新課改瘦專用2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第十五章第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)原子核學(xué)案含解析

PAGEPAGE13第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)原子核一、原子結(jié)構(gòu)1．電子的發(fā)覺：英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)覺了電子。2．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)α粒子散射試驗(yàn)：1909～1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)覺絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進(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)(2)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)。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(zhǎng)綻開，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3．氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)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：利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來鑒別物質(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。線狀譜和汲取光譜都對(duì)應(yīng)某種元素，都可以用來進(jìn)行光譜分析。三、氫原子的能級(jí)、能級(jí)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(dòng)，但并不向外輻射能量。(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或汲取肯定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)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(dòng)相對(duì)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．氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式(1)氫原子的能級(jí)能級(jí)圖如圖所示(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑①氫原子的能級(jí)公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中基態(tài)能量E1最低，其數(shù)值為E1＝－13.6eV。②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m。四、原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素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，說明原子核具有困難的結(jié)構(gòu)。3．放射性同位素的應(yīng)用與防護(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、做示蹤原子等。(3)防護(hù)：防止放射性對(duì)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改變。(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平衡核反應(yīng)方程：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，但不是總質(zhì)量守恒。(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。半衰期由原子核內(nèi)部的因素確定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。五、核力和核能1．核力原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。核子數(shù)越多，結(jié)合能越大，比結(jié)合能不肯定越大。2.核能(1)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對(duì)應(yīng)的能量ΔE＝Δmc2。(2)原子核分解成核子時(shí)要汲取肯定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，汲取的能量為ΔE＝Δmc2。質(zhì)能方程表明質(zhì)量和能量有著緊密聯(lián)系，但不能相互轉(zhuǎn)化。六、裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)1．重核裂變一些重核裂變的產(chǎn)物可能有多種組合。(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)較小的原子核的過程。(2)典型的裂變反應(yīng)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。(3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代接著下去的過程。(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、核電站。(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(gè)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)必需在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。(2)典型的聚變反應(yīng)方程：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。[深化理解](1)光照引起的躍遷，光子能量必需等于能級(jí)差；碰撞引起的躍遷，只須要實(shí)物粒子的動(dòng)能大于(或等于)能級(jí)差。(2)大量處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，可能輻射的光譜線條數(shù)為N＝Cn2＝eq\f(n(n－1),2)。(3)半衰期是針對(duì)大量原子核而言的，少量原子核不能用半衰期公式求余量。(4)磁場(chǎng)中的衰變：外切圓是α衰變，內(nèi)切圓是β衰變，半徑與電荷量成反比。[基礎(chǔ)自測(cè)]一、推斷題(1)原子中絕大部分是空的，原子核很小。(√)(2)依據(jù)玻爾理論，核外電子勻稱分布在各個(gè)不連續(xù)的軌道上。(×)(3)假如某放射性元素的原子核有100個(gè)，經(jīng)過一個(gè)半衰期后還剩50個(gè)。(×)(4)質(zhì)能方程表明在肯定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。(×)(5)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說是盧瑟福在α粒子散射試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的。(√)(6)人們相識(shí)原子核具有困難結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子起先的。(×)(7)人們相識(shí)原子具有困難結(jié)構(gòu)是從英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫探討陰極射線發(fā)覺電子起先的。(√)二、選擇題1．[粵教版選修3－5P97T2]用哪種方法可以減緩放射性元素的衰變速率？()A．把該元素放在低溫陰涼處B．把該元素密封在很厚的鉛盒子里C．把該元素同其他的穩(wěn)定元素結(jié)合成化合物D．上述各種方法都無法減緩放射性元素的衰變速率解析：選D半衰期由原子核內(nèi)部的因素確定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故D正確。2．[滬科版選修3－5P75T4改編]已知鉍-210的半衰期是5.0天，8g鉍-210經(jīng)20天后還剩下()A．1g B．0.2gC．0.4g D．0.5g解析：選D由公式m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(T,τ)得m＝8×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(20,5)g＝0.5g，D正確。3．(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是重核裂變解析：選ACeq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是發(fā)覺質(zhì)子的核反應(yīng)，屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變，eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是β衰變，A、C正確。4．[人教版選修3－5P81例題](多選)已知中子的質(zhì)量是mn＝1.6749×10－27kg，質(zhì)子的質(zhì)量是mp＝1.6726×10－27kg，氘核的質(zhì)量是mD＝3.3436×10－27kg，則氘核的比結(jié)合能為()A．3.51×10－13J B．1.10MeVC．1.76×10－13J D．2.19MeV答案：BC高考對(duì)本節(jié)內(nèi)容的考查，主要集中在原子的核式結(jié)構(gòu)、玻爾理論的理解與計(jì)算、原子核的衰變及半衰期、核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算，其中對(duì)原子的核式結(jié)構(gòu)、玻爾理論的理解與計(jì)算和原子核的衰變及半衰期的考查，主要以選擇題的形式呈現(xiàn)，難度一般，而對(duì)核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算的考查，可以結(jié)合動(dòng)量、能量以及電磁場(chǎng)學(xué)問，難度較大?？键c(diǎn)一原子的核式結(jié)構(gòu)[基礎(chǔ)自修類][題點(diǎn)全練]1．[α粒子散射試驗(yàn)]在α粒子散射試驗(yàn)中，電子對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)的影響可以忽視。這是因?yàn)榕cα粒子相比，電子的()A．電量太小 B．速度太小C．體積太小 D．質(zhì)量太小解析：選D在α粒子散射試驗(yàn)中，由于電子的質(zhì)量太小，電子的質(zhì)量只有α粒子的eq\f(1,7300)，它對(duì)α粒子速度的大小和方向的影響就像灰塵對(duì)槍彈的影響，完全可以忽視。故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。2．[α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象]如圖是盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)裝置，在一個(gè)小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到金箔上，最終打在熒光屏上產(chǎn)生閃耀的光點(diǎn)。下列說法正確的是()A．該試驗(yàn)是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)B．該試驗(yàn)證明了湯姆孫原子模型的正確性C．α粒子與原子中的電子碰撞會(huì)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D．絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)解析：選A盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)A正確；盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型的假設(shè)，從而否定了湯姆孫原子模型的正確性，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電子質(zhì)量太小，對(duì)α粒子的影響不大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，幾乎仍沿原方向前進(jìn)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3．[α粒子散射試驗(yàn)分析]如圖所示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運(yùn)動(dòng)軌跡，M、N、P、Q是軌跡上的四點(diǎn)，在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止。圖中所標(biāo)出的α粒子在各點(diǎn)處的加速度方向正確的是()A．M點(diǎn) B．N點(diǎn)C．P點(diǎn) D．Q點(diǎn)解析：選Cα粒子(氦原子核)和重金屬原子核都帶正電，相互排斥，加速度方向與α粒子所受斥力方向相同。帶電粒子加速度方向沿相應(yīng)點(diǎn)與重金屬原子核連線指向曲線的凹側(cè)，故只有選項(xiàng)C正確。[名師微點(diǎn)]解答原子結(jié)構(gòu)問題的三大規(guī)律(1)庫(kù)侖定律：F＝keq\f(q1q2,r2)，可以用來確定電子和原子核、α粒子和原子核間的相互作用力。(2)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律：可以用來分析電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問題。(3)功能關(guān)系及能量守恒定律：可以分析由于庫(kù)侖力做功引起的帶電粒子在原子核四周運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能、電勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化問題。考點(diǎn)二玻爾理論的理解與計(jì)算[師生共研類]原子的兩類能級(jí)躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級(jí)→低能級(jí)，釋放能量，發(fā)出光子。(2)受激躍遷：通過光照、撞擊或加熱等，低能級(jí)→高能級(jí)，當(dāng)汲取的能量大于或等于原子所處能級(jí)的|En|，原子將發(fā)生電離。(3)原子在兩個(gè)能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)，放出(或汲取)光子的頻率是肯定的，可由hν＝Em－En求得。若求波長(zhǎng)可由公式c＝λν求得。[典例]如圖為氫原子的能級(jí)示意圖，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(jí)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．最簡(jiǎn)單發(fā)生衍射現(xiàn)象的光是由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的B．頻率最小的光是由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)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(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光去照耀逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)[解析]由n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)產(chǎn)生的光，能量最小，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，因此最簡(jiǎn)單發(fā)生衍射現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤；由能級(jí)差可知能量最小的光頻率最小，是由n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)產(chǎn)生的，故B錯(cuò)誤；大量處于n＝4能級(jí)的氫原子能放射eq\f(n(n－1),2)＝6種頻率的光，故C錯(cuò)誤；由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)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。[答案]D[延長(zhǎng)思索](1)這群氫原子輻射出的光子的最大能量為多少？(2)若要電離這群氫原子，至少須要汲取多少光子的能量？(3)若一個(gè)處于n＝4能級(jí)的氫原子發(fā)生躍遷，發(fā)出的光譜線最多可能有幾種？提示：(1)由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)，輻射的光子能量最大ΔE＝－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV。(2)若要電離至少須要汲取ΔE＝0.85eV的能量。(3)3種。eq\a\vs4\al([解題方略])解答氫原子能級(jí)圖與原子躍遷問題的留意事項(xiàng)(1)一個(gè)處于第n能級(jí)的氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n－1。(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法：①用數(shù)學(xué)中的組合學(xué)問求解：N＝Cn2＝eq\f(n(n－1),2)。[題點(diǎn)全練]1．[玻爾理論]一個(gè)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，該氫原子()A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量削減C．汲取光子，能量增加 D．汲取光子，能量削減解析：選B氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，放出光子，能量削減，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤。2．[氫原子的能級(jí)躍遷]如圖是氫原子的能級(jí)示意圖。當(dāng)氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)時(shí)，輻射出光子a；從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，輻射出光子b。以下推斷正確的是()A．在真空中光子a的波長(zhǎng)大于光子b的波長(zhǎng)B．光子b可使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)C．光子a可能使處于n＝4能級(jí)的氫原子電離D．大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多輻射2種不同譜線解析：選A氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)的能級(jí)差小于從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)的能級(jí)差，依據(jù)Em－En＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，所以光子a的頻率小于光子b的頻率，光子a的波長(zhǎng)大于光子b的波長(zhǎng)，故A正確；光子b的能量小于基態(tài)與任一激發(fā)態(tài)的能級(jí)差，所以不能被基態(tài)的原子汲取，故B錯(cuò)誤；依據(jù)Em－En＝hν可求光子a的能量小于n＝4能級(jí)氫原子的電離能，所以不能使處于n＝4能級(jí)的氫原子電考點(diǎn)三原子核的衰變及半衰期[基礎(chǔ)自修類][題點(diǎn)全練]1．[放射現(xiàn)象](多選)關(guān)于自然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是()A．若使放射性物質(zhì)的溫度上升，其半衰期將變大B．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r(shí)產(chǎn)生的C．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透實(shí)力最強(qiáng)，α射線的電離實(shí)力最強(qiáng)D．鈾核(eq\o\al(238,92)U)衰變?yōu)殂U核(eq\o\al(206,82)Pb)的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變解析：選CD半衰期的時(shí)間與元素的物理狀態(tài)無關(guān)，若使某放射性物質(zhì)的溫度上升，其半衰期不變，故A錯(cuò)誤。β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故B錯(cuò)誤。在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透實(shí)力最強(qiáng)，α射線的電離實(shí)力最強(qiáng)，故C正確。鈾核(eq\o\al(238,92)U)衰變?yōu)殂U核(eq\o\al(206,82)Pb)的過程中，每經(jīng)過一次α衰變質(zhì)子數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4；而每經(jīng)過一次β衰變質(zhì)子數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變；由質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒，可知要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變，故D正確。2．[半衰期的理解及應(yīng)用](多選)釷eq\o\al(234,90)Th具有放射性，它能放出一個(gè)新的粒子而變?yōu)殓heq\o\al(234,91)Pa，同時(shí)伴隨有γ射線產(chǎn)生，其方程為eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X，釷的半衰期為24天。下列說法正確的是()A．X為質(zhì)子B．X是釷核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的C．γ射線是鏷原子核放出的D．1g釷eq\o\al(234,90)Th經(jīng)過120天后還剩0.3125g解析：選BC依據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，釷核衰變過程中放出了一個(gè)電子，即X為電子，故A錯(cuò)誤；發(fā)生β衰變時(shí)釋放的電子是由核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故B正確；γ射線是鏷原子核放出的，故C正確；釷的半衰期為24天，1g釷eq\o\al(234,90)Th經(jīng)過120天即經(jīng)過5個(gè)半衰期后還剩0.03125g，故D錯(cuò)誤。3．[射線的性質(zhì)及特點(diǎn)]某一放射性物質(zhì)發(fā)生衰變時(shí)放出α、β、γ三種射線，讓這三種射線進(jìn)入磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)狀況如圖所示。下列說法正確的是()A．該放射性物質(zhì)的半衰期隨溫度的上升會(huì)增大B．C粒子是原子核的重要組成部分C．A粒子肯定帶正電D．B粒子的穿透性最弱解析：選C半衰期由原子核本身確定，與外界因素?zé)o關(guān)，故A錯(cuò)誤；由題圖可知C粒子為電子，而原子核帶正電，故B錯(cuò)誤；由左手定則可知，A粒子肯定帶正電，故C正確；B粒子為γ射線，穿透性最強(qiáng)，故D錯(cuò)誤。[名師微點(diǎn)]1．α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠蘣q\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(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)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衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒2．三種射線的成分和性質(zhì)名稱構(gòu)成符號(hào)電荷量質(zhì)量電離作用穿透實(shí)力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(1,1836)u較強(qiáng)較強(qiáng)γ射線光子γ00最弱最強(qiáng)3.衰變次數(shù)的計(jì)算方法若eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e則A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m解以上兩式即可求出m和n。4．對(duì)半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)個(gè)別或少量原子核，無半衰期可言。(2)依據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式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)。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，τ表示半衰期?？键c(diǎn)四核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算[基礎(chǔ)自修類][題點(diǎn)全練]1．[核反應(yīng)方程的書寫](2024·全國(guó)卷Ⅲ)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(gè)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28B．15和30C．16和30D．17和31解析：選B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。2．[核反應(yīng)類型的推斷](2024·天津高考)我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上領(lǐng)先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國(guó)對(duì)國(guó)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(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋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AA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)覺質(zhì)子的核反應(yīng)方程，屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變，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。3．[核能的理解](多選)(2024·江蘇高考)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。依據(jù)該曲線，下列推斷正確的有()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核中的大解析：選BC由題圖可知，eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能為7MeV，因此它的結(jié)合能為7MeV×4＝28MeV，A項(xiàng)錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，表明原子核中核子結(jié)合得越堅(jiān)固，原子核越穩(wěn)定，結(jié)合題圖可知B項(xiàng)正確；兩個(gè)比結(jié)合能小的eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成比結(jié)合能大的eq\o\al(4,2)He時(shí)，會(huì)釋放能量，C項(xiàng)正確；由題圖可知，eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能(即平均結(jié)合能)比eq\o\al(89,36)Kr的小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4．[核能的計(jì)算](2024·全國(guó)卷Ⅰ)大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”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。5．[核能與動(dòng)量守恒的綜合](2024·全國(guó)卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個(gè)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(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)驗(yàn)的時(shí)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(dòng)量守恒，由于系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，因此衰變后產(chǎn)生的釷核和α粒子的動(dòng)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(dòng)能不等，A項(xiàng)錯(cuò)誤；依據(jù)半衰期的定義可知，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于衰變過程釋放能量，依據(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(cuò)誤。[名師微點(diǎn)]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?chǔ)了プ冏园l(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)斯は拗芿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)覺質(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)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(shí)發(fā)覺正電子)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e重核裂變比較簡(jiǎn)單進(jìn)行人工限制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)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．核能釋放的兩種途徑的理解(1)使較重的核分裂成中等大小的核。(2)較小的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能都會(huì)增加，都可以釋放能量。3．核能的計(jì)算方法eq\x(\a\al(書寫核反,應(yīng)方程))→eq\x(\a\al(計(jì)算質(zhì)量,虧損Δm))→eq\x(\a\al(利用ΔE＝Δmc2,計(jì)算釋放的核能))(1)依據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算。計(jì)算時(shí)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(jì)算。因1