【物理】2019届一轮复习人教版原子与原子核学案

【物理】2019届一轮复习人教版原子与原子核学案

第2讲　原子与原子核 ‎　[学生用书P233]‎ ‎【基础梳理】‎ 一、原子的核式结构 ‎1．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，如图所示．‎ ‎2．原子的核式结构：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．‎ 二、玻尔理论 ‎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hν＝Em－En．(h是普朗克常量，h＝6.626×10－34 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(如图所示)‎ ‎(2)氢原子的能级和轨道半径 ‎①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.‎ ‎②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.‎ 三、天然放射现象、原子核的组成 ‎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，首先由贝克勒尔发现．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 ‎(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．‎ ‎②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝质子数＋中子数．‎ ‎(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．‎ 四、原子核的衰变和半衰期 ‎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：X→Y＋He；‎ β衰变：X→Y＋e.‎ ‎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)衰变规律：N＝N0、m＝m0．‎ ‎(3)影响因素：由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理化学状态无关．‎ 五、核力、结合能、质量亏损、核反应 ‎1．核力 ‎(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．‎ ‎(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；‎ ‎②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内；‎ ‎③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．‎ ‎2．核能 ‎(1)结合能：核子结合为原子核时放出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．‎ ‎(2)比结合能 ‎①定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，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．‎ ‎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．‎ ‎4．获得核能的途径 ‎(1)重核裂变；‎ ‎(2)轻核聚变．‎ ‎5．核反应 ‎(1)遵守的规律：电荷数守恒、质量数守恒．‎ ‎(2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变．‎ ‎【自我诊断】‎ 判一判 ‎(1)原子的能量量子化现象是指原子在不同状态中具有不同的能量．(　　)‎ ‎(2)炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱．(　　)‎ ‎(3)根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小．(　　)‎ ‎(4)假如有18个某种放射性元素的原子核，经过一个半衰期，一定有9个原子核发生了衰变．(　　)‎ ‎(5)β衰变的电子来源于原子核外的电子．(　　)‎ ‎(6)高温、高压的情况下，原子核的半衰期将会变短．(　　)‎ ‎(7)爱因斯坦的质能方程反映了物质的质量就是能量，它们之间可以相互转化．(　　)‎ 提示：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×‎ 做一做 ‎(多选)(高考全国卷Ⅱ改编)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是(　　)‎ A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值 B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核 C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素 D．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷 提示：选ACD.密立根通过油滴实验，验证了物体所带的电荷量都是某一值的整数倍，测出了基本电荷的数值，选项A正确；贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，明确了原子核具有复杂结构，选项B错误；居里夫妇通过对含铀物质的研究发现了钋(Po)和镭(Ra)，选项C正确；汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，说明了阴极射线是带负电的粒子，并测出了粒子的比荷，选项D正确．‎ ‎　玻尔理论和氢原子的光谱分析[学生用书P234]‎ ‎【知识提炼】‎ ‎1．能级图中各物理量意义的说明 相关量 意义 能级图中的横线 表示氢原子可能的能量状态——定态 横线左端的数字“1，2，3…”‎ 表示量子数 横线右端的数字 ‎“－13.6，－3.4…”‎ 表示氢原子的能量 相邻横线间的距离 表示相邻的能量差，‎ 量子数越大相邻的能量差越小，距离越小 带箭头的竖线 表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En ‎2.原子跃迁的条件 ‎(1)原子跃迁条件hν＝Em－En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况．‎ ‎(2)当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．‎ ‎(3)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁．‎ ‎3．跃迁中两个易混问题 ‎(1)一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了．‎ ‎(2)直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时．有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况下辐射(或吸收)光子的能量是不同的．直接跃迁时辐射(或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸收)的所有光子的能量和．‎ ‎【典题例析】‎ ‎　(多选)如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则(　　)‎ A．6种光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到基态时产生的 B．6种光子中有2种属于巴耳末系 C．使n＝4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量 D．若从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子也一定能使该金属板发生光电效应 ‎[审题指导]　激发态的氢原子向低能级跃迁时，能级差越大，发射光子的频率越大；而巴耳末系是高能级向n＝2能级跃迁时发射的光子，可看出有2种．‎ ‎[解析]　根据跃迁假说，在跃迁的过程中释放光子的能量等于两能级之差，故从n＝4跃迁到n＝3时释放光子的能量最小，频率最小，波长最长，所以A错误；由题意知6种光子中有2种属于巴耳末系，它们分别是从n＝4跃迁到n＝2和从n＝3跃迁到n＝2时释放的光子，故B正确；E4＝－0.85 eV，故n＝4能级的电离能等于0.85 eV，所以C正确；由题图知，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子的能量小于n＝2能级跃迁到基态释放的光子的能量，所以D错误．‎ ‎[答案]　BC 氢原子能级图与原子跃迁问题的解答技巧 ‎(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的．‎ ‎(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)的光子频率由hν＝Em－En求得．若求波长可由公式c＝λν求得．‎ ‎(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．‎ ‎(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法 ‎①用数学中的组合知识求解：N＝C＝.‎ ‎②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．　‎ ‎【迁移题组】‎ 迁移1　对原子核式结构的理解 ‎1．(2015·高考安徽卷)如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(　　)‎ A．M点　　　　　　　　 B．N点 C．P点 D．Q点 解析：选C.α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同．带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹侧，故只有选项C正确．‎ 迁移2　对能级图的理解和应用 ‎2．(多选)(高考山东卷)氢原子能级如图，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(　　)‎ A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm B．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 解析：选CD.根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确．‎ ‎　氢原子的能量及变化规律[学生用书P235]‎ ‎【知识提炼】‎ 氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律：‎ ‎1．原子能量变化规律：En＝Ekn＋Epn＝，随n增大而增大，随n的减小而减小，其中E1＝－13.6 eV.‎ ‎2．电子动能变化规律 ‎(1)从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力即k＝m，所以Ek＝，随r增大而减小．‎ ‎(2)从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子的动能增大．‎ ‎3．原子的电势能的变化规律 ‎(1)通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小．‎ ‎(2)利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小．‎ ‎【跟进题组】‎ ‎1．按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)．‎ 解析：电子离原子核越远电势能越大，原子能量也就越大；根据动能定理有，hν＋E1＝mv2，所以电离后电子速度为.‎ 答案：越大　　 ‎2．氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10 m，能量E1＝－13.6 eV，求氢原子处于基态时：‎ ‎(1)电子的动能；‎ ‎(2)原子的电势能；‎ ‎(3)用波长是多少的光照射可使其电离？‎ 解析：(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v1，则：‎ k＝.‎ 所以电子动能Ek1＝mv＝ ‎＝ eV＝13.6 eV.‎ ‎(2)因为E1＝Ek1＋Ep1，‎ 所以Ep1＝E1－Ek1＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV.‎ ‎(3)设用波长为λ的光照射可使氢原子电离：＝0－E1.‎ 所以λ＝－＝ m ‎＝9.14×10－8 m.‎ 答案：(1)13.6 eV　(2)－27.2 eV ‎(3)9.14×10－8 m ‎　原子核的衰变　半衰期[学生用书P236]‎ ‎【知识提炼】‎ ‎1．衰变规律及实质 ‎(1)两种衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰变实质 ‎2个质子和2个中子 结合成一个整体射出 中子转化为 质子和电子 ‎2H＋2n→He n→H＋e 衰变规律 质量数守恒、电荷数守恒 ‎(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．‎ ‎2．半衰期 ‎(1)公式：N余＝N原，m余＝m原.‎ ‎(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，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．‎ ‎【典题例析】‎ ‎　(2017·高考全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为U→Th＋He.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 ‎[解析]　静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和α粒子的动量等大反向，即pTh＝pα，B项正确；因此有＝，由于钍核和α粒子的质量不等，因此衰变后钍核和α粒子的动能不等，A项错误；半衰期是有半数铀核衰变所用的时间，并不是一个铀核衰变所用的时间，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此D项错误．‎ ‎[答案]　B ‎1．确定衰变次数的方法 ‎(1)设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该核反应的方程为X→Y＋nHe＋me.‎ 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.　‎ ‎(2)确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．‎ ‎2．对半衰期的两点说明 ‎(1)根据半衰期的概念，可总结出公式 N余＝N原，m余＝m原.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．‎ ‎(2)适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变．‎ ‎【迁移题组】‎ 迁移1　衰变射线的性质 ‎1．(2015·高考重庆卷)图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是(　　)‎ A．a、b为β粒子的径迹 B．a、b为γ粒子的径迹 C．c、d为α粒子的径迹 D．c、d为β粒子的径迹 解析：选D.由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹，c、d可能为β粒子的径迹，选项D正确．‎ 迁移2　对半衰期的理解和应用 ‎2．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有(　　)‎ A.　　　　　　　　　 B． C. D． 解析：选C.经过n个半衰期剩余碘131的含量m′＝m.因32天为碘131的4个半衰期，故剩余碘131的含量：m′＝m＝，选项C正确．‎ ‎　核反应类型与核反应方程[学生用书P237]‎ ‎【知识提炼】‎ ‎1．核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H ‎(卢瑟福发现质子)‎ He＋Be→C＋n ‎(查德威克发现中子)‎ Al＋He ‎→P＋n ‎(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)‎ P→Si ‎＋e 重核裂变 比较容易进 行人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 很难控制 H＋H→He＋n ‎2.核反应方程式的书写 ‎(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(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)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．‎ ‎(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒．‎ ‎【跟进题组】‎ ‎1．(2016·高考全国卷Ⅱ)在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)‎ A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 解析：一个原子核自发地放出一个α粒子，生成一个新核的过程是α衰变，因此C项是α衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此E项是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此F项是轻核的聚变；另外，A ‎、B项是β衰变，D项是原子核的人工转变．‎ 答案：C　AB　E　F ‎2．(1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有________．‎ A.U→Th＋He　　　　　　 是重核裂变 B.N＋He→O＋H 是轻核聚变 C.H＋H→He＋n 是α衰变 D.Se→Kr＋2e 是β衰变 ‎(2)现有四个核反应：‎ A.H＋H→He＋n B.U＋n→X＋Kr＋3n C.Na→Mg＋e D.He＋Be→C＋n ‎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．‎ ‎②B中X的质量数为________，中子数为________．‎ 解析：(1)A为α衰变，B为原子核的人工转变，C为轻核聚变，D为β衰变，故D正确．‎ ‎(2)①D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程．‎ ‎②X的质量数为：(235＋1)－(89＋3)＝144‎ X的质子数为：92－36＝56‎ X的中子数为：144－56＝88.‎ 答案：(1)D　(2)①D　B　A　②144　88‎ ‎　核能的计算[学生用书P237]‎ ‎【知识提炼】‎ ‎1．应用质能方程解题的流程图 ‎(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．根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．‎ ‎　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．‎ ‎【跟进题组】‎ ‎1．(多选)(2017·高考江苏卷)原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有(　　)‎ A.He核的结合能约为14 MeV B.He核比Li核更稳定 C．两个H核结合成He核时释放能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 解析：选BC.由题图可知，He的比结合能约为7 MeV，其结合能应为28 MeV，故A错误；比结合能较大的核较稳定，故B正确；比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故C正确；比结合能就是平均结合能，故由图可知D错误．‎ ‎2．(2017·高考全国卷Ⅰ)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：H＋H→He＋n.已知H的质量为2.013 6 u,He的质量为3.015 0 u，n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 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 解析：选B.氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，选项B正确．‎ ‎ [学生用书P238]‎ ‎1．(2017·高考上海卷)由放射性元素放出的氦核流被称为(　　)‎ A．阴极射线　　　　　　　 B．α射线 C．β射线 D．γ射线 解析：选B.在天然放射现象中，放出α、β、γ三种射线，其中α射线属于氦核流，选项B正确．‎ ‎2．(2016·高考上海卷)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示．两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则(　　)‎ A．a为电源正极，到达A板的为α射线 B．a为电源正极，到达A板的为β射线 C．a为电源负极，到达A板的为α射线 D．a为电源负极，到达A板的为β射线 解析：选B.从题图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子在初速度方向的位移小于到达B板的粒子在初速度方向的位移，粒子在初速度方向做匀速直线运动，则根据公式x＝v0t＝v0，两个粒子初速度v0相差不大，两极板间电压U相同，放射源与两极板的距离也相同，而电子的小得多，所以电子在初速度方向的位移小，故达到A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极，故选项B正确．‎ ‎3．(多选)如图为氢原子的能级示意图，则下列对氢原子跃迁的理解正确的是(　　)‎ A．由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光子一定不能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应 B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，向外辐射6种不同频率的光子 C．大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，用发出的光照射逸出功为3.34 eV的金属，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 eV D．如果用光子能量为10.3 eV的光照射处于n＝1能级的氢原子，则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级 解析：选BC.氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，当氢原子从高能级跃迁到基态时放出的光子的能量最小值为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，大于3.34 eV，所以一定能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应，A错误；大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子的种类为C＝＝6，B正确；大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，辐射出的光子能量最大为－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，用此光子照射逸出功为3.34 eV的金属，由爱因斯坦光电效应方程可得该金属的最大初动能为12.09 eV－3.34 eV＝8.75 eV，C正确；当氢原子由低能级向高能级跃迁时，氢原子吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差，而由氢原子的能级图可知任何两能级间的能量差都不等于10.3 eV，因此不能使n＝1能级的氢原子跃迁到较高的能级，D错误．‎ ‎4．(1)Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成Pb(铅)．以下说法中错误的是(　　)‎ 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P衰变成Si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＋4x，90＝82＋2x－y，解得x＝6，y＝4，C错误，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P→Si＋e，故这种粒子为e(正电子)．‎ 答案：见解析 ‎　[学生用书P355(单独成册)]‎ ‎(建议用时：60分钟)‎ 一、单项选择题 ‎1．(2017·高考上海卷)在同位素氢、氘、氚的核内具有相同的(　　)‎ A．核子数　　　　　　　　 B．电子数 C．中子数 D．质子数 解析：选D.同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数不同的元素，故氢、氘、氚的核内具有相同的质子数，D项正确．‎ ‎2．如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(　　)‎ A．①表示γ射线，③表示α射线 B．②表示β射线，③表示α射线 C．④表示α射线，⑤表示γ射线 D．⑤表示β射线，⑥表示α射线 解析：选C.γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D项错误；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C项正确．‎ ‎3．(2015·高考天津卷)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是(　　)‎ A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的 B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构 C．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的 D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的 解析：选A.天然放射现象说明原子核内部是有结构的，人们认识原子核的复杂结构是从天然放射现象开始的，选项A正确；电子的发现说明了原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，选项B错误；由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，选项C错误；密立根油滴实验说明物质所带电荷量是量子化的，选项D错误．‎ ‎4．(2018·三明模拟)按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中(　　)‎ A．原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量也减小 B．原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小 C．原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小 D．原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大 解析：选A.由玻尔氢原子理论知，电子轨道半径越大，原子能量越大，当电子从ra跃迁到rb时，原子能量减小，放出光子；在电子跃迁过程中，库仑力做正功，原子的电势能减小；由库仑力提供电子做圆周运动的向心力，即＝，r减小，电子速度增大，动能增大，综上所述可知A正确．‎ ‎5．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)c C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2‎ 解析：选C.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，A、B、D错误．‎ ‎6．(2018·江苏清江中学高三模拟)如图所示为氢原子的能级图，当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，辐射出光子a；当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出光子b，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．光子a的能量大于光子b的能量 B．光子a的波长小于光子b的波长 C．b光比a光更容易发生衍射现象 D．在同种介质中，a光子的传播速度大于b光子的传播速度 解析：选D.氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级的能级差小于从n＝3的能级跃迁到n＝1的能级时的能级差，根据Em－En＝hν，知光子a的能量小于光子b的能量，故A错误；光子a的频率小于光子b的频率，所以b的频率大，波长小，所以a光更容易发生衍射，故B、C错误；光子a的频率小，则折射率小，根据v＝知，光子a在介质中的传播速度大于光子b在介质中的传播速度，故D正确．‎ 二、多项选择题 ‎7．(2015·高考广东卷)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→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→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6‎ C．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 解析：选AD.核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由H＋H→He＋X＋17.6 MeV知 X为n，由X＋Y→He＋H＋4.9 MeV知Y为Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，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；X＋Y→He＋H＋4.9 MeV是原子核的人工转变，H＋H→He＋n＋17.6 MeV为轻核聚变，选项D正确．‎ ‎8．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有(　　)‎ A.H＋H→He＋n是核聚变反应 B.H＋H→He＋n是β衰变 C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应 D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变 解析：选AC.β衰变时释放出电子(e)，α衰变时释放出氦原子核(He)，可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是典型的核裂变反应，故选项A、C正确．‎ ‎9．(2016·高考全国卷Ⅲ改编)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si，下列说法正确的是(　　)‎ A．核反应方程为p＋Al―→Si B．核反应过程中系统动量守恒 C．核反应过程中系统能量不守恒 D．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 解析：选AB.核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，A项正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，B项正确；题述核反应过程属于“二合一”形式的完全非弹性碰撞，机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒，C项错误；核反应过程中的机械能有损失，故存在质量亏损现象，D项错误．‎ ‎10．(2018·东北三校联考)如图所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则下列关系式中正确的是(　　)‎ A．λ1<λ3 B．λ3<λ2‎ C．λ3>λ2 D．＝＋ 解析：选AB.已知从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则λ1、λ2、λ3的关系为h>h>h，即>，λ1<λ3，>，λ3<λ2，又h＝h＋h，即＝＋，则＝－，即正确选项为A、B.‎ 三、非选择题 ‎11．(2018·石家庄模拟)实验室考查氢原子跃迁时的微观效应．已知氢原子能级图如图所示，氢原子质量为 mH＝1.67×10－27 kg.设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n＝5的能级状态．‎ ‎(1)求氢原子由高能级向低能级跃迁时，可能发射出多少种不同频率的光；‎ ‎(2)若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用p＝表示(h为普朗克常量，ν为光子频率，c为真空中光速)，求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率．(保留三位有效数字)‎ 解析：(1)不同频率的光的种类为 N＝C＝＝10(种)．‎ ‎(2)由动量守恒 mHvH＝p光子＝知：‎ 当ν最大时，反冲速率vH最大 又hν＝E5－E1＝－0.54 eV－(－13.6)eV＝13.06 eV ‎＝2.090×10－18 J 故vH＝＝ m/s＝4.17 m/s.‎ 答案：(1)10种　(2)4.17 m/s ‎12．海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源．两个氘核的核反应产生一个He核和一个粒子，其中氘核的质量为2.013 0 u，氦核的质量为3.015 0 u，中子的质量为1.008 7 u．(1 u＝931.5 MeV)，求：‎ ‎(1)写出核反应方程；‎ ‎(2)核反应中释放的核能；‎ ‎(3)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，反应中产生的粒子和氦核的动能．‎ 解析：(1)核反应方程为：H＋H→He＋n.‎ ‎(2)核反应中的质量亏损为Δm＝2mH－mHe－mn，‎ 由ΔE＝Δmc2可知释放的核能：‎ ΔE＝(2mH－mHe－mn)c2＝2.14 MeV.‎ ‎(3)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即mHevHe＋mnvn＝0；反应前后系统的总能量守恒，即mHev＋mnv＝ΔE＋2EkH，又因为mHe∶mn＝3∶1，所以vHe∶vn＝1∶3，由以上各式代入已知数据得：EkHe＝0.71 MeV，Ekn＝2.13 MeV.‎ 答案：(1)H＋H→He＋n　(2)2.14 MeV　‎ ‎(3)2.13 MeV　0.71 MeV