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考點65原子結(jié)構(gòu)原子核1.3年真題考點分布題型選擇題、填空題高考考點原子結(jié)構(gòu)模型、波爾原子理論的考察;天然方式現(xiàn)象和原子核的衰變;核反應(yīng)方程的書寫和識別;核力、質(zhì)量虧損的計算;新高考2023重慶卷6題、廣東卷1題、天津卷3題、北京卷3題、浙江卷5題、海南卷1題、海南卷10題、湖南卷1題、乙卷3題、甲卷2題、浙江春招卷9題、山東卷1題、湖北卷1題、遼寧卷、浙江春招卷15題2022重慶卷6題、北京卷1題、海南卷10題、廣東卷5題、湖南卷1題、天津卷1題、福建卷2題、北京卷14題、海南卷2題、遼寧卷2題、湖北卷1題、浙江卷7題、浙江卷11題、山東卷1題、甲卷4題、浙江春招14題2021遼寧卷2題、北京卷14題、浙江春招10題、重慶卷2題、福建卷9題、江蘇卷1題、海南卷5題、湖北卷1題、北京卷1題、山東卷1題、浙江卷14題、廣東卷1題、乙卷4題、甲卷4題、河北卷1題、湖南卷1題、2.命題規(guī)律及備考策略【命題規(guī)律】近3年新高考卷對于本節(jié)內(nèi)容考查共計47次,主要考查:(1)波爾原子理論、氫原子的能量和能級躍遷;(2)核反應(yīng)方程的識別和書寫;(3)利用質(zhì)能方程計算質(zhì)量虧損問題;(4)半衰期的理解和計算【備考策略】掌握三種原子結(jié)構(gòu)模型的特點;理解并掌握波爾原子理論及能級躍遷的相關(guān)計算;區(qū)分衰變、人工核反應(yīng)、重核裂變和輕核衰變四種核反應(yīng)方程的書寫和簡單的計算;學(xué)會利用質(zhì)能方程進(jìn)行簡單質(zhì)量虧損的計算。【命題預(yù)測】本節(jié)內(nèi)容較為簡單,但考察次數(shù)頻繁,2024年考生需要著重基礎(chǔ),理解并區(qū)分核反應(yīng)方程,識別及書寫,以及半衰期的計算,這也是2024年各省高考命題的熱點??挤?α粒子的散射實驗盧瑟福粒子散射實驗①粒子散射實驗裝置由粒子源、金箔、顯微鏡等幾部分組成,實驗時從粒子源到熒光屏這段路程應(yīng)處于真空中。②實驗現(xiàn)象a.絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進(jìn);b.少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn);偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°,它們幾乎被“撞了回來”。c.實驗意義:盧瑟福通過粒子散射實驗,否定了湯姆孫的原子模型,建立了核式結(jié)構(gòu)模型。(3)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型①模型描述:原子中帶正電部分的體積很小,但幾乎占有全部質(zhì)量,電子在正電體的外面運動.②原子核:正電體的尺度是很小的,稱為原子核.③意義:明確了原子結(jié)構(gòu)的空間分布、質(zhì)量分布、電荷分布④局限性:盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好地解釋a粒子散射實驗現(xiàn)象但不能解釋原子光譜是特征光譜和原子的穩(wěn)定性.【典例1】(2023·全國·校聯(lián)考模擬預(yù)測)如圖所示是α粒子散射實驗裝置的示意圖。從α粒子源發(fā)射的α粒子射向金箔,利用觀測裝置觀測發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進(jìn),但有少數(shù)α粒子(約占八千分之一)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于。下列說法正確的是()A.α粒子束是快速運動的質(zhì)子流B.實驗結(jié)果說明原子中的正電荷彌漫性地均勻分布在原子內(nèi)C.α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是金箔中的電子對α粒子的作用引起的D.α粒子散射實驗裝置的內(nèi)部需要抽成真空【變式】(2023·湖北·模擬預(yù)測)下列說法中正確的是()A.盧瑟福通過對粒子散射實驗結(jié)果分析,提出了原子核由質(zhì)子和中子組成B.康普頓散射實驗證明了電子具有波動性C.鈾核衰變?yōu)殂U核的過程中,要經(jīng)過8次衰變和6次衰變D.查德威克發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為考法2玻爾原子理論軌道量子化原子中的電子在庫侖引力的作用下,繞原子核做圓周運動.電子運行軌道的半徑不是任意的,也就是說電子的軌道是量子化的(填“連續(xù)變化”或“量子化”).電子在這些軌道上繞核的運動是穩(wěn)定的,不產(chǎn)生電磁輻射.2.定態(tài)(1)當(dāng)電子在不同的軌道上運動時,原子處于不同的狀態(tài),具有不同的能量.電子只能在特定軌道上運動,原子的能量只能取一系列特定的值.這些量子化的能量值叫作能級.(2)原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài),稱為定態(tài).能量最低的狀態(tài)稱為基態(tài),其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài).3.頻率條件當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為Em,m<n)時,會放出能量為hν的光子,該光子的能量hν=En-Em,該式稱為頻率條件,又稱輻射條件.氫原子的能量和能級躍遷①能級和半徑公式:Ⅰ、能級公式:(n=1,2,3,…),其中為基態(tài)能量,其數(shù)值為.Ⅱ、半徑公式:(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)軌道半徑,又稱玻爾半徑,其數(shù)值為.②氫原子的能級圖,如圖所示【典例2】(2023·湖北·統(tǒng)考高考真題)2022年10月,我國自主研發(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡可用于探測波長為的氫原子譜線(對應(yīng)的光子能量為)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級圖,可知此譜線來源于太陽中氫原子(
)A.和能級之間的躍遷 B.和能級之間的躍遷C.和能級之間的躍遷 D.和能級之間的躍遷對波爾原子模型深入理解對波爾原子模型深入理解①兩類能級躍遷Ⅰ、自發(fā)躍遷:高能級→低能級,釋放能量,發(fā)射光子.光子的頻率.Ⅱ、受激躍遷:低能級→高能級,吸收能量.吸收光子的能量必須恰好等于能級差.②光譜線條數(shù)的確定方法Ⅰ、一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n-1).Ⅱ、一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù).③電離Ⅰ、電離態(tài):n=∞,E=0.Ⅱ、電離能:指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量.Ⅲ、吸收能量足夠大,克服電離能后,獲得自由的電子還具有動能.【變式1】(2023·四川南充·統(tǒng)考模擬預(yù)測)氫原子的能級圖如圖,氫原子從能級躍遷到能級時輻射出一種光子,這種光子照射到逸出功為的金屬上,逸出的光電子最大初動能為()A. B. C. D.【變式2】(2023·河北唐山·開灤第一中學(xué)校考一模)如圖是玻爾解釋氫原子光譜畫出的能級圖,已知可見光光子的能量范圍約為1.62eV~3.11eV。大量處于能級的氫原子向低能級躍遷,發(fā)出若干頻率的光子,設(shè)普朗克常量為h,下列說法正確的是()A.能產(chǎn)生6種不同頻率的光子 B.能產(chǎn)生10種不同頻率的光子C.能產(chǎn)生6種不同頻率的可見光 D.能產(chǎn)生3種不同頻率的可見光考法3原子結(jié)構(gòu)模型(1)對陰極射線本質(zhì)的認(rèn)識——兩種觀點①電磁波說,代表人物——赫茲,他認(rèn)為這種射線是一種電磁輻射;②粒子說,代表人物——湯姆孫,他認(rèn)為這種射線是一種帶電粒子流;(2)陰極射線①發(fā)現(xiàn):科學(xué)家在研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn),當(dāng)玻璃管內(nèi)的氣體足夠稀薄時,陰極發(fā)出一種射線,這種射線稱為陰極射線.②本質(zhì):高速電子流.(3)電子①定義:組成陰極射線的粒子稱為電子,是原子的組成部分②電子電荷的測量:電子電荷的精確測定是在1909~1913年間由密立根通過著名的“油滴實驗”測出的.電子的電荷量e=1.602×1019C;電子的質(zhì)量m=9.109×1031kg;質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值③密立根更重要的發(fā)現(xiàn):電是量子化的,任何帶電體的電荷只能是e的整數(shù)倍;2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型(1)湯姆孫原子模型:湯姆孫于1898年提出了原子模型,他認(rèn)為原子是一個球體,正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體內(nèi),電子鑲嵌其中,有人形象地把湯姆孫模型稱為“西瓜模型”或“棗糕模型”?!镜淅?】(2024·云南大理·云南省下關(guān)第一中學(xué)校聯(lián)考模擬預(yù)測)下列說法正確的是()A.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型可以解釋氫原子光譜不連續(xù)的現(xiàn)象B.氡的半衰期為38天,若有8個氡核,則經(jīng)過76天后還剩下2個氡核C.鈾()經(jīng)多次、衰變形成穩(wěn)定的鉛()的過程中,有8個中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子D.質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別是、、,質(zhì)子和中子結(jié)合成一個粒子,釋放的能量是【變式】(2023·四川成都·四川省成都列五中學(xué)??既#┫铝兴姆鶊D涉及不同的物理知識,如圖所示,其中說法正確的是()A.圖甲,盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果,否定了湯姆孫原子棗糕式模型B.圖乙,用中子轟擊鈾核使其發(fā)生聚變,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會釋放出巨大的核能C.圖丙,一個氫原子處于第三能級,最多可以輻射出三種頻率的光子D.圖丁,湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)考法4天然放射現(xiàn)象原子核的衰變貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象;居里夫婦經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)了新元素釙和鐳;倫琴:X射線放射性元素的衰變的快慢由原子內(nèi)部自身因素決定的,與原子的物理狀態(tài)(溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(單質(zhì)、混合物)無關(guān),故天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。三種射線的性質(zhì)=1\*GB3①α射線帶正電,α粒子就是高速()的氦原子核,貫穿本領(lǐng)很小,電離作用很強(qiáng);=2\*GB3②β射線帶負(fù)電,是高速()電子流,貫穿本領(lǐng)很強(qiáng)(幾毫米的鋁板),電離作用較弱;③γ射線中電中性的,是波長極短的電磁波,貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)(幾厘米的鉛板),電離作用很小兩種衰變(γ射線是伴隨α射線或β射線產(chǎn)生的,沒有單獨的γ衰變)α衰變:本質(zhì):,例:β衰變:核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成了一個質(zhì)子和一個電子,電子放射到核外,質(zhì)子留在新核中。本質(zhì):,例如:α衰變和β衰變(有時結(jié)合動量守恒、磁場考大題)衰變類型α衰變β衰變衰變過程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A-4,Z-2)Y+eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z+1)Y+eq\o\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個電子勻強(qiáng)磁場中軌跡形狀(靜止電荷衰變,兩個正電荷,外切圓)靜止的核衰變:(靜止電荷衰變,一正一負(fù),內(nèi)接圓)勻速圓周運動:(動量相同,q大r小)放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部本身的因決定,與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān),它是對大量原子的統(tǒng)計規(guī)律。m余=m原(eq\f(1,2))eq\s\up6(\f(t,τ))角度1:對3種射線特點和性質(zhì)的理解【典例4】(2023·廣東·統(tǒng)考高考真題)理論認(rèn)為,大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過程,受核反應(yīng)的影響。下列說法正確的是(
)A.Y是粒子,射線穿透能力比射線強(qiáng) B.Y是粒子,射線電離能力比射線強(qiáng)C.Y是粒子,射線穿透能力比射線強(qiáng) D.Y是粒子,射線電離能力比射線強(qiáng)角度2:半衰期的理解和計算【典例5】(2022·全國·統(tǒng)考高考真題)兩種放射性元素的半衰期分別為和,在時刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N,在時刻,尚未衰變的原子核總數(shù)為,則在時刻,尚未衰變的原子核總數(shù)為()A. B. C. D.【變式1】(2023·河北·模擬預(yù)測)“玉兔二號”月球車攜帶的放射性同位素钚()會不斷衰變,釋放能量可以在月球超低溫環(huán)境下為儀器設(shè)備供熱??梢酝ㄟ^以下反應(yīng)過程得到:,。已知的衰變方程為,其半衰期為88年。下列說法正確的是()A.反應(yīng)前后總質(zhì)量保持不變B.X的穿透能力比Y強(qiáng)C.核子的平均質(zhì)量比的核子平均質(zhì)量小D.隨時間延續(xù),的半衰期逐漸減小【變式2】(2024·福建漳州·統(tǒng)考模擬預(yù)測)1957年,吳健雄領(lǐng)導(dǎo)的小組在研究鈷60的衰變中證實了宇稱不守恒的論斷。鈷60能自發(fā)地進(jìn)行衰變,半衰期為5.27年,衰變方程為。則。質(zhì)量為m的鈷60,經(jīng)過10.54年,還剩m??挤?核反應(yīng)類型及核反應(yīng)方程核反應(yīng)方程類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th+eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa+eq\o\al(0,-1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,7)N+eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O+eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C+eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al+eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P+eq\o\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\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si+eq\o\al(0,+1)e重核裂變?nèi)菀卓刂芿q\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)neq\o\al(235,92)U+eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe+eq\o\al(90,38)Sr+10eq\o\al(1,0)n輕核聚變現(xiàn)階段很難控制eq\o\al(2,1)H+eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(1,0)n角度1:核反應(yīng)的書寫【典例5】(2023·北京·統(tǒng)考高考真題)下列核反應(yīng)方程中括號內(nèi)的粒子為中子的是(
)A. B.C. D.角度2:核反應(yīng)方程的識別【典例6】(2022·海南·高考真題)下列屬于衰變的是(
)A. B.C. D.核反應(yīng)方程式的書寫核反應(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).如質(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(eq\o\al(0,+1)e)、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.【變式1】(2023·湖南長沙·長沙一中校考二模)1919年,盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核()發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變。已知核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化成了和質(zhì)子的動能,,,a粒子,質(zhì)子的質(zhì)量分別為m1、m2,m3,m4,真空中的光速為c,則()A.發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是B.釋放的核能等于和質(zhì)子的總動能C.釋放的核能等于D.釋放核能的原因是因為的結(jié)合能大于和α粒子總的結(jié)合能【變式2】(2023·云南玉溪·云南省玉溪第三中學(xué)校考模擬預(yù)測)下列四個核反應(yīng)方程,屬于聚變的是()A. B.C. D.考法6核力核能質(zhì)量虧損質(zhì)能方程1.核力(1)概念:原子核內(nèi)部,核子間所特有的相互作用力。(2)特點:核力是強(qiáng)相互作用力、短程力,只發(fā)生在相鄰的核子間。2.核能(1)質(zhì)能關(guān)系:E=mc2(2)核能的釋放:核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其釋放的能量ΔE=Δmc2。(3)核能的吸收:原子核分解成核子時要吸收一定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm,吸收的能量為ΔE=Δmc2。3.質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質(zhì)量成正比,即E=mc2.方程的含義:物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系,物體的能量增大,質(zhì)量也增大;物體的能量減少,質(zhì)量也減少.(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其能量也要相應(yīng)減少,即ΔE=Δmc2.(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm,吸收的能量為ΔE=Δmc2.4.核能釋放的兩種途徑的理解中等大小的原子核的比結(jié)合能最大,這些核最穩(wěn)定.使較重的核分裂成中等大小的核或使較小的核結(jié)合成中等大小的核,核子的比結(jié)合能都會增加,都可以釋放能量.【典例7】(2023·全國·統(tǒng)考高考真題)2022年10月,全球眾多天文設(shè)施觀測到迄今最亮伽馬射線暴,其中我國的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠(yuǎn)鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻(xiàn)。由觀測結(jié)果推斷,該伽馬射線暴在1分鐘內(nèi)釋放的能量量級為。假設(shè)釋放的能量來自于物質(zhì)質(zhì)量的減少,則每秒鐘平均減少的質(zhì)量量級為(光速為)A. B. C. D.【變式1】(2023·河北秦皇島·青龍滿族自治縣第一中學(xué)校聯(lián)考三模)根據(jù)狹義相對論的理論,一定的質(zhì)量m與一定的能量E相對應(yīng):,由此我們可以確定一個光子的質(zhì)量。當(dāng)照射到物體表面的光子被物體吸收或反射時都會對物體產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)(即光壓)。若一光源發(fā)出光的頻率為,光柱橫截面積為S,單位體積內(nèi)光子個數(shù)為n,設(shè)該光束垂直照射到物體表面被完全反射。已知光速為c,普朗克常數(shù)為h,忽略光子之間相互作用。則()A.單個光子的質(zhì)量為 B.單個光子的質(zhì)量為C.該光束產(chǎn)生的光壓為 D.該光束產(chǎn)生的光壓為【變式2】(2023·四川成都·校聯(lián)考模擬預(yù)測)醫(yī)學(xué)上,放射性同位素電池已廣泛應(yīng)用于心臟起搏器和人工心臟中,某植入人體的微型核電池內(nèi)部裝有150mg钚(),體積僅18mm3。已知钚238的半衰期為88年,钚238衰變時放出α射線和γ射線,生成新核X,若钚238、α粒子、X的質(zhì)量分別為m?、m2、m?,普朗克常量為h,真空中的光速為c,則下列說法正確的是()A.經(jīng)過兩個半衰期,150mg钚全部發(fā)生衰變B.钚238以不同化合物形態(tài)存在時,其半衰期可能發(fā)生變化C.該核反應(yīng)中釋放的能量為(m?m?m?)c2D.新核X的中子數(shù)為150考法7核能的計算核裂變核聚變裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)(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(yīng)方程:③鏈?zhǔn)椒磻?yīng):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)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。⑤裂變的應(yīng)用:原子彈、核反應(yīng)堆。⑥反應(yīng)堆構(gòu)造:核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)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(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行,因此又叫熱核反應(yīng)。②典型的聚變反應(yīng)方程:17.6MeV。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×931.5MeV計算時,Δm的單位是u,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=核子的比結(jié)合能×核子數(shù).核反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差,就是該核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能.角度1:核反應(yīng)中的能量計算【典例8】(2021·海南·高考真題)1932年,考克饒夫和瓦爾頓用質(zhì)子加速器進(jìn)行人工核蛻變實驗,驗證了質(zhì)能關(guān)系的正確性。在實驗中,鋰原子核俘獲一個質(zhì)子后成為不穩(wěn)定的鈹原子核,隨后又蛻變?yōu)閮蓚€原子核,核反應(yīng)方程為。已知、、X的質(zhì)量分別為、、,光在真空中的傳播速度為c,則在該核反應(yīng)中()A.質(zhì)量虧損B.釋放的核能C.鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是5D.X表示的是氚原子核角度2:核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損計算【典例9】(2020·全國·統(tǒng)考高考真題)氘核可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量,其總效果可用反應(yīng)式表示。海水中富含氘,已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個,若全都發(fā)生聚變反應(yīng),其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時釋放的熱量相等;已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107J,1MeV=1.6×10–13J,則M約為()A.40kg B.100kg C.400
kg D.1000kg【變式1】(2023·海南??凇ずD先A僑中學(xué)校考一模)太陽輻射的能量主要來源于聚變反應(yīng),,現(xiàn)有1mol氘和1.5mol氚充分發(fā)生聚變反應(yīng),已知阿伏加德羅常數(shù)則該聚變反應(yīng)釋放的總能量約為()A.1×1025MeV B.C.2×1025MeV D.5×1025MeV【變式2】(2023·海南省直轄縣級單位·嘉積中學(xué)??家荒#┡鹬凶臃@療法是腫瘤治療的新技術(shù)。硼核()進(jìn)入癌細(xì)胞后,吸收中子轉(zhuǎn)變成鋰核和α粒子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為,中子的質(zhì)量為,鋰核的質(zhì)量為M,真空中的光速為c。則鋰原子核的比結(jié)合能為()A. B.C. D.【基礎(chǔ)過關(guān)】1.(2023·西藏日喀則·統(tǒng)考一模)下列說法正確的是(
)A.光電效應(yīng)中光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比B.原子核的結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定C.方程式是核裂變反應(yīng),反應(yīng)過程損失3個中子D.一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷最多可能產(chǎn)生3種頻率的光子2.(2023·河北邢臺·河北巨鹿中學(xué)校聯(lián)考三模)根據(jù)玻爾提出的軌道量子化模型,氫原子不同能級的能量關(guān)系為,部分能級如圖所示,已知可見光的波長在之間,對應(yīng)的可見光光子能量范圍為。由此可推知氫原子在能級躍遷時()A.從能級躍遷到基態(tài)時發(fā)出可見光B.從高能級向能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光C.處于基態(tài)的氫原子吸收能量為的光子后可以躍遷至激發(fā)態(tài)D.從高能級向能級躍遷時發(fā)出的光波長比紅光更長3.(2023·云南·模擬預(yù)測)氫原子能級示意圖如圖所示,現(xiàn)有大量氫原子處于能級上,若用其躍遷輻射的光子照射逸出功的金屬,則光電子的最大初動能的最小值為()4.(2023·河南·校聯(lián)考模擬預(yù)測)2022年10月,中國科學(xué)院近代物理研究所成功合成了新核素錒,錒的衰變方程為,同時釋放射線.下列有關(guān)說法正確的是(
)A.X的核子數(shù)為87B.X的中子數(shù)為113C.由于發(fā)生質(zhì)量虧損,X的比結(jié)合能比錒204的比結(jié)合能小D.和的結(jié)合能之和一定小于的結(jié)合能5.(2023·河北唐山·遷西縣第一中學(xué)??级#?022年6月13日,四川省文物考古研究院公布三星堆遺址祭祀?yún)^(qū)最新考古發(fā)掘成果:在7號、8號祭祀坑,又發(fā)現(xiàn)大量造型前所未見的精美青銅器??脊艑W(xué)家利用放射性元素的半衰期確定了7號、8號祭祀坑的埋藏年代均為商代晚期。碳元素能自發(fā)地釋放射線,衰變方程為,其半衰期約為5730年。則當(dāng)衰變后的產(chǎn)物數(shù)量是衰變后剩余的數(shù)量的3倍時,衰變所經(jīng)歷的時間為()A.3100年 B.5730年 C.11460年 D.17190年6.(2023·廣東汕頭·仲元中學(xué)校聯(lián)考二模)2023年4月12日,我國“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄,成功實現(xiàn)穩(wěn)定態(tài)高約束模式等離子體運行403秒。其內(nèi)部發(fā)生輕核聚變的核反應(yīng)方程為,釋放出能量,一段時間后測得反應(yīng)物的質(zhì)量虧損了,光速為c、下列說法正確的是()A.x是粒子,穿透能力強(qiáng)電離能力弱B.這段時間內(nèi),輕核聚變釋放的能量為C.x粒子最早由湯姆孫通過實驗發(fā)現(xiàn)的D.輕核聚變質(zhì)量虧損,則輕核聚變過程中質(zhì)量數(shù)不守恒7.(2023·江蘇揚州·揚州市新華中學(xué)??家荒#┱娮影l(fā)射型計算機(jī)斷層顯像(PET)的基本原理:將放射性同位素注入人體,在人體內(nèi)衰變放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子,光子被探測器探測后經(jīng)計算機(jī)處理產(chǎn)生清晰圖像,下列說法正確的是()A.在人體內(nèi)衰變的方程是B.正負(fù)電子湮滅的方程式是C.正負(fù)電子相遇而湮滅違背了能量守恒定律D.在PET中,的主要用途是參與人體的代謝過程8.(2023·貴州畢節(jié)·統(tǒng)考三模)如圖,一個原子核X經(jīng)圖中所示的14次衰變,其中有m次衰變、n次衰變,生成穩(wěn)定的原子核Y,則()A.B. C. D.9.(2023·江蘇·模擬預(yù)測)超導(dǎo)托卡馬克EAST裝置被譽為“人造太陽”,4月12日21時獲得了重大成果。它實現(xiàn)了高功率穩(wěn)定的403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行,創(chuàng)造了托卡馬克裝置穩(wěn)態(tài)高約束模運行新的世界紀(jì)錄。設(shè)可控?zé)岷朔磻?yīng)前氘核()的質(zhì)量為,氚核()的質(zhì)量為,反應(yīng)后氦核()的質(zhì)量為,中子()的質(zhì)量為,已知真空中的光速為c。下列說法中正確的是()A.這種熱核反應(yīng)釋放出氦核,是衰變B.核反應(yīng)放出的能量為C.上述核反應(yīng)過程中原子核的比結(jié)合能減小D.這種裝置的核反應(yīng)原理與我國大亞灣核電站所使用核裝置的原理相同10.(2023·上?!そy(tǒng)考模擬預(yù)測)能量為8eV的光子的波長為,下一代超高精度原子鐘的工作原理依據(jù)核反應(yīng)方程。(已知:h=6.63×10-34J?s,1eV=1.6×10-19J)【能力提升】1.(2023·湖北武漢·華中師大一附中??寄M預(yù)測)如圖所示,(a)為氫原子能級圖,(b)為某放射性元素剩余質(zhì)量m與原質(zhì)量的比值隨時間t的變化圖像,(c)為軋制鋼板時動態(tài)監(jiān)測鋼板厚度的裝置圖,(d)為原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖像。下列與四幅圖對應(yīng)的四種說法,正確的是()A.圖(a)中,能量為10.5eV的光子轟擊處于基態(tài)的氫原子,可能使之發(fā)生躍遷B.圖(b)中,由放射性元素剩余質(zhì)量m與原質(zhì)量的比值隨時間t的變化規(guī)律可知其半衰期為C.圖(c)中,探測器接收到的可能是射線D.圖(d)中,比結(jié)合能越大,平均核子質(zhì)量越大,原子核越穩(wěn)定2.(2023·遼寧葫蘆島·統(tǒng)考二模)氫原子能級圖如圖,,,假設(shè)氫原子從n=3能級躍遷到n=1能級和n=2能級發(fā)出的光的波長和頻率分別為λ1、λ2和ν1、ν2,氫原子從n=2能級躍遷到n=1能級發(fā)出的光的波長和頻率分別為λ3和ν3,下列關(guān)系正確的是()A. B.C. D.3.(2023·湖南郴州·統(tǒng)考三模)氧核衰變成釙核,其核反應(yīng)方程為,氡核的半衰期為3.8天,一個靜止的衰變釋放的能量為E,且能量完全轉(zhuǎn)化為兩粒子的動能,則下列說法正確的是()A.方程式中的X是質(zhì)子B.該核反應(yīng)前、后的質(zhì)量守恒,且電荷數(shù)守恒C.50個氡核D.衰變釋放出的X粒子的動能為4.(2023·廣東東莞·東莞實驗中學(xué)??寄M預(yù)測)如圖所示是原子核發(fā)生α衰變的能級圖,經(jīng)α衰變直接變至基態(tài),或者衰變至一個激發(fā)態(tài),然后通過釋放一個光子衰變至基態(tài)。若發(fā)生α衰變前是靜止的,則()A.原子核的比結(jié)合能大于原子核的比結(jié)合能B.α粒子的動能小于原子核的動能C.的質(zhì)量大于與α粒子質(zhì)量之和D.激發(fā)態(tài)釋放光子至基態(tài)的衰變是β衰變5.(2023·江蘇揚州·揚州市新華中學(xué)??既#┫铝兴姆鶊D的有關(guān)說法正確的是()A.圖(1)中的人用大錘連續(xù)敲打,小車能在光滑的水平面上持續(xù)向右運動B.圖(2)中若改用綠光照射,驗電器金屬箔一定不張開C.圖(3)為氫原子能級示意圖,一群氫原子處于nD.圖(4)可以得知原子核F的比結(jié)合能小于原子核E的比結(jié)合能,原子核D和E聚成原子核F時會有質(zhì)量虧損,要釋放能量6.(2023·江蘇鎮(zhèn)江·統(tǒng)考三模)人工放射性原子核衰變時的核反應(yīng)方程為,同時放出射線,下列說法正確的是()A.X是正電子 B.的結(jié)合能大于的結(jié)合能C.射線由原子核釋放 D.射線在真空中的速度可達(dá)0.99光速7.(2023·全國·校聯(lián)考模擬預(yù)測)太陽內(nèi)部高溫高壓使三個氦核發(fā)生短暫的核反應(yīng),被稱為氦
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