第二講原子和原子核(原卷版+解析)

第二講原子和原子核知識梳理一、原子結(jié)構(gòu)、光譜和能級躍遷1．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家J．J.湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909～1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說，它們幾乎被“撞”了回來。(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)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(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。2．光譜(1)光譜用棱鏡或光柵可以把各種顏色的光按波長(頻率)展開，獲得光的波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。(2)光譜分類有些光譜是一條條的亮線，叫作譜線，這樣的光譜叫作線狀譜，又叫原子的特征譜線。有的光譜是連在一起的光帶，叫作連續(xù)譜。(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1885年，巴耳末對當(dāng)時(shí)已知的氫原子在可見光區(qū)的四條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長滿足公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4，5，…)，R∞叫作里德伯常量，實(shí)驗(yàn)測得的值為R∞＝1.10×107m－1。這個(gè)公式稱為巴耳末公式，它確定的這一組譜線稱為巴耳末系。3．氫原子的能級躍遷(1)玻爾理論①軌道量子化與定態(tài)：電子的軌道是量子化的。電子在這些軌道上繞核的運(yùn)動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。因此，原子的能量也只能取一系列特定的值，這些量子化的能量值叫作能級。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)叫作基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。②頻率條件：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hν＝En－Em(m＜n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)。(2)氫原子的能級圖重難點(diǎn)一、氫原子能級躍遷的理解1．對原子能級躍遷的頻率條件hν＝En－Em的說明(1)原子能級躍遷的頻率條件hν＝En－Em只適用于原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV(或|En|)時(shí)，也可以被處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收，使氫原子電離。(3)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實(shí)物粒子的動能可全部或部分被原子吸收，所以當(dāng)入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值(E≥En－Em)，則原子可能發(fā)生能級躍遷。2．躍遷中易混問題(1)一群原子和一個(gè)原子氫原子核外只有一個(gè)電子，這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能的情況只有一種，但是如果有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會有各種情況出現(xiàn)了。3．氫原子躍遷時(shí)電子動能、電勢能與原子能量的變化規(guī)律(1)電子動能變化規(guī)律①從公式上判斷，電子繞氫原子核運(yùn)動時(shí)靜電力提供向心力，即keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，所以Ekn＝eq\f(ke2,2rn)，隨r增大而減小。②從庫侖力做功上判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫侖引力做負(fù)功，故電子的動能減小。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖引力做正功，電子的動能增大。(2)原子的電勢能的變化規(guī)律①通過庫侖力做功判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫侖引力做負(fù)功，原子的電勢能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小。②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，原子能量增大，電子動能減小，原子的電勢能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，原子能量減小，電子動能增大，原子的電勢能減小。例1、關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的下述說法中正確的是()A．在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至被彈回接近180°B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力來自帶正電的核及核外電子，當(dāng)α粒子接近核時(shí)是核的排斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，當(dāng)α粒子接近電子時(shí)，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)C．實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分，實(shí)驗(yàn)事實(shí)肯定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型D．實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電及全部質(zhì)量例2、氫原子的能級示意圖如圖所示，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)原子向低能級躍遷時(shí)輻射出若干不同頻率的光。關(guān)于這些光，下列說法正確的是()A．最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的光是由n＝4能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的B．頻率最小的光是由n＝2能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的C．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光D．用由n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光去照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)例3、(多選)根據(jù)玻爾的原子理論，下列說法正確的是()A．氫原子的核外電子在能級越高的軌道，電子的動能越大B．氫原子的核外電子在能級越高的軌道，原子的能量越高C．一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時(shí)最多可輻射出6種頻率的光D．能級為E1的氫原子，吸收能量為E的光子后被電離，則電離時(shí)電子的動能為E－E1課堂隨練訓(xùn)練1、(多選)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖所示，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，觀察到的現(xiàn)象正確的是()A．放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些C．放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光D．放在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少訓(xùn)練2、金屬鈉的逸出功為2.49eV，氫原子的能級分布如圖所示，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們向較低的能級躍遷時(shí)發(fā)出的光照射金屬鈉，能使金屬鈉逸出光電子的光子頻率有()A．1種 B．2種C．3種 D．4種訓(xùn)練3、關(guān)于原子能級躍遷，下列說法正確的是()A．處于n＝3能級的一個(gè)氫原子回到基態(tài)時(shí)可能會輻射三種頻率的光子B．各種氣體原子的能級不同，躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量(頻率)不同，因此利用不同的氣體可以制成五顏六色的霓虹燈C．氫原子由較高能級躍遷到較低能級時(shí)，會輻射一定頻率的光子，同時(shí)氫原子的電勢能減小，電子的動能減小D．已知?dú)湓訌幕鶓B(tài)躍遷到某一激發(fā)態(tài)需要吸收的能量為12.09eV，則動能等于12.09eV的另一個(gè)氫原子與這個(gè)氫原子發(fā)生正碰，可以使這個(gè)原來靜止并處于基態(tài)的氫原子躍遷到該激發(fā)態(tài)二、原子核和原子核的衰變1．天然放射現(xiàn)象(1)放射性與放射性元素：物質(zhì)發(fā)出射線的性質(zhì)稱為放射性。具有放射性的元素稱為放射性元素。(2)天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，叫作天然放射現(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)，說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線。(3)三種射線的比較射線名稱比較項(xiàng)目α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)電荷量2e－e0質(zhì)量4mpeq\f(mp,1836)靜止質(zhì)量為零符號eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(0,－1)eγ速度可達(dá)eq\f(1,10)c接近c(diǎn)c垂直進(jìn)入電場或磁場的偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)穿透能力最弱較強(qiáng)最強(qiáng)對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱2．原子核的組成(1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。(2)原子核常用符號eq\o\al(A,Z)X表示，X為元素符號，A表示核的質(zhì)量數(shù)，Z表示核的電荷數(shù)。(3)原子核的電荷數(shù)＝核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝中性原子的核外電子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝核內(nèi)的核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，質(zhì)子和中子都為一個(gè)單位質(zhì)量。(4)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核組成的元素，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素，具有相同的化學(xué)性質(zhì)。3．放射性元素的衰變1.原子核的衰變(1)原子核自發(fā)地放出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。原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。(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)He；β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋__0－1e。注：當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時(shí)伴隨著γ射線輻射。(3)兩個(gè)重要的衰變①eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He；②eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e。2.α衰變、β衰變和γ輻射的實(shí)質(zhì)(1)α衰變：原子核中的兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合起來形成α粒子，并被釋放出來。(2)β衰變：核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子發(fā)射到核外。(3)γ輻射：原子核的能量不能連續(xù)變化，存在著能級。放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時(shí)產(chǎn)生的新核處于高能級，這時(shí)它要向低能級躍遷，并放出γ光子。因此，γ射線經(jīng)常是伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的。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(shí)間。4.放射性的應(yīng)用與防護(hù)(1)放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。例如：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e。有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類。(2)應(yīng)用：工業(yè)測厚，放射治療，培優(yōu)、保鮮，作為示蹤原子等。(3)防護(hù)：防止過量射線對人體組織的破壞。例1、(多選)有一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外，一個(gè)原來靜止在A處的原子核，發(fā)生衰變放射出某種粒子，兩個(gè)新核的運(yùn)動軌跡如圖所示，已知兩個(gè)相切圓半徑分別為r1、r2.下列說法正確的是()A．原子核發(fā)生α衰變，根據(jù)已知條件可以算出兩個(gè)新核的質(zhì)量比B．衰變形成的兩個(gè)粒子帶同種電荷C．衰變過程中原子核遵循動量守恒定律D．衰變形成的兩個(gè)粒子電荷量的關(guān)系為q1∶q2＝r1∶r2例2、花崗巖、大理石等裝修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有關(guān)放射性的說法正確的是()A．eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb要經(jīng)過8次β衰變和6次α衰變B．氡的半衰期為3.8天，4個(gè)氡原子核經(jīng)過7.6天后只剩下1個(gè)氡原子核C．α射線與γ射線都是電磁波，α射線的穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比γ射線弱D．放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的例3、(2021·廣東卷，1)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系中存在大量的放射性同位素鋁26。鋁26的半衰期為72萬年，其衰變方程為eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg＋Y。下列說法正確的是()A．Y是氦核B．Y是質(zhì)子C．再經(jīng)過72萬年，現(xiàn)有的鋁26衰變一半D．再經(jīng)過144萬年，現(xiàn)有的鋁26全部衰變課堂隨練訓(xùn)練1、(2021·湖南高考)核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要妥善處理。下列說法正確的是()A．放射性元素經(jīng)過兩個(gè)完整的半衰期后，將完全衰變殆盡B．原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒C．改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期D．過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害訓(xùn)練2、(2021·全國乙卷·17)醫(yī)學(xué)治療中常用放射性核素113In產(chǎn)生γ射線，而113In是由半衰期相對較長的113Sn衰變產(chǎn)生的．對于質(zhì)量為m0的113Sn，經(jīng)過時(shí)間t后剩余的113Sn質(zhì)量為m，其eq\f(m,m0)－t圖線如圖所示．從圖中可以得到13Sn的半衰期為()A．67.3d B．101.0dC．115.1d D．124.9d訓(xùn)練3、(多選)(2020·山東省臨沂模擬)由于放射性元素eq\o\al(237,93)Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被發(fā)現(xiàn)，只是在使用人工的方法制造后才被發(fā)現(xiàn)。已知eq\o\al(237,93)Np經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成eq\o\al(209,83)Bi，下列論斷正確的是()A．eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少28個(gè)中子B．eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少18個(gè)中子C．衰變過程中共發(fā)生了7次α衰變和4次β衰變D．衰變過程中共發(fā)生了4次α衰變和7次β衰變?nèi)?、核反?yīng)方程1．核反應(yīng)(1)核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核或者發(fā)生狀態(tài)變化的過程，稱為核反應(yīng)。(2)核反應(yīng)中遵循兩個(gè)守恒規(guī)律，即質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。2．衰變及核反應(yīng)的三種類型的比較類型可控性方程典例衰變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?47N＋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)重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制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輕核聚變較難進(jìn)行人工控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n例1、(2021·北京高考)硼(B)中子俘獲治療是目前最先進(jìn)的癌癥治療手段之一。治療時(shí)先給病人注射一種含硼的藥物，隨后用中子照射，硼俘獲中子后，產(chǎn)生高殺傷力的α粒子和鋰(Li)離子。這個(gè)核反應(yīng)的方程是()A．eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)HeB．eq\o\al(11,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)nC．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HD．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H例2、(多選)(2020·全國卷Ⅰ·19)下列核反應(yīng)方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有()A．eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(2,1)H→eq\o\ar(1,0)n＋X1B．eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(1,0)n＋X2C．eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3X3D．eq\o\ar(1,0)n＋eq\o\ar(6,3)Li→eq\o\ar(3,1)H＋X4課堂隨練訓(xùn)練1、(多選)(2021·廣東省選擇考模擬)能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一，下列關(guān)于核反應(yīng)方程的說法正確的是()A．衰變方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋x中x是電子B．衰變方程eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋y中y是電子C．核聚變反應(yīng)方程eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋aeq\o\al(1,0)n中a＝2D．核裂變反應(yīng)方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋beq\o\al(1,0)n中b＝3訓(xùn)練2、(2020·海南高考)100年前，盧瑟福猜想在原子核內(nèi)除質(zhì)子外還存在著另一種粒子X，后來科學(xué)家用α粒子轟擊鈹核證實(shí)了這一猜想，該核反應(yīng)方程為：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(m,n)X，則()A．m＝1，n＝0，X是中子B．m＝1，n＝0，X是電子C．m＝0，n＝1，X是中子D．m＝0，n＝1，X是電子四、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損1．核力(1)定義：原子核中的核子之間存在的一種很強(qiáng)的相互作用力，它使得核子緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。(2)特點(diǎn)①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；②核力是短程力，作用范圍只有約10－15m，即原子核的大小。2．結(jié)合能原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。3．比結(jié)合能(1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，叫作比結(jié)合能，也叫作平均結(jié)合能。(2)特點(diǎn)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(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。4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2。原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這就是質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。5．計(jì)算核能的兩種常用方法(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)過程中虧損的質(zhì)量乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2，質(zhì)量的單位為千克。(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，得ΔE＝Δm×931.5MeV/u，質(zhì)量的單位是原子質(zhì)量單位。例1、(2017·江蘇高考)(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()A．eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為14MeVB．eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定C．兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)釋放能量D．eq\o\al(235,92)U核中核子的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大例2、花崗巖、磚砂、水泥等建筑材料是室內(nèi)氡的最主要來源．人呼吸時(shí)，氡氣會隨氣體進(jìn)入肺臟，氡衰變放出的α射線像小“炸彈”一樣轟擊肺細(xì)胞，使肺細(xì)胞受損，從而引發(fā)肺癌、白血病等．一靜止的氡核eq\o\ar(222,86)Rn發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po)，此過程動量守恒且釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釙核的動能．已知m氡＝222.0866u，mα＝4.0026u，m釙＝218.0766u,1u相當(dāng)于931MeV的能量．(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(1)寫出上述核反應(yīng)方程；(2)求上述核反應(yīng)放出的能量ΔE；(3)求α粒子的動能Ekα.課堂隨練訓(xùn)練1、用粒子加速器加速后的質(zhì)子轟擊靜止的鋰原子核，生成兩個(gè)動能均為8.919MeV的α粒子(eq\o\al(4,2)He)，其核反應(yīng)方程式為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He。已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007825u，鋰原子核的質(zhì)量為7.016004u，α粒子的質(zhì)量為4.002603u，1u相當(dāng)于931MeV。若核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子的動能，則入射質(zhì)子的動能約為()A．0.5MeV B．8.4MeVC．8.9MeV D．17.3MeV訓(xùn)練2、(2020·全國卷Ⅱ)氘核eq\o\al(2,1)H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6eq\o\al(2,1)H→2eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV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(gè)，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(shí)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．100kgC．400kg D．1000kg同步訓(xùn)練1、如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，下列說法正確的是()A．①表示γ射線，③表示α射線B．②表示β射線，③表示α射線C．④表示α射線，⑤表示γ射線D．⑤表示β射線，⑥表示α射線2、在人類對微觀世界進(jìn)行探索的過程中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)起到了非常重要的作用。下列說法符合歷史事實(shí)的是()A．玻爾原子理論證實(shí)了原子的核式結(jié)構(gòu)模型B．盧瑟福通過α粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了在原子核內(nèi)部存在中子C．貝克勒爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究，確定了原子核的存在D．J.J.湯姆孫通過對陰極射線的研究，發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)部存在電子3、2020年12月4日，新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置(HL－2M)在成都建成并首次實(shí)現(xiàn)利用核聚變放電．下列方程中，正確的核聚變反應(yīng)方程是()A．eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(1,0)nB．eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\ar(4,2)HeC．eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)nD．eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(27,13)Al→eq\o\ar(30,15)P＋eq\o\ar(1,0)n4、如圖所示為氫原子的能級圖，下列說法正確的是()A．用能量為9.0eV的電子激發(fā)n＝1能級的大量氫原子，可以使氫原子躍遷到高能級B．n＝2能級的氫原子可以吸收能量為3.3eV的光子而發(fā)生電離C．大量處于n＝4能級的氫原子躍遷到基態(tài)放出的所有光子中，n＝4能級躍遷到n＝1能級釋放的光子的粒子性最顯著D．大量處于基態(tài)的氫原子吸收12.09eV的光子后，只可以放出兩種頻率的光子5、(2022·天津?qū)W業(yè)水平等級性考試模擬)實(shí)現(xiàn)核能電池的小型化、安全可控化一直是人們的目標(biāo)?，F(xiàn)在有一種“氚電池”，它的體積比一元硬幣還要小，就是利用了氚核β衰變產(chǎn)生的能量，有的心臟起搏器就是使用“氚電池”供電，使用壽命長達(dá)20年。該反應(yīng)除了會放出β射線外，還會放出不帶電、質(zhì)量基本為零的反中微子。氚核的半衰期為12.5年，下列說法正確的是()A．氚核β衰變后，新核平均核子質(zhì)量會增加B．氚核衰變放出的β射線是電子流，來源于核外電子C．氚核β衰變后還會放出eq\o\al(3,2)HeD．經(jīng)過12.5年后，反應(yīng)后剩余物的質(zhì)量變?yōu)槌跏假|(zhì)量的一半6、(2022·衡陽聯(lián)考)核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的元素，它可破壞細(xì)胞基因，增加患癌的風(fēng)險(xiǎn)。已知钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu的半衰期為2.41萬年，其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋X＋γ，則下列說法中正確的()A．eq\o\al(239,94)Pu發(fā)生的衰變?yōu)棣了プ傿．衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，電離能力很強(qiáng)C．衰變過程中總質(zhì)量不變D．10個(gè)eq\o\al(239,94)Pu經(jīng)過2.41萬年后一定還剩余5個(gè)7、(2021·全國甲卷·17)如圖，一個(gè)原子核X經(jīng)圖中所示的一系列α、β衰變后，生成穩(wěn)定的原子核Y，在此過程中放射出電子的總個(gè)數(shù)為()A．6B．8C．10D．148、(2021·海南高考)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(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了質(zhì)能關(guān)系的正確性。在實(shí)驗(yàn)中，鋰原子核俘獲一個(gè)質(zhì)子后成為不穩(wěn)定的鈹原子核，隨后又蛻變?yōu)閮蓚€(gè)原子核，核反應(yīng)方程為eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(A,Z)Be→2X。已知eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(7,3)Li、X的質(zhì)量分別為m1＝1.00728u、m2＝7.01601u、m3＝4.00151u，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Δm＝4.02178uB．釋放的核能ΔE＝(m1＋m2－2m3)c2C．鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是5D．X表示的是氚原子核9、μ子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為μ氫原子，它在原子核物理的研究中有重要作用，如圖所示為μ氫原子的能級示意圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n＝2能級的μ氫原子，μ氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率分別為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且頻率依次增大，若普朗克常量為h，則()A．E＝h(ν1＋ν2) B．E＝h(ν1－ν4＋ν5)C．E＝h(ν2＋ν4) D．E＝h(ν6－ν3)10、(2017·北京高考)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)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(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動的周期和環(huán)形電流大小。(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。第二講原子和原子核知識梳理一、原子結(jié)構(gòu)、光譜和能級躍遷1．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家J．J.湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909～1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說，它們幾乎被“撞”了回來。(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)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(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。2．光譜(1)光譜用棱鏡或光柵可以把各種顏色的光按波長(頻率)展開，獲得光的波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。(2)光譜分類有些光譜是一條條的亮線，叫作譜線，這樣的光譜叫作線狀譜，又叫原子的特征譜線。有的光譜是連在一起的光帶，叫作連續(xù)譜。(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1885年，巴耳末對當(dāng)時(shí)已知的氫原子在可見光區(qū)的四條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長滿足公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4，5，…)，R∞叫作里德伯常量，實(shí)驗(yàn)測得的值為R∞＝1.10×107m－1。這個(gè)公式稱為巴耳末公式，它確定的這一組譜線稱為巴耳末系。3．氫原子的能級躍遷(1)玻爾理論①軌道量子化與定態(tài)：電子的軌道是量子化的。電子在這些軌道上繞核的運(yùn)動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。因此，原子的能量也只能取一系列特定的值，這些量子化的能量值叫作能級。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)叫作基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。②頻率條件：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hν＝En－Em(m＜n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)。(2)氫原子的能級圖重難點(diǎn)一、氫原子能級躍遷的理解1．對原子能級躍遷的頻率條件hν＝En－Em的說明(1)原子能級躍遷的頻率條件hν＝En－Em只適用于原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV(或|En|)時(shí)，也可以被處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收，使氫原子電離。(3)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實(shí)物粒子的動能可全部或部分被原子吸收，所以當(dāng)入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值(E≥En－Em)，則原子可能發(fā)生能級躍遷。2．躍遷中易混問題(1)一群原子和一個(gè)原子氫原子核外只有一個(gè)電子，這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能的情況只有一種，但是如果有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會有各種情況出現(xiàn)了。3．氫原子躍遷時(shí)電子動能、電勢能與原子能量的變化規(guī)律(1)電子動能變化規(guī)律①從公式上判斷，電子繞氫原子核運(yùn)動時(shí)靜電力提供向心力，即keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，所以Ekn＝eq\f(ke2,2rn)，隨r增大而減小。②從庫侖力做功上判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫侖引力做負(fù)功，故電子的動能減小。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖引力做正功，電子的動能增大。(2)原子的電勢能的變化規(guī)律①通過庫侖力做功判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫侖引力做負(fù)功，原子的電勢能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小。②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，原子能量增大，電子動能減小，原子的電勢能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，原子能量減小，電子動能增大，原子的電勢能減小。例1、關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的下述說法中正確的是()A．在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至被彈回接近180°B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力來自帶正電的核及核外電子，當(dāng)α粒子接近核時(shí)是核的排斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，當(dāng)α粒子接近電子時(shí)，是電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)C．實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分，實(shí)驗(yàn)事實(shí)肯定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型D．實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電及全部質(zhì)量【答案】A【解析】在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至被彈回接近180°，所以A正確；使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是來自帶正電的核，當(dāng)α粒子接近核時(shí)，核的排斥力使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，電子對α粒子的影響忽略不計(jì)，所以B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分，實(shí)驗(yàn)事實(shí)否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型，所以C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電及絕大部分質(zhì)量，所以D錯(cuò)誤．例2、氫原子的能級示意圖如圖所示，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)原子向低能級躍遷時(shí)輻射出若干不同頻率的光。關(guān)于這些光，下列說法正確的是()A．最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的光是由n＝4能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的B．頻率最小的光是由n＝2能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的C．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光D．用由n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光去照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)【答案】D【解析】由n＝4能級躍遷到n＝3能級產(chǎn)生的光，能量最小，波長最長，因此最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤；由能級差可知能量最小的光的頻率最小，是由n＝4能級躍遷到n＝3能級產(chǎn)生的，故B錯(cuò)誤；大量處于n＝4能級的氫原子能發(fā)射＝6種頻率的光，故C錯(cuò)誤；由n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光的能量為ΔE＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV，大于6.34eV，能使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。例3、(多選)根據(jù)玻爾的原子理論，下列說法正確的是()A．氫原子的核外電子在能級越高的軌道，電子的動能越大B．氫原子的核外電子在能級越高的軌道，原子的能量越高C．一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時(shí)最多可輻射出6種頻率的光D．能級為E1的氫原子，吸收能量為E的光子后被電離，則電離時(shí)電子的動能為E－E1【答案】BC【解析】根據(jù)keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)可知，氫原子的核外電子在能級越高的軌道，速度越小，則電子的動能越小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；氫原子的核外電子在能級越高的軌道，原子的能量越高，選項(xiàng)B正確；一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時(shí)最多可輻射出Ceq\o\al(2,4)＝6種頻率的光，選項(xiàng)C正確；能級為E1的氫原子，吸收能量為E的光子后被電離，則電離時(shí)電子的動能為E＋E1，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。課堂隨練訓(xùn)練1、(多選)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖所示，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，觀察到的現(xiàn)象正確的是()A．放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些C．放在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光D．放在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少【答案】ABD【解析】根據(jù)α粒子散射現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn)，少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，故少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)超過90°。故A、B、D正確，C錯(cuò)誤。訓(xùn)練2、金屬鈉的逸出功為2.49eV，氫原子的能級分布如圖所示，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們向較低的能級躍遷時(shí)發(fā)出的光照射金屬鈉，能使金屬鈉逸出光電子的光子頻率有()A．1種 B．2種C．3種 D．4種【答案】D【解析】根據(jù)數(shù)學(xué)組合公式Ceq\o\al(2,4)＝6可知，這群處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子共能輻射出6種不同頻率的光，由圖可知，從n＝4到n＝3躍遷時(shí)放出光子的能量為0.66eV，小于金屬鈉的逸出功，不能使金屬鈉逸出光電子，同理從n＝3到n＝2躍遷時(shí)放出光子的能量為1.89eV，小于金屬鈉的逸出功，不能使金屬鈉逸出光電子，所以能使金屬鈉逸出光電子的光子頻率有4種，故D正確。訓(xùn)練3、關(guān)于原子能級躍遷，下列說法正確的是()A．處于n＝3能級的一個(gè)氫原子回到基態(tài)時(shí)可能會輻射三種頻率的光子B．各種氣體原子的能級不同，躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量(頻率)不同，因此利用不同的氣體可以制成五顏六色的霓虹燈C．氫原子由較高能級躍遷到較低能級時(shí)，會輻射一定頻率的光子，同時(shí)氫原子的電勢能減小，電子的動能減小D．已知?dú)湓訌幕鶓B(tài)躍遷到某一激發(fā)態(tài)需要吸收的能量為12.09eV，則動能等于12.09eV的另一個(gè)氫原子與這個(gè)氫原子發(fā)生正碰，可以使這個(gè)原來靜止并處于基態(tài)的氫原子躍遷到該激發(fā)態(tài)【答案】B【解析】處于n＝3能級的一個(gè)氫原子回到基態(tài)時(shí)可能會輻射一種頻率的光子，或兩種不同頻率的光子；而處于n＝3能級的一群氫原子回到基態(tài)時(shí)可能會輻射三種頻率的光子，故A錯(cuò)誤。根據(jù)玻爾理論，各種氣體原子的能級不同，躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量(頻率)不同，因此利用不同的氣體可以制成五顏六色的霓虹燈，故B正確。氫原子由較高能級躍遷到較低能級時(shí)，會輻射一定頻率的光子，同時(shí)氫原子的電勢能減小，電子的動能增大，故C錯(cuò)誤。要使原來靜止并處于基態(tài)的氫原子吸收12.09eV的能量從基態(tài)躍遷到某一激發(fā)態(tài)，根據(jù)兩個(gè)氫原子碰撞時(shí)動量守恒，能量守恒，則必須使動能比12.09eV大得足夠多的另一個(gè)氫原子與這個(gè)氫原子發(fā)生正碰，故D錯(cuò)誤。二、原子核和原子核的衰變1．天然放射現(xiàn)象(1)放射性與放射性元素：物質(zhì)發(fā)出射線的性質(zhì)稱為放射性。具有放射性的元素稱為放射性元素。(2)天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，叫作天然放射現(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)，說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線。(3)三種射線的比較射線名稱比較項(xiàng)目α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)電荷量2e－e0質(zhì)量4mpeq\f(mp,1836)靜止質(zhì)量為零符號eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(0,－1)eγ速度可達(dá)eq\f(1,10)c接近c(diǎn)c垂直進(jìn)入電場或磁場的偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)穿透能力最弱較強(qiáng)最強(qiáng)對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱2．原子核的組成(1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。(2)原子核常用符號eq\o\al(A,Z)X表示，X為元素符號，A表示核的質(zhì)量數(shù)，Z表示核的電荷數(shù)。(3)原子核的電荷數(shù)＝核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝中性原子的核外電子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝核內(nèi)的核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，質(zhì)子和中子都為一個(gè)單位質(zhì)量。(4)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核組成的元素，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素，具有相同的化學(xué)性質(zhì)。3．放射性元素的衰變1.原子核的衰變(1)原子核自發(fā)地放出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。原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。(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)He；β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋__0－1e。注：當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時(shí)伴隨著γ射線輻射。(3)兩個(gè)重要的衰變①eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He；②eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e。2.α衰變、β衰變和γ輻射的實(shí)質(zhì)(1)α衰變：原子核中的兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合起來形成α粒子，并被釋放出來。(2)β衰變：核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子發(fā)射到核外。(3)γ輻射：原子核的能量不能連續(xù)變化，存在著能級。放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時(shí)產(chǎn)生的新核處于高能級，這時(shí)它要向低能級躍遷，并放出γ光子。因此，γ射線經(jīng)常是伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的。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(shí)間。4.放射性的應(yīng)用與防護(hù)(1)放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。例如：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e。有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類。(2)應(yīng)用：工業(yè)測厚，放射治療，培優(yōu)、保鮮，作為示蹤原子等。(3)防護(hù)：防止過量射線對人體組織的破壞。例1、(多選)有一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外，一個(gè)原來靜止在A處的原子核，發(fā)生衰變放射出某種粒子，兩個(gè)新核的運(yùn)動軌跡如圖所示，已知兩個(gè)相切圓半徑分別為r1、r2.下列說法正確的是()A．原子核發(fā)生α衰變，根據(jù)已知條件可以算出兩個(gè)新核的質(zhì)量比B．衰變形成的兩個(gè)粒子帶同種電荷C．衰變過程中原子核遵循動量守恒定律D．衰變形成的兩個(gè)粒子電荷量的關(guān)系為q1∶q2＝r1∶r2【答案】BC【解析】衰變后兩個(gè)新核速度方向相反，受力方向也相反，根據(jù)左手定則可判斷出，帶同種電荷，所以衰變是α衰變，衰變后的新核由洛倫茲力提供向心力，有Bqv＝meq\f(v2,r)，可得r＝eq\f(mv,qB)，衰變過程遵循動量守恒定律，即mv相同，所以電荷量與半徑成反比，有q1∶q2＝r2∶r1，但無法求出質(zhì)量，故A、D錯(cuò)誤，B、C正確．例2、花崗巖、大理石等裝修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有關(guān)放射性的說法正確的是()A．eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb要經(jīng)過8次β衰變和6次α衰變B．氡的半衰期為3.8天，4個(gè)氡原子核經(jīng)過7.6天后只剩下1個(gè)氡原子核C．α射線與γ射線都是電磁波，α射線的穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比γ射線弱D．放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的【答案】D【解析】鈾核eq\o\al(238,92)U衰變成鉛核eq\o\al(206,82)Pb的過程中，設(shè)發(fā)生了x次α衰變，y次β衰變，衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋xeq\o\al(4,2)He＋yeq\o\al(0,－1)e，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，即要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變，故A錯(cuò)誤；半衰期是對大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對于少數(shù)原子核是不成立的，故B錯(cuò)誤；α射線是氦核流，γ射線的實(shí)質(zhì)是電磁波，γ射線的穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比α射線強(qiáng)，故C錯(cuò)誤；放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)，原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來，故D正確。例3、(2021·廣東卷，1)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系中存在大量的放射性同位素鋁26。鋁26的半衰期為72萬年，其衰變方程為eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg＋Y。下列說法正確的是()A．Y是氦核B．Y是質(zhì)子C．再經(jīng)過72萬年，現(xiàn)有的鋁26衰變一半D．再經(jīng)過144萬年，現(xiàn)有的鋁26全部衰變【答案】C【解析】根據(jù)電荷數(shù)守恒與質(zhì)量數(shù)守恒可知Y為正電子eq\o\al(0,1)e，A、B錯(cuò)誤；經(jīng)過一個(gè)半衰期，鋁26衰變一半，經(jīng)過兩個(gè)半衰期，鋁26還剩下四分之一，C正確，D錯(cuò)誤。課堂隨練訓(xùn)練1、(2021·湖南高考)核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要妥善處理。下列說法正確的是()A．放射性元素經(jīng)過兩個(gè)完整的半衰期后，將完全衰變殆盡B．原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒C．改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期D．過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害【答案】D【解析】半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間，則放射性元素經(jīng)過兩個(gè)完整的半衰期后還剩余原來的eq\f(1,4)未衰變，故A錯(cuò)誤；原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，故B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期是由原子核內(nèi)部自身的因素決定的，而與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)，故C錯(cuò)誤；過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害，故D正確。訓(xùn)練2、(2021·全國乙卷·17)醫(yī)學(xué)治療中常用放射性核素113In產(chǎn)生γ射線，而113In是由半衰期相對較長的113Sn衰變產(chǎn)生的．對于質(zhì)量為m0的113Sn，經(jīng)過時(shí)間t后剩余的113Sn質(zhì)量為m，其eq\f(m,m0)－t圖線如圖所示．從圖中可以得到13Sn的半衰期為()A．67.3d B．101.0dC．115.1d D．124.9d【答案】C【解析】由題圖可知從eq\f(m,m0)＝eq\f(2,3)到eq\f(m,m0)＝eq\f(1,3)，113Sn恰好衰變了一半，根據(jù)半衰期的定義可知113Sn的半衰期為T1/2＝182.4d－67.3d＝115.1d，故選C.訓(xùn)練3、(多選)(2020·山東省臨沂模擬)由于放射性元素eq\o\al(237,93)Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被發(fā)現(xiàn)，只是在使用人工的方法制造后才被發(fā)現(xiàn)。已知eq\o\al(237,93)Np經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成eq\o\al(209,83)Bi，下列論斷正確的是()A．eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少28個(gè)中子B．eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少18個(gè)中子C．衰變過程中共發(fā)生了7次α衰變和4次β衰變D．衰變過程中共發(fā)生了4次α衰變和7次β衰變【答案】BC【解析】eq\o\al(209,83)Bi的中子數(shù)為209－83＝126，eq\o\al(237,93)Np的中子數(shù)為237－93＝144，eq\o\al(209,83)Bi的原子核比eq\o\al(237,93)Np的原子核少18個(gè)中子，A錯(cuò)誤，B正確；衰變過程中共發(fā)生了α衰變的次數(shù)為eq\f(237－209,4)＝7次，β衰變的次數(shù)是2×7－(93－83)＝4次，C正確，D錯(cuò)誤。三、核反應(yīng)方程1．核反應(yīng)(1)核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核或者發(fā)生狀態(tài)變化的過程，稱為核反應(yīng)。(2)核反應(yīng)中遵循兩個(gè)守恒規(guī)律，即質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。2．衰變及核反應(yīng)的三種類型的比較類型可控性方程典例衰變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?47N＋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)重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制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輕核聚變較難進(jìn)行人工控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n例1、(2021·北京高考)硼(B)中子俘獲治療是目前最先進(jìn)的癌癥治療手段之一。治療時(shí)先給病人注射一種含硼的藥物，隨后用中子照射，硼俘獲中子后，產(chǎn)生高殺傷力的α粒子和鋰(Li)離子。這個(gè)核反應(yīng)的方程是()A．eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)HeB．eq\o\al(11,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)nC．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HD．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H【答案】A【解析】由題可知，硼俘獲中子后，產(chǎn)生高殺傷力的α粒子和鋰(Li)離子，而α粒子為氦原子核，則這個(gè)核反應(yīng)方程為eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)He，故A正確。例2、(多選)(2020·全國卷Ⅰ·19)下列核反應(yīng)方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有()A．eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(2,1)H→eq\o\ar(1,0)n＋X1B．eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(1,0)n＋X2C．eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3X3D．eq\o\ar(1,0)n＋eq\o\ar(6,3)Li→eq\o\ar(3,1)H＋X4【答案】BD【解析】eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(2,1)H→eq\o\ar(1,0)n＋eq\o\ar(3,2)He，A錯(cuò)．eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(1,0)n＋eq\o\ar(4,2)He，B對．eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n，C錯(cuò)．eq\o\ar(1,0)n＋eq\o\ar(6,3)Li→eq\o\ar(3,1)H＋eq\o\ar(4,2)He，D對．課堂隨練訓(xùn)練1、(多選)(2021·廣東省選擇考模擬)能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一，下列關(guān)于核反應(yīng)方程的說法正確的是()A．衰變方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋x中x是電子B．衰變方程eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋y中y是電子C．核聚變反應(yīng)方程eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋aeq\o\al(1,0)n中a＝2D．核裂變反應(yīng)方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋beq\o\al(1,0)n中b＝3【答案】BD【解析】根據(jù)電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可知，x是氦核，故A錯(cuò)誤；根據(jù)電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可知，y是電子，故B正確；根據(jù)電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可知，a＝1，故C錯(cuò)誤；根據(jù)電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可知，b＝3，故D正確。訓(xùn)練2、(2020·海南高考)100年前，盧瑟福猜想在原子核內(nèi)除質(zhì)子外還存在著另一種粒子X，后來科學(xué)家用α粒子轟擊鈹核證實(shí)了這一猜想，該核反應(yīng)方程為：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(m,n)X，則()A．m＝1，n＝0，X是中子B．m＝1，n＝0，X是電子C．m＝0，n＝1，X是中子D．m＝0，n＝1，X是電子【答案】A【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，有4＋9＝12＋m,2＋4＝6＋n，解得m＝1，n＝0，則X是中子，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。四、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損1．核力(1)定義：原子核中的核子之間存在的一種很強(qiáng)的相互作用力，它使得核子緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。(2)特點(diǎn)①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；②核力是短程力，作用范圍只有約10－15m，即原子核的大小。2．結(jié)合能原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。3．比結(jié)合能(1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，叫作比結(jié)合能，也叫作平均結(jié)合能。(2)特點(diǎn)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(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。4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2。原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這就是質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。5．計(jì)算核能的兩種常用方法(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)過程中虧損的質(zhì)量乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2，質(zhì)量的單位為千克。(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，得ΔE＝Δm×931.5MeV/u，質(zhì)量的單位是原子質(zhì)量單位。例1、(2017·江蘇高考)(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()A．eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為14MeVB．eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定C．兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)釋放能量D．eq\o\al(235,92)U核中核子的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大【答案】BC【解析】eq\o\al(4,2)He核有4個(gè)核子，由比結(jié)合能圖線可知，eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為28MeV，A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，B正確；兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)，核子的比結(jié)合能變大，結(jié)合時(shí)要放出能量，C正確；由比結(jié)合能圖線知，eq\o\al(235,92)U核中核子平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的小，D錯(cuò)誤。例2、花崗巖、磚砂、水泥等建筑材料是室內(nèi)氡的最主要來源．人呼吸時(shí)，氡氣會隨氣體進(jìn)入肺臟，氡衰變放出的α射線像小“炸彈”一樣轟擊肺細(xì)胞，使肺細(xì)胞受損，從而引發(fā)肺癌、白血病等．一靜止的氡核eq\o\ar(222,86)Rn發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po)，此過程動量守恒且釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釙核的動能．已知m氡＝222.0866u，mα＝4.0026u，m釙＝218.0766u,1u相當(dāng)于931MeV的能量．(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(1)寫出上述核反應(yīng)方程；(2)求上述核反應(yīng)放出的能量ΔE；(3)求α粒子的動能Ekα.【答案】(1)eq\o\ar(222,86)Rn→eq\o\ar(218,84)Po＋eq\o\ar(4,2)He(2)6.89MeV(3)6.77MeV【解析】(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒有eq\o\ar(222,86)Rn→eq\o\ar(218,84)Po＋eq\o\ar(4,2)He(2)質(zhì)量虧損Δm＝222.0866u－4.0026u－218.0766u＝0.0074uΔE＝Δm×931MeV解得ΔE＝0.0074u×931MeV≈6.89MeV(3)設(shè)α粒子、釙核的動能分別為Ekα、Ek釙，動量分別為pα、p釙，由能量守恒定律得ΔE＝Ekα＋Ek釙由動量守恒定律得0＝pα＋p釙又Ek＝eq\f(p2,2m)故Ekα∶Ek釙＝218∶4解得Ekα≈6.77MeV.課堂隨練訓(xùn)練1、用粒子加速器加速后的質(zhì)子轟擊靜止的鋰原子核，生成兩個(gè)動能均為8.919MeV的α粒子(eq\o\al(4,2)He)，其核反應(yīng)方程式為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He。已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007825u，鋰原子核的質(zhì)量為7.016004u，α粒子的質(zhì)量為4.002603u，1u相當(dāng)于931MeV。若核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子的動能，則入射質(zhì)子的動能約為()A．0.5MeV B．8.4MeVC．8.9MeV D．17.3MeV【答案】A【解析】設(shè)入射質(zhì)子的動能為EkH，生成α粒子的動能為Ekα，根據(jù)能量守恒定律有EkH＋ΔE＝2Ekα，又ΔE＝(1.007825＋7.016004－2×4.002603)×931MeV＝17.338MeV，解得EkH＝0.5MeV，故A正確。訓(xùn)練2、(2020·全國卷Ⅱ)氘核eq\o\al(2,1)H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6eq\o\al(2,1)H→2eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV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(gè)，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(shí)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．100kgC．400kg D．1000kg【答案】C【解析】氘核eq\o\al(2,1)H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6eq\o\al(2,1)H→2eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV表示，則平均每個(gè)氘核聚變釋放的能量為ε＝eq\f(E,6)＝eq\f(43.15,6)MeV,1kg海水中含有的氘核約為N＝1.0×1022個(gè)，全部發(fā)生聚變反應(yīng)釋放的總能量為E0＝Nε，由Q＝Mq可得，要釋放相同的熱量，需要燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤的質(zhì)量M＝eq\f(Q,q)＝eq\f(Nε,q)＝eq\f(1.0×1022×\f(43.15,6)×1.6×10－13,2.9×107)kg≈400kg，C正確。同步訓(xùn)練1、如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，下列說法正確的是()A．①表示γ射線，③表示α射線B．②表示β射線，③表示α射線C．④表示α射線，⑤表示γ射線D．⑤表示β射線，⑥表示α射線【答案】C【解析】γ射線為電磁波，在電場、磁場中均不偏轉(zhuǎn)，故②和⑤表示γ射線，A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；α射線中的α粒子為氦的原子核，帶正電，在勻強(qiáng)電場中，沿電場方向偏轉(zhuǎn)，故③表示α射線，由左手定則可知在勻強(qiáng)磁場中α射線向左偏，故④表示α射線，C項(xiàng)正確。2、在人類對微觀世界進(jìn)行探索的過程中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)起到了非常重要的作用。下列說法符合歷史事實(shí)的是()A．玻爾原子理論證實(shí)了原子的核式結(jié)構(gòu)模型B．盧瑟福通過α粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了在原子核內(nèi)部存在中子C．貝克勒爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究，確定了原子核的存在D．J.J.湯姆孫通過對陰極射線的研究，發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)部存在電子【答案】D【解析】玻爾原子理論成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，得到了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故A錯(cuò)誤；盧瑟福通過對α粒子轟擊氮核實(shí)驗(yàn)的研究，實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，預(yù)言了中子的存在，查德威克證實(shí)了中子的存在，故B錯(cuò)誤；貝克勒爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究，提出了原子核內(nèi)部有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故C錯(cuò)誤；J.J.湯姆孫通過對陰極射線的研究，發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)部存在電子，故D正確。3、2020年12月4日，新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置(HL－2M)在成都建成并首次實(shí)現(xiàn)利用核聚變放電．下列方程中，正確的核聚變反應(yīng)方程是()A．eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(1,0)nB．eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\ar(4,2)HeC．eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)nD．eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(27,13)Al→eq\o\ar(30,15)P＋eq\o\ar(1,0)n【答案】A【解析】A項(xiàng)方程是核聚變，B項(xiàng)方程為α衰變，C項(xiàng)方程為重核裂變，D項(xiàng)方程為人工核轉(zhuǎn)變．故選A.4、如圖所示為氫原子的能級圖，下列說法正確的是()A．用能量為9.0eV的電子激發(fā)n＝1能級的大量氫原子，可以使氫原子躍遷到高能級B．n＝2能級的氫原子可以吸收能量為3.3eV的光子而發(fā)生電離C．大量處于n＝4能級的氫原子躍遷到基態(tài)放出的所有光子中，n＝4能級躍遷到n＝1能級釋放的光子的粒子性最顯著D．大量處于基態(tài)的氫原子吸收12.09eV的光子后，只可以放出兩種頻率的光子【答案】C【解析】n＝1能級與n＝2能級的能量差為10.2eV，由于9.0eV<10.2eV，因此用能量為9.0eV的電子激發(fā)n＝1能級的大量氫原子，不能使氫原子躍遷到高能級，故A錯(cuò)誤；n＝2能級的氫原子的能量為－3.40eV，因此欲使其發(fā)生電離，吸收的能量至少為3.40eV，故B錯(cuò)誤；光子的波長越長波動性越顯著，光子的頻率越高，粒子性越顯著，由玻爾理論可知，從n＝4能級躍遷到n＝1能級釋放的光子能量最大，由E＝hν可知，該光子的頻率最高，該光子的粒子性最顯著，故C正確；大量處于基態(tài)的氫原子吸收12.09eV的光子后，由躍遷規(guī)律可知，大量的氫原子可以躍遷到n＝3能級，則放出Ceq\o\ar(2,3)＝3種頻率的光子，故D錯(cuò)誤．5、(2022·天津?qū)W業(yè)水平等級性考試模擬)實(shí)現(xiàn)核能電池的