一、原子結(jié)構(gòu)
1．電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。
2．原子的核式結(jié)構(gòu)
(1)α粒子散射實驗：1909～1911年，英國物理學家盧瑟福和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來。
(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。
二、氫原子光譜
1．光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。
2．光譜分類
3．氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式eq \f(1,λ)＝Req \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))，(n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。
4．光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學元素上有著重大的意義。
三、氫原子的能級、能級公式
1．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，電子雖然繞核運動，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，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)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(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應。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。
2．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)氫原子的能級和軌道半徑
①氫原子的能級公式：
En＝eq \f(1,n2)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 ×10－10m。
四、原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素
1．原子核的組成
原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。
2．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)，說明原子核具有復雜的結(jié)構(gòu)。
3．放射性同位素的應用與防護
(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質(zhì)相同。
(2)應用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。
(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。
4．原子核的衰變
(1)衰變：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：eq \\al(A,Z)X→eq \\al(A－4,Z－2)Y＋eq \\al(4,2)He 如：eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He；
β衰變：eq \\al(A,Z)X→eq \\al( A,Z＋1)Y＋eq \\al( 0,－1)e 如：eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e；
(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的物理、化學狀態(tài)無關(guān)。
五、核力和核能
1．核力
原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。
2．核能
(1)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應的能量ΔE＝Δmc2。
(2)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2。
六、裂變反應和聚變反應、裂變反應堆、核反應方程
1．重核裂變
(1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。
(2)典型的裂變反應方程：
eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(89,36)Kr＋eq \\al(144, 56)Ba＋3eq \\al(1,0)n。
(3)鏈式反應：重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程。
(4)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積及其相應的質(zhì)量。
(5)裂變的應用：原子彈、核反應堆。
(6)反應堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護層。
2．輕核聚變
(1)定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應過程。輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫熱核反應。
(2)典型的聚變反應方程：
eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n＋17.6 MeV
1．思考辨析(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(guān)。(√)
(3)如果某放射性元素的原子核有100個，經(jīng)過一個半衰期后還剩50個。(×)
(4)所有元素都可以發(fā)生衰變。(×)
(5)核反應中質(zhì)量數(shù)守恒，故沒有質(zhì)量虧損。(×)
(6)質(zhì)能方程表明在一定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。(×)
2．(粵教版選修3－5P97T2)用哪種方法可以減緩放射性元素的衰變速率？( )
A．把該元素放在低溫陰涼處
B．把該元素密封在很厚的鉛盒子里
C．把該元素同其他的穩(wěn)定元素結(jié)合成化合物
D．上述各種方法都無法減緩放射性元素的衰變速率
D [半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的物理、化學狀態(tài)無關(guān)，故D正確。]
3．(滬科版選修3－5P75T4改編)已知鉍-210的半衰期是5.0天，8 g鉍-210經(jīng)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＝m0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up12(eq \f(T,τ))得m＝8×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up12(eq \f(20,5)) g＝0.5 g，D正確。]
4．(人教版選修3－5P81例題改編)已知中子的質(zhì)量是mn＝1.674 9×10－27 kg，質(zhì)子的質(zhì)量是mp＝1.672 6×10－27 kg，氘核的質(zhì)量是mD＝3.343 6×10－27 kg，則氘核的比結(jié)合能為( )
A．3.51×10－13 J B．1.76 MeV
C．1.76×10－13 J D．2.19 MeV
[答案] C
5．(粵教版選修3－5P97T3改編)關(guān)于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的是( )
A．eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He是人工核轉(zhuǎn)變
B．eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H是β衰變
C．eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n是輕核聚變
D．eq \\al(82,34)Se→eq \\al(82,36)Kr＋2eq \\al( 0,－1)e是重核裂變
[答案] C
玻爾理論和能級躍遷 eq \([講典例示法])
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(guān)量意義的說明
2．兩類能級躍遷
(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子。
光子的頻率ν＝eq \f(ΔE,h)＝eq \f(E高－E低,h)。
(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。
[典例示法] (2020·1月浙江選考T14改編)由玻爾原子模型求得氫原子能級如圖所示，已知可見光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間，則( )
A．氫原子從高能級向低能級躍遷時可能輻射出γ射線
B．氫原子從n＝3的能級向n＝2的能級躍遷時會輻射出紅外線
C．處于n＝3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紅外線并發(fā)生電離
D．大量氫原子從n＝4能級向低能級躍遷時可輻射出2種頻率的可見光
D [氫原子從高能級向低能級躍遷時只能輻射出紫外線、可見光和紅外線，而γ射線是原子核輻射的，選項A錯誤；氫原子從n＝3能級向n＝2能級躍遷時輻射出可見光，不會輻射出紅外線，選項B錯誤；由于紅外線光子能量小于處于n＝3能級氫原子的電離能1.51 eV，所以處于n＝3能級的氫原子不可以吸收任意頻率的紅外線并發(fā)生電離，選項C錯誤；大量氫原子從n＝4能級向低能級躍遷時可以輻射出6種不同頻率的光子，其中只有從n＝4能級躍遷到n＝2能級和從n＝3能級躍遷到n＝2能級時輻射的光子能量在可見光光子能量范圍內(nèi)，所以可輻射出2種頻率的可見光，選項D正確。]
1．電離
電離態(tài)與電離能
電離態(tài)：n＝∞，E＝0
基態(tài)→電離態(tài)：E吸>0－(－13.6 eV)＝13.6 eV
激發(fā)態(tài)→電離態(tài)：E吸>0－En＝|En|
若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。
2．解答氫原子能級圖與原子躍遷問題應注意
(1)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En決定，波長可由公式c＝λν求得。
(2)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n－1。
(3)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)學中的組合知識求解：N＝Ceq \\al(2,n)＝eq \f(n?n－1?,2)。
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。
[跟進訓練]
1．(2019·全國卷Ⅰ)氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光為可見光。要使處于基態(tài)(n＝1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應給氫原子提供的能量為( )
A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.51 eV
A [因為可見光光子的能量范圍是1.63 eV～3.10 eV，所以氫原子至少要被激發(fā)到n＝3能級，要給氫原子提供的能量最少為E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09 eV，即選項A正確。]
2．(2016·北京高考)處于n＝3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有( )
A．1種 B．2種 C．3種 D．4種
C [大量氫原子從n＝3能級向低能級躍遷時，能級躍遷圖如圖所示，有3種躍遷情況，故輻射光的頻率有3種，選項C正確。]
3．(2020·永州市模擬)如圖所示是玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級示意圖。大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷放出若干頻率的光子，設普朗克常量為h，下列說法不正確的是( )
A．能產(chǎn)生3種不同頻率的光子
B．產(chǎn)生的光子的最大頻率為eq \f(E3－E1,h)
C．當氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時，氫原子的能量變大
D．若氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時放出的光子恰好能使某金屬發(fā)生光電效應，則當氫原子從能級n＝3躍遷到n＝1時放出的光子照到該金屬表面時，逸出的光電子的最大初動能為E3－E2
C [根據(jù)Ceq \\al(2,n)可得從n＝3能級向低能級躍遷能產(chǎn)生Ceq \\al(2,3)＝3種不同頻率的光子，A正確；產(chǎn)生的光子有最大能量的是從n＝3能級向n＝1能級躍遷時產(chǎn)生的，根據(jù)公式hν＝E3－E1，解得ν＝eq \f(E3－E1,h)，B正確；從高能級向低能級躍遷，釋放光子，氫原子能量變小，C錯誤；若氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時放出的光子恰好能使某金屬發(fā)生光電效應，則當氫原子從能級n＝3躍遷到n＝1時放出的光子照到該金屬表面時，逸出的光電子的最大初動能為Ekm＝hν－W0＝(E3－E1)－(E2－E1)＝E3－E2，故D正確。]
4．(2019·浙江高三月考)如圖為氫原子能級圖，已知可見光的光子的能量范圍為1.62～3.11 eV，普朗克常量h＝6.63×10—34 J·s。下列說法不正確的是( )
A．能量為13.0 eV的光子或者電子均可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)
B．處于n＝3能級的氫原子能吸收任意頻率的紫外線
C．鋅的逸出功是3.34 eV，一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，發(fā)出的光照射鋅板，鋅板表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為8.75 eV
D．波長為60 nm的倫琴射線能使處于基態(tài)的氫原子電離
A [用能量為13.0 eV的光子照射，基態(tài)的氫原子若吸收13 eV的能量，則能量值為－0.6 eV，氫原子沒有該能級，所以不能使處于基態(tài)的氫原子躍遷，故A錯誤；紫外線光子的最小能量為3.11 eV，處于n＝3能級的氫原子的電離能為1.51 eV，所以任意頻率的紫外線都能被n＝3能級的氫原子吸收，故B正確；一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時輻射光子最大能量為hνm＝E3－E1＝12.09 eV，克服逸出功后剩余的動能最大為Ekm＝hνm－W＝8.75 eV，故C正確；波長為60 nm的倫琴射線的光子的能量：E＝hν＝eq \f(hc,λ)＝eq \f(6.63×10－34×3.0×108,60×10－9) J＝20.7 eV>13.6 eV，所以用波長為60 nm的倫琴射線照射，能使處于基態(tài)的氫原子電離出自由電子，故D正確。]
原子核的衰變及半衰期 eq \([依題組訓練])
1．關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是( )
A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將變大
B．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r產(chǎn)生的
C．在α、β、γ這三種射線中，α射線的穿透能力最強，γ射線的電離能力最強
D．鈾核(eq \\al(238, 92)U)衰變?yōu)殂U核(eq \\al(206, 82)Pb)的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變
D [半衰期的時間與元素的物理狀態(tài)無關(guān)，若使某放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期不變，故A錯誤。β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時產(chǎn)生的，故B錯誤。在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，α射線的電離能力最強，故C錯誤。鈾核(eq \\al(238, 92)U)衰變?yōu)殂U核(eq \\al(206, 82)Pb)的過程中，每經(jīng)過一次α衰變質(zhì)子數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4；而每經(jīng)過一次β衰變質(zhì)子數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變；由質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒，可知要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變，故D正確。]
2．(2018·江蘇高考)已知A和B兩種放射性元素的半衰期分別為T和2T，則相同質(zhì)量的A和B經(jīng)過2T后，剩有的A和B質(zhì)量之比為( )
A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1
B [經(jīng)過2T，對A來說是2個半衰期，A的質(zhì)量還剩eq \f(1,4)，經(jīng)過2T，對B來說是1個半衰期，B的質(zhì)量還剩eq \f(1,2)，所以剩有的A和B質(zhì)量之比為1∶2，選項B正確。]
3．釷eq \\al(234, 90)Th具有放射性，它能放出一個新的粒子而變?yōu)殓heq \\al(234, 91)Pa，同時伴隨有γ射線產(chǎn)生，其方程為eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋X，釷的半衰期為24天。下列說法正確的是( )
A．X為質(zhì)子
B．X是釷核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的
C．γ射線是釷原子核放出的
D．1 g釷eq \\al(234, 90)Th經(jīng)過120天后還剩0.312 5 g
B [根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，釷核衰變過程中放出了一個電子，即X為電子，故A錯誤；發(fā)生β衰變時釋放的電子是由核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的，故B正確；γ射線是鏷原子核放出的，故C錯誤；釷的半衰期為24天，1 g釷eq \\al(234, 90)Th經(jīng)過120天即經(jīng)過5個半衰期后還剩0.031 25 g，故D錯誤。]
4．(2020·汕頭市第二次模擬)如圖所示，靜止的eq \\al(238, 92)U核發(fā)生α衰變后生成反沖Th核，兩個產(chǎn)物都在垂直于它們速度方向的勻強磁場中做勻速圓周運動，下列說法正確的是( )
A．衰變方程可表示為eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
B．Th核和α粒子的圓周軌道半徑之比為45∶1
C．Th核和α粒子的動能之比為45∶1
D．Th核和α粒子在勻強磁場中旋轉(zhuǎn)的方向相反
A [已知α粒子為eq \\al(4,2)He，則由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可知，衰變方程為：eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He，故A正確；Th核和α粒子都帶正電荷，則在題圖勻強磁場中都是逆時針旋轉(zhuǎn)，故D錯誤；由動量守恒可得衰變后eq \f(vTh,vα)＝eq \f(mα,mTh)＝eq \f(4,234)，則Th核和α粒子的動能之比eq \f(\f(1,2)mThv\\al(2,Th),\f(1,2)mαv\\al(2,α))＝eq \f(234,4)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4,234)))eq \s\up12(2)＝eq \f(4,234)＝eq \f(2,117)，故C錯誤；粒子在勻強磁場中運動，洛倫茲力提供向心力，所以有Bvq＝eq \f(mv2,R)，則R＝eq \f(mv,Bq)，所以Th核和α粒子的圓周軌道半徑之比eq \f(RTh,Rα)＝eq \f(mThvTh,BqTh)∶eq \f(mαvα,Bqα)＝eq \f(234,4)×eq \f(4,234)×eq \f(2,90)＝eq \f(1,45)，故B錯誤。]
1．α衰變、β衰變的比較
2．三種射線的成分和性質(zhì)
3．衰變次數(shù)的計算方法
若eq \\al(A,Z)X→eq \\al(A′,Z′)Y＋neq \\al(4,2)He＋meq \\al( 0,－1)e
則A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m
解以上兩式即可求出m和n。
4．對半衰期的理解
(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，對個別或少量原子核，無半衰期可言。
(2)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式N余＝N原eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up12(eq \f(t,τ))，m余＝m原eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up12(eq \f(t,τ))。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期。
核反應方程與核能的計算 eq \([講典例示法])
1．核反應的四種類型
2．核反應方程式的書寫
(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(eq \\al(1,1)H)、中子(eq \\al(1,0)n)、α粒子(eq \\al(4,2)He)、β粒子(eq \\al( 0,－1)e)、正電子(eq \\al( 0,＋1)e)、氘核(eq \\al(2,1)H)、氚核(eq \\al(3,1)H)等。
(2)掌握核反應方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據(jù)，由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向。
(3)核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。
3．核能的計算方法
(1)利用質(zhì)能方程計算核能
①根據(jù)核反應方程，計算出核反應前與核反應后的質(zhì)量虧損Δm。
②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能。
質(zhì)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(jié)論可在計算中直接應用。
(2)利用比結(jié)合能計算核能
原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù)。
核反應中反應前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應后生成的所有新核的總結(jié)合能的差值，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能。
[典例示法] (2020·全國卷Ⅱ)氘核eq \\al(2,1)H可通過一系列聚變反應釋放能量，其總效果可用反應式6eq \\al(2,1)H→2eq \\al(4,2)He＋2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n＋43.15 MeV表示。海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個，若全都發(fā)生聚變反應，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標準煤燃燒時釋放的熱量相等；已知1 kg標準煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107 J,1 MeV＝1.6×10－13 J，則M約為( )
A．40 kg B．100 kg C．400 kg D．1 000 kg
C [結(jié)合核反應方程知，1 kg海水中的氘核全部發(fā)生聚變反應放出的能量E＝eq \f(1.0×1022,6)×43.15×1.6×10－13 J≈1.15×1010 J，根據(jù)題意得M＝eq \f(E,E0)M0＝eq \f(1.15×1010,2.9×107)×1 kg≈400 kg，故A、B、D項錯誤，C項正確。]
1．本題以海水中氘核的聚變反應為背景命題，強調(diào)清潔能源的發(fā)展前景，增強學生的環(huán)境意識和社會責任感。
2．當比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時，釋放能量。
[跟進訓練]
1．(2019·天津高考)我國核聚變反應研究大科學裝置“人造太陽”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達到1億攝氏度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說法正確的是( )
A．核聚變比核裂變更不安全、污染環(huán)境
B．任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變
C．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加
D．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加
D [核聚變沒有放射性污染，安全、清潔，A錯。只有原子序數(shù)小的“輕”核才能發(fā)生聚變，B錯。輕核聚變成質(zhì)量較大的原子核、比結(jié)合能增加，總質(zhì)量減小，C錯，D對。]
2．(2019·全國卷Ⅱ)太陽內(nèi)部核反應的主要模式之一是質(zhì)子－質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為4eq \\al(1,1)H→eq \\al(4,2)He＋2eq \\al(0,1)e＋2γ已知eq \\al(1,1)H和eq \\al(4,2)He的質(zhì)量分別為mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c為光速。在4個eq \\al(1,1)H轉(zhuǎn)變成1個eq \\al(4,2)He的過程中，釋放的能量約為( )
A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV
C [核反應質(zhì)量虧損Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，釋放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV＝26.6 MeV，選項C正確。]
3．(2018·全國卷Ⅲ)1934年，約里奧居里夫婦用α粒子轟擊鋁核eq \\al(27,13)Al，產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X：α＋eq \\al(27,13)Al→n＋X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為( )
A．15和28 B．15和30
C．16和30 D．17和31
B [據(jù)α粒子和中子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)寫出核反應方程：eq \\al(4,2)He＋eq \\al(27,13)Al→eq \\al(1,0)n＋eq \\al(A,Z)X，結(jié)合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序數(shù)等于核電荷數(shù)，故B正確。]
4．(2020·武漢質(zhì)檢)我國自主研發(fā)的釷基熔鹽是瞄準未來20～30年后核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的第四代核反應堆，是一種液態(tài)燃料堆，使用釷鈾核燃料循環(huán)，以氧化鹽為冷卻劑，將天然核燃料和可轉(zhuǎn)化核燃料熔融于高溫氯化鹽中，攜帶核燃料在反應堆內(nèi)部和外部進行循環(huán)。釷232不能直接使用，需要俘獲一個中子后經(jīng)過2次β衰變轉(zhuǎn)化成鈾233再使用， 鈾233的一種典型裂變方程是eq \\al(233, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(142, 56)Ba ＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n。已知鈾233的結(jié)合能為E1、鋇142的結(jié)合能為E2、氪89的結(jié)合能為E3，則( )
A．鈾233 比釷232少一個質(zhì)子
B．鈾233、鋇142、氪89三個核中氪89的結(jié)合能最小，比結(jié)合能卻最大
C．鈾233、鋇142、氪89三個核中鈾233的結(jié)合能最大，比結(jié)合能也最大
D．鈾233的裂變反應釋放的能量為ΔE＝E1－E2－E3
B [設釷的電荷數(shù)為a，則釷232俘獲一個中子后經(jīng)過2次β衰變轉(zhuǎn)化成鈾233，則a＝92－2＝90，則釷中含有中子數(shù)為232－90＝142；鈾233含有中子數(shù)為233－92＝141；則鈾233 比釷232少一個中子，選項A錯誤；鈾233、鋇142、氪89三個核中氪89質(zhì)量數(shù)最小，結(jié)合能最小，因核子數(shù)較小，則比結(jié)合能卻最大，選項B正確，C錯誤；鈾233的裂變反應中釋放的能量等于生成物的結(jié)合能減去反應物的結(jié)合能，選項D錯誤。]
相關(guān)量
意義
能級圖中的橫線
表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)
橫線左端的數(shù)字“1,2,3，…”
表示量子數(shù)
橫線右端的數(shù)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(shù)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，原子躍遷的條件為hν＝Em－En
衰變類型
α衰變
β衰變
衰變方程
eq \\al(A,Z)X→eq \\al(A－4,Z－2)Y＋eq \\al(4,2)He
eq \\al(A,Z)X→eq \\al( A,Z＋1)Y＋eq \\al( 0,－1)e
衰變實質(zhì)
2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出
1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子
2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He
eq \\al(1,0)n→eq \\al(1,1)H＋eq \\al( 0,－1)e
衰變規(guī)律
電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒
名稱
構(gòu)成
符號
電荷量
質(zhì)量
電離作用
穿透能力
α射線
氦核
eq \\al(4,2)He
＋2e
4 u
最強
最弱
β射線
電子
eq \\al( 0,－1)e
－e
eq \f(1,1 836) u
較強
較強
γ射線
光子
γ
0
0
最弱
最強
類型
可控性
核反應方程典例
衰變
α衰變
自發(fā)
eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
β衰變
自發(fā)
eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e
人工轉(zhuǎn)變
人工控制
eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)
eq \\al(4,2)He＋eq \\al(9,4)Be→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n
(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)
eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n
約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子
eq \\al(30,15)P→eq \\al(30,14)Si＋eq \\al( 0,＋1)e
重核裂變
容易控制
eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋10eq \\al(1,0)n
輕核聚變
現(xiàn)階段很難控制
eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n

相關(guān)學案

江蘇版高考物理一輪復習第15章第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)和原子核課時學案：

這是一份江蘇版高考物理一輪復習第15章第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)和原子核課時學案，共21頁。學案主要包含了原子結(jié)構(gòu)，氫原子光譜，氫原子核外電子的排布，原子核的組成，核力和核能，裂變反應和聚變反應等內(nèi)容，歡迎下載使用。

高考物理一輪復習第12章近代物理初步第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)和原子核學案：

這是一份高考物理一輪復習第12章近代物理初步第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)和原子核學案，共16頁。學案主要包含了原子結(jié)構(gòu)，天然放射現(xiàn)象和原子核等內(nèi)容，歡迎下載使用。

高考物理一輪復習第12章近代物理初步第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)和原子核學案：

這是一份高考物理一輪復習第12章近代物理初步第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)和原子核學案，共16頁。學案主要包含了原子結(jié)構(gòu)，天然放射現(xiàn)象和原子核等內(nèi)容，歡迎下載使用。

英語朗讀寶

相關(guān)學案 更多

人教版高考物理一輪復習第15章近代物理初步第1節(jié)光電效應波粒二象性學案

人教版高考物理一輪復習第15章近代物理初步第1節(jié)光電效應波粒二象性學案
人教版高考物理一輪復習第14章近代物理初步第2講原子結(jié)構(gòu)與原子核學案

人教版高考物理一輪復習第14章近代物理初步第2講原子結(jié)構(gòu)與原子核學案
高考物理一輪復習第12章近代物理初步第2課時原子結(jié)構(gòu)與原子核學案

高考物理一輪復習第12章近代物理初步第2課時原子結(jié)構(gòu)與原子核學案
高考物理一輪復習第十二章近代物理初步第2課時原子結(jié)構(gòu)與原子核學案新人教版

高考物理一輪復習第十二章近代物理初步第2課時原子結(jié)構(gòu)與原子核學案新人教版
資料下載及使用幫助
版權(quán)申訴
版權(quán)申訴
若您為此資料的原創(chuàng)作者，認為該資料內(nèi)容侵犯了您的知識產(chǎn)權(quán)，請掃碼添加我們的相關(guān)工作人員，我們盡可能的保護您的合法權(quán)益。
入駐教習網(wǎng)，可獲得資源免費推廣曝光，還可獲得多重現(xiàn)金獎勵，申請 精品資源制作， 工作室入駐。
版權(quán)申訴二維碼
高考專區(qū)
歡迎來到教習網(wǎng)
  • 900萬優(yōu)選資源，讓備課更輕松
  • 600萬優(yōu)選試題，支持自由組卷
  • 高質(zhì)量可編輯，日均更新2000+
  • 百萬教師選擇，專業(yè)更值得信賴
微信掃碼注冊
qrcode
二維碼已過期
刷新

微信掃碼，快速注冊

手機號注冊
手機號碼

手機號格式錯誤

手機驗證碼 獲取驗證碼

手機驗證碼已經(jīng)成功發(fā)送，5分鐘內(nèi)有效

設置密碼

6-20個字符，數(shù)字、字母或符號

注冊即視為同意教習網(wǎng)「注冊協(xié)議」及「隱私條款」
QQ注冊
手機號注冊
微信注冊

注冊成功

返回
頂部