江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第十一章动量近代物理第4讲原子与原子核讲义含解析
(江苏专版)高考物理一轮复习 第十一章 近代物理初步学案-人教版高三全册物理学案
第十一章近代物理初步第1节波粒二象性(1)光子和光电子都是实物粒子。
(×)(2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。
(×)(3)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。
(√)(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。
(×)(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。
(√)(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律。
(×)(7)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性。
(√)(8)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。
(√)突破点(一) 对光电效应的理解1．与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。
光子是光电效应的因，光电子是果。
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。
光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
(3)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。
(5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。
2．光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大[题点全练]1．[多选]关于光电效应，下列说法正确的是( )A．发生光电效应时，光电子的最大初动能一定等于金属的逸出功B．一般而言，用给定的单色光照射不同的金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同C．用不同频率的单色光照射同一金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同D．用单色光照射某金属没有发生光电效应，增加该单色光的强度，有可能发生光电效应解析：选BC 根据光电效应方程E km＝hν－W0知，发生光电效应时，光电子的最大初动能不一定等于金属的逸出功，故A错误；不同的金属逸出功不同，根据光电效应方程E km＝hν－W0知，用给定的单色光照射不同的金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同，故B正确；根据光电效应方程E km＝hν－W0知，用不同频率的单色光照射同一金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同，故C正确；能否发生光电效应与入射光的强度无关，故D错误。
(江苏专版)2020版高考物理一轮复习 第十一章(讲义)【共4套42页】
本套资源目录江苏专版2020版高考物理一轮复习第十一章实验十验证动量守恒定律讲义含解析江苏专版2020版高考物理一轮复习第十一章第1节动量定理动量守恒定律讲义含解析江苏专版2020版高考物理一轮复习第十一章第2节波粒二象性讲义含解析江苏专版2020版高考物理一轮复习第十一章第3节原子结构与原子核讲义含解析验证动量守恒定律实验目的：验证动量守恒定律。
实验原理：在一维碰撞中，测出物体的质量m 和碰撞前后物体的速度v 、v ′，找出碰撞前的动量p ＝m 1v 1＋m 2v 2及碰撞后的动量p ′＝m 1v 1′＋m 2v 2′，看碰撞前后动量是否守恒。
实验方案 [方案一]利用气垫导轨完成一维碰撞实验[实验器材]气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、游标卡尺等。
[实验步骤]1．测质量：用天平测出滑块质量。
2．安装：正确安装好气垫导轨。
3．实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向)。
[数据处理]1．滑块速度的测量：v ＝Δx Δt，式中Δx 为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt 为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。
2．验证的表达式：m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′。
[方案二]利用等长摆球完成一维碰撞实验[实验器材]带细线的摆球(两套，等大不等重)、铁架台、天平、量角器、刻度尺、游标卡尺、胶布等。
[实验步骤]1．测质量和直径：用天平测出小球的质量m 1、m 2，用游标卡尺测出小球的直径d 。
2．安装：把小球用等长悬线悬挂起来，并用刻度尺测量悬线长度l 。
3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。
4．测角度：用量角器测量小球被拉起的角度和碰撞后两小球摆起的角度。
5．改变条件重复实验：①改变小球被拉起的角度；②改变摆长。
2020版物理高考新素养总复习江苏专用讲义：选修3-5+第十一章+动量守恒定律+第2讲和答案
第2讲光电效应波粒二象性知识排查黑体和黑体辐射普朗克能量子假说1.黑体与黑体辐射(1)黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
(2)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。
②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
a.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加。
b.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
2.能量子(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍。
即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的。
这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。
h＝6.63×10－34 J·s。
光电效应1.定义照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。
2.光电子光电效应中发射出来的电子。
3.研究光电效应的电路图(如图1)：图1其中A 是阳极。
K 是阴极。
4.光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应。
低于这个频率的光不能产生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s 。
(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。
爱因斯坦光电效应方程1.光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。
其中h ＝6.63×10－34J·s 。
(称为普朗克常量)2.逸出功W 0 使电子脱离某种金属所做功的最小值。
3.最大初动能 发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出后所具有的动能的最大值。
4.遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c 。
(江苏专用)2020版高考物理新增分大一轮复习第十一章动量近代物理本章综合能力提升练(含解析)
本章综合能力提升练一、单项选择题1.(2021·苏锡常镇二模)关于图1中四幅图的说法，正确的选项是( )图1图甲中放射源放出的三种射线是由同一种元素的原子核释放的图乙中用紫外线灯照射与验电器相连的锌板，锌板和验电器均带负电图丙为黑体辐射规律，普朗克提出能量子概念成功解释了这个规律图丁中电子束通过铝箔后的衍射图样说明电子具有粒子性答案 C2.(2021·程桥高中月考)以下说法正确的选项是( )1太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反响一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增加将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，并降低其温度，它的半衰期减小答案A解析太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反响，又称热核反响，故A正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太长，故B错误；核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小，故C错误；将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，并降低其温度，它的半衰期不发生改变，故D错误.2如图2所示，古时有“守株待兔〞的寓言，设兔子的头部受到大小等于自身体重的作用力时即可致死.假设兔子与树桩发生碰撞，作用时间为，那么刚好被撞死的兔子的奔跑速度是(g取10m/s2)( )图2m/sm/s答案C解析设兔子与树桩间的撞击力为，兔子撞后速度为零，根据动量定理有t，所以兔F mv子的奔跑速度v＝Ft＝mgt＝gt＝10×m/s＝2m/s.mm4.如图3所示，设质量为M的导弹运动到空中最高点时速度为v0，突然炸成两块，质量为m的一块以速度v沿v0的方向飞去，那么另一块的运动情况是()3图3A.一定沿v0的方向飞去B.一定沿v0的反方向飞去可能做自由落体运动以上说法都不对答案CMv0－mv解析以v0的方向为正方向，根据动量守恒定律得 Mv0＝mv＋(M－m)v′，得v′＝M－m.mv可能大于、小于或等于Mv0，所以v′可能小于、大于或等于零.在列车编组站里，一节动车车厢以1m/s的速度碰上另一节静止的拖车车厢，碰后两节车厢结合在一起继续运动.两节车厢的质量均为 20t，那么碰撞过程拖车车厢受到的冲量大小为(碰撞过程时间很短，内力很大 )( )·s·s4N·s×104N·s答案 C解析动车车厢和拖车车厢组成的系统碰撞过程动量守恒，以碰撞前动车车厢的速度方向为正方向，根据动量守恒定律有＝2，对拖车车厢根据动量定理有，联立解得mv mv mv104N·s，选项C正确.二、多项选择题6.(2021·扬州中学5月模拟)以下说法中正确的选项是( )黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都在增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动在研究光电效应实验中所测得的遏止电压与入射光的强度有关放射性元素原子核的半衰期长短与原子所处的化学状态和外部条件有关D.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的答案AD7.(2021·盐城中学4月检测)以下说法正确的选项是( )A.α射线的穿透能力比γ射线的穿透能力强假设质子、电子具有相同的动能，那么它们的物质波波长相等C.普朗克认为振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小答案CD8.(2021·如皋市期初)氢原子在某三个相邻能级间跃迁时，可发出三种不同波长的辐射光.4其中的两个波长分别为λ1和λ2，且λ1λ2，那么另一个波长可能是()A.λ1＋λ2B.λ1－λ2λλ2λC.λ1＋λ2D.λ1－λ2答案CD解析由题可知氢原子在辐射时满足条件的三种情况，如下图.对于第一种情况有c c cλ1λ2c c c，h＋h＝h，那么λ3＝，对于第二种情况h－h＝h λ1λ2λ3λ1＋λ2λ2λ1λ3λ1λ2.第三种情况与第二种情况求得的结果相同，正确选项为C、D.所以λ3＝λ1－λ2三、填空题9.(2021·黄桥中学月考)如图4某光电管的阴极K用截止频率为ν0的金属钠制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U，普朗克常量为h，电子的电荷量为e.用频率为ν的紫外线照射阴极，有光电子逸出，光电子到达阳极的最大动能是；假设在光电管阳极A和阴极K之间加反向电压，要使光电子都不能到达阳极，反向电压至少为.5图4答案0hν－hν0 hν－hν＋eUe解析根据光电效应方程得，光电子最大初动能为：E＝hν－hν.km0根据动能定理得：eU＝Ek－Ekm，解得：Ek＝hν－hν0＋eU.根据动能定理得：－eU′＝0－Ekm，解得反向电压为：U′＝hν－hν0e.10.(2021·南京市、盐城市一模)氦原子的一个核外电子被电离，形成类氢结构的氦离子.如图5所示为氦离子能级的示意图.现有氦离子从n＝4能级到n＝能级辐射出的光子能量为；用该光照射逸出功为的金属钠，产生的光电子的最大初动能为eV.图5答案 2解析放出的光子能量等于两能级间的能量差，才能发生跃迁，氦离子从n＝4能级辐射出的6光子能量为后的能级E′＝－－＝－，可知跃迁到n＝2的能级.根据光电效应方程，产生的光电子的最大初动能为：km＝hν－0＝eV－＝7.91eV.E W11.(2021·红桥中学一调)2021年5月10日南京发生放射源铱－192丧失事件，铱－192学符号是Ir，原子序数77，半衰期为74天.铱－192通过β衰变放出γ射线，γ射线可以穿透10～100mm厚钢板.设衰变产生的新核用X表示，写出铱－192的衰变方程；假设现有g铱－192，经过148天有g铱－192发生衰变.答案192192X＋－10 77Ir→78e解析根据质量数守恒和电荷数守恒写出衰变方程为：77192Ir→78192X＋－10e，铱－192的半衰期为74天，148天是两个半衰期，有＝0(1192为原来的10，故剩余的铱－，所以有mm4m434发生衰变，即0.75g.7(3)气垫导轨工作时，可忽略滑块与导轨外表间的阻力影响，现借助其验证动量守恒定律，如(4)图6所示，在水平气垫导轨上放置质量均为m的A、B(图中未标出)两滑块，左侧滑块的左端、(5)右侧滑块的右端分别与一条穿过打点计时器的纸带相连，打点计时器电源的频率为 f.气垫导(6)轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，待打点稳定后让两滑块以大小不同的速度相向(7)运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动.如图7所示的甲和乙为某次实验打出的、分别与两个(8)滑块相连的两条纸带，在纸带上以同间距的6个连续打点为一段划分纸带，用刻度尺分别测(9)出其长度为s1、s2和s3.(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)图6(29)(30)(31)(32)(35)(36)(37)(38)(39)(40)(41)(42)(43)(44)(45)(46)(47)图7(48)假设碰前滑块A的速度大于滑块B的速度，那么滑块(选填“A〞或“B〞)是与纸带甲的(选填“左〞或“右〞)端相连.(49)碰撞前A、B两滑块的动量大小分别为、，实验需要验证是否成立的表达式为(用题目所给8的量表示).答案(1)左m fsmfs3s－s＝2s213解析(1)因碰前A的速度大于B的速度，A、B的速度相反，且碰后速度相同，故根据动量守恒定律可知，题图甲中s1和题图乙中s3是两滑块相碰前打出的纸带，s2是相碰后打出的纸带，所以滑块 A应与甲纸带的左侧相连.碰撞前两滑块的速度分别为：s1 s1v1＝t＝5T＝s1fs3v2＝t＝s3f碰撞后两滑块的共同速度：s2v＝t＝s2f所以碰前两滑块动量分别为：p1＝mv1＝mfs1，p2＝mv2＝mfs3，总动量为：p＝p1－p2＝mf(s1－s3)；碰后总动量为：p′＝2mv＝mfs2.要验证动量守恒定律，那么一定有：mf(s1－s3)＝mfs2即s1－s3＝2s2.四、计算题13.(2021·南京市、盐城市二模)在2021年冬奥会把戏滑冰双人滑比赛中，中国选手隋文静韩聪组合获得亚军.如图8所示为某次训练中情景，他们携手滑步，相对光滑冰面的速度为韩聪突然将隋文静向原先运动方向推开，推力作用时间为s，隋文静的速度大小变为m/s.假设隋文静和韩聪的质量分别为40kg和60kg，求：9图8推开后韩聪的速度大小；推开过程中隋文静对韩聪的平均作用力大小.答案(1)1m/s (2)60N解析(1)以原先运动方向为正，由动量守恒定律得(1＋2)＝11＋22mm vmvmv解得v2＝－1m/s即推开后韩聪的速度大小为1m/s .(2)对韩聪由动量定理得Ft＝mv－mv222解得F＝－60N即隋文静对韩聪的平均作用力大小为60N.14.(2021·江苏省高考压轴冲刺卷)如图9所示，质量为的木块以2m/s的速度水平地滑上静止在光滑水平地面上的平板小车，小车的质量为kg，木块与小车之间的动摩擦因数为0.2(g取10m/s2).设小车足够长，求从木块滑上小车到它们处于相对静止所经历的时间.10图9答案解析以木块和小车组成的系统为研究对象，以木块的初速度方向为正方向，由动量守恒定律可得：mv0＝(M＋m)v，代入数据解得：v＝m/s；以木块为研究对象，由动量定理得：μmgt＝mv－mv0，代入数据解得：t＝s.15.(2021·南京市学情调研)花岗岩、大理石等装修材料都不同程度地含有放射性元素氡222，人长期吸入后会对呼吸系统造成损害.设有一静止的氡核222218Po)，(86Rn)发生衰变生成钋(84假设放出的核能全部转化为动能. 写出核反响方程；求新核钋218的动能.(结果保存一位有效数字)答案(1)222218486Rn→84Po＋2He解析(1)核反响方程：222218486Rn→84Po＋2He根据动量守恒定律，反响后钋核与氦核动量等大，那么钋核与氦核的动能与其质量成反比：EkPo mHe＝EkHe mPo反响前氡核静止，反响后钋核与氦核的动能之和即为衰变释放的核能E＝EkPo＋EkHe解得：EHeE≈MeV.＝mHe＋mPoPo m1112。
2020版高考物理(江苏专用版)新增分大一轮课件：第十一章动量近代物理实验十
在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前、后物体的速度v、v′，找出碰撞
前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后 动量是否守恒.
三、实验器材 方案一 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、 弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等. 方案二 带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等. 方案三 泥等. 方案四 斜槽、大小相等、质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮
解析 每次小球下滑要从同一高度处由静止释放，从而 图6
保证平抛运动的初速度相同；
mA>mB (3)入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是_______.
解析 为防止碰撞过程入射小球反弹，入射小球的质量应
m2v2′t，故只需验证m1OP＝m1OM＋m2ON，因此A、B、D错误，C正确.
变式1 验证动量守恒定律实验设计如图6所示，回答下列问题. 切线水平 (1)实验装置中应保持斜槽末端_________.
解析
要保证每次小球都做平抛运动，则轨道末端的切
线必须水平；
同一高度 处由静止释放. (2)每次小球下滑要从_________
纸、天平、刻度尺、圆规、三角板等.
四、实验步骤 方案一 利用气垫导轨完成一维碰撞实验 (1)测质量：用天平测出滑块质量. (2)安装：正确安装好气垫导轨，如图1所示.
图1
(3)实验：接通电源、利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前
后的速度(①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向).
(4)在白纸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ记下重垂线所指的位置O，它表示被碰小球碰前的位置.
高考物理一轮复习第十一章动量近代物理初步第4讲原子结构教案练习
高考物理一轮复习第十一章动量近代物理初步第4讲原子结构教案练习知识点一电子的发现英国物理学家利用气体放电管对阴极射线进行了一系列实验研究.(1)让阴极射线分别通过电场或磁场，根据现象，证明它是的粒子流并求出了其比荷.(2)换用不同材料的阴极和不同的，所得粒子的相同.(3)粒子带负电荷，比荷是氢离子的近两千倍，说明阴极射线粒子质量远小于氢离子质量.(4)组成阴极射线的粒子称为.答案：汤姆孙(1)偏转带电(2)场比荷的数值(4)电子知识点二α粒子散射实验1.实验装置(1)放射源：①钋放在带小孔的铅盒中，能放射.②α粒子：带正电，q＝，质量约为氢原子的4倍，射出速度可达107 m/s.(2)金箔：厚度极小，可至(虽然很薄但仍有几千层原子).(3)显微镜：能够围绕金箔的内转动观察.(4)荧光屏：玻璃片上涂有物质硫化锌，装在显微镜上.2.实验结论(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后的方向前进.(2)少数α粒子发生了的偏转.(3)极少数α粒子的偏转角θ超过，甚至有极个别α粒子被反弹回来.3.实验意义(1)否定了的原子结构模型.(2)提出了模型，明确了的数量级.答案：1.(1)①α粒子②＋2e (2)微米(3)水平面(4)荧光2.(1)仍沿原来(2)较大(3)90°3.(1)汤姆孙(2)原子核式结构原子核大小知识点三卢瑟福的核式结构模型1.核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫.它集中了原子全部的和几乎全部的，在核外空间运动.2.原子核的电荷与尺度原子核答案：1.原子核正电荷质量电子 2.电子数质子和中子质子数10－10 m 10－15 m知识点四光谱和光谱分析1.定义：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱.2.分类(1)线状谱：由组成的光谱.(2)连续谱：由的光带组成的光谱.3.特征谱线：各种原子的发射光谱都是，且不同原子的亮线位置，故这些亮线称为原子的谱线.4.光谱分析：由于每种原子都有自己的，可以利用它来鉴别物质和确定物质的，这种方法称为光谱分析，它的优点是高，样本中一种元素的含量达到时就可以被检测到.答案：1.波长 2.(1)一条条的亮线(2)连在一起 3.线状谱不同特征 4.特征谱线组成成分灵敏度10－10 g知识点五玻尔原子理论的基本假设1.轨道量子化：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，服从经典力学的规律.但不同的是，电子运行轨道的半径，只有当符合一定条件时，这样的轨道才是可能的.也就是说，电子的轨道是.电子在这些轨道上绕核的转动是，不产生.2.定态：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态.原子在不同的状态中具有不同的能量，因此，原子的能量是的.这些的能量值叫做能级.原子中这些具有确定能量的，称为定态.能量的状态叫做基态，其他的状态叫做.3.跃迁：当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m>n)时，会放出能量为hν的光子(h 是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即，这个式子称为，又称.答案：1.不是任意的半径的大小量子化的稳定的电磁辐射2.量子化量子化稳定状态最低激发态3.hν＝Em－En 频率条件辐射条件(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小.( )(2)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的.( )(3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的.( )(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱.( )(5)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上.( )(6)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的.( )答案：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)√考点α粒子散射实验1.实验过程：α粒子从铅盒射出，形成细射线打在金箔上，被散射的α粒子打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观察.2.现象：(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进.(2)少数α粒子发生较大的偏转.(3)极少数α粒子偏转角度超过90°，有的几乎被“撞了回来”，如图所示.3.实验意义：否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了原子的核式结构模型，明确了原子核大小的数量级.考向1 α粒子散射现象[典例1] (2017·上海理工大附中期中)如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况.下列说法中正确的是( ) A.在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B.在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C.卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D.α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹[解析] 放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数应最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故B错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后，因库仑力作用，且质量较大，从而出现的反弹，故D错误.[答案] C考向2 α粒子散射的原因[典例2] 关于α粒子散射实验，下列说法不正确的是( )A.α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中有正电荷B.α粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C.只有少数α粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上D.相同条件下，换用原子序数越小的物质做实验，沿同一偏转角散射的α粒子越少[解析] 原子显电中性，而电子带负电，所以原子中一定存在带正电的物质，但是汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的散射现象，所以α粒子大角度散射的主要原因不能直接说是原子中正电荷的作用，而是正电荷集中在原子核上的原因，选项A错误，选项B正确；只有少数α粒子发生大角度散射的结果证明原子中存在一个集中所有正电荷和几乎所有质量的很小的原子核，选项C正确；使α粒子发生大角度散射的原因是受到原子核的库仑斥力，所以为使散射实验现象更明显，应采用原子序数大的金箔，若改用原子序数小的物质做实验，α粒子受到原子核的库仑斥力小，发生大角度散射的α粒子少，选项D正确.[答案] Aα粒子大角度地散射，不可能是因为金箔的原子内的电子造成的，因为电子质量很小，只有当α粒子受到原子内正电荷很强的排斥力时，它的运动方向才会有这样大的改变.原子中的正电荷与原子的很大一部分质量一定集中在一个很小的核上.考点原子结构模型1.汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中.汤姆孙的原子模型如图所示，小圆点代表正电荷，大圆点代表电子.汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型.该模型能解释一些实验现象，但后来被α粒子散射实验否定了.2.卢瑟福的核式结构模型(1)卢瑟福通过α粒子散射实验否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型.(2)核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核，它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在原子核的外面运动.3.原子核的电荷与尺度(1)电荷：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数.(2)尺度：对于一般的原子核，实验确定的核半径R的数量级为10－15 m，而整个原子半径的数量级是10－10 m.两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的.考向1 对核式结构模型的认识[典例3] (多选)下列对原子结构的认识中，正确的是( )A.原子中绝大部分是空的，原子核很小B.电子在核外旋转，库仑力提供向心力C.原子的全部正电荷都集中在原子核里D.原子核的直径大约是10－10 m [解析] 原子由位于原子中的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，由此可判定B、C正确.根据α粒子散射实验知，原子核半径数量级为10－15 m，而原子半径的数量级为10－10 m，故A正确，D错误.[答案] ABC考向2 核式结构模型的应用[典例4] 根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图中虚线表示原子核所形成的电场等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹.在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是( )A.动能先增加，后减少B.电势能先减少，后增加C.电场力先做负功，后做正功，总功等于零D.加速度先变小，后变大[解析] α粒子与原子核之间的作用力为库仑斥力，从a→b库仑力做负功，动能减少，电势能增加，从b→c库仑力做正功，动能增加，电势能减少，且a→b与b→c库仑力所做的总功为0，则a、c两点动能相等，故A、B错误，C正确；α粒子与原子核相距越近，库仑力越大，加速度越大，故从a→b→c加速度先增大后减小，D错误.[答案] C解答原子结构问题的三大规律(1)库仑定律：F＝k，可以用来确定电子和原子核、α粒子和原子核间的相互作用力.(2)牛顿运动定律和圆周运动规律，可以用来分析电子绕原子核做匀速圆周运动的问题.(3)功能关系：可以分析由于库仑力做功引起的带电粒子在原子核周围运动时动能、电势能之间的转化问题.考点对玻尔理论的理解1.原子只能处于一系列能量不连续的状态中，具有确定能量的稳定状态叫做定态，原子处于最低能级的状态叫基态，其他的状态叫激发态.2.频率条件当电子从能量较高的定态轨道(Em)跃迁到能量较低的定态轨道(En)时会放出能量为hν的光子，则hν＝Em－En.反之，当电子吸收光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子能量同样由频率条件决定.3.原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道.4.成功与局限玻尔的原子模型成功解释了氢原子光谱及原子的稳定性，但不能解释较复杂的原子的光谱现象. [典例5] (2017·福建三明模拟)按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中( ) A.原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量也减小B.原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C.原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小D.原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大[解析] 由玻尔氢原子理论可知，电子轨道半径越大，原子的能量越大，当电子从ra跃迁到rb时，原子的能量减小，放出光子；在电子跃迁过程中，库仑力做正功，原子的电势能减小；由库仑力提供电子做圆周运动的向心力，即＝，r减小，电子速度增大，动能增大，综上所述可知A正确.[答案] A [变式1] (2017·山东枣庄第十八中学模拟)(多选)根据玻尔假设，若规定无穷远处的能量为0，则量子数为n的氢原子的能量En＝，E1为基态的能量，经计算为－13.6 eV，现规定氢原子处于基态时的能量为0，则( )A.量子数n ＝2时能级的能量为08E19时能级的能量为－3＝n 量子数B. C.若要使氢原子从基态跃迁到第4能级，则需要吸收的光子能量为15E116－ D.若采用能量为－的高速电子轰击而跃迁到激发态，这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中可释放出10种不同频率的光子 答案：BC 解析：若规定无穷远处的能量为0，则量子数为n ＝2时的能量为E2＝ eV ＝－3.4 eV ，若氢原子处于基态时的能量为0，则量子数n ＝2时能级的能量为10.2 eV ，选项A 错误；量子数n ＝3时能级的能量为－E1＝－，选项B 正确；若要使氢原子从基态跃迁到第4能级，则需要吸收的光子能量为－E1＝－，选项C 正确；采用能量为－的高速电子轰击而跃迁到激发态，根据Em －En ＝hν，氢原子获得能量跃迁到n ＝3激发态，则这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中可释放出3种不同频率的光子，故D 错误.1.原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不能被吸收；不存在激发到n 能级时能量有余，而激发到n ＋1时能量不足，则可激发到n 能级的问题.2.原子还可以吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E ＝Em －En)，就可使原子发生能级跃迁.考点氢原子能级和跃迁1.对氢原子能级图的理解(1)能级图如图所示.(2)能级图中相关量意义的说明相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态横线左端的数字“1,2,3，…”表示量子数横线右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大，相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为hν＝E m－E n(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1).(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：①用数学中的组合知识求解：N＝C＝；②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加.[典例6] (多选)氢原子能级如图所示，当氢原子从n＝3跃迁到n ＝2的能级时，辐射光的波长为 656 nm.以下判断正确的是( )A.氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB.用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C.一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级[解析] 根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确.[答案] CD[变式2] (2017·福建龙岩二模)图甲所示为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱.已知谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光，则谱线b可能是氢原子时的辐射光.( )甲乙A.从n＝5的能级跃迁到n＝3的能级B.从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级C.从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级D.从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级答案：C 解析：谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光，波长大于谱线b的，所以a光的光子频率小于b光的光子频率，所以b光的光子能量大于n＝4和n＝2的能级差.n＝3和n＝2的能级差、n＝4和n＝3的能级差、n＝5和n＝3的能级差都小于n＝4和n＝2的能级差.n＝5和n＝2的能级差大于n＝4和n＝2的能级差.故A、B、D错误，C正确.解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差.(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值.(3)一群原子和一个原子不同，它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N＝C＝.(4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值.能量单位1 eV＝1.6×10－19 J.1.[原子结构模型](多选)下列说法正确的是( )A.阴极射线的本质是高速电子流B.光电效应现象揭示了光具有粒子性C.汤姆孙发现了电子，揭示了原子核内部有复杂结构D.玻尔提出的原子模型，否定了卢瑟福的原子核式结构学说答案：AB 解析：汤姆孙发现了电子，揭示了原子内部有复杂结构，C错误；玻尔的原子模型仍保留了经典粒子的观点，并未否定原子核式结构学说，D错误.2.[对α粒子散射实验的理解]卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出( )A.原子的核式结构模型B.原子核内有中子存在C.电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子组成的答案：A 解析：卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，但并未指出原子核的组成，故A正确，B、D错误；汤姆孙通过对阴极射线的研究提出了电子是原子的组成部分，C错误.3.[对玻尔理论的理解]根据玻尔理论，氢原子的电子由n＝1轨道跃迁到n＝2轨道，下列说法正确的是( )A.原子要吸收某一频率的光子B.原子要放出一系列频率不同的光子C.原子的能量增加，电子的动能增大D.原子的能量减少，电子的动能减小答案：A 解析：氢原子的电子由n＝1轨道跃迁到n＝2轨道时，原子的能量要增加，电子的运动半径增大，电子的运动速度变小，电子的动能减小，原子要吸收一定频率的光子才能实现跃迁，故A正确，B、C、D错误.4.[氢原子能级和跃迁]根据玻尔理论，氢原子由基态向激发态跃迁时( )A.辐射能量，能级升高B.辐射能量，能级降低C.吸收能量，能级升高D.吸收能量，能级降低答案：C 解析：氢原子从基态向激发态跃迁时，将吸收能量，能量增加，能级升高，故C正确，A、B、D错误.5.[氢原子能级和跃迁]如图所示为氢原子的能级示意图.现用能量介于10～12.9 eV范围内的光子去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法正确的是( )A.照射光中只有一种频率的光子被吸收B.照射光中有三种频率的光子被吸收C.氢原子发射出一种波长的光D.氢原子发射出三种不同波长的光答案：B 解析：氢原子发生跃迁时只会吸收两个能级之差的能量，经计算10～12.9 eV的光子可使氢原子从基态跃迁到2、3、4三个激发态，A错误，B正确；氢原子吸收能量后，从这三个能级跃迁，能生出C＝6种不同波长的光，C、D错误.。
2020版高考物理新设计一轮复习江苏专版讲义：第十一章 第3节 原子结构与原子核 含答案
第3节原子结构与原子核(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小。
(√)(2)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。
(√)(3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。
(√)(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱。
(×)(5)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。
(×)(6)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。
(√)(7)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。
(×)(8)如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。
(×)(9)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。
(×)突破点(一)原子的核式结构1．汤姆孙原子模型(1)电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。
电子的发现证明了原子是可再分的。
(2)汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子镶嵌在球内。
2．α粒子散射实验(1)α粒子散射实验装置(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”。
3．原子的核式结构模型(1)α粒子散射实验结果分析①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。
②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射。
③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。
(2)原子的核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转。
(3)核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。
(江苏专用版)2020版高考物理总复习第十一章第1讲动量定理动量守恒定律及实验练习(含解析)
222第 1 讲 动量定理 动量守恒定律及实验一、选择题1.一质量为 M 的航天器正以速度 v 0 在太空中飞行,某一时刻航天器接到加速的指令后,发动机瞬间向后喷出一定质量的气体,气体喷出时速度大小为 v 1,加速后航天器的速度大小为 v 2,则喷出气体的质量 m 为 ()A.m= - MB.m=M C.m= - M D.m= - M-答案 C 规定航天器的速度方向为正方向,由动量守恒定律可得 Mv 0=(M-m)v 2-mv 1,解得 m=-M,故 C 项正确。
2.(2017 课标Ⅰ)将质量为 1.00kg 的模型火箭点火升空,50g 燃烧的燃气以大小为 600m/s 的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。
在燃气喷出后的瞬间,火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)()A.3 kg·m/sB.5.7×kg·m/sC.6. ×kg·m/s D.6.3× kg·m/s答案 A 在燃气喷出后的瞬间,喷出的燃气的动量 p=mv=3 kg·m/s,由动量守恒定律可得火箭的动量大小为 3 kg·m/s,选项 A 正确。
3.在光滑的水平面上有 a 、b 两球,其质量分别为 m a 、m b ,两球在 t 0 时刻发生正碰,并且在碰撞过程中无机械能损失,两球在碰撞前后的 v-t 图像如图所示。
下列关系正确的是( )A.m a >m bB.m a <m bC.m a =m bD.无法判断答案 B 由动量守恒定律得 m a v a '+m b v b '>0,由于 v a '<0,则 b 球获得的动量大于 a 球最初的动量。
若 m a =m b ,则两球交换速度,与图像不符;由 E k = ,若 m a >m b ,则 b 球碰后的动能将会大于 a 球最初的动能,违背能量守恒定律,则必然满足 m a <m b ,故选项 B 正确。
2020版高考物理(江苏专用版)新增分大一轮课件：第十一章动量近代物理第1讲
二、冲量和动量定理
1.冲量
(1)定义： 力 与 力的作用时间 的乘积叫做力的冲量.
(2)公式： I＝Ft .
s. (3)单位： N·
(4)方向：冲量是 矢量 ，其方向 与力的方向相同 .
2.动量定理 (1)内容：物体在一个运动过程始末的 动量变化量 等 于它在这 个过程中 所受 力 的冲量. ___ (2)公式： mv′－mv＝F(t′－t) 或 p′－p＝I .
p′－p Δp (4)由Ft＝p′－p，得F＝ ，即物体所受的合外力等于物体的动量对 t ＝ t
时间的变化率.
2.解题的基本思路
(1)确定研究对象.在中学阶段用动量定理讨论的问题，其研究对象一般仅限于
单个物体.
(2)对物体进行受力分析.可先求每个力的冲量，再求各力冲量的矢量和——合
力的冲量；或先求合力，再求其冲量.
冲量 定义 单位 公式 标矢性 功
作用在物体上的力和力的作用 作用在物体上的力和物体在力
时间的乘积 N· s I＝Ft(F为恒力) 矢量 的方向上的位移的乘积 J W＝Flcos α(F为恒力) 标量
意义
①表示力对时间的累积 ②是动量变化的量度
①表示力对空间的累积 ②是能量变化多少的量度
都是过程量，都与力的作用过程相互联系
3.动量定理的理解 (1)动量定理反映了力的冲量与 动量变化量 之间的因果关系，即外力的冲量
是原因，物体的 动量变化量 是结果.
(2)动量定理中的冲量是 合力 的冲量，而不是某一个力的冲量，它可以是合力
的冲量，可以是各力冲量的矢量和，也可以是外力在不同阶段冲量的矢量和.
(3)动量定理表达式是 矢量 式，等号包含了大小相等、方向相同两方面的含义.
2020版高考物理新设计一轮复习江苏专版讲义：第十一章 第1节 动量定理 动量守恒定律 含答案
第十一章 ⎪⎪⎪动量守恒与近代物理初步第1节动量定理__动量守恒定律(1)动量越大的物体，其速度越大。
(×) (2)物体的动量越大，其惯性也越大。
(×) (3)物体所受合力不变，则动量也不改变。
(×)(4)物体沿水平面运动时，重力不做功，其冲量为零。
(×) (5)物体所受合外力的冲量的方向与物体末动量的方向相同。
(×) (6)物体所受的合外力的冲量方向与物体动量变化的方向是一致的。
(√) (7)物体相互作用时动量守恒，但机械能不一定守恒。
(√)(8)若在光滑水平面上的两球相向运动，碰后均变为静止，则两球碰前的动量大小一定相同。
(√)突破点(一)动量定理的理解与应用1．动能、动量、动量变化量的比较2．应用动量定理解题的一般步骤(1)明确研究对象和研究过程研究对象可以是一个物体，也可以是几个物体组成的系统，系统内各物体可以是保持相对静止的，也可以是相对运动的。
研究过程既可以是全过程，也可以是全过程中的某一阶段。
(2)进行受力分析只分析研究对象以外的物体施加给研究对象的力，所有外力之和为合外力。
研究对象内部的相互作用力(内力)会改变系统内某一物体的动量，但不影响系统的总动量，因此不必分析内力。
如果在所选定的研究过程的不同阶段中物体的受力情况不同，则要分别计算它们的冲量，然后求它们的矢量和。
(3)规定正方向由于力、冲量、速度、动量都是矢量，在一维的情况下，列式前可以先规定一个正方向，与规定的正方向相同的矢量为正，反之为负。
(4)写出研究对象的初、末动量和合外力的冲量(或各外力在各个阶段的冲量的矢量和)。
(5)根据动量定理列式求解。
3．应用动量定理解题的注意事项(1)动量定理的表达式是矢量式，列式时要注意各个量与规定的正方向之间的关系(即要注意各个量的正负)。
(2)动量定理中的冲量是合外力的冲量，而不是某一个力的冲量，它可以是合力的冲量，也可以是各力冲量的矢量和，还可以是外力在不同阶段的冲量的矢量和。
江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第十一章动量近代物理第4讲原子与原子核讲义含解析
第4讲 原子与原子核一、光谱和能级跃迁1.氢原子光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱.(2)光谱分类(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R (1λ122－)(n ＝3,4,5，…，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107m －1).1n2(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.2.氢原子的能级结构、能级公式(1)玻尔理论①定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.②跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为h ν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即h ν＝E m －E n .(h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34J·s)③轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的.(2)几个概念①能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级.②基态：原子能量最低的状态.③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态.④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数.(3)氢原子的能级公式：E n ＝E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6eV.1n2(4)氢原子的半径公式：r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r 1＝0.53×10－10m.3.氢原子的能级图能级图如图1所示图1自测1 一个氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级，该氢原子( )A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少答案 B解析 氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B 正确，A 、C 、D 错误.二、原子核 原子核的衰变1.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子.质子带正电，中子不带电.(2)基本关系①核电荷数＝质子数(Z )＝元素的原子序数＝核外电子数.②质量数(A )＝核子数＝质子数＋中子数.(3)X 元素的原子核的符号为X ，其中A 表示质量数，Z 表示核电荷数.AZ 2.天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构.(2)三种射线名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核He42＋2e 4u 最强最弱β射线电子 e0－1－e u 11840较弱较强γ射线光子γ最弱最强(3)放射性同位素的应用与防护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两类，放射性同位素的化学性质相同.②应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等.③防护：防止放射性对人体组织的伤害.3.原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.②分类α衰变：X→Y ＋He A Z A 4Z －242β衰变：X→Y ＋eA Z A Z ＋10－1当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.③两个典型的衰变方程α衰变：U→Th ＋He 238922349042β衰变：Th→Pa ＋ e.23490234910－1(2)半衰期①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.(3)公式：N 余＝N 原·()，m 余＝m 原·().12t τ12t τ三、核力与结合能 核反应1.核力(1)定义：原子核内部，核子间的特有的相互作用力.(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m 之内；③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用.2.核能(1)结合能：核子结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称为核能.(2)比结合能①定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能.②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.3.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E ＝mc 2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm ，这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能ΔE ＝Δmc 2.4.核能释放的两种途径的理解(1)使较重的核分裂成中等大小的核；(2)较小的核结合成中等大小的核.核子的比结合能都会增大，都可以释放能量.5.核反应(1)遵守的规律：电荷数守恒、质量数守恒.(2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变.自测2 下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( )A.γ射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.Bi 的半衰期是5天，100克Bi 经过10天后还剩下50克2108321083答案 B解析 β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A 错误.氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B 正确.太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C 错误.10天为两个半衰期，剩余的Bi 为100×() g ＝100×()2g ＝25g ，2108312t12选项D 错误.自测3 核反应方程Be ＋He→C ＋X 中的X 表示( )9442126A.质子B.电子C.光子D.中子答案 D命题点一 玻尔理论与氢原子光谱1.原子跃迁条件与规律原子的跃迁条件：hν＝E 初－E 终，适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.以下两种情况则不受此条件限制.(1)光子和原子作用而使原子电离的情况原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论.如基态氢原子的电离能为13.6eV ，只要大于或等于13.6eV 的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大.(2)实物粒子和原子作用而使原子激发的情况当实物粒子和原子相碰时，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，均可以使原子受激发而向较高能级跃迁，但原子所吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差.2.一个原子和一群原子氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了.即：一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光谱条数为N ＝＝C ，而一个氢原子处于量子数为n 的激发n (n －1)22n 态上时，最多可辐射出n －1条光谱线.例1 (2018·南京市、盐城市二模)如图2是氢原子的能级示意图，已知基态氢原子能量为E 1，普朗克常量为h ，则氢原子从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级时辐射出的光子的频率为；若此光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为.图2答案 － －3E 14h 5E 136解析 基态氢原子能量为E 1，则n ＝2能级能量E 2＝E 1，故从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级时14辐射出的光子能量hν＝E 2－E 1，故光子的频率为－，若此光子恰好能使某金属发生光电3E 14h 效应，则金属的逸出功W 0＝－，E 3＝E 1，从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级时放出的光子的3E 1419能量为hν′＝E 3－E 1＝－E 1，逸出的光电子的最大初动能为E k ＝hν′－W 0＝－.895E 136变式1 (2018·扬州市一模)可见光中某绿光的光子能量是2.5eV ，若用它照射逸出功是2.2eV 的某种金属，产生光电子的最大初动能为eV.如图3所示为氢原子能级的示意图，若用该绿光照射处于n ＝2能级的氢原子，(选填“能”或“不能”)使氢原子跃迁.图3答案 0.3 不能解析 用能量为2.5eV 的光子照射逸出功是2.2eV 的某种金属，根据光电效应方程，产生光电子的最大初动能为E k ＝hν－W 0＝0.3eV ；绿光的光子能量2.5eV 不等于处于n ＝2能级的氢原子与任一能级间的能量差，故不能使氢原子跃迁.命题点二 原子核的衰变1.衰变规律及实质衰变类型α衰变β衰变衰变方程X→Y ＋HeA Z A 4Z －242X→Y ＋eA Z A Z ＋10－12个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子衰变实质2H ＋2n→He11042n→H ＋e1010－1衰变规律电荷数守恒、质量数守恒2.原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程.3.确定衰变次数的方法(1)设放射性元素X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素Y ，则表示该核反应的方程为X→Y ＋n He ＋m eA Z A Z ′420－1根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m(2)因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.例2 (2018·江苏单科·12C(1))已知A 和B 两种放射性元素的半衰期分别为T 和2T ，则相同质量的A 和B 经过2T 后，剩有的A 和B 质量之比为( )A.1∶4B.1∶2C.2∶1D.4∶1答案 B解析 根据半衰期公式m ＝m 0，经过2T ，A 剩有的质量为m A ＝m 0，B 剩有的质量为m B ＝m 0(12)tτ(12)2T T，故m A ∶m B ＝1∶2，选项B 正确.(12)22T T变式2 (2018·苏锡常镇二模)氡存在于建筑水泥、装饰石材及土壤中，是除吸烟外导致肺癌的重大因素.静止的氡核Rn 放出一个粒子X 后变成钋核Po ，钋核的动能为0.33MeV ，2228621884设衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X 的动能.(1)写出上述衰变的核反应方程；(2)求粒子X 的动能.(保留两位有效数字)答案 见解析解析 (1)Rn→Po ＋He222862188442(2)设钋核的质量为m 1、速度大小为v 1，粒子X 的质量为m 2、速度大小为v 2根据动量守恒定律，有0＝m 1v 1－m 2v 2粒子X 的动能E k2＝＝≈18MeV.(m 2v 2)22m 2109E k12命题点三 核反应类型及核反应方程类型可控性核反应方程典例α衰变自发U→Th ＋He238922349042衰变β衰变自发Th→Pa ＋e23490234910－1N ＋He→O ＋H(卢瑟福发现质子)147421781He ＋Be→C ＋n(查德威克发现中子)429412610Al ＋He→P ＋n 271342301510人工转变人工控制P→Si ＋e301530140＋1约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子U ＋n→Ba ＋Kr ＋3n235921014456893610重核裂变比较容易进行人工控制U ＋n→Xe ＋Sr ＋10n 235921013654903810轻核聚变除氢弹外无法控制H ＋H→He ＋n21314210例3 (2018·南京市三模)用速度大小为v 的中子轰击静止的锂核(Li)，发生核反应后生63成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m ，质子的质量可近似看做m ，普朗克常量为h .(1)写出核反应方程.(2)该核反应中α粒子对应的物质波的波长为多少？答案 (1)n ＋Li→H ＋He (2)1063314211h32mv解析 (1)由题意可知，核反应方程为n ＋Li→H ＋He.10633142(2)以中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得mv ＝－3mv 1＋4mv 2又v 1∶v 2＝7∶8解得v 1＝v ，v 2＝v .711811α粒子对应的物质波的波长为λ＝＝＝.h p h 4mv 211h32mv变式3 (多选)(2018·江苏省扬州市期末检测)关于核反应方程，下列说法正确的是 ( )A.H ＋H→He ＋n 是核聚变反应31214210B.铀核裂变的核反应为：U ＋Ba→Kr ＋2n2359214156923610C.在衰变方程Pu→X＋He ＋γ中，X 原子核的质量数是2342399442D.卢瑟福发现了质子的核反应方程为：He ＋N→O ＋H421471781答案 AD解析 H ＋H→He ＋n 是轻核结合成质量较大的原子核，是核聚变反应，故A 正确；铀核裂31214210变是铀核俘获一个中子后裂变成两个中等质量的原子核，故B 错误；核反应中质量数守恒，电荷数守恒，He 原子核的质量数为4，γ是电磁波，所以X 原子核的质量数是235，故C 错误；卢瑟福发现了质子的核反应方程为：He ＋N→O ＋H ，故D 正确.421471781命题点四 关于核能的计算1.应用质能方程解题的流程图→→书写核反应方程计算质量亏损Δm 利用ΔE ＝Δmc 2计算释放的核能(1)根据ΔE ＝Δmc 2计算，计算时Δm 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，ΔE 的单位是“J”.(2)根据ΔE ＝Δm ×931.5MeV 计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV 的能量，所以计算时Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”.2.利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算.3.核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能.例4 (2018·苏州市期初调研)氘核和氚核发生热核聚变反应的方程式为H ＋H→He ＋X ，式213142中粒子X 是，已知H 、H 、He 和粒子X 的质量分别为2.0141u 、3.0161u 、4.0026u 和2131421.0087u,1u 相当于931.5MeV ，该反应中平均每个核子释放出的能量约为MeV.答案 n 3.5210解析 由核电荷数守恒可知，X 粒子的核电荷数为：1＋1－2＝0，由质量数守恒可知，X 粒子的质量数为：2＋3－4＝1，则X 是n(或中子)；核反应过程中释放的能量为E ＝(2.0141u ＋103.0161u －4.0026u －1.0087u)×931.5MeV≈17.6MeV；该反应中平均每个核子释放出的能量约为：E ′＝≈3.52MeV.E5变式4 (多选)(2017·江苏单科·12C(1))原子核的比结合能曲线如图4所示.根据该曲线，下列判断正确的有( )图4A.He 核的结合能约为14MeV 42B.He 核比Li 核更稳定4263C.两个H 核结合成He 核时释放能量2142D.U 核中核子的平均结合能比Kr 核中的大235928936答案 BC解析 由题图可知He 核的结合能约为28MeV ，A 项错误；He 核比Li 核的比结合能大，故He 42426342核比Li 核稳定，B 项正确；两个H 核结合成He 核时比结合能增大，释放能量，C 项正确；632142U 核中核子的平均结合能比Kr 核中的小，D 项错误.2359289361.(2018·南京市三模)下列说法中正确的是( )A.一个质子和一个中子结合成氘核，一定会释放出能量B.汤姆孙发现电子，揭示了原子核内部有复杂结构C.根据玻尔理论，电子没有确定轨道，只存在电子云D.氢原子可以吸收任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大答案 A2.(多选)(2018·南通市等六市一调)关于原子核和原子的变化，下列说法正确的是( )A.维系原子核稳定的力是核力，核力可以是吸引力，也可以是排斥力B.原子序数小于83的元素的原子核不可能自发衰变C.重核发生裂变反应时，生成新核的比结合能变大D.原子核发生变化时，一定会释放能量答案 AC解析 维系原子核稳定的力是核力，核力可以是吸引力，也可以是排斥力，故A 正确；原子序数小于83的元素的一些同位素也可以自发衰变，故B 错误；重核发生裂变反应时，释放能量，所以生成新核的比结合能变大，故C 正确；原子核发生变化时，如果质量增大，则吸收能量，故D 错误.3.(多选)(2018·南京市、盐城市一模)下面四幅示意图中能正确反应核反应过程的是( )答案 AD解析 A 项中符合质量数守恒和电荷数守恒，故A 正确；B 项中质量数守恒，但电荷数不守恒，故B 错误；C 项中质量数守恒，但电荷数不守恒，故C 错误；D 项中符合质量数守恒和电荷数守恒，故D 正确.4.(多选)(2018·南京市、盐城市二模)放射性元素氡(Rn)的半衰期为T ，氡核放出一个X 22286粒子后变成钋核(Po).设氡核、钋核和X 粒子的质量分别为m 1、m 2和m 3，下列说法正确的21884是( )A.该过程的核反应方程是Rn→Po ＋He222862188442B.发生一次核反应释放的核能为(m 2＋m 3－m 1)c 2C.1g 氡原子核经2T 时间后，剩余氡原子核的质量为0.5gD.钋核的比结合能比氡核的比结合能大答案 AD解析 粒子X 的质量数为222－218＝4，电荷数为86－84＝2，所以X 为氦核，核反应方程为Rn→Po ＋He ，A 正确；发生一次核反应释放的核能为(m 1－m 2－m 3)c 2，B 错误；1g 氡原子222862188442核经2T 时间后，剩余氡原子核的质量为0.25g ，C 错误；核反应释放能量，故钋核的比结合能比氡核的比结合能大，D 正确.5.(2018·金陵中学等三校四模)下列判断中正确的是( )A.核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力小B.比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C.一个氢原子从n ＝3的能级跃迁回基态，可能辐射三个光子D.金属的逸出功随入射光频率的增大而增大答案 B解析 核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力大的多，A 错；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，B 正确；一个氢原子从n ＝3的能级跃迁回基态，可能辐射两个光子，C 错；金属的逸出功与入射光频率无关，与金属的性质有关，D 错.6.(2018·南京师大附中5月模拟)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K 时，可以发生“氦燃烧”.(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He ＋→Be ＋γ.4284(2)Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s.一定质量的Be ，经7.8×10－16s 后8484所剩下的Be 占开始时的.84答案 (1)He (2)12.5%42解析 (1)根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2，质量数为4，为He42(2)经7.8×10－16s ，经历了3个半衰期，所剩Be 占开始时的()3＝＝12.5%.8412181.(多选)(2018·苏锡常镇一调)如图1所示，下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是( )图1A.甲图中，原子核D 和E 聚变成原子核F 要放出能量B.乙图中，一群处于n ＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射6种不同频率的光子C.丙图中，原来有1000个氡222，经过一个半衰期的时间，一定还剩下500个D.丁图中，链式反应属于重核的裂变答案 AD解析 题图甲中，原子核D 和E 聚变成原子核F 有质量亏损，要放出能量，选项A 正确；题图乙中，一群处于n ＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射C ＝10种不同频率的光子，25选项B 错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核不适用，选项C 错误；题图丁中，链式反应属于重核的裂变，选项D 正确.2.(多选)(2018·盐城中学质检)下列说法中正确的是( )A.原子核在人工转变的过程中，一定放出能量B.天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构C.U 衰变成Pb 要经过5次β衰变和8次α衰变2389220682D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构答案 BD3.(多选)(2018·江苏省高考压轴卷)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能B.铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能1335520882C.比结合能越大，原子核越不稳定D.自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能答案 AB解析 比结合能越大，原子核越稳定，重核衰变放出能量，转化为比结合能更大的衰变产物，A 项正确，C 项错误；组成原子核的核子越多，它的结合能越高，故铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，B 项正确；自由核子组成原子核时，放出的能量与组成该原子核的结合能相等，D 项错误.4.(多选)(2018·扬州中学月考)下列说法正确的是( )A.氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下1个氡原子核了B.原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质C.光子的能量由光的频率所决定D.只要有核反应发生，就一定会释放出核能E.按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量不变答案 BC解析 半衰期是大量原子核衰变时所表现出的统计规律，对少量原子核没有意义，A 错误；β衰变所释放的电子是由原子核内中子转化成质子后释放出的电子，B 正确；根据光子能量计算公式E ＝hν可知其能量由光子频率决定，C 正确；只有存在质量亏损的核反应(核反应过程中比结核能下降)才会释放核能，D 错误；按照玻尔理论，氢原子吸收光子向高能级跃迁时，半径增大，电子运动的动能减小，系统势能增加，总能量增加，E 错误.5.(多选)(2018·高考押题预测卷)下列说法正确的是( )A.放射性元素的半衰期随温度升高而减小B.比结合能越大的原子核越稳定C.放射性同位素可以用来做示踪原子D.大量处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光答案 BCD解析 放射性元素的半衰期只与原子核的结构有关，与元素所处的物理、化学状态无关，故A 错误；比结合能越大的原子核越稳定，故B 正确；放射性同位素可以利用它的放射性特点，用来做示踪原子，故C 正确；根据C 计算出大量处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，24可能发出6种不同频率的光，故D 正确.6.(多选)(2018·南通市等七市三模)中微子是一种不带电、质量很小的粒子.我国物理学家王淦昌首先提出了证实中微子存在的实验方案.静止的铍核(Be)可能从很靠近它的核外电子中74俘获一个电子(动能忽略不计)形成一个新核并放出中微子，新核处于激发态，放出γ光子后回到基态.通过测量新核和γ光子的能量，可间接证明中微子的存在.则( )A.产生的新核是锂核(Li)73B.反应过程吸收能量C.中微子的动量与处于激发态新核的动量大小相等D.中微子的动能与处于激发态新核的动能相等答案 AC7.(2018·铜山中学5月模拟)太阳内部不断地进行着各种核聚变反应，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核就是其中之一，请写出其核反应方程；如果氘核的比结合能为E 1，氚核的比结合能为E 2，氦核的比结合能为E 3，则上述反应释放的能量可表示为.答案 H ＋H→He ＋n 4E 3－3E 2－2E 1或(H ＋H→He ＋2n 3E 3－3E 2－2E 1)21314210213132108.(2018·高考押题预测卷)氢弹的核反应方程是；若Th 经过一系列衰变后的最终产物为2349022286Rn ，则共经过次α衰变，次β衰变.答案 H ＋H→He ＋n 3 221314210解析 氢弹的核反应方程是H ＋H→He ＋n ；在α衰变过程中，电荷数减少2，质量数减少4，21314210在β衰变的过程中，电荷数增加1，质量数不变，设经过m 次α衰变，n 次β衰变，根据电荷数和质量数守恒可知，2m －n ＝4,4m ＝12，解得m ＝3，n ＝2.9.(2018·程桥高中月考)研究发现，在核辐射形成的污染中影响最大的是铯137(Cs)，可13755广泛散布到几百公里之外，且半衰期大约是30年左右.请写出铯137发生β衰变的核反应方程(新核可用X 表示)：.如果在该反应过程中释放的核能为E ，光速为c ，则其质量亏损为.答案 Cs→X ＋e 137********－1Ec 2解析 根据核反应中电荷数守恒、质量数守恒得到：Cs→X ＋e 137********－1根据质能方程E ＝Δmc 2，解得：Δm ＝Ec 210.(2018·苏锡常镇一调)正电子发射型计算机断层显像，是核医学领域比较先进的临床检查影像技术.放射性同位素在衰变过程中会释放出正电子，一个正电子遇到一个电子后发生湮灭，产生方向相反的一对光子.已知电子的质量为m ，光速为c ，则一对静止的正、负电子湮灭过程中产生的一个光子能量是，湮灭的反应方程式为.答案 (1)mc 2 (2)e ＋e→2γ0－101解析 由于光子无静止的质量，则电子对撞过程中的质量亏损为Δm ＝2m －0＝2m .由爱因斯坦质能方程中电子对撞放出的能量为ΔE ＝Δmc 2＝2mc 2，根据能量守恒得，每个光子的能量为mc 2，根据质量数守恒与电荷数守恒写出湮灭的反应方程式为：e ＋e→2γ.0－10111.(2018·泰州中学四模)己知质子的质量为m 1，中子的质量为m 2，碳核(C)的质量为m 3，126光速为c ，则碳核(C)的比结合能为，碳－14是碳的一种具有放射性的同位素，研究发现外126来的宇宙射线与大气作用产生宇宙射线中子，宇宙射线中子和大气中氮核(N)起核反应产生147碳－14，请写出核反应方程.答案 (6m 1＋6m 2－m 3)c 2 n ＋N→C ＋H 112101471461解析 此核反应方程为6H ＋6n→C ，故碳核(C)的结合能为ΔE ＝Δmc 2＝(6m 1＋6m 2－110126126m 3)c 2，因核子数为12，则比结合能为＝(6m 1＋6m 2－m 3)c 2.根据电荷数守恒、质量数守恒，ΔE 12112得核反应方程为n ＋N→C ＋H.10147146112.(2018·江苏省高考压轴冲刺卷)14C 发生放射性衰变成为14N ，半衰期约5700年.已知植物存活期间，其体内14C 与12C 的比例不变，生命活动结束后，14C 的比例持续减少.现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.该古木的年代距今约年，14C 衰变为14N 的过程中放出射线.答案 5700 β解析 古木样品中14C 的比例正好是现代样品的二分之一，说明该古木恰好经历了一个半衰期的时间，则该古木的年代距今约5700年；14C 的衰变方程为：C→N ＋e ，则放出β射1461470－1线.13.(2018·南通、宿迁、徐州、淮安、泰州、扬州二研)原子核的能量也是量子化的，钍核(Th)22690的能级图如图2所示.Ac 发生β衰变产生钍核，钍核处于n ＝3的能级.22689图2(1)写出Ac 发生β衰变的方程；22689。
2020版高考物理(江苏专用版)新增分大一轮课件：第十一章动量近代物理第4讲
B.放出光子，能量减少 √
D.吸收光子，能量减少
氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正
二、原子核
1.原子核的组成
原子核的衰变
(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为 核子 .质子带正电，中子不带电.
(2)基本关系
①核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝ 核外电子数 .
1 1 (3)公式：N余＝N原· ( ) ，m余＝m原· ( ) . 2 2
t t
三、核力与结合能
1.核力
核反应
(1)定义：原子核内部，核子间的特有的相互作用力.
(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；
②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内；
③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用.
4 12 自测 3 核反应方程9 Be ＋ He → 4 2 6C＋X 中的 X 表示
A.质子
B.电子
C.光子
②质量数(A)＝ 核子数 ＝质子数＋中子数.
(3)X元素的原子核的符号为 A Z X，其中A表示 质量数 ，Z表示核电荷数.
2.天然放射现象
(1)天然放射现象
元素 自发 地发出射线的现象，首先由 贝可勒尔 发现.天然放射现象的发现， 说明原子核具有 复杂 的结构. (2)三种射线 名称 α射线 β射线 γ射线 构成 氦核 电子 光子 符号
为E1＝－13.6 eV.
2r n 1 (n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔 (4.
3.氢原子的能级图 能级图如图1所示
图1
自测1 一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子
A.放出光子，能量增加
江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第十一章动量近代物理本章学科素养提升讲义含解析
本章学科素养提升模型 1 滑块 滑块模型可分为两类：单一滑块模型和多个滑块模型．单一滑块模型是指一个滑块在水平面上、斜面上或 曲面上运动的问题，主要运用牛顿运动定律、动能定理或动量定理进行分析．多个滑块模型是指两个或两 个以上的滑块组成的系统，如滑块与滑块、小车与滑块、子弹与滑块等，对于此类问题应着重分析物体的 运动过程，明确它们之间的时间、空间关系，并注意临界、隐含和极值等条件，然后用能量守恒和动量守 恒等规律求解． 例 1 如图 1 所示，在光滑的水平面上并排放着两个相同的木块，长度皆为 L＝1.00m，在左边木块的左 端放一个小金属块，它的质量和一个木块的质量相等，现令小金属块以初速度 v0＝2.00m/s 开始向右滑动， 金属块与木块间的动摩擦因数 μ＝0.10.取 g＝10 m/s2，求右边木块的最后速度大小．图1解析 若金属块最后停在左边的木块上，则最终两木块和金属块以相同的速度运动，设共同的速度为v，x 表示金属块最后距左边木块的左端的距离，则 0＜x≤L.以向右为正方向，由动量守恒及功能关系可知：11mv0＝3mv，2mv02＝2×3mv2＋μmgx4代入数值可解得：x＝3 m＞1.00 m，故金属块最后不能停在左边的木块上．设金属块最后停在右边的木块上距离左端为 x′处，0＜x′≤L.左、右两木块最后的速度分别为 v1、v2，金属块到达左边木块右端时的速度为 v0′，由动量守恒及功能关系可知：金属块到达左边木块右端时：mv0＝mv0′＋2mv1，1112mv02＝2mv0′2＋2×2mv12＋μmgL金属块停在右边的木块上时：mv0＝mv1＋2mv2，1解得：v1＝1 m/s，v2＝2 m/s 或15v1＝3 m/s，v2＝6 m/s，15因 v1 不能大于 v2，所以 v1＝3 m/s，v2＝6 m/s.111又由功能关系可知 2mv02＝2mv12＋2×2mv22＋μmg(L＋x′)解得：x′＝0.25 m＜1.00 m.5 故金属块最后停在右边的木块上，右边木块的最后速度为 v2＝6 m/s.5 答案 6m/s 模型 2 弹簧 弹簧模型是指由物体和弹簧组成的系统，解决此类问题的关键在于分析物体的运动过程，认清弹簧的状态 及不同能量之间的转化，分析由两个或两个以上物体与弹簧组成的系统时，应注意弹簧伸长或压缩到最大 程度时弹簧两端连接的物体具有相同的速度；弹簧处于自然长度时，弹性势能最小(为零)等隐含条件． 例 2 如图 2 所示，光滑水平面上有一质量为 m＝1kg 的小车，小车右端固定一水平轻质弹簧，弹簧左端 连接一质量为 m0＝1kg 的物块，物块与上表面光滑的小车一起以 v0＝5m/s 的速度向右匀速运动，与静止在 光滑水平面上、质量为 M＝4kg 的小球发生弹性正碰，若碰撞时间极短，弹簧始终在弹性限度内．求：图2(1)碰撞结束时，小车与小球的速度；(2)从碰后瞬间到弹簧最短的过程，弹簧弹力对小车的冲量大小．解析 (1)设碰撞后瞬间小车的速度大小为 v1，小球的速度大小为 v，以向右为正方向，由动量守恒及能量 守恒有：mv0＋m0v0＝Mv＋mv1＋m0v0111112mv02＋2m0v02＝2mv12＋2Mv2＋2m0v02解得小车速度 v1＝－3 m/s，负号表示方向向左，小球速度 v＝2 m/s，方向向右．(2)设弹簧最短时小车和物块的速度大小为 v2，根据动量守恒定律有： m0v0＋mv1＝(m0＋m)v2 解得 v2＝1 m/s 根据动量定理有 I＝mv2－mv1 解得 I＝4 N·s.答案 见解析模型 3 悬绳悬绳模型是指由悬绳或通过弧形滑槽将不同的物体连在一起组成的系统．此类问题应认清物体的运动过程和状态．注意物体运动到最高点或最低点时速度相同的隐含条件及系统机械能守恒定律的应用．例 3 如图 3 所示，在光滑的水平杆上套有一个质量为 m 的滑环．滑环上通过一根不可伸缩的轻绳悬挂着一个质量为 M 的物块(可视为质点)，绳长为 L.将滑环固定时，给物块一个水平冲量，物块摆起后刚好碰到水平杆；若滑环不固定时，仍给物块一同样的水平冲量，求物块摆起的最大高度．图3解析 设物块通过最低点时速度为 v0，滑环固定时，根据机械能守恒定律，有： 1MgL＝2Mv02，得 v0＝ 2gL. 滑环不固定时，物块初速度仍为 v0，设物块摆起最大高度为 h，此时滑环和物块的速度都为 v，在此过程中物块和滑环组成的系统机械能守恒，水平方向动量守恒，则：Mv0＝(m＋M)v，112Mv02＝2(m＋M)v2＋Mgh， m联立得：h＝m＋ML.m答案 m＋ML。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第4讲 原子与原子核一、光谱和能级跃迁1.氢原子光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱.(2)光谱分类(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R (1λ122－)(n ＝3,4,5，…，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107m －1).1n2(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.2.氢原子的能级结构、能级公式(1)玻尔理论①定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.②跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为h ν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即h ν＝E m －E n .(h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34J·s)③轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的.(2)几个概念①能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级.②基态：原子能量最低的状态.③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态.④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数.(3)氢原子的能级公式：E n ＝E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6eV.1n2(4)氢原子的半径公式：r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r 1＝0.53×10－10m.3.氢原子的能级图能级图如图1所示图1自测1 一个氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级，该氢原子( )A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少答案 B解析 氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B 正确，A 、C 、D 错误.二、原子核 原子核的衰变1.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子.质子带正电，中子不带电.(2)基本关系①核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数.②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数.(3)X元素的原子核的符号为X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数.A Z2.天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构.(2)三种射线名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核He42＋2e4u最强最弱β射线电子 e－1－e u11840较弱较强γ射线光子γ00最弱最强(3)放射性同位素的应用与防护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两类，放射性同位素的化学性质相同.②应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等.③防护：防止放射性对人体组织的伤害.3.原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.②分类α衰变：X→Y ＋HeA Z A 4Z －242β衰变：X→Y ＋eA Z A Z ＋10－1当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.③两个典型的衰变方程α衰变：U→Th ＋He238922349042β衰变：Th→Pa ＋ e.23490234910－1(2)半衰期①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.(3)公式：N 余＝N 原·()，m 余＝m 原·().12t τ12t τ三、核力与结合能 核反应1.核力(1)定义：原子核内部，核子间的特有的相互作用力.(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m 之内；③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用.2.核能(1)结合能：核子结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称为核能.(2)比结合能①定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能.②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.3.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E ＝mc 2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm ，这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能ΔE ＝Δmc 2.4.核能释放的两种途径的理解(1)使较重的核分裂成中等大小的核；(2)较小的核结合成中等大小的核.核子的比结合能都会增大，都可以释放能量.5.核反应(1)遵守的规律：电荷数守恒、质量数守恒.(2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变.自测2 下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( )A.γ射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.Bi 的半衰期是5天，100克Bi 经过10天后还剩下50克2108321083答案 B解析 β射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A 错误.氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B 正确.太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C 错误.10天为两个半衰期，剩余的Bi 为100×() g ＝100×()2g ＝25g ，2108312t 12选项D 错误.自测3 核反应方程Be ＋He→C ＋X 中的X 表示( )9442126A.质子B.电子C.光子D.中子答案 D命题点一 玻尔理论与氢原子光谱1.原子跃迁条件与规律原子的跃迁条件：hν＝E 初－E 终，适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况.以下两种情况则不受此条件限制.(1)光子和原子作用而使原子电离的情况原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论.如基态氢原子的电离能为13.6eV ，只要大于或等于13.6eV 的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大.(2)实物粒子和原子作用而使原子激发的情况当实物粒子和原子相碰时，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，均可以使原子受激发而向较高能级跃迁，但原子所吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差.2.一个原子和一群原子氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了.即：一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光谱条数为N ＝＝C ，而一个氢原子处于量子数为n 的激发n (n －1)22n 态上时，最多可辐射出n －1条光谱线.例1 (2018·南京市、盐城市二模)如图2是氢原子的能级示意图，已知基态氢原子能量为E 1，普朗克常量为h ，则氢原子从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级时辐射出的光子的频率为；若此光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为.图2答案 － －3E 14h 5E 136解析 基态氢原子能量为E 1，则n ＝2能级能量E 2＝E 1，故从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级时14辐射出的光子能量hν＝E 2－E 1，故光子的频率为－，若此光子恰好能使某金属发生光电3E 14h 效应，则金属的逸出功W 0＝－，E 3＝E 1，从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级时放出的光子的3E 1419能量为hν′＝E 3－E 1＝－E 1，逸出的光电子的最大初动能为E k ＝hν′－W 0＝－.895E 136变式1 (2018·扬州市一模)可见光中某绿光的光子能量是2.5eV ，若用它照射逸出功是2.2eV 的某种金属，产生光电子的最大初动能为eV.如图3所示为氢原子能级的示意图，若用该绿光照射处于n ＝2能级的氢原子，(选填“能”或“不能”)使氢原子跃迁.图3答案 0.3 不能解析 用能量为2.5eV 的光子照射逸出功是2.2eV 的某种金属，根据光电效应方程，产生光电子的最大初动能为E k ＝hν－W 0＝0.3eV ；绿光的光子能量2.5eV 不等于处于n ＝2能级的氢原子与任一能级间的能量差，故不能使氢原子跃迁.命题点二 原子核的衰变1.衰变规律及实质衰变类型α衰变β衰变衰变方程X→Y ＋HeA Z A 4Z －242X→Y ＋eA Z A Z ＋10－12个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子衰变实质2H ＋2n→He11042n→H ＋e1010－1衰变规律电荷数守恒、质量数守恒2.原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程.3.确定衰变次数的方法(1)设放射性元素X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素Y ，则表示该核反应的方程为X→Y ＋n He ＋m eA Z A Z ′420－1根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m(2)因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.例2 (2018·江苏单科·12C(1))已知A 和B 两种放射性元素的半衰期分别为T 和2T ，则相同质量的A 和B 经过2T 后，剩有的A 和B 质量之比为( )A.1∶4B.1∶2C.2∶1D.4∶1答案 B解析 根据半衰期公式m ＝m 0，经过2T ，A 剩有的质量为m A ＝m 0，B 剩有的质量为m B ＝(12)t(12)2T Tm 0，故m A ∶m B ＝1∶2，选项B 正确.(12)22T T变式2 (2018·苏锡常镇二模)氡存在于建筑水泥、装饰石材及土壤中，是除吸烟外导致肺癌的重大因素.静止的氡核Rn 放出一个粒子X 后变成钋核Po ，钋核的动能为0.33MeV ，2228621884设衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X 的动能.(1)写出上述衰变的核反应方程；(2)求粒子X 的动能.(保留两位有效数字)答案 见解析解析 (1)Rn→Po ＋He222862188442(2)设钋核的质量为m 1、速度大小为v 1，粒子X 的质量为m 2、速度大小为v 2根据动量守恒定律，有0＝m 1v 1－m 2v 2粒子X 的动能E k2＝＝≈18MeV.(m 2v 2)22m 2109E k12命题点三 核反应类型及核反应方程类型可控性核反应方程典例α衰变自发U→Th ＋He238922349042衰变β衰变自发Th→Pa ＋e23490234910－1N ＋He→O ＋H(卢瑟福发现质子)147421781He ＋Be→C ＋n(查德威克发现中子)429412610Al ＋He→P ＋n 271342301510人工转变人工控制P→Si ＋e301530140＋1约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子U ＋n→Ba ＋Kr ＋3n235921014456893610重核裂变比较容易进行人工控制U ＋n→Xe ＋Sr ＋10n235921013654903810轻核聚变除氢弹外无法控制H ＋H→He ＋n21314210例3 (2018·南京市三模)用速度大小为v 的中子轰击静止的锂核(Li)，发生核反应后生63成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m ，质子的质量可近似看做m ，普朗克常量为h .(1)写出核反应方程.(2)该核反应中α粒子对应的物质波的波长为多少？答案 (1)n ＋Li→H ＋He (2)1063314211h32mv解析 (1)由题意可知，核反应方程为n ＋Li→H ＋He.10633142(2)以中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得mv ＝－3mv 1＋4mv 2又v 1∶v 2＝7∶8解得v 1＝v ，v 2＝v .711811α粒子对应的物质波的波长为λ＝＝＝.h p h 4mv 211h32mv变式3 (多选)(2018·江苏省扬州市期末检测)关于核反应方程，下列说法正确的是 ( )A.H ＋H→He ＋n 是核聚变反应31214210B.铀核裂变的核反应为：U ＋Ba→Kr ＋2n2359214156923610C.在衰变方程Pu→X＋He ＋γ中，X 原子核的质量数是2342399442D.卢瑟福发现了质子的核反应方程为：He ＋N→O ＋H421471781答案 AD解析 H ＋H→He ＋n 是轻核结合成质量较大的原子核，是核聚变反应，故A 正确；铀核裂31214210变是铀核俘获一个中子后裂变成两个中等质量的原子核，故B 错误；核反应中质量数守恒，电荷数守恒，He 原子核的质量数为4，γ是电磁波，所以X 原子核的质量数是235，故C 错误；卢瑟福发现了质子的核反应方程为：He ＋N→O ＋H ，故D 正确.421471781命题点四 关于核能的计算1.应用质能方程解题的流程图→→书写核反应方程计算质量亏损Δm 利用ΔE ＝Δmc 2计算释放的核能(1)根据ΔE ＝Δmc 2计算，计算时Δm 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，ΔE 的单位是“J”.(2)根据ΔE ＝Δm ×931.5MeV 计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV 的能量，所以计算时Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”.2.利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算.3.核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能.例4 (2018·苏州市期初调研)氘核和氚核发生热核聚变反应的方程式为H ＋H→He ＋X ，式213142中粒子X 是，已知H 、H 、He 和粒子X 的质量分别为2.014 1u 、3.0161u 、4.0026u 和2131421.0087u,1u 相当于931.5MeV ，该反应中平均每个核子释放出的能量约为MeV.答案 n 3.5210解析 由核电荷数守恒可知，X 粒子的核电荷数为：1＋1－2＝0，由质量数守恒可知，X 粒子的质量数为：2＋3－4＝1，则X 是n(或中子)；核反应过程中释放的能量为E ＝(2.0141u ＋103.0161u －4.0026u －1.0087u)×931.5MeV≈17.6MeV；该反应中平均每个核子释放出的能量约为：E ′＝≈3.52MeV.E5变式4 (多选)(2017·江苏单科·12C(1))原子核的比结合能曲线如图4所示.根据该曲线，下列判断正确的有( )图4A.He 核的结合能约为14MeV42B.He 核比Li 核更稳定4263C.两个H 核结合成He 核时释放能量2142D.U 核中核子的平均结合能比Kr 核中的大235928936答案 BC解析 由题图可知He 核的结合能约为28MeV ，A 项错误；He 核比Li 核的比结合能大，故He42426342核比Li 核稳定，B 项正确；两个H 核结合成He 核时比结合能增大，释放能量，C 项正确；632142U 核中核子的平均结合能比Kr 核中的小，D 项错误.2359289361.(2018·南京市三模)下列说法中正确的是( )A.一个质子和一个中子结合成氘核，一定会释放出能量B.汤姆孙发现电子，揭示了原子核内部有复杂结构C.根据玻尔理论，电子没有确定轨道，只存在电子云D.氢原子可以吸收任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大答案 A2.(多选)(2018·南通市等六市一调)关于原子核和原子的变化，下列说法正确的是( )A.维系原子核稳定的力是核力，核力可以是吸引力，也可以是排斥力B.原子序数小于83的元素的原子核不可能自发衰变C.重核发生裂变反应时，生成新核的比结合能变大D.原子核发生变化时，一定会释放能量答案 AC解析 维系原子核稳定的力是核力，核力可以是吸引力，也可以是排斥力，故A 正确；原子序数小于83的元素的一些同位素也可以自发衰变，故B 错误；重核发生裂变反应时，释放能量，所以生成新核的比结合能变大，故C 正确；原子核发生变化时，如果质量增大，则吸收能量，故D 错误.3.(多选)(2018·南京市、盐城市一模)下面四幅示意图中能正确反应核反应过程的是( )答案 AD解析 A 项中符合质量数守恒和电荷数守恒，故A 正确；B 项中质量数守恒，但电荷数不守恒，故B 错误；C 项中质量数守恒，但电荷数不守恒，故C 错误；D 项中符合质量数守恒和电荷数守恒，故D 正确.4.(多选)(2018·南京市、盐城市二模)放射性元素氡(Rn)的半衰期为T ，氡核放出一个X22286粒子后变成钋核(Po).设氡核、钋核和X 粒子的质量分别为m 1、m 2和m 3，下列说法正确的21884是( )A.该过程的核反应方程是Rn→Po ＋He222862188442B.发生一次核反应释放的核能为(m 2＋m 3－m 1)c 2C.1g 氡原子核经2T 时间后，剩余氡原子核的质量为0.5gD.钋核的比结合能比氡核的比结合能大答案 AD解析 粒子X 的质量数为222－218＝4，电荷数为86－84＝2，所以X 为氦核，核反应方程为Rn→Po ＋He ，A 正确；发生一次核反应释放的核能为(m 1－m 2－m 3)c 2，B 错误；1g 氡原子222862188442核经2T 时间后，剩余氡原子核的质量为0.25g ，C 错误；核反应释放能量，故钋核的比结合能比氡核的比结合能大，D 正确.5.(2018·金陵中学等三校四模)下列判断中正确的是( )A.核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力小B.比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C.一个氢原子从n ＝3的能级跃迁回基态，可能辐射三个光子D.金属的逸出功随入射光频率的增大而增大答案 B解析 核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力大的多，A 错；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，B 正确；一个氢原子从n ＝3的能级跃迁回基态，可能辐射两个光子，C 错；金属的逸出功与入射光频率无关，与金属的性质有关，D 错.6.(2018·南京师大附中5月模拟)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K 时，可以发生“氦燃烧”.(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He ＋→Be ＋γ.4284(2)Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s.一定质量的Be ，经7.8×10－16s 后8484所剩下的Be 占开始时的.84答案 (1)He (2)12.5%42解析 (1)根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2，质量数为4，为He42(2)经7.8×10－16s ，经历了3个半衰期，所剩Be 占开始时的()3＝＝12.5%.8412181.(多选)(2018·苏锡常镇一调)如图1所示，下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是( )图1A.甲图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量B.乙图中，一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射6种不同频率的光子C.丙图中，原来有1000个氡222，经过一个半衰期的时间，一定还剩下500个D.丁图中，链式反应属于重核的裂变答案 AD解析 题图甲中，原子核D和E聚变成原子核F有质量亏损，要放出能量，选项A正确；题25图乙中，一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射C＝10种不同频率的光子，选项B错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核不适用，选项C错误；题图丁中，链式反应属于重核的裂变，选项D正确.2.(多选)(2018·盐城中学质检)下列说法中正确的是( )A.原子核在人工转变的过程中，一定放出能量B.天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构C.U 衰变成Pb 要经过5次β衰变和8次α衰变2389220682D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构答案 BD3.(多选)(2018·江苏省高考压轴卷)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能B.铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能1335520882C.比结合能越大，原子核越不稳定D.自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能答案 AB解析 比结合能越大，原子核越稳定，重核衰变放出能量，转化为比结合能更大的衰变产物，A 项正确，C 项错误；组成原子核的核子越多，它的结合能越高，故铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，B 项正确；自由核子组成原子核时，放出的能量与组成该原子核的结合能相等，D 项错误.4.(多选)(2018·扬州中学月考)下列说法正确的是( )A.氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下1个氡原子核了B.原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质C.光子的能量由光的频率所决定D.只要有核反应发生，就一定会释放出核能E.按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量不变答案 BC解析 半衰期是大量原子核衰变时所表现出的统计规律，对少量原子核没有意义，A错误；β衰变所释放的电子是由原子核内中子转化成质子后释放出的电子，B正确；根据光子能量计算公式E＝hν可知其能量由光子频率决定，C正确；只有存在质量亏损的核反应(核反应过程中比结核能下降)才会释放核能，D错误；按照玻尔理论，氢原子吸收光子向高能级跃迁时，半径增大，电子运动的动能减小，系统势能增加，总能量增加，E错误.5.(多选)(2018·高考押题预测卷)下列说法正确的是( )A.放射性元素的半衰期随温度升高而减小B.比结合能越大的原子核越稳定C.放射性同位素可以用来做示踪原子D.大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光答案 BCD解析 放射性元素的半衰期只与原子核的结构有关，与元素所处的物理、化学状态无关，故A 错误；比结合能越大的原子核越稳定，故B正确；放射性同位素可以利用它的放射性特点，24用来做示踪原子，故C正确；根据C计算出大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光，故D正确.6.(多选)(2018·南通市等七市三模)中微子是一种不带电、质量很小的粒子.我国物理学家王74淦昌首先提出了证实中微子存在的实验方案.静止的铍核(Be)可能从很靠近它的核外电子中俘获一个电子(动能忽略不计)形成一个新核并放出中微子，新核处于激发态，放出γ光子后回到基态.通过测量新核和γ光子的能量，可间接证明中微子的存在.则( )73A.产生的新核是锂核(Li)B.反应过程吸收能量C.中微子的动量与处于激发态新核的动量大小相等D.中微子的动能与处于激发态新核的动能相等答案 AC7.(2018·铜山中学5月模拟)太阳内部不断地进行着各种核聚变反应，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核就是其中之一，请写出其核反应方程；如果氘核的比结合能为E1，氚核的比结合能为E 2，氦核的比结合能为E 3，则上述反应释放的能量可表示为.答案 H ＋H→He ＋n 4E 3－3E 2－2E 1或(H ＋H→He ＋2n 3E 3－3E 2－2E 1)21314210213132108.(2018·高考押题预测卷)氢弹的核反应方程是；若Th 经过一系列衰变后的最终产物为2349022286Rn ，则共经过次α衰变，次β衰变.答案 H ＋H→He ＋n 3 221314210解析 氢弹的核反应方程是H ＋H→He ＋n ；在α衰变过程中，电荷数减少2，质量数减少4，21314210在β衰变的过程中，电荷数增加1，质量数不变，设经过m 次α衰变，n 次β衰变，根据电荷数和质量数守恒可知，2m －n ＝4,4m ＝12，解得m ＝3，n ＝2.9.(2018·程桥高中月考)研究发现，在核辐射形成的污染中影响最大的是铯137(Cs)，可13755广泛散布到几百公里之外，且半衰期大约是30年左右.请写出铯137发生β衰变的核反应方程(新核可用X 表示)：.如果在该反应过程中释放的核能为E ，光速为c ，则其质量亏损为.答案 Cs→X ＋e 137********－1Ec 2解析 根据核反应中电荷数守恒、质量数守恒得到：Cs→X ＋e137********－1根据质能方程E ＝Δmc 2，解得：Δm ＝Ec 210.(2018·苏锡常镇一调)正电子发射型计算机断层显像，是核医学领域比较先进的临床检查影像技术.放射性同位素在衰变过程中会释放出正电子，一个正电子遇到一个电子后发生湮灭，产生方向相反的一对光子.已知电子的质量为m ，光速为c ，则一对静止的正、负电子湮灭过程中产生的一个光子能量是，湮灭的反应方程式为.答案 (1)mc 2 (2)e ＋e→2γ0－101解析 由于光子无静止的质量，则电子对撞过程中的质量亏损为Δm ＝2m －0＝2m .由爱因斯坦质能方程中电子对撞放出的能量为ΔE ＝Δmc 2＝2mc 2，根据能量守恒得，每个光子的能量为mc 2，根据质量数守恒与电荷数守恒写出湮灭的反应方程式为：e ＋e→2γ.0－10111.(2018·泰州中学四模)己知质子的质量为m 1，中子的质量为m 2，碳核(C)的质量为m 3，126光速为c ，则碳核(C)的比结合能为，碳－14是碳的一种具有放射性的同位素，研究发现外126来的宇宙射线与大气作用产生宇宙射线中子，宇宙射线中子和大气中氮核(N)起核反应产生147碳－14，请写出核反应方程.答案 (6m 1＋6m 2－m 3)c 2 n ＋N→C ＋H 112101471461解析 此核反应方程为6H ＋6n→C ，故碳核(C)的结合能为ΔE ＝Δmc 2＝(6m 1＋6m 2－110126126m 3)c 2，因核子数为12，则比结合能为＝(6m 1＋6m 2－m 3)c 2.根据电荷数守恒、质量数守恒，ΔE 12112得核反应方程为n ＋N→C ＋H.10147146112.(2018·江苏省高考压轴冲刺卷)14C 发生放射性衰变成为14N ，半衰期约5700年.已知植物存活期间，其体内14C 与12C 的比例不变，生命活动结束后，14C 的比例持续减少.现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.该古木的年代距今约年，14C 衰变为14N 的过程中放出射线.答案 5700 β解析 古木样品中14C 的比例正好是现代样品的二分之一，说明该古木恰好经历了一个半衰期的时间，则该古木的年代距今约5700年；14C 的衰变方程为：C→N ＋e ，则放出β射1461470－1线.13.(2018·南通、宿迁、徐州、淮安、泰州、扬州二研)原子核的能量也是量子化的，钍核(Th)22690的能级图如图2所示.Ac 发生β衰变产生钍核，钍核处于n ＝3的能级.22689图2(1)写出Ac 发生β衰变的方程；22689(2)发生上述衰变时，探测器能接收到γ射线谱线有几条？求波长最长的γ光子的能量E .答案 (1)Ac→Th ＋e (2)3条 0.0721MeV22689226900－1解析 (2)根据C ＝3知，探测器能接收到γ射线谱线有3条23。