教育最新K122019年高考物理一轮复习课时分层集训34核反应和核能新人教版

第二节核反应和核能知识点1原子核的组成放射性及放射性同位素1．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．质子带正电，中子不带电．(2)基本关系①核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．(3)X元素的原子核的符号为A Z X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．2．天然放射现象(1)天然放射现象：元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线．3．放射性同位素的应用与防护(1)同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子核．(2)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．(3)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等．(4)防护：防止放射性对人体组织的伤害．易错判断(1)原子核是由质子、中子、电子组成的．(×)(2)α射线、β射线、γ射线的组成是三种不同的粒子．(×)(3)α、β、γ三种射线中，α射线的电离作用最强．(√)知识点2原子核的衰变、半衰期1．原子核的衰变(1)定义：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化．(2)分类：α衰变：A Z X→A－4Y＋42HeZ－2β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1eγ辐射：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．(3)两个典型的衰变方程：①α衰变：23892U→23490Th＋42He；②β衰变：23490Th→23491Pa＋0－1e.2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．易错判断(1)半衰期与温度无关．(√)(2)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．(×)(3)所有元素都可以发生衰变．(×)知识点3核力核反应和核能1．核力(1)定义：原子核内部核子间特有的相互作用力．(2)核力的特点：①是强相互作用的一种表现；②是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内；③每个核子只能与其相邻的核子发生核力作用．2．结合能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能，也称核能．3．比结合能(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能．(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．4．质能方程、质量亏损：爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.5．核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．6．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：235U＋10n―→8936Kr＋14456Ba＋310n.92(3)链式反应：由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、慢化剂、镉棒、防护层．7．轻核聚变(1)定义：两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：2H＋31H―→42He＋10n＋17.6 MeV1易错判断(1)重核裂变和轻核聚变都能释放核能．(√)(2)核反应中质量数守恒，故没有质量亏损．(×)(3)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量．(×)[教材习题回访]考查点：影响衰变的因素1．(粤教版选修3－5P97T2)用哪种方法可以减缓放射性元素的衰变速率？() A．把该元素放在低温阴凉处B．把该元素密封在很厚的铅盒子里C．把该元素同其他的稳定元素结合成化合物D．上述各种方法都无法减缓放射性元素的衰变速率[答案]D考查点：半衰期的计算2．(沪科版选修3－5P75T4改编)已知铋-210的半衰期是5.0天，8 g铋-210经20天后还剩下()A．1 g B．0.2 gC．0.4 g D．0.5 g[答案]D考查点：核反应方程及类型3．(粤教版选修3－5P97T3)(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的是()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考查点：比结合能的计算4．(人教版选修3－5P81例题改编)(多选)已知中子的质量是m n＝1.674 9×10－27 kg，质子的质量是m p＝1.672 6×10－27 kg，氘核的质量是m D＝3.343 6×10－27 kg，则氘核的比结合能为()A．3.51×10－13 J B．1.10 MeVC．1.76×10－13 J D．2.19 MeV[答案] BC1．α衰变、β衰变的比较若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 . 4．对半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核，无半衰期可言．(2)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．[题组通关]1．(2017·全国Ⅱ卷)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→23490Th＋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B[衰变过程遵守动量守恒定律，故选项A错，选项B对．根据半衰期的定义，可知选项C错．α衰变释放核能，有质量亏损，故选项D错．]2.实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图所示，则()A．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里D[根据动量守恒定律，原子核发生β衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p.根据q v B＝m v 2r ，得轨道半径r＝m vqB＝pqB，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的，轨迹2是新核的．根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里．选项D正确．]3．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 为( ) A ．30∶31 B ．31∶30 C ．1∶2 D ．2∶1 C [由m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ有m A ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12204m 0，m B ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12205m 0，得m A ∶m B ＝1∶2.C 正确．]氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天.20克氡222经7.6天后还剩下( ) A ．10 g B ．5 g C ．2.5 g D ．1.25 gB [设发生衰变的原子的质量为m 0，经过t 时间后，剩余的质量为m ，则 m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ＝20×⎝ ⎛⎭⎪⎫127.63.8 g ＝5 g ．故B 正确．](1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10n)，α粒子(42He)、β粒子( 0－1e)、正电子( 0＋1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“―→”表示反应方向． [题组通关]4. 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( )A.21H ＋31H →42He ＋10nB.14 7N ＋42He →17 8O ＋11HC.42He ＋2713Al →3015P ＋10nD.235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310nA [A 对：两个轻核结合成质量较大的原子核．B 错：原子核的人工转变．C 错：原子核的人工转变．D 错：重核裂变．]5．(多选)一静止的铝原子核2713Al 俘获一速度为1.0×107m/s 的质子p 后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是()A．核反应方程为p＋2713Al→2814Si*B．核反应过程中系统动量守恒C．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和D．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致ABD[核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p＋2713 Al→2814Si*，说法A正确．核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，说法B 正确．核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，说法C错误．根据动量守恒定律有m p v p＝m Si v Si，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，说法D正确．]6．放射性元素钋(21084Po)发生衰变时，会产生42He和一种未知粒子，并放出γ射线，其核反应方程为21084Po→y82X＋42He＋γ.下列说法正确的是()A．42He的穿透能力比γ射线强B．y＝206C．X核的中子个数为126D．这种核反应为β衰变B[42He的穿透能力比γ射线弱，选项A错误；y＝210－4＝206，选项B 正确；X核的中子个数为206－82＝124，选项C错误；题中的核反应为α衰变，选项D错误．](多选)下列说法正确的是()A.157N＋11H→126C＋42He是α衰变方程B.11H＋21H→32He＋γ是核聚变反应方程C.23892U→23490Th＋42He是核裂变反应方程D.42He＋2713Al→3015P＋10n是原子核的人工转变方程BD[核反应类型分四种，核反应的方程特点各有不同．衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子．聚变方程的左边是两个轻核，右边是中等原子核．裂变方程的左边是重核与中子，右边是中等原子核．人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核，右边也是常见元素的原子核，由此可知B、D正确．]1．对质能方程的理解(1)方程E＝mc2的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2.(3)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＝Δmc2.2．核能的计算方法(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931.5MeV 的能量，所以计算时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．[题组通关]7．(2017·全国Ⅰ卷)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 MeVC．2.7 MeV D．0.93 MeVB[在核反应方程21H＋21H→32He＋10n中，反应前物质的质量m1＝2×2.013 6 u＝4．027 2 u，反应后物质的质量m2＝3.015 0 u＋1.008 7 u＝4.023 7 u，质量亏损Δm＝m1－m2＝0.003 5 u.则氘核聚变释放的核能为E＝931×0.003 5 MeV≈3.3 MeV，选项B正确．]8. (多选)原子核的比结合能曲线如图12-2-3所示．根据该曲线，下列判断正确的有()A.42He核的结合能约为14 MeVB.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BC[42He核有4个核子，由比结合能图线可知，42He核的结合能约为28 MeV，A错．比结合能越大，原子核越稳定，B对．两个21H核结合成42He核时，核子的比结合能变大，结合时要放出能量，C 对．由比结合能图线知，23592U核中核子平均结合能比8936Kr核中的小，D错．] 9．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量．(1)放射性原子核用A Z X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程．(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小．(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm.[解析](1)A Z X→A－4Z－2Y＋42He.(2)设α粒子的速度大小为v，由q v B＝m v 2R，T＝2πR v，得α粒子在磁场中运动周期T＝2πm qB环形电流大小I＝qT ＝q2B 2πm.(3)由q v B＝m v2 R ，得v＝qBRm设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒M v′－m v＝0v′＝m vM＝qBRM由Δmc2＝12M v′2＋12m v2得Δm＝(M＋m)(qBR)22mMc2说明：若利用M＝A－44m解答，亦可．[答案](1)A Z X →A －4Z －2Y ＋42He (2)2πm qB q 2B 2πm (3)(M ＋m )(qBR )22mMc 2 (2)在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示．。

课时规范练44 原子核及核反应基础对点练1.(质能方程应用)(湖北适应性测试)用经过粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核,生成两个动能均为8.919 MeV的α粒子(24He),其核反应方程式为11H+37Li→24He+24He。

已知质子质量为1.007 825 u, 锂原子核的质量为7.016 004 u,α粒子的质量为4.002 60 u,1 u相当于931 MeV。

若核反应释放的能量全部转化为α粒子的动能,则入射质子的动能约为( )A.0.5 MeVB.8.4 MeVC.8.9 MeVD.17.3 MeV2.(衰变、结合能、半衰期、玻尔理论)下列说法正确的是( )B.结合能越大,原子中核子结合得越牢固,原子核越稳定C.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关D.根据玻尔理论,氢原子核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能减小,电势能增大3.(核反应方程)1919年,卢瑟福用氦核轰击氮原子核,发现产生了另一种元素,该核反应方程可写为 24He +714N→ 8m =16,n=1 B.m=17,n=1C.m=16,n=0D.m=17,n=04.(多选)(聚变反应)“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。

11月,有“人造太阳”之称的东方超环实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破,获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件,朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步,已知“人造太阳”核聚变的反应方程为12H+13H →24He +Z M eV,关于此核聚变,以下说法正确的是( )A.要使轻核发生聚变,就要利用粒子加速器,使轻核拥有很大的动能B.Z=0,M=1C.1 mol 氘核和1 mol 氚核发生核聚变,可以放出17.6 MeV 的能量D.聚变比裂变更安全、清洁5.(衰变)94238Pu 衰变为 92234U 释放能量。

(对应学生用书第223页)[知识结构导图][导图填充]①hν ②hν－W 0 ③n 2r 1 ④E 1n 2 ⑤E m －E n ⑥42He ⑦ 0－1e ⑧17 8O⑨12 6C ⑩mc 2 ⑪Δmc 2[思想方法]1．模型法2．图象法3．假设法[高考热点]1．光电效应规律的理解与应用．2．核衰变及核能的计算．3．核反应方程及核反应的类型．高考热点1|半衰期的计算1．半衰期是指原子核有半数发生衰变所经历的时间，它是由原子核内部因素决定的，与外界环境无关，由n ＝N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ可进行有关计算． 2．半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半．3．要理解半衰期公式中各物理量的含义，在公式n ＝N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ中，n 、m 分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数量和质量．测得某矿石中铀、铅质量比为1.16∶1，假设开始时矿石只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206.已知铀238的半衰期是4.5×109年，矿石的年龄为________年．[解析] 设开始时矿石中铀238的质量为m 0，经n 个半衰期后，剩余铀的质量为m 余，则m 余＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ，衰变掉的铀为m 0－m 余＝m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ，一个铀核衰变成一个铅核，设生成铅的质量为m ，则＝238206，得m ＝206238m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ，根据题意有m 余m ＝1.161，即m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 206238m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ＝1.161 解得n ＝1，即t ＝τ＝4.5×109年．[答案] 4.5×109[突破训练]1．两个放射性元素样品A 和B ，质量均为64 g ，当A 有1516的原子核发生衰变时，B 恰好有6364的原子核发生了衰变，则A 和B 的半衰期之比τA ：τB ＝________；若经过36天样品A 剩下的质量为1 g ，则样品B 的半衰期为________，样品B 剩下的质量为________．[解析] 由半衰期的定义可知N ＝N 0(12)t τ，由题意知t τA ＝4，t τB＝6，所以A和B 的半衰期之比τA ∶τB ＝3∶2；同理，由m ＝m 0(12)t ′τA 知t A ＝6天，所以τB ＝4天，此时样品B 剩下的质量为64×(12)9 g ＝18 g.[答案] 3∶2 4天 18 g高考热点2|核反应方程的理解和种类1．核反应方程应注意以下几点：(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有的还要考虑能量守恒定律(如裂变和聚变方程常含能量项)．(2)核反应方程中的箭头(→)表示反应进行的方向，不能把箭头写成等号．(3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造．2．核反应类型有：衰变、人工转变、裂变、轻核聚变用中子轰击氧原子核的核反应方程式为16 8O ＋10n ―→a 7N ＋0b X ，对式中X 、a 、b 的判断正确的是( )A ．X 代表中子，a ＝17，b ＝1B ．X 代表正电子，a ＝17，b ＝－1C ．X 代表正电子，a ＝17，b ＝1D ．X 代表质子，a ＝17，b ＝1C [根据质量数、电荷数守恒可知a ＝17，b ＝8＋0－7＝1，因此X 可表示为0＋1e ，即正电子，故C 项正确，A 、B 、D 项错．][突破训练]2．现有三个核反应：①2411Na →2412Mg ＋0－1e②235 92U ＋10n ―→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n③21H ＋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C [原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应①；原子核的人工转变是指在其它粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反应②；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应③；综上所述，C 项正确．]高考热点3|氢原子跃迁的分析1．氢原子的能级公式和轨道公式设基态轨道的半径为r 1，量子数为n 的激发态轨道半径为r n ，则有：r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3…)设基态能量为E 1，量子数为n 的激发态能量为E n ，则有：E n ＝E 1n 2(n ＝1,2,3…)对于氢原子而言，r 1＝0.53×10－10 m ，E 1＝－13.6 eV2．量子数为n 的氢原子辐射光子数的判定方法如果是一个氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为(n －1)种；如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为C 2n 种．(多选)氢原子能级如图12-1所示，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12-1A ．氢原子从n ＝2跃迁到n ＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB ．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CD [氢原子从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级时，辐射光的波长小于656 nm ，选项A 错误．一群处于n ＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可能辐射出的光谱线条数为3条，C选项正确．根据当原子跃迁时，其光子能量必须等于两个能级的能量差可知，B选项错误，D选项正确．][突破训练]3．(多选)(2018·安徽师大附中二模)已知氢原子的基态能量为E1，n＝2、3能级所对应的能量分别为E2和E3，大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，依据玻尔理论，下列说法正确的是()【导学号：84370500】A．产生的光子的最大频率为E3－E2hB．当氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时，对应的电子的轨道半径变小，能量也变小C．若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为E3－E2D．若要使处于能级n＝3的氢原子电离，可以采用两种方法：一是用能量为－E3的电子撞击氢原子，二是用能量为－E3的光子照射氢原子BC[大量处于能级n＝3的氢原子向低能级跃迁能产生3种不同频率的光子，产生光子的最大频率为E3－E1h；当氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时，能量减小，电子离原子核更近，电子轨道半径变小；若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，由光电效应方程可知，该金属的逸出功恰好等于E2－E1，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照射该金属时，逸出光电子的最大初动能为E3－E1－(E2－E1)＝E3－E2；电子是有质量的，撞击氢原子是发生弹性碰撞，由于电子和氢原子质量不同，故电子不能把－E3的能量完全传递给氢原子，因此不能使氢原子完全电离，而光子的能量可以完全被氢原子吸收．综上所述，B、C正确．]。

课时分层集训(三十四) 核反响与核能(限时：40分钟)[根底对点练]原子核衰变及半衰期1．以下说法中正确是( )A．质子与中子结合成氘核过程中需要吸收能量B.22688Ra(镭)衰变为22286Rn(氡)要经过1次α衰变与1次β衰变C．β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后而形成电子流D．放射性元素半衰期是指大量该元素原子核中有半数发生衰变所需要时间D[质子与中子结合成氘核，需放出能量，A错误．根据质量数、电荷数守恒判断，只发生一次α衰变，B错误；β射线是原子核发生β衰变形成，是原子核中放出电子，C错误；根据半衰期概念，D正确．]2．(2021·吉林模拟)以下说法正确是( )A．原子核结合能是组成原子核所有核子能量总与B．在所有核反响中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒〞规律C．在天然放射现象中放出β射线就是电子流，该电子是原子内层电子受激发后辐射出来D．镭226衰变为氡222半衰期为1 620年，也就是说，100个镭226核经过1 620年后一定还剩下50个镭226没有发生衰变B[原子核结合能是组成原子核所有核子结合成原子核时释放出来能量，选项A错误；在所有核反响中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒〞规律，选项B正确；在天然放射现象中放出β射线就是电子流，该电子是原子核内中子转化成质子与电子，从原子核中辐射出来，选项C错误；半衰期是对大量原子核衰变统计规律，少量原子核衰变不能运用半衰期统计规律，所以选项D错误．]3. (2021·济南模拟)自然界存在放射性元素原子核并非只发生一次衰变就到达稳定状态，而是要发生一系列连续衰变，最终到达稳定状态．某些原子核衰变情况如图12­2­4所示(N表示中子数，Z表示质子数)，那么以下说法正确是( )图12­2­4A．由228 88Ra到228 89Ac衰变是α衰变B．228 88Ra半衰期是T，那么8个228 88Ra原子核经过2T时间后还剩2个C．从228 90Th到208 82Pb共发生5次α衰变与2次β衰变D．图中发生α衰变与β衰变分别只能产生α与β射线C[由题图可知，228 88Ra衰变后新原子核为228 89Ac，新原子核质子数比Ra多1个，所以是β衰变，选项A错误；原子核半衰期是对大量原子核行为做出统计预测，对于单个微观事件是不可预测，选项B 错误；由质量数与电荷数守恒知，从228 90Th 到208 82Pb 共发生5次α衰变与2次β衰变，选项C 正确；γ射线经常是伴随α射线与β射线产生，选项D 错误．]4.研究放射性元素射线性质实验装置如图12­2­5所示．两块平行放置金属板A 、B 分别与电源两极a 、b 连接，放射源发出射线从其上方小孔向外射出．那么( )图12­2­5A ．a 为电源正极，到达A 板为α射线B ．a 为电源正极，到达A 板为β射线C ．a 为电源负极，到达A 板为α射线D ．a 为电源负极，到达A 板为β射线B [从题图可以看出，到达两极板粒子做类平抛运动，到达A 极板粒子在初速度方向位移小于到达B 极板粒子在初速度方向位移，粒子在初速度方向做匀速直线运动，那么根据公式x ＝v 0t ＝v 0md 2qU，两个粒子初速度v 0相差不大，两极板间电压U 一样，放射源与两极板距离d 2也一样，而电子m q小得多，所以电子在初速度方向位移小，故到达A 极板是β射线，A 极板带正电，a 为电源正极，应选项B 正确．](多项选择)(2021·南通模拟)钍234 90Th 具有放射性，它能放出一个新粒子而变为镤234 91Pa ，同时伴随有γ射线产生，其方程为234 90Th→234 91Pa ＋X ，钍半衰期为24天．那么以下说法中正确是( )A．X为质子B．X是钍核中一个中子转化成一个质子时产生C．γ射线是镤原子核放出D．1 g钍234 90Th经过120天后还剩0.312 5 gBC[根据电荷数与质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X为电子，故A错误；发生β衰变时释放电子是由核内一个中子转化成一个质子同时产生，故B正确；γ射线是镤原子核放出，故C正确；钍半衰期为24天，1 g钍234 90Th经过120天即经过5个半衰期，故经过120天后还剩0.031 25 g，故D错误．]核反响方程5．如图12­2­6所示为查德威克发现中子实验示意图，利用钋(210 84Po)衰变放出α粒子轰击铍(94Be)，产生粒子P能将石蜡中质子打出来．以下说法正确是( )图12­2­6A．α粒子是氦原子B．粒子Q穿透能力比粒子P强C．钋α衰变方程为210 84Po→208 82Pb＋42HeD．α粒子轰击铍核反响方程为42He＋94Be→12 6C＋10nD[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，当质子射入物体时，受到库仑力作用会阻碍质子运动，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是206 82Pb，并非208 82Pb，选项C错误；42He＋94Be→126C＋10n是查德威克发现中子核反响方程，选项D正确．]6．(2021·淮北模拟)铀是常用一种核燃料，假设它原子核发生了如下裂变反响：23592U＋10n→a＋b＋210n，那么a＋b可能是( )A.14156Ba＋9236KrB.14054Xe＋9438SrC.14156Ba＋9338SrD.14054Xe＋9336KrB[核反响过程中遵循质量数守恒与电荷数都守恒，A质量数不守恒，B质量数与电荷数都守恒，C电荷数不守恒，D质量数与电荷数都不守恒，故B正确．]7．原子核聚变可望给人类未来提供丰富干净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与几种聚变反响可能发生，放出能量．这几种反响总效果可以表示为621H―→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV由平衡条件可知( )【导学号：84370497】A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3B[核反响根本规律是质量数与电荷数守恒，所以6×2＝4k ＋d＋2,6×1＝2k＋d，解得k＝2，d＝2，因此B选项正确．] 8．(2021·江苏高考)贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核放射性在众多领域中有着广泛应用．以下属于放射性衰变是( )A.146C→147N＋0－1eB.235 92U＋10n→139 53I＋9539Y＋210nC.21H＋31H→42He＋10nD.42He＋2713Al→3015P＋10nA[放射性元素自发地放出射线现象叫天然放射现象．A选项为β衰变方程，B选项为重核裂变方程，C选项为轻核聚变方程，D选项为原子核人工转变方程，应选A.]核能理解与计算9．(2021·太原模拟)以下说法正确是( )A．组成原子核核子越多，它结合能越高，比结合能越大B．核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，这局部能量就是原子核结合能C．原子核比结合能越大，原子核中核子结合得越结实，原子核越稳定D．原子核质量大于组成它核子质量之与C[组成原子核核子越多，它结合能越高，但是结合能与核子数比值即原子核比结合能不一定越大，但比结合能越大，原子核中核子结合得越结实，原子核越稳定，A错误，C正确；自由核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，而原子核结合能是指把核子分开所需要能量，故B错误；发生核反响时，存在质量亏损，原子核质量小于组成它核子质量之与，D错误．] 10．“超导托卡马克〞(英名称：EAST，俗称“人造太阳〞)是我国自行研制可控热核反响实验装置．设该实验反响前氘核(21H)质量为m1，氚核(31H)质量为m2，反响后氦核(42He)质量为m3，中子(10 n)质量为m4，光速为c.以下说法中不正确是( )A．这种装置中发生核反响方程式是21H＋31H→42He＋10nB．由核反响过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．核反响放出能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置核反响原理不一样B[可控热核反响装置中发生核反响方程式是21H＋31H→42He＋n，故A 正确；核反响过程中质量数守恒，但质量不守恒，核1反响过程中存在质量亏损，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B错误；核反响过程中质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4，释放核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；这种装置核反响是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们核反响原理不一样，故D正确．]11．氦原子质量为M He u，电子质量为m e u，质子质量为m p u，中子质量为m n u，u为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知：1 u对应于931.5 MeV能量，假设取光速c＝3×108 m/s，那么两个质子与两个中子聚变成一个氦核，释放能量为( )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 ]×c 2 JD ．[2×(m p ＋m n )－M He ]×c 2 JB [核反响方程为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．][考点综合练]12．现代科学开展极大地促进了人们对原子、原子核认识，以下有关原子、原子核表达正确是( )【导学号：84370498】A ．卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂构造B ．天然放射现象说明原子核内部有电子C ．轻核聚变反响方程有：21H ＋31H→42He ＋10nD ．氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级与从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级，前者跃迁辐射出光子波长比后者长C [卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子核式构造模型，天然放射现象说明原子核内部具有复杂构造，A 、B 错误；轻核聚变方程电荷数守恒、质量数守恒，C 正确；氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级放出光子能量比从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级大，由公式E ＝hc λ，可知前者跃迁辐射出光子波长比后者短，D错误．]13．(多项选择)(2021·扬州模拟)科学家使用核反响获取氚，再利用氘与氚核反响获得能量．核反响方程分别为：X＋Y→42He＋31H＋4.9 MeV与21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV.以下表述正确有( )A．X是中子B．Y质子数是3，中子数是6C．两个核反响都没有质量亏损D．氘与氚核反响是核聚变反响AD[在该核反响中，21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV，根据电荷数守恒、质量数守恒，那么X电荷数为0，质量数为1，可知X是中子，故A正确．在X＋Y→42He＋31H＋4.9 MeV中，根据电荷数守恒、质量数守恒，Y电荷数为3，质量数为6，那么Y质子数为3，中子数为3，故B错误．两个核反响都释放能量，都有质量亏损，故C错误．两核反响均为核聚变反响，故D正确．]14．钚放射性同位素239 94Pu静止时衰变为铀核激发态235 92U*与α粒子，而铀核激发态235 92U*立即衰变为铀核235 92U，并放出能量为0.097 MeV γ光子．：239 94Pu、235 92U与α粒子质量分别为m Pu＝239.0521 u、m U＝235.043 9 u与mα＝4.002 6 u,1 u c2＝931.5 MeV .(1)写出衰变方程；(2)衰变放出光子动量可忽略，求α粒子动能.【导学号：84370499】[解析](1)衰变方程为23994Pu―→235 92U*＋42He，235 92U*―→235 92U＋γ.或两式合并为23994Pu―→235 92U＋42He＋γ.(2)上述衰变过程质量亏损为Δm＝m Pu－m U－mα，由质能方程得ΔE＝Δmc2由能量守恒得ΔE＝E kU＋E kα＋Eγ设衰变后铀核与α粒子速度分别为v U与vα，那么由动量守恒定律得m U v U＝mαvα又E kU＝12m U v2U，E kα＝12mαv2α联立解得E kα＝m Um U＋mα[(m Pu－m U－mα)c2－Eγ]，代入题给数据得E kα＝5.034 MeV.[答案](1)239 94Pu―→235 92U＋42He＋γ(2)5.034 MeV15．在匀强磁场中，一个原来静止原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆径迹照片，如图12­2­7所示，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝44∶1，求：图12­2­7(1)这个原子核原来所含质子数是多少？(2)图中哪一个是α粒子径迹？第 11 页 [解析](1)设衰变后新核带电荷量为q x ，α粒子带电荷量为q α＝2e ，它们质量分别为m x 与m α，衰变后速度分别为v x 与v α，所以原来原子核带电荷量(即质子数)q ＝q x ＋q α(或Z ＝Z x ＋Z α) ①根据轨道半径公式r ＝mv qB 可知，在同一磁场中γ∝mv q，所以q x ∶q α＝(m x v x r x )∶(m αv αr α) ②又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，即m x v x ＝m αv α ③解②与③式，得：q x ∶q α＝r α∶r xq x ＝(r α∶r x )×q α＝88e ，(只能是r α∶r x ＝44∶1，否那么q x ＝e 22无意义)．代入①式得：q ＝90e ，Z ＝90. (2)由于轨道半径与粒子带电量(在此题中)成反比，所以圆轨道1是α粒子径迹，圆轨道2是新核径迹，两者电性一样，运动方向相反．[答案](1)90 (2)1。

第3讲核反应和核能关于天然放射现象的理解三种射线的基本特征α衰变和β衰变的规律半衰期的相关计算基本公式应用核反应方程的书写质量数守恒、电荷数守恒核能核能的理解核能的相关计算天然放射现象和衰变1．天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线．2．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Z－2Y＋42Heα衰变：A Z X→A4－1eZ＋1Y＋0β衰变：A Z X→A(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．核反应和核能1．核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．2．核能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．3．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.1．(多选)(2014·甘肃省五市联考)关于核电站和核辐射，下列说法中正确的是( )A．核反应堆发生的是轻核聚变反应B．核反应堆发生的是重核裂变反应C ．放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关D ．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关【解析】 核反应堆发生的是重核裂变反应，选项A 错误，B 正确；放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关，选项C 正确，D 错误．【答案】 BC2．(多选)“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风，下列有关原子弹和氢弹的说法正确的是( )A ．原子弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式 21H ＋31H→42He ＋10nB ．原子弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式235 92U ＋10n→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010nC ．氢弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式21H ＋31H→42He ＋10nD ．氢弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式235 92 U ＋10n→9038Sr ＋135 54Xe ＋1010n【解析】 本题考查的是对原子弹和氢弹的原理的认识，原子弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式235 92U ＋10n→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n ；氢弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式21H ＋31H→42He ＋10n ；B 、C 正确，A 、D 错误．【答案】 BC3．(2013·江苏四校联考)238 92U 发生衰变有多种可能性．其中的一种可能是238 92U 先衰变成210 83Bi ，再经一次衰变变成210 aX(X 代表某种元素)，或再经一次衰变变成b 81Ti ，210 aX 和b 81Ti 最后都衰变成206 82Pb ，衰变路径如图所示，则由图可知：①②③④四个过程中________是α衰变；________是β衰变．238 92U210 83Bi ――→① 210 aX ――→ ③206 82Pb ――→② b 81Ti ――→ ④【解析】 ②③放出的粒子质量数减少4，是α衰变；①④放出的粒子质量数不变，是β衰变．【答案】 ②③ ①④4．放射性同位素C 被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的14 6C ，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年．试写出此核反应方程．(2)若测得一古生物遗骸中的14 6C 含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？【解析】 (1)核反应方程： 14 7N ＋10n→14 6C ＋1H 14 6C→14 7N ＋01e(2)活体中的14 6C 含量不变，生物死亡后，遗骸中的14 6C 按其半衰期变化，设活体中14 6C 的含量为N0，遗骸中的14 6C 含量为N ，由半衰期的定义得：N ＝(12)t τN0即(0.2512)t τ所以t τ＝“2”t＝2T ＝11 460年． 【答案】 (1)见解析 (2)11 460年衰变和半衰期衰变类型α衰变 β衰变 衰变方程A Z X→A 4Z －2Y ＋42He AZX→ A Z ＋1Y ＋ 0－1e 衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体抛射出 中子转化为质子和电子 211H ＋210n→42He 10n→1H ＋ 0－1e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N 余＝N 原(12)t/τ，m 余＝m 原(12)t/τ 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 余表示衰变后尚未发生衰变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，跟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．(2013·上海高考)在一个238 92U 原子核衰变为一个206 82Pb 原子核的过程中，发生β衰变的次数为( )A ．6次B ．10次C ．22次D ．32次【审题指导】 在发生核反应时，质量数守恒，电荷数守恒．【解析】 一个238 92U 原子核衰变为一个206 82Pb 原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A 正确．【答案】 A【迁移应用】1．(多选)关于天然放射现象，以下叙述正确的是( )A ．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小B. β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的C ．在 α、β、 γ这三种射线中， γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强D ．铀核( 238 92U)衰变为铅核(206 82Pb)的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变【答案】 BC核反应方程的书写类型可控性 核反应方程典例 衰变α衰变 自发 238 92U→234 90Th ＋42He β衰变 自发 234 90Th→234 91Pa ＋ 0－1e人工 控制 14 7N ＋42He→17 8O ＋1H (卢瑟福发现质子)人工转变42He＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n 约里奥—居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子3015P→3014Si＋0＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n轻核聚变23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n目前无法控制21H＋31H→42He＋10n(2013·新课标全国卷Ⅰ)一质子束入射到静止靶核2713Al上，产生如下核反应：p＋2713Al→X＋n式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为__________，中子数为________．【审题指导】根据核反应前后电荷数和质量数守恒确定新核X的质子数和中子数．【解析】p为1H，n为10n，则Z A X中A＝1＋13－0＝14，Z＝27＋1－1＝27，则中子数为Z－A＝27－14＝13.【答案】14 13错误!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.【迁移应用】2．现有四个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.23592U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋0－1eD.42He＋94Be→126C＋10n(1)________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)人工转变方程的特点是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，是研究原子弹的核反应方程．A 是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程．(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)D B A(2)质量数为144，中子数为88 核能的产生和计算1.获得核能的途径(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程．重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能．为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积．(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应．2．核能的计算方法(1)应用ΔE＝Δmc2：先计算质量亏损Δm，注意Δm 的单位1 u ＝1.66×10－27 kg,1 u 相当于931.5 MeV 的能量，u 是原子质量单位．(2)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能．(2013·济南外国语学校模拟)太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(1)写出这个核反应方程；(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少？(4)若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年．(太阳质量M ＝2×1030 kg，mp ＝1.007 3 u ，mHe ＝4.001 5 u ，me ＝0.000 55 u)【解析】 (1) 411H→42He ＋201e.(2)Δm＝4×1.007 3 u－(4.001 5＋2×0.000 55) u＝0.026 6 uΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV＝24.78 MeV ＝4×10－12 J.(3)太阳每秒钟释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒钟减少的质量为Δm＝ΔE c2＝3.8×10263×1082kg ＝0.4×1010 kg. (4)太阳的质量为2×1030 kg，太阳还能存在的时间为t ＝ΔM Δm ＝2×1030×3×10－40.4×1010s ＝15×1016 s＝5×109(年) 【答案】 (1)见解析 (2)4×10－12 J (3)0.4×1010 kg(4)5×109年【迁移应用】3．为确定爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2的正确性，设计了如下实验：用动能为E1＝0.60 MeV 的质子轰击静止的锂核73Li ，生成两个α粒子，测得两个α粒子的动能之和为E2＝19.9MeV，已知质子、α粒子、锂粒子的质量分别取mp＝1.007 3u、mα＝4.001 5u、mLi＝7.016 0u，求：(1)写出该反应方程．(2)通过计算说明ΔE＝Δmc2正确．(1u＝1.660 6×10－27 kg)【解析】(1)核反应方程为：73Li＋1H→242He.(2)核反应的质量亏损：Δm＝mLi＋mp－2mα＝7.016 0u＋1.007 3u－2×4.001 5u＝0.020 3u 由质能方程可得与质量亏损相当的能量：ΔE＝Δmc2＝0.020 3×931 MeV＝18.9 MeV而系统增加的能量：ΔE′＝E2－E1＝19.3 MeV这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以ΔE＝Δmc2正确．【答案】(1)73Li＋1H→242He (2)见解析。

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课时规范练39 原子核及核反应基础巩固组1.(原子核的衰变)(2017·河南安阳殷都区期末)（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答案BCD解析只有原子序数超过83的元素才能发生衰变,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,与其所处的化学状态无关,选项B、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。

2。

(原子核的衰变）放射性同位素钍Th)经x次α衰变和y次β衰变会生成氡Rn)，则（）A。

x=1，y=3 B.x=2，y=3C。

x=3，y=1 D.x=3,y=2答案D解析根据衰变方程左右两边的质量数和电荷数守恒,可列方程解得x=3,y=2,故选项D正确。

3.（多选）（核反应方程及核反应类型)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为X+Y→H+4.9 MeV和He+X+17。

6 MeV，下列表述正确的有（）A.X是中子B.Y的质子数是3,中子数是6C.两个核反应都没有质量亏损D.氘和氚的核反应是核聚变反应答案AD解析核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒,则由给出的核反应方程知X的电荷数为0，质量数为1，是中子;Y的质子数是3，中子数也是3，即Y是Li，选项A正确，选项B错误;两个核反应都释放出核能,故都有质量亏损，选项C错误Li+H+4。

2019人教高考物理一轮选训习题（4）及答案李仕才一、选择题1、(2018·河北邢台质检)有下列几种情景，其中对情景的分析和判断正确的是( ) ①点火后即将升空的火箭；②高速公路上沿直线高速行驶的轿车为避免事故紧急刹车； ③磁悬浮列车在轨道上高速行驶； ④太空中的空间站绕地球做匀速圆周运动. A.①中，因火箭还没运动，所以加速度一定为零 B.②中，轿车紧急刹车，速度变化很快，所以加速度很大C.③中，高速行驶的磁悬浮列车，因速度很大，所以加速度也一定很大D.④中，因空间站处于完全失重状态，所以空间站内的物体加速度为零 【答案】B【解析】点火后火箭即将升空的瞬间，加速度竖直向上，不为零，A 错；轿车紧急刹车时刹车时间短，且速度改变很大，则由a ＝ΔvΔt 知加速度很大，B 对；磁悬浮列车速度很大，但速度没有变化，加速度为零，C 错；空间站以及里面的物体受地球万有引力作用，加速度不为零， D 错.2、如图所示,在一个边长为a 的正六边形区域内存在磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里的匀强磁场,三个相同带正电的粒子比荷为,先后从A 点沿AD 方向以大小不等的速度射入匀强磁场区域,粒子在运动过程中只受磁场力作用;已知编号为①的粒子恰好从F 点飞出磁场区域;编号为②的粒子恰好从E 点飞出磁场区域;编号为③的粒子从ED 边上的某一点垂直边界飞出磁场区域,则 世纪金榜导学号49294170( )A.编号为①的粒子进入磁场区域的初速度大小为B.编号为②的粒子在磁场区域内运动的时间T=C.编号为③的粒子在ED边上飞出的位置与E点的距离为(2-3)aD.三个粒子在磁场内运动的时间依次减少并且为4∶2∶1【解析】选A、C、D。

三个粒子的运动轨迹如图所示。

设编号为①的粒子在正六边形区域磁场中做圆周运动的半径为r1,初速度大小为v1,则qv1B=m,由几何关系可得r1=,解得v1=,在磁场中转了120°运动时间t1==,选项A正确;设编号为②的粒子在正六边形区域磁场中做圆周运动的半径为r2,线速度大小为v2,周期为T2=,由几何关系可得,粒子在正六边形区域磁场运动过程中转过的圆心角为60°,则粒子在磁场中运动的时间t2==,选项B错误;设编号为③的粒子在正六边形区域磁场中做圆周运动的半径为r3,在磁场中转了30°,t3==,由几何关系可得AE=2acos30°=a,r3==2a,O3E==3a,EG=r3-O3E=(2-3)a,选项C正确;t1∶t2∶t3=∶∶=4∶2∶1,选项D正确。

课时分层集训(三十三) 光电效应氢原子光谱(限时：40分钟)[基础对点练]光子说光电效应现象1．2016年8月16日01时40分，由我国研制的世界首颗量子科学试验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射升空．它的成功发射和在轨运行，不仅将有助于我国广域量子通信网络的构建，服务于国家信息安全，它将开展对量子力学基本问题的空间尺度试验检验，加深人类对量子力学自身的理解，关于量子和量子化，下列说法错误的是( )A．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的概念B．普朗克把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念C．光子的概念是爱因斯坦提出的D．光电效应实验中的光电子，也就是光子D[由玻尔理论可知，在研究原子结构时，引进了量子化的概念，故A正确；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，提出量子化理论，故B正确；为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子说，引入了光子的概念，故C正确；光电子就是在光电效应中产生的电子，本质是金属板的电子，故D错误．]2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发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选B 某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关。

不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X射线的频率比紫外线频率高，所以本题答案为B。

3．(多选)如图12­1­7为用光照射锌板产生光电效应的装置示意图．光电子的最大初动能用E k表示、入射光的强度用C表示、入射光的波长用λ表示、入射光的照射时间用t表示、入射光的频率用ν表示．则下列说法正确的是( )图12­1­7A ．E k 与C 无关B ．E k 与λ成反比C ．E k 与t 成正比D ．E k 与ν成线性关系AD [由E k ＝h ν－W 0知，E k 与照射光的强度及照射时间无关，与ν成线性关系，A 、D 正确，C 错误；由E k ＝hc λ－W 0可知，E k 与λ不成反比，B 错误．] α粒子散射实验4．下列与α粒子散射实验结果一致的是( )【导学号：84370491】A ．所有α粒子穿过金箔后偏转角度都很小B ．大多数α粒子发生较大角度的偏转C ．向各个方向运动的α粒子数目基本相等D ．极少数α粒子发生大角度的偏转D [当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离原子核远的α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不改变，只有当α粒子距离原子核很近时，才会受到很大的库仑斥力，而原子核很小，所以只有极少数的α粒子发生大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，实验结果是：离原子核远的α粒子偏转角度小，离原子核近的α粒子偏转角度大，正对原子核的α粒子返回，故A 、B 、C 错误，D 正确．]5．从α粒子散射实验结果出发推出的结论有：①金原子内部大部分都是空的；②金原子是一个球体；③汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况；④原子核的半径约是10－15m ，其中正确的是( )A ．①②③B ．①③④C ．①②④D ．①②③④ B [α粒子散射实验的结果表明，原子是由原子核和核外电子构成的，原子核体积很小，质量大，原子的质量主要集中在原子核上，原子核外有一个非常大的空间，核外电子围绕原子核做高速运动，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，原子核的半径约是10－15m，不能说明金原子是球体，B正确．]6．(多选)卢瑟福和他的学生用α粒子轰击不同的金属，并同时进行观测，经过大量的实验，最终确定了原子的核式结构．如图12­1­8为该实验的装置，其中荧光屏能随显微镜在图中的圆面内转动．当用α粒子轰击金箔时，在不同位置进行观测，如果观测的时间相同，则下列说法正确的是( )图12­1­8A．在1处看到的闪光次数最多B．2处的闪光次数比4处多C．3和4处没有闪光D．4处有闪光但次数极少ABD[卢瑟福和他的学生做α粒子散射实验时，得到以下结论：绝大多数α粒子直接穿过金箔，少数发生偏转，极少数发生大角度的偏转，偏转的角度甚至大于90°，A、B、D正确．]光电效应规律及方程的应用7．(多选)(2018·长沙模拟)金属钙的逸出功为 4.3×10－19J，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，以下说法正确的是( )【导学号：84370492】A．用波长为400 nm的单色光照射金属钙，其表面有光电子逸出B．用波长为400 nm的单色光照射金属钙，不能产生光电效应现象C．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大D．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则减小光的强度将会使单位时间内发射的光电子数减少AD[波长为400 nm的单色光的光子能量为E＝h cλ＝4.95×10－19 J，大于钙的逸出功，可以产生光电效应现象．根据光电效应规律，光电子的最大初动能决定于入射光的频率而与其强度无关，但强度决定了单位时间内发射的光电子数的多少，正确选项为A、D.]8．(多选)如图12­1­9所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，由图可知( )图12­1­9A ．该金属的极限频率为4.30×1014HzB ．该金属的极限频率为5.5×1014HzC ．该图线的斜率表示普朗克常量D ．该金属的逸出功为0.5 eVAC [由光电效应方程E km ＝h ν－W 0知图线与横轴交点为金属的极限频率，即ν0＝4.30×1014Hz ，A 对，B 错；该图线的斜率为普朗克常量，C 对；金属的逸出功W ＝h ν0＝6.63×10－34×4.30×1014/1.6×10－19eV≈1.8 eV，D 错．]9．如图12­1­10甲所示，合上开关，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极K ，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V 时，电流表计数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V 时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为2 V 时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为( )甲 乙图12­1­10A ．1.5 eV 0.6 eVB ．1.7 eV 1.9 eVC ．1.9 eV 2.6 eVD ．3.1 eV 4.5 eVC [光子能量h ν＝2.5 eV 的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6 V 时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU ＝12mv 2m 知，最大初动能E km ＝eU ＝0.6 eV ，由光电效应方程h ν＝E km ＋W 0知W 0＝1.9 eV ，对图乙，当电压表读数为2 V 时，电子到达阳极的最大动能E km ′＝E km ＋eU ′＝0.6 eV ＋2 eV ＝2.6 eV.故C 正确．]某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ，用波长为2.5×10－7 m 的紫外线照射阴极．已知真空中光速为3.0×108 m/s ，元电荷为1.6×10－19 C ，普朗克常量为6.63×10－34J·s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是( )A ．5.3×1014 Hz,2.2 JB ．5.3×1014 Hz,4.4×10－19 J C ．3.3×1033 Hz,2.2 JD ．3.3×1033 Hz,4.4×10－19 JB [由W ＝h ν0得 极限频率ν0＝W 0h ＝2.21×1.6×10－196.63×10－34Hz ＝5.3×1014Hz 由光电效应方程h ν＝W 0＋E km 得E km ＝h ν－W 0＝h c λ－W 0 ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫6.63×10－34×3.0×1082.5×10－7－2.21×1.6×10－19 J ＝4.4×10－19 J]10. 研究光电效应的电路如图12­1­11所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是( )图12­1­11A B C DC [由于光的频率相同，所以对应的反向遏止电压相同，A 、B 错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，C 正确，D 错误．]波粒二象性11．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图12­1­12所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明( )【导学号：84370493】图12­1­12A．光只有粒子性没有波动性B．光只有波动性没有粒子性C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性D[光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确．]12．(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( ) A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关AC[电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，选项A正确．β射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现出粒子性，选项B错误．电子显微镜是利用电子束衍射工作的，体现了波动性，选项C正确．光电效应实验，体现的是光的粒子性，选项D错误．]氢原子光谱、波尔理论13．下列关于原子光谱的说法不正确的是( )A．原子光谱是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的B．不同的谱线分布对应不同的元素C．不同的谱线对应不同的发光频率D．利用光谱分析不可以准确确定元素的种类D[原子光谱即线状谱，是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的；每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质或确定物质的组成部分．故D不正确，选D.]14.如图12­1­13所示为氢原子的能级图，对于处在n＝4能级的大量氢原子，下列说法正确的是( )图12­1­13A ．这群氢原子向低能级跃迁时一共可以辐射出4种不同频率的光子B ．处在n ＝4能级的氢原子可以吸收任何一种光子而跃迁到高能级C ．这群氢原子从n ＝4能级跃迁到n ＝1能级时向外辐射的光子的波长最长D ．这群氢原子辐射的光子中如果只有两种能使某金属发生光电效应，则该金属的逸出功W 0应满足10.2 eV<W 0≤12.09 eVD [这群氢原子向低能级跃迁时能够辐射出6种不同频率的光子，A 错误；氢原子从低能级向高能级跃迁时吸收的能量等于两能级的能量差，B 错误；氢原子从n ＝4能级跃迁到n ＝1能级时向外辐射出的光子的频率最大，波长最短，C 错误；如果这群氢原子辐射出的光子中只有两种能使某金属发生光电效应，则这两种光子分别是由氢原子从n ＝4能级跃迁到n ＝1能级和氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级时辐射出的，由光电效应发生的条件可知，该金属的逸出功应满足E 2－E 1<W 0≤E 3－E 1，即10.2 eV<W 0≤12.09 eV，D 正确．]15．(2018·保定模拟)可见光光子的能量在1.61eV ～3.10 eV 范围内．如图12­1­14所示，氢原子从第4能级跃迁到低能级的过程中，根据氢原子能级图可判断( )图12­1­14A ．从第4能级跃迁到第3能级将释放出紫外线B ．从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第2能级放出的光子频率更高C ．从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第1能级放出的光子波长更长D ．氢原子从第4能级跃迁到第3能级时，原子要吸收一定频率的光子，原子的能量增加C [从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级时辐射的光子能量ΔE 43＝－0.85 eV －(－1.51 eV)＝0.66 eV ，不在可见光光子能量范围之内，属于红外线，故A 错误；从n ＝4能级跃迁到n ＝2能级时辐射的光子能量ΔE 42＝－0.85 eV －(－3.40 eV)＝2.55 eV ＞ΔE 43，光子的频率ν＝ΔE h ，所以ν43＜ν42，故B 错误；从n ＝4能级跃迁到n ＝1能级时辐射的光子能量ΔE 41＝－0.85 eV －(－13.60 eV)＝12.75 eV ＞ΔE 43，光子的波长λ＝hcΔE，所以λ43＞λ41，故C正确；从第4能级跃迁到第3能级时，原子要辐射一定频率的光子，原子的能量减少，故D错误．]氢原子跃迁时，由n＝3的激发态跃迁到基态所释放的光子可以使某金属刚好发生光电效应，则下列说法正确的是( )A．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，电子的动能减少B．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，原子的能量增加C．增加由n＝3的激发态跃迁到基态的氢原子的数量，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变D．氢原子由n＝2的激发态跃迁到基态所释放的光子照射该金属足够长时间，该金属也会发生光电效应C[氢原子由激发态跃迁到基态时，释放光子，原子的能量减少，电子的动能增加，A、B错；增加跃迁氢原子的数量，不能改变释放出的光子的频率，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变，C对；从n＝2的激发态跃迁到基态的氢原子，其释放的光子的频率较小，不能使该金属发生光电效应，D错．]。

原子结构和原子核李仕才考纲要求：原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期；放射性同位素；核力、核反应方程；结合能、质量亏损；裂变反应和聚变反应、裂变反应堆；放射性的防护；氢原子光谱；氢原子的能级结构、能级公式；（全部要求为Ⅰ级）。

一、原子的核式结构模型1.汤姆生的“枣糕”模型（1）1897年汤姆生发现了电子，使人们认识到原子．．有复杂结构，揭开了研究原子的序幕．(2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里．2.卢瑟福的核式结构模型（1）α粒子散射实验的结果：α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，但有少数发生大角度偏转，偏转的角度甚至大于900，有的几乎达到1800．（2）核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，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里绕着核旋转．原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是呈电中性的．电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的库伦引力．（3）从α粒子散射实验的数据估算出原子核核半径的数量级为10－15 m，而原子半径的数量级为 10—10 m。

【例1】在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，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.正电荷在原子中是均匀分布的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解析：α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了较大偏转．这说明了这些α粒子受到很大的库伦力，施力物体应是体积甚小的带电实体。

根据碰撞知识，我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时，较小的球才被弹回去，这说明被反弹回去的α粒子碰上了质量比它大得多的物质实体，即集中了全部质量和正电荷的原子核．答案：A【练习1】关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是（）A．绝大多数α粒子经过重金属箔后，发生了角度不太大的偏转B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能增大D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小解析：“由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转”。