原子與原子核（解析版）-2020年高考物理高頻

解密13―?一原布核

暮導(dǎo)航需考學(xué)

核心考點(diǎn)考綱要求

氫原子光譜I

氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式I

原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期I

放射性同位素1

核力、核反應(yīng)方程I

結(jié)合能、質(zhì)量虧損I

裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆1

射線的危害和防護(hù)1

光電效應(yīng)I

愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程I

”網(wǎng)絡(luò)和會(huì)泳

'光是一種概率波

光的波動(dòng)性

物質(zhì)波：2=-

P

‘光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：E=hv-W

波粒二象性，a

光的粒子性康普頓效應(yīng)

光子的動(dòng)量：V

能量量子化：能量子￡=機(jī)

[a粒子散射實(shí)驗(yàn)

原子核式結(jié)構(gòu)模型原子的核式結(jié)構(gòu)

原子核的電荷和尺度

「基本假設(shè)

L1L

波粒二象性原原子結(jié)構(gòu)?玻爾原子模型耳,==耳

能級(jí)n

子結(jié)構(gòu)原子核1

能級(jí)圖

連續(xù)譜

光譜

氫原子光譜線狀譜

實(shí)驗(yàn)規(guī)律

.三種射線

天然放射現(xiàn)象

、半衰期

質(zhì)子

組成

原子核的組成中字

原子核〔半衰期

‘衰變

人工轉(zhuǎn)變

核反應(yīng)＜裂變

聚變

核力和結(jié)合能

C二解密考點(diǎn)承

考支1%電政危

名/*Wa鋼

一、光電效應(yīng)

1.光電效應(yīng)現(xiàn)象

照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出。逸出的電子叫做光電子。

2.光電效應(yīng)的規(guī)律

（1）每種金屬都有一個(gè)發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率，稱(chēng)為截止頻率或極限頻率（%）。

（2）入射光的頻率不變時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大。光電流的強(qiáng)度（單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子

數(shù)）與入射光的強(qiáng)度成正比。

（3）入射光的頻率不變時(shí)，存在一個(gè)使光電流減小到0的反向電壓，即遏止電壓（&）。表明光電子

的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。

（4）光照射到金屬表面時(shí)，光電子的逸出幾乎是瞬時(shí)的，精確測(cè)量為l&9s。

3.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程

（1）光子說(shuō)：光由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成，頻率為v的光的能量子為加，即光子，其中〃普朗

克常量。

（2）愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hv-Wn

其中反為光電子的最大初動(dòng)能，Ek=eUc=L〃kv2,的為入射光子的能量，Wo為金屬的逸出功

2

4.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程對(duì)光電效應(yīng)的解釋

（1）光電子的最大初動(dòng)能反與入射光的頻率v有關(guān)，而與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。只有當(dāng)6>Wo時(shí)，才有光電

子逸出，截止頻率％=妁

h

(2)電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，所以光電流幾乎在瞬間產(chǎn)生。

(3)對(duì)于頻率v相同的光，光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和

光電流較大。

二、光電效應(yīng)的圖象分析

1.光電流與電壓的關(guān)系圖象(/-U圖象)

(1)電壓范圍足夠大時(shí)，電流的最大值為飽和光電流八；圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)的絕對(duì)值為遏止電

壓以；光電子的最大初動(dòng)能Ek=eUc

(2)頻率相同的入射光，遏止電壓相同；飽和光電流與光照強(qiáng)度成正比。

(3)不同頻率的入射光，遏止電壓不同；入射光頻率越大，遏止電壓越大。

2.最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系圖象(反?圖象)

(1)函數(shù)方程為Ek=hv-Wn=hv-hvc

(2)圖線斜率等于普朗克常量/?；橫軸截距等于截止頻率先:縱軸截距的絕對(duì)值E等于逸出功Wo=6c

3.遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系圖象(Ucf圖象)

(1)函數(shù)方程為=2片組

eeee

(2)圖線斜率與電子電荷量的乘積等于普朗克常量〃；橫軸截距等于截止頻率％;縱軸截距的絕對(duì)值

與電子電荷量的乘積等于逸出功。

任/希洛求鈉

（2019?河北唐山一模）用金屬鋤為陰極的光電管，觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中測(cè)

得鋼的遏止電壓上與入射光頻率v之間的關(guān)系如圖乙所示，圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為5.15XI0'4Hz.己知

普朗克常量人=6.63義1034J,則下列說(shuō)法正確的是（）

A.欲測(cè)遏止電壓，應(yīng)選擇電源左端為正極

B.當(dāng)電源左端為正極時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)，電流表的示數(shù)持續(xù)增大

C.增大照射光的強(qiáng)度，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能一定增大

D.如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率v=7.00XlOWHz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek=L2X10-19j

【參考答案】D

【試題解析】圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量鋤的遏止電壓外與入射光頻率匕因此光電管左端應(yīng)該是陰極，

則電源左端為負(fù)極，故A錯(cuò)誤；當(dāng)電源左端為正極時(shí)，將滑動(dòng)變阻器的滑片從圖示位置向右滑動(dòng)的過(guò)程中，

電壓增大，光電流增大，當(dāng)電流達(dá)到飽和值，不再增大，即電流表讀數(shù)的變化可能是持續(xù)增大，也可能是

先增大，后不變，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率和金屬的逸出功有關(guān)，與入射光的

強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)圖象可知，鋤的截止頻率訟=5.15X1014Hz,根據(jù)6c=Wo,則可求出該金

屬的逸出功大小Wb=6.63X10-34x5.15X10i4j=3.41><10-i9j.根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=的一版,當(dāng)入射光的

3414l919

頻率為v=7.00X1014Hz時(shí)，則最大初動(dòng)能為：￡k=（6.63X10X7.00X10-3.41X10）J=1.2X10J,

故選項(xiàng)D正確。

名齦除襪可

1.（2019?黑龍江齊齊哈爾一模）用頻率為v的單色光照射陰極K時(shí)，能發(fā)生光電效應(yīng)，改變光電管兩端的

電壓，測(cè)得電流隨電壓變化的圖象如圖所示，“為遏止電壓.已知電子的帶電荷量為e,普朗克常量

為方，則陰極K的極限頻率為（）

aU

AjUoeUo

A-v+~B-v~~

Cn.D.v

【答案】B

=

【解析】根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=〃y—Wo,eUohv—hvof得出vo=y—今&B正確。

考克24爾的原液覆型

名弟路知鶴

一、光譜

1.光譜

用光柵或棱鏡可以把光按波長(zhǎng)展開(kāi)，獲得光的波長(zhǎng)（頻率）和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。

2.光譜分類(lèi)

（1）有些光譜是一條條的亮線（譜線），這樣的光譜叫做線狀譜。

（2）有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜。

3.光譜分析

（1）特征譜線：各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，原子只能發(fā)出幾種特定頻率的光。不同原子的亮線

位置不同，說(shuō)明不同院子的發(fā)光頻率不一樣，這些亮線被稱(chēng)為原子的特征譜線。

（2）明線光譜，又叫發(fā)射光譜。物質(zhì)（原子）發(fā)光，特征譜線為亮線。

（3）暗線光譜，又叫吸收光譜。物質(zhì)（原子）吸收白光，特征譜線為暗線。

（4）光譜分析：每種原子都有自己的特征譜線，用特征譜線可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分。

二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

1.1885年，巴耳末（J.J.Balmer）分析氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線，寫(xiě)出了表示譜線波長(zhǎng)關(guān)系

的巴耳末公式。

2.巴耳末公式：-=/?（4--4-）-"=3，4,5,…，其中R為里德伯常量，R=l.10x107m-i

222n2

3.由巴耳末公式確定的一組譜線稱(chēng)為巴耳末系。氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線的波長(zhǎng)也滿足與

巴耳末公式類(lèi)似的關(guān)系式。

三、經(jīng)典理論解釋原子問(wèn)題的困難

1.原子的穩(wěn)定性

（1）經(jīng)典理論：核外電子在原子核庫(kù)侖引力的作用下繞核轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)，電子的動(dòng)能以

電磁波的形式輻射出去，最終電子會(huì)落向原子核。

(2)實(shí)際現(xiàn)象：原子是個(gè)很穩(wěn)定的系統(tǒng)。

2.原子光譜的分立特征

(1)經(jīng)典理論：電子輻射電磁波的頻率就是電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率，電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率是連續(xù)變

化的，則原子輻射的各種頻率的光，即原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的。

(2)實(shí)際現(xiàn)象：原子光譜是分立的線狀譜。

四、玻爾的原子模型

1.玻爾原子理論的基本假設(shè)

(1)軌道量子化與定態(tài)

電子的軌道是量子化的。

當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量，即原子的能量是量子化的。

這些量子化的能量值叫做能級(jí)。原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱(chēng)為定態(tài)。

定態(tài)中能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。

通常用一個(gè)或幾個(gè)量子數(shù)來(lái)標(biāo)志各定態(tài)，如用〃=1,2,3,...對(duì)應(yīng)的Ei,Ei,…表示氫原子基態(tài)(〃=1)

和激發(fā)態(tài)(〃=2,3,4,...)的能量值。

(2)頻率條件

當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(E,.)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(E?,時(shí)，會(huì)放出能量為弱的

光子，有hv=E,「E“,其中〃為普朗克常量。

2.氫原子的能級(jí)

(1)氫原子的能級(jí)

〃

8E/eV

5

4E-0.54

3-0.85

-1.51

2-3.40

-13.6

(2)氫原子的能級(jí)公式：En=-^Ei(n=\f2,3,…)，其中自為基態(tài)能量，Ei=-13.6eV

n'

(3)氫原子的半徑公式：%=〃2n5=1,2,3,...),其中n為基態(tài)半徑,又稱(chēng)玻爾半徑，n=5.3x10-11m

3.玻爾模型的意義與局限性

(1)意義：玻爾的原子理論第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋

了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。

(2)局限：對(duì)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的原子如氨原子的光譜現(xiàn)象，玻爾理論無(wú)法解釋。玻爾理論仍保留了經(jīng)典

粒子的觀念，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看作經(jīng)典力學(xué)中軌道運(yùn)動(dòng)。

(3)實(shí)際上，原子中電子的坐標(biāo)是概率的，其概率分布可通過(guò)電子云形象地表示出來(lái)。

五、能級(jí)躍遷

1.氫原子的能級(jí)躍遷

(1)低能級(jí)-高能級(jí)

吸收能量，原子能量變大；電子的軌道半徑變大，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能變大，電子動(dòng)能變小。

(2)高能級(jí)-低能級(jí)

放出能量，原子能量變??；電子的軌道半徑變小，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能變小，電子動(dòng)能變大。

2.電離

(1)定義：電子脫離原子核的束縛成為自由電子的過(guò)程叫做電離。

(2)電離態(tài)：〃=8,E=0

氫原子基態(tài)—電離態(tài)，吸收13.6eV的電離能；激發(fā)態(tài)(&)—電離態(tài)：吸收E“+13.6eV的電離能。

如過(guò)原子吸收的能量足夠大，自由電子還將攜帶一部分動(dòng)能。

3.氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷發(fā)出的譜線數(shù)

(1)一個(gè)氫原子從高能級(jí)(〃)向各低能級(jí)躍遷發(fā)出的譜線最多有"-1條。

(2)一群氫原子從高能級(jí)(〃)向各低能級(jí)躍遷發(fā)出的譜線最多有條。

4.入射光子和入射電子的區(qū)別

(1)若入射光子使原子躍遷，則入射光子的能量一定等于原子的某兩個(gè)能級(jí)差，或大于等于原子的電

離能。

(2)若入射電子使原子躍遷，則入射電子的能量只需要大于等于原子的某兩個(gè)能級(jí)差或電離能。如弗

蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)中，汞原子的能量是量子化的，電子的動(dòng)能會(huì)被汞原子以4.9eV的整數(shù)倍吸收。

冬喝木求鈉

(2019?東北三省四市二模)已知金屬鈣的逸出功為2.7eV,氫原子的能級(jí)圖如圖所示，一群氫原子處于量

子數(shù)〃=4的能量狀態(tài)，則

n￡/eV

8----------------------0

4=-0.85

3-----------------------1.51

2------------------------3.40

1------------------------13.60

A.氫原子可能輻射3種頻率的光子

B.氫原子可能輻射5種頻率的光子

C.有3種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng)

D.有4種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng)

【參考答案】C

【試題解析】根據(jù)C2=6知，這群氫原子可能輻射6種頻率的光子，故A、B錯(cuò)誤；〃=4躍遷到〃=3

輻射的光子能量為0.66eV,〃=3躍遷到"=2輻射的光子能量為1.89eV,〃=4躍迂到〃=2輻射的光子能

量為2.55eV,均小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，其余3種光子能量均大于2.7eV,所以這群氫原子輻射

的光中有3種頻率的光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng).故C正確，D錯(cuò)誤。

名/跟蹤秣而

1.(2018?內(nèi)蒙古集寧一中)圖甲為氫原子的能級(jí)圖，圖乙為某金屬在光的照射下，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生

的光電子的最大初動(dòng)能反與入射光頻率v的關(guān)系圖象。若氫原子從〃=3能級(jí)躍遷到〃=2能級(jí)放出的光子

剛好使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，普朗克常數(shù)力=6.63x10-34j$1eV=1.6xl()T9j,則下列說(shuō)法正確的是

E

A.由乙圖知普朗克常量九一一

%

B.乙圖中E=〃w)=L89eV

C.該金屬的極限頻率為5.4X10I4HZ

D.用氫原子從〃=2能級(jí)躍遷到〃=1能級(jí)釋放的光子去照射該金屬，打出光電子的最大初動(dòng)能為10.2eV

【答案】B

￡

【解析】由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程知，結(jié)合圖象可知，圖線的斜率上任一，故A錯(cuò)誤。縱

%

軸截距的大小等于逸出功，即E=hva,氫原子從〃=3能級(jí)躍遷到〃=2能級(jí)放出的光子剛好使該金屬發(fā)生

光電效應(yīng),則逸出功Wo=-L51-(-3.40)eV=1.89eV,則E=/m)=1.89eV,故B正確。金屬的極限頻率

W12O16x1

x14

v=—=34Hz^4.6xl0Hz,故C錯(cuò)誤。氫原子從〃=2能級(jí)躍遷到"=1能級(jí)，輻射

°0h6.63x10-34

的光子能量等于10.2eV,根據(jù)光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能Ekm=/nTVo=lO.2eV-L89eV=8.31

eV,故D錯(cuò)誤。

考-3原各核導(dǎo)放射楹

//於名知祝

一、原子核的組成

i.天然放射現(xiàn)象

（1）定義：元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象。1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝可勒爾首先發(fā)現(xiàn)。

（2）放射性和放射性元素

物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱(chēng)為放射性，具有放射性的元素稱(chēng)為放射性元素。

（3）意義：原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。

2.三種射線

名稱(chēng)本質(zhì)來(lái)源速度電離能力穿透能力

a射線氮核流原子核可達(dá)0.1c強(qiáng)較差，用紙即可擋住

P射線高速電子流中子一質(zhì)子+電子可達(dá)0.99c較弱較強(qiáng)，穿透幾毫米厚的鋁板

電磁波，波長(zhǎng)最強(qiáng)，穿透幾厘米厚的鉛板

Y射線原子核能級(jí)躍遷C最小

小于0.1nm和幾十厘米厚的混凝土

3.原子核的組成

（1）質(zhì)子

1919年，盧瑟福用鐳放射出的a粒子轟擊氮原子核，從氮原子核中打出了質(zhì)子。

質(zhì)子用符號(hào)P（或;H）表示，帶正電，所帶電荷量大小等于元電荷。

（2）中子

盧瑟福通過(guò)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)猜想了中子的存在。1932年，查德威克實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

中子用符號(hào)n表示，其質(zhì)量與質(zhì)子非常接近，不帶電。

（3）質(zhì)子和中子除了帶電的差異及質(zhì)量的微小差別外，其余性質(zhì)十分相似，都是原子核的組成部分,

故統(tǒng)稱(chēng)為核子。

原子核用符號(hào)（X表示，X為元素符號(hào)，Z為原子核的電荷數(shù)（即原子序數(shù)）等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，4為原

子核的質(zhì)量數(shù)等于核子數(shù)。

質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子核互稱(chēng)同位素。

★特別提示：

原子核的電荷數(shù)不是它所帶的電荷量，質(zhì)量數(shù)也不是它的質(zhì)量。

二、放射性元素的衰變

1.原子核的衰變

（1）定義：原子核放出a粒子或B粒子，變成另一種原子核的變化稱(chēng)為原子核的衰變。

（2）分類(lèi)

a衰變：坊->媛Y+；He,如空U->z^m+jHe

衰變實(shí)質(zhì)是2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體從原子核中被拋射出來(lái)。

B衰變：，Xfz±Y+_：e,如22Thf2：：pa+_：e

衰變實(shí)質(zhì)是原子核的中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，>f；H+>

（3）衰變時(shí)，原子核會(huì)從較高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，放出能量，能量以丫光子的形式輻射出來(lái)。所以丫

射線經(jīng)常伴隨著a射線和。射線產(chǎn)生。當(dāng)放射性物質(zhì)（如空U）發(fā)生連續(xù)衰變時(shí)，原子核中既發(fā)生了a衰

變，又發(fā)生了P衰變，同時(shí)伴隨著丫輻射，這時(shí)放射性物質(zhì)發(fā)出的射線中就會(huì)同時(shí)有a、。和丫三種射線。

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(shí)間。

（2）原子核發(fā)生衰變是概率的，半衰期描述的是大量原子核發(fā)生衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

（3）元素的放射性與其存在于單質(zhì)或化合物中的狀態(tài)無(wú)關(guān)，不受溫度、外界壓強(qiáng)、元素的化學(xué)性質(zhì)影

響。衰變的快慢（半衰期）也是由核內(nèi)部的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系。

（4）公式：質(zhì)量為〃20的物質(zhì)（半衰期為T(mén)）經(jīng)過(guò)時(shí)間f后剩余未衰變物質(zhì)的質(zhì)量m=〃zo（Ly/r

2

（5）應(yīng)用：碳14（l4C）測(cè)年技術(shù)。

三、射線的探測(cè)

1,射線與物質(zhì)作用的現(xiàn)象

（1）射線粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過(guò)飽和蒸氣會(huì)產(chǎn)生液滴，過(guò)熱液體會(huì)產(chǎn)生氣泡。

（2）使照相乳膠感光。

（3）使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光。

2.威爾遜云室

(1)原理：云室內(nèi)充滿過(guò)飽和酒精蒸氣，射線使云室內(nèi)的空氣電離，過(guò)飽和酒精蒸氣以離子為核心凝

結(jié)成霧滴，顯示出射線的徑跡。

(2)現(xiàn)象：a粒子的徑跡直而清晰，高速「粒子的徑跡又細(xì)又直，低速p粒子的徑跡又短又粗而且是

彎曲的，在云室中一般看不到丫粒子的徑跡。

3.氣泡室

射線通過(guò)氣泡室中的液體時(shí)，使過(guò)熱液體沸騰產(chǎn)生氣泡，顯示出射線的徑跡。

4.蓋革-米勒計(jì)數(shù)器

射線使計(jì)數(shù)管中的氣體電離，產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)中加速到達(dá)陽(yáng)極，正離子到達(dá)陰極，形成脈沖放電。

四、放射性的應(yīng)用與防護(hù)

1.原子核的人工轉(zhuǎn)變

用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過(guò)程。

(1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：：He+=Nf；O+；H

(2)查德威克發(fā)現(xiàn)中子：：He+：Be-1C+(；n

(3)約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性和正電子：

4TJ.27*11?30rj。八

2He+]3A1—>I5P+on,15P—>l4Si++le

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兩類(lèi)。

(1)應(yīng)用：消除靜電、射線測(cè)厚、工業(yè)探傷、放射治療、培育優(yōu)種、放射殺菌、作示蹤原子等。

(2)防護(hù)：過(guò)量的射線對(duì)人體組織有破壞作用，生活環(huán)境中輻射的強(qiáng)度要控制在安全劑量以?xún)?nèi)。

修雅派東鈉

(2019?寧夏銀川聯(lián)考)國(guó)產(chǎn)科幻大片《流浪地球》講述了太陽(yáng)即將在未來(lái)出現(xiàn)“核燃燒”現(xiàn)象，從而導(dǎo)

致人類(lèi)無(wú)法生存，決定移民到半人馬座比鄰星的故事.據(jù)科學(xué)家論證，太陽(yáng)向外輻射的能量來(lái)自其內(nèi)部發(fā)

生的各種熱核反應(yīng)，當(dāng)太陽(yáng)內(nèi)部達(dá)到一定溫度時(shí)，會(huì)發(fā)生“核燃燒”，其中“核燃燒”的核反應(yīng)方程為擔(dān)e

+X-汨e+y,方程中X表示某種粒子，扭e是不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為T(mén),則下列說(shuō)法正確的是()

A.X粒子是|He

B.若使汨e的溫度降低，其半衰期會(huì)減小

C.經(jīng)過(guò)2T,一定質(zhì)量的汨e占開(kāi)始時(shí)的!

O

D.“核燃燒”的核反應(yīng)是裂變反應(yīng)

【參考答案】A

【試題解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X粒子的質(zhì)量數(shù)為4,電荷數(shù)為2,故X為擔(dān)e,選項(xiàng)A

正確；溫度不能改變放射性元素的半衰期，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；經(jīng)過(guò)27,一定質(zhì)量的汨e占開(kāi)始時(shí)的鼠選項(xiàng)C錯(cuò)

誤；“核燃燒”的核反應(yīng)是輕核聚變反應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

1.（2019?四川內(nèi)江聯(lián)考）真空中一個(gè)靜止的鐳原子核組Ra經(jīng)一次a衰變后變成一個(gè)新核智Rn,衰變方程為翟

Ra-縹Rn+；He,下列說(shuō)法正確的是（）

A.衰變后留Rn核的動(dòng)量與a粒子的動(dòng)量相同

B.衰變后鉗Rn核的質(zhì)量與a粒子的質(zhì)量之和等于衰變前鐳核^的質(zhì)量

C.若鐳元素的半衰期為r,則經(jīng)過(guò)T的時(shí)間，8個(gè)鐐Ra核中有4個(gè)已經(jīng)發(fā)生了衰變

D.若鐳元素的半衰期為”則經(jīng)過(guò)2r的時(shí)間，2kg的鐐Ra核中有1.5kg已經(jīng)發(fā)生了衰變

【答案】D

【解析】根據(jù)動(dòng)量守恒可知，錮Rn核與a粒子的動(dòng)量大小相等，方向相反，所以二者動(dòng)量不同，因此A錯(cuò)

誤；鐳核鐐Ra衰變成鍬Rn核過(guò)程中，存在質(zhì)量虧損，導(dǎo)致衰變后銅Rn核的質(zhì)量與a粒子的質(zhì)量之和

小于衰變前鐳核鐐Ra的質(zhì)量，所以B錯(cuò)誤；少量放射性元素的衰變是一個(gè)隨機(jī)事件，對(duì)于8個(gè)放射性

元素，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其衰變的個(gè)數(shù)，所以C錯(cuò)誤；2kg的資Ra,符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，經(jīng)過(guò)2工的時(shí)間，已有

L5kg發(fā)生衰變，所以D正確.綜上所述，選項(xiàng)D正確。

考點(diǎn)4垓力易輅合俄

氣於舄知鋼

一、核力

i.核力定義：把核子緊緊地束縛在原子核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核的力。

2.核力特點(diǎn)：

（1）核力是強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)；在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多。

（2）核力是短程力，作用范圍的數(shù)量級(jí)為l&”m；核力既能表現(xiàn)為引力，也能表現(xiàn)為斥力，引力束縛

核子，斥力使核子不會(huì)融合在一起。

（3）每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱(chēng)為核力的飽和性。

3.原子核中質(zhì)子與中子的比例

自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，較重的原子核的中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素

的中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相差越多。

原子核大到一定程度時(shí)，質(zhì)子間的距離較遠(yuǎn)，核力不足以平衡庫(kù)侖力；中子與其他核子間沒(méi)有庫(kù)侖斥

力，但有相互吸引的核力，所以增加中子數(shù)有助于維系原子核的穩(wěn)定。

4.弱相互作用（弱力）

（1）引起原子核。衰變，即引起中子-質(zhì)子轉(zhuǎn)變.

（2）短程力，作用范圍的數(shù)量級(jí)為

（3）作用強(qiáng)度：強(qiáng)力〉電磁力〉弱力〉萬(wàn)有引力

二、結(jié)合能

1.結(jié)合能：核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為自由核子時(shí)吸收的能量，即核能。

類(lèi)比：基態(tài)氫原子的電子逸出原子所需要的電離能（13.6eV）即基態(tài)氫原子的結(jié)合能。

組成原子核的核子越多，其結(jié)合能越高

2.比結(jié)合能

（1）定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱(chēng)做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。

（2）不同原子核的比結(jié)合能不同，比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。

（3）核能釋放的兩種途徑

由于中等大小的核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定。故核能釋放可以：①使較重的核分裂成中等大小的核,

核子的比結(jié)合能增大；②使較輕的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能增大。

3.質(zhì)量虧損

（1）質(zhì)能方程：E=M,其中E為能量，機(jī)為質(zhì)量，c?為真空中的光速

1原子質(zhì)量單位（1u）相當(dāng)于931.5MeV的能量。

（2）質(zhì)量虧損與核能

①核子在結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損Am,釋放能量A^Amc2

②原子核分解成自由核子時(shí)要吸收一定的能量，質(zhì)量增加△〃?，吸收的能量△E=A"c2

（3）應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程

卜十算質(zhì)量|

書(shū)寫(xiě)核反利用A￡=A/MC2

應(yīng)方程式虧損A7??計(jì)算釋放的核能

三、核裂變

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(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過(guò)程。

（2）典型的裂變反應(yīng)方程:2[u+；n->￡Ba+；：Kr+3；n

（3）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程。

（4）臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及相應(yīng)的質(zhì)量。

2.核裂變的應(yīng)用：原子彈、核電站（核反應(yīng)堆）。

3.核電站

（1）核燃料：鈾棒（其中的慳U）

（2）慢化劑：使快中子減速成為慢中子（熱中子），被鈾核俘獲，發(fā)生核裂變。

常用慢化劑：石墨、重水、普通水（輕水）。

慢化劑的原子核質(zhì)量數(shù)應(yīng)較小，以使中子與其碰撞后有較好的減速效果。使用石墨作為慢化劑是因?yàn)?/p>

其不吸收中子，重水中的笊不易吸收中子，普通水中的氫核容易吸收中子。在可以制造高濃度的核燃料后,

慢化劑一般使用普通水。

（3）控制棒：調(diào)節(jié)中子數(shù)目，控制反應(yīng)速度。

鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過(guò)于激烈時(shí)，將鎘棒插入深些，以多吸收中子，減緩鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度。

（4）防護(hù)層：很厚的水泥防護(hù)層。

（5）水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，同時(shí)冷卻反應(yīng)堆。

（6）反應(yīng)堆放出的熱使水變成水蒸氣，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。

四、核聚變

1.輕核聚變

（1）定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)。

（2）要使輕核發(fā)生聚變，必須把它們加熱到很高的溫度，使原子核具有足夠的動(dòng)能克服庫(kù)侖斥力。因

此，聚變又叫熱核反應(yīng)。

（3）典型的聚變反應(yīng)方程：；H+：H-：He+：n

（4）恒星就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。

2.聚變與裂變相比的優(yōu)點(diǎn)

（1）輕核聚變產(chǎn)能效率高。

（2）地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富。

（3）輕核聚變更為安全、清潔。實(shí)現(xiàn)核聚變需要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)即自動(dòng)終

止。聚變反應(yīng)堆比裂變反應(yīng)堆生成的廢物數(shù)量少，容易處理。

3.受控?zé)岷朔磻?yīng)

（1）產(chǎn)生高溫的兩種方案：磁約束和慣性約束。

（2）環(huán)流器（托卡馬克，tokamak）

利用帶電粒子在強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力約束反應(yīng)物的性能最好的裝置。能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷?/p>

反應(yīng)，尚無(wú)法投入實(shí)用。

名/桶張東鈉

（2019?河南洛陽(yáng)二模）下列關(guān)于近代物理知識(shí)的描述中，正確的是（）

A.康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了光不但具有粒子性，還具有能量和動(dòng)量

B.一個(gè)處于”=3能級(jí)狀態(tài)的氫原子自發(fā)躍遷時(shí)，能發(fā)出3種頻率的光子

C.結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定

D.衰變中產(chǎn)生的。射線實(shí)際上是原子核外電子掙脫原子核形成的

【參考答案】A

h

【試題解析】康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，且有動(dòng)量和能量，動(dòng)量大小為〃=],能量大小為￡=切,

故A正確；一個(gè)處于"=3能級(jí)狀態(tài)的氫原子自發(fā)躍遷時(shí)，最多只能發(fā)出2種頻率的光，分別為〃=3躍遷

到〃=2,〃=2躍遷到〃=1,故B錯(cuò)誤；原子核的結(jié)合能越大，原子核的核子數(shù)越多，原子核的穩(wěn)定性用比

結(jié)合能來(lái)表示，比結(jié)合能越大表示該原子核越穩(wěn)定，故C錯(cuò)誤；P衰變中產(chǎn)生的0射線實(shí)際上是原子核中的

一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時(shí)生成一個(gè)電子，故D錯(cuò)誤。

//砥蹤秣習(xí)

1.（2019,廣東廣州一模）2018年11月12日中科院等離子體物理研究所發(fā)布消息：全超導(dǎo)托克馬克裝置

EAST在實(shí)驗(yàn)中有了新的突破，等離子體中心電子溫度達(dá)到1億攝氏度；其主要核反應(yīng)方程為：①;H+j

H-；He+X②;H+Y-；He+X,則下列表述正確的是（）

A.X是質(zhì)子B.Y是瓶核

C.X與Y是同位素D.①②兩個(gè)核反應(yīng)都屬于裂變反應(yīng)

【答案】B

【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知X是中子，故A錯(cuò)誤；對(duì)第二個(gè)方程，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷

數(shù)守恒可知Y是氤核，故B正確；X是中子，Y是危核，X與Y不是同位素，故C錯(cuò)誤；①②兩個(gè)核

反應(yīng)都屬于聚變反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。

唾缺射密思凄

1.（2019?新課標(biāo)全國(guó)I卷）氫原子能級(jí)示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV~3.10eV的光為可見(jiàn)光。要

使處于基態(tài)（〃=1）的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見(jiàn)光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為

f/eV

0

-0.85

-1.51

2-3.40

1---------------------13.60

A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.51eV

【答案】A

【解析】由題意可知，基態(tài)（n=l）氫原子被激發(fā)后，至少被激發(fā)到n=3能級(jí)后，躍遷才可

能產(chǎn)生能量在1.63eV?3.10eV的可見(jiàn)光。故△石=-1.51-（-13.60）eV=12.09eV。故本題選A。

2.（2019?新課標(biāo)全國(guó)H卷）太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子一質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為

4：H-；He+2：e+”已知:H和；He的質(zhì)量分別為，%=1.0078u和%=4.0026u，2=9311^\7乩C為光速。在

4個(gè);H轉(zhuǎn)變成1個(gè):He的過(guò)程中，釋放的能量約為

A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeV

【答案】c

【解析】由△石=八加。2知AE=（4x〃2〃一/一，Aw=等

空唱泮。叼。小，忽略電子質(zhì)量，則:

=（4x1.0078M-4.0026M）-c2?26MeV,故C選項(xiàng)符合題意；

3.（2019?天津卷）如圖為。、b、c三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系。由。、人、

c組成的復(fù)色光通過(guò)三棱鏡時(shí)，下述光路圖中正確的是

■5uaoU

【答案】C

【解析】由光電效應(yīng)的方程線=弱-W,動(dòng)能定理建。=與，兩式聯(lián)立可得u=---------,故

ee

截止電壓越大說(shuō)明光的頻率越大，則有三種光的頻率以＞匕＞匕，則可知三種光的折射率的

關(guān)系為%＞良＞%,因此光穿過(guò)三棱鏡時(shí)b光偏折最大，c光次之，a光最小，故選C,AB

D錯(cuò)誤。

4.（2019?天津卷）我國(guó)核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子

溫度首次達(dá)到1億度，為人類(lèi)開(kāi)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(shuō)法正確的

是

A.核聚變比核裂變更為安全、清潔

B.任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變

C.兩個(gè)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(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加

【答案】AD

【解析】核聚變的最終產(chǎn)物時(shí)氮?dú)鉄o(wú)污染，而核裂變會(huì)產(chǎn)生固體核廢料，因此核聚變更加

清潔和安全，A正確；發(fā)生核聚變需要在高溫高壓下進(jìn)行，大核不能發(fā)生核聚變，故B錯(cuò)

誤；核聚變反應(yīng)會(huì)放出大量的能量，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系可知反應(yīng)會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，故C錯(cuò)誤；

因聚變反應(yīng)放出能量，因此反應(yīng)前的比結(jié)合能小于反應(yīng)后的比結(jié)合能，故D正確。

5.（2019?江蘇卷）100年前，盧瑟福用a粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子.后來(lái)，人們用a粒子轟擊哭Ni核也打出

了質(zhì)子：匆e+裝Nif:CU+|H+X；該反應(yīng)中的X是（選填“電子”“正電子”或“中子”）.此后，對(duì)

原子核反應(yīng)的持續(xù)研究為核能利用提供了可能.目前人類(lèi)獲得核能的主要方式是（選填"核衰變”

"核裂變''或"核聚變”）。

【答案】中子核裂變

【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：X應(yīng)為：；n即為中子，由于衰變是自發(fā)的，且周期與

外界因素?zé)o關(guān)，核聚變目前還無(wú)法控制，所以目前獲得核能的主要方式是核裂變；

6.（2018?天津卷）氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)有四條譜線H”、HQHy、H