(新課改省份專用)2020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).doc
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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)現(xiàn):英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。2原子的核式結(jié)構(gòu)(1)粒子散射實(shí)驗(yàn):19091911年,英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)方向前進(jìn),但有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90,也就是說(shuō)它們幾乎被“撞”了回來(lái)。(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)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3氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律:巴耳末系是氫光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜線,其波長(zhǎng)公式R(n3,4,5,R是里德伯常量,R1.10107 m1)。4光譜分析:利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來(lái)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)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。線狀譜和吸收光譜都對(duì)應(yīng)某種元素,都可以用來(lái)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hEmEn。(h是普朗克常量,h6.631034 Js)(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)和軌道半徑氫原子的能級(jí)公式:EnE1(n1,2,3,),其中基態(tài)能量E1最低,其數(shù)值為E113.6 eV。氫原子的半徑公式:rnn2r1(n1,2,3,),其中r1為基態(tài)半徑,又稱玻爾半徑,其數(shù)值為r10.531010 m。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天然放射現(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)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說(shuō)明原子核具有復(fù)雜的結(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:有天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:消除靜電、工業(yè)探傷、做示蹤原子等。(3)防護(hù):防止放射性對(duì)人體組織的傷害。4原子核的衰變(1)衰變:原子核放出粒子或粒子,變成另一種原子核的變化。(2)分類:衰變:XYHe,如:UThHe衰變:XYe,如:ThPae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)部的因素決定,跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)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)合能不一定越大。2.核能(1)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損m,其對(duì)應(yīng)的能量Emc2。(2)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加m,吸收的能量為Emc2。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(guò)程。(2)典型的裂變反應(yīng)方程:UnKrBa3n。(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(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(guò)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:HHHen17.6 MeV。深化理解(1)光照引起的躍遷,光子能量必須等于能級(jí)差;碰撞引起的躍遷,只需要實(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NCn2。(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:外切圓是衰變,內(nèi)切圓是衰變,半徑與電荷量成反比?;A(chǔ)自測(cè)一、判斷題(1)原子中絕大部分是空的,原子核很小。()(2)按照玻爾理論,核外電子均勻分布在各個(gè)不連續(xù)的軌道上。()(3)如果某放射性元素的原子核有100個(gè),經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后還剩50個(gè)。()(4)質(zhì)能方程表明在一定條件下,質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。()(5)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)是盧瑟福在粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的。()(6)人們認(rèn)識(shí)原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開(kāi)始的。()(7)人們認(rèn)識(shí)原子具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開(kāi)始的。()二、選擇題1粵教版選修35 P97T2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(wú)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)部的因素決定,跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān),故D正確。2滬科版選修35 P75T4改編已知鉍210的半衰期是5.0天,8 g鉍210經(jīng)20天后還剩下()A1 gB0.2 gC0.4 gD0.5 g解析:選D由公式mm0得m8 g0.5 g,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.UThHe是衰變B.NHeOH是衰變C.HHHen是輕核聚變D.SeKr2e是重核裂變解析:選ACNHeOH是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng),屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變,SeKr2e是衰變,A、C正確。4人教版選修35 P81例題(多選)已知中子的質(zhì)量是mn1.674 91027 kg,質(zhì)子的質(zhì)量是mp1.672 61027 kg,氘核的質(zhì)量是mD3.343 61027 kg,則氘核的比結(jié)合能為()A3.511013 J B1.10 MeVC1.761013 JD2.19 MeV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)知識(shí),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粒子散射實(shí)驗(yàn)在粒子散射實(shí)驗(yàn)中,電子對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)的影響可以忽略。這是因?yàn)榕c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在粒子散射實(shí)驗(yàn)中,由于電子的質(zhì)量太小,電子的質(zhì)量只有粒子的,它對(duì)粒子速度的大小和方向的影響就像灰塵對(duì)槍彈的影響,完全可以忽略。故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。2粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖是盧瑟福的粒子散射實(shí)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,最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是()A該實(shí)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該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆孫原子模型的正確性C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)的粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)解析:選A盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)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)粒子的影響不大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后,幾乎仍沿原方向前進(jìn),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3粒子散射實(shí)驗(yàn)分析如圖所示是粒子(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(guò)程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止。圖中所標(biāo)出的粒子在各點(diǎn)處的加速度方向正確的是()AM點(diǎn) BN點(diǎn)CP點(diǎn)DQ點(diǎn)解析:選C粒子(氦原子核)和重金屬原子核都帶正電,互相排斥,加速度方向與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(wèn)題的三大規(guī)律(1)庫(kù)侖定律:Fk,可以用來(lái)確定電子和原子核、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(lái)分析電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問(wèn)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周?chē)\(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能、電勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化問(wèn)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(guò)光照、撞擊或加熱等,低能級(jí)高能級(jí),當(dāng)吸收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(或吸收)光子的頻率是一定的,可由hEmEn求得。若求波長(zhǎng)可由公式c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n4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(shuō)法正確的是()A最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的光是由n4能級(jí)躍遷到n1能級(jí)產(chǎn)生的B頻率最小的光是由n2能級(jí)躍遷到n1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n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)輻射出的光去照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)解析由n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)產(chǎn)生的光,能量最小,波長(zhǎng)最長(zhǎng),因此最容易發(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n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)產(chǎn)生的,故B錯(cuò)誤;大量處于n4能級(jí)的氫原子能發(fā)射6種頻率的光,故C錯(cuò)誤;由n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)輻射出的光的能量為E3.4 eV(13.6) eV10.2 eV,大于6.34 eV,能使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng),故D正確。答案D延伸思考(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,至少需要吸收多少光子的能量?(3)若一個(gè)處于n4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n4能級(jí)躍遷到n1能級(jí),輻射的光子能量最大E0.85 eV(13.6 eV)12.75 eV。(2)若要電離至少需要吸收E0.85 eV的能量。(3)3種。解答氫原子能級(jí)圖與原子躍遷問(wèn)題的注意事項(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n1。(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:用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解:NCn2。利用能級(jí)圖求解:在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫(huà)出,然后相加。題點(diǎn)全練1玻爾理論一個(gè)氫原子從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí),該氫原子()A放出光子,能量增加B放出光子,能量減少C吸收光子,能量增加D吸收光子,能量減少解析:選B氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),放出光子,能量減少,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n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)時(shí),輻射出光子a;從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)時(shí),輻射出光子b。以下判斷正確的是()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n4能級(jí)的氫原子電離D大量處于n3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n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)的能級(jí)差小于從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)時(shí)的能級(jí)差,根據(jù)EmEnh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)的原子吸收,故B錯(cuò)誤;根據(jù)EmEnh可求光子a的能量小于n4能級(jí)氫原子的電離能,所以不能使處于n4能級(jí)的氫原子電離,C錯(cuò)誤;大量處于n3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多輻射3種不同譜線,故D錯(cuò)誤。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)于天然放射現(xiàn)象,以下敘述正確的是()A若使放射性物質(zhì)的溫度升高,其半衰期將變大B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、這三種射線中,射線的穿透能力最強(qiáng),射線的電離能力最強(qiáng)D鈾核(U)衰變?yōu)殂U核(Pb)的過(guò)程中,要經(jīng)過(guò)8次衰變和6次衰變解析:選CD半衰期的時(shí)間與元素的物理狀態(tài)無(wú)關(guān),若使某放射性物質(zhì)的溫度升高,其半衰期不變,故A錯(cuò)誤。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、這三種射線中,射線的穿透能力最強(qiáng),射線的電離能力最強(qiáng),故C正確。鈾核(U)衰變?yōu)殂U核(Pb)的過(guò)程中,每經(jīng)過(guò)一次衰變質(zhì)子數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少4;而每經(jīng)過(guò)一次衰變質(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(guò)8次衰變和6次衰變,故D正確。2半衰期的理解及應(yīng)用(多選)釷Th具有放射性,它能放出一個(gè)新的粒子而變?yōu)殓hPa,同時(shí)伴隨有射線產(chǎn)生,其方程為T(mén)hPaX,釷的半衰期為24天。下列說(shuō)法正確的是()AX為質(zhì)子BX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射線是鏷原子核放出的D1 g釷Th經(jīng)過(guò)120天后還剩0.312 5 g解析:選BC根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知,釷核衰變過(guò)程中放出了一個(gè)電子,即X為電子,故A錯(cuò)誤;發(fā)生衰變時(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;射線是鏷原子核放出的,故C正確;釷的半衰期為24天,1 g釷Th經(jīng)過(guò)120天即經(jīng)過(guò)5個(gè)半衰期后還剩0.031 25 g,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、三種射線,讓這三種射線進(jìn)入磁場(chǎng),運(yùn)動(dòng)情況如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A該放射性物質(zhì)的半衰期隨溫度的升高會(huì)增大BC粒子是原子核的重要組成部分CA粒子一定帶正電DB粒子的穿透性最弱解析:選C半衰期由原子核本身決定,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粒子一定帶正電,故C正確;B粒子為射線,穿透性最強(qiáng),故D錯(cuò)誤。名師微點(diǎn)1衰變、衰變的比較衰變類型衰變衰變衰變方程XYHeXYe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2H2nHenHe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)量電離作用穿透能力射線氦核He2e4 u最強(qiáng)最弱射線電子ee u較強(qiáng)較強(qiáng)射線光子00最弱最強(qiáng)3.衰變次數(shù)的計(jì)算方法若XYnHeme則AA4n,ZZ2nm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(wú)半衰期可言。(2)根據(jù)半衰期的概念,可總結(jié)出公式N余N原,m余m原。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,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(shū)寫(xiě)(2018全國(guó)卷)1934年,約里奧居里夫婦用粒子轟擊鋁核Al,產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X:AlnX。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為()A15和28B15和30C16和30 D17和31解析:選B將核反應(yīng)方程式改寫(xiě)成HeAlnX,由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知,X應(yīng)為X。2核反應(yīng)類型的判斷(2017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)際上率先通過(guò)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.HHHenB.NHeOHC.HeAlPnD.UnBaKr3n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)是用粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)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)(2017江蘇高考)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.He核的結(jié)合能約為14 MeVB.He核比Li核更穩(wěn)定C兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)釋放能量D.U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大解析:選BC由題圖可知,He的比結(jié)合能為7 MeV,因此它的結(jié)合能為7 MeV428 MeV,A項(xiàng)錯(cuò)誤;比結(jié)合能越大,表明原子核中核子結(jié)合得越牢固,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H核結(jié)合成比結(jié)合能大的He時(shí),會(huì)釋放能量,C項(xiàng)正確;由題圖可知,U的比結(jié)合能(即平均結(jié)合能)比Kr的小,D項(xiàng)錯(cuò)誤。4核能的計(jì)算(2017全國(guó)卷)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(lái)發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是:HHHen。已知H的質(zhì)量為2.013 6 u,He的質(zhì)量為3.015 0 u,n的質(zhì)量為1.008 7 u,1 u931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()A3.7 MeV B3.3 MeVC2.7 MeV D0.93 MeV解析:選B氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為m22.013 6 u(3.015 0 u1.008 7 u)0.003 5 u,釋放的核能為Emc20.003 5931 MeV/c2c23.3 MeV,選項(xiàng)B正確。5核能與動(dòng)量守恒的綜合(2017全國(guó)卷)一靜止的鈾核放出一個(gè)粒子衰變成釷核,衰變方程為UThHe。下列說(shuō)法正確的是()A衰變后釷核的動(dòng)能等于粒子的動(dòng)能B衰變后釷核的動(dòng)量大小等于粒子的動(dòng)量大小C鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)粒子所經(jīng)歷的時(shí)間D衰變后粒子與釷核的質(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(guò)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)生的釷核和粒子的動(dòng)量等大反向,即pThp,B項(xiàng)正確;因此有,由于釷核和粒子的質(zhì)量不等,因此衰變后釷核和粒子的動(dòng)能不等,A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)半衰期的定義可知,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由于衰變過(guò)程釋放能量,根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知,衰變過(guò)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)方程典例衰變衰變自發(fā)UThHe衰變自發(fā)ThPae人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芅HeOH(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)HeBeCn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)AlHe Pn(約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素,同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子)PSie重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n輕核聚變很難控制HHHen2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(1)根據(jù)Emc2計(jì)算。計(jì)算時(shí)m的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,E的單位是“J”。(2)根據(jù)Em931.5 MeV計(jì)算。因1原子質(zhì)量單位“u”相當(dāng)于931.5 MeV的能量,所以計(jì)算時(shí)m的單位是“u”,E的單位是“MeV”。融會(huì)貫通歸納好兩類核衰變?cè)诖艌?chǎng)中的徑跡靜止核在磁場(chǎng)中自發(fā)衰變,其軌跡為兩相切圓,衰變時(shí)兩圓外切,衰變時(shí)兩圓內(nèi)切,根據(jù)動(dòng)量守恒m1v1m2v2和r知,半徑小的為新核,半徑大的為粒子或粒子,其特點(diǎn)對(duì)比如下表:衰變XYHe勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡兩圓外切,粒子半徑大衰變XYe勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡兩圓內(nèi)切,粒子半徑大(一)相內(nèi)切圓的徑跡例1在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一原來(lái)靜止的原子核,該核衰變后,放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖中a、b所示。由圖可以判定()A該核發(fā)生的是衰變B該核發(fā)生的是衰變C磁場(chǎng)方向一定垂直紙面向里D磁場(chǎng)方向一定垂直紙面向外解析原來(lái)靜止的核,放出粒子后,總動(dòng)量守恒,所以粒子和反沖核的速度方向一定相反,根據(jù)圖示,它們?cè)谕淮艌?chǎng)中是向同一側(cè)偏轉(zhuǎn)的,由左手定則可知它們必帶異種電荷,故應(yīng)為衰變;由于不知它們的旋轉(zhuǎn)方向,因而無(wú)法判定磁場(chǎng)是向里還是向外,即都有可能。故B項(xiàng)正確。答案B(二)相外切圓的徑跡例2在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)原來(lái)靜止的原子核,由于放出一個(gè)粒子,結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓的徑跡照片(如圖所示),今測(cè)得兩個(gè)相切圓半徑之比r1r2144。則:(1)圖中哪一個(gè)圓是粒子的徑跡?(說(shuō)明理由)(2)這個(gè)原子核原來(lái)所含的質(zhì)子數(shù)是多少?解析(1)因?yàn)閯?dòng)量守恒,所以軌道半徑與粒子的電荷量成反比,所以圓軌道2是粒子的徑跡,圓軌道1是新生核的徑跡,兩者電性相同,運(yùn)動(dòng)方向相反。(2)設(shè)衰變后新生核的電荷量為q1,粒子的電荷量為q22e,它們的質(zhì)量分別為m1和m2,衰變后的速度分別為v1和v2,所以原來(lái)原子核的電荷量qq1q2。粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得:qvBm,則,又由于衰變過(guò)程中遵循動(dòng)量守恒定律,則m1v1m2v2,聯(lián)立解得q90e。即這個(gè)原子核原來(lái)所含的質(zhì)子數(shù)為90。答案(1)圓軌道2是粒子的徑跡,理由見(jiàn)解析(2)90由以上兩例解答過(guò)程可知,當(dāng)靜止的原子核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中發(fā)生衰變時(shí),大圓軌道一定是釋放出的帶電粒子(粒子或粒子)的,小圓軌道一定是反沖核的。衰變時(shí)兩圓外切,衰變時(shí)兩圓內(nèi)切。如果已知磁場(chǎng)方向,還可根據(jù)左手定則判斷繞行方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。- 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