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第2節　原子結構　原子核
第十五章　原子結構　波粒二象性　原子核
鏈接教材·夯基固本
1．電子的發現：英國物理學家______發現了電子。
2．原子的核式結構
(1)α粒子散射實驗：1909－1911年，英國物理學家______和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗，實驗發現絕大多數α粒子穿過金箔后基本上仍沿____的方向前進，但有極少數α粒子發生了
大角度偏轉，偏轉的角度甚至大于90°，
也就是說它們幾乎被“撞”了回來。
湯姆孫
盧瑟福
原來
(2)原子的核式結構模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的______和幾乎全部____都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉。
正電荷
質量
3．光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(頻率)展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。
4．光譜分類
5．氫原子光譜的實驗規律：巴耳末系是氫光譜在可見光區的譜線，其波長公式＝R∞，(n＝3，4，5，…，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m-1)。
6．玻爾理論
(1)定態：原子只能處于一系列______的能量狀態中，在這些能量狀態中原子是____的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。
(2)躍遷：原子從一種定態躍遷到另一種定態時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態的能量差決定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10-34 J·s)
(3)軌道：原子的不同能量狀態跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應。原子的定態是______的，因此電子的可能軌道也是______的。
不連續
穩定
不連續
不連續
7．氫原子的能級、能級公式
(1)氫原子的能級
能級圖如圖所示。
(2)氫原子的能級公式和軌道半徑
①氫原子的能級公式：
En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中E1為基態能量，其數值為E1＝
－13.6 eV。
②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1為基態半徑，又稱玻爾半徑，其數值為r1＝0.53×10-10 m。
8．原子核的組成
原子核是由____和中子組成的，原子核的電荷數等于核內的______。
9．天然放射現象
放射性元素____地放出射線的現象，首先由________發現。天然放射現象的發現，說明原子核具有____的結構。
質子
質子數
自發
貝可勒爾
復雜
10．α、β、γ射線性質、特征比較
射線種類 組成 速度 貫穿本領 電離作用
α射線 α粒子是氦原子核 約c 很小，一張薄紙就能擋住 很強
β射線 β粒子是高速電子流 接近c 很大，能穿過幾毫米厚的鋁板 較弱
γ射線 波長很短的電磁波 等于c 最大，能穿過幾厘米厚的鉛板 很小
11．放射性同位素的應用與防護
(1)放射性同位素：有____放射性同位素和____放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質相同。
(2)應用：消除靜電、工業探傷、作________等。
(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。
天然
人工
示蹤原子
12．原子核的衰變
(1)衰變：原子核自發地放出α粒子或β粒子，變成另一種______的變化稱為______的衰變。
(2)分類
α衰變：_____　如：；
β衰變：_____　如：e。
(3)半衰期：大量放射性元素的原子核有____發生衰變所需的時間。半衰期由原子核內部的因素決定，跟原子所處的____、____狀態無關。
原子核
原子核
半數
物理
化學
13．核力
原子核內部，______所特有的相互作用力。
14．核能
(1)核子在結合成原子核時出現質量虧損Δm，其對應的能量ΔE＝_______。
(2)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝_______。
核子間
Δmc2
Δmc2
15．重核裂變
(1)定義：質量數較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質量數較小的原子核的過程。
(2)典型的裂變反應方程：
。
(3)鏈式反應：重核裂變產生的____使核裂變反應一代接一代繼續下去的過程。
中子
(4)臨界體積和臨界質量：核裂變物質能夠發生________的最小體積及其相應的質量。
(5)裂變的應用：______、核反應堆。
(6)反應堆構造：核燃料、減速劑、____、防護層。
鏈式反應
原子彈
鎘棒
16．輕核聚變
(1)定義：兩個輕核結合成________的核的反應過程。輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫________。
(2)典型的聚變反應方程：
n＋17.6 MeV。
質量較大
熱核反應
1．易錯易誤辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)
(1)α、β、γ三種射線中，α射線的電離作用最強。 (　　)
(2)半衰期與溫度無關。 (　　)
(3)如果某放射性元素的原子核有100個，經過一個半衰期后還剩50個。 (　　)
(4)所有元素都可以發生衰變。 (　　)
(5)核反應中質量數守恒，故沒有質量虧損。 (　　)
(6)質能方程表明在一定條件下，質量可以轉化為能量。 (　　)
√
√
×
×
×
×
2．(粵教版選擇性必修第三冊改編)已知鉍210 的半衰期是5.0天，8 g鉍210經20天后還剩下(　　)
A．1 g B．0.2 g C．0.4 g D．0.5 g
D　[由公式m＝m0得m＝8× g＝0.5 g，D正確。]
√
3．(人教版選擇性必修第三冊改編)已知中子的質量是mn＝
1.674 9×10-27 kg，質子的質量是mp＝1.672 6×10-27 kg，氘核的質量是mD＝3.343 6×10-27 kg，則氘核的比結合能為(　　)
A．3.51×10-13 J B．1.76 MeV
C．1.76×10-13 J D．2.19 MeV
√
C　[Δm＝mp＋mn－mD＝0.003 9×10-27 kg，結合能ΔE＝Δmc2＝3.51×10-13 J，比結合能為≈1.76×10-13 J，故C正確。]
4．(人教版選擇性必修第三冊改編)(多選)太陽輻射的總功率約為4×1026 W，其輻射的能量來自于聚變反應。在聚變反應中，一個質量為1 876.1 MeV/c2(c為真空中的光速，c＝3×108 m/s)的氘核和一個質量為2 809.5 MeV/c2的氚核結合為一個質量為3 728.4 MeV/c2的氦核，并放出一個X粒子，同時釋放大約17.6 MeV的能量。下列說法正確的是(　　)
A．X粒子是質子
B．X粒子的質量為939.6 MeV/c2
C．太陽每秒因為輻射損失的質量約為4.4×109 kg
D．太陽每秒因為輻射損失的質量約為
√
√
BC　[由題中信息知核反應方程為，X粒子為中子，A錯誤；X粒子的質量m＝(1 876.1＋2 809.5－3 728.4－17.6) MeV/c2＝939.6 MeV/c2，B正確；由質能方程可知，太陽每秒因輻射損失的質量Δm＝＝ kg≈4.4×109 kg，C正確；太陽每秒放出的能量ΔE＝Pt＝4×1026×1 J＝ eV＝2.5×1045 eV，則太陽每秒因為輻射損失的質量Δm＝＝2.5×1039 MeV/c2，D錯誤。]
細研考點·突破題型
考點1　 玻爾理論和能級躍遷
1．對氫原子能級圖的理解
(1)能級圖如圖所示
(2)能級圖中相關量意義的說明
相關量 意義
能級圖中的橫線 表示氫原子可能的能量狀態——定態
橫線左端的數字“1，2，3，…” 表示量子數
橫線右端的數字“－13.6，－3.4，…” 表示氫原子的能量
相鄰橫線間的距離 表示相鄰的能量差，量子數越大，相鄰的能量差越小，距離越小
帶箭頭的豎線 表示原子由較高能級向較低能級躍遷，放出能量為hν＝En－Em
2．兩類能級躍遷
(1)自發躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發出光子。
光子的頻率ν＝＝。
(2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量。
①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必須恰等于能級差hν＝ΔE。
②碰撞、加熱等：可以吸收實物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥ΔE。
③大于電離能的光子被吸收，將原子電離。
3．譜線條數的確定方法
(1)一個氫原子躍遷發出可能的光譜線條數最多為n－1。
(2)一群氫原子躍遷發出可能的光譜線條數的兩種求解方法：
①用數學中的組合知識求解：N＝＝。
②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。
角度1　氫原子光譜
[典例1]　(2024·浙江1月選考)氫原子光譜按頻率展開的譜線如圖所示，此四條譜線滿足巴耳末公式＝，n＝3、4、5、6，用Hδ和Hγ光進行如下實驗研究，則(　　)
A．照射同一單縫衍射裝置，Hδ光的中央明條紋寬度寬
B．以相同的入射角斜射入同一平行玻璃磚，Hδ光的側移量小
C．以相同功率發射的細光束，真空中單位長度上Hγ光的平均光子數多
D．相同光強的光分別照射同一光電效應裝置，Hγ光的飽和光電流小
√
C　[根據巴耳末公式可知，Hγ光的波長較長。波長越長，越容易發生明顯的衍射現象，故照射同一單縫衍射裝置，Hγ光的中央明條紋寬度寬，故A錯誤；Hγ光的波長較長，根據f＝，可知Hγ光的頻率較小，則Hγ光的折射率較小，在平行玻璃磚的偏折較小，Hγ光的側移量小，故B錯誤；Hγ光的頻率較小，Hγ光的光子能量較小，以相同功率發射的細光束，Hγ光的光子數較多，真空中單位長度上Hγ光的平均光子數多，故C正確；若Hδ、Hγ光均能發生光電效應，相同光強的光分別照射同一光電效應裝置，Hγ光的頻率較小，Hγ光的光子能量較小，Hγ光的光子數較多，則Hγ光的飽和光電流大，Hδ光的飽和光電流小，故D錯誤。故選C。]
角度2　氫原子躍遷
[典例2]　(2024·浙江6月選考)玻爾氫原子電子軌道示意圖如圖所示，處于n ＝3能級的原子向低能級躍遷，會產生三種頻率為ν31、ν32、ν21 的光，下標數字表示相應的能級。已知普朗克常量為h，光速為c。正確的是(　　)
A．頻率為ν31的光，其動量為
B．頻率為ν31和ν21的兩種光分別射入同一光電效應裝置，均產生光電子，其最大初動能之差為hν32
C．頻率為ν31和ν21的兩種光分別射入雙縫間距為d、雙縫到屏的距離為L的干涉裝置，產生的干涉條紋間距之差為
D．若原子n＝3躍遷至n＝4能級，入射光的頻率ν′34＞
√
B　[根據玻爾理論可知hν31＝E3－E1，則頻率為ν31的光其動量為p＝＝＝，選項A錯誤；頻率為ν31和ν21的兩種光分別射入同一光電效應裝置，均產生光電子，其最大初動能分別為Ekm1＝hν31－W逸出功，Ekm2＝hν21－W逸出功，最大初動能之差為ΔEkm＝hν31－hν21＝hν32，選項B正確；頻率為ν31和ν21的兩種光分別射入雙縫間距為d、雙縫到屏的距離為L的干涉裝置，根據條紋間距表達式Δx＝λ＝，產生的干涉條紋間距之差為Δs＝＝≠，選項C錯誤；若原子n＝3躍遷至n＝4能級，則E4－E3＝hν34＝hν′34，可得入射光的頻率ν′34＝，選項D錯誤；故選B。]
考點2　 原子核的衰變和半衰期
1．確定衰變次數的方法
(1)設放射性元素經過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩定的新元素，則表示該核反應的方程為
根據電荷數守恒和質量數守恒可列方程
(2)因為β衰變對質量數無影響，先由質量數的改變確定α衰變的次數，然后再根據衰變規律確定β衰變的次數。
2．衰變的實質
α衰變：2個質子和2個中子能緊密地結合在一起作為一個整體從原子核中拋出來，即。
β衰變：核內的1個中子轉化成1個質子和1個電子，電子發射到核外，即。
γ輻射：α衰變、β衰變產生的新核處于較高能級，不穩定，向低能級躍遷時輻射出γ光子。
3．對半衰期的理解
(1)半衰期是統計規律，描述的是大量原子核衰變的規律。
(2)根據半衰期的概念，可總結出公式
N余＝N原，m余＝m原
式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數和質量，N余、m余表示衰變后尚未發生衰變的放射性元素的原子數和質量，t表示衰變時間，τ表示半衰期。
(3)放射性元素衰變的快慢是由原子核內部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(如溫度、壓強)或化學狀態(如單質、化合物)無關。
角度1　原子核的衰變
[典例3]　(2021·廣東卷)科學家發現銀河系中存在大量的放射性同位素鋁26。鋁26的半衰期為72萬年，其衰變方程為Mg＋Y。下列說法正確的是(　　)
A．Y是氦核
B．Y是質子
C．再經過72萬年，現有的鋁26衰變一半
D．再經過144萬年，現有的鋁26全部衰變
√
C　[根據電荷數守恒與質量數守恒可知Y為正電子，A、B錯誤；經過一個半衰期，鋁26衰變一半，經過兩個半衰期，鋁26還剩下四分之一，C正確，D錯誤。]
角度2　半衰期的理解與計算
[典例4]　醫學治療中常用放射性核素113In產生γ射線，而113In是由半衰期相對較長的113Sn衰變而成的。對于質量為m0的113Sn，經過時間t后剩余的113Sn質量為m，其-t圖線如圖所示。從圖中可以得到113Sn的半衰期為(　　)
A．67.3 d B．101.0 d
C．115.1 d D．124.9 d
√
C　[縱坐標由變為，說明這m0的113Sn中正好有一半的113Sn發生了衰變，經過的時間為一個半衰期，因此半衰期τ＝t2－t1＝115.1 d，C正確。]
考點3　 核反應方程與核能的計算
1．核反應方程的理解
(1)核反應過程一般都是不可逆的，所以核反應方程只能用單向箭頭“→”連接并表示反應方向，不能用等號連接。
(2)核反應遵循質量數守恒而不是質量守恒，核反應過程中反應前后的總質量一般會發生變化。
(3)核反應遵循電荷數守恒。
(4)熟記常見基本粒子的符號是正確書寫核反應方程的基礎。如質子、中子、α粒子、β粒子、正電子、氘核、氚核等。
2．核過程的四種類型
類型 可控性 核反應方程典例
衰變 α衰變 自發
β衰變 自發
人工轉變 人工控制
(盧瑟福發現質子)
(查德威克發現中子)
類型 可控性 核反應方程典例
人工轉變 人工控制 約里奧·居里夫婦發現放射性同位素及正電子
重核裂變 比較容易進行人工控制
輕核聚變 除氫彈外無法控制
3．核能的計算方法
(1)利用質能方程計算核能
①根據核反應方程，計算出核反應前與核反應后的質量虧損Δm。
②根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2計算核能。
質能方程ΔE＝Δmc2中Δm的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則ΔE的單位為“J”。
③ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位用“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV計算ΔE，此時ΔE的單位為“MeV”，即1 u＝1.660 6×10-27 kg，相當于931.5 MeV，這個結論可在計算中直接應用。
(2)利用比結合能計算核能
原子核的結合能＝核子的比結合能×核子數。
核反應中反應前系統內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能的差值，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能。
[典例5]　核電站在運行時會產生大量核污染水，其中含有放射性元素——氚，由于它和氫元素有相似的生物學活性，會被人體吸收并整合到DNA和蛋白質上，一旦氚原子核衰變為氦3，會直接破壞DNA和蛋白質上與氫有關化學鍵和氫鍵，從分子層面造成人體病變。下列關于原子核的相關說法正確的是
(　　)
A．核反應中的電子是核外電子
衰變成，經過了3次α衰變
C．兩個核子結合在一起所吸收的能量是原子核的結合能
D．要使兩個輕核發生核聚變，需要很高的溫度，使其具有足夠的動能以克服庫侖斥力
√
D　[核反應方程的電子來自原子核的衰變產生的電子，故A項錯誤；衰變成，質量數減少了16，因此經歷了4次α衰變，故B項錯誤；結合能是兩個核子結合時釋放的能量，故C項錯誤；要使兩個輕核發生核聚變，需將兩個輕核加熱到很高溫度，使原子核具有足夠的動能以克服庫侖斥力，故D項正確。故選D。]
[典例6]　(結合能與比結合能的理解)(多選)原子核的比結合能曲線如圖所示。根據該曲線，下列判斷正確的有(　　)
A．核的結合能約為14 MeV
B．核比核更穩定
C．兩個核結合成核時釋
放能量
D．核中核子的平均結合能
比核中的大
√
√
BC　[由題圖可知的比結合能約為7 MeV，因此它的結合能約為7 MeV×4＝28 MeV，A項錯誤；比結合能越大，表明原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定，結合題圖可知B項正確；兩個比結合能小的核結合成比結合能大的核時，會釋放能量，C項正確；由題圖可知的比結合能(即平均結合能)比的小，D項錯誤。]
1．(2024·安徽卷)大連相干光源是我國第一臺高增益自由電子激光用戶裝置，其激光輻射所應用的玻爾原子理論很好地解釋了氫原子的光譜特征。圖為氫原子的能級示意圖，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，當大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，輻射不同頻率的紫外光有(　　)
A．1種　 B．2種 C．3種　 D．4種
√
學情診斷·當堂評價
B　[大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，能夠輻射出不同頻率光的種類為＝3種，輻射出光子的能量分別為ΔE1＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，ΔE3＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，其中ΔE1＞3.11 eV，ΔE2＜3.11 eV，ΔE3＞3.11 eV，所以輻射不同頻率的紫外光有2種。故選B。]
2．(四類核反應)(2024·廣東韶關模擬)下列核反應方程屬于人工核轉變的是(　　)
A．
B．
C．
D．
√
C　[A項是放射性元素釋放一個β粒子而轉變為另一種元素的過程，屬于β衰變，不符合題意；B項屬于重核裂變，不符合題意；C項是用快速粒子穿入原子核的內部使原子核轉變為另一種原子核的過程，是原子核的人工轉變，符合題意；D項是由質量較小的原子，在一定條件下讓兩個原子核能夠發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更大的原子核的過程，屬于核聚變，不符合題意。故選C。]
3．全球眾多天文設施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻。由觀測結果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內釋放的能量量級為1048 J。假設釋放的能量來自物質質量的減少，則每秒鐘平均減少的質量量級為(光速為3×108 m/s)(　　)
A．1019 kg B．1024 kg C．1029 kg D．1034 kg
√
C　[設每秒鐘平均減少的質量為m，由質能方程得＝，其中t0＝
1 s，t＝60 s，代入數據得m＝＝ kg≈1.9×1029 kg，C正確。]
4．(2024·廣東廣州三模)我國在第四代核能系統方面處于領先位置，其中高溫氣冷堆的核燃料是，核燃料的裂變反應方程為＋3Y，下列說法正確的是(　　)
A．Y為電子
B．Y為中子
C．該反應過程吸收能量
D．該反應是太陽內部的聚變反應
√
B　[根據核反應中電荷數守恒與質量數守恒可知Y的質量數為1、電荷數為0，故Y為中子，故A錯誤，B正確；該反應過程釋放能量，為重核裂變，故C、D錯誤。故選B。]
1．(2024·廣東汕頭二模)下列說法正確的是(　　)
A．湯姆孫通過α粒子散射實驗，提出了原子核的概念，建立了原子核式結構模型
B．大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，能輻射6種不同頻率的光子
C．將核污染水放到大海進行稀釋可以減緩放射性元素衰變
D．是聚變反應
課時分層作業(三十七)　原子結構　原子核
√
題號
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
13
14
B　[盧瑟福通過α粒子散射實驗，提出了原子核的概念，建立了原子核式結構模型，故A錯誤；大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，則有＝6，可知能輻射6種不同頻率的光子，故B正確；半衰期只由原子核自身決定，將核污染水放到大海進行稀釋不可以減緩放射性元素衰變，故C錯誤；是人工核轉變，故D錯誤。故選B。]
題號
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14
2．關于下列四幅圖的說法正確的是(　　)
題號
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A．圖甲是α粒子散射實驗，湯姆孫據此提出了原子的核式結構模型
B．圖乙是光電效應實驗，張開的驗電器指針和鋅板都帶負電
C．圖丙是放射源放出三種射線在磁場中的運動軌跡，1為α射線
D．圖丁是核反應堆示意圖，它是利用鈾核裂變反應釋放能量
√
題號
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3
5
2
4
6
8
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14
D　[盧瑟福根據α粒子散射實驗，提出了原子的核式結構模型，A錯誤；驗電器指針和鋅板連接，因失去電子而帶正電，B錯誤；根據左手定則，1為β粒子的運動軌跡，C錯誤；石墨和鎘棒起到減緩中子和吸收中子的速率，可有效控制鈾核裂變反應的速率，故題圖丁是利用鈾核裂變釋放能量的核反應堆，D正確。故選D。]
題號
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3．(2024·江蘇卷)在某原子發生的躍遷中，輻射如圖所示的4種光子，其中只有一種光子可使某金屬發生光電效應，是(　　)
A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4
√
題號
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14
C　[根據愛因斯坦光電效應方程可知當只有一種光子可使某金屬發生光電效應，該光子對應的能量最大，根據能級圖可知躍遷時對應波長為λ3的光子能量最大。故選C。]
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4．銫原子基態的兩個超精細能級之間躍遷發射的光子具有穩定的頻率，銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級為10-5 eV，躍遷發射的光子的頻率量級為(普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，元電荷e＝1.60×10-19 C)(　　)
A．103 Hz B．106 Hz
C．109 Hz D．1012 Hz
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C　[1 eV＝1.60×10-19J，ΔE＝hν，得ν＝＝ Hz≈2.4×109 Hz，C正確，A、B、D錯誤。]
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5．(2023·廣東卷)理論認為，大質量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應的影響。下列說法正確的是(　　)
A．Y是β粒子，β射線穿透能力比γ射線強
B．Y是β粒子，β射線電離能力比γ射線強
C．Y是α粒子，α射線穿透能力比γ射線強
D．Y是α粒子，α射線電離能力比γ射線強
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D　[根據核反應滿足質量數和電荷數守恒可知，Y是α粒子，三種射線的穿透能力，γ射線最強，α射線最弱；三種射線的電離能力，α射線最強，γ射線最弱。故選D。]
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6．宇宙射線進入地球大氣層與大氣作用會產生中子，中子與大氣中的氮14會產生以下核反應：，產生的能自發進行β衰變，其半衰期為5 730年，利用碳14的衰變規律可推斷古木的年代。下列說法正確的是
(　　)
A．發生β衰變的產物是
B．β衰變輻射出的電子來自碳原子的核外電子
C．近年來由于地球的溫室效應，引起的半衰期發生微小變化
D．若測得一古木樣品的含量為活體植物的，則該古木距今約為11 460年
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D　[根據，即發生β衰變的產物是，選項A錯誤；β衰變輻射出的電子是原子核內的中子轉化為質子時放出的電子，選項B錯誤；半衰期由原子核自身的因素決定，與外界環境無關，選項C錯誤； 若測得一古木樣品的含量為活體植物的，可知經過了2個半衰期，則該古木距今約為5 730×2年＝11 460年，選項D正確。故選D。]
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7．(2024·廣東深圳二模)核聚變領域首席專家表示，可控核聚變技術研發已進入快車道，預計再過30年可以實現商用。下列相關描述正確的是(　　)
A．目前核電站使用的都是核聚變技術
B．核反應是核聚變
C．太陽是一個巨大的核聚變反應堆
D．原子彈是利用核聚變原理制成的
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C　[目前核電站使用的都是核裂變技術，故A錯誤；核反應是核裂變，故B錯誤；恒星、氫彈、太陽都是利用核聚變釋放能量，而原子彈利用的是核裂變，故C正確，D錯誤。]
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8．“玉兔二號”裝有核電池，不懼漫長寒冷的月夜。核電池將衰變釋放的核能一部分轉換成電能。的衰變方程為，則(　　)
A．衰變方程中的X等于233
B．的穿透能力比γ射線強
C．比的比結合能小
D．月夜的寒冷導致的半衰期變大
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C　[根據衰變前后質量數守恒可知，衰變產物U的質量數X等于234，A錯誤；α射線的穿透能力遠遠小于γ射線的穿透能力，B錯誤；比結合能越大的原子核越穩定，根據題意，衰變過程中釋放出核能，因此的比結合能更大，C正確；原子核的半衰期與溫度無關，由原子核自身的性質決定，D錯誤。]
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9．(2025·廣東東莞模擬)2023年8月24日13時，日本福島第一核電站啟動核污染水排海。核污染水含高達64種放射性元素，其中氚衰變過程中產生的電離輻射可損害DNA，是致癌的高危因素之一，半衰期為12.5年。其衰變方程為，下列說法正確的是(　　)
A．衰變方程中x＝2，y＝4
B．的比結合能大于的比結合能
C．秋冬氣溫逐漸變低時，氚的衰變速度會變慢
D．經過25年，氚將全部衰變結束
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B　[根據核反應質量數和電荷數守恒，核反應為，則衰變方程中x＝2，y＝3，故A錯誤；更穩定的比結合能大于的比結合能，故B正確；半衰期由原子核內部因素決定，與原子核所處的物理環境和化學狀態無關，則秋冬氣溫逐漸變低時，氚的衰變速度不變，故C錯誤；半衰期是原子核發生半數衰變所需的時間，經過25年，即兩個半衰期，剩余氚為原來的四分之一，并沒有完全衰變，故D錯誤。故選B。]
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10．原子處于磁場中，某些能級會發生劈裂。某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示，相應能級躍遷放出的光子分別設為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發生光電效應，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則
(　　)
A．①和③的能量相等
B．②的頻率大于④的頻率
C．用②照射該金屬一定能發生光電效應
D．用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek
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A　[劈裂后釋放的光子③與劈裂前釋放的光子①躍遷相對應的能級相同，則光子①和③的能量相等，A正確；因為E＝hν，光子②躍遷時，②對應的能級之差比④小，所以其頻率小于④的頻率，B錯誤；同理，②的頻率小于①的頻率，故用②照射該金屬不一定能發生光電效應，C錯誤；因為Ek＝hν－W0，又同種金屬逸出功相同，④的頻率大，所以用光子④照射該金屬時，逸出光電子的最大初動能大于Ek，D錯誤。]
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11．(2024·廣東廣州二模)如圖所示的火災自動報警器具有穩定性好、安全性高的特點，應用非常廣泛，其工作原理為：放射源處的镅放出的α粒子，使殼內氣室空氣電離而導電，當煙霧進入殼內氣室時，α粒子被煙霧顆粒阻擋，導致工作電路的電流減小，于是蜂鳴器報警，則(　　)
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A．發生火災時溫度升高的半衰期變短
B．這種報警裝置應用了α射線貫穿本領強的特點
C．發生α衰變的核反應方程是
D．發生α衰變的核反應方程是
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D　[半衰期不因外界環境的溫度而改變，A錯誤；這種報警裝置應用了α射線電離能力強的特點，B錯誤；α衰變釋放出氦核，故核反應方程是，C錯誤，D正確。]
12．原子核的比結合能與原子序數的關系如圖所示，大多數恒星內部溫度非常高，可進行輕核聚變，核反應方程為A＋B→C。但對于金、鉑等重金屬的產生，目前科學界有一種理論認為，兩顆中子星合成過程中會釋放巨大的能量，在能量的作用下能夠合成金、鉑等重金屬，其核反應方程為D＋E→F，下列說法正確的是(　　)
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A．重核F裂變成D和E的過程中，會產生質量虧損
B．較輕的核A和B聚合成C的過程中核子平均質量變大
C．較重的核D和E聚合成F的過程中，會釋放較大能量
D．A和B聚合成C的過程中，C的結合能小于A和B的結合能之和
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A　[重核F裂變成D和E的過程中，會釋放核能，有質量虧損，A項正確；相反，較重的核D和E聚合成F的過程中，會吸收較大能量，C項錯誤；輕核A和B聚合成C的過程中，也要釋放能量，有質量虧損，核子的平均質量變小，結合能為比結合能與核子數的乘積，A和B聚合成C的過程中，A和B的核子總數等于C的核子數，而A和B的比結合能小于C的比結合能，所以C的結合能大于A和B的結合能之和，B、D兩項錯誤。]
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13．2023年4月13日，中國“人造太陽”反應堆中科院環流器裝置(EAST)創下新紀錄，實現403秒穩態長脈沖高約束模等離子體運行，為可控核聚變的最終實現又向前邁出了重要的一步，下列關于核反應的說法正確的是(　　)
A．相同質量的核燃料，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方程為
C．核聚變的核反應燃料主要是鈾235
D．核聚變反應過程中沒有質量虧損
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A　[相同質量的核燃料，輕核聚變比重核裂變虧損的質量多，釋放的核能多，A正確；核反應方程滿足核電荷數守恒和質量數守恒，題中所給核反應方程不滿足核電荷數守恒和質量數守恒，電子應改為中子，B錯誤；鈾235是重核裂變的主要燃料，C錯誤；核聚變反應有質量虧損，D錯誤。]
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14．在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于放出一個α粒子，結果得到一張兩個相切圓的徑跡照片(如圖所示)，今測得兩個相切圓半徑之比r1∶r2＝1∶44。求：
(1)圖中哪一個圓是α粒子的徑跡？
(說明理由)
(2)這個原子核原來所含的質子數
是多少？
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[解析]　(1)因為動量守恒，所以軌道半徑與粒子的電荷量成反比，所以左側大圓軌道是α粒子的徑跡，右側小圓軌道是新生核的徑跡，兩者電性相同，運動方向相反。
(2)設衰變后新生核的電荷量為q1，α粒子的電荷量為q2＝2e，它們的質量分別為m1和m2，衰變后的速度分別為v1和v2，所以原來原子核的電荷量q＝q1＋q2
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根據軌道半徑公式有＝＝
又由于衰變過程中遵循動量守恒定律，則
m1v1＝m2v2
以上三式聯立解得q＝90e
這個原子核原來所含的質子數為90。
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[答案]　(1)見解析　(2)90
謝 謝 ！

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