2022年高考物理 专题13 原子与原子核学案

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1、2022年高考物理 专题13 原子与原子核学案 超重点1：光电效应　波粒二象性 一、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) 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10－9 s. (4)当入射光的频率大于极限频率

2、时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比． 二、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，每一份叫作一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν.其中h＝6.63×10－34 J·s(称为普朗克常量)． 2．逸出功W0 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时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Uc. (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的

3、极限频率． 5．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：Ek＝hν－W0. (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝mev2. 三、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 2．物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． (

4、2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量． ※考点一　光电效应规律 1．区分光电效应中的四组概念 (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． (2)光电子的动能与光电子的最大初动能：电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能． (3)光电流和饱和光电流：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

5、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． 2．对光电效应规律的解释 对应规律 对规律的产生的解释 光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关 电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大 光电效应具有瞬时性 光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程

6、 光较强时饱和光电流大 光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和光电流较大 [题组突破训练] 1．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是(　　) A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生 B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比 C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 s D．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比 【答案】D 2．(多选)用如图所示的光电管研究光电效应，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏

7、转，那么(　　) A．a光的频率一定大于b光的频率 B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 C．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转 D．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c 【答案】AB 【解析】由于用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，说明发生了光电效应，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，说明b光不能发生光电效应，即a光的频率一定大于b光的频率，A正确；增加a光的强度可使单位时间内逸出光电子的数量增加，则通过电流计G的电流增大，B正确；能否发生光电效应只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，所以

8、即使增加b光的强度也不可能使电流计G的指针发生偏转，C错误；用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电子的方向是由d到c，所以电流方向是由c到d，D错误． ※考点二　光电效应方程及图象分析 1．光电效应的“三个关系” (1)爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0. (2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压． (3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc. 2．四类图象 图象名称 图线形状 读取信息 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 (1)截止频率(极限频率)：横轴截距 (2)逸出功：纵

9、轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E (3)普朗克常量：图线的斜率k＝h 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 (1)截止频率νc：横轴截距 (2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 (3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc：横轴截距 (2)饱和光电流Im：电流的最大值 (3)最大初动能：Ekm＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc1、Uc2 (2)饱和光电流 (3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 [典例]　小明用金属铷为阴极的光电

10、管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s. (1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)； (2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝______Hz，逸出功W0＝________ J； (3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J. 【答案】(1)阳极　(2)5.15×1014(5.12×1014～5.19×1014均可)　3.41×10－19(3.39×10－19～3.44×10－19均可)

11、　(3)1.23×10－19(1.21×10－19～1.26×10－19均可) [题组突破训练] 1．(多选)(2017·高考全国卷Ⅲ)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量．下列说法正确的是(　　) A．若νa>νb，则一定有Uaνb，则一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb 【答案】BC 【解析】本题考查对光电效应方程hν－W0＝Ek的理解．光照

12、射到同种金属上，同种金属的逸出功相同．若νa>νb，据hν－W0＝Ek，得Eka>Ekb，则B项正确．由hν－W0＝Ek＝eU，可知当νa>νb时Ua>Ub，则A项错误．若Ua

13、案】AC 【解析】由光电效应方程Ek＝hν－W0知图线与横轴交点为金属的极限频率，即νc＝4.27×1014 Hz，A正确，B错误；由Ek＝hν－W0可知，该图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功 W0＝hνc＝ eV≈1.8 eV，D错误． 3．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出(　　) A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 【答案】B

14、 ※考点三　光的波粒二象性 实验基础 表现 说明 光的 波动 性 干涉 和衍射 (1)光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述 (2)大量的光子在传播时，表现出波的性质 (1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的 (2)光的波动性不同于宏观观念的波 光的 粒子 性 光电效 应、康 普顿效应 (1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质 (2)少量或个别光子清楚地显示出光的粒子性 (1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的 (2)光子不同于宏观观念的粒子 波动

15、性和 粒子性的 对立、统一 (1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性 (1)光子说并未否定波动说，E＝hν＝h中，ν和λ就是波的概念 (2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强 (2)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的 [题组突破训练] 1．(多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果，下列认识正确的是(　　)

16、A．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点 B．单个光子的运动没有确定的轨道 C．只有大量光子的行为才表现出波动性 D．只有光子具有波粒二象性，微观粒子不具有波粒二象性 【答案】BC 2．对光的认识，下列说法不正确的是(　　) A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性 B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不再具有波动性了 D．光的波粒二象性应理解为：在某种情况下光的波动性表现得明显，在另外的某种情况下，光的粒子性表现得明显 【答案】C

17、 【解析】光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A正确；光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C错误，D正确． 3．(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是(　　) A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道 C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的 D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不

18、具有波粒二象性 【答案】ABC 超重点2：原子结构与原子核 一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式 1．原子的核式结构 (1)电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子． (2)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来． (3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 2．光谱

19、(1)光谱 用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类 有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫作线状谱． 有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫作连续谱． (3)氢原子光谱的实验规律 巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(－)(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数． 3．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：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光

20、子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·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． 4．氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图所示 (2)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV. ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m. 二、原子

21、核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素 1．原子核的组成 原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数． 2．天然放射现象 (1)天然放射现象 元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． (2)放射性和放射性元素 物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素． (3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线． (4)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

22、电、工业探伤、作示踪原子等． ③防护：防止放射性对人体组织的伤害． 3．原子核的衰变 (1)衰变：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. β衰变：X→Y＋e. 两个典型的衰变方程 ①α衰变：U→Th＋He； ②β衰变：Th→Pa＋e； (3)半衰期：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关． 三、核力、结合能、质量亏损 1．核力 (1)定义 原子核内部，核子间所特有的相互作用力． (2)特点 ①核力是强相互作用的一种表现； ②核力

23、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． 2．结合能 核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能． 3．比结合能 (1)定义 原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，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． 4．质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E＝mc2，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＝Δmc2. 四、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反

24、应方程 1．重核裂变 (1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程． (2)典型的裂变反应方程： U＋n→Kr＋Ba＋3n. (3)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程． (4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量． (5)裂变的应用：原子弹、核反应堆． (6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层． 2．轻核聚变 (1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程．轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应． (2)典型的聚变反应方程： H＋H→He＋n＋17.6 M

25、eV ※考点一　对玻尔理论的理解 1．几个概念 (1)能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值． (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能量较高的状态． (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． 2．能级图的意义 (1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态． (2)横线左端的数字“1,2,3，…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子的能级． (3)相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小． 3．定态间的跃迁——满足能级差 (1)从

26、低能级(n小)高能级(n大)―→吸收能量． hν＝En大－En小 (2)从高能级(n大)低能级(n小)―→放出能量． hν＝En大－En小 4．电离 电离态：n＝∞，E＝0 基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV. n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4 eV 如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有一定的动能． [题组突破训练] 1．(2018·湖南长沙模拟)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是(　　) A．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径是任意的 B．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射 C．电子从量子数为2的能级跃迁

27、到量子数为3的能级时要辐射光子 D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收 【答案】D 2.如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是(　　) A．原子A可能辐射出3种频率的光子 B．大量的原子B可能辐射出3种频率的光子 C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4 D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4 【答案】B 【解析】原子A从激发态E2跃迁到E1，只辐射一种频率的光子，A错误；原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能辐射三种频率的光子，B正确；由原

28、子能级跃迁理论可知，原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3，但不能跃迁到E4，C错误；原子A发出的光子能量ΔE＝E2－E1大于E4－E3，故原子B不可能跃迁到能级E4，D错误． 3．已知氢原子处于基态时的能量为E1(E1<0)，氢原子处于n能级时能量为En＝.现有一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，发出两个不同频率的光子，其中频率较小的光子照射某种金属恰好能使该金属发生光电效应，已知普朗克常量为h.则下列说法正确的是(　　) A．频率较大的光子能量为－E1 B．被照金属发生光电效应的截止频率为 C．该氢原子向低能级跃迁过程中减少的电势能等于电子增加的动能 D

29、．若用其中频率较大的光子照射该金属，则产生的光电子的最大初动能可能为Ek＝－E1 【答案】D ※考点二　原子核和原子核的衰变 1．α衰变、β衰变的比较 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 2H＋2n→He 1个中子转化为1个质子和1个电子 n→H＋e 匀强磁场中轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 2.半衰期公式及衰变次数的计算 (1)半衰期公式 (2)确定α、β衰变次数的方法 [真题拓展探究] [典例1]　(2017·高考全国卷Ⅱ)一静

30、止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为U→Th＋He.下列说法正确的是(　　) A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能 B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小 C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间 D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 【答案】B 拓展1　衰变方程的书写 1．下列核反应方程中，属于α衰变的是(　　) A.N＋He→O＋H　B.U→Th＋He C.H＋H→He＋n D.Th→Pa＋e 【答案】B 【解析】原子核自发放射α粒子的过程叫α衰变，B正确，A、C、D错误． 拓展2　衰变次数的计算 2.U经过m次α衰变和

31、n次β衰变，变成Pb，则(　　) A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4 C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18 【答案】B 【解析】根据题意知核反应方程为U→Pb＋mHe＋ne，根据电荷数守恒和质量数守恒可得235＝207＋4m,92＝82＋2m－n.联立解得m＝7，n＝4，B正确．选B. 拓展3　半衰期的理解与计算 3．碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天． (1)碘131核的衰变方程：I→________(衰变后的元素用X表示)． (2)经过________天有75%的碘131核发生了衰变． 【答案】(1)X＋e　(2)16 ※考点三　核反应

32、及核能 1．核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰 变 α衰变 自发 U―→Th＋He β衰变 自发 Th―→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He―→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be―→C＋n (查德威克发现中子) Al＋He―→P＋n (约里奥·居里夫妇发现人工放射性) P―→Si＋e 重核裂变 比较容易 进行人工 控制 U＋n―→Ba＋Kr＋3n U＋n―→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 很难控制 H＋H―→He＋n 2.对质能方程的理解 (1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比

33、，即E＝mc2. 方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少． (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2. (3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2. 3．核能的计算方法 (1)根据ΔE＝Δmc2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×931.5 MeV计算时，Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”． (3)根据核子比结合能来计算核能： 原子核的结合能＝核子比结

34、合能×核子数． [典例2]　(2018·山东淄博模拟)一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)．已知原子质量单位1 u＝1.67×10－27 kg,1 u相当于931 MeV. (1)写出核衰变反应方程，并算出该核衰变反应中释放出来的核能； (2)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？ 【答案】(1)U→Th＋He　5.49 MeV (2)0.09 MeV [题组突破训练] 1．(2016·高考全国卷Ⅱ)在下列描述核过程的方程中

35、，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号) A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 【答案】C　AB　E　F 【解析】α衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A、B均为β衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变过程．

36、2．(2017·高考全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：H＋H→He＋n.已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为(　　) A．3.7 MeV　　　　　　　　 B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 【答案】B 【解析】聚变反应中的质量亏损为Δm＝(2×2.013 6－3.015 0－1.008 7) u＝0.003 5 u，则释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV≈3.3

37、MeV，B正确． 3．现有两动能均为E0＝0.35 MeV的H在一条直线上相向运动，两个H发生对撞后能发生核反应，得到He和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为He和新粒子的动能．已知H的质量为2.014 1 u，He的质量为3.016 0 u，新粒子的质量为1.008 7 u，核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV(如果涉及计算，结果保留整数)．则下列说法正确的是(　　) A．核反应方程为H＋H→He＋H B．核反应前后不满足能量守恒定律 C．新粒子的动能约为3 MeV D.He的动能约为4 MeV 【答案】C 题组突破训练 一、选择题

38、1．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的有(　　) A．紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大 B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用 C．原子的核式结构模型是由汤姆孙在α粒子散射实验基础上提出的 D．某放射性原子核经过2次α衰变和一次β衰变，核内质子减少2个 【答案】B 【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，所以增大入射光的强度，光电子的最大初动能不变，故选项A错误；核力为短程力，只能跟邻近的核子发生核力作用，故选项B正

39、确；原子的核式结构模型是由卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出的，故选项C错误；某放射性原子核经过2次α衰变时，原子核中质子减少4个，中子减少4个，当再经过一次β衰变时，一个中子又转变为一个质子，因此核内质子减少3个，选项D错误． 2．(2018·福建漳州模拟)以下说法中正确的是(　　) A．α粒子大角度散射表明α粒子很难进入原子内部 B．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分 C．γ射线是一种波长很短的电磁波 D．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 【答案】C 3．下列说法正确的是(　　) A．原子的核式结构模型是汤姆孙最早提出的 B．铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，

40、要经过8次α衰变和6次β衰变 C．一个氢原子从量子数n＝3的激发态跃迁到基态时最多可辐射3种不同频率的光子 D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的强度太小 【答案】B 【解析】原子的核式结构模型是卢瑟福提出的，A错误；铀核(U)衰变为铅核(Pb)，先根据质量数守恒计算α衰变次数n＝＝8，再根据电荷数守恒计算β衰变的次数m＝82＋2×8－92＝6，B正确；一个氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态时可能会释放1种频率的光子或2种不同频率的光子，C错误；能不能发生光电效应与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，D错误． 4．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装

41、饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素．比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病．根据有关放射性知识可知，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天后就剩下一个原子核了 B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子时所产生的 C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，α射线的穿透能力最强，电离能力最弱 D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4 【答案】B 【解析】半衰期遵循统计规律，对单个或少数

42、原子核是没有意义的，A错误，根据3种射线的特性及衰变实质可知B正确，C、D错误． 5.氢原子的能级如图所示．氢原子从n＝4能级直接向n＝1能级跃迁所放出的光子，恰能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是(　　) A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大 B．该金属的逸出功W0＝0.85 eV C．用一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金属仍有光电子逸出 D．氢原子处于n＝1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动 【答案】D 6．（多选）下列说法正确的是(　　) A.Th经过6次α衰变和4次β衰变后，成为稳定的原子核Pb B．γ射线一般伴

43、随着α或β射线产生，在这三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强 C．α衰变的实质是原子核内两个质子和两个中子能紧密结合在一起，在一定条件下以一个整体从原子核中抛射出来 D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚形成的 【答案】AC 【解析】Th经过6次α衰变和4次β衰变后，质量数为A＝232－6×4＝208，电荷数为Z＝90－2×6＋4＝82，成为稳定的原子核Pb，故选项A正确；γ射线一般伴随着α或β射线产生的，在这三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故选项B错误；α衰变和β衰变都是天然放射现象，均发生在原子核内，选项C正确，D错误． 7．（多选

44、）(2018·安徽合肥模拟)关于原子结构和核反应的说法中正确的是(　　) A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型 B．发现中子的核反应方程是Be＋He→C＋n C．200万个U的原子核经过两个半衰期后剩下50万个U D．据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量 【答案】AB 8．（多选）14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700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．下列说法正确的是(　　) A．该古木的年代距今约

45、5 700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子数 C．14C衰变为14N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变 【答案】AC 【解析】由古木中的14C是现代植物中的二分之一知，14C经过了一个半衰期，距今5 700年，选项A正确；C的同位素质子数相同，中子数不同，选项B错误；14C衰变成14N是β衰变，选项C正确；改变环境的压强不会改变14C的半衰期，选项D错误． 9．卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是(　　) 【答案】D 【解析】根据原子核式结构，结合α粒子散射实验的现象分析：绝大部分α粒子穿过金箔后速

46、度方向不改变，只有少数离核较近的粒子发生了较大角度的偏转(离核越近，偏转角度越大)，极少数正对着金原子核的α粒子被弹回，D正确． 10．(2018·湖北六校联考)关于近代物理，下列说法正确的是(　　) A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分 B．目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变 C．一个氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态时，能辐射3种不同频率的光子 D．α粒子散射实验表明核外电子轨道是量子化的 【答案】B 11．(2018·安徽江南十校联考)铀核(U)经过m次α衰变和n次β衰变变成铅核(Pb)，关于该过程，下列说法中正确的是(　　) A．m＝5，n＝4 B．铀核(U

47、)的比结合能比铅核(Pb)的比结合能小 C．衰变产物的结合能之和小于铀核(U)的结合能 D．铀核(U)衰变过程的半衰期与温度和压强有关 【答案】B 【解析】原子核衰变时质量数守恒，电荷数守恒，235＝4m＋207,92＝82＋2m－n，两式联立解得m＝7，n＝4，A项错误．衰变产物的结合能之和大于铀核(U)的结合能，C错误．半衰期由原子核内部自身的因素决定，与温度和压强无关，D项错误． 12．(2018·湖南长沙模拟)一个静止的铀核，放在匀强磁场中，它发生一次α衰变后变为钍核，α粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动．某同学作出如图所示运动径迹示意图，以下判断正确的是(　　)

48、A．1是α粒子的径迹，2是钍核的径迹 B．1是钍核的径迹，2是α粒子的径迹 C．3是α粒子的径迹，4是钍核的径迹 D．3是钍核的径迹，4是α粒子的径迹 【答案】B 【解析】由动量守恒可知，静止的铀核发生α衰变后，生成的均带正电的α粒子和钍核的动量大小相等，但方向相反，由左手定则可知它们的运动轨迹应为“外切”圆，又R＝＝，在p和B相等的情况下，R∝，因q钍>qα，则R钍

49、e核时释放能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 【答案】BC 14．（多选）氢原子核外电子发生了两次跃迁，第一次从外层轨道跃迁到n＝3轨道；第二次核外电子再从n＝3轨道跃迁到n＝2轨道，下列说法中正确的是(　　) A．两次跃迁原子的能量增加相等 B．第二次跃迁原子的能量减小量比第一次的大 C．两次跃迁原子的电势能减小量均大于电子的动能增加量 D．两次跃迁原子均要放出光子，第一次放出的光子能量要大于第二次放出的光子能量 【答案】BC 【解析】氢原子核外电子从外层轨道跃迁到内层轨道这一过程中，原子的能量减小，原子要放出光子，由能量守恒定律可知原子的电势能减小量大于电

50、子的动能增加量．又由氢原子能级图知因跃迁到n＝3轨道放出的光子能量(或原子的能量减小量)最多为1.51 eV，而氢原子核外电子从n＝3轨道跃迁到n＝2轨道放出的光子的能量(或原子的能量减小量)为1.89 eV，B、C正确． 15．（多选）下列说法正确的是(　　) A．人们在研究天然放射现象过程中发现了质子 B．铀核裂变的一种核反应方程为U→Ba＋Kr＋2n C．设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2 D．原子在a、b两个能级的能量分别为Ea、Eb，且Ea>Eb，当原子从a能级跃迁到b能级时，放出

51、光子的波长λ＝(其中c为真空中的光速，h为普朗克常量) 【答案】CD 三、非选择题 16．(2017·高考北京卷)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量． (1)放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程． (2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小． (3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm. 【答案】见解析 【解析】(

52、1)X→Y＋He (2)设α粒子的速度大小为v，由qvB＝m，T＝，得α粒子在磁场中的运动周期T＝ 环形电流大小I＝＝ (3)由qvB＝m，得v＝ 设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒 Mv′－mv＝0 v′＝＝ 由Δmc2＝Mv′2＋mv2 得Δm＝ 17．(12分)(2018·江西新余模拟)设钚的同位素离子Pu静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出α粒子以后，变成铀(U)的一个同位素离子，同时放出能量为E＝0.09 MeV的光子．(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，1 eV＝1.6×10－19 J，真空中光速c＝3×108 m/s) (1)试写

53、出这一过程的核衰变方程． (2)求光子的波长． (3)若不计光子的动量，求α粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比Rα∶RU. 【答案】见解析 18．(12分)(2018·陕西宝鸡模拟)卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子．发现质子的核反应为：N＋He→O＋H.已知氮核质量为mN＝14.007 53 u，氧核的质量为mO＝17.004 54 u，氦核质量mHe＝4.003 87 u，质子(氢核)质量为mp＝1.008 15 u．(已知1 u相当于931 MeV的能量，结果保留两位有效数字)求： (1)这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？相应的能量变化为多少？ (2)若入射氦核以v0＝

54、3×107 m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核．反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1∶50.求氧核的速度大小． 【答案】(1)吸收能量　1.20 MeV　(2)1.8×106 m/s 【解析】(1)Δm＝mN＋mHe－mO－mp＝－0.001 29 u. ΔE＝Δmc2＝－1.20 MeV. 故这一核反应是吸收能量的反应，吸收的能量为1.20 MeV. (2)mHev0＝mHvH＋mOvO， 又vO∶vH＝1∶50， 解得vO＝1.8×106 m/s. 19．(14分)某同学采用如图所示的实验电路研究光电效应，用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应

55、现象．闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的示数U称为遏止电压．根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能．现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测得遏止电压分别为U1和U2，设电子的比荷为，求： (1)阴极K所用金属的极限频率； (2)用题目中所给条件表示普朗克常量h. 【答案】(1)　(2) (2)由以上各式可得 eU1＝hν1－W0 eU2＝hν2－W0 解得h＝. 20．(14分)用速度大小为v的中子轰击静止的锂核(Li)，发生核反应后生成氚核和α粒子．生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，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成m，光速为c. (1)写出核反应方程； (2)求氚核和α粒子的速度大小； (3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损． 【答案】(1)n＋Li→H＋He　(2)　　(3)