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專題41 原子核核式結(jié)構(gòu)和玻爾原子模型--(原卷+解析卷)【高分攻略】備戰(zhàn)2024年高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)突破學(xué)案

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專題41 原子核核式結(jié)構(gòu)和玻爾原子模型--(原卷+解析卷)【高分攻略】備戰(zhàn)2024年高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)突破學(xué)案

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專題41 原子核核式結(jié)構(gòu)和波爾原子模型
題型 選擇題 命題趨勢(shì)和備考策略
高考考點(diǎn) 原子結(jié)構(gòu)模型、波爾原子理論的考察;天然方式現(xiàn)象和原子核的衰變;核反應(yīng)方程的書寫和識(shí)別;核力、質(zhì)量虧損的計(jì)算; 【命題規(guī)律】近3年新高考卷對(duì)于本節(jié)內(nèi)容考查共計(jì)47次,主要考查: (1)波爾原子理論、氫原子的能量和能級(jí)躍遷; (2)核反應(yīng)方程的識(shí)別和書寫; (3)利用質(zhì)能方程計(jì)算質(zhì)量虧損問題; (4)半衰期的理解和計(jì)算 【備考策略】掌握三種原子結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn);理解并掌握波爾原子理論及能級(jí)躍遷的相關(guān)計(jì)算;區(qū)分衰變、人工核反應(yīng)、重核裂變和輕核衰變四種核反應(yīng)方程的書寫和簡(jiǎn)單的計(jì)算;學(xué)會(huì)利用質(zhì)能方程進(jìn)行簡(jiǎn)單質(zhì)量虧損的計(jì)算。 【命題預(yù)測(cè)】本節(jié)內(nèi)容較為簡(jiǎn)單,但考察次數(shù)頻繁,2024年考生需要著重基礎(chǔ),理解并區(qū)分核反應(yīng)方程,識(shí)別及書寫,以及半衰期的計(jì)算,這也是2024年各省高考命題的熱點(diǎn)。
新高考 2023 重慶卷6題、廣東卷1題、天津卷3題、北京卷3題、浙江卷5題、海南卷1題、海南卷10題、湖南卷1題、乙卷3題、甲卷2題、浙江春招卷9題、山東卷1題、湖北卷1題、遼寧卷、浙江春招卷15題
2022 重慶卷6題、北京卷1題、海南卷10題、廣東卷5題、湖南卷1題、天津卷1題、福建卷2題、北京卷14題、海南卷2題、遼寧卷2題、湖北卷1題、浙江卷7題、浙江卷11題、山東卷1題、甲卷4題、浙江春招14題
2021 遼寧卷2題、北京卷14題、浙江春招10題、重慶卷2題、福建卷9題、江蘇卷1題、海南卷5題、湖北卷1題、北京卷1題、山東卷1題、浙江卷14題、廣東卷1題、乙卷4題、甲卷4題、河北卷1題、湖南卷1題、
【導(dǎo)航窗口】
知識(shí)梳理
一、原子的核式結(jié)構(gòu) 2
二、玻爾理論 2
三、天然放射現(xiàn)象、原子核的組成 3
四、原子核的衰變和半衰期 3
五、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損、核反應(yīng) 4
考點(diǎn)突破
考點(diǎn)一 氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷 4
考點(diǎn)二 氫原子的能量及其變化 8
考點(diǎn)三 原子核的衰變 半衰期 11
考點(diǎn)四 核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程 13
角度1:核反應(yīng)的書寫 13
角度2:核反應(yīng)方程的識(shí)別 13
考點(diǎn)五 有關(guān)核能的計(jì)算 15
角度1:核反應(yīng)中的能量計(jì)算 15
角度2:核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損計(jì)算 16
考點(diǎn)過關(guān)
【素質(zhì)基礎(chǔ)練】 17
【能力提高練】 23
【高考通關(guān)練】 30
一、原子的核式結(jié)構(gòu)
1.α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果
絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進(jìn),但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過了90°,有的甚至被撞了回來,如圖所示.
2.原子的核式結(jié)構(gòu)
在原子中心有一個(gè)很小的核,原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn).
二、玻爾理論
1.定態(tài):原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電子雖然繞核運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量.
2.躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定.即hν=Em-En.(h是普朗克常量,h=6.626×10-34 J·s)
3.軌道:原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng).原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的.
4.氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式
(1)氫原子的能級(jí)圖(如圖所示)
(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑
①氫原子的能級(jí)公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E1=-13.6 eV.
②氫原子的半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)半徑,又稱玻爾半徑,其數(shù)值為r1=0.53×10-10 m.
三、天然放射現(xiàn)象、原子核的組成
1.天然放射現(xiàn)象
(1)天然放射現(xiàn)象
元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象,首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu).
(2)放射性和放射性元素:物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性.具有放射性的元素叫放射性元素.
(3)三種射線:放射性元素放射出的射線共有三種,分別是α射線、β射線、γ射線.
2.原子核
(1)原子核的組成
①原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子.
②原子核的核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù),原子核的質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù).
(2)同位素:具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子,在元素周期表中的位置相同,同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì).
四、原子核的衰變和半衰期
1.原子核的衰變
(1)原子核放出α粒子或β粒子,變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變.
(2)分類
α衰變:X→Y+He
β衰變:X→Y+e
2.半衰期
(1)定義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間.
(2)衰變規(guī)律:N=N0t/τ、m=m0t/τ
(3)影響因素:由原子核內(nèi)部因素決定,跟原子所處的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān).
五、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損、核反應(yīng)
1.核力
(1)定義:原子核內(nèi)部,核子間所特有的相互作用力.
(2)特點(diǎn):
①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn);
②核力是短程力,作用范圍在1.5×10-15 m之內(nèi);
③每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用.
2.核能
(1)結(jié)合能
核子結(jié)合為原子核時(shí)放出的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量,叫做原子核的結(jié)合能,亦稱核能.
(2)比結(jié)合能
①定義:原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,稱做比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能.
②特點(diǎn):不同原子核的比結(jié)合能不同,原子核的比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定.
3.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損
愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm,這就是質(zhì)量虧損.由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=Δmc2.
4.獲得核能的途徑:(1)重核裂變;(2)輕核聚變.
5.核反應(yīng)
(1)遵守的規(guī)律:電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒.
(2)反應(yīng)類型:衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變.
考點(diǎn)一 氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷
1.原子躍遷的條件
(1)原子躍遷條件hν=Em-En只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況.
(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時(shí),也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收,使氫原子電離;當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV時(shí),氫原子電離后,電子具有一定的初動(dòng)能.
(3)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā).由于實(shí)物粒子的動(dòng)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兩能級(jí)的能量差值(E=Em-En),均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷.
2.躍遷中兩個(gè)易混問題
(1)一群原子和一個(gè)原子:氫原子核外只有一個(gè)電子,這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上,在某段時(shí)間內(nèi),由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí),可能的情況只有一種,但是如果容器中盛有大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)了.
(2)直接躍遷與間接躍遷:原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí).有時(shí)可能是直接躍遷,有時(shí)可能是間接躍遷.兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的.直接躍遷時(shí)輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時(shí)輻射(或吸收)的所有光子的能量和.
3.(1)能級(jí)之間躍遷時(shí)放出的光子頻率是不連續(xù)的.
(2)能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率由hν=Em-En求得.若求波長(zhǎng)可由公式c=λν求得.
(3)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n-1).
(4)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法:
①用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解:N=C=.
②利用能級(jí)圖求解:在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出,然后相加.
【典例1】(2023·湖北·統(tǒng)考高考真題)2022年10月,我國(guó)自主研發(fā)的“夸父一號(hào)”太陽探測(cè)衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡可用于探測(cè)波長(zhǎng)為的氫原子譜線(對(duì)應(yīng)的光子能量為)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級(jí)圖,可知此譜線來源于太陽中氫原子( )

A.和能級(jí)之間的躍遷 B.和能級(jí)之間的躍遷
C.和能級(jí)之間的躍遷 D.和能級(jí)之間的躍遷
【變式1】(多選)(2023·浙江溫州·統(tǒng)考一模)氫原子的能級(jí)圖如圖甲所示, 大量處于 能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),放出頻率不同的光子。其中頻率最高的光照射圖乙電路中光電管陰極K時(shí),電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。若電壓大于 后微安表示數(shù)。 保持不變, 電子的電荷量為e, 質(zhì)量為m, 則下列說法正確的是(  )
A.大量處于 能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),能放出2種不同頻率的光子
B.用能量為10.20eV的光子照射氫原子,可使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離
C.用圖乙實(shí)驗(yàn)電路研究光電效應(yīng),要測(cè)量遏止電壓,滑片 P應(yīng)向 a端滑動(dòng)
D.當(dāng)電路中電壓恰好等于時(shí), 到達(dá)A板的光電子最大速度
【變式2】(多選)(2024·浙江·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè))如圖甲所示為光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置,圖乙為a、b、c三種光分別照射圖甲裝置得到的電流表與電壓表讀數(shù)的關(guān)系曲線,圖丙為氫原子能級(jí)圖,圖丁是幾種金屬的逸出功和極限頻率。已知c光子能量為2.81eV。則( )
幾種金屬逸出功和極限頻率
金屬 W0/eV v/1014Hz
鈉 2.29 5.33
鉀 2.25 5.44
銣 2.13 5.15
A.若b為綠光,a不可能是紫光
B.若a為綠光,c可能是紫光
C.用c照射大量n=2激發(fā)態(tài)氫原子可產(chǎn)生6種不同頻率光
D.用c照射銣陰極產(chǎn)生的光電子撞擊大量n=3激發(fā)態(tài)氫原子可產(chǎn)生6種不同頻率光
考點(diǎn)二 氫原子的能量及其變化
1.原子能量:En=Ekn+Epn=,隨n(r)增大而增大,其中E1=-13.6 eV.
2.電子動(dòng)能:電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力提供向心力,即k=m,所以Ekn=k,隨n(r)增大而減小.
3.電勢(shì)能:通過庫侖力做功判斷電勢(shì)能的增減.當(dāng)n減小,即軌道半徑減小時(shí),庫侖力做正功,電勢(shì)能減小;反之,n增大,即軌道半徑增大時(shí),電勢(shì)能增加.
【典例2】(2022·北京·高考真題)正電子是電子的反粒子,與電子質(zhì)量相同、帶等量正電荷。在云室中有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),從P點(diǎn)發(fā)出兩個(gè)電子和一個(gè)正電子,三個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中1、2、3所示。下列說法正確的是(  )
A.磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 B.軌跡1對(duì)應(yīng)的粒子運(yùn)動(dòng)速度越來越大
C.軌跡2對(duì)應(yīng)的粒子初速度比軌跡3的大 D.軌跡3對(duì)應(yīng)的粒子是正電子
【變式1】(變式1)(2024·廣東惠州·統(tǒng)考二模)圖中的(a)、(b)、(c)、(d)四幅圖涉及不同的原子物理知識(shí),其中說法正確的是( )
A.根據(jù)圖(a)所示的三種射線在磁場(chǎng)中的軌跡,可以判斷出“1”為γ射線
B.如圖(b)所示,發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),入射光光強(qiáng)越強(qiáng),光電子的最大初動(dòng)能越大
C.盧瑟福通過圖(c)所示的α粒子散射實(shí)驗(yàn),提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型
D.利用圖(d)所示的氫原子能級(jí)示意圖,可以解釋氫原子為何具有分立光譜
【變式2】(2023下·陜西寶雞·高二統(tǒng)考期末)靜止在O點(diǎn)的原子核發(fā)生衰變的同時(shí),空間中加入如圖所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)。之后衰變產(chǎn)物A、B兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡OA、OB如圖虛線所示,不計(jì)重力和兩粒子間的相互作用,下列說法正確的是(  )

A.A、B兩粒子均帶正電
B.原子核發(fā)生的是α衰變
C.A粒子為
D.衰變后瞬間A、B粒子速度比為5:2
考點(diǎn)三 原子核的衰變 半衰期
1.衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)
(1)兩種衰變的比較
衰變類型 α衰變 β衰變
衰變方程 X→Y+He X→Y+e
衰變實(shí)質(zhì) 2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子 結(jié)合成一個(gè)整體射出 中子轉(zhuǎn)化為 質(zhì)子和電子
2H+2n→He n→H+e
衰變規(guī)律 質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒
(2)γ射線:γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的.其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中,產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子.
2.確定衰變次數(shù)的方法
因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無影響,先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù),然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù).
3.半衰期
(1)公式:N余=N原t/τ,m余=m原t/τ
(2)影響因素:放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的,跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān).
【典例3】(2023·重慶·統(tǒng)考高考真題)原子核可以經(jīng)過多次α和β衰變成為穩(wěn)定的原子核,在該過程中,可能發(fā)生的β衰變是(  )
A. B.
C. D.
【變式1】(2023·吉林長(zhǎng)春·統(tǒng)考一模)自然界中的碳主要是碳12,也有少量的碳14。碳14具有放射性,能夠自發(fā)地進(jìn)行β衰變而變成氮,碳14的半衰期為5730年。在考古和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中可用碳14測(cè)定年代。以下說法正確的是(  )
A.β射線是一種穿透能力極強(qiáng)的高頻電磁波
B.碳14的衰變方程為
C.當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),碳14的半衰期會(huì)發(fā)生改變,從而影響年代測(cè)定的結(jié)果
D.100個(gè)碳14原子核經(jīng)過11460年一定還剩下25個(gè)
【變式2】(2022·全國(guó)·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè))衰變實(shí)際上是原子核內(nèi)部的中子衰變成質(zhì)子導(dǎo)致的。其實(shí)質(zhì)子也不是絕對(duì)穩(wěn)定的,但是其半衰期特別長(zhǎng),至少長(zhǎng)達(dá)年(1000萬億億億年)。上世紀(jì)八十年代,日本建造了“超級(jí)神岡探測(cè)器”,主要目的之一就是探測(cè)質(zhì)子衰變現(xiàn)象,該探測(cè)器位于地下1000米深處,可有效排除宇宙射線的影響,它使用了5萬噸的超純水(約含有個(gè)質(zhì)子),1萬多個(gè)光電倍增管,用以捕捉質(zhì)子衰變時(shí)釋放的粒子。若所有衰變均可被探測(cè)到,估算平均經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間我們就可以觀察到一次質(zhì)子衰變事件(  )
A.一分鐘以內(nèi) B.一周以內(nèi) C.一個(gè)月以內(nèi) D.一年以內(nèi)
考點(diǎn)四 核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程
1.核反應(yīng)的四種類型:衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變.
2.核反應(yīng)過程一般都是不可逆的,所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向,不能用等號(hào)連接.
3.核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程.
4.核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒,核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化.
5.核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒.
角度1:核反應(yīng)的書寫
【典例4】(2023·北京·統(tǒng)考高考真題)下列核反應(yīng)方程中括號(hào)內(nèi)的粒子為中子的是( )
A. B.
C. D.
角度2:核反應(yīng)方程的識(shí)別
【典例5】(2022·海南·高考真題)下列屬于衰變的是( )
A. B.
C. D.
【變式1】(2023·湖南長(zhǎng)沙·長(zhǎng)沙一中校考二模)1919年,盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核()發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,首次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變。已知核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化成了和質(zhì)子的動(dòng)能,,,a粒子,質(zhì)子的質(zhì)量分別為m1、m2,m3,m4,真空中的光速為c,則(  )
A.發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是
B.釋放的核能等于和質(zhì)子的總動(dòng)能
C.釋放的核能等于
D.釋放核能的原因是因?yàn)榈慕Y(jié)合能大于和α粒子總的結(jié)合能
【變式2】(2023·云南玉溪·云南省玉溪第三中學(xué)校考模擬預(yù)測(cè))下列四個(gè)核反應(yīng)方程,屬于聚變的是(  )
A. B.
C. D.
考點(diǎn)五 有關(guān)核能的計(jì)算
1.應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖
→→
(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算,計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”.
(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5 MeV計(jì)算.因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量,所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”.
2.利用質(zhì)能方程計(jì)算核能時(shí),不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算.
角度1:核反應(yīng)中的能量計(jì)算
【典例6】(2021·海南·高考真題)1932年,考克饒夫和瓦爾頓用質(zhì)子加速器進(jìn)行人工核蛻變實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了質(zhì)能關(guān)系的正確性。在實(shí)驗(yàn)中,鋰原子核俘獲一個(gè)質(zhì)子后成為不穩(wěn)定的鈹原子核,隨后又蛻變?yōu)閮蓚€(gè)原子核,核反應(yīng)方程為。已知、、X的質(zhì)量分別為、、,光在真空中的傳播速度為c,則在該核反應(yīng)中(  )
A.質(zhì)量虧損
B.釋放的核能
C.鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是5
D.X表示的是氚原子核
角度2:核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損計(jì)算
【典例7】(2020·全國(guó)·統(tǒng)考高考真題)氘核可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量,其總效果可用反應(yīng)式表示。海水中富含氘,已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個(gè),若全都發(fā)生聚變反應(yīng),其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱量相等;已知1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107 J,1 MeV= 1.6×10–13J,則M約為(  )
A.40 kg B.100 kg C.400 kg D.1 000 kg
(1)在動(dòng)量守恒方程中,各質(zhì)量都可用質(zhì)量數(shù)表示.
(2)只有利用ΔE=Δmc2時(shí),才考慮質(zhì)量虧損,在動(dòng)量和能量守恒方程中,不考慮質(zhì)量虧損.
(3)注意比例運(yùn)算求解.
【變式1】(2023·海南海口·海南華僑中學(xué)校考一模)太陽輻射的能量主要來源于聚變反應(yīng),,現(xiàn)有1mol氘和1.5mol氚充分發(fā)生聚變反應(yīng),已知阿伏加德羅常數(shù)則該聚變反應(yīng)釋放的總能量約為(  )
A.1×1025 MeV B.
C.2×1025 MeV D.5×1025 MeV
【變式2】(2023·海南省直轄縣級(jí)單位·嘉積中學(xué)校考一模)硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù)。硼核()進(jìn)入癌細(xì)胞后,吸收中子轉(zhuǎn)變成鋰核和α粒子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為,中子的質(zhì)量為,鋰核的質(zhì)量為M,真空中的光速為c。則鋰原子核的比結(jié)合能為(  )
A. B.
C. D.
考點(diǎn)過關(guān)
【素質(zhì)基礎(chǔ)練】
1.(2023·西藏日喀則·統(tǒng)考一模)下列說法正確的是( )
A.光電效應(yīng)中光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比
B.原子核的結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定
C.方程式是核裂變反應(yīng),反應(yīng)過程損失3個(gè)中子
D.一個(gè)處于能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷最多可能產(chǎn)生3種頻率的光子
2.(2023·河北邢臺(tái)·河北巨鹿中學(xué)校聯(lián)考三模)根據(jù)玻爾提出的軌道量子化模型,氫原子不同能級(jí)的能量關(guān)系為,部分能級(jí)如圖所示,已知可見光的波長(zhǎng)在之間,對(duì)應(yīng)的可見光光子能量范圍為。由此可推知?dú)湓釉谀芗?jí)躍遷時(shí)(  )

A.從能級(jí)躍遷到基態(tài)時(shí)發(fā)出可見光
B.從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光均為可見光
C.處于基態(tài)的氫原子吸收能量為的光子后可以躍遷至激發(fā)態(tài)
D.從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光波長(zhǎng)比紅光更長(zhǎng)
3.(2023·云南·模擬預(yù)測(cè))氫原子能級(jí)示意圖如圖所示,現(xiàn)有大量氫原子處于能級(jí)上,若用其躍遷輻射的光子照射逸出功的金屬,則光電子的最大初動(dòng)能的最小值為(  )

A.0.20eV B.7.00eV C.8.89eV D.10.40eV
4.(2023·河南·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè))2022年10月,中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所成功合成了新核素錒,錒的衰變方程為,同時(shí)釋放射線.下列有關(guān)說法正確的是( )
A.X的核子數(shù)為87
B.X的中子數(shù)為113
C.由于發(fā)生質(zhì)量虧損,X的比結(jié)合能比錒204的比結(jié)合能小
D. 和的結(jié)合能之和一定小于的結(jié)合能
5.(2023·河北唐山·遷西縣第一中學(xué)校考二模)2022年6月13日,四川省文物考古研究院公布三星堆遺址祭祀?yún)^(qū)最新考古發(fā)掘成果:在7號(hào)、8號(hào)祭祀坑,又發(fā)現(xiàn)大量造型前所未見的精美青銅器。考古學(xué)家利用放射性元素的半衰期確定了7號(hào)、8號(hào)祭祀坑的埋藏年代均為商代晚期。碳元素能自發(fā)地釋放射線,衰變方程為,其半衰期約為5730年。則當(dāng)衰變后的產(chǎn)物數(shù)量是衰變后剩余的數(shù)量的3倍時(shí),衰變所經(jīng)歷的時(shí)間為(  )
A.3100年 B.5730年 C.11460年 D.17190年
6.(2023·廣東汕頭·仲元中學(xué)校聯(lián)考二模)2023年4月12日,我國(guó)“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄,成功實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行403秒。其內(nèi)部發(fā)生輕核聚變的核反應(yīng)方程為,釋放出能量,一段時(shí)間后測(cè)得反應(yīng)物的質(zhì)量虧損了,光速為c、下列說法正確的是(  )
A.x是粒子,穿透能力強(qiáng)電離能力弱
B.這段時(shí)間內(nèi),輕核聚變釋放的能量為
C.x粒子最早由湯姆孫通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的
D.輕核聚變質(zhì)量虧損,則輕核聚變過程中質(zhì)量數(shù)不守恒
7.(2023·江蘇揚(yáng)州·揚(yáng)州市新華中學(xué)校考一模)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET)的基本原理:將放射性同位素注入人體,在人體內(nèi)衰變放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子,光子被探測(cè)器探測(cè)后經(jīng)計(jì)算機(jī)處理產(chǎn)生清晰圖像,下列說法正確的是(  )
A.在人體內(nèi)衰變的方程是
B.正負(fù)電子湮滅的方程式是
C.正負(fù)電子相遇而湮滅違背了能量守恒定律
D.在PET中,的主要用途是參與人體的代謝過程
8.(2023·貴州畢節(jié)·統(tǒng)考三模)如圖,一個(gè)原子核X經(jīng)圖中所示的14次衰變,其中有m次衰變、n次衰變,生成穩(wěn)定的原子核Y,則(  )

A. B.
C. D.
9.(2023·江蘇·模擬預(yù)測(cè))超導(dǎo)托卡馬克EAST裝置被譽(yù)為“人造太陽”,4月12日21時(shí)獲得了重大成果。它實(shí)現(xiàn)了高功率穩(wěn)定的403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行,創(chuàng)造了托卡馬克裝置穩(wěn)態(tài)高約束模運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。設(shè)可控?zé)岷朔磻?yīng)前氘核()的質(zhì)量為,氚核()的質(zhì)量為,反應(yīng)后氦核()的質(zhì)量為,中子()的質(zhì)量為,已知真空中的光速為c。下列說法中正確的是(  )
A.這種熱核反應(yīng)釋放出氦核,是衰變
B.核反應(yīng)放出的能量為
C.上述核反應(yīng)過程中原子核的比結(jié)合能減小
D.這種裝置的核反應(yīng)原理與我國(guó)大亞灣核電站所使用核裝置的原理相同
10.(2023·上海·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè))能量為8eV的光子的波長(zhǎng)為 ,下一代超高精度原子鐘的工作原理依據(jù)核反應(yīng)方程 。(已知:h = 6.63 × 10-34J s,1eV = 1.6 × 10-19J)
【能力提高練】
1.(2023·湖北武漢·華中師大一附中校考模擬預(yù)測(cè))如圖所示,(a)為氫原子能級(jí)圖,(b)為某放射性元素剩余質(zhì)量m與原質(zhì)量的比值隨時(shí)間t的變化圖像,(c)為軋制鋼板時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)鋼板厚度的裝置圖,(d)為原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖像。下列與四幅圖對(duì)應(yīng)的四種說法,正確的是(  )

A.圖(a)中,能量為10.5eV的光子轟擊處于基態(tài)的氫原子,可能使之發(fā)生躍遷
B.圖(b)中,由放射性元素剩余質(zhì)量m與原質(zhì)量的比值隨時(shí)間t的變化規(guī)律可知其半衰期為
C.圖(c)中,探測(cè)器接收到的可能是射線
D.圖(d)中,比結(jié)合能越大,平均核子質(zhì)量越大,原子核越穩(wěn)定
2.(2023·遼寧葫蘆島·統(tǒng)考二模)氫原子能級(jí)圖如圖,,,假設(shè)氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)和n=2能級(jí)發(fā)出的光的波長(zhǎng)和頻率分別為λ1、λ2和ν1、ν2,氫原子從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)發(fā)出的光的波長(zhǎng)和頻率分別為λ3和ν3,下列關(guān)系正確的是(  )

A. B.
C. D.
3.(2023·湖南郴州·統(tǒng)考三模)氧核 衰變成釙核,其核反應(yīng)方程為,氡核的半衰期為3.8天,一個(gè)靜止的衰變釋放的能量為E,且能量完全轉(zhuǎn)化為兩粒子的動(dòng)能,則下列說法正確的是(  )
A.方程式中的X是質(zhì)子
B.該核反應(yīng)前、后的質(zhì)量守恒,且電荷數(shù)守恒
C.50個(gè)氡核經(jīng)過3.8天還剩25個(gè)氡核
D.衰變釋放出的X粒子的動(dòng)能為
4.(2023·廣東東莞·東莞實(shí)驗(yàn)中學(xué)校考模擬預(yù)測(cè))如圖所示是原子核發(fā)生α衰變的能級(jí)圖,經(jīng)α衰變直接變至基態(tài),或者衰變至一個(gè)激發(fā)態(tài),然后通過釋放一個(gè)光子衰變至基態(tài)。若發(fā)生α衰變前是靜止的,則(  )

A.原子核的比結(jié)合能大于原子核的比結(jié)合能
B.α粒子的動(dòng)能小于原子核的動(dòng)能
C.的質(zhì)量大于與α粒子質(zhì)量之和
D.激發(fā)態(tài)釋放光子至基態(tài)的衰變是β衰變
5.(2023·江蘇揚(yáng)州·揚(yáng)州市新華中學(xué)校考三模)下列四幅圖的有關(guān)說法正確的是(  )

A.圖(1)中的人用大錘連續(xù)敲打,小車能在光滑的水平面上持續(xù)向右運(yùn)動(dòng)
B.圖(2)中若改用綠光照射,驗(yàn)電器金屬箔一定不張開
C.圖(3)為氫原子能級(jí)示意圖,一群氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級(jí)時(shí),能使逸出功為2.21eV的金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條
D.圖(4)可以得知原子核F的比結(jié)合能小于原子核E的比結(jié)合能,原子核D和E聚成原子核F時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損,要釋放能量
6.(2023·江蘇鎮(zhèn)江·統(tǒng)考三模)人工放射性原子核衰變時(shí)的核反應(yīng)方程為,同時(shí)放出射線,下列說法正確的是(  )
A.X是正電子 B.的結(jié)合能大于的結(jié)合能
C.射線由原子核釋放 D.射線在真空中的速度可達(dá)0. 99光速
7.(2023·全國(guó)·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè))太陽內(nèi)部高溫高壓使三個(gè)氦核發(fā)生短暫的核反應(yīng),被稱為氦內(nèi)。該核反應(yīng)的方程式為,已知核的比結(jié)合能為核的比結(jié)合能為,真空中的光速為。下列說法正確的是(  )
A.該核反應(yīng)又稱熱核反應(yīng) B.X原子核中有8個(gè)中子
C.該核反應(yīng)釋放的能量為 D.該核反應(yīng)核子的質(zhì)量虧損為
8.(2023·陜西商洛·鎮(zhèn)安中學(xué)校考模擬預(yù)測(cè))沂水跋山遺址的發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了山東及中國(guó)北方地區(qū)舊石器時(shí)代考古的空白。出土文物包括石制品、動(dòng)物化石及一定數(shù)量的骨制品,在測(cè)定其年代時(shí)用碳十四斷代法,某制品初步測(cè)年數(shù)據(jù)為距今6萬至10萬年,已知14C的半衰期為5730年,該制品的14C原始質(zhì)量為。則該制品中14C的剩余量不可能是(  )
A. B. C. D.
9.(多選)(2023·湖南·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè))氬原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低能級(jí)時(shí),可能不發(fā)射光子,而是把相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給另一能級(jí)上的電子,并使之脫離原子,這一現(xiàn)象叫俄歇效應(yīng),以這種方式脫離原子的電子叫俄歇電子。若氬原子的基態(tài)能量為,處于能級(jí)的電子躍遷時(shí),將釋放的能量轉(zhuǎn)交給處于能級(jí)的電子,使之成為俄歇電子a。假設(shè)氬原子的能級(jí)能量公式類似于氫原子,即,則(  )
A.氬原子從能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)釋放的能量為
B.氬原子從能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)釋放的能量為
C.俄歇電子a的動(dòng)能為
D.俄歇電子a的動(dòng)能為
10.(多選)(2023·新疆阿勒泰·統(tǒng)考三模)如圖所示為氫原子的部分能級(jí)示意圖。現(xiàn)有大量處于激發(fā)態(tài)能級(jí)的氫原子,向較低能級(jí)躍遷時(shí),會(huì)放出不同頻率的光子。已知某鋅板發(fā)生光電效應(yīng)的逸出功為。下列說法中正確的是(  )

A.共放出5種不同頻率的光子
B.從能級(jí)躍遷到能級(jí)放出的光子波長(zhǎng)最短
C.放出的所有光子照射該鋅板,逸出光電子的最大初動(dòng)能為
D.從能級(jí)躍遷到能級(jí)放出的光子波長(zhǎng)等于能級(jí)躍遷到能級(jí)放出的光子波長(zhǎng)
【高考通關(guān)練】
1.(2023·重慶·統(tǒng)考高考真題)原子核可以經(jīng)過多次α和β衰變成為穩(wěn)定的原子核,在該過程中,可能發(fā)生的β衰變是(  )
A. B.
C. D.
2.(2023·天津·統(tǒng)考高考真題)關(guān)于太陽上進(jìn)行的核聚變,下列說法正確的是(  )
A.核聚變需要在高溫下進(jìn)行 B.核聚變中電荷不守恒
C.太陽質(zhì)量不變 D.太陽核反應(yīng)方程式:
3.(2023·海南·統(tǒng)考高考真題)釷元素衰變時(shí)會(huì)放出β粒子,其中β粒子是( )
A.中子 B.質(zhì)子 C.電子 D.光子
4.(2023·湖南·統(tǒng)考高考真題)2023年4月13日,中國(guó)“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置創(chuàng)下新紀(jì)錄,實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行,為可控核聚變的最終實(shí)現(xiàn)又向前邁出了重要的一步,下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是( )
A.相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多
B.氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為
C.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235
D.核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損
5.(2023·全國(guó)·統(tǒng)考高考真題)在下列兩個(gè)核反應(yīng)方程中、,X和Y代表兩種不同的原子核,以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù),則( )
A., B., C., D.,
21世紀(jì)教育網(wǎng)(www.21cnjy.com)專題41 原子核核式結(jié)構(gòu)和波爾原子模型
題型 選擇題 命題趨勢(shì)和備考策略
高考考點(diǎn) 原子結(jié)構(gòu)模型、波爾原子理論的考察;天然方式現(xiàn)象和原子核的衰變;核反應(yīng)方程的書寫和識(shí)別;核力、質(zhì)量虧損的計(jì)算; 【命題規(guī)律】近3年新高考卷對(duì)于本節(jié)內(nèi)容考查共計(jì)47次,主要考查: (1)波爾原子理論、氫原子的能量和能級(jí)躍遷; (2)核反應(yīng)方程的識(shí)別和書寫; (3)利用質(zhì)能方程計(jì)算質(zhì)量虧損問題; (4)半衰期的理解和計(jì)算 【備考策略】掌握三種原子結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn);理解并掌握波爾原子理論及能級(jí)躍遷的相關(guān)計(jì)算;區(qū)分衰變、人工核反應(yīng)、重核裂變和輕核衰變四種核反應(yīng)方程的書寫和簡(jiǎn)單的計(jì)算;學(xué)會(huì)利用質(zhì)能方程進(jìn)行簡(jiǎn)單質(zhì)量虧損的計(jì)算。 【命題預(yù)測(cè)】本節(jié)內(nèi)容較為簡(jiǎn)單,但考察次數(shù)頻繁,2024年考生需要著重基礎(chǔ),理解并區(qū)分核反應(yīng)方程,識(shí)別及書寫,以及半衰期的計(jì)算,這也是2024年各省高考命題的熱點(diǎn)。
新高考 2023 重慶卷6題、廣東卷1題、天津卷3題、北京卷3題、浙江卷5題、海南卷1題、海南卷10題、湖南卷1題、乙卷3題、甲卷2題、浙江春招卷9題、山東卷1題、湖北卷1題、遼寧卷、浙江春招卷15題
2022 重慶卷6題、北京卷1題、海南卷10題、廣東卷5題、湖南卷1題、天津卷1題、福建卷2題、北京卷14題、海南卷2題、遼寧卷2題、湖北卷1題、浙江卷7題、浙江卷11題、山東卷1題、甲卷4題、浙江春招14題
2021 遼寧卷2題、北京卷14題、浙江春招10題、重慶卷2題、福建卷9題、江蘇卷1題、海南卷5題、湖北卷1題、北京卷1題、山東卷1題、浙江卷14題、廣東卷1題、乙卷4題、甲卷4題、河北卷1題、湖南卷1題、
【導(dǎo)航窗口】
知識(shí)梳理
一、原子的核式結(jié)構(gòu) 2
二、玻爾理論 2
三、天然放射現(xiàn)象、原子核的組成 3
四、原子核的衰變和半衰期 3
五、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損、核反應(yīng) 4
考點(diǎn)突破
考點(diǎn)一 氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷 4
考點(diǎn)二 氫原子的能量及其變化 8
考點(diǎn)三 原子核的衰變 半衰期 11
考點(diǎn)四 核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程 13
角度1:核反應(yīng)的書寫 13
角度2:核反應(yīng)方程的識(shí)別 13
考點(diǎn)五 有關(guān)核能的計(jì)算 15
角度1:核反應(yīng)中的能量計(jì)算 15
角度2:核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損計(jì)算 16
考點(diǎn)過關(guān)
【素質(zhì)基礎(chǔ)練】 17
【能力提高練】 23
【高考通關(guān)練】 30
一、原子的核式結(jié)構(gòu)
1.α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果
絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進(jìn),但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過了90°,有的甚至被撞了回來,如圖所示.
2.原子的核式結(jié)構(gòu)
在原子中心有一個(gè)很小的核,原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn).
二、玻爾理論
1.定態(tài):原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電子雖然繞核運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量.
2.躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定.即hν=Em-En.(h是普朗克常量,h=6.626×10-34 J·s)
3.軌道:原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng).原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的.
4.氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式
(1)氫原子的能級(jí)圖(如圖所示)
(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑
①氫原子的能級(jí)公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E1=-13.6 eV.
②氫原子的半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)半徑,又稱玻爾半徑,其數(shù)值為r1=0.53×10-10 m.
三、天然放射現(xiàn)象、原子核的組成
1.天然放射現(xiàn)象
(1)天然放射現(xiàn)象
元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象,首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu).
(2)放射性和放射性元素:物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性.具有放射性的元素叫放射性元素.
(3)三種射線:放射性元素放射出的射線共有三種,分別是α射線、β射線、γ射線.
2.原子核
(1)原子核的組成
①原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子.
②原子核的核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù),原子核的質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù).
(2)同位素:具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子,在元素周期表中的位置相同,同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì).
四、原子核的衰變和半衰期
1.原子核的衰變
(1)原子核放出α粒子或β粒子,變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變.
(2)分類
α衰變:X→Y+He
β衰變:X→Y+e
2.半衰期
(1)定義:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間.
(2)衰變規(guī)律:N=N0t/τ、m=m0t/τ
(3)影響因素:由原子核內(nèi)部因素決定,跟原子所處的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān).
五、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損、核反應(yīng)
1.核力
(1)定義:原子核內(nèi)部,核子間所特有的相互作用力.
(2)特點(diǎn):
①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn);
②核力是短程力,作用范圍在1.5×10-15 m之內(nèi);
③每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用.
2.核能
(1)結(jié)合能
核子結(jié)合為原子核時(shí)放出的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量,叫做原子核的結(jié)合能,亦稱核能.
(2)比結(jié)合能
①定義:原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,稱做比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能.
②特點(diǎn):不同原子核的比結(jié)合能不同,原子核的比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定.
3.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損
愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm,這就是質(zhì)量虧損.由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=Δmc2.
4.獲得核能的途徑:(1)重核裂變;(2)輕核聚變.
5.核反應(yīng)
(1)遵守的規(guī)律:電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒.
(2)反應(yīng)類型:衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變.
考點(diǎn)一 氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷
1.原子躍遷的條件
(1)原子躍遷條件hν=Em-En只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況.
(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時(shí),也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收,使氫原子電離;當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV時(shí),氫原子電離后,電子具有一定的初動(dòng)能.
(3)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā).由于實(shí)物粒子的動(dòng)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兩能級(jí)的能量差值(E=Em-En),均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷.
2.躍遷中兩個(gè)易混問題
(1)一群原子和一個(gè)原子:氫原子核外只有一個(gè)電子,這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上,在某段時(shí)間內(nèi),由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí),可能的情況只有一種,但是如果容器中盛有大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)了.
(2)直接躍遷與間接躍遷:原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí).有時(shí)可能是直接躍遷,有時(shí)可能是間接躍遷.兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的.直接躍遷時(shí)輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時(shí)輻射(或吸收)的所有光子的能量和.
3.(1)能級(jí)之間躍遷時(shí)放出的光子頻率是不連續(xù)的.
(2)能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率由hν=Em-En求得.若求波長(zhǎng)可由公式c=λν求得.
(3)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n-1).
(4)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法:
①用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解:N=C=.
②利用能級(jí)圖求解:在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出,然后相加.
【典例1】(2023·湖北·統(tǒng)考高考真題)2022年10月,我國(guó)自主研發(fā)的“夸父一號(hào)”太陽探測(cè)衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡可用于探測(cè)波長(zhǎng)為的氫原子譜線(對(duì)應(yīng)的光子能量為)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級(jí)圖,可知此譜線來源于太陽中氫原子( )

A.和能級(jí)之間的躍遷 B.和能級(jí)之間的躍遷
C.和能級(jí)之間的躍遷 D.和能級(jí)之間的躍遷
【答案】A
【詳解】由圖中可知n=2和n=1的能級(jí)差之間的能量差值為
與探測(cè)器探測(cè)到的譜線能量相等,故可知此譜線來源于太陽中氫原子n=2和n=1能級(jí)之間的躍遷。
故選A。
【變式1】(多選)(2023·浙江溫州·統(tǒng)考一模)氫原子的能級(jí)圖如圖甲所示, 大量處于 能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),放出頻率不同的光子。其中頻率最高的光照射圖乙電路中光電管陰極K時(shí),電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。若電壓大于 后微安表示數(shù)。 保持不變, 電子的電荷量為e, 質(zhì)量為m, 則下列說法正確的是(  )
A.大量處于 能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),能放出2種不同頻率的光子
B.用能量為10.20eV的光子照射氫原子,可使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離
C.用圖乙實(shí)驗(yàn)電路研究光電效應(yīng),要測(cè)量遏止電壓,滑片 P應(yīng)向 a端滑動(dòng)
D.當(dāng)電路中電壓恰好等于時(shí), 到達(dá)A板的光電子最大速度
【答案】CD
【詳解】A.大量處于 能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),能放出種不同頻率的光子,故A錯(cuò)誤;
B.用能量為10.20eV的光子照射氫原子,能量小于13.6eV的電離能,不可以使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離,故B錯(cuò)誤;
C.用圖乙實(shí)驗(yàn)電路研究光電效應(yīng),要測(cè)量遏止電壓,K應(yīng)接正極,滑片 P應(yīng)向 a端滑動(dòng),故C正確;
D.根據(jù)圖丙可知,遏止電壓為,當(dāng)電路中電壓恰好等于時(shí), 到達(dá)A板的光電子最大速度
解得
故D正確。
故選CD。
【變式2】(多選)(2024·浙江·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè))如圖甲所示為光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置,圖乙為a、b、c三種光分別照射圖甲裝置得到的電流表與電壓表讀數(shù)的關(guān)系曲線,圖丙為氫原子能級(jí)圖,圖丁是幾種金屬的逸出功和極限頻率。已知c光子能量為2.81eV。則( )
幾種金屬逸出功和極限頻率
金屬 W0/eV v/1014Hz
鈉 2.29 5.33
鉀 2.25 5.44
銣 2.13 5.15
A.若b為綠光,a不可能是紫光
B.若a為綠光,c可能是紫光
C.用c照射大量n=2激發(fā)態(tài)氫原子可產(chǎn)生6種不同頻率光
D.用c照射銣陰極產(chǎn)生的光電子撞擊大量n=3激發(fā)態(tài)氫原子可產(chǎn)生6種不同頻率光
【答案】AD
【詳解】A.因b的截止電壓大于a,根據(jù)
可知,b的頻率大于a的頻率,則若b為綠光,a不可能是紫光,選項(xiàng)A正確;
B.因a、c的截止電壓相等,可知a、c的頻率相等,即若a為綠光,c也肯定為綠光,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;
C.已知c光子能量為2.81eV,則用c照射大量n=2激發(fā)態(tài)氫原子不能被氫原子吸收,從而不會(huì)產(chǎn)生躍遷,也不會(huì)輻射光子,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;
D.用c照射銣陰極產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能為
光子撞擊大量n=3激發(fā)態(tài)氫原子,因0.68eV>(-0.85eV)-(-1.51eV)=0.66eV,則可使銣原子核躍遷到n=4的能級(jí),然后向低能級(jí)躍遷時(shí)可產(chǎn)生種不同頻率光。選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
故選AD。
考點(diǎn)二 氫原子的能量及其變化
1.原子能量:En=Ekn+Epn=,隨n(r)增大而增大,其中E1=-13.6 eV.
2.電子動(dòng)能:電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力提供向心力,即k=m,所以Ekn=k,隨n(r)增大而減小.
3.電勢(shì)能:通過庫侖力做功判斷電勢(shì)能的增減.當(dāng)n減小,即軌道半徑減小時(shí),庫侖力做正功,電勢(shì)能減小;反之,n增大,即軌道半徑增大時(shí),電勢(shì)能增加.
【典例2】(2022·北京·高考真題)正電子是電子的反粒子,與電子質(zhì)量相同、帶等量正電荷。在云室中有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),從P點(diǎn)發(fā)出兩個(gè)電子和一個(gè)正電子,三個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中1、2、3所示。下列說法正確的是(  )
A.磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 B.軌跡1對(duì)應(yīng)的粒子運(yùn)動(dòng)速度越來越大
C.軌跡2對(duì)應(yīng)的粒子初速度比軌跡3的大 D.軌跡3對(duì)應(yīng)的粒子是正電子
【答案】A
【詳解】AD.根據(jù)題圖可知,1和3粒子繞轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致,則1和3粒子為電子,2為正電子,電子帶負(fù)電且順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),根據(jù)左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,A正確,D錯(cuò)誤;
B.電子在云室中運(yùn)行,洛倫茲力不做功,而粒子受到云室內(nèi)填充物質(zhì)的阻力作用,粒子速度越來越小,B錯(cuò)誤;
C.帶電粒子若僅在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律可知
解得粒子運(yùn)動(dòng)的半徑為
根據(jù)題圖可知軌跡3對(duì)應(yīng)的粒子運(yùn)動(dòng)的半徑更大,速度更大,粒子運(yùn)動(dòng)過程中受到云室內(nèi)物質(zhì)的阻力的情況下,此結(jié)論也成立,C錯(cuò)誤。
故選A。
【變式1】(變式1)(2024·廣東惠州·統(tǒng)考二模)圖中的(a)、(b)、(c)、(d)四幅圖涉及不同的原子物理知識(shí),其中說法正確的是( )
A.根據(jù)圖(a)所示的三種射線在磁場(chǎng)中的軌跡,可以判斷出“1”為γ射線
B.如圖(b)所示,發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),入射光光強(qiáng)越強(qiáng),光電子的最大初動(dòng)能越大
C.盧瑟福通過圖(c)所示的α粒子散射實(shí)驗(yàn),提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型
D.利用圖(d)所示的氫原子能級(jí)示意圖,可以解釋氫原子為何具有分立光譜
【答案】CD
【詳解】A.圖(a)所示放射源射出的三種射線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡不同,射線帶正電,根據(jù)左手定則判斷出射線1為射線,γ射線不帶電,運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)該是直線,故射線2是γ射線,故A錯(cuò)誤;
B.如圖(b)所示,發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),入射光頻率越大,光電子的最大初動(dòng)能也就越大,與入射光的強(qiáng)度無關(guān),故B錯(cuò)誤;
C.盧瑟福通過圖(c)所示在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型,故C正確;
D.利用圖(d)所示的氫原子能級(jí)示意圖,玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域,并能夠解釋氫原子的光譜特征,氫原子能級(jí)是分立的,光譜也是分立的,故D正確;
故選CD。
【變式2】(2023下·陜西寶雞·高二統(tǒng)考期末)靜止在O點(diǎn)的原子核發(fā)生衰變的同時(shí),空間中加入如圖所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)。之后衰變產(chǎn)物A、B兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡OA、OB如圖虛線所示,不計(jì)重力和兩粒子間的相互作用,下列說法正確的是(  )

A.A、B兩粒子均帶正電
B.原子核發(fā)生的是α衰變
C.A粒子為
D.衰變后瞬間A、B粒子速度比為5:2
【答案】ABC
【詳解】AB.根據(jù)A、B兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,可知其所受電場(chǎng)力均與電場(chǎng)方向相同,A、B兩粒子均帶正電,原子核發(fā)生的是α衰變,故AB正確;
C.根據(jù)A、B兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,該核反應(yīng)方程為
衰變過程,動(dòng)量守恒有
可知質(zhì)量越大,速度越小,的初速度小于的初速度,粒子在磁場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),則有
解得
可知當(dāng)兩粒子豎直方向的位移相等時(shí),粒子的水平位移較小,A粒子為,故C正確;
D.衰變過程,動(dòng)量守恒有
可得衰變后瞬間A、B粒子速度比為,故D錯(cuò)誤。
故選ABC。
考點(diǎn)三 原子核的衰變 半衰期
1.衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)
(1)兩種衰變的比較
衰變類型 α衰變 β衰變
衰變方程 X→Y+He X→Y+e
衰變實(shí)質(zhì) 2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子 結(jié)合成一個(gè)整體射出 中子轉(zhuǎn)化為 質(zhì)子和電子
2H+2n→He n→H+e
衰變規(guī)律 質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒
(2)γ射線:γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的.其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中,產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子.
2.確定衰變次數(shù)的方法
因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無影響,先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù),然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù).
3.半衰期
(1)公式:N余=N原t/τ,m余=m原t/τ
(2)影響因素:放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的,跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān).
【典例3】(2023·重慶·統(tǒng)考高考真題)原子核可以經(jīng)過多次α和β衰變成為穩(wěn)定的原子核,在該過程中,可能發(fā)生的β衰變是(  )
A. B.
C. D.
【答案】A
【詳解】原子核衰變成為穩(wěn)定的原子核質(zhì)量數(shù)減小了28,則經(jīng)過了7次α衰變,中間生成的新核的質(zhì)量數(shù)可能為231,227,223,219,215,211,則發(fā)生β衰變的原子核的質(zhì)量數(shù)為上述各數(shù),則BCD都不可能,根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,選項(xiàng)A反應(yīng)正確。
故選A。
【變式1】(2023·吉林長(zhǎng)春·統(tǒng)考一模)自然界中的碳主要是碳12,也有少量的碳14。碳14具有放射性,能夠自發(fā)地進(jìn)行β衰變而變成氮,碳14的半衰期為5730年。在考古和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中可用碳14測(cè)定年代。以下說法正確的是(  )
A.β射線是一種穿透能力極強(qiáng)的高頻電磁波
B.碳14的衰變方程為
C.當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),碳14的半衰期會(huì)發(fā)生改變,從而影響年代測(cè)定的結(jié)果
D.100個(gè)碳14原子核經(jīng)過11460年一定還剩下25個(gè)
【答案】B
【詳解】A.射線是衰變中產(chǎn)生的電子,是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化而來的,不是來源于原子內(nèi)層電子,穿透能力較強(qiáng),很容易穿透黑紙,故A錯(cuò)誤;
B.碳14能夠自發(fā)地進(jìn)行β衰變而變成氮,其核反應(yīng)方程為
故B正確;
C.放射性元素的半衰期是由原子核內(nèi)部自身因素決定的,跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系,故C錯(cuò)誤;
D.半衰期是大量原子核的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律,對(duì)于少量原子核不成立,故D錯(cuò)誤。
故選B。
【變式2】(2022·全國(guó)·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè))衰變實(shí)際上是原子核內(nèi)部的中子衰變成質(zhì)子導(dǎo)致的。其實(shí)質(zhì)子也不是絕對(duì)穩(wěn)定的,但是其半衰期特別長(zhǎng),至少長(zhǎng)達(dá)年(1000萬億億億年)。上世紀(jì)八十年代,日本建造了“超級(jí)神岡探測(cè)器”,主要目的之一就是探測(cè)質(zhì)子衰變現(xiàn)象,該探測(cè)器位于地下1000米深處,可有效排除宇宙射線的影響,它使用了5萬噸的超純水(約含有個(gè)質(zhì)子),1萬多個(gè)光電倍增管,用以捕捉質(zhì)子衰變時(shí)釋放的粒子。若所有衰變均可被探測(cè)到,估算平均經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間我們就可以觀察到一次質(zhì)子衰變事件(  )
A.一分鐘以內(nèi) B.一周以內(nèi) C.一個(gè)月以內(nèi) D.一年以內(nèi)
【答案】A
【詳解】根據(jù)題意可知,平均可以觀察到一次質(zhì)子衰變事件時(shí)間為
故選A。
考點(diǎn)四 核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程
1.核反應(yīng)的四種類型:衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變.
2.核反應(yīng)過程一般都是不可逆的,所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向,不能用等號(hào)連接.
3.核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程.
4.核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒,核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化.
5.核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒.
角度1:核反應(yīng)的書寫
【典例4】(2023·北京·統(tǒng)考高考真題)下列核反應(yīng)方程中括號(hào)內(nèi)的粒子為中子的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【詳解】A.根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知,核反應(yīng)方程為
故A符合題意;
B.根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知,核反應(yīng)方程為,故B不符合題意;
C.根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知,核反應(yīng)方程為,故C不符合題意;
D.根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知,核反應(yīng)方程為,故D不符合題意。
故選A。
角度2:核反應(yīng)方程的識(shí)別
【典例5】(2022·海南·高考真題)下列屬于衰變的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【詳解】A.該反應(yīng)屬于衰變,放出了氦核(),A錯(cuò)誤;
B.該反應(yīng)是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子()的核反應(yīng)方程,B錯(cuò)誤;
C.該反應(yīng)屬于衰變,放出了電子(),C正確;
D.該反應(yīng)是重核裂變的核反應(yīng)方程,D錯(cuò)誤。
故選C。
【變式1】(2023·湖南長(zhǎng)沙·長(zhǎng)沙一中校考二模)1919年,盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核()發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,首次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變。已知核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化成了和質(zhì)子的動(dòng)能,,,a粒子,質(zhì)子的質(zhì)量分別為m1、m2,m3,m4,真空中的光速為c,則(  )
A.發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是
B.釋放的核能等于和質(zhì)子的總動(dòng)能
C.釋放的核能等于
D.釋放核能的原因是因?yàn)榈慕Y(jié)合能大于和α粒子總的結(jié)合能
【答案】D
【詳解】A.發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是,故A錯(cuò)誤;
BCD.核反應(yīng)釋放核能的原因是因?yàn)榈慕Y(jié)合能大于和α粒子總的結(jié)合能,釋放的核能等于,也等于反應(yīng)后和質(zhì)子總動(dòng)能與反應(yīng)前和α粒子總動(dòng)能之差,故BC錯(cuò)誤,D正確。
故選D。
【變式2】(2023·云南玉溪·云南省玉溪第三中學(xué)校考模擬預(yù)測(cè))下列四個(gè)核反應(yīng)方程,屬于聚變的是(  )
A. B.
C. D.
【答案】B
【詳解】A.該核反應(yīng)是放射性元素發(fā)生衰變,故A錯(cuò)誤;
B.該核反應(yīng)是輕核結(jié)合成較重的原子核,屬于聚變,故B正確;
C.該核反應(yīng)是高能粒子轟擊原子核使之轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核,屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變,故C錯(cuò)誤;
D.該核反應(yīng)是重核分裂成兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核,屬于裂變,故D錯(cuò)誤。
故選B。。
考點(diǎn)五 有關(guān)核能的計(jì)算
1.應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖
→→
(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算,計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”.
(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5 MeV計(jì)算.因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量,所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”.
2.利用質(zhì)能方程計(jì)算核能時(shí),不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算.
(1)在動(dòng)量守恒方程中,各質(zhì)量都可用質(zhì)量數(shù)表示.
(2)只有利用ΔE=Δmc2時(shí),才考慮質(zhì)量虧損,在動(dòng)量和能量守恒方程中,不考慮質(zhì)量虧損.
(3)注意比例運(yùn)算求解.
角度1:核反應(yīng)中的能量計(jì)算
【典例6】(2021·海南·高考真題)1932年,考克饒夫和瓦爾頓用質(zhì)子加速器進(jìn)行人工核蛻變實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了質(zhì)能關(guān)系的正確性。在實(shí)驗(yàn)中,鋰原子核俘獲一個(gè)質(zhì)子后成為不穩(wěn)定的鈹原子核,隨后又蛻變?yōu)閮蓚€(gè)原子核,核反應(yīng)方程為。已知、、X的質(zhì)量分別為、、,光在真空中的傳播速度為c,則在該核反應(yīng)中(  )
A.質(zhì)量虧損
B.釋放的核能
C.鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是5
D.X表示的是氚原子核
【答案】B
【詳解】CD.根據(jù)核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可知方程為
則,,鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是4,X表示的是氦核,故CD錯(cuò)誤;
AB.核反應(yīng)質(zhì)量虧損為,則釋放的核能為,故A錯(cuò)誤,B正確;
故選B。
角度2:核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損計(jì)算
【典例7】(2020·全國(guó)·統(tǒng)考高考真題)氘核可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量,其總效果可用反應(yīng)式表示。海水中富含氘,已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個(gè),若全都發(fā)生聚變反應(yīng),其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱量相等;已知1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107 J,1 MeV= 1.6×10–13J,則M約為(  )
A.40 kg B.100 kg C.400 kg D.1 000 kg
【答案】C
【詳解】氘核可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量,其總效果可用反應(yīng)式
則平均每個(gè)氘核聚變釋放的能量為
1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個(gè),可以放出的總能量為
由可得,要釋放的相同的熱量,需要燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒的質(zhì)量
【變式1】(2023·海南海口·海南華僑中學(xué)校考一模)太陽輻射的能量主要來源于聚變反應(yīng),,現(xiàn)有1mol氘和1.5mol氚充分發(fā)生聚變反應(yīng),已知阿伏加德羅常數(shù)則該聚變反應(yīng)釋放的總能量約為(  )
A.1×1025 MeV B.
C.2×1025 MeV D.5×1025 MeV
【答案】A
【詳解】由聚變反應(yīng)方程可知1個(gè)氘核和1個(gè)氚核聚變成氦核時(shí)放出 17.6 MeV的能量和1個(gè)中子,當(dāng)1mol的氘和1.5m ol氚充分發(fā)生聚變反應(yīng),其中氚過量,則反應(yīng)生成1mol氦且釋放能量
故選A。
【變式2】(2023·海南省直轄縣級(jí)單位·嘉積中學(xué)校考一模)硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù)。硼核()進(jìn)入癌細(xì)胞后,吸收中子轉(zhuǎn)變成鋰核和α粒子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為,中子的質(zhì)量為,鋰核的質(zhì)量為M,真空中的光速為c。則鋰原子核的比結(jié)合能為(  )
A. B.
C. D.
【答案】B
【詳解】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可知硼核吸收中子發(fā)生的核反應(yīng)方程為
鋰核()分解成3個(gè)質(zhì)子和4個(gè)中子,吸收的能量
鋰()原子共有7個(gè)核子,故鋰原子核的比結(jié)合能為
故選B。
考點(diǎn)過關(guān)
【素質(zhì)基礎(chǔ)練】
1.(2023·西藏日喀則·統(tǒng)考一模)下列說法正確的是( )
A.光電效應(yīng)中光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比
B.原子核的結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定
C.方程式是核裂變反應(yīng),反應(yīng)過程損失3個(gè)中子
D.一個(gè)處于能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷最多可能產(chǎn)生3種頻率的光子
【答案】D
【詳解】A.光電效應(yīng)中光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率呈線性關(guān)系,不成正比,A錯(cuò)誤。
B.原子核的比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定,故B錯(cuò)誤。
C.方程式是衰變反應(yīng),故C錯(cuò)誤。
D.一個(gè)處于能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷最多可能產(chǎn)生n-1=3種頻率的光子,對(duì)應(yīng)于4→3,3→2,2→1的躍遷,故D正確。
故選D。
2.(2023·河北邢臺(tái)·河北巨鹿中學(xué)校聯(lián)考三模)根據(jù)玻爾提出的軌道量子化模型,氫原子不同能級(jí)的能量關(guān)系為,部分能級(jí)如圖所示,已知可見光的波長(zhǎng)在之間,對(duì)應(yīng)的可見光光子能量范圍為。由此可推知?dú)湓釉谀芗?jí)躍遷時(shí)(  )

A.從能級(jí)躍遷到基態(tài)時(shí)發(fā)出可見光
B.從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光均為可見光
C.處于基態(tài)的氫原子吸收能量為的光子后可以躍遷至激發(fā)態(tài)
D.從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光波長(zhǎng)比紅光更長(zhǎng)
【答案】D
【詳解】A.由能級(jí)圖得從能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí),發(fā)出的光子能量為,不在可見光的能量范圍內(nèi),故A錯(cuò)誤;
B.從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí),輻射出的光子最大能量為,因此從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光有部分為非可見光,故B錯(cuò)誤;
C.根據(jù)能級(jí)圖,基態(tài)的氫原子吸收能量為的光子無法處于任何一個(gè)定態(tài)能級(jí),故C錯(cuò)誤;
D.從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí),輻射出的光子能量最大為,可知從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光頻率小于紅光頻率,則發(fā)出的光的波長(zhǎng)均大于紅光波長(zhǎng),故D正確。
故選D。
3.(2023·云南·模擬預(yù)測(cè))氫原子能級(jí)示意圖如圖所示,現(xiàn)有大量氫原子處于能級(jí)上,若用其躍遷輻射的光子照射逸出功的金屬,則光電子的最大初動(dòng)能的最小值為(  )

A.0.20eV B.7.00eV C.8.89eV D.10.40eV
【答案】B
【詳解】由可知,大量處于能級(jí)上的氫原子躍遷能輻射3種頻率的光子,其輻射光子的能量分別為1.89eV、10.20eV、12.09eV,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程,當(dāng)光子能量為10.20eV時(shí),取最小值7.00eV,ACD錯(cuò)誤,B正確。
故選B。
4.(2023·河南·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè))2022年10月,中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所成功合成了新核素錒,錒的衰變方程為,同時(shí)釋放射線.下列有關(guān)說法正確的是( )
A.X的核子數(shù)為87
B.X的中子數(shù)為113
C.由于發(fā)生質(zhì)量虧損,X的比結(jié)合能比錒204的比結(jié)合能小
D. 和的結(jié)合能之和一定小于的結(jié)合能
【答案】B
【詳解】A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可得X的核子數(shù)為A=204-4=200,故A錯(cuò)誤;
B.根據(jù)核電荷守恒可得X的質(zhì)子數(shù)為Z=89-2=87
X的中子數(shù)為N=200-87=113,故B正確;
C.核反應(yīng)都是朝著比結(jié)合能大的方向進(jìn)行的,所以X的比結(jié)合能比錒204的比結(jié)合能大,故C錯(cuò)誤;
D.核反應(yīng)都是朝著比結(jié)合能大的方向進(jìn)行的,因?yàn)榉磻?yīng)前后核子數(shù)不變,所以和的結(jié)合能之和一定大于的結(jié)合能,故D錯(cuò)誤。
故選B。
5.(2023·河北唐山·遷西縣第一中學(xué)校考二模)2022年6月13日,四川省文物考古研究院公布三星堆遺址祭祀?yún)^(qū)最新考古發(fā)掘成果:在7號(hào)、8號(hào)祭祀坑,又發(fā)現(xiàn)大量造型前所未見的精美青銅器。考古學(xué)家利用放射性元素的半衰期確定了7號(hào)、8號(hào)祭祀坑的埋藏年代均為商代晚期。碳元素能自發(fā)地釋放射線,衰變方程為,其半衰期約為5730年。則當(dāng)衰變后的產(chǎn)物數(shù)量是衰變后剩余的數(shù)量的3倍時(shí),衰變所經(jīng)歷的時(shí)間為(  )
A.3100年 B.5730年 C.11460年 D.17190年
【答案】C
【詳解】根據(jù)題意可知,當(dāng)數(shù)量是數(shù)量的3倍時(shí),數(shù)量占總原子核數(shù)量的,經(jīng)過2個(gè)半衰期,即年年
故選C。
6.(2023·廣東汕頭·仲元中學(xué)校聯(lián)考二模)2023年4月12日,我國(guó)“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄,成功實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定態(tài)高約束模式等離子體運(yùn)行403秒。其內(nèi)部發(fā)生輕核聚變的核反應(yīng)方程為,釋放出能量,一段時(shí)間后測(cè)得反應(yīng)物的質(zhì)量虧損了,光速為c、下列說法正確的是(  )
A.x是粒子,穿透能力強(qiáng)電離能力弱
B.這段時(shí)間內(nèi),輕核聚變釋放的能量為
C.x粒子最早由湯姆孫通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的
D.輕核聚變質(zhì)量虧損,則輕核聚變過程中質(zhì)量數(shù)不守恒
【答案】B
【詳解】AC.根據(jù)反應(yīng)過程滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可知輕核聚變的核反應(yīng)方程為
顯然為中子,中子最早是由查德威克通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的,故AC錯(cuò)誤;
B.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知,這段時(shí)間內(nèi),輕核聚變釋放的能量為,故B正確;
D.輕核聚變質(zhì)量虧損,但輕核聚變過程中質(zhì)量數(shù)守恒,故D錯(cuò)誤。
故選B。
7.(2023·江蘇揚(yáng)州·揚(yáng)州市新華中學(xué)校考一模)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET)的基本原理:將放射性同位素注入人體,在人體內(nèi)衰變放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子,光子被探測(cè)器探測(cè)后經(jīng)計(jì)算機(jī)處理產(chǎn)生清晰圖像,下列說法正確的是(  )
A.在人體內(nèi)衰變的方程是
B.正負(fù)電子湮滅的方程式是
C.正負(fù)電子相遇而湮滅違背了能量守恒定律
D.在PET中,的主要用途是參與人體的代謝過程
【答案】B
【詳解】A.將放射性同位素O注入人體,O在人體內(nèi)衰變放出正電子,衰變方程為O→N+e,故A錯(cuò)誤;
B.放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)γ光子,正、負(fù)電子湮滅的方程是e+e→2γ,故B正確;
C.正負(fù)電子相遇而湮滅,但沒有違背了能量守恒定律,故C錯(cuò)誤;
D.O具有放射性,在PET中主要用途是作為示蹤原子,故D錯(cuò)誤。
故選B。
8.(2023·貴州畢節(jié)·統(tǒng)考三模)如圖,一個(gè)原子核X經(jīng)圖中所示的14次衰變,其中有m次衰變、n次衰變,生成穩(wěn)定的原子核Y,則(  )

A. B.
C. D.
【答案】A
【詳解】衰變過程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,則有,,聯(lián)立解得,
故選A。
9.(2023·江蘇·模擬預(yù)測(cè))超導(dǎo)托卡馬克EAST裝置被譽(yù)為“人造太陽”,4月12日21時(shí)獲得了重大成果。它實(shí)現(xiàn)了高功率穩(wěn)定的403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行,創(chuàng)造了托卡馬克裝置穩(wěn)態(tài)高約束模運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。設(shè)可控?zé)岷朔磻?yīng)前氘核()的質(zhì)量為,氚核()的質(zhì)量為,反應(yīng)后氦核()的質(zhì)量為,中子()的質(zhì)量為,已知真空中的光速為c。下列說法中正確的是(  )
A.這種熱核反應(yīng)釋放出氦核,是衰變
B.核反應(yīng)放出的能量為
C.上述核反應(yīng)過程中原子核的比結(jié)合能減小
D.這種裝置的核反應(yīng)原理與我國(guó)大亞灣核電站所使用核裝置的原理相同
【答案】B
【詳解】A.這種熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)是核聚變反應(yīng),而不是自發(fā)發(fā)生的α衰變,故A錯(cuò)誤;
B.可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是
核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損,核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為
釋放的核能為,故B正確;
C.因輕核聚變反應(yīng)釋放巨大核能,說明拆開的結(jié)合能小于組合的結(jié)合能,則生成物的比結(jié)合能增大,故C錯(cuò)誤;
D.這種裝置的核反應(yīng)是核聚變,我國(guó)大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變,它們的核反應(yīng)原理不相同,故D錯(cuò)誤。
故選B。
10.(2023·上海·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè))能量為8eV的光子的波長(zhǎng)為 ,下一代超高精度原子鐘的工作原理依據(jù)核反應(yīng)方程 。(已知:h = 6.63 × 10-34J s,1eV = 1.6 × 10-19J)
【答案】 1.55 × 10-7m
【詳解】[1]根據(jù)光子的能量公式
可知能量為8eV的光子的頻率為
再根據(jù),解得λ = 1.55 × 10-7m
[2]根據(jù)電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒,則超高精度原子鐘的工作原理依據(jù)核反應(yīng)方程為
【能力提高練】
1.(2023·湖北武漢·華中師大一附中校考模擬預(yù)測(cè))如圖所示,(a)為氫原子能級(jí)圖,(b)為某放射性元素剩余質(zhì)量m與原質(zhì)量的比值隨時(shí)間t的變化圖像,(c)為軋制鋼板時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)鋼板厚度的裝置圖,(d)為原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖像。下列與四幅圖對(duì)應(yīng)的四種說法,正確的是(  )

A.圖(a)中,能量為10.5eV的光子轟擊處于基態(tài)的氫原子,可能使之發(fā)生躍遷
B.圖(b)中,由放射性元素剩余質(zhì)量m與原質(zhì)量的比值隨時(shí)間t的變化規(guī)律可知其半衰期為
C.圖(c)中,探測(cè)器接收到的可能是射線
D.圖(d)中,比結(jié)合能越大,平均核子質(zhì)量越大,原子核越穩(wěn)定
【答案】B
【詳解】A.10.2eV恰好為氫原子2能級(jí)和1能級(jí)的能極差,所以處于基態(tài)的氫原子恰好能吸收,發(fā)生躍遷,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;
B.放射性原子核從衰變?yōu)椋脮r(shí)間
有半數(shù)發(fā)生衰變,所以半衰期為,故選項(xiàng)B正確;
C.粒子穿透能力比較弱,不能穿透鋼板,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;
D.比結(jié)合能越大,平均核子質(zhì)量越小,故D錯(cuò)誤。
故選B。
2.(2023·遼寧葫蘆島·統(tǒng)考二模)氫原子能級(jí)圖如圖,,,假設(shè)氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)和n=2能級(jí)發(fā)出的光的波長(zhǎng)和頻率分別為λ1、λ2和ν1、ν2,氫原子從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)發(fā)出的光的波長(zhǎng)和頻率分別為λ3和ν3,下列關(guān)系正確的是(  )

A. B.
C. D.
【答案】A
【詳解】AB.根據(jù)題意,有

所以,
即,,故A正確,B錯(cuò)誤;
CD.根據(jù)可得,
所以,,故CD錯(cuò)誤。
故選A。
3.(2023·湖南郴州·統(tǒng)考三模)氧核 衰變成釙核,其核反應(yīng)方程為,氡核的半衰期為3.8天,一個(gè)靜止的衰變釋放的能量為E,且能量完全轉(zhuǎn)化為兩粒子的動(dòng)能,則下列說法正確的是(  )
A.方程式中的X是質(zhì)子
B.該核反應(yīng)前、后的質(zhì)量守恒,且電荷數(shù)守恒
C.50個(gè)氡核經(jīng)過3.8天還剩25個(gè)氡核
D.衰變釋放出的X粒子的動(dòng)能為
【答案】D
【詳解】A.核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,所以X的質(zhì)量數(shù)為
電荷數(shù)為,所以X為氦核,故A錯(cuò)誤;
B.核反應(yīng)前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒,但質(zhì)量有虧損,因?yàn)楹朔磻?yīng)過程伴隨有能量產(chǎn)生,故B錯(cuò)誤;
C.半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)少量的原子核衰變不適用,故C錯(cuò)誤;
D.一個(gè)靜止的衰變?yōu)樾潞撕蚗粒子的動(dòng)量相等,設(shè)X粒子的動(dòng)能為,新核的動(dòng)能為,根據(jù),可得
又,聯(lián)立解得X粒子的動(dòng)能為,故D正確。
故選D。
4.(2023·廣東東莞·東莞實(shí)驗(yàn)中學(xué)校考模擬預(yù)測(cè))如圖所示是原子核發(fā)生α衰變的能級(jí)圖,經(jīng)α衰變直接變至基態(tài),或者衰變至一個(gè)激發(fā)態(tài),然后通過釋放一個(gè)光子衰變至基態(tài)。若發(fā)生α衰變前是靜止的,則(  )

A.原子核的比結(jié)合能大于原子核的比結(jié)合能
B.α粒子的動(dòng)能小于原子核的動(dòng)能
C.的質(zhì)量大于與α粒子質(zhì)量之和
D.激發(fā)態(tài)釋放光子至基態(tài)的衰變是β衰變
【答案】C
【詳解】A.原子核衰變時(shí),原子核的比結(jié)合能大于原子核的比結(jié)合能,原子核更穩(wěn)定,故A錯(cuò)誤;
B.設(shè)的反沖速度大小為v,α粒子的速度是,由動(dòng)量守恒定律得
則有
根據(jù)動(dòng)能的表達(dá)式,由于的質(zhì)量大于α粒子的質(zhì)量,則衰變后的動(dòng)能小于α粒子的動(dòng)能,故B錯(cuò)誤;
C.由于發(fā)生α衰變時(shí)要伴隨釋放一定的能量,由質(zhì)能方程可知,的質(zhì)量大于與α粒子質(zhì)量之和,故C正確;
D.激發(fā)態(tài)釋放光子至基態(tài)不是β衰變,故D錯(cuò)誤。
故選C。
5.(2023·江蘇揚(yáng)州·揚(yáng)州市新華中學(xué)校考三模)下列四幅圖的有關(guān)說法正確的是(  )

A.圖(1)中的人用大錘連續(xù)敲打,小車能在光滑的水平面上持續(xù)向右運(yùn)動(dòng)
B.圖(2)中若改用綠光照射,驗(yàn)電器金屬箔一定不張開
C.圖(3)為氫原子能級(jí)示意圖,一群氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級(jí)時(shí),能使逸出功為2.21eV的金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條
D.圖(4)可以得知原子核F的比結(jié)合能小于原子核E的比結(jié)合能,原子核D和E聚成原子核F時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損,要釋放能量
【答案】C
【詳解】A.用錘打車,人(包括鐵錘)和車組成的系統(tǒng)在水平方向所受的外力之和為零,所以系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒,人和車的初動(dòng)量為零,根據(jù)水平方向動(dòng)量守恒定律可知,錘頭打下去時(shí)錘頭向右運(yùn)動(dòng),車就向左運(yùn)動(dòng);舉起錘頭時(shí)錘頭向左運(yùn)動(dòng),車就向右運(yùn)動(dòng),用錘頭連續(xù)敲擊時(shí),車只是左右運(yùn)動(dòng),一但錘頭不動(dòng),車就停下來,故A錯(cuò)誤;
B.由圖可知,當(dāng)用紫光照射時(shí),可以發(fā)生光電效應(yīng),因?yàn)榫G光的頻率小于紫光的頻率,所以若改用綠光照射,驗(yàn)電器金屬箔不一定張開,故B錯(cuò)誤;
C.一群氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級(jí)時(shí),一共能產(chǎn)生6條光譜線,其中n=4到n=3的光子能量0.66eV<2.21eV不能使鉀發(fā)生光電效應(yīng),還有n=3到n=2的光子能量1.89eV<2.21eV不能使鉀發(fā)生光電效應(yīng),其余4種光子能量都大于2.21eV均能使鉀發(fā)生光電效應(yīng),故C正確;
D.原子核F的平均核子質(zhì)量小于原子核E的平均核子質(zhì)量,原子核F的比結(jié)合能大于原子核E的比結(jié)合能,原子核D和E聚變成原子核F時(shí)核子平均質(zhì)量減小,會(huì)有質(zhì)量虧損,要釋放能量,故D錯(cuò)誤。
故選C。
6.(2023·江蘇鎮(zhèn)江·統(tǒng)考三模)人工放射性原子核衰變時(shí)的核反應(yīng)方程為,同時(shí)放出射線,下列說法正確的是(  )
A.X是正電子 B.的結(jié)合能大于的結(jié)合能
C.射線由原子核釋放 D.射線在真空中的速度可達(dá)0. 99光速
【答案】A
【詳解】A.由核衰變前后的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可得,X的電荷數(shù)為
X的質(zhì)量數(shù)為
則X是正電子,故A正確;
B.結(jié)合能是指使物質(zhì)分解的能量,物質(zhì)越穩(wěn)定,這個(gè)能量越大,釋放完能量后,物質(zhì)為低能狀態(tài),更穩(wěn)定,更不易分解,所以結(jié)合能變大,所以的結(jié)合能小于的結(jié)合能,故B錯(cuò)誤;
C.衰變過程產(chǎn)生的光子是從不穩(wěn)定的新核中放出的,不是核釋放的,是由衰變形成的核釋放的。故C錯(cuò)誤;
D.射線是電磁波,射線在真空中的速度等于光速,故D錯(cuò)誤。
故選A。
7.(2023·全國(guó)·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè))太陽內(nèi)部高溫高壓使三個(gè)氦核發(fā)生短暫的核反應(yīng),被稱為氦內(nèi)。該核反應(yīng)的方程式為,已知核的比結(jié)合能為核的比結(jié)合能為,真空中的光速為。下列說法正確的是(  )
A.該核反應(yīng)又稱熱核反應(yīng) B.X原子核中有8個(gè)中子
C.該核反應(yīng)釋放的能量為 D.該核反應(yīng)核子的質(zhì)量虧損為
【答案】A
【詳解】A.根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒,可知核反應(yīng)方程為,該核反應(yīng)屬于輕核聚變,需要超高溫才能反應(yīng),又稱熱核反應(yīng),故A正確;
B.中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減去質(zhì)子數(shù),則核中有6個(gè)中子,故B錯(cuò)誤;
C.該核反應(yīng)放出的能量等于反應(yīng)前、后結(jié)合能的增加值,釋放的能量
故C錯(cuò)誤;
D.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知,該核反應(yīng)核子的質(zhì)量虧損
故D錯(cuò)誤。
故選A。
8.(2023·陜西商洛·鎮(zhèn)安中學(xué)校考模擬預(yù)測(cè))沂水跋山遺址的發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了山東及中國(guó)北方地區(qū)舊石器時(shí)代考古的空白。出土文物包括石制品、動(dòng)物化石及一定數(shù)量的骨制品,在測(cè)定其年代時(shí)用碳十四斷代法,某制品初步測(cè)年數(shù)據(jù)為距今6萬至10萬年,已知14C的半衰期為5730年,該制品的14C原始質(zhì)量為。則該制品中14C的剩余量不可能是(  )
A. B. C. D.
【答案】D
【詳解】根據(jù)半衰期計(jì)算公式
取6萬至10萬年,年,可得發(fā)生了半衰期的次數(shù)n滿足
顯然,該制品中14C發(fā)生半衰期的次數(shù)n不可能為21次,則該制品中14C的剩余量不可能是
故選D。
9.(多選)(2023·湖南·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè))氬原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低能級(jí)時(shí),可能不發(fā)射光子,而是把相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給另一能級(jí)上的電子,并使之脫離原子,這一現(xiàn)象叫俄歇效應(yīng),以這種方式脫離原子的電子叫俄歇電子。若氬原子的基態(tài)能量為,處于能級(jí)的電子躍遷時(shí),將釋放的能量轉(zhuǎn)交給處于能級(jí)的電子,使之成為俄歇電子a。假設(shè)氬原子的能級(jí)能量公式類似于氫原子,即,則(  )
A.氬原子從能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)釋放的能量為
B.氬原子從能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)釋放的能量為
C.俄歇電子a的動(dòng)能為
D.俄歇電子a的動(dòng)能為
【答案】BC
【詳解】AB.根據(jù)玻爾理論,氬原子從能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)釋放的能量等于這兩個(gè)能級(jí)間的能量差為,故A錯(cuò)誤,B正確;
CD.能級(jí)的電子電離時(shí)需要吸收的能量為
由題意可知,俄歇電子a的動(dòng)能為,故D錯(cuò)誤,C正確。
故選BC。
10.(多選)(2023·新疆阿勒泰·統(tǒng)考三模)如圖所示為氫原子的部分能級(jí)示意圖。現(xiàn)有大量處于激發(fā)態(tài)能級(jí)的氫原子,向較低能級(jí)躍遷時(shí),會(huì)放出不同頻率的光子。已知某鋅板發(fā)生光電效應(yīng)的逸出功為。下列說法中正確的是(  )

A.共放出5種不同頻率的光子
B.從能級(jí)躍遷到能級(jí)放出的光子波長(zhǎng)最短
C.放出的所有光子照射該鋅板,逸出光電子的最大初動(dòng)能為
D.從能級(jí)躍遷到能級(jí)放出的光子波長(zhǎng)等于能級(jí)躍遷到能級(jí)放出的光子波長(zhǎng)
【答案】BC
【詳解】A.共放出,種不同頻率的光子,故A錯(cuò)誤;
B.從能級(jí)躍遷到能級(jí)放出的光子能量最大,頻率最高,波長(zhǎng)最短,故B正確;
C.從能級(jí)躍遷到能級(jí)放出的光子能量,照射該鋅板,逸出光電子的最大初動(dòng)能為,故C正確;
D.從能級(jí)躍遷到能級(jí)放出的光子能量不等于能級(jí)躍遷到能級(jí)放出的光子能量,所以兩種光子波長(zhǎng)不等,故D錯(cuò)誤。
故選BC。
【高考通關(guān)練】
1.(2023·重慶·統(tǒng)考高考真題)原子核可以經(jīng)過多次α和β衰變成為穩(wěn)定的原子核,在該過程中,可能發(fā)生的β衰變是(  )
A. B.
C. D.
【答案】A
【詳解】原子核衰變成為穩(wěn)定的原子核質(zhì)量數(shù)減小了28,則經(jīng)過了7次α衰變,中間生成的新核的質(zhì)量數(shù)可能為231,227,223,219,215,211,則發(fā)生β衰變的原子核的質(zhì)量數(shù)為上述各數(shù),則BCD都不可能,根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,選項(xiàng)A反應(yīng)正確。
故選A。
2.(2023·天津·統(tǒng)考高考真題)關(guān)于太陽上進(jìn)行的核聚變,下列說法正確的是(  )
A.核聚變需要在高溫下進(jìn)行 B.核聚變中電荷不守恒
C.太陽質(zhì)量不變 D.太陽核反應(yīng)方程式:
【答案】A
【詳解】A.因?yàn)楦邷貢r(shí)才能使得粒子的熱運(yùn)動(dòng)劇烈,才有可能克服他們自身相互間的排斥力,使得它們間的距離縮短,才能發(fā)生聚變,故A正確;
B.核聚變中電荷是守恒的,故B錯(cuò)誤;
C.因?yàn)樘栆恢痹诎l(fā)生核聚變,需要放出大量能量,根據(jù)質(zhì)能方程可知是要消耗一定的質(zhì)量的,故C錯(cuò)誤;
D.核聚變的方程為,題中為核裂變方程,故D錯(cuò)誤。
故選A。
3.(2023·海南·統(tǒng)考高考真題)釷元素衰變時(shí)會(huì)放出β粒子,其中β粒子是( )
A.中子 B.質(zhì)子 C.電子 D.光子
【答案】C
【詳解】放射性元素衰變時(shí)放出的三種射線α、β、γ分別是氦核流、電子流和光子流。
故選C。
4.(2023·湖南·統(tǒng)考高考真題)2023年4月13日,中國(guó)“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置創(chuàng)下新紀(jì)錄,實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行,為可控核聚變的最終實(shí)現(xiàn)又向前邁出了重要的一步,下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是( )
A.相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多
B.氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為
C.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235
D.核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損
【答案】A
【詳解】A.相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多,A正確;
B.根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知,氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為,B錯(cuò)誤;
C.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是氘核和氚核,C錯(cuò)誤;
D.核聚變反應(yīng)過程中放出大量能量,有質(zhì)量虧損,D錯(cuò)誤。
故選A。
5.(2023·全國(guó)·統(tǒng)考高考真題)在下列兩個(gè)核反應(yīng)方程中、,X和Y代表兩種不同的原子核,以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù),則( )
A., B., C., D.,
【答案】D
【詳解】設(shè)Y電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為m和n,根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知第一個(gè)核反應(yīng)方程的核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足,
第二個(gè)核反應(yīng)方程的核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足,
聯(lián)立解得,,故選D。
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