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章末素养提升
物理 观念 原子的 结构 核式结构 α粒子散射实验及现象 卢瑟福原子　　　　结构模型
能级 结构 玻尔的三个基本假设 (1)　　　　量子化 (2)　　　　量子化 (3)能级跃迁：hν=Em-En(m>n)
玻尔理论对氢原子光谱的解释
玻尔理论的局限性
原子核 的组成 核子 原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子
核力与 结合能 核力：短程力，只有邻近的核子间才有核力作用 结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起的，要把它们　　　　所需要的能量就是原子核的结合能 比结合能(平均结合能)：比结合能越　　　　原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 爱因斯坦质能方程：　　　　　　　
核衰变 与核反应 天然放 射现象 α射线He)：氦核流，穿透能力　　　　，电离作用　　　　 β射线e)：高速电子流，穿透能力　　　　，电离作用较强 γ射线：是一种电磁波，伴随α衰变和β衰变产生，穿透能力　　　　，电离作用　　　　
原子核 的衰变 α衰变XYHe β衰变XYe
半衰期 原子核数目因衰变减少到原来　　　　所经过的时间，由核　　　　的因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关
放射性 同位素 放射性同位素和正电子的发现 AlHePnPSie+ν
裂变和 聚变 重核的裂变UnBaKr+　　　　　 轻核的聚变HH→　　　 n
科学思维 核反应的规律 质量数和电荷数守恒
科学 态度 与责任 1.通过学研究微观世界的科学历史，学习科学家的探究精神 2.体会人类对物质结构的探索是不断深入的，科学的探索没有止境 3.主动关注核技术应用对人类生活和社会发展带来的影响
例1　(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中XN→YO、YLi→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则 (　　)
A.Z=1，A=1 B.Z=1，A=2
C.Z=2，A=3 D.Z=2，A=4
(1)衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子，分别为α衰变或β衰变，衰变过程是自发进行的。
(2)人工转变方程的左边一般是氦原子核与常见原子核，右边也是常见元素的原子核。
(3)聚变方程的左边是轻核，右边有稍重的原子核。
(4)裂变方程的左边是重核与中子，右边有中等质量的原子核和中子。
(5)无论哪种核反应方程都满足质量数、电荷数守恒。
例2　(多选)(2023·东莞市高二期末)如图所示，一静止的原子核Th(钍)在P点发生衰变，放出一个粒子并产生新核X，它们在匀强磁场中的运动轨迹如图中a、b所示。已知钍核质量为m1，新核X质量为m2，粒子质量为m3，真空中的光速为c。则 (　　)
A.b是新核X的轨迹
B.衰变方程为ThXHe
C.衰变释放的核能为ΔE=(m1-m2-m3)c2
D.100个Th原子核经过一个半衰期后一定只剩下50个Th原子核
1.核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒。
2.静止的核在磁场中自发衰变：轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒m1v1=m2v2和R=知，半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子。
3.由动量、动能关系：p2=2mEk可知Ek1∶Ek2=m2∶m1。
4.若衰变反应释放的核能全部转化为粒子动能，则由能量守恒定律得ΔE=Δmc2=Ek1+Ek2。
例3　(2022·浙江6月选考)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠。下列说法正确的是 (　　)
A.逸出光电子的最大初动能为10.80 eV
B.n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大
C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D.用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态
1.自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子，光子的频率ν==。
2.受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。
(1)光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差，hν=ΔE。
(2)碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。
(3)大于电离能的光子被吸收，将原子电离。
例4　海水中有丰富的氘，可以充当未来的重要能源，两个氘核聚合成一个氦核(同位素)的同时放出一个中子，并释放出巨大的能量，若其中氘核的质量为m0，中子的质量为m1，氦核的质量为m2，光在真空中的速度为c。
(1)写出该核反应方程并求该核反应释放的核能；
(2)若两个氘核以相同大小的动能对心正碰，求反应后产生的中子与氦核的动能之比。
答案精析
核式　轨道　能量　分开　大　ΔE=Δmc2　很弱　很强　较强　更强　更弱　一半　本身　nHe
提能综合训练
例1　D　［设Y的电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，第一个核反应方程的电荷数和质量数满足A+14=n+17，Z+7=m+8，第二个核反应方程的电荷数和质量数满足n+7=2A，m+3=2Z，联立解得Z=2，A=4，故选D。］
例2　AC　［根据洛伦兹力提供向心力Bqv=可得R==，静止的原子核Th(钍)发生衰变过程动量守恒，因此新核X与衰变产生的粒子动量大小相等、方向相反，而新核X电荷量大，因此新核X的轨迹半径小，b是新核X的轨迹，故A正确；由A中分析可知，新核X与衰变产生的粒子速度方向相反，由题图可知，根据新核X与衰变产生的粒子在磁场中偏转方向及左手定则可知，新核X与粒子带异种电荷，B选项衰变为β衰变，故B错误；由爱因斯坦质能方程可得衰变释放的核能为ΔE=(m1-m2-m3)c2，故C正确；半衰期是大量原子核有半数衰变用的时间，100个Th原子核经过一个半衰期后不一定只剩下50个Th原子核，故D错误。］
例3　B　［从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据Ek=E-W0，可得此时最大初动能为Ek=9.8 eV，故A错误；从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据p==，E=hν，可知动量也最大，故B正确；大量氢原子从n=3的激发态跃迁到基态能放出=3种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为ΔE1=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV<2.29 eV，不能使金属钠发生光电效应，其他两种均可以，故C错误；由于从n=3跃迁到n=4需要吸收的光子能量为ΔE2=1.51 eV-0.85 eV=0.66 eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。］
例4　(1HHHen　(2m0-m1-m2)c2　(2)3∶1
解析　(1)核反应过程中，原子核的质量数与核电荷数守恒，则可写出核反应方程为
HHHen
核反应中的质量亏损为Δm=2m0-m1-m2
核反应所释放的核能为
ΔE=Δmc2=(2m0-m1-m2)c2。
(2)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即mHevHe+mnvn=0
根据动能与动量的大小关系有Ek=mv2=
氦核与中子的质量之比等于质量数之比，
即有mHe∶mn=3∶1，
解得反应后产生的中子与氦核的动能之比
Ekn∶EkHe=3∶1。(共20张PPT)
DIWUZHANG
第五章
章末素养提升
再现
素养知识
物理 观念 原子的 结构 核式 结构 α粒子散射实验及现象
卢瑟福原子_______结构模型
能级 结构 玻尔的三个基本假设
(1)______量子化
(2)______量子化
(3)能级跃迁：hν=Em-En(m>n)
玻尔理论对氢原子光谱的解释
玻尔理论的局限性
核式
能量
轨道
物理 观念 原子核 的组成 核子 原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为
核子
核力与 结合能 核力：短程力，只有邻近的核子间才有核力作用
结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起的，要把它们______所需要的能量就是原子核的结
合能
比结合能(平均结合能)：比结合能越____原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
爱因斯坦质能方程：__________
分开
大
ΔE=Δmc2
物理 观念 核衰变与核反应 天然放 射现象 α射线He)：氦核流，穿透能力______，电离作用_____
β射线e)：高速电子流，穿透能力______，电离作用较强
γ射线：是一种电磁波，伴随α衰变和β衰变产生，穿透能力_____，电离作用______
原子核 的衰变 α衰变:He
β衰变:e
很弱
很强
较强
更强
更弱
物理 观念 核衰变与核反应 半衰期 原子核数目因衰变减少到原来______所经过的时间，由核_____的因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关
放射性同位素 放射性同位素和正电子的发现
e+ν
裂变和聚变 重核的裂变_____
轻核的聚变:n
一半
本身
n
科学 思维 核反应的规律 质量数和电荷数守恒
科学态度 与责任 1.通过学研究微观世界的科学历史，学习科学家的探究精神 2.体会人类对物质结构的探索是不断深入的，科学的探索没有止境 3.主动关注核技术应用对人类生活和社会发展带来的影响
　(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中XLi→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则
A.Z=1，A=1 B.Z=1，A=2
C.Z=2，A=3 D.Z=2，A=4
例1
√
提能
综合训练
设Y的电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，第一个核反应方程的电荷数和质量数满足A+14=n+17，Z+7=m+8，第二个核反应方程的电荷数和质量数满足n+7=2A，m+3=2Z，联立解得Z=2，A=4，故选D。
总结提升
(1)衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子，分别为α衰变或β衰变，衰变过程是自发进行的。
(2)人工转变方程的左边一般是氦原子核与常见原子核，右边也是常见元素的原子核。
(3)聚变方程的左边是轻核，右边有稍重的原子核。
(4)裂变方程的左边是重核与中子，右边有中等质量的原子核和中子。
(5)无论哪种核反应方程都满足质量数、电荷数守恒。
　(多选)(2023·东莞市高二期末)如图所示，一静止的原子核Th(钍)在P点发生衰变，放出一个粒子并产生新核X，它们在匀强磁场中的运动轨迹如图中a、b所示。已知钍核质量为m1，新核X质量为m2，粒子质量为m3，真空中的光速为c。则
A.b是新核X的轨迹
B.衰变方程为He
C.衰变释放的核能为ΔE=(m1-m2-m3)c2
D.100个
Th原子核
例2
√
√
由A中分析可知，新核X与衰变产生的粒子速度方向相反，由题图可知，根据新核X与衰变产生的粒子在磁场中偏转方向及左手定则可知，新核X与粒子带异种电荷，B选项衰变为β衰变，故B错误；
根据洛伦兹力提供向心力Bqv=可得R=，静止的原子核Th(钍)发生衰变过程动量守恒，因此新核X与衰变产生的粒子动量大小相等、方向相反，而新核X电荷量大，因此新核X的轨迹半径小，b是新核X的轨迹，故A正确；
由爱因斯坦质能方程可得衰变释放的核能为ΔE=(m1-m2-m3)c2，故C正确；
半衰期是大量原子核有半数衰变用的时间，100个Th原子核经过一个半衰期后不一定只剩下50个Th原子核，故D错误。
总结提升
1.核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒。
2.静止的核在磁场中自发衰变：轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒m1v1=m2v2和R=知，半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子。
3.由动量、动能关系：p2=2mEk可知Ek1∶Ek2=m2∶m1。
4.若衰变反应释放的核能全部转化为粒子动能，则由能量守恒定律得ΔE=Δmc2=Ek1+Ek2。
　(2022·浙江6月选考)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠。下列说法正确的是
A.逸出光电子的最大初动能为10.80 eV
B.n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大
C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D.用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态
例3
√
从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据
Ek=E-W0，可得此时最大初动能为Ek=9.8 eV，
故A错误；
从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根
据p=，E=hν，可知动量也最大，故B正确；
大量氢原子从n=3的激发态跃迁到基态能放出=3种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为ΔE1=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV
<2.29 eV，不能使金属钠发生光电效应，其他两种均可以，故C错误；
由于从n=3跃迁到n=4需要吸收的光子能量为ΔE2=1.51 eV-0.85 eV=0.66 eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。
总结提升
1.自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子，光子的频率ν=。
2.受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。
(1)光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差，hν=ΔE。
(2)碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。
(3)大于电离能的光子被吸收，将原子电离。
　海水中有丰富的氘，可以充当未来的重要能源，两个氘核聚合成一个氦核(同位素)的同时放出一个中子，并释放出巨大的能量，若其中氘核的质量为m0，中子的质量为m1，氦核的质量为m2，光在真空中的速度为c。
(1)写出该核反应方程并求该核反应释放的核能；
例4
答案　n　(2m0-m1-m2)c2　
核反应过程中，原子核的质量数与核电荷数守恒，则可写出核反应方程为n
核反应中的质量亏损为Δm=2m0-m1-m2
核反应所释放的核能为ΔE=Δmc2=(2m0-m1-m2)c2。
(2)若两个氘核以相同大小的动能对心正碰，求反应后产生的中子与氦核的动能之比。
答案　3∶1
把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即mHevHe+mnvn=0
根据动能与动量的大小关系有Ek=
氦核与中子的质量之比等于质量数之比，
即有mHe∶mn=3∶1，
解得反应后产生的中子与氦核的动能之比Ekn∶EkHe=3∶1。

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