(江苏专用)2020高考物理复习专题五动量与原子物理学第三讲原子结构与原子核——课后自测诊断卷【带答案】

高考物理大二轮复习：选修3-5 动量守恒和原子结构、原子核一、简答题详细信息1.难度：中等(1)下列关于原子和原子核的说法正确的是()A．γ射线是原子由激发态向低能级跃迁时产生的B．居里夫妇最先发现了天然放射现象C．原子核中的质子靠核力来抗衡相互之间的库仑斥力而使核子紧紧地束缚在一起D．结合能所对应的质量等于把原子核完全分解为核子后所有核子的总质量减去该原子核的质量(2)某同学用如图所示装置来研究碰撞过程，第一次单独让小球a从斜槽某处由静止开始滚下．落地点为P，第二次让小球a从同一位置释放后与静止在斜槽末端的小球b发生碰撞．a、b球的落地点分别是M、N，各点与O的距离如图；该同学改变小球a的释放位置重复上述操作．由于某种原因他只测得了a球的落地点P′、M′到O的距离分别是22.0 cm、10.0 cm.求b球的落地点N′到O的距离．详细信息2.难度：中等(1)下列说法正确的是()A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律B．α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流C．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子D．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关(2)如图所示，A、B、C三个木块的质量均为m，置于光滑的水平桌面上，B、C之间有一轻质弹簧，弹簧的两端与木块接触而不固连．将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把B和C紧连，使弹簧不能伸展，以至于B、C可视为一个整体．现A以初速度v0沿B、C的连线方向朝B运动，与B相碰并黏合在一起．以后细线突然断开，弹簧伸展，从而使C与A、B分离．已知C离开弹簧后的速度恰为v0.求弹簧释放的势能．详细信息3.难度：中等(1)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是U＋n→Ba＋Kr＋3n.下列说法正确的有()A．上述裂变反应中伴随着中子放出B．铀块体积对链式反应的发生无影响C．铀核的链式反应可人工控制D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响(2)如图所示，在高为h＝5 m的平台右边缘上，放着一个质量M＝3 kg的铁块，现有一质量为m＝1 kg的钢球以v0＝10 m/s的水平速度与铁块在极短的时间内发生正碰后被反弹，落地点距离平台右边缘的水平距离为x＝2 m．已知铁块与平台之间的动摩擦因数为μ＝0.4，重力加速度为g＝10 m/s2，已知平台足够长，求铁块在平台上滑行的距离l(不计空气阻力，铁块和钢球都看成质点)．详细信息4.难度：中等(1)下列说法正确的是()A．氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，在向低能级跃迁时放出光子的频率一定等于入射光子的频率B. Th(钍)核衰变为Pa(镤)核时，衰变前Th核质量等于衰变后Pa核与β粒子的总质量C．α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的D ．分别用X 射线和绿光照射同一金属表面都能发生光电效应，则用X 射线照射时光电子的最大初动能较大(2)某宇航员在太空站内做了如下实验：选取两个质量分别为m A ＝0.1 kg 、m B ＝0.2 kg 的小球A 、B 和一根轻质短弹簧，弹簧的一端与小球A 粘连，另一端与小球B 接触而不粘连．现使小球A 和B 之间夹着被压缩的轻质弹簧，处于锁定状态，一起以速度v 0＝0.1 m/s 做匀速直线运动，如图所示．过一段时间，突然解除锁定(解除锁定没有机械能损失)，两球仍沿原直线运动．从弹簧与小球B 刚刚分离开始计时，经时间t ＝3.0 s ，两球之间的距离增加了x ＝2.7 m ，求弹簧被锁定时的弹性势能E p.详细信息5. 难度：中等 (1)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的________也相等．A ．速度B ．动能C ．动量D ．总能量(2)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He ＋)的能级图如图所示．电子处在n ＝3轨道上比处在n ＝5轨道上离氦核的距离________(选填“近”或“远”)．当大量He ＋处在n ＝4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有________条．(3)如图所示，进行太空行走的宇航员A 和B 的质量分别为80 kg 和100 kg ，他们携手远离空间站，相对空间站的速度为0.1 m/s.A 将B 向空间站方向轻推后，A 的速度变为0.2 m/s ，求此时B 的速度大小和方向．详细信息6.难度：中等(1)如图给出氢原子最低的4个能级，一群氢原子处于量子数最高为4的能级，这些氢原子跃迁所辐射的光子的频率最多有________种，其中最小频率为________，要使基态氢原子电离，应用波长为________的光照射氢原子(已知h＝6.63×10－34 J·s)．(2)光滑水平地面上停放着甲、乙两辆平板车，一根轻绳跨过乙车的定滑轮(不计定滑轮的质量和摩擦)，绳的一端与甲车相连，另一端被甲车上的人拉在手中，已知每辆车和人的质量均为30 kg，两车间的距离足够远．现在人用力拉绳，两车开始相向运动，人与甲车保持相对静止，当乙车的速度为0.5 m/s时，停止拉绳．①人在拉绳过程做了多少功？②若人停止拉绳后，至少应以多大速度立即从甲车跳到乙车才能使两车不发生碰撞？。

高考物理苏州近代物理知识点之原子核知识点总复习一、选择题1．关于原子和原子核的组成，说法正确的是（ ）A ．汤姆孙通过对阴极射线一系列研究，发现了原子核内部放出的β射线B ．玻尔将量子观念引入原子领域，建立了氢原子量子化模型C ．卢瑟福分析α粒子散射实验数据，发现了原子核内部的质子D ．贝克勒尔研究了铀的天然放射性，建立了原子核式结构模型 2．下列关于α粒子的说法，正确的是 A ．α粒子是氦原子核，对外不显电性B ．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子“枣糕模型”C ．天然放射现象中， α粒子形成的射线速度很快，穿透能力很强D ．核反应2382349290U TH X →+中，X 代表α粒子，则是α衰变3．下列叙述符合历史事实的是（ ）A ．麦克斯韦通过实验发现，电磁波在真空中的传播速度等于光速B ．玻尔通过对氢原子光谱的研究，建立了原子的核式结构模型C ．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构D ．查德威克用粒子轰击氮原子核，打出一种新的粒子叫中子4．若用x 代表一个中性原子中核外的电子数，y 代表此原子的原子核内的质子数，z 代表此原子的原子核内的中子数，则对23490Th 的原子来说( )A ．x ＝90，y ＝90，z ＝234B ．x ＝90，y ＝90，z ＝144C ．x ＝144，y ＝144，z ＝90D ．x ＝234，y ＝234，z ＝3245．若元素A 的半衰期为4天，元素B 的半衰期为5天，则相同质量的A 和B ，经过20天后，剩下的质量之比m A :m B A ．1:2 B ．2:1． C ．30:3 D ．31:306．23290Th 具有放射性，经以下连续衰变过程：2322282282282089088899082Th Ra Ac Th Pb →→→→→，最后生成稳定的20882Pb ，下列说法中正确的是 A ．23290Th 和22890Th 中子数相同，质子数不同B ．整个衰变过程共发生6次α衰变和4次β衰变C ．22888Ra 发生β衰变后变为22889Ac ，说明22888Ra 原子核内有β粒子D ．22888Ra 的半衰期为6.7年，取40个该种原子核，经过13.4年剩下10个该种原子核7．关于原子物理知识，下列说法正确的是（ ） A ．γ射线是高速运动的电子流B ．太阳辐射能量的主要来源是太阳内部发生的轻核聚变C ．的半衰期为5天，10g经过10天后还剩下5gD ．由爱因斯坦质能方程E ＝mc 2可知质量与能量可以相互转化8．如图是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z 的关系曲线，由图可知（ ）A ．原子核A 分裂成原子核B 和C 时质量增加 B ．原子核A 的比结合能比原子核C 的比结合能大 C ．原子核D 和E 结合成原子核F 一定释放能量 D ．原子核A 的结合能一定比原子核C 的结合能小 9．下列说法正确的是（ ）A ．2382349290U Th →+X 中X 为中子，核反应类型为衰变B ．234112H+H He →+Y 中Y 为中子，核反应类型为人工核转变C ．2351136909205438U+n Xe+Sr →+K ，其中K 为10个中子，核反应类型为重核裂变 D ．14417728N+He O →+Z ，其中Z 为氢核核反应类型为轻核聚变10．下列说法正确的是（ ）A ．普朗克为了解释黑体辐射的实验结果而提出了光子说B ．康普顿效应说明光子不仅有能量还具有动量C ．是聚变反应D ．据波尔理论可知氢原子从高能级从低能级跃迁时，电子的动能减小，电势能增大11．下列说法正确的是( )A ．某种放射性元素的半衰期为T,则这种元素的12个原子核在经过2T 时间后，这些原子核一定还有3个没有发生衰变B ．根据爱因斯坦的光电效应方程E K =hv 一W ，若频率分别为1γ和2γ (1γ<2γ)的光均能使某种金属发生光电效应，则频率为1γ的光照射该金属时产生的光电子的初动 能一定比频率为2γ的光照射该金属时产生的光电子的初动能更大C ．氢原子由高能级向低能级跃迁时，从n=4能级跃迁到n=2能级所放出的光子恰能使某种金属发生光电效应，则处在n=4能级的一大群氢原子跃迁时所放出的光子中有4种光子能使该金属发生光电效应D ．放射性元素发生β衰变时，放射性元素的原子放出核外电子，形成高速电子流β 射线。

2020年高考物理真题分类汇编（详解+精校）原子结构、原子核、波粒二象性1.（2020年高考•上海卷）卢瑟福利用a粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是A. B. D.1.D解析：本题考查a粒子散射实验的原理，主要考查学生对该实验的轨迹分析和理解。

由于a粒子轰击金箔时，正对金箔中原子核打上去的一定原路返回，故排除A、C选项；越靠近金原子核的a粒子受力越大，轨迹弯曲程度越大，故D正确。

2.（2020年高考•上海卷）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（）A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间2.B解析：本题考查光电效应现象，要求学生知道光电效应发生的条件。

根据爱因斯坦对光电效应的研究结论可知光子的频率必须大于金属的极限频率，A错；与光照射时间无关，D错；与光强度无关，C错；X射线的频率比紫外线频率较高，故B对。

3.（2020年高考•上海卷）在存放放射性元素时，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于铅盒中；③与轻核元素结合成化合物。

则（）A.措施①可减缓放射性元素衰变B.措施②可减缓放射性元素衰变C.措施③可减缓放射性元素衰变D.上述措施均无法减缓放射性元素衰变4.D解析：本题考查衰变及半衰期，要求学生理解半衰期。

原子核的衰变是核内进行的，故半衰期与元素处于化合态、游离态等任何状态无关，与外界温度、压强等任何环境无关，故不改变元素本身，其半衰期不会发生变化，A、B、C三种措施均无法改变，故D对。

5.（2020年高考•北京理综卷）表示放射性元素碘131（i3i I）6衰变的方程是53A.1311—127Sb+4HeB.1311—131Xe+o eC.1311—130I+1n535125354-153530D.131I—130Te+1H535214.B解析：A选项是a衰变，A错误；B选项是6衰变，B正确；C选项放射的是中子，C错误；D选项放射的是质子，D错误。

高考物理知识点之原子结构与原子核考试要点基本概念一、原子模型1．J ．J 汤姆生模型（枣糕模型）——1897年发现电子，认识到原子有复杂结构。

2．卢瑟福的核式结构模型（行星式模型）α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。

这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。

卢瑟福由α粒子散射实验提出模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。

由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m 。

3．玻尔模型（引入量子理论） （1）玻尔的三条假设（量子化）①轨道量子化：原子只能处于不连续的可能轨道中，即原子的可能轨道是不连续的②能量量子化：一个轨道对应一个能级，轨道不连续，所以能量值也是不连续的，这些不连续的能量值叫做能级。

在这些能量状态是稳定的，并不向外界辐射能量，叫定态③原子可以从一个能级跃迁到另一个能级。

原子由高能级向低能级跃迁时，放出光子，在吸收一个光子或通过其他途径获得能量时，则由低能级向高能级12E E h -=γ（量子跃迁。

原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量化就是不连续性，n 叫量子数。

）（2）从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热α粒子散射实验卢瑟福玻尔结构α粒子氢原子的能级图n E /eV∞ 0 1 -13.62 -3.43 4 -0.853 E 1E 2E 3的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。

原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。

（如在基态，可以吸收E ≥13.6eV 的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。

原子结构与原子核(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小。

(√)(2)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。

(√)(3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。

(√)(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱。

(×)(5)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。

(×)(6)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。

(√)(7)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。

(×)(8)如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。

(×)(9)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。

(×)突破点(一) 原子的核式结构1．汤姆孙原子模型(1)电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。

电子的发现证明了原子是可再分的。

(2)汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子镶嵌在球内。

2．α粒子散射实验(1)α粒子散射实验装置(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”。

3．原子的核式结构模型(1)α粒子散射实验结果分析①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。

②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射。

③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。

(2)原子的核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转。

(3)核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。

第3课时原子结构与原子核考纲解读 1.知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱.2.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题.3.掌握原子核的衰变、半衰期等知识.4.会书写核反应方程，并能根据质能方程求解核能问题．考点一原子结构与α粒子散射实验1．α粒子散射实验的结果图1绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图1所示．2．卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转．例1卢瑟福和他的助手做α粒子散射实验，获得了重要发现：关于α粒子散射实验的结果，下列说法中正确的是( )A．证明了质子的存在B．证明了原子核是由质子和中子组成的C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动答案 C解析α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以C正确，A、B错．玻尔发现了电子轨道量子化，D错．变式题组1．[α粒子散射实验现象]英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，为了解释实验结果，他提出了原子的核式结构学说．如图所示．O表示金原子核的位置，曲线ab和cd分别表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，其中能正确反映实验结果的是( )答案BD解析α粒子和原子核都带正电，α粒子离核越近所受斥力越大，偏转越大，C错，D正确；曲线运动的轨迹总是弯向受力的一侧，A 错，B正确．2．[α粒子散射现象分析]在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是( )A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子内是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中答案 A解析卢瑟福α粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，A正确，B错误．α粒子能接近原子核的机会很小，大多数α粒子都从核外的空间穿过，而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生改变．C 、D 的说法没错，但与题意不符． 考点二 玻尔理论的理解与计算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h ν＝E m －E n .(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． 4．氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级图(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：E n ＝1n2E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6 eV.②氢原子的半径公式：r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r 1＝0.53×10－10 m.例2 氢原子处于基态时，原子能量E 1＝－13.6 eV ，已知电子电量为e ，电子质量为m ，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r 1，已知氢原子各定态能量与基态能量之间关系为E n ＝E 1n2，式中n ＝2、3、4、5……(1)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，处于基态的氢原子核外电子运动的等效电流多大？(用K ，e ，r 1，m 表示) (2)若氢原子处于n ＝2的定态，求该氢原子的电离能．答案 (1)I ＝e 22πr 1kmr 1(2)3.4 eV 解析 (1)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力作向心力，有ke 2r 21＝4π2mr 1T2根据电流的定义I ＝e T 得I ＝e 22πr 1kmr 1(2)氢原子处于n ＝2的定态时能级为E 2＝E 14＝－3.4 eV ，要使处于n＝2的氢原子电离，需要吸收的能量值为3.4 eV ，即电离能为3.4 eV. 变式题组3．[能级跃迁的理解]用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的3条谱线，且ν3＞ν2＞ν1，则( )A ．ν0＜ν1B ．ν3＝ν2＋ν1C ．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.1ν1＝1ν2＋1ν3答案 B解析 大量氢原子跃迁时，只有3个频率的光谱，这说明是从n ＝3能级向低能级跃迁，根据能量守恒有h ν3＝h ν2＋h ν1，解得ν3＝ν2＋ν1，B正确．4．[能级跃迁的理解]如图3甲是氢原子的能级图，对于一群处于n ＝4的氢原子，下列说法中正确的是( )图3A．这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁B．这群氢原子能够发出6种不同频率的光C．这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eVD．从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光的波长最大答案BD解析处于n＝4激发态的大量氢原子跃迁时，最多发出的光子种数为C24＝6，发出光的能量越小，频率越低，波长越长．考点三原子核的衰变1．原子核的衰变(1)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：A Z X→A－4Z－2Y＋42Heβ衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e2．三种射线的成分和性质3.(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N 余＝N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m 余＝m 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N 余、m余表示衰变后的放射性元素的原子核数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，与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．例3 (1)232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成208 82Pb(铅)．以下说法中正确的是( ) A ．铅核比钍核少8个质子 B ．铅核比钍核少16个中子C ．共经过4次α衰变和6次β衰变D ．共经过6次α衰变和4次β衰变(2)约里奥－居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________．解析(1)设α衰变次数为x，β衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得232＝208＋4x90＝82＋2x－y解得x＝6，y＝4C错，D正确．铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A正确．铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B正确．(2)写出衰变方程30→3014Si＋0＋1e15P故这种粒子为0＋1e(正电子)答案(1)ABD (2)0＋1e变式题组5．[对原子核衰变的理解]2014年5月10日南京发生放射铱－192丢失事件，铱－192化学符号是Ir，原子序数是77，半衰期为74天，铱－192通过β衰变放出γ射线，γ射线可以穿透10～100 mm厚钢板．设衰变产生的新核用X表示，写出铱－192的衰变方程________；若现有1 g铱－192经过148天有________g铱－192发生衰变．答案19277Ir→19278X＋0－1e 0.756．[核反应实质的理解]原子核238 92U经放射性衰变①变为原子核234 90Th，继而经放射性衰变②变为原子核234 91Pa，再经放射性衰变③变为原子核234放射性衰变①、②和③依次为( )92U.A．α衰变、β衰变和β衰变B ．β衰变、α衰变和β衰变C ．β衰变、β衰变和α衰变D ．α衰变、β衰变和α衰变 答案 A 解析238 92U ――→①234 90Th ，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变.234 90Th ――→②234 91Pa ，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变．中子转化成质子，234 91Pa ――→③234 92U ，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子．故选A.1．衰变方程α衰变：A Z X →A －4Z －2Y ＋42He β衰变：A Z X → A Z ＋1Y ＋0－1e2．衰变实质α衰变：211H ＋210n →42He β衰变：10n →11H ＋0－1e3．衰变规律：电荷数守恒、质量数守恒． 4．衰变次数的计算若A Z X →A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e则A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m 解以上两式即可求出m 和n . 考点四 核反应类型及核反应方程(1)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表示反应方向，不能用等号连接．(2)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．(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．例4(1)现有三个核反应方程：①2411Na→2412Mg＋0－1e；②23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n；③21H＋31H→42He＋10n.下列说法正确的是( )A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变(2)现有四个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.235 92U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋0－1eD.42He＋94Be→12 6C＋10n①________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．②求B中X的质量数和中子数．解析(1)2411Na→2412Mg＋0－1e中Na核释放出β粒子，为β衰变.23592U＋10 n→14156Ba＋9236Kr＋310n为铀核在被中子轰击后，分裂成两个中等质量的核，为裂变．而21H＋31H→42He＋10n为聚变，故C正确．(2)①人工转变核反应方程的特点：箭头的左边是氦核与常见元素的原子核，箭头的右边也是常见元素的原子核．D是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的基本核反应方程，A 是聚变反应，是研究氢弹的基本核反应方程．②由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88.答案(1)C (2)①D B A ②144 88变式题组7．[核反应方程的书写]原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量．这几种反应的总效果可以表示为621H→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV由平衡条件可知( )A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3答案 B解析核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒，所以6×2＝4k＋d ＋2,6×1＝2k＋d，解得k＝2，d＝2，因此B正确．8．[核反应类型的判断]关于核衰变和核反应的类型，下列表述中正确的有( )A.23892U→23490Th＋42He 是α衰变B.147N＋42He→178O＋11H 是β衰变C.21H＋31H→42He＋10n 是轻核聚变D.8234Se→8236Kr＋20－1e 是重核裂变答案AC解析α衰变是放射出氦核的天然放射现象，A正确；β衰变是放射出电子的天然放射现象，而B是发现质子的原子核人工转变，故B 错；C是轻核的聚变，D是β衰变现象，故C正确，D错．考点五核力与核能的计算1．应用质能方程解题的流程图书写核反应方程→计算质量亏损Δm→利用ΔE＝Δmc2计算释放的核能(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．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．例5 铀核裂变有多种形式，其中一种的核反应方程是235 92U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋310n.( )(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量．(235 92U 、141 56Ba 、9236Kr 、10n 的质量分别为235.043 9 u 、140.913 9u 、91.897 3 u 、1.008 7 u 、1 u 相当于931 MeV)(2)1 kg 铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？它相当于燃烧多少煤释放的能量？(煤的热值为2.94×107 J/kg) 解析 (1)裂变反应的质量亏损为Δm ＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u ＝0.2153 u一个铀235原子核裂变后释放的能量为 ΔE ＝(0.215 3×931)MeV ≈200.4 MeV (2)1 kg 铀235中含原子核的个数为N ＝m M U N A ＝103235×6.02×1023≈2.56×1024 则1 kg 铀235原子核发生裂变时释放的总能量 ΔE N ＝N ΔE ＝(2.56×1024×200.4) MeV ≈5.13×1026 MeV 设q 为煤的热值，m 为煤的质量，有ΔE N ＝qm ，所以 m ＝ΔE N q ＝5.13×1026×106×1.6×10－192.94×107 kg ≈2 791.8 t答案 (1)200.4 MeV (2)5.13×1026 MeV 2791.8 t 变式题组9．[核能的计算]已知氦原子的质量为M He u ，电子的质量为m e u ，质子的质量为m p u ，中子的质量为m n u ，u 为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E ＝mc 2可知：1 u 对应于931.5 MeV 的能量，若取光速c ＝3×108 m/s ，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为( )A．[2(m p＋m n)－M He]×931.5 MeVB．[2(m p＋m n＋m e)－M He]×931.5 MeVC．[2(m p＋m n＋m e)－M He]·c2 JD．[2(m p＋m n)－M He]·c2 J答案 B解析核反应方程为211H＋210n→42He，质量亏损Δm＝2(m p＋m n)－(M He －2m e)＝2(m p＋m n＋m e)－M He，所以释放的能量为ΔE＝Δm×931.5 MeV ＝[2(m p＋m n＋m e)－M He]×931.5 MeV，选项B正确．10．[核能的计算]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：21H＋31H→42He＋x，式中x是某种粒子．已知：21H、31H、4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 2He7 u；1 u＝931.5 MeV/c2，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)．答案(1)10n(或中子) 17.6解析核反应方程必须满足质量数和电荷数守恒，可知x是10n(中子)．聚变前后质量亏损是：Δm＝(2.014 1＋3.016 1－4.002 6－1.008 7) u＝0.018 9 u释放能量ΔE＝Δmc2＝0.018 9×931.5 MeV≈17.6 MeV.高考模拟明确考向1．(2014·江苏·12C(2))氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤．它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是222 86Rn→218 84Po＋________.已知222 86Rn的半衰期约为3.8天，则约经过______天，16 g的222 86Rn衰变后还剩1 g.答案 42He 15.2解析 根据质量数、电荷数守恒得衰变方程为222 86Rn →218 84Po ＋42He.根据衰变规律m ＝m 0(12)tτ，代入数据解得t ＝15.2天．2．(2014·新课标Ⅰ·35(1))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 答案 BCD解析 自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A 错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B 、C 正确；α、β和γ三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项D 正确．3.(2013·江苏单科·12C(2))根据玻尔原子结构理论，氦离子(He ＋)的能级图如图4所示．电子处在n ＝3轨道上比处在n ＝5轨道上离氦核的距离________(选填“近”或“远”)．当大量He ＋处在n ＝4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有________条．图4 答案 近 6解析量子数小的轨道半径小，因此电子处在n＝3的轨道上比处在n＝5的轨道上离核近；能级跃迁发射的谱线条数为C2n＝C24＝6条．4．(2014·北京·14)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)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2答案 C解析由质能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确．5．图5为氢原子的能级图，已知可见光的光子的能量范围为1.62～3.11 eV，锌板的电子逸出功为 3.34 eV，那么对氢原子在能级跃迁的过程中辐射或吸收光子的特征认识正确的是________．图5A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板，一定不能产生光电效应现象B．用能量为11.0 eV的自由电子轰击，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C．处于n＝2能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线D．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离E ．用波长为60 nm 的伦琴射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子 答案 BDE解析 氢原子从高能级跃迁到基态发射的光子能量大于锌板的电子逸出功，锌板能发生光电效应，选项A 错误；用能量为11.0 eV 的自由电子轰击，可使处于基态的氢原子跃迁到n ＝2的激发态，选项B 正确；紫外线的最小能量为3.11 eV ，处于E 2＝－3.4 eV 能级的氢原子能吸收部分频率的紫外线，选项C 错误；处于n ＝3能级(E 3＝－1.51 eV)的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离，选项D 正确；波长为60 nm 的伦琴射线，能量E ＝hcλ＞13.6 eV ，用该伦琴射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子，选项E 正确． 练出高分 一、单项选择题1．(2013·福建理综·30(1))在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是( )答案 C解析 金箔中的原子核与α粒子都带正电，α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，A 、D 错；由原子核对α粒子的斥力作用及物体做曲线运动的条件知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方，B 错，C 对．2．如图1所示是某原子的能级图，a 、b 、c 为原子跃迁时所发出的三种波长的光．在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是( )图1答案 C解析根据玻尔的原子跃迁公式h cλ＝E m－E n可知，两个能级间的能量差值越大，辐射光的波长越短，从题图中可以看出，能量差值最大的是E3－E1，辐射光的波长a最短，能量差值最小的是E3－E2，辐射光的波长b最长，所以谱线从左向右的波长依次增大的顺序是a、c、b，C正确．3. 如图2所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是( )图2A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B ．由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级产生的光频率最小C ．由n ＝4能级跃迁到n ＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象D ．用n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV 的金属铂能发生光电效应 答案 D解析 这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C 24＝4×32＝6种光子，选项A 错误；由n ＝4能级跃迁到n ＝3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，选项B 错误；由n ＝4能级跃迁到n ＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，选项C 错误；从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV ，所以能使金属铂发生光电效应，选项D 正确．4．一个氘核和一个氚核经过反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一个γ光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m 1、m 2、m 3、m 4，普朗克常量为h ，真空中的光速为c .下列说法中正确的是( )A ．这个反应的核反应方程是21H ＋31H →42He ＋10n ＋γB ．这个反应既不是聚变反应也不是裂变反应C ．辐射出的γ光子的能量E ＝(m 3＋m 4－m 1－m 2)c 2D ．辐射出的γ光子的波长λ＝h (m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2答案 A解析 由电荷数守恒及质量数守恒可知A 正确．此反应是轻核聚变反应，B 错误．由质能方程知此过程中释放的核能为ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，C 错误．若此核能全部以光子的形式释放时，由ΔE ＝h cλ知γ光子的波长为λ＝h(m1＋m2－m3－m4)c，D错误．5．下列核反应方程及其表述中错误的是( )A.32He＋21H→42He＋11H是原子核的α衰变B.42He＋2713Al→3015P＋10n是原子核的人工转变C.2411Na→2412Mg＋0－1e是原子核的β衰变D.235 92U＋10n→9236Kr＋141 56Ba＋310n是重核的裂变反应答案 A解析32He＋21H→42He＋11H是聚变，不是原子核的α衰变；42He＋2713Al→3015 P＋10n为α粒子撞击铝核，是原子核的人工转变；2411Na→2412Mg＋0－1e，生成电子，是原子核的β衰变；235 92U＋10n→9236Kr＋141 56Ba＋310n是铀核的裂变反应．综上可知，选项A符合题意．6．太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(42He)的热核反应，核反应方程是411H→42He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是( )A．方程中的X表示中子(10n)B．方程中的X表示正电子(01e)C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－m3)c2答案 B解析核反应方程为411H→42He－201e，即X表示正电子，这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2－2m3，这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2，选项B正确．二、单项选择题7．关于原子结构，下列说法正确的是( )A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性C．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子D．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”答案AD解析玻尔提出的原子模型能很好地解释氢原子光谱的实验规律；卢瑟福核式结构模型不能解释原子的稳定性；卢瑟福的α粒子散射实验表明原子具有核式结构，否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”，故A、D正确，B、C错误．8．已知能使某种金属发生光电效应的光子的最小频率为ν0.一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光．下列说法正确的是( ) A．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0C．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案AB解析2ν0＞ν0，频率为2ν0的光能发生光电效应，选项A正确；由光电效应方程，有E km＝hν－W0，而W0＝hν0，用2ν0的光照射该金属时，产生的光电子的最大初动能为hν0，当照射光的频率ν＞ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能不一定增大一倍，选项B正确，选项D错误；金属的逸出功与光的频率无关，选项C错误．9．下列四幅图的有关说法中，正确的是( )．A ．若两球质量相等，碰后m 2的速度一定为vB ．射线甲是粒子流，具有很强的穿透能力C ．在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大D ．链式反应属于重核的裂变 答案 ACD 三、非选择题10．2011年3月11日日本福岛核电站发生核泄漏事故，其中铯137(13755Cs)对核辐射的影响大，其半衰期约为30年． (1)请写出铯137(13755Cs)发生β衰变的核反应方程________________[已知53号元素是碘(Ⅰ)，56号元素是钡(Ba)]． (2)若在该反应过程中释放的核能为E ，则该反应过程中的质量亏损为________(真空中的光速为c )．(3)泄漏出的铯137要到约公元________年才会有87.5%的原子核发生衰变．答案 (1)137 55Cs →137 56Ba ＋ 0－1e (2)Ec2 (3)2101解析 (1)铯137(137 55Cs)发生β衰变的核反应方程为137 55Cs →137 56Ba ＋ 0－1e.(2)由爱因斯坦的质能方程得ΔE ＝Δmc 2可知，该反应过程中的质量亏损为E c2.(3)泄漏出的铯137有87.5%的原子核发生衰变，还剩12.5%，设衰变的时间为t ，则⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ＝18，因半衰期τ＝30年，则t ＝90年，即要到约公元2101年．11．两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：21H＋21H→31H＋11H.已知氘核的质量为2.013 6 u，氚核的质量为3.015 6 u，氕核的质量为1.007 3 u,1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV.(1)此核反应中放出的能量ΔE为多少兆电子伏特？(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氕核所具有的动能为多少兆电子伏特？答案(1)4.005 MeV (2)4.5 MeV解析(1)由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(2×2.013 6 u－3.015 6 u－1.007 3 u)×931.5 MeV≈4.005 MeV.(2)相互作用过程中动量守恒，设新生核的动量大小分别为p1、p2，则p1＝p2＝pE k m1＝12m1v21＝p22m1E k m2＝12m2v22＝p22m2由能量守恒定律，有2E k＋ΔE＝E k m1＋E k m2解得E k m2≈4.5 MeV.12．某些建筑材料可产生放射性气体—氡，氡可以发生α或β衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么氡会经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出大量的射线，从而危害人体健康．原来静止的氡核(222 86Rn)发生一次α衰变生成新核钋(Po)，并放出一个能量E0＝0.09 MeV的光子．已知放出的α粒子动能Eα＝5.55 MeV；忽略放出光子的动量，但考虑其能量；1 u相当于931.5 MeV.(1)写出衰变的核反应方程．(2)衰变过程中总的质量亏损为多少？(结果保留三位有效数字)答案 (1)222 86Rn →218 84Po ＋42He ＋γ(2)0.006 16u解析 (1)发生α衰变，方程为222 86Rn →218 84Po ＋42He ＋γ.(2)忽略光子的动量，由动量守恒定律，有0＝p α－p Po又E k ＝p 22m新核钋的动能E Po ＝4218E α由题意知，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核钋、α粒子的动能形式出现，衰变时释放出的总能量 ΔE ＝E α＋E P O ＋E 0＝Δmc 2则衰变过程中总的质量亏损Δm ＝0.006 16 u.13．(1)钚的一种同位素23994Pu 衰变时释放巨大能量，如图3所示，其衰变方程为239 94Pu →235 92U ＋42He ＋γ，则( )图3A ．核燃料总是利用比结合能小的核B ．核反应中γ的能量就是239 94Pu 的结合能 C. 235 92U 核比239 94Pu 核更稳定，说明235 92U 的结合能大D ．由于衰变时释放巨大能量，所以239 94Pu 比235 92U 的比结合能小(2)如图4为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n ＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光子照射逸出功为2.49 eV 的金属钠，金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为________．图4(3)用速度大小为v 的中子轰击静止的锂核(63Li)，发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8.中子的质量为m ，质子的质量可近似看做m ，光速为c . ①写出核反应过程；②求氚核和α粒子的速度大小；③若中子的初动能以及核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求质量亏损．答案 (1)AD (2)9.60 eV (3)①10n ＋63Li →31H ＋42He ②711v811v ③141mv 2121c 2。