【物理】2019届一轮复习粤教版原子结构　原子核学案 23页

基础课 2　原子结构　原子核 知识排查 原子结构 1.电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。 2.原子的核式结构 图 1 (1)α 粒子散射实验：1909～1911 年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用 α 粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向 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 1 所示) (2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几 乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。 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展开，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.氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1 λ ＝ R( 1 22－ 1 n2)，(n＝3，4，5，…，R 是里德伯常量，R＝1.10×107 m－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。在发现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.理尔理论 (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：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子， 光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hν＝Em－En。(h 是普朗克常量，h＝ 6.63×10－34 J·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.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＝ 1 n2E1 (n＝1，2，3，…)，其中 E1 为基态能量，其数值 为 E1＝－13.6 eV。 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＝0.53×10－10 m。 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.天然放射现象 元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明 原子核具有复杂的结构。 3.放射性同位素的应用与防护 (1)放射性同位素：有天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：消除静电、工业探伤、做示踪原子等。 (3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。 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化称为原子核的 衰变。 (2)分类 α 衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42He　如：23892 U→23490 Th＋42He； β 衰变：AZX→ AZ＋1Y＋ 0－1e 如：23490 Th→23491 Pa＋ 0－1e； (3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核 内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。 核力和核能 1.核力 原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 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吸收一定的能量，相应的质量增加 Δm，吸收的能量为 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： 23592 U＋10n→8936Kr＋14456 Ba＋310n。 (3)链式反应：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 (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。轻核聚变反应必须在高温 下进行，因此又叫热核反应。 (2)典型的聚变反应方程： 21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV 小题速练 1.(多选)从 α 粒子散射实验结果出发推出的结论，其中正确的是(　　) A.金原子内部大部分都是空的 B.金原子是一个球体 C.汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况 D.原子核的半径的数量级是 10－15 m 解析　α 粒子散射实验结果表明，绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前 进，但有少数 α 粒子发生了较大角度的偏转，并有极少数 α 粒子的偏转角度超过 90°，有的甚至几乎被反弹回来，则从 α 粒子散射实验结果出发推出的结论有金 原子内部大部分都是空的，汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况，原子 核的半径的数量级是 10－15 m，不能说明金原子是球体，选项 A、C、D 正确。 答案　ACD 2.(2018·湖南衡阳模拟)下列有关氢原子光谱的说法正确的是(　　) A.氢原子的发射光谱是连续谱 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　由于氢原子发射的光子的能量 E＝En－Em＝ 1 n2E1－ 1 m2E1＝m2－n2 n2m2 E1，所以 发射的光子的能量值 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，根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，发射的光子的能量为 E＝En－Em＝hν，显然 n、m 的 取值不同，发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　B 3.(2017·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　本题考查天然放射现象。在天然放射现象中，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　B 4.(2017·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　本题考查对同位素的认识。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，故氢、氘、氚的核内具有相同的质子数，选项 D 正确。 答案　D 5.(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的是(　　) A.23892 U―→23490 Th＋42He 是 α 衰变 B.147 N＋42He―→178 O＋11H 是 β 衰变 C.21H＋31H―→42He＋10n 是轻核聚变 D.8234Se―→8236Kr＋2 0－1e 是重核裂变 答案　AC 6.(2018·高考领航冲刺卷)已知真空中的光速 c＝3.0×108 m/s，下列说法正确的是 (　　) A.铋 210 的半衰期是 5 天，经过 10 天，32 个铋 210 衰变后还剩下 8 个 B.用中子轰击铀核的核反应方程为 23592 U＋10n―→14456 Ba＋8936Kr＋310n，属于原子核的 衰变 C.若核反应 10n＋11H―→21H 释放出 2.2 MeV 能量，该过程质量亏损为 3.9×10－30 kg D.某原子核 AZX 吸收一个中子后，放出一个电子，最后分裂为两个 α 粒子，则 A＝ 7，Z＝2 解析　半衰期是针对大量原子核的衰变行为的统计规律，少数原子核不适用此规 律，选项 A 错误；23592 U＋10n―→14456 Ba＋8936Kr＋310n 是原子核的裂变，选项 B 错误； 根据 ΔE＝Δmc2，可得 Δm＝3.9×10－30 kg，选项 C 正确；根据质量数和电荷数 守恒可知 A＋1＝8，Z＋1＝4，则 A＝7，Z＝3，选项 D 错误。 答案　C 7.根据所给图片结合课本相关知识，下列说法正确的是(　　) 图 3 A.图 3 甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明电子具有粒子性 B.图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯，原因是各种气体原子的能级不 同，跃迁时发射光子的能量不同，光子的频率不同 C.图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置，在 α、β、γ三种射线中， 最有可能使用的射线是β射线 D.图丁是原子核的比结合能与质量数 A 的关系图象，由图可知中等大小的核的比 结合能最大，即(核反应中)平均每个核子的质量亏损最小 解析　题图甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明电子具有波动性，选项 A 错误；题图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯，原因是各种气体原子的 能级不同，跃迁时发射光子的能量不同，光子的频率不同，选项 B 正确；题图 丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置，在 α、β、γ 三种射线中，由于γ 射线穿透能力最强，最有可能使用的射线是γ射线，选项 C 错误；题图丁是原 子核的比结合能与质量数 A 的关系图象，可知中等大小的核的比结合能最大， 即在核子结合成原子核时平均每个核子释放的能量最大，平均每个核子的质量亏 损最大，选项 D 错误。 答案　B 　原子的核式结构　玻尔理论 1.定态间的跃迁——满足能级差 (1)从低能级(n 小) ― ― →跃迁 高能级（n 大）―→吸收能量。 hν＝En 大－En 小 （2）从高能级（n 大） ― ― →跃迁 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－（－13.6 eV）＝13.6 eV 电离能。 n＝2→电离态：E 吸＝0－E2＝3.4 eV 如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。 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，能量减少 C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少 解析　 氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项 B 正确， A、C、D 错误。 答案　B 2.如图 4 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 1.61～3.10 eV，关于四次跃迁，下列说法正确的是 （　　） 图 4 A.经历 a 跃迁，氢原子吸收的光子能量为 0.66 eV B.经历 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.经历 c 跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子 D.经历 d 跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离 解析　经历 a 跃迁，氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出的光子的能量为 0.66 eV，选项 A 错误；经历 b 跃迁，氢原子吸收能量，轨道半径增大，但核外电子 的动能会减小，选项 B 错误；经历 c 跃迁，氢原子辐射出的光子的能量为 0.97 eV，则该光子不是可见光光子，选项 C 错误；经历 d 跃迁后，跃迁后的氢原子 的电离能为 1.51 eV，因此用可见光光子照射可使其电离，选项 D 正确。 答案　D 3.（2018·北京东城区一模）如图 5 是氢原子的能级图。一个氢原子从 n＝4 的能 级向低能级跃迁，则以下判断正确的是（　　） 图 5 A.该氢原子最多可辐射出 6 种不同频率的光子 B.该氢原子跃迁到基态时需要吸收 12.75 eV 的能量 C.该氢原子只有吸收 0.85 eV 的光子时才能电离 D.该氢原子向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量是特定值 解析　本题研究的是单个氢原子，单个处于 n 能级的氢原子向低能级跃迁时最多 可辐射出 n－1 条不同频率的光子，故该氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出 3 种不同频率的光子，选项 A 错误；该氢原子跃迁到基态时需要释放－0.85 eV－ （－13.6 eV）＝12.75 eV 的能量，选项 B 错误；只要吸收的光子的能量大于 0.85 eV，该氢原子就能电离，选项 C 错误；氢原子向低能级跃迁时，向外辐射的光 子的能量等于两能级的能量差，此能量差为一特定值，选项 D 正确。 答案　D 解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意 （1）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。 （2）一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（n－1）。 （3）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＝C2n＝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情况一一画出， 然后相加。　　　　　　 　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 MZX→M－4Z－2Y＋42He MZX→ MZ＋1Y＋ 0－1e 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 衰变实质 211H＋210n→42He 10n→11H＋ 0－1e 匀强磁场中轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 （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。 2.三种射线的成分和性质 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α 射线 氦核 42He ＋2e 4 u 最强 最弱 β 射线 电子 0－1e －e 1 1 837 u 较强 较强 γ 射线 光子 γ 0 0 最弱 最强 3.半衰期的理解 半衰期的公式：N 余＝N 原(1 2 ) t τ ，m 余＝m 原(1 2 ) t τ 。式中 N 原、m 原表示衰变 前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变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，τ 表示半衰期。 1.（多选）关于天然放射性，下列说法正确的是（　　） A.所有元素都可能发生衰变 B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D.α、β 和 γ 三种射线中，γ 射线的穿透能力最强 解析　原子序号大于等于 83 的元素都能发生衰变，原子序数小于 83 的有的也能 发生衰变，选项 A 错误；半衰期由原子核内部的结构决定，与外界温度无关， 选项 B 正确；放射性来自于原子核内部，与其形成的化合物无关，选项 C 正确； α、β、γ 三种射线中，γ 射线能量最高，穿透能力最强，选项 D 正确。 答案　BCD 2.（2017·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 23892 U→23490 Th＋42He，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 粒子所经历的时间 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，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得 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； 根据 Ek＝ 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，伴随着一定的能量放出，即衰变过程 中有一定的质量亏损，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　B 3.某核电站遭受严重破坏，产生了严重的核泄漏，从核电站周围一定范围内的空 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，严重危及 了人们的生命安全。已知该核电站采用的是重水反应堆，用 23892 U（铀）吸收中子 后生成 23994 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 23892 U 吸收中子后变成 23992 U，23992 U 很不稳定，则经过 2 次 β 衰变后变成 23994 Pu C.核电站的核废料可直接堆放在露天垃圾场 D.碘 131 的半衰期只有 8 天，因此 16 天后会全部消失 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 改变，根据电荷数守恒可知 23992 U 发生 2 次 β 衰变后变成 23994 Pu，选项 B 正确；核 电站的核废料中具有很多的放射性物质，不可以直接堆在露天垃圾场，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　B 4.（2018·湖北省襄阳市调研）（多选）静止在匀强磁场中的 23892 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径迹如图 6 所示，下列说法正确的是 （　　） 图 6 A.该核反应方程为 23892 U―→23490 X＋42He B.α 粒子和粒子 X 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 粒子的运动径迹 D.α 粒子、X 粒子运动径迹半径之比为 45∶1 解析　显然选项 A 中核反应方程正确，A 正确；23892 U 核静止，根据动量守恒可 知 α 粒子和 X 新核速度方向相反，又都带正电，则转动方向相同，选项 B 正确； 根据动量守恒可知 α 粒子和 X 新核的动量大小 p 相等，由带电粒子在磁场中运 动半径公式 R＝ p qB 可知轨道半径 R 与其所带电荷量成反比，半径之比为 45∶1， 选项 C 错误，D 正确。 答案　ABD 　核反应方程与核能的计算 1.核反应的四种类型 类　型 可控性 核反应方程典例 α 衰变 自发 23892 U―→23490 Th＋42He衰 变 β 衰变 自发 23490 Th―→23491 Pa＋ 0－1e 147 N＋42He―→178 O＋11H（卢瑟福发现质子） 42He＋94Be―→126 C＋10n（查德威克发现中子） 2713Al＋42He―→3015P＋10n 人工转变 人工控制 3015P―→3014Si＋ 0＋1e 约里奥·居里夫妇发 现放射性同位素，同 时发现正电子 23592 U＋10n―→14456 Ba＋8936Kr＋310n 重核裂变 比较容易进行 人工控制 23592 U＋10n―→13654 Xe＋9038Sr＋1010n 轻核聚变 很难控制 21H＋31H―→42He＋10n 2.核能的计算方法 （1）根据 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）根据 ΔE＝Δm×931.5 MeV 计算时，Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是 “MeV”。 （3）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。 1.（2018·山西省重点中学联考）四个核反应方程分别为：①23592 U＋10n―→9038Sr＋13654 Xe＋1010n；②23892 U―→23490 Th＋42He；③63Li＋10n―→42He＋31H＋4.9 MeV；④ 21H＋31 H―→42He＋10n＋17.6 MeV。下列说法正确的是（　　） A.①②都是重核铀的同位素的核反应，故都是重核的裂变反应 B.①③反应前都有一个中子，故都是原子核的人工转变 C.②③④生成物中都有氦核，故都是 α 衰变反应 D.③比④放出的能量少，说明③比④质量亏损得少 解析　①是重核的裂变反应，②是 α 衰变反应，选项 A 错误；③是原子核的人 工转变，④是轻核的聚变反应，选项 B、C 错误；③比④放出的能量少，根据爱 因斯坦质能方程可知，③比④质量亏损得少，故选项 D 正确。 答案　D 2.[2017·江苏单科，12C（1）]（多选）原子核的比结合能曲线如图 7 所示。根 据该曲线，下列判断正确的有（　　） 图 7 A.42He 核的结合能约为 14 MeV B.42He 核比 63Li 核更稳定 C.两个 21H 核结合成 42He 核时释放能量 D.23592U 核中核子的平均结合能比 8936Kr 核中的大 解析　由图象可知 42He 核的结合能约为 28 MeV，选项 A 错误；42He 核比 63Li 核 的比结合能大，故 42He 核比 63Li 核稳定，选项 B 正确；两个 21H 核结合成 42He 核 时比结合能增大，释放能量，选项 C 正确；23592 U 的平均结合能比 8936Kr 核中的小， 选项 D 错误。 答案　BC 3.（2017·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：21H＋21H→32He＋10n。已知 21H 的质量为 2.013 6 u，32He 的质量为 3.015 0 u，10n 的质量为 1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2。氘 核聚变反应中释放的核能约为（　　） A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV 解析　根据质能方程，释放的核能 ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.003 5 u， 则 ΔE＝0.003 5×931 MeV＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV，故选项 B 正确，A、C、D 错误。 答案　B 4.现有两动能均为 E0＝0.35 MeV 的 21H 在一条直线上相向运动，两个 21H 发生对 撞后能发生核反应，得到 32He 和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化 为 32He 和新粒子的动能。已知 21H 的质量为 2.014 1 u，32He 的质量为 3.016 0 u， 新粒子的质量为 1.008 7 u，核反应时质量亏损 1 u 释放的核能约为 931 MeV（如 果涉及计算，结果保留整数）。则下列说法正确的是（　　） A.核反应方程为 21H＋21H→32He＋11H B.核反应前后不满足能量守恒定律 C.新粒子的动能约为 3 MeV D.32He 的动能约为 4 MeV 解析　由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知 21H＋21H→32He＋10n，则新粒子 为中子 10n，所以 A 错误；核反应过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变 为能量，仍然满足能量守恒定律，B 错误；由题意可知 ΔE＝（2.014 1 u×2－3.016 0 u－1.008 7 u）×931 MeV/u＝3.3 MeV，根据核反应中系统的能量守恒有 EkHe＋ Ekn＝2E0＋ΔE，根据核反应中系统的动量守恒有 pHe－pn＝0，由 Ek＝ p2 2m ，可知EkHe Ekn ＝ mn mHe ，解得 EkHe＝ mn mn＋mHe （2E0＋ΔE）＝1 MeV，Ekn＝ mHe mn＋mHe （2E0＋ΔE）＝ 3 MeV，所以 C 正确，D 错误。 答案　C 活页作业 （时间：30 分钟） A 级：保分练 1.（2017·天津理综，1）我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率 先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方 程中属于聚变反应的是（　　） 图 1 A.21H＋31H→42He＋10n B.147 N＋42He→178 O＋11H C.42He＋2713Al→3015P＋10n D.23592 U＋10n→14456 Ba＋8936Kr＋310n 解析　21H＋31H→42He＋10n 是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个 中子，属于聚变反应，故 A 正确；147N＋42He→178O＋11H 是卢瑟福发现质子的核 反应方程，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故 B 错 误；42He＋2713Al→3015P＋10n 是小居里夫妇用 α 粒子轰击铝片时发现了放射性磷（磷 30），同时发现中子的核反应方程，属于人工核反应，故 C 错误；23592U＋10n→ 14456Ba＋8936Kr＋310n 是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故 D 错误。 答案　A 2.（2016·江苏单科）贝克勒尔在 120 年前首先发现了天然放射现象，如今原子 核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于放射性衰变的是（　　） A.146 C→147 N＋ 0－1e B.23592 U＋10n→13953 I＋9539Y＋210n C.21H＋31H→42He＋10n D.42He＋2713Al→3015P＋10n 解析　A 属于 β 衰变，B 属于裂变，C 是聚变，D 是原子核的人工转变，故选项 A 正确。 答案　A 3.（多选）下图中有四幅图片，涉及有关物理学发展历史的四个重大发现，则下 列有关说法正确的是（　　） A.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现的 C.丙图片是法拉第研究阴极射线并发现电子的装置 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。甲图片为伦琴发现 X 射线后，照射的伦 琴夫人手的照片，与居里夫人无关，故选项 A 错误；乙图片中反映的天然放射 性现象是贝克勒尔最先发现的，故选项 B 正确；丙图片的现象是法拉第研究电 磁感应规律时的装置，与阴极射线及电子的发现无关，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　BD 4.（2018·河北省两校模拟）下列说法正确的是（　　） A.用能量等于氘核结合能的光子照射静止的氘核，可使氘核分解为一个质子和一 个中子 B.质子和中子结合成原子核时不一定有质量亏损，但一定释放出能量 C.原子核的结合能越大，原子核越稳定 D.重核裂变前后质量数守恒，但质量一定减小 解析　质子和中子结合成氘核前，需要有很大的动能，才能使它们的距离达到能 够结合的程度，所以要使静止的氘核分解为质子和中子，除了要给它补充由于质 量亏损释放的能量外，还需要给它们分离时所需的动能，选项 A 错误；质子和 中子结合成原子核时一定有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程知，有能量放出， 选项 B 错误；原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项 C 错误；重核裂变 过程遵循质量数和电荷数守恒，但裂变过程会释放出巨大的能量，由爱因斯坦质 能方程可知，一定有质量亏损，选项 D 正确。 答案　D 5.（2017·贵州贵阳模拟）如图 2 所示为氢原子的能级图，现让一束单色光照射 到一群处于基态的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出 6 种不同频率的光，则 照射氢原子的单色光的光子能量为（　　） 图 2 A.13.6 eV 　　　 B.3.4 eV C.12.75 eV 　　　 D.14.45 eV 解析　由题意有 6＝n（n－1） 2 ，得 n＝4，即能发出 6 种频率的光的氢原子一定 是从基态跃迁到 n＝4 能级的激发态，则照射氢原子的单色光的光子能量为 E＝ －0.85 eV－（－13.6 eV）＝12.75 eV，故选项 C 正确。 答案　C 6.（多选）氢原子能级如图 3，当氢原子从 n＝3 跃迁到 n＝2 的能级时，辐射光 的波长为 656 nm。以下判断正确的是（　　） 图 3 A.氢原子从 n＝2 跃迁到 n＝1 的能级时，辐射光的波长大于 656 nm B.用波长为 325 nm 的光照射，可使氢原子从 n＝1 跃迁到 n＝2 的能级 C.一群处于 n＝3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3 种谱线 D.用波长为 633 nm 的光照射，不能使氢原子从 n＝2 跃迁到 n＝3 的能级 解析　根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从 n＝2 能级跃迁到 n＝1 能级时，辐射光的波长一定小于 656 nm，因此选项 A 错误；根据发生跃迁只能 吸收和辐射一定频率的光子，可知选项 B 错误，D 正确；一群处于 n＝3 能级上 的氢原子向低能级跃迁时可以产生 3 种频率的光子，所以选项 C 正确。 答案　CD 7.在匀强磁场中，有一个原来静止的 146 C 原子核，它放出的粒子与反冲核的径迹 是两个相内切的圆，圆的直径之比为 7∶1，那么碳 14 的衰变方程为（　　） A.146 C―→ 0＋1e＋145 B B.146 C―→42He＋104 Be C.146 C―→21H＋125 B D.146 C―→ 0－1e＋147 N 解析　由动量守恒定律可知，放出的粒子与反冲核动量大小相等、方向相反，由 在磁场中两圆径迹内切可知，反冲核带正电，放出的粒子带负电，由两圆直径之 比为 7∶1 和 R＝mv qB 可知，反冲核的电量是粒子的 7 倍，故只有选项 D 正确。 答案　D 8.（2018·青海省西宁市四校联考）如图 4 所示为查德威克发现中子的实验示意 图，利用钋（21084 Po）衰变放出的 α 粒子轰击铍（94Be），产生的粒子 P 能将石蜡 中的质子打出来。下列说法正确的是（　　） 图 4 A.α 粒子是氦原子 B.粒子 Q 的穿透能力比粒子 P 的强 C.钋的 α 衰变方程为 21084 Po―→20882 Pb＋42He D.α 粒子轰击铍的核反应方程为 42He＋94Be―→126 C＋10n 解析　α 粒子是氦原子核，选项 A 错误；粒子 P 是中子，粒子 Q 是质子，由于 质子带正电，当质子射入物质时，受到的库仑力作用会阻碍质子的运动，而中子 不带电，不受库仑力作用，所以选项 B 错误；在钋衰变中，根据质量数守恒知 产生的是 20682 Pb，并非 20882 Pb，选项 C 错误；42He＋94Be―→126 C＋10n 是查德威克发现 中子的核反应方程，选项 D 正确。 答案　D 9.（2018·江苏南京模拟）23490 Th 钍具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为 23491 Pa 镤，同时伴随有 γ 射线产生，其方程为 23490 Th→23491 Pa＋x，钍的半衰期为 24 天。 则下列说法正确的是（　　） A.x 为质子 B.x 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C.23490 Th 的比结合能比 23491 Pa 的比结合能大 D.1 g 钍 23490 Th 经过 120 天后还剩 0.2 g23490 Th 解析　根据电荷数和质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子，即 x 为电子， 故选项 A 错误；β 衰变的实质是 β 衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一 个质子时产生的，故选项 B 正确；钍的比结合能比镤的比结合能小，故选项 C 错误；钍的半衰期为 24 天，1 g23490 Th 经过 120 天后，发生 5 次衰变，最后还剩 0.031 25 g 23590 Th，故选项 D 错误。 答案　B 10.（2018·四川成都七中诊测）下列实验室中，深入地揭示了光的粒子性一面的 有（　　） 解析　X 射线被石墨散射后部分波长变大，这是康普顿效应，说明光具有粒子性， 故选项 A 正确；衍射图样说明光具有波动性，故选项 B 错误；α 粒子散射实验， 说明原子具有核式结构，故选项 C 错误；氢原子发射的光经三棱镜分光后，呈 现线状光谱，与光的粒子性无关，故选项 D 错误。 答案　A B 级：拔高练 11.（多选）太阳的能量来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚 变反应可以看作是 4 个氢核（11H）结合成 1 个氦核同时放出 2 个正电子。下表中 列出了部分粒子的质量（取 1 u＝1 6 ×10－26 kg） 粒子名称 质子（p） α 粒子 正电子（e） 中子（n） 质量/u 1.007 3 4.001 5 0.000 55 1.008 7 以下说法正确的是（　　） A.核反应方程为 411H―→42He＋201e B.4 个氢核结合成 1 个氦核时的质量亏损约为 0.026 6 kg C.4 个氢核结合成 1 个氦核时的质量亏损约为 4.43×10－29 kg D.聚变反应过程中释放的能量约为 4.0×10－12 J 解析　由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得 411H―→42He＋201e，故选项 A 正确； 反应中的质量亏损为 Δm＝4mp－mα－2me＝（4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55） u＝0.026 6 u＝4.43×10－29 kg，故选项 C 正确，B 错误；由质能方程得 ΔE＝Δmc2 ＝4.43×10－29×（3×108）2 J≈4×10－12 J，故选项 D 正确。 答案　ACD 12.如图 5 所示为氢原子的能级图，当一群氢原子从 n＝3 能级向低能级跃迁时， 共辐射出三种不同频率的光子，光子的频率分别为 ν1、ν2、ν3，且 ν1>ν2>ν3，则 下列说法正确的是（　　） 图 5 A.1 ν1 ＋1 ν2 ＝1 ν3 B.ν1＝ν2＋ν3 C.从 n＝3 能级跃迁到 n＝2 能级，辐射出的光子频率为 ν1 D.辐射出频率为 ν1 的光子后的氢原子的电势能比辐射出频率为 ν2 的光子后的氢 原子的电势能大 解析　由题意及玻尔理论可知，E3－E1＝hν1，E2－E1＝hν2，E3－E2＝hν3，因此 有 hν1＝hν2＋hν3，即 ν1＝ν2＋ν3，选项 A 错误，B 正确；从 n＝3 能级跃迁到 n＝ 2 能级，辐射出的光子频率为 ν3，选项 C 错误；辐射出的频率为 ν1 的光子后的 氢原子处于基态，辐射出频率为 ν2 的光子后氢原子也处于基态，因此氢原子的 电势能相同，选项 D 错误。 答案　B 13.如图 6 所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从 n＝4 能级跃迁到 n＝1 能级 可产生 a 光；从 n＝3 能级跃迁到 n＝1 能级可产生 b 光，a 光和 b 光的波长分别 为 λa 和 λb，a、b 两光照射逸出功为 4.5 eV 的金属钨表面均可产生光电效应，遏 止电压分别为 Ua 和 Ub，则（　　） 图 6 A.λa>λb B.UaUb，选项 B 错误；Ekb ＝hνb－W0＝7.59 eV，选项 D 正确。 答案　D 14.（多选）一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在磁 场中形成如图 7 所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为 1∶16，下列判断正确的 是（　　） 图 7 A.该原子核发生了 α 衰变 B.反冲原子核在小圆上逆时针运动 C.原来静止的核，其原子序数为 15 D.放射性的粒子与反冲核运动周期相同 解析　衰变后产生的新核——即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场中均做匀 速圆周运动，轨道半径 r＝mv qB ，因反冲核与放射的粒子动量守恒，而反冲核电荷 量较大，所以其半径较小，并且反冲核带正电荷，由左手定则可以判 定反冲核在小圆上做逆时针运动，在大圆上运动的放射粒子在衰变处由动量守恒 可知其向上运动，选项 B 正确；且顺时针旋转，由左手定则可以判定一定带负 电荷。因此，这个衰变为β衰变，放出的粒子为电子，衰变方程为 MQA→M′Q′B＋ 0－1 e，选项 A 错误；由两圆的半径之比为 1∶16 可知，B 核的核电荷数为 16。原来 的放射性原子核的核电荷数为 15，其原子序数为 15。即 A 为 P（磷）核，B 为 S（硫）核，选项 C 正确；由周期公式 T＝2πm qB 可知，因电子与反冲核的比荷不 同，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期不相同，反冲核的周期较大，选项 D 错误。 答案　BC