作业(时间：40分钟)基础巩固练1.重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，关于裂变和聚变，下列叙述正确的是()A.裂变过程有质量亏损，聚变过程无质量亏损B.核聚变反应方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X中，X表示电子C.裂变释放能量，聚变汲取能量D.氢弹的核反应属于聚变，原子弹的核反应属于裂变解析裂变和聚变都释放出巨大能量，都伴随着质量的亏损，故A、C错误；核聚变反应方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n中，X表示中子，B错误；原子弹的核反应属于裂变，氢弹的核反应属于聚变，故D正确。答案D2.关于核力与原子核，下列说法正确的是()A.核力是一种特别的万有引力B.原子核内随意两个核子间都有核力作用C.任何一个原子核的质量总是小于组成它的全部核子的质量之和D.核子结合在一起成为原子核时要汲取能量解析核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内，每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，核力是原子核能稳定存在的缘由，A、B错误；核子结合成原子核时核力做正功，会释放能量，发生质量亏损，原子核的质量总是小于组成它的全部核子的质量之和，C正确，D错误。答案C3.(2024·湖南长沙二模)轻核的聚变反应会释放大量的能量，同时核聚变产物一般不会污染环境，是人类获得能源的志向方式。核聚变反应过程主要是以下四种：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋X1＋3.27MeVeq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,1)H＋X2＋4.04MeVeq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X3＋17.85MeVeq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋X4＋18.34MeV对上面的反应中的X1、X2、X3、X4，属于中子的是()A.X1、X2、X3、X4 B.X2、X3、X4C.X3、X4 D.X1、X3解析由质量数守恒和电荷数守恒可知属于中子的是X1、X3，而X2、X4属于质子，故D正确，A、B、C错误。答案D4.1932年考克饶夫特(J.D.Cockroft)和瓦耳顺(E.T.S.Walton)独创了世界上第一台粒子加速器，他们将质子(eq\o\al(1,1)H)加速到0.5MeV的能量去撞击静止的原子核X，得到两个动能均为8.9MeV的氦核(eq\o\al(4,2)He)，这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应。下列说法正确的是()A.X是eq\o\al(6,3)Li B.X由eq\o\al(4,2)He组成C.上述核反应中出现了质量亏损 D.上述核反应的类型是裂变解析依据题述，可知核反应方程为：eq\o\al(1,1)H＋X→2eq\o\al(4,2)He，依据核反应遵循质量数守恒、电荷数守恒，可知X为质量数为7、电荷数为3的eq\o\al(7,3)Li，选项A、B错误；由于该核反应产生的两个氦核的动能大于质子的动能，说明反应中释放了核能，依据爱因斯坦质能方程可知，该核反应中出现质量亏损，该核反应为原子核的人工转变，选项C正确，D错误。答案C5.静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图1所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是()图1A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(10,4)Be B.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(14,5)BC.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,-1)e＋eq\o\al(14,7)N D.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(12,5)B解析设时间为t，则eq\f(\f(1,2)a1t2,v1t)＝2，eq\f(\f(1,2)a2t2,v2t)＝4，而a＝eq\f(qE,m)，故有eq\f(q1,m1v1)∶eq\f(q2,m2v2)＝1∶2，又因为动量守恒m1v1＝m2v2，故q1∶q2＝1∶2，故只有A正确。答案A6.(多选)图2中有四幅图片，涉及有关物理学发展历史的四个重大发觉，则下列有关说法正确的是()图2A.甲图片与居里夫人有关B.乙图片所反映的现象是贝克勒尔最先发觉的C.丙图片是法拉第探讨阴极射线并发觉电子的装置D.丁图片与爱因斯坦的质能方程有关解析结合教材史料，应用物理规律。甲图片为伦琴发觉X射线后，照耀的伦琴夫人手的照片，与居里夫人无关，故选项A错误；乙图片中反映的自然放射性现象是贝克勒尔最先发觉的，故选项B正确；丙图片的现象是法拉第探讨电磁感应规律时的装置，与阴极射线及电子的发觉无关，故选项C错误；原子弹的能量来源于核能，与爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2有关，故选项D正确。答案BD7.某核电站遭遇严峻破坏，产生了严峻的核泄漏，从核电站四周肯定范围内的空气中和核电站排出的废水中分别检测出了放射性物质碘131和钚239，严峻危及了人们的生命平安。已知该核电站采纳的是重水反应堆，用eq\o\al(238,92)U(铀)汲取中子后生成eq\o\al(239,94)Pu(钚)，碘131的半衰期为8天，下列说法正确的是()A.排出的废水中的钚239是铀核裂变的生成物B.若eq\o\al(238,92)U汲取中子后变成eq\o\al(239,92)U，eq\o\al(239,92)U很不稳定，则经过2次β衰变后变成eq\o\al(239,94)PuC.核电站的核废料可干脆堆放在露天垃圾场D.碘131的半衰期只有8天，因此16天后会全部消逝解析裂变是重核生成几个中等质量原子核的过程，铀238的质量数比钚239的小，因此钚不是铀核裂变的生成物，选项A错误；发生β衰变时质量数不发生变更，依据电荷数守恒可知eq\o\al(239,92)U发生2次β衰变后变成eq\o\al(239,94)Pu，选项B正确；核电站的核废料中具有许多的放射性物质，不行以干脆堆在露天垃圾场，选项C错误；碘131的半衰期是8天，它是一个统计规律，大量的碘131在8天后会剩一半，16天后会剩四分之一，因此选项D错误。答案B8.(多选)关于原子和原子核，下列说法中正确的是()A.α粒子散射试验揭示了原子核内部的困难性B.依据玻尔理论可知，一个氢原子核外电子从n＝4能级向低能级跃迁最多可辐射3种频率的光子C.已知eq\o\al(234,90)Th的半衰期是24d，48g的eq\o\al(234,90)Th经过72d后衰变了42gD.氢原子由低能级向高能级跃迁时，汲取光子的能量可以稍大于两能级间能量差解析α粒子散射试验中没有涉及原子核内部问题，是提出了原子核式结构模型的试验基础，A错误；一个氢原子核外电子从n＝4能级向低能级跃迁最多只能辐射n－1＝3种频率的光子，B正确；经过eq\f(72,24)＝3个半衰期后，48g的eq\o\al(234,90)Th还剩下48×(eq\f(1,2))3g＝6g，衰变了48g－6g＝42g，C正确；氢原子由低能级向高能级跃迁时，汲取光子的能量等于两能级间能量差，故D错误。答案BC9.(2024·安徽合肥模拟)如图3为氢原子的能级图，下列说法中正确的是()图3A.氢原子从较高的能级跃迁到较低的能级时，释放肯定频率的光子，核外电子的动能增加，电势能减小B.C.氢原子处于不同能级时，核外电子在某处出现的概率相同D.一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以释放6种频率的光子解析氢原子从较高的能级跃迁到较低的能级时，释放肯定频率的光子，核外电子的动能增加，电势能减小，故A正确；氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝4的能级时，须要汲取的光子能量必需等于0.66eV，故B错误；氢原子处于不同能级时，核外电子在某处出现的概率不同，故C错误；一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，最多可以释放3种频率的光子，故D错误。答案A10.下列说法正确的是()A.自然放射现象揭示了原子具有核式结构B.eq\o\al(238,92)U衰变成eq\o\al(206,82)Pb要经过6次β衰变和8次α衰变C.α、β和γ三种射线中α射线的穿透实力最强D.氢原子向低能级跃迁后，核外电子的动能减小解析自然放射现象揭示了原子核具有困难结构，α粒子散射试验说明原子具有核式结构，选项A错误；依据α衰变规律和β衰变规律，铀238(eq\o\al(238,92)U)衰变成铅206(eq\o\al(206,82)Pb)要经过(238－206)÷4＝8次α衰变，经过8次α衰变后电荷数应削减16，而实际衰变中电荷数只削减了10，所以还经过了6次β衰变，选项B正确；α、β和γ三种射线中，α射线的穿透实力最弱，γ射线穿透实力最强，选项C错误；依据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁后，轨道半径减小，电子环绕原子核运动的速度增大，核外电子的动能增大，选项D错误。答案B11.(多选)钚的一种同位素eq\o\al(239,94)Pu衰变时释放巨大能量，如图4所示，其衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，则()图4A.核燃料总是利用比结合能小的核B.核反应中γ光子的能量就是eq\o\al(239,94)Pu的结合能C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更稳定，说明eq\o\al(235,92)U的结合能大D.由于衰变时释放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的比结合能小解析比结合能越大的原子核越稳定，A正确；结合能与衰变时释放的能量不是同一概念，B错误；由于衰变时释放