2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第12章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)和原子核第2講原子結(jié)構(gòu)和原子核教案

PAGEPAGE15第2講原子結(jié)構(gòu)和原子核eq\x(學(xué)問點(diǎn)一)原子結(jié)構(gòu)1．電子的發(fā)覺英國物理學(xué)家湯姆孫在探討陰極射線時發(fā)覺了電子，提出了原子的“棗糕模型”。2．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)1909～1911年，英籍物理學(xué)家盧瑟福進(jìn)行了α粒子散射試驗，提出了核式結(jié)構(gòu)模型。(2)α粒子散射試驗的結(jié)果：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)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”，如圖所示。(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：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(yùn)動。eq\x(學(xué)問點(diǎn)二)氫原子光譜1．光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長綻開，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3．氫原子光譜的試驗規(guī)律：巴耳末系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線系，其波長公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5…，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1)。4．光譜分析：由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以用光譜來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)覺和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。eq\x(學(xué)問點(diǎn)三)氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式1．玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量。(2)躍遷：當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差確定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。2．幾個概念(1)能級：在玻爾理論中，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值，叫作能級。(2)基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)。(3)激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他狀態(tài)。(4)量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)。3．氫原子的能量和能級變遷(1)能級和半徑公式：①能級公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6eV。②半徑公式：rn＝n2r1(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r1＝0.53×10－10m。(2)氫原子的能級圖，如圖所示eq\x(學(xué)問點(diǎn)四)原子核的組成、放射性及衰變1．原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。2．自然放射現(xiàn)象：元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)覺。自然放射現(xiàn)象的發(fā)覺，說明白原子核具有困難的結(jié)構(gòu)。3．放射性同位素的應(yīng)用與愛護(hù)(1)放射性同位素：有自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：消退靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。(3)防護(hù)：防止放射性對人體組織的損害。4．原子核的衰變(1)衰變：原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變更稱為原子核的衰變。(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)He如：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋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)e如：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e。γ輻射：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)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：半衰期是由原子核內(nèi)部的因素確定的，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。eq\x(學(xué)問點(diǎn)五)核力、核能1．核力(1)定義：原子核內(nèi)部核子間特有的相互作用力。(2)核力的特點(diǎn)：①是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；②是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)；③每個核子只能與與其相鄰的核子發(fā)生核力作用。2．核能(1)結(jié)合能：核子結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時汲取的能量，叫做原子核的結(jié)合能，也稱核能。(2)比結(jié)合能①定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(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，表示原子核中核子結(jié)合得越堅固，原子核越穩(wěn)定。(3)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)量必定比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2。3．獲得核能的途徑(1)重核裂變①定義：鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊的這類核反應(yīng)。②特點(diǎn)：裂變過程中能夠放出巨力的能量；同時放出2～3(或更多)個中子；裂變的產(chǎn)物不是唯一的。典型的裂變方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3eq\o\al(1,0)n。(2)輕核聚變①定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)。②優(yōu)點(diǎn)：a.產(chǎn)能效率高；b.聚變材料的儲量豐富；c.更為平安、清潔。典型的聚變方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。1．(多選)下列說法正確的是()A．湯姆孫首先發(fā)覺了電子，并測定了電子電荷量，且提出了“棗糕模型”B．盧瑟福做α粒子散射試驗時發(fā)覺絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)C．α粒子散射試驗說明白原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量都集中在一個很小的核上D．盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，并說明白α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的緣由BCD[湯姆孫發(fā)覺了電子，但電子電荷量是密立根測定的，A錯誤，B、C、D都符合物理史實(shí)。]2．(2024·北京理綜)處于n＝3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有()A．1種 B．2種C．3種 D．4種C[本題考查的是氫原子能級躍遷的學(xué)問，意在考查考生的理解實(shí)力。氫原子能級躍遷輻射光的種類Ceq\o\al(2,3)＝3，故C項正確。]3．(2024·上海單科·1)由放射性元素放出的氦核流被稱為()A．陰極射線 B．α射線C．β射線 D．γ射線B[在自然放射現(xiàn)象中，放出α、β、γ三種射線，其中α射線屬于氦核流，選項B正確。]4．(2024·上海單科·3)在同位素氕、氘、氚的核內(nèi)具有相同的()A．核子數(shù) B．電子數(shù)C．中子數(shù) D．質(zhì)子數(shù)D[本題考查對同位素的相識。同位素是指在原子核中的質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的元素，故氕、氘、氚的核內(nèi)具有相同的質(zhì)子數(shù)，D項正確。]5．下列核反應(yīng)方程中，屬于α衰變的是()A.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)eB[A項屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變，B項屬于α衰變，C項屬于聚變反應(yīng)，D項屬于β衰變。]6．質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3。當(dāng)一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時，釋放的能量是(c表示真空中的光速)()A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2C[題中核反應(yīng)方程為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H，依據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程得ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3)c2，C正確。]考點(diǎn)一氫原子的能級及能級躍遷1．兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子。光子的頻率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h)。(2)受激躍遷：低能級→高能級、汲取能量。①光照(汲取光子)：汲取光子的全部能量，光子的能量必需恰等于能級差hν＝ΔE。②碰撞、加熱等：可以汲取實(shí)物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥ΔE。2．電離電離態(tài)：n＝∞，E＝0基態(tài)→電離態(tài)：E吸>0－(－13.6eV)＝13.6eV。激發(fā)態(tài)→電離態(tài)：E吸>0－En＝－En如汲取能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。(2024·全國卷Ⅰ·14)氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光為可見光。要使處于基態(tài)(n＝1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子供應(yīng)的能量為()A．12.09eV B．10.20eVC．1.89eV D．1.51eVA[本題考查玻爾原子理論和能級躍遷，意在考查考生的理解實(shí)力。因為可見光光子的能量范圍是1.63eV～3.10eV，所以氫原子至少要被激發(fā)到n＝3能級，要給氫原子供應(yīng)的能量最少為E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，即選項A正確。]

1．(2024·深圳模擬)如圖所示為氫原子能級的示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級躍遷時輻射出若干不同顏色的光。關(guān)于這些光下列說法正確的是()A．由n＝4能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的光子波長最長B．由n＝2能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的光子頻率最小C．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光D．用n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照耀逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)D[依據(jù)Em－En＝heq\f(c,λ)，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，故A錯誤；由n＝4能級躍遷到n＝3能級產(chǎn)生的光子能量最小，頻率最小，故B錯誤；大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，可能發(fā)出光子頻率的種數(shù)n＝Ceq\o\al(2,4)＝6。故C錯誤；從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光子的能量E＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV>6.34eV，而使金屬發(fā)生光電效應(yīng)的條件是光子的能量大于電子的逸出功，故可以發(fā)生光電效應(yīng)。故D正確。]2．(2024·浙江稽陽聯(lián)考)(多選)氫原子光譜如圖甲所示，圖中給出了譜線對應(yīng)的波長，玻爾的氫原子能級圖如圖乙所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可見光的頻率范圍約為4.2×1014～7.8×1014Hz，則()A．Hα譜線對應(yīng)光子的能量小于Hδ譜線對應(yīng)光子的能量B．圖甲所示Hα、Hβ、Hγ、Hδ四種光均屬于可見光范疇C．Hβ對應(yīng)光子的能量約為10.2eVD．Hα譜線對應(yīng)的躍遷是從n＝3能級到n＝2能級ABD[本題考查對應(yīng)光譜比較能級躍遷放出光子的種類．依據(jù)真空中光速等于波長乘頻率可知，波長越長頻率越小，依據(jù)E＝hν可知頻率越小能量越小，故A正確；由可見光的頻率范圍可知，可見光的波長范圍約為380～710nm，則四種光都屬于可見光，故B正確；由E＝hν＝heq\f(c,λ)可得Eβ＝2.56eV，故C錯誤；依據(jù)E＝hν＝heq\f(c,λ)可知，Hα譜線對應(yīng)的光子能量為Hβ對應(yīng)光子能量的eq\f(λβ,λα)倍，約為1.89eV，結(jié)合能級圖可知，從n＝3能級躍遷到n＝2能級時輻射的光子能量為[－1.51－(－3.4)]eV＝1.89eV，故D正確。]3．(2024·東北三省三校模擬)(多選)如圖所示，甲圖為演示光電效應(yīng)的試驗裝置；乙圖為a、b、c三種光照耀下得到的三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線；丙圖為氫原子的能級圖；丁圖給出了幾種金屬的逸出功和極限頻率。以下說法正確的是()A．若b光為綠光，c光可能是紫光B．若a光為綠光，c光可能是紫光C．若b光光子能量為2.81eV，用它照耀由金屬銣構(gòu)成的陰極，產(chǎn)生的大量具有最大初動能的光電子去轟擊大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子，可以產(chǎn)生6種不同頻率的光D．若b光光子能量為2.81eV，用它干脆照耀大量處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子，可以產(chǎn)生6種不同頻率的光BC[本題考查能級躍遷理論及依據(jù)I-U圖象分析光電效應(yīng)現(xiàn)象。由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek聯(lián)立有eUc＝hν－W0，即光子照耀同一金屬時，只要遏止電壓一樣，說明光子的頻率一樣，遏止電壓越大，光子的頻率越大，因此可知b光和c光的頻率相同且大于a光的頻率，故A錯誤，B正確；b光照耀金屬銣，產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ek＝2.81eV－2.13eV＝0.68eV，用光電子轟擊氫原子，氫原子可以只汲取電子的部分能量而發(fā)生躍遷，因此處于n＝3能級的氫原子汲取的能量為ΔEk＝－0.85eV－(－1.51eV)＝0.66eV，這時氫原子處在n＝4的能級，向低能級躍遷可輻射Ceq\o\al(2,4)＝6種不同頻率的光，故C正確；若用b光照耀氫原子，氫原子只能汲取能量恰好為能級之差的光子，2.81eV不滿意該條件，因此此光子不被汲取，故D錯誤。]

考點(diǎn)二原子核的衰變及半衰期1．α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程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(shí)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2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e勻強(qiáng)磁場中軌跡形態(tài)衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒說明γ射線：γ射線常常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(原子核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。2．確定衰變次數(shù)的方法設(shè)放射性元素eq\o\al(A,Z)X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y。(1)反應(yīng)方程：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e。(2)依據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。兩式聯(lián)立解得：n＝eq\f(A－A′,4)，m＝eq\f(A－A′,2)＋Z′－Z。3．半衰期(1)公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)。(2)理解①半衰期表示放射性元素衰變的快慢，不同的放射性元素其半衰期不同。②半衰期描述的對象是大量的原子核，不是單個原子核，這是一個統(tǒng)計規(guī)律。③一種元素的半衰期與這種元素是以單質(zhì)形式還是以化合物形式存在無關(guān)，且加壓、增溫均不會變更。(2024·全國卷Ⅱ·15)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)驗的時間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B[衰變過程遵守動量守恒定律，故選項A錯，選項B對。依據(jù)半衰期的定義，可知選項C錯。α衰變釋放核能，有質(zhì)量虧損，故選項D錯。]4．(2024·北京西城區(qū)一模)已知氡222的半衰期為3.8天。那么4g放射性物質(zhì)氡222經(jīng)過7.6天，還剩下沒有發(fā)生衰變的質(zhì)量為()A．2g B．1gC．0.5g D．0gB[本題考查的是放射性元素的半衰期。依據(jù)衰變的半衰期公式m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))n，其中m0＝4g，n為經(jīng)驗的半衰期的個數(shù)，n＝eq\f(7.6,3.8)＝2，聯(lián)立可得m＝4×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2g＝1g，故選B。]5．(多選)日本福島核電站泄漏事故中釋放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰變時會發(fā)出β射線與γ射線，碘131被人攝入后，會危害身體健康，由此引起了全世界的關(guān)注。下列關(guān)于核輻射的相關(guān)學(xué)問，說法正確的是()A．人類無法通過變更外部環(huán)境來變更碘131衰變的快慢B．碘131的半衰期為8.3天，則4個碘原子核經(jīng)16.6天后就肯定剩下一個原子核C．β射線與γ射線都是電磁波，但γ射線穿透本事比β射線強(qiáng)D．碘131發(fā)生β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的AD[衰變的快慢由放射性元素本身確定，與外部環(huán)境無關(guān)，A正確；半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)幾個原子核無意義，B錯誤；β射線是高速電子流，γ射線是電磁波，C錯誤；β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子，D正確。]6．(2024·湖北襄陽調(diào)研)(多選)靜止在勻強(qiáng)磁場中的eq\o\al(238,92)U核發(fā)生α衰變，產(chǎn)生一個未知粒子X，它們在磁場中的運(yùn)動軌跡如圖所示，下列說法正確的是()A．該核反應(yīng)方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)X＋eq\o\al(4,2)HeB．α粒子和X粒子在磁場中做圓周運(yùn)動時轉(zhuǎn)動方向相同C．軌跡1、2分別是α粒子、X粒子的運(yùn)動軌跡D．α粒子、X粒子運(yùn)動軌跡半徑之比為45∶1ABD[該核反應(yīng)方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)X＋eq\o\al(4,2)He，A正確；eq\o\al(238,92)U核靜止，依據(jù)動量守恒可知α粒子和X粒子速度方向相反，又都帶正電，則轉(zhuǎn)動方向相同，B正確；依據(jù)動量守恒可知α粒子和X粒子的動量大小p相等，由帶電粒子在磁場中運(yùn)動半徑公式R＝eq\f(p,qB)可知軌跡半徑R與其所帶電荷量成反比，半徑之比為45∶1，C錯誤，D正確。]考點(diǎn)三核反應(yīng)方程及核反應(yīng)類型1．核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,)90Th→eq\o\al(234,)91Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯は拗芿q\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)覺中子)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)覺放射性同位素，同時探測到正電子)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e進(jìn)行人工限制比較簡潔進(jìn)行人工限制eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,)54Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難限制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2.解答有關(guān)核反應(yīng)方程問題的技巧(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(0－1e)、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)熟識核反應(yīng)的四種基本類型——衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變。(3)駕馭核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律——是正確書寫核反應(yīng)方程或推斷某個核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，所以要理解并應(yīng)用好質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒的規(guī)律。(4)明白核反應(yīng)過程是不行逆的——核反應(yīng)方程只能用箭頭連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號連接。(2024·全國卷Ⅲ·14)1934年，約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁核eq\o\al(27,13)Al，產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X：α＋eq\o\al(27,13)Al→n＋X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為()A．15和28 B．15和30C．16和30 D．17和31B[將核反應(yīng)方程式改寫成eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(1,0)n＋X，由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，X應(yīng)為eq\o\al(30,15)X。]7．(多選)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變B.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是β衰變C.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變D.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂變AC[B選項是盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子的核反應(yīng)，B選項錯誤；D選項是β衰變，D選項錯誤；A、C選項正確。]8．(2024·天津卷·1)國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源(CSNS)于2024年8月28日首次打靶勝利，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的探討和工業(yè)應(yīng)用供應(yīng)先進(jìn)的探討平臺。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是()A.eq\o\al(14,7)N俘獲一個α粒子，產(chǎn)生eq\o\al(17,8)O并放出一個粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘獲一個α粒子，產(chǎn)生eq\o\al(30,15)P并放出一個粒子C.eq\o\al(11,5)B俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生eq\o\al(8,4)Be并放出一個粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生eq\o\al(3,2)He并放出一個粒子B[依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，各選項核反應(yīng)方程如下：A錯：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB對：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nC錯：eq\o\al(11,5)B＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be＋eq\o\al(4,2)HeD錯：eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(4,2)He]9．全國政協(xié)委員、中國航天科技集團(tuán)十一院探討員周偉江在2024年3月10日透露，中國已經(jīng)完成火星探測器的氣動設(shè)計工作，目前正在試驗驗證，安排于2024年放射火星探測器。因為火星大部分地區(qū)表面溫度的晝夜差超過100℃，一般化學(xué)電池?zé)o法工作，因此探測器的工作電源是放射性同位素電池，即核電池。核電池將同位素在衰變過程中不斷放出的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽穗姵匾褎倮米骱教炱鞯碾娫?。?jù)此揣測航天器的核電池有可能采納的核反應(yīng)方程是()A.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nC[eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n為核聚變，eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n為核裂變；eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)He為α衰變；eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n為原子核的人工轉(zhuǎn)變。故應(yīng)選C。]考點(diǎn)四核能的計算1．對質(zhì)能方程的理解(1)質(zhì)能方程E＝mc2給出了物體的能量和質(zhì)量之間的關(guān)系，質(zhì)量為m的物體具有的總能量為mc2，質(zhì)量和能量不能相互轉(zhuǎn)化。(2)“質(zhì)量與能量間存在著簡潔的正比關(guān)系”，即物體的質(zhì)量(這里指動質(zhì)量)越大，能量越多，反之物體的質(zhì)量越小，能量也越少；當(dāng)物體放出能量時，滿意ΔE＝Δmc2。2．求核能的三種方法(1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖①依據(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依據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。(2)依據(jù)比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能＝比結(jié)合能×核子數(shù)。(3)依據(jù)能量守恒和動量守恒計算。(2024·全國卷Ⅱ·15)太陽內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2ν已知eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量分別為mp＝1.0078u和mα＝4.0026u，1u＝931MeV/c2，c為光速。在4個eq\o\al(1,1)H轉(zhuǎn)變成1個eq\o\al(4,2)He的過程中，釋放的能量約為()A．8MeV B．16MeVC．26MeV D．52MeVC[本題考查核反應(yīng)釋放核能的計算及其相關(guān)學(xué)問點(diǎn)。核反應(yīng)質(zhì)量虧損Δm＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，釋放的能量ΔE＝0.0286×931MeV＝26.6MeV，選項C正確。]10．(2024·全國卷Ⅰ·17)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。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeVB[在核反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n中，反應(yīng)前物質(zhì)的質(zhì)量m1＝2×2.0136u＝4.0272u，反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量m2＝3.0150u＋1.0087u＝4.0237u，質(zhì)量虧損Δm＝m1－m2＝0.0035u。則氘核聚變釋放的核能為E＝931×0.0035MeV≈3.3MeV，選項B正確。]11．(2024·天津卷·6)(多選)我國核聚變反應(yīng)探討大科學(xué)裝置“人造太陽”2024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，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說法正確的是()A．核聚變比核裂變更為平安、清潔B．任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變C．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加AD[與核裂變相比輕核聚變更為平安、清潔，A正確；自