原子物理-講義

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)[網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建][真題再現(xiàn)]1．(2017·高考全國卷Ⅰ)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電．氘核聚變反應(yīng)方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u,eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0150u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.0087u，1u＝931MeV/c2.氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV解析：選B.氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.0035×931MeV/c2×c2≈3.3MeV，選項(xiàng)B正確．2．(2017·高考全國卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He.下列說法正確的是()A．衰變后釷核的動能等于α粒子的動能B．衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量解析：選B.靜止的鈾核在衰變過程中遵循動量守恒，由于系統(tǒng)的總動量為零，因此衰變后產(chǎn)生的釷核和α粒子的動量等大反向，即pTh＝pα，B項(xiàng)正確；因此有eq\r(2mThEkTh)＝eq\r(2mαEkα)，由于釷核和α粒子的質(zhì)量不等，因此衰變后釷核和α粒子的動能不等，A項(xiàng)錯誤；半衰期是有半數(shù)鈾核衰變所用的時間，并不是一個鈾核衰變所用的時間，C項(xiàng)錯誤；由于衰變過程釋放能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，衰變過程有質(zhì)量虧損，因此D項(xiàng)錯誤．3．(多選)(2017·高考全國卷Ⅲ)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量．下列說法正確的是()A．若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB．若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC．若Ua＜Ub，則一定有Eka＜EkbD．若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb解析：選BC.設(shè)該金屬的逸出功為W，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W，同種金屬的W不變，則逸出光電子的最大初動能隨ν的增大而增大，B項(xiàng)正確；又Ek＝eU，則最大初動能與遏止電壓成正比，C項(xiàng)正確；根據(jù)上述有eU＝hν－W，遏止電壓U隨ν增大而增大，A項(xiàng)錯誤；又有hν－Ek＝W，W相同，則D項(xiàng)錯誤．[考情分析]1．從考查角度看2017年把本部分內(nèi)容列為必考后，其高考試題中對原子物理都有所體現(xiàn)．畢竟原子物理作為物理的一大分支，考查在所難免．但由于考點(diǎn)分散，要求不高，所以從試題來看都為選擇題難度不大．估計今后高考仍會對該部分有所考查，題型還應(yīng)為選擇題．2．從備考角度看，重點(diǎn)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容(1)原子的能級躍遷；(2)原子核的衰變規(guī)律；(3)核反應(yīng)方程的書寫；(4)質(zhì)量虧損和核能的計算；(5)三種射線的特點(diǎn)及應(yīng)用；(6)光電效應(yīng)的規(guī)律及應(yīng)用等．備考應(yīng)加強(qiáng)對基本概念和規(guī)律的理解，抓住光電效應(yīng)和原子核反應(yīng)兩條主線，注意綜合題目的分析思路，強(qiáng)化典題的訓(xùn)練.光電效應(yīng)1．光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)．(2)光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大．(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s.(4)飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，入射光強(qiáng)度越大，飽和光電流越大．2．光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.(2)物理意義：金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek.3．光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索(2)兩條對應(yīng)關(guān)系①光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；②光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大．(多選)(2016·高考全國卷Ⅰ)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生．下列說法正確的是()A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生E．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)[解析]根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，則飽和光電流變大，選項(xiàng)A正確．由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，入射光的頻率變高，產(chǎn)生的光電子最大初動能變大，而飽和光電流與入射光的頻率和光強(qiáng)都有關(guān)，選項(xiàng)B錯誤，C正確．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時，就不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，選項(xiàng)D錯誤．遏止電壓與產(chǎn)生的光電子的最大初動能有關(guān)，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)，選項(xiàng)E正確．[答案]ACE[題組突破]角度1對光電效應(yīng)規(guī)律的理解1．1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時代意義的論文，其中關(guān)于光量子的理論成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象．關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A．當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時，不能發(fā)生光電效應(yīng)B．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比C．光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度成正比D．某單色光照射一金屬時不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長較短的光照射該金屬一定發(fā)生光電效應(yīng)解析：選A.根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，故A正確，D錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程，最大初動能與入射光頻率為線性關(guān)系，但非正比關(guān)系，B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，光電子的最大初動能與入射光強(qiáng)度無關(guān)，C錯誤．角度2光電效應(yīng)方程和圖象問題2．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.(1)圖甲中電極A為光電管的________(填“陰極”或“陽極”)；(2)實(shí)驗(yàn)中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝7.00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek＝________J.解析：(1)在光電效應(yīng)中，電子向A極運(yùn)動，故電極A為光電管的陽極．(2)由題圖可知，銣的截止頻率νc為5.15×1014Hz，逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J.(3)當(dāng)入射光的頻率為ν＝7.00×1014Hz時，由Ek＝hν－h(huán)νc得，光電子的最大初動能為Ek＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014J≈1.23×10－19J.答案：(1)陽極(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均視為正確]3．41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均視為正確](3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均視為正確]eq\a\vs4\al()解決光電效應(yīng)類問題的“3點(diǎn)注意”注意1：決定光電子最大初動能大小的是入射光的頻率，決定光電流大小的是入射光光強(qiáng)的大小．注意2：由光電效應(yīng)發(fā)射出的光電子由一極到達(dá)另一極，是電路中產(chǎn)生光電流的條件．注意3：明確加在光電管兩極間的電壓對光電子起到了加速作用還是減速作用．原子能級和能級躍遷1．玻爾理論的三條假設(shè)(1)軌道量子化：核外電子只能在一些分立的軌道上運(yùn)動．(2)能量量子化：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)．(3)吸收或輻射能量量子化：原子在兩個能級之間躍遷時只能吸收或發(fā)射一定頻率的光子．2．躍遷規(guī)律(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量．(2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量等于能級差hν＝ΔE.②碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可．E外≥ΔE.③大于電離能的光子可被吸收將原子電離．(3)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出光譜線條數(shù)：N＝Ceq\o\al(2,n).玻爾在盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說的基礎(chǔ)上，提出具有量子特征的氫原子模型，其能級圖如圖所示．有一個發(fā)光管里裝有大量處于第四能級的氫原子，利用這個發(fā)光管的光線照射金屬鈉的表面．已知金屬鈉的極限頻率是5.53×1014Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，1eV＝1.6×10－19J.(1)發(fā)光管可能發(fā)射幾種不同能量的光子？(2)發(fā)光管能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)嗎？(通過計算回答)(3)求出發(fā)光管照射金屬鈉所發(fā)射的光電子的最大初動能．[解析](1)6種光子．(2)金屬鈉的逸出功為W0W0＝hνc≈3.67×10－19J≈2.29eV其中ΔE21＝10.2eV，ΔE31＝12.09eV，ΔE41＝12.75eV，ΔE42＝2.55eV都大于逸出功，所以一定能發(fā)生光電效應(yīng)．(3)Ekm＝ΔE41－W0＝10.46eV.[答案]見解析[突破訓(xùn)練]氫原子部分能級的示意圖如圖所示．不同色光的光子能量如下表所示．色光紅橙黃綠藍(lán)－靛紫光子能量范圍(eV)1.61～2．002.00～2．072.07～2．142.14～2．532.53～2．762.76～3．10處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為()A．紅、藍(lán)－靛 B．黃、綠C．紅、紫 D．藍(lán)－靛、紫解析：選A.原子發(fā)光時放出的光子的能量等于原子能級差，先分別計算各相鄰的能級差，再由小到大排序．結(jié)合可見光的光子能量表可知，有兩個能量分別為1.89eV和2.55eV的光子屬于可見光，分別屬于紅光和藍(lán)－靛光的范圍，故答案為A.eq\a\vs4\al()解決氫原子能級躍遷問題的四點(diǎn)技巧(1)原子躍遷時，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差．(2)原子電離時，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值，剩余能量為自由電子的動能．(3)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)，而一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)可用N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)求解．(4)計算能級能量時應(yīng)注意：因一般取無窮遠(yuǎn)處為零電勢參考面，故各能級的能量值均為負(fù)值；能量單位1eV＝1.6×10－19J.原子核的衰變規(guī)律1．天然放射現(xiàn)象(1)三種射線名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線氦核eq\o\al(4,2)He＋2e4u最強(qiáng)最弱β射線電子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1840)u較強(qiáng)較強(qiáng)γ射線光子γ00最弱最強(qiáng)(2)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)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(xué)性質(zhì)相同．②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、做示蹤原子等．③防護(hù)：防止放射性對人體組織的傷害．2．原子核的衰變、半衰期(1)原子核的衰變①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\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)eγ衰變：當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時伴隨著γ輻射．③兩個典型的衰變方程α衰變：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(2)半衰期①定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間．②影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系．(3)公式：N余＝N原·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up6(\f(t,τ))，m余＝m原·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up6(\f(t,τ))(t表示衰變時間，τ表示半衰期)．(2017·高考北京卷)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變．放射出的α粒子(eq\o\al(4,2)He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，其軌道半徑為R.以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量．(1)放射性原子核用eq\o\al(A,Z)X表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該α衰變的核反應(yīng)方程．(2)α粒子的圓周運(yùn)動可以等效成一個環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動的周期和環(huán)形電流大?。?3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm.[解析](1)eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He.(2)設(shè)α粒子的速度大小為v，由qvB＝meq\f(v2,R)，T＝eq\f(2πR,v)，得α粒子在磁場中運(yùn)動周期T＝eq\f(2πm,qB)環(huán)形電流大小I＝eq\f(q,T)＝eq\f(q2B,2πm).(3)由qvB＝meq\f(v2,R)，得v＝eq\f(qBR,m)設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v′，系統(tǒng)動量守恒Mv′－mv＝0v′＝eq\f(mv,M)＝eq\f(qBR,M)由Δmc2＝eq\f(1,2)Mv′2＋eq\f(1,2)mv2得Δm＝eq\f(（M＋m）（qBR）2,2mMc2).[答案]見解析[題組突破]角度1對衰變規(guī)律的理解1．(多選)eq\o\al(238,92)U是一種放射性元素，能夠自發(fā)地進(jìn)行一系列放射性衰變，如圖所示，下列說法正確的是()A．圖中a是84，b是206B．eq\o\al(206,82)Pb比eq\o\al(238,92)U的比結(jié)合能大C．Y和Z是同一種衰變D．Y是β衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的解析：選ABC.由eq\o\al(210,a)Po變到eq\o\al(206,82)Pb，質(zhì)量數(shù)少4，知發(fā)生了一次α衰變，則電荷數(shù)少2，所以a＝84，由eq\o\al(210,83)Bi變到eq\o\al(b,81)Tl，發(fā)生了一次α衰變，則b＝206，選項(xiàng)A、C正確，選項(xiàng)D錯誤．比結(jié)合能小的原子核結(jié)合或分裂成比結(jié)合能大的原子核時會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得知，一定釋放核能，因此核反應(yīng)放出能量，則eq\o\al(206,82)Pb比eq\o\al(238,92)U的比結(jié)合能大，選項(xiàng)B正確．角度2對半衰期的理解2．(多選)研制核武器的钚239(eq\o\al(239,94)Pu)可由鈾239(eq\o\al(239,92)U)經(jīng)過衰變而產(chǎn)生，下列敘述正確的是()A．钚239和鈾239是同位素B．鈾239經(jīng)過一個半衰期時原子核的數(shù)量減少為原來的一半C．鈾239經(jīng)過一次α衰變產(chǎn)生钚239D．鈾239經(jīng)過二次β衰變產(chǎn)生钚239解析：選BD.同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)，故A錯誤；由半衰期的概念可知B選項(xiàng)正確；由eq\o\al(239,92)U→eq\o\al(239,94)Pu＋2eq\o\al(0,－1)e，D正確．核反應(yīng)方程和核能計算1．核反應(yīng)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(yīng)方程的基礎(chǔ)．質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)、中子(eq\o\al(1,0)n)、α粒子(eq\o\al(4,2)He)、β粒子(eq\o\al(0,－1)e)、正電子(0＋1e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等．(2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“→”表示反應(yīng)方向．(3)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒．2．核能的計算方法(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算時，Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”．(2)根據(jù)ΔE＝Δm×931.5(MeV)計算時，因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量．Δm的單位是“u”，所以ΔE的單位是“MeV”．(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)．(2016·高考全國卷Ⅱ)在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號)A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HE.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nF.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n[解析]一個原子核自發(fā)地放出一個α粒子，生成一個新核的過程是α衰變，因此C項(xiàng)是α衰變；一個重核在一個粒子的轟擊下，分裂成幾個中等質(zhì)量原子核的過程是重核的裂變，因此E項(xiàng)是重核的裂變；兩個較輕的原子核聚合成一個較大的原子核，并放出粒子的過程是輕核的聚變，因此F項(xiàng)是輕核的聚變；另外，A、B項(xiàng)是β衰變，D項(xiàng)是原子核的人工轉(zhuǎn)變．[答案]CABEF[題組突破]角度1核反應(yīng)的四種類型1．(1)表示放射性元素碘131(eq\o\al(131,53)I)β衰變的方程是()A.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(127,51)Sb＋eq\o\al(4,2)He B.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,53)I＋eq\o\al(1,0)n D.eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,52)Te＋eq\o\al(1,1)H(2)現(xiàn)有四個核反應(yīng)：A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)eD.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n①________是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，________是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程，________是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程．②求B中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù)．解析：(1)碘(eq\o\al(131,53)I)的原子核內(nèi)一個中子放出一個電子，變成一個質(zhì)子，質(zhì)量數(shù)沒有發(fā)生變化，核電荷數(shù)增加1，所以生成54號元素eq\o\al(131,54)Xe，放出一個電子，B選項(xiàng)正確．(2)①人工轉(zhuǎn)變方程的特點(diǎn)是箭頭的左邊是氦核與常見元素的原子核．箭頭的右邊也是常見元素的原子核．D是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，B是裂變反應(yīng)，是研究原子彈的核反應(yīng)方程．A是聚變反應(yīng)，是研究氫彈的核反應(yīng)方程．②由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以判定，X質(zhì)量數(shù)為144，電荷數(shù)為56，所以中子數(shù)為144－56＝88.答案：(1)B(2)①DBA②質(zhì)量數(shù)144，中子數(shù)88角度2核能的計算2．一個靜止的鈾核eq\o\al(232,92)U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核eq\o\al(228,90)Th(原子質(zhì)量為228.0287u)．(已知：原子質(zhì)量單位1u＝1.67×10－27kg，1u相當(dāng)于931.5MeV)(1)寫出核衰變反應(yīng)方程；(2)計算該核反應(yīng)釋放出的核能．解析：(1)衰變過程中電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒，所以有eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He.(2)根據(jù)質(zhì)能方程得釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.0059×931.5MeV≈5.496MeV.答案：見解析角度3核反應(yīng)的綜合應(yīng)用3．海水中含有豐富的氘，完全可充當(dāng)未來的主要能源．兩個氘核的核反應(yīng)產(chǎn)生一個eq\o\al(3,2)He核和一個粒子，其中氘核的質(zhì)量為2.0130u，氦核的質(zhì)量為3.0150u，粒子的質(zhì)量為1.0087u．(1u相當(dāng)于931.5MeV)：(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)核反應(yīng)中釋放的核能；(3)在兩個氘核以相等的動能0.35MeV進(jìn)行對心碰撞，并且核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況下，求反應(yīng)中產(chǎn)生的粒子和氦核的動能．解析：(1)核反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.(2)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝2mH－mHe－mn可知釋放的核能ΔE＝(2mH－mHe－mn)×931.5MeV＝2.14MeV.(3)把兩個氘核作為一個系統(tǒng)，碰撞過程系統(tǒng)的動量守恒，由于碰撞前兩氘核的動能相等，其動量等大反向，因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動量為零，設(shè)碰撞后瞬間氦核、中子的速度分別為vHe、vn，動能分別為EkHe、Ekn，碰撞前氘核的動能ΔEkH＝0.35MeV，則mHevHe＋mnvn＝0反應(yīng)前后系統(tǒng)的總能量守恒，則eq\f(1,2)mHeveq\o\al(2,He)＋eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,n)＝ΔE＋2ΔEkH又有mHe∶mn＝3∶1EkHe＝eq\f(1,2)mHeveq\o\al(2,He)，Ekn＝eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,n)，解得EkHe＝0.71MeV，Ekn＝2.13MeV.答案：(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)2.14MeV(3)2.13MeV0.71MeVeq\a\vs4\al()(1)在求解核反應(yīng)中的動量守恒時，常出現(xiàn)以下錯誤①核反應(yīng)中產(chǎn)生的新核和粒子的質(zhì)量數(shù)的確定；②在列動量守恒式時，是否考慮放出的光子的動量；③核反應(yīng)中動能并不守恒．(2)可以從以下幾點(diǎn)防范①根據(jù)核反應(yīng)規(guī)律，確定新核和粒子的質(zhì)量數(shù)；②根據(jù)題給條件明確是否考慮光子的動量；③若為放能核反應(yīng)，反應(yīng)后的動能等于反應(yīng)前的動能與釋放的核能之和．[專題強(qiáng)化訓(xùn)練](建議用時：60分鐘)一、單項(xiàng)選擇題1．(2017·高考北京卷)2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm(1nm＝10－9m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖．大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用．一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎．據(jù)此判斷，能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)()A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：選B.光子的能量E＝hν，c＝λν，聯(lián)立解得E≈2×10－18J，B項(xiàng)正確．2．(2017·四川宜賓二診)在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，與光的波動理論不矛盾的是()A．光電效應(yīng)是瞬時發(fā)生的B．所有金屬都存在極限頻率C．光電流隨著入射光增強(qiáng)而變大D．入射光頻率越大，光電子最大初動能越大解析：選C.按照光的波動理論，電子吸收光子的能量需要時間，因此光電效應(yīng)不可能瞬時發(fā)生，這與光電效應(yīng)具有瞬時性矛盾；按照光的波動理論，只要有足夠長的時間，電子會吸收足夠的能量，克服原子的束縛成為光電子，因此所有金屬均可以發(fā)生光電效應(yīng)，這與光電效應(yīng)有極限頻率矛盾；按照光的波動理論，照射光越強(qiáng)，電子獲得的能量越大，打出的光電子的最大初動能越大，這與光電效應(yīng)中打出的光子的最大初動能與光強(qiáng)無關(guān)，而與照射光的頻率有關(guān)矛盾；按照光的波動理論也可以得到光越強(qiáng)打出的光電子越多，光電流越大，因此C項(xiàng)正確．3．(2017·廣東汕頭二模)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由圖可知()A．該金屬的極限頻率為4.3×1014HzB．該金屬的極限頻率為5.5×1014HzC．該金屬的逸出功為8×10－20JD．該圖線斜率的倒數(shù)表示普朗克常量解析：選A.由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知該圖線的斜率為普朗克常量，圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為金屬的極限頻率ν0，即ν0＝4.3×1014Hz，A選項(xiàng)正確，B、D選項(xiàng)均錯誤；金屬的逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×4.3×1014J≈2.85×10－19J，C選項(xiàng)錯誤．4．(2017·高考天津卷)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國對國際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)．下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)HC.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n解析：選A.A項(xiàng)是氫元素的兩種同位素氘和氚聚變成氦元素的核反應(yīng)方程，B項(xiàng)是用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，C項(xiàng)屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變，D項(xiàng)屬于重核的裂變，因此只有A項(xiàng)符合要求．5．(2017·天津市五區(qū)縣檢測)如圖所示為氫原子的能級結(jié)構(gòu)示意圖，一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向較低能級躍遷的過程中向外輻射出光子，用這些光子照射逸出功為2.49eV的金屬鈉．下列說法正確的是()A．這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光，其中從n＝3能級躍遷到n＝2能級所發(fā)出的光波長最短B．這群氫原子在輻射光子的過程中電子繞核運(yùn)動的動能減小，電勢能增大C．能發(fā)生光電效應(yīng)的光有三種D．金屬鈉表面發(fā)出的光電子的最大初動能是9.60eV解析：選D．處于n＝3能級氫原子，向低能級躍遷可能發(fā)出Ceq\o\al(2,3)＝3種不同頻率的光，對應(yīng)的光子能量分別為(E3－E1)＝12.09eV、(E3－E2)＝1.89eV和(E2－E1)＝10.2eV，其中從n＝3能級躍遷到n＝2能級所發(fā)出的光子能量最小，對應(yīng)波長最長，另外兩種光子的能量都大于金屬鈉的逸出功，可以使其發(fā)生光電效應(yīng)；氫原子輻射光子過程中，氫原子總能量降低，核外電子由較高能級軌道向較低能級軌道運(yùn)動，原子核的靜電力做正功，電子動能增加，電勢能減小；用能量為12.09eV的光子照射金屬鈉時，光電子的最大初動能最大，為(12.09－2.49)eV＝9.60eV.選項(xiàng)A、B、C錯誤，D正確．6．(2017·北京海淀二模)對下列各原子核變化的方程，表述正確的是()A.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變反應(yīng)B.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(0,1)n是α衰變C.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是核裂變反應(yīng)D.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是β衰變解析：選A.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，屬于核聚變反應(yīng)，A正確，B錯誤；eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是β衰變，C錯誤；eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是核裂變反應(yīng)，D錯誤．7．(2017·山西太原模擬)核電站泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射γ射線．下列說法正確的是()A．碘131釋放的β射線由氦核組成B．銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量C．與銫137相比，碘131衰變更慢D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)解析：選D.β射線是高速運(yùn)動的電子流，不是氦原子核，A錯誤；γ射線的頻率大于可見光的頻率，根據(jù)E＝hν可知，γ射線光子能量大于可見光光子能量，B錯誤；半衰期越短，衰變越快，C錯誤；銫133和銫137都是銫元素，是質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同位素，所以D正確．二、多項(xiàng)選擇題8．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A．增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大B．減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C．改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)D．改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動能變大解析：選AD.增大入射光強(qiáng)度，單位時間內(nèi)照射到單位面積的光電子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項(xiàng)A正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于照射光的頻率，而與照射強(qiáng)度無關(guān)，故選項(xiàng)B錯誤．用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，用頻率較小的光照射時，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C錯誤；根據(jù)hν－W逸＝eq\f(1,2)mv2可知，增加照射光頻率，光電子的最大初動能也增大，故選項(xiàng)D正確．9．(2017·合肥一六八中學(xué)模擬)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說法中正確的是()A．盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型B．發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)nC．200萬個eq\o\al(238,92)U的原子核經(jīng)過兩個半衰期后剩下50萬個eq\o\al(238,92)UD．據(jù)圖可知，原子核D和E聚變成原子核F要吸收能量解析：選AB.本題考查核裂變、核聚變以及核反應(yīng)方程．盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)A正確；發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)