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章末素養(yǎng)提升
物理 觀念 原子的 結(jié)構(gòu) 核式結(jié)構(gòu) α粒子散射實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象 盧瑟福原子　　　　結(jié)構(gòu)模型
能級(jí) 結(jié)構(gòu) 玻爾的三個(gè)基本假設(shè) (1)　　　　量子化 (2)　　　　量子化 (3)能級(jí)躍遷：hν=Em-En(m>n)
玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋
玻爾理論的局限性
原子核 的組成 核子 原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)為核子
核力與 結(jié)合能 核力：短程力，只有鄰近的核子間才有核力作用 結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們　　　　所需要的能量就是原子核的結(jié)合能 比結(jié)合能(平均結(jié)合能)：比結(jié)合能越　　　　原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程：　　　　　　　
核衰變 與核反應(yīng) 天然放 射現(xiàn)象 α射線He)：氦核流，穿透能力　　　　，電離作用　　　　 β射線e)：高速電子流，穿透能力　　　　，電離作用較強(qiáng) γ射線：是一種電磁波，伴隨α衰變和β衰變產(chǎn)生，穿透能力　　　　，電離作用　　　　
原子核 的衰變 α衰變XYHe β衰變XYe
半衰期 原子核數(shù)目因衰變減少到原來(lái)　　　　所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，由核　　　　的因素決定，與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)
放射性 同位素 放射性同位素和正電子的發(fā)現(xiàn) AlHePnPSie+ν
裂變和 聚變 重核的裂變UnBaKr+　　　　　 輕核的聚變HH→　　　 n
科學(xué)思維 核反應(yīng)的規(guī)律 質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒
科學(xué) 態(tài)度 與責(zé)任 1.通過(guò)學(xué)研究微觀世界的科學(xué)歷史，學(xué)習(xí)科學(xué)家的探究精神 2.體會(huì)人類(lèi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索是不斷深入的，科學(xué)的探索沒(méi)有止境 3.主動(dòng)關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類(lèi)生活和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的影響
例1　(2023·全國(guó)甲卷)在下列兩個(gè)核反應(yīng)方程中XN→YO、YLi→2X，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.Z=1，A=1 B.Z=1，A=2
C.Z=2，A=3 D.Z=2，A=4
(1)衰變方程的左邊只有一個(gè)原子核，右邊出現(xiàn)α或β粒子，分別為α衰變或β衰變，衰變過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的。
(2)人工轉(zhuǎn)變方程的左邊一般是氦原子核與常見(jiàn)原子核，右邊也是常見(jiàn)元素的原子核。
(3)聚變方程的左邊是輕核，右邊有稍重的原子核。
(4)裂變方程的左邊是重核與中子，右邊有中等質(zhì)量的原子核和中子。
(5)無(wú)論哪種核反應(yīng)方程都滿(mǎn)足質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒。
例2　(多選)(2023·東莞市高二期末)如圖所示，一靜止的原子核Th(釷)在P點(diǎn)發(fā)生衰變，放出一個(gè)粒子并產(chǎn)生新核X，它們?cè)趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中a、b所示。已知釷核質(zhì)量為m1，新核X質(zhì)量為m2，粒子質(zhì)量為m3，真空中的光速為c。則 (　　)
A.b是新核X的軌跡
B.衰變方程為T(mén)hXHe
C.衰變釋放的核能為ΔE=(m1-m2-m3)c2
D.100個(gè)Th原子核經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后一定只剩下50個(gè)Th原子核
1.核反應(yīng)過(guò)程中滿(mǎn)足四個(gè)守恒：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒。
2.靜止的核在磁場(chǎng)中自發(fā)衰變：軌跡為兩相切圓，α衰變時(shí)兩圓外切，β衰變時(shí)兩圓內(nèi)切，根據(jù)動(dòng)量守恒m1v1=m2v2和R=知，半徑小的為新核，半徑大的為α粒子或β粒子。
3.由動(dòng)量、動(dòng)能關(guān)系：p2=2mEk可知Ek1∶Ek2=m2∶m1。
4.若衰變反應(yīng)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子動(dòng)能，則由能量守恒定律得ΔE=Δmc2=Ek1+Ek2。
例3　(2022·浙江6月選考)如圖為氫原子的能級(jí)圖。大量氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，在向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29 eV的金屬鈉。下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.逸出光電子的最大初動(dòng)能為10.80 eV
B.n=3躍遷到n=1放出的光電子動(dòng)量最大
C.有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)
D.用0.85 eV的光子照射，氫原子躍遷到n=4激發(fā)態(tài)
1.自發(fā)躍遷：高能級(jí)→低能級(jí)，釋放能量，發(fā)出光子，光子的頻率ν==。
2.受激躍遷：低能級(jí)→高能級(jí)，吸收能量。
(1)光照(吸收光子)：光子的能量必須恰好等于能級(jí)差，hν=ΔE。
(2)碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可，E外≥ΔE。
(3)大于電離能的光子被吸收，將原子電離。
例4　海水中有豐富的氘，可以充當(dāng)未來(lái)的重要能源，兩個(gè)氘核聚合成一個(gè)氦核(同位素)的同時(shí)放出一個(gè)中子，并釋放出巨大的能量，若其中氘核的質(zhì)量為m0，中子的質(zhì)量為m1，氦核的質(zhì)量為m2，光在真空中的速度為c。
(1)寫(xiě)出該核反應(yīng)方程并求該核反應(yīng)釋放的核能；
(2)若兩個(gè)氘核以相同大小的動(dòng)能對(duì)心正碰，求反應(yīng)后產(chǎn)生的中子與氦核的動(dòng)能之比。
答案精析
核式　軌道　能量　分開(kāi)　大　ΔE=Δmc2　很弱　很強(qiáng)　較強(qiáng)　更強(qiáng)　更弱　一半　本身　nHe
提能綜合訓(xùn)練
例1　D　［設(shè)Y的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為m和n，根據(jù)核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，第一個(gè)核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿(mǎn)足A+14=n+17，Z+7=m+8，第二個(gè)核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿(mǎn)足n+7=2A，m+3=2Z，聯(lián)立解得Z=2，A=4，故選D。］
例2　AC　［根據(jù)洛倫茲力提供向心力Bqv=可得R==，靜止的原子核Th(釷)發(fā)生衰變過(guò)程動(dòng)量守恒，因此新核X與衰變產(chǎn)生的粒子動(dòng)量大小相等、方向相反，而新核X電荷量大，因此新核X的軌跡半徑小，b是新核X的軌跡，故A正確；由A中分析可知，新核X與衰變產(chǎn)生的粒子速度方向相反，由題圖可知，根據(jù)新核X與衰變產(chǎn)生的粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)方向及左手定則可知，新核X與粒子帶異種電荷，B選項(xiàng)衰變?yōu)棣滤プ儯蔅錯(cuò)誤；由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可得衰變釋放的核能為ΔE=(m1-m2-m3)c2，故C正確；半衰期是大量原子核有半數(shù)衰變用的時(shí)間，100個(gè)Th原子核經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后不一定只剩下50個(gè)Th原子核，故D錯(cuò)誤。］
例3　B　［從n=3躍遷到n=1放出的光電子能量最大，根據(jù)Ek=E-W0，可得此時(shí)最大初動(dòng)能為Ek=9.8 eV，故A錯(cuò)誤；從n=3躍遷到n=1放出的光電子能量最大，根據(jù)p==，E=hν，可知?jiǎng)恿恳沧畲螅蔅正確；大量氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)能放出=3種頻率的光子，其中從n=3躍遷到n=2放出的光子能量為ΔE1=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV<2.29 eV，不能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)，其他兩種均可以，故C錯(cuò)誤；由于從n=3躍遷到n=4需要吸收的光子能量為ΔE2=1.51 eV-0.85 eV=0.66 eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氫原子躍遷到n=4激發(fā)態(tài)，故D錯(cuò)誤。］
例4　(1HHHen　(2m0-m1-m2)c2　(2)3∶1
解析　(1)核反應(yīng)過(guò)程中，原子核的質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒，則可寫(xiě)出核反應(yīng)方程為
HHHen
核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=2m0-m1-m2
核反應(yīng)所釋放的核能為
ΔE=Δmc2=(2m0-m1-m2)c2。
(2)把兩個(gè)氘核作為一個(gè)系統(tǒng)，碰撞過(guò)程系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，由于碰撞前兩氘核的動(dòng)能相等，其動(dòng)量等大反向，因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，即mHevHe+mnvn=0
根據(jù)動(dòng)能與動(dòng)量的大小關(guān)系有Ek=mv2=
氦核與中子的質(zhì)量之比等于質(zhì)量數(shù)之比，
即有mHe∶mn=3∶1，
解得反應(yīng)后產(chǎn)生的中子與氦核的動(dòng)能之比
Ekn∶EkHe=3∶1。(共20張PPT)
DIWUZHANG
第五章
章末素養(yǎng)提升
再現(xiàn)
素養(yǎng)知識(shí)
物理 觀念 原子的 結(jié)構(gòu) 核式 結(jié)構(gòu) α粒子散射實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象
盧瑟福原子_______結(jié)構(gòu)模型
能級(jí) 結(jié)構(gòu) 玻爾的三個(gè)基本假設(shè)
(1)______量子化
(2)______量子化
(3)能級(jí)躍遷：hν=Em-En(m>n)
玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋
玻爾理論的局限性
核式
能量
軌道
物理 觀念 原子核 的組成 核子 原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)為
核子
核力與 結(jié)合能 核力：短程力，只有鄰近的核子間才有核力作用
結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們______所需要的能量就是原子核的結(jié)
合能
比結(jié)合能(平均結(jié)合能)：比結(jié)合能越____原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定
愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程：__________
分開(kāi)
大
ΔE=Δmc2
物理 觀念 核衰變與核反應(yīng) 天然放 射現(xiàn)象 α射線He)：氦核流，穿透能力______，電離作用_____
β射線e)：高速電子流，穿透能力______，電離作用較強(qiáng)
γ射線：是一種電磁波，伴隨α衰變和β衰變產(chǎn)生，穿透能力_____，電離作用______
原子核 的衰變 α衰變:He
β衰變:e
很弱
很強(qiáng)
較強(qiáng)
更強(qiáng)
更弱
物理 觀念 核衰變與核反應(yīng) 半衰期 原子核數(shù)目因衰變減少到原來(lái)______所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，由核_____的因素決定，與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)
放射性同位素 放射性同位素和正電子的發(fā)現(xiàn)
e+ν
裂變和聚變 重核的裂變_____
輕核的聚變:n
一半
本身
n
科學(xué) 思維 核反應(yīng)的規(guī)律 質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒
科學(xué)態(tài)度 與責(zé)任 1.通過(guò)學(xué)研究微觀世界的科學(xué)歷史，學(xué)習(xí)科學(xué)家的探究精神 2.體會(huì)人類(lèi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索是不斷深入的，科學(xué)的探索沒(méi)有止境 3.主動(dòng)關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類(lèi)生活和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的影響
　(2023·全國(guó)甲卷)在下列兩個(gè)核反應(yīng)方程中XLi→2X，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.Z=1，A=1 B.Z=1，A=2
C.Z=2，A=3 D.Z=2，A=4
例1
√
提能
綜合訓(xùn)練
設(shè)Y的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為m和n，根據(jù)核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，第一個(gè)核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿(mǎn)足A+14=n+17，Z+7=m+8，第二個(gè)核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿(mǎn)足n+7=2A，m+3=2Z，聯(lián)立解得Z=2，A=4，故選D。
總結(jié)提升
(1)衰變方程的左邊只有一個(gè)原子核，右邊出現(xiàn)α或β粒子，分別為α衰變或β衰變，衰變過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的。
(2)人工轉(zhuǎn)變方程的左邊一般是氦原子核與常見(jiàn)原子核，右邊也是常見(jiàn)元素的原子核。
(3)聚變方程的左邊是輕核，右邊有稍重的原子核。
(4)裂變方程的左邊是重核與中子，右邊有中等質(zhì)量的原子核和中子。
(5)無(wú)論哪種核反應(yīng)方程都滿(mǎn)足質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒。
　(多選)(2023·東莞市高二期末)如圖所示，一靜止的原子核Th(釷)在P點(diǎn)發(fā)生衰變，放出一個(gè)粒子并產(chǎn)生新核X，它們?cè)趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中a、b所示。已知釷核質(zhì)量為m1，新核X質(zhì)量為m2，粒子質(zhì)量為m3，真空中的光速為c。則
A.b是新核X的軌跡
B.衰變方程為He
C.衰變釋放的核能為ΔE=(m1-m2-m3)c2
D.100個(gè)
Th原子核
例2
√
√
由A中分析可知，新核X與衰變產(chǎn)生的粒子速度方向相反，由題圖可知，根據(jù)新核X與衰變產(chǎn)生的粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)方向及左手定則可知，新核X與粒子帶異種電荷，B選項(xiàng)衰變?yōu)棣滤プ儯蔅錯(cuò)誤；
根據(jù)洛倫茲力提供向心力Bqv=可得R=，靜止的原子核Th(釷)發(fā)生衰變過(guò)程動(dòng)量守恒，因此新核X與衰變產(chǎn)生的粒子動(dòng)量大小相等、方向相反，而新核X電荷量大，因此新核X的軌跡半徑小，b是新核X的軌跡，故A正確；
由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可得衰變釋放的核能為ΔE=(m1-m2-m3)c2，故C正確；
半衰期是大量原子核有半數(shù)衰變用的時(shí)間，100個(gè)Th原子核經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后不一定只剩下50個(gè)Th原子核，故D錯(cuò)誤。
總結(jié)提升
1.核反應(yīng)過(guò)程中滿(mǎn)足四個(gè)守恒：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒。
2.靜止的核在磁場(chǎng)中自發(fā)衰變：軌跡為兩相切圓，α衰變時(shí)兩圓外切，β衰變時(shí)兩圓內(nèi)切，根據(jù)動(dòng)量守恒m1v1=m2v2和R=知，半徑小的為新核，半徑大的為α粒子或β粒子。
3.由動(dòng)量、動(dòng)能關(guān)系：p2=2mEk可知Ek1∶Ek2=m2∶m1。
4.若衰變反應(yīng)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子動(dòng)能，則由能量守恒定律得ΔE=Δmc2=Ek1+Ek2。
　(2022·浙江6月選考)如圖為氫原子的能級(jí)圖。大量氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，在向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29 eV的金屬鈉。下列說(shuō)法正確的是
A.逸出光電子的最大初動(dòng)能為10.80 eV
B.n=3躍遷到n=1放出的光電子動(dòng)量最大
C.有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)
D.用0.85 eV的光子照射，氫原子躍遷到n=4激發(fā)態(tài)
例3
√
從n=3躍遷到n=1放出的光電子能量最大，根據(jù)
Ek=E-W0，可得此時(shí)最大初動(dòng)能為Ek=9.8 eV，
故A錯(cuò)誤；
從n=3躍遷到n=1放出的光電子能量最大，根
據(jù)p=，E=hν，可知?jiǎng)恿恳沧畲螅蔅正確；
大量氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)能放出=3種頻率的光子，其中從n=3躍遷到n=2放出的光子能量為ΔE1=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV
<2.29 eV，不能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)，其他兩種均可以，故C錯(cuò)誤；
由于從n=3躍遷到n=4需要吸收的光子能量為ΔE2=1.51 eV-0.85 eV=0.66 eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氫原子躍遷到n=4激發(fā)態(tài)，故D錯(cuò)誤。
總結(jié)提升
1.自發(fā)躍遷：高能級(jí)→低能級(jí)，釋放能量，發(fā)出光子，光子的頻率ν=。
2.受激躍遷：低能級(jí)→高能級(jí)，吸收能量。
(1)光照(吸收光子)：光子的能量必須恰好等于能級(jí)差，hν=ΔE。
(2)碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可，E外≥ΔE。
(3)大于電離能的光子被吸收，將原子電離。
　海水中有豐富的氘，可以充當(dāng)未來(lái)的重要能源，兩個(gè)氘核聚合成一個(gè)氦核(同位素)的同時(shí)放出一個(gè)中子，并釋放出巨大的能量，若其中氘核的質(zhì)量為m0，中子的質(zhì)量為m1，氦核的質(zhì)量為m2，光在真空中的速度為c。
(1)寫(xiě)出該核反應(yīng)方程并求該核反應(yīng)釋放的核能；
例4
答案　n　(2m0-m1-m2)c2　
核反應(yīng)過(guò)程中，原子核的質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒，則可寫(xiě)出核反應(yīng)方程為n
核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=2m0-m1-m2
核反應(yīng)所釋放的核能為ΔE=Δmc2=(2m0-m1-m2)c2。
(2)若兩個(gè)氘核以相同大小的動(dòng)能對(duì)心正碰，求反應(yīng)后產(chǎn)生的中子與氦核的動(dòng)能之比。
答案　3∶1
把兩個(gè)氘核作為一個(gè)系統(tǒng)，碰撞過(guò)程系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，由于碰撞前兩氘核的動(dòng)能相等，其動(dòng)量等大反向，因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，即mHevHe+mnvn=0
根據(jù)動(dòng)能與動(dòng)量的大小關(guān)系有Ek=
氦核與中子的質(zhì)量之比等于質(zhì)量數(shù)之比，
即有mHe∶mn=3∶1，
解得反應(yīng)后產(chǎn)生的中子與氦核的動(dòng)能之比Ekn∶EkHe=3∶1。

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