浙江省2021版高考物理一轮复习第十三章近代物理第2节原子结构和原子核教案 1 17页

第2节　原子结构和原子核 ‎【基础梳理】‎ 提示：卢瑟福　线　n2r1　　质子　电子　质子　内　N0　m0　重核　轻核,【自我诊断】‎ ‎ 判一判 ‎(1)原子的能量量子化现象是指原子在不同状态中具有不同的能量．(　　)‎ ‎(2)炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱．(　　)‎ ‎(3)根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小．(　　)‎ ‎(4)假如有18个某种放射性元素的原子核，经过一个半衰期，一定有9个原子核发生了衰变．(　　)‎ ‎(5)β衰变的电子来源于原子核外的电子．(　　)‎ ‎(6)高温、高压的情况下，原子核的半衰期将会变短．(　　)‎ 提示：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×‎ ‎ 做一做 17‎ 在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是(　　)‎ A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值 B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核 C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素 D．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷 提示：选ACD.密立根通过油滴实验，验证了物体所带的电荷量都是某一值的整数倍，测出了基本电荷的数值，选项A正确；贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，明确了原子核具有复杂结构，选项B错误；居里夫妇通过对含铀物质的研究发现了钋(Po)和镭(Ra)，选项C正确；汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，说明了阴极射线是带负电的粒子，并测出了粒子的比荷，选项D正确．‎ ‎　氢原子的能级和光谱分析 ‎【知识提炼】‎ ‎1．原子跃迁的条件 ‎(1)原子跃迁条件hν＝Em－En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况．‎ ‎(2)当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．‎ ‎(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．‎ ‎【典题例析】‎ ‎　(2019·4月浙江选考)波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝，‎ 17‎ 在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距．则(下列表述中，脚标“1”和“2”分别代表波长为λ1和λ2的光所对应的物理量)(　　)‎ A．这两束光的光子动量p1>p2‎ B．这两束光从玻璃射向真空时，其临界角C1>C2‎ C．这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压Uc1>Uc2‎ D．这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n＝2能级时产生，则相应激发态的电离能ΔE1>ΔE2‎ ‎[解析]　根据干涉条纹间距Δx＝λ可知，λ1>λ2，结合p＝，故p1C2，B正确；根据光电效应知识，eUc＝hν－W0，故Uc1ΔE2，D正确．‎ ‎[答案]　BD ‎【题组过关】‎ ‎ 考向1　对原子的核式结构的理解 ‎1.如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(　　)‎ A．M点　　　　　　　　　　 B．N点 C．P点 D．Q点 解析：选C.α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同．带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹侧，故只有选项C正确．‎ ‎ 考向2　对能级图的理解和应用 ‎2．(多选)(2020·1月浙江选考)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在 1.62 eV到 3.11 eV之间，则(　　)‎ A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线 B．氢原子从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时会辐射出红外线 C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离 D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光 答案：CD 17‎ ‎ 考向3　氢原子光谱分析 ‎3．(2020·丽水检测)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 解析：选C.氢原子能级跃迁辐射光的种类为C＝3，故C项正确．‎ 氢原子能级图与原子跃迁问题的解答技巧 ‎(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的．‎ ‎(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hν＝Em－En求得．若求波长可由公式c＝λν求得．‎ ‎(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用数学中的组合知识求解：N＝C＝.‎ ‎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情况一一画出，然后相加．　 ‎ ‎　氢原子的能量及变化 ‎【知识提炼】‎ ‎1．原子能量：En＝Ekn＋Epn＝，随n(r)增大而增大，其中E1＝－13.6 eV.‎ ‎2．电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k＝m，所以Ekn＝k，随n(r)增大而减小．‎ ‎3．电势能：通过库仑力做功判断电势能的增减．当n减小，即轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，n增大，即轨道半径增大时，电势能增加．‎ ‎【典题例析】‎ ‎　(2020·宁波检测)按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)．‎ ‎[审题指导]　根据玻尔理论，轨道半径越大，原子能量越大，再由动能定理可求解问题．[解析]　电子离原子核越远电势能越大，原子能量也就越大；根据动能定理有hν＋E1＝mv2‎ 17‎ 所以电离后电子速度为 .‎ ‎[答案]　越大　　 ‎　氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10 m，能量E1＝－13.6 eV，求氢原子处于基态时：‎ ‎(1)电子的动能；‎ ‎(2)原子的电势能；‎ ‎(3)用波长是多少的光照射可使其电离？‎ 解析：(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v1，则：‎ k＝.‎ 所以电子动能Ek1＝mv＝ ‎＝ eV ‎＝13.6 eV.‎ ‎(2)因为E1＝Ek1＋Ep1，‎ 所以Ep1＝E1－Ek1＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV.‎ ‎(3)设用波长为λ的光照射可使氢原子电离：‎ ＝0－E1，‎ 所以λ＝－＝ m ‎＝9.14×10－8 m.‎ 答案：(1)13.6 eV　(2)－27.2 eV　(3)9.14×10－8 m ‎ ‎(1)原子从低能级向高能级跃迁的能量情况：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收．‎ ‎(2)原子从高能级向低能级跃迁的能量情况：以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．‎ ‎(3)电离时的能量：当光子能量大于或等于原子所处的能级绝对值时，可以被氢原子吸收，使氢原子电离，多余的能量作为电子的初动能．　 ‎ ‎　原子核的衰变　半衰期 ‎【知识提炼】‎ 17‎ ‎1．衰变规律及实质 ‎(1)两种衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→Y＋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 ‎2H＋2n→He n→H＋e 衰变规律 质量数守恒、电荷数守恒 ‎(2)γ射线：γ射线经常是伴随着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(核处于激发态)而辐射出光子．‎ ‎2．确定衰变次数的方法：因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．‎ ‎3．半衰期 ‎(1)公式：N余＝N原，m余＝m原.‎ ‎(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，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．‎ ‎【典题例析】‎ ‎　(2020·1月浙江选考)下列说法正确的是(　　)‎ A．α射线的穿透能力比γ射线强 B．天然放射现象说明原子具有复杂的结构 C．核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的小 D．半衰期跟放射性元素以单质或化合物形式存在无关 答案：D ‎1．确定衰变次数的方法 设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该核反应的方程为X→Y＋nHe＋me.‎ 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.‎ ‎2．半衰期的适用条件 半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变．‎ 17‎ ‎【题组过关】‎ ‎ 考向1　衰变射线的性质 ‎1．图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是(　　)‎ A．a、b为β粒子的径迹 B．a、b为γ粒子的径迹 C．c、d为α粒子的径迹 D．c、d为β粒子的径迹 解析：选D.由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹，c、d可能为β粒子的径迹，选项D正确．‎ ‎ 考向2　对半衰期的理解和应用 ‎2．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有(　　)‎ A.　　　　　　　　　　　　 B. C. D. 解析：选C.经过n个半衰期剩余碘131的含量m′＝m.因32天为碘131的4个半衰期，故剩余碘131的含量：m′＝m＝，选项C正确．‎ ‎　核反应类型与核反应方程 ‎【知识提炼】‎ ‎1．核反应的四种类型：衰变、人工转变、裂变和聚变．‎ ‎2．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．‎ ‎3．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．‎ ‎4．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．‎ ‎5．核反应遵循电荷数守恒．‎ ‎【典题例析】‎ ‎　在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)‎ 17‎ A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n ‎[解析]　一个原子核自发地放出一个α粒子，生成一个新核的过程是α衰变，因此C项是α衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此E项是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此F项是轻核的聚变；另外，A、B项是β衰变，D项是原子核的人工转变．‎ ‎[答案]　C　AB　E　F 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 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H ‎(卢瑟福发现质子)‎ He＋Be→C＋n ‎(查德威克发现中子)‎ ‎2713Al＋He→P＋n ‎(约里奥－居里夫妇发现放射性同位素及正电子)‎ P→Si＋e 重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n 除氢弹外无法控制 U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 H＋H→He＋n ‎【题组过关】‎ ‎1．(2017·11月浙江选考)下列说法正确的是(　　)‎ A．核聚变反应方程可能为H＋H→He＋2n B．铀核裂变的核反应方程可能为U＋n→Xe＋Sr＋2n C．发生β衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分 D．中子和质子结合成氘核，若该过程质量亏损为Δm，则氘核的结合能为Δmc2‎ 17‎ 答案：BD ‎2．(2020·绍兴六校联考)(1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有________．‎ A.U→Th＋He　　 是重核裂变 B.N＋He→O＋H 是轻核聚变 C.H＋H→He＋n 是α衰变 D.Se→Kr＋2e 是β衰变 ‎(2)现有四个核反应：‎ A.H＋H→He＋n B.U＋n→X＋Kr＋3n C.Na→Mg＋e D.He＋Be→C＋n ‎①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．‎ ‎②B中X的质量数为________，中子数为________．‎ 解析：(1)A为α衰变，B为原子核的人工转变，C为轻核聚变，D为β衰变，故D正确．‎ ‎(2)①D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程．‎ ‎②X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.‎ 答案：(1)D　(2)①D　B　A　②144　88‎ ‎　核能的计算 ‎【知识提炼】‎ ‎1．应用质能方程解题的流程图 ‎(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．‎ ‎(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．‎ ‎2．根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．‎ ‎　利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．‎ 17‎ ‎【典题例析】‎ ‎　(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，U是核电站常用的核燃料.U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．‎ ‎(2)取质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg，α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s.请计算α粒子的结合能．(计算结果保留两位有效数字)‎ ‎[审题指导]　核裂变时由核反应方程可判断产生中子的个数，还可计算出质量的亏损情况，由质能方程可求解结合能的大小．‎ ‎[解析]　(1)核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒，且该核反应方程为：U＋n→Ba＋Kr＋3n，即产生3个中子．临界体积是发生链式反应的最小体积，要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积．‎ ‎(2)组成α粒子的核子与α粒子的质量差为 Δm＝(2mp＋2mn)－mα 结合能ΔE＝Δmc2‎ 代入数据得ΔE＝4.3×10－12 J.‎ ‎[答案]　(1)3　大于　(2)4.3×10－12 J ‎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＝mc2.‎ 方程的含义：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Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2.‎ ‎(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Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.‎ ‎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．使较重的核分裂成中等大小的核或使较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．　 ‎ ‎　氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：H＋H→He＋X，式中X是某种粒子．已知：H、H、He和粒子X的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝ MeV，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子X是______，该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)．‎ 17‎ 解析：根据质量数和电荷数守恒可得X是n(中子)．核反应中的质量亏损为Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u，‎ 所以该反应释放出的能量为ΔE＝Δm·c2＝17.6 MeV.‎ 答案：n(或中子)　17.6‎ ‎[随堂检测]‎ ‎1．(2019·4月浙江选考)静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y.已知核X的质量数为A，核电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，α粒子在磁场中运动的半径为R.则(　　)‎ A．衰变方程可表示为X→Y＋He B．核Y的结合能为(mX－mY－mα)c2‎ C．核Y在磁场中运动的半径为 D．核Y的动能为EkY＝ 解析：选AC.衰变过程中质量数和电荷数均守恒，故该衰变方程为X→Y＋He，故A正确；结合能是把核子分开而需要的能量，而(mX－mY－mα)c2是衰变过程中释放的能量，故B错误；衰变过程中满足动量守恒定律，即有0＝mYvY－mαvα，又粒子在磁场中做圆周运动的半径r＝，故核Y与α粒子在磁场中做圆周运动的半径之比＝＝，则rY＝，故C正确；衰变过程中根据能量守恒定律，若释放的核能全部转化为动能，则EkY＋Ekα＝(mX－mY－mα)c2，而＝＝，联合上述二式可得，EkY＝，若释放的核能不完全转化为动能，则无法计算，故D错误．‎ ‎2．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有(　　)‎ A.H＋H→He＋n是核聚变反应 B.H＋H→He＋n是β衰变 C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应 D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变 解析：选AC.β衰变时释放出电子(e)，α衰变时释放出氦原子核(He)，可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子．‎ 17‎ ‎3．(2018·11月浙江选考)一个铍原子核(Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变，生成一个锂核(Li)，并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”．静止的铍核发生了“K俘获”，其核反应方程为Be＋－1e→Li＋νe.已知铍原子的质量为MBe＝7.016 929 u，锂原子的质量为MLi＝7.016 004 u，1 u相当于9.31×102 MeV.下列说法正确的是(　　)‎ A．中微子的质量数和电荷数均为零 B．锂核(Li)获得的动能约为0.86 MeV C．中微子与锂核(Li)的动量之和等于反应前电子的动量 D．中微子与锂核(Li)的能量之和等于反应前电子的能量 解析：选AC.中微子是不带电的，且质量接近于零，根据质量数的确定法，可知中微子的质量数和电荷数均为零，选项A正确；Li核获得的动能约为由于核衰变时的质量亏损放出的能量E＝Δmc2＝9.31×102(MBe＋Me－MLi)＞0.86 MeV，选项B错误；根据动量守恒定律可知中微子与锂核(Li)的动量之和等于反应前电子的动量，但能量不等，选项C正确，D错误．‎ ‎4.(2020·浙江省绿色评估联盟高三考试)如图为氢原子的能级示意图，则下列对氢原子跃迁的理解正确的是(　　)‎ A．由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光电子一定不能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应 B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，向外辐射6种不同频率的光子 C．大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，用发出的光照射逸出功为3.34 eV的金属，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 eV D．如果用光子能量为10.3 eV的光照射处于n＝1能级的氢原子，则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级 解析：选BC.氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，当氢原子从高能级跃迁到基态时放出的光子的能量最小值为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，大于3.34 eV，所以一定能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应，A错误；大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子的种类为C＝＝6，B正确；大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，辐射出的光子能量最大为－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，用此光子照射逸出功为3.34 eV的金属，由爱因斯坦光电效应方程可得该金属的最大初动能为12.09 eV－3.34 eV＝8.75 eV，C正确；当氢原子由低能级向高能级跃迁时，氢原子吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差，而由氢原子的能级图可知任何两能级间的能量差都不等于10.3 eV，因此不能使n＝1能级的氢原子跃迁到较高的能级，D错误．‎ ‎5．一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，‎ 17‎ 变为处于激发态的硅原子核Si，下列说法正确的是(　　)‎ A．核反应方程为p＋Al―→Si B．核反应过程中系统动量守恒 C．核反应过程中系统能量不守恒 D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和 解析：选AB.核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，A项正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，B项正确；题述核反应过程属于“二合一”形式的完全非弹性碰撞，机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒，C项错误；核反应过程中的机械能有损失，故存在质量亏损现象，D项错误．‎ ‎[课后达标]‎ 一、不定项选择题 ‎1.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 答案：AD ‎2．(2016·10月浙江选考)用中子(n)轰击铀核(U)产生裂变反应，会产生钡核(Ba)和氪核(Kr)并释放出中子(n)，当达到某些条件时可发生链式反应．一个铀核(U)裂变时，释放的能量约为200 MeV(1 eV＝1.6×10－19J)．以下说法正确的是(　　)‎ A.U的裂变方程为U→Ba＋Kr＋n B.U的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n C.U发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D．一个U裂变时，质量亏损约为3.6×10－28kg 答案：BCD ‎3.(2018·4月浙江选考)氢原子的能级图如图所示，关于大量氢原子的能级跃迁，下列说法正确的是(可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s ，真空中 的光速＝3.0×108 m/s)(　　)‎ A．氢原子从高能级跃迁到基态时，会辐射γ射线 B．氢原子处在n＝4能级，会辐射可见光 C．氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，辐射的光具有显著的热效应 17‎ D．氢原子从高能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89 eV　‎ 答案：BC ‎4．在一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为(　　)‎ A．6次　　　　　　　　　 B．10次 C．22次 D．32次 解析：选A.一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A正确．‎ ‎5．(2020·杭州调研)原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向较低能级跃迁，用n表示氢原子所处能级状态的量子数，N表示由该能级状态发生跃迁时可能发出的不同波长的光谱线的数目，则(　　)‎ A．当n＝1时，N＝1 B．当n＝2时，N＝2‎ C．当n＝3时，N＝3 D．当n＝4时，N＝4‎ 解析：选C.据玻尔理论，处在n能级的氢原子向低能级跃迁时辐射光子的频率种类N＝.‎ ‎6．下列说法正确的是(　　)‎ A．发现中子的核反应方程是Be＋He→C＋n B．20个U的原子核经过两个半衰期后剩下5个U C.U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中，原子核中的平均核子质量变大 D．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射出一定频率的光子 解析：选A.发现中子的核反应方程是Be＋He→C＋n，A正确．原子核的半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，所以B错误.U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中，原子核中的平均核子质量变小，所以该反应过程会产生质量亏损，从而放出核能，C错误．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可能要辐射出一定频率的光子，也可能会吸收一定频率的光子，所以D错误．‎ ‎7．(2020·丽水质检)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)c C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2‎ 解析：选C.由质能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确．‎ ‎8．一个电子(质量为m，电量为－e)和一个正电子(质量为m，电量为e)，以相等的初动能Ek相向运动，并撞到了一起，发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，‎ 17‎ 设产生光子的频率为ν；若这两个光子的能量都是hν，动量分别为p和p′，下列关系中正确的是(　　)‎ A．hν＝mc2，p＝－p′‎ B．hν＝mc2，p＝p′‎ C．hν＝mc2＋Ek，p＝－p′‎ D．hν＝(mc2＋Ek)，p＝－p′‎ 解析：选C.由能量守恒知2mc2＋2Ek＝2hν，故hν＝mc2＋Ek，由动量守恒知0＝p＋p′，故p＝－p′，故选项C正确，选项A、B、D错误．‎ ‎9．(2020·台州质检)下列说法正确的是(　　)‎ A．核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站 B．原子反应堆主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统组成 C．铀块的体积对产生链式反应无影响 D．重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少 解析：选AB.只要措施得当，核电站造成的污染很小，A正确；原子反应堆主要由原子燃料、慢化剂、冷却系统和控制调节系统组成，B正确；要引起链式反应，须使铀块体积超过临界体积，C错误；重核裂变的质量亏损远小于一个核子的质量，核子数不会减少，D错误．‎ ‎10.(2020·台州调研)U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可 以经一次衰变变成Ti，X和Ti最后都变成Pb，衰变路径如图所示．可知图中(　　)‎ A．a＝82，b＝206‎ B．a＝84，b＝206‎ C．①是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子和电子而生成的 D．②是α衰变，放出的是正电子，正电子是由质子转变成中子和一个正电子而生成的 解析：选BC.衰变①的方程式为：Bi→X＋e，为β衰变，放出电子，选项C正确；衰变②的方程式为：Bi→Ti＋He，为α衰变，选项A、D错误，B正确．‎ ‎11．下列说法正确的是(　　)‎ A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期 B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子 C．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力 D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量 解析：选B.对A项，半衰期是元素固有性质；对C项，利用红外线的波长长，‎ 17‎ 穿透能力强；对D项，重核裂变，轻核聚变，质量亏损，中等核向重核、轻核变化时，质量增加．‎ ‎12．(2020·嘉兴测试)按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道直接跃迁到另一半径为rb的圆轨道上，ra>rb，在此过程中(　　)‎ A．原子要发出一系列频率的光子 B．原子要吸收一系列频率的光子 C．原子要吸收某一频率的光子 D．原子要发出某一频率的光子 解析：选D.因ra>rb，则能级Ea>Eb，故电子向低能级轨道跃迁而发出光子，又因电子是直接跃迁，故只能发出某一频率的光子．‎ ‎13．下列说法正确的是(　　)‎ A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径不是任意的 B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视 C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短 D．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小 解析：选AD.由量子理论可知，原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是不连续的、不是任意的，选项A正确；利用γ射线的贯穿能力可以为金属探伤，但是γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，选项B错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于该金属的极限频率，说明该束光的波长太长，选项C错误；根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，选项D正确．‎ 二、非选择题 ‎14．(2020·金华质检)静止的Li核俘获一个速度v1＝7.7×104 m/s的中子而发生核反应，生成两个新核．已知生成物中He的速度v2＝2.0×104 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同．‎ ‎(1)写出上述反应方程．‎ ‎(2)求另一生成物的速度．‎ 解析：(1)Li＋n→He＋H.‎ ‎(2)设中子、氦核、新核的质量分别为m1、m2、m3，它们的速度分别为v1、v2、v3，根据核反应动量守恒有：m1v1＝m2v2＋m3v3‎ v3＝＝－1×103 m/s 负号说明新核运动方向与氦核相反．‎ 答案：(1)Li＋n→He＋H　(2)大小是1×103 m/s，方向与氦核速度方向相反 17‎ 17‎