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题组1　光谱和氢原子光谱的规律
1．(多选)下列关于原子光谱的说法正确的是(　　)
A．原子光谱是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的
B．不同的谱线分布对应不同的元素
C．不同的谱线对应不同的发光频率
D．利用光谱分析不可以准确确定元素的种类
解析：选ABC.原子光谱即线状谱，是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的；不同原子的亮线位置不同，即不同原子的发光频率是不一样的；每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质或确定物质的组成成分．
2．(多选)下列有关氢原子光谱的说法正确的是(　　)
A．氢原子的发光光谱是连续谱
B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
解析：选BC.原子的发光光谱是原子跃迁时形成的，由于原子的能级是分立的，所以氢原子的发光光谱不是连续谱，原子发出的光子的能量正好等于原子跃迁时的能级差，故氢原子只能发出特定频率的光，综上所述，A、D错误，B、C正确．
3．对于巴耳末公式，下列说法正确的是(　　)
A．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应
B．巴耳末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长
C．巴耳末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光
D．巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长
解析：选C.巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子的发光，A、D错误；巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确．
题组2　对玻尔理论的理解
4．(多选)关于玻尔理论，以下叙述正确的是(　　)
A．原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核运动
B．当原子处于激发态时，原子向外辐射能量
C．只有当原子处于基态时，原子才不向外辐射能量
D．不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量
解析：选AD.根据玻尔理论知A正确；不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量，原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时，才辐射或吸收能量，所以B、C错误，D正确．
5．(多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有(　　)
A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量
B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
解析：选ABC.A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”概念，原子的不同能量状态与电子绕核运动不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合．电子跃迁辐射的频率ν＝与电子绕核做的圆周运动无关，D错误．
题组3　原子能级和能级跃迁
6．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．原子处于能级最低的状态时，最稳定
B．原子由高能级向低能级跃迁时，放出光子
C．能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征
D．原子能吸收任意能量值的光子向高能级跃迁
解析：选ABC.原子在不同的状态中具有不同的能量，能量最低的状态最稳定，A正确；原子由高能级向低能级跃迁时，能量减小，放出光子，B正确；能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征，C正确；原子只能吸收等于能级差的光子向高能级跃迁，D错误．
7.(2024·江西卷，T2)近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条LED技术路线．某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20 eV(约3.52×10－19 J)，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则发光频率约为(　　)
A．6.38×1014 Hz　　 　 B．5.67×1014 Hz
C．5.31×1014 Hz D．4.67×1014 Hz
解析：选C.根据题意可知，辐射出的光子能量ε＝3.52×10－19 J，由光子的能量ε＝hν得ν＝≈5.31×1014 Hz.
8．如图所示的是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝4能级．下列说法正确的是(　　)
A．这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波
B．这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eV
C.从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出的光的波长最长
D．这群氢原子能够吸收任意光子的能量后向更高能级跃迁
解析：选C.根据C＝6知，这群氢原子能够发出6种不同频率的光子，故A错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级，辐射的光子能量最大，即ΔE＝E4－E1＝[－0.85－(－13.6)] eV＝12.75 eV，故B错误；从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故C正确；这群氢原子发生跃迁时吸收的能量必须等于两能级的能级差，故D错误．
9．如图为氢原子的能级示意图．已知蓝光光子的能量范围为2.53～2.76 eV，紫光光子的能量范围为2.76～3.10 eV.若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为(　　)
A．10.20 eV B．12.09 eV
C．12.75 eV D．13.06 eV
解析：选C.由题知使处于基态氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知从氢原子从n＝4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光(即从n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射蓝光)，则需激发氢原子到n＝4能级，则激发氢原子的光子能量ΔE＝E4－E1＝12.75 eV.
10．氢原子从能级A跃迁到能级B吸收频率为ν1的光子，从能级A跃迁到能级C放出频率为ν2的光子．若ν1>ν2，则当它从能级B跃迁到能级C时，将(　　)
A．吸收频率为ν1－ν2的光子
B．吸收频率为ν2＋ν1的光子
C．放出频率为ν1－ν2的光子
D．放出频率为ν2＋ν1的光子
解析：选D.氢原子从能级A跃迁到能级B吸收频率为ν1的光子，则B能级的能量大于A能级的能量，从能级A跃迁到能级C，释放频率为ν2的光子，则A能级的能量大于C能级的能量，可知B与C能级间的能量差为hν1＋hν2，则由B能级跃迁到C能级放出光子，光子频率ν＝ν1＋ν2，D正确．
11．中国“墨子号”量子科学实验卫星科研团队获得了克利夫兰奖．有关量子理论，下列说法正确的是(　　)
A．量子理论是普朗克首先提出的，光量子理论则是爱因斯坦首先提出的
B．光的强度越大，光子的能量越大
C．氢原子从高能级向低能级跃迁时，可以放出任意频率的光子
D．氢原子光谱为连续的亮线
解析：选A.普朗克提出了量子理论，爱因斯坦提出了光子说，A正确；根据ε＝hν知，光子的能量与光子的频率有关，与光的强度无关，B错误；氢原子从高能级向低能级跃迁时，辐射光的频率大小由能级差决定，只能发射某些特定频率的光子，C错误；氢原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此氢原子光谱中只有一些分立的亮线，D错误．
12．大千世界的五光十色是由于原子跃迁发光而产生的．氢原子能级的示意图如图所示，关于氢原子在跃迁过程中发射或吸收光子的描述，下列说法正确的是(　　)
A．氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，吸收的光子能量为1.89 eV
B．大量氢原子从n＝4的激发态向低能级跃迁时发射的谱线有3条
C．用光子能量为10.3 eV的光照射氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．n＝4能级的氢原子跃迁到n＝2能级比跃迁到基态发出的光子波长长
解析：选D.氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，放出的光子能量为1.89 eV，A错误；大量氢原子从n＝4的激发态向低能级跃迁时发射的谱线有C＝6条，B错误；用光子能量为10.3 eV的光照射处于基态的氢原子En＝－13.6 eV＋10.3 eV＝－3.3 eV，氢原子不存在En＝－3.3 eV的能级，C错误；n＝4能级的氢原子跃迁到n＝2能级比跃迁到基态发出的光子能量小，光子的频率小，波长长，D正确．
13．(10分)已知h＝6.63×10－34 J·s.
(1)有一群氢原子处于量子数n＝4的激发态中，能发出几条光谱线？其中最高频率、最低频率各为多少？(6分)
(2)若有一个氢原子处于量子数n＝4的激发态时，最多能发出几种频率的光子？(4分)
解析：(1)一群氢原子向低能级跃迁时，各种跃迁方式都会发生，即可以从n＝4的激发态到n＝3、n＝2、n＝1的各能级，再从n＝3的激发态到n＝2、n＝1的各能级，再从n＝2的激发态到n＝1的基态，故有N＝＝6种频率的光子产生，跃迁情况示意图如图所示．
最高频率的光子满足hν1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV＝2.04×10－18 J，ν1≈3.1×1015 Hz.最低频率的光子满足hν2＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV＝1.056×10－19 J，ν2≈1.6×1014 Hz.
(2)一个氢原子由n＝4能级向较低能级跃迁，最多能发出3种频率的光子，因为它从n＝4的能级跃迁至n＝3的能级时一定不存在由n＝4的能级直接跃迁至n＝1的能级的可能．
答案：(1)6条　3.1×1015 Hz　1.6×1014 Hz
(2)3种第四节　放射性同位素
1.知道同位素的概念．　2.知道可以用人工方法得到放射性同位素．
3．了解放射性在生产和科学领域的应用．知道射线的危害及防护．
一、放射性同位素的发现
1．同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素．
2．放射性同位素：具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．
3．用人工方法得到放射性同位素
铝核被α粒子击中后发生了以下反应Al＋He→P＋n.
反应生成物P是磷的一种同位素，它有放射性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子和中微子．我们用符号e表示正电子，用ν表示中微子，于是P的衰变反应可写为P→Si＋e＋ν.
二、放射性同位素的应用
放射性同位素的应用主要分为射线的应用、示踪原子的应用和半衰期的应用三类．
(1)射线的应用
放射性辐射对物体会产生各种作用，可用来达到不同的目的．
①工业上利用γ射线的穿透性来检查金属内部的缺陷；
②将放射源放在容易产生静电的地方，放射性物质放出的α射线、β射线可以使空气分子电离变成导电气体，从而把聚集的静电引入地下；
③在农业上，利用射线可以防治害虫和培育良种；
④在医疗上，利用射线可以治疗疾病和消毒灭菌．
(2)示踪原子的应用
由于放射性元素能放出某种射线，因此可用探测仪器对它们进行踪迹显示．这种用途的放射性同位素叫作示踪原子．
①农业上可利用磷32来研究作物对磷肥的吸收情况，从而改进施肥方法；
②工业上可利用放射性同位素来检测机件的磨损情况，以便及时更换机件；
③半导体制造工艺中可利用示踪原子探测杂质在半导体内的扩散情况，以便控制掺杂过程；
④医学上可利用示踪原子来提供生物机体内生理生化过程的动态信息，反映组织器官的整体或局部功能，作无损伤的疾病诊断等．
(3)半衰期的应用
在地质和考古工作中，可利用放射性衰变的半衰期来推断地层或古代文物的年代．
三、射线的危害及防护
1．射线的危害
尽管射线有着广泛的用途，但它对人体组织却会造成伤害，随着放射性同位素及射线装置在工农业、医疗、科研等各个领域的广泛应用，射线造成危害的可能性也在增大．
2．放射性防护可分成内照射防护和 外照射防护．
(1)内照射与外照射的显著差别是，即使不再进行放射性物质的操作，已经进入体内的放射性同位素仍然在体内产生有害影响．
内照射防护的基本原则是尽可能地隔断放射性物质进入人体的各种途径．通常采取的措施是把可能成为污染源的放射性物质放在密闭的手套箱或其他密闭容器中进行操作，使它与工作场所的空气隔绝；严禁工作人员用可能被污染的手接触食物、衣服或其他生活用具等．
(2)外照射的特点是只有当机体处于辐射场中时，才会引起辐射损伤，当机体离开辐射场后，就不再受照射．外照射防护通常采用下列三种方式防护．
①缩短受照射时间．受照射的累积剂量与受照射时间成正比．在一切接受电离辐射的操作中，应以尽量缩短受照射时间为原则．
②增大与辐射源间的距离．增大操作人员与辐射源间的距离，可以降低其受照射的剂量．
③屏蔽射线．
判断下列说法是否正确．
(1)同位素具有相同的化学性质．(　　)
(2)互为同位素的原子具有相同的中子数．(　　)
(3)人工方法得到的放射性同位素也有半衰期.(　　)
(4)可以用一张厚纸来阻挡α射线的辐射．(　　)
提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√
知识点一　同位素的特点
角度1　同位素的理解
　(多选)氢有三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)、氚(H)，则(　　)
A．它们的质子数相等
B．若为中性原子它们的核外电子数相等
C．它们的核子数相等
D．它们的化学性质相同
[解析]　氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，故C错误；由中性原子状态可知质子数和核外电子数均相同，都是1，故A、B正确；它们三个是同位素，同位素化学性质相同，只是物理性质不同，故D正确．
[答案]　ABD
角度2　放射性同位素的产生
　(多选)1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子(He)轰击氮原子核(7N)，从氮原子核中打出了质子(H)，并得到氧原子核，如图所示．下列说法正确的是(　　)
A.该氧原子核的电荷数为7
B．该氧原子核的中子数为9
C．该氧原子核的质量数为17
D．该氧原子核的质量数为18
[解析]　根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可得反应方程为He＋N→H＋O，可知该氧原子核的电荷数为8，该氧原子核的质量数为17，则该氧原子核的中子数为17－8＝9.
[答案]　BC
角度3　同位素的分析
　下列表示某种元素的各同位素间的质量数(A)、质子数(Z)和中子数(N)三者关系的图像正确的是(　　)
[解析]　各同位素间的质子数相同，为一定值，同位素的质量数不同，中子数也不同，故B正确，C错误；同位素的质子数相同，中子数不同，质量数等于质子数加中子数，则有A＝N＋Z，且质子数不可能为零，即Z>0，中子数可能为零，即N≥0，整理得N＝A－Z，A－N图像和N－A图像应该与A轴有截距，故A、D错误．
[答案]　B
　117号元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子，则：
(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？
(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？
(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？
[解析]　(1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数．故117号元素的两种同位素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也均为117.
(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294.
(3)元素符号一般用X 表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，中子数为176的原子核的符号为X，中子数为177的原子核的符号为X.
[答案]　(1)均为117　均为117　(2)293　294　(3)X　X
知识点二　放射性同位素的应用
1．分类
放射性同位素可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素．
2．人工放射性同位素的优点
(1)放射性强度容易控制．
(2)可以制成各种所需的形状．
(3)半衰期比天然放射性同位素短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素．
3．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线
①工业部门——利用γ射线的穿透特性测厚度；
②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；
③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．
(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．
　下列说法正确的是(　　)
A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好
B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置
C．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是较少，经济上不划算
D．放射性元素被植物吸收，其放射性将发生改变
[解析]　放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料，无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性元素的肥料，植物生长是相同的，A错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D错误；放射性同位素可作为示踪原子，故B正确．
[答案]　B
　为保证生产安全，大型钢铁部件内部不允许有砂眼、裂纹等伤痕存在．如图所示的是利用射线检测钢柱内部是否存在砂眼或裂纹情况的示意图，若钢柱的直径为20 cm，则下列说法正确的是(　　)
A．射线源放出的射线应该是β射线
B．射线源放出的射线应该是α射线
C．射线源放出的射线应该是γ射线
D．若钢件内部有伤痕，探测器接收到的射线粒子将减少
[解析]　此射线必须穿透部件，接收器才能接收射线粒子，用一张纸就能将α射线挡住，β射线只能穿透几毫米厚的铝板，γ射线能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土，显然应该用γ射线检查直径为20 cm的钢铁部件内部是否有伤痕存在，C正确，A、B错误；当遇到钢柱内部有砂眼或裂纹时，穿过钢柱到达探测器的γ射线比没有砂眼或裂纹处的要强一些，D错误．
[答案]　C
　正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理：将放射性同位素O注入人体，参与人体的代谢过程，O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像．根据PET原理，回答下列问题：
(1)写出O的衰变和正负电子湮灭的方程式．
(2)将放射性同位素O注入人体，O的主要用途是________．
A．利用它的射线
B．作为示踪原子
C．参与人体的代谢过程
D．有氧呼吸
(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________(选填“长”“短”或“长短均可”).
[解析]　(1)由题意得O→N＋e，e＋e→2γ.
(2)将放射性同位素O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途为作为示踪原子，B正确．
(3)根据同位素的用途，为了减少对人体的伤害，半衰期应该很短．
[答案]　(1) O→N＋e　e＋e→2γ　(2)B　(3)短
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(同位素)据报道，月球上有大量的He存在，以下关于He的说法正确的是(　　)
A．是He的同分异构体
B．比He多一个中子
C．是He的同位素
D．比He少一个质子
解析：选C.元素符号的左下角表示的是质子数，左上角表示的是核子数，中子数等于质量数(核子数)减质子数．核内质子数相同而中子数不同的原子互称同位素．He是He的同位素，比He少一个中子，故C正确．
2．(同位素的应用)关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是(　　)
A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的
B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害
解析：选D.利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电放出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来进行人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B错误，D正确；DNA变异并不一定都是有益的，C错误．
3．(同位素)派特CT(PET－CT)是医学影像仪器．其中PET原理是将放射性同位素注入人体，同位素发生β＋衰变：X→Y＋e，衰变放出正电子e和人体内的负电子相遇湮灭成一对光子，光子被探测器探测后经计算机处理，并与CT(X射线成像)进行图像融合，形成清晰的图像．下列说法正确的是(　　)
A.放射性同位素在衰变过程质量数守恒
B．放射性同位素在衰变过程质子数守恒
C．正负电子在湮灭过程电荷数不守恒
D．应选取半衰期较长的放射性同位素
解析：选A.放射性同位素在衰变过程中满足质量数守恒，核电荷数守恒，A正确，B错误；正负电子相遇而湮灭，电荷数守恒，C错误；应选取半衰期较短的放射性同位素，D错误．
4．(放射性同位素)人造心脏的放射性同位素动力源用的燃料是钚－238，利用能量转换装置将载能粒子(如α粒子、β粒子和γ射线)的能量转换为电能，钚－238的衰变方程为Pu→U＋X＋γ。钚－238的半衰期为87.7年，则下列说法正确的是(　　)
A．X具有很强的穿透能力
B．γ射线是由钚－238的核外电子从高能级向低能级跃迁时产生的
C．取10个钚－238，经过87.7年后还剩下5个钚－238
D．γ射线必须伴随着α或β射线产生
解析：选D.根据质量数和电荷数守恒可推知X为α粒子，其穿透能力较弱，故A错误；γ射线是由钚－238原子核由高能级向低能级跃迁时产生的，与核外电子无关，故B错误；半衰期是针对大量放射性原子核的统计规律，对少数原子核不适用，故C错误；γ射线必须伴随着α或β射线产生，故D正确．
5．(放射性同位素的应用)(1)一病人突然昏厥，医生用碘123进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出病因．这是利用碘123所放出的________．
A．热量　　　　　　　 B．α射线
C．β射线 D．γ射线
(2)医生用碘123对病人诊断，使其很快恢复健康，碘123的特性是________．
A．半衰期长，并能迅速从体内清除
B．半衰期长，并能缓慢从体内清除
C．半衰期短，并能迅速从体内清除
D．半衰期短，并能缓慢从体内清除
解析：(1)在α射线、β射线及γ射线中，γ射线穿透本领最大．
(2)碘123的半衰期较短，可以迅速从体内消除，不至于因为长时间辐射而对身体造成损害．
答案：(1)D　(2)C(共31张PPT)
课后达标检测
题组1　对核力的理解
1．(多选)关于核力，下列说法正确的是(　　)
A．核力是一种特殊的万有引力
B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用
C．核力是原子核稳定存在的原因
D．核力是一种短程强力作用
√
√
解析：核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围在1.5×10－15 m，原子核的半径数量级在10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故C、D正确．
2．对于原子核的组成，下列说法正确的是(　　)
A．核力可使一些中子组成原子核
B．核力可使非常多的质子组成原子核
C．不存在只有质子的原子核
D．质量较大的原子核内一定有中子
√
解析：由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；
较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能维持原子核的稳定，故D正确．
√
√
解析：衰变过程中放出了一个负电子，所以该衰变过程是β衰变，故A错误，B正确；
4．比结合能可以反映原子核的稳定程度．已知氦核的质量为4.001 5 u，质子的质量为1.007 8 u，中子的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速，则氦核的比结合能约为(　　)
A．5 MeV　　　　　　 B．6 MeV
C．7 MeV D．8 MeV
√
√
由于核反应放出能量，因此反应后结合能变大，C、D错误．
√
题组3　质能方程和核能的计算
7．已知中子的质量为1.674 9×10－27 kg，质子的质量为1.672 6×10－27 kg，氘核的质量为3.343 6×10－27 kg，光速c＝3×108 m/s，以下说法正确的是(　　)
A．氘核的结合能约为1.1 MeV
B．氘核的比结合能约为1.1 MeV
C．氘核的比结合能约为1.76×10－11 J
D．一个质子与一个中子结合为氘核需要吸收能量
√
由上述分析可知，该反应过程有质量亏损，说明一个质子与一个中子结合为氘核需要放出能量，故D错误．
√
√
√
γ是光子，具有能量，故B错误；
10．原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的是(　　)
√
√
√
(2)核反应发生前后的质量亏损Δm；(2分)
解析：核反应前后的质量亏损Δm＝mp＋MLi－2Mα＝1.007 8 u＋7.016 0 u－2×4.002 6 u＝0.018 60 u．
答案：0.018 60 u
(3)核反应中释放出的能量ΔE；(2分)
解析：核反应中释放的能量ΔE＝0.01860×931 MeV≈17.3 MeV.
答案：17.3 MeV　
(4)核反应释放的能量全部用来增加了两个α粒子的动能，则核反应后两个粒子具有总动能是多少？(4分)
解析：具有的总动能Ek＝ΔE＋E1＝17.9 MeV.
答案：17.9 MeV题组1　对核力的理解
1．(多选)关于核力，下列说法正确的是(　　)
A．核力是一种特殊的万有引力
B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用
C．核力是原子核稳定存在的原因
D．核力是一种短程强力作用
解析：选CD. 核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围在1.5×10－15 m，原子核的半径数量级在10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故C、D正确．
2．对于原子核的组成，下列说法正确的是(　　)
A．核力可使一些中子组成原子核
B．核力可使非常多的质子组成原子核
C．不存在只有质子的原子核
D．质量较大的原子核内一定有中子
解析：选D.由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能维持原子核的稳定，故D正确．
题组2　结合能和比结合能
3．(多选)氚是一种放射性物质，其衰变方程为H→He＋e，则(　　)
A．该衰变为α衰变
B．该衰变为β衰变
C．H的比结合能比He的大
D．H的比结合能比He的小
解析：选BD.衰变过程中放出了一个负电子，所以该衰变过程是β衰变，故A错误，B正确；衰变过程放出能量，所以He比H稳定，即He的比结合能比H 的大，故C错误，D正确．
4．比结合能可以反映原子核的稳定程度．已知氦核的质量为4.001 5 u，质子的质量为1.007 8 u，中子的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速，则氦核的比结合能约为(　　)
A．5 MeV　　　　　　 B．6 MeV
C．7 MeV D．8 MeV
解析：选C.根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，将氦核拆为单个核子所需能量为ΔE＝c2，解得ΔE＝29.3 MeV，因此氦核的比结合能为＝，即≈7.3 MeV.
5．(2025·广东湛江市期末)锂元素是一种具有独特性质和广泛应用前景的金属元素，随着科技进步和新能源产业的快速发展，应用非常广泛．已知核反应方程C＋H→Li＋2X＋He，该核反应放出热量，则(　　)
A．X为H
B．X为e
C．核反应前后结合能变小
D．核反应前后结合能不变
解析：选A.由质量数守恒和电荷数守恒，可知X粒子的质量数和电荷数均为1，则X为H，A正确，B错误；由于核反应放出能量，因此反应后结合能变大，C、D错误．
6．2024年10月3日，Physical Review C期刊上发表了中国科学院近代物理研究所的研究成果：研究团队合成新核素钚 227(Pu)，并测量了该新核素的半衰期．已知钚 227的衰变方程为Pu→Y＋U，下列说法正确的是(　　)
A．10个钚 227原子核经过一个半衰期后还剩余5个
B．钚 227原子核发生的是α衰变
C．钚 227原子核发生衰变时需要吸收能量
D．Pu原子核的比结合能比U原子核的比结合能大
解析：选B.半衰期是大量粒子的统计规律，10个钚 227经过一个半衰期不一定还剩余5个，A错误；根据电荷数和质量数守恒，可知Y的质量数为4，电荷数为2，可知Y为α粒子，则钚 227发生的是α衰变，B正确；钚 227衰变的过程中是释放能量的，比结合能增大，Pu的比结合能比U的比结合能小，C、D错误．
题组3　质能方程和核能的计算
7．已知中子的质量为1.674 9×10－27 kg，质子的质量为1.672 6×10－27 kg，氘核的质量为3.343 6×10－27 kg，光速c＝3×108 m/s，以下说法正确的是(　　)
A．氘核的结合能约为1.1 MeV
B．氘核的比结合能约为1.1 MeV
C．氘核的比结合能约为1.76×10－11 J
D．一个质子与一个中子结合为氘核需要吸收能量
解析：选B.中子质量记为m1，质子质量记为m2，氘核质量记为m3，氘核是由1个中子和1个质子构成，一个中子和一个质子形成一个氘核的核反应过程中，反应前后的质量差Δm＝m1＋m2－m3，氘核的结合能ΔE＝Δmc2，单位换算关系1 MeV＝106×1.6×10－19J，代入数据解得ΔE≈2.19 MeV，氘核的比结合能为≈1.10 MeV＝1.76×10－13J，故A、C错误，B正确；由上述分析可知，该反应过程有质量亏损，说明一个质子与一个中子结合为氘核需要放出能量，故D错误．
8．(多选)居里夫妇发现放射性元素镭226的衰变方程为Ra→Rn＋X.已知88Ra的半衰期为1 620年， Ra原子核的质量为226.025 4 u，衰变后产生的Rn原子核的质量为222.017 5 u，X原子核的质量为4.002 6 u，1 u相当于931 MeV的能量．对Ra的衰变，以下说法正确的是(　　)
A．X表示氦原子
B．6 gRa原子核经过1 620年有3 g发生衰变
C.1个Ra原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV　
D．Ra衰变后比结合能变小
解析：选BC.根据核反应方程的质量数与电荷数守恒，得A＝4，Z＝2，故X是He，表示氦核，不是氦原子，故A错误；Ra的半衰期为1 620年，6 gRa原子核经过1 620年有3 g发生衰变，故B正确；该反应质量亏损Δm＝226.025 4 u－222.017 5 u－4.002 6 u＝0.005 3 u，因1 u相当于931 MeV的能量，则1个 eq \a\vs4\al(Ra) 原子核发生衰变放出的能量约为4.9 MeV，故C正确； eq \a\vs4\al(Ra) 衰变后变成 eq \a\vs4\al(Rn) ，放出能量，则其比结合能变大，故D错误．
9.Am(镅)是一种半衰期长达433年的放射性金属，通过衰变释放射线而被用于烟雾探测器，其衰变方程为Am→Np＋He＋γ，在该烟雾探测器中装有大约0.3 μg的镅241，其释放的射线可以使腔内空气电离，从而在探测腔内加有低压的电极间形成微小电流．一旦烟雾进入探测器，就会阻挡部分射线而使电流减小引发警报．下列说法正确的是(　　)
A．He是α粒子，有很强的贯穿本领
B．γ是光子，不具有能量
C．0.3 μg的镅经过866年剩余Am的质量为0.075 μg
D．镅241衰变过程要放出能量，故Am的比结合能比Np的大
解析：选C.He是α粒子，有很强的电离本领，故A错误；γ是光子，具有能量，故B错误；根据半衰期公式m＝m0()，0.3 μg的镅经过866年剩余Am的质量为0.075 μg，故C正确；结合能是指，自由核子结合成原子核所释放的能量，或者原子核分裂成自由电子所需要的能量，比结合能是指，结合能与核子数的比值，比结合能越大，说明核子越稳定，镅241衰变为Np，说明Np比Am更稳定，所以95Am的比结合能比Np的小，故D错误．
10．原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的是(　　)
A．U核的结合能比Kr核的大
B．U核比Kr核稳定
C．两个H核结合成He释放28 MeV能量
D．Li核的结合能约为15 MeV
解析：选A.核子数越多，结合能越大，则U核的结合能比Kr核的大，A正确；比结合能越大，原子核越稳定，由题图可知Kr核的比结合能比U核的大，则Kr核比U核稳定，B错误；由题图可知He 核的比结合能约为7 MeV，则He核的结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，根据结合能定义可知，单个自由的核子结合成He核释放的能量为28 MeV，则两个H核结合成He释放的能量必定小于28 MeV，C错误；由题图可知Li核的比结合能约为5 MeV，则Li核的结合能约为6×5 MeV＝30 MeV，D错误．
11．静止的镭核Ra发生α衰变，释放出的α粒子的动能为E0，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是(　　)
A． B．
C． D．
解析：选B.镭核发生α衰变的衰变方程为Ra→He＋Rn，令氦核的质量为m，氡核的质量为M，则根据动量守恒定律可得mvm＝MvM，其中E0＝ eq \f(p,2m) ＝，所以氡核的动能EM＝ eq \f(p,2M) ＝＝E0＝E0，根据爱因斯坦质能方程，总的质量亏损Δm＝＝＝.
12．(2025·江西萍乡市期中)用粒子X轰击原子核Be生成C与n，用粒子X轰击原子核C生成Y，此反应放出的核能为E0.已知Be、X、C的比结合能分别为E1、E2、E3，下列说法正确的是(　　)
A．X是β粒子
B．Y是O
C．粒子X轰击Be后放出的核能为9E1＋4E2－12E3
D．Y的比结合能为
解析：选B.粒子X轰击原子核Be的核反应方程为Be＋X→C＋n，则X为He，即α粒子，故A错误；粒子X轰击原子核C的核反应方程为C＋X→Y，则Y是O，故B正确；Be与粒子X发生核反应产生的核能ΔE＝12E3－9E1－4E2，故C错误；C与粒子X发生核反应放出的核能为E0，设Y的比结合能为E，由能量守恒E0＝16E－4E2－12E3，解得E＝，故D错误．
13．(10分)用质子轰击静止的锂核Li生成2个α粒子．已知质子质量mp＝1.007 8 u，α粒子的质量Mα＝4.002 6 u，锂核质量MLi＝7.016 0 u，质子的初动能E1相当于0.6 MeV.试回答下列问题(1 u相当于931 MeV的能量)：
(1)写出核反应方程式；(2分)
(2)核反应发生前后的质量亏损Δm；(2分)
(3)核反应中释放出的能量ΔE；(2分)
(4)核反应释放的能量全部用来增加了两个α粒子的动能，则核反应后两个粒子具有总动能是多少？(4分)
解析：(1)根据质量数和电荷数守恒可知该反应的核反应方程式为Li＋H→2He.
(2)核反应前后的质量亏损Δm＝mp＋MLi－2Mα＝1.007 8 u＋7.016 0 u－2×4.002 6 u＝0.018 60 u．
(3)核反应中释放的能量ΔE＝0.01860×931 MeV≈17.3 MeV.
(4)具有的总动能Ek＝ΔE＋E1＝17.9 MeV.
答案：(1)Li＋H→2He　(2)0.018 60 u
(3)17.3 MeV　(4)17.9 MeV(共37张PPT)
第2课时　核力与结合能
课堂深度探究
PART
01
第一部分
知识点一　对核力的理解
1．核力的性质
(1)核力是四种基本相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现．
(2)核力是短程力．约在10－15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时表现为引力，距离小于0.8×10－15 m时表现为斥力，距离超过1.5×10－15 m时核力几乎消失．
(3)核力具有饱和性．核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用．
(4)核力具有电荷无关性．核力与核子电荷无关．
2．原子核中质子与中子比例关系
(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．
(2)形成原因
①若质子与中子成对地放在一起，人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快．所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了．
②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的原子核中子数要比质子数多．
③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核， 一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．
　　　(多选)对于核力与四种基本相互作用，以下说法正确的是(　　)
A．核力是弱相互作用力，作用力很小
B．核力是强相互作用的表现，是强力
C．核力使核子紧密结合为稳定的原子核
D．核力是万有引力在短距离内的表现
[解析]　核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围约10－15m，B正确，A、D错误；
核力使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，C正确．
√
知识点二　结合能和比结合能
1．结合能就是原子核具有的能量吗？
2．原子核的结合能越大，其比结合能也越大吗？
[提示]　1.不是．结合能是要把原子核分开成核子时吸收的能量，并不是原子核具有的能量，因为拆分后的核子仍然具有能量．
2．不一定．结合能是核子结合成原子核放出的能量或原子核拆散成核子吸收的能量，而比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量或原子核拆散成核子时每个核子平均吸收的能量，结合能大的原子核，比结合能不一定大；结合能小的原子核，比结合能不一定小．
1．比结合能曲线
不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示．
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的要小．
2．比结合能与原子核稳定的关系
(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定．
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定．
(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．
角度1　原子核的结合能和比结合能
　　关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　)
A．原子核的比结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量
B．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
C．原子核的核子越多，则比结合能越大
D．比结合能越大，原子核越不稳定
√
[解析]　根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫作原子核结合能，所以原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，原子核的比结合能等于结合能除以核子数，指平均分解出一个自由核子所需要提供的能量，故A错误；
重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能，故B正确；
原子核的核子越多，则结合能越大，但比结合能不一定越大，质量数为40左右的原子核的比结合能最大，故C错误；
比结合能越大，原子核越稳定，故D错误．
　　下面关于结合能和比结合能的说法正确的是(　　)
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆散成核子时放出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核要大
√
[解析]　核子结合成原子核要放出的能量或原子核拆散成核子时要吸收的能量称为结合能，A错误；
比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能大的原子核，其结合能不一定大，例如，中等质量的原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能反而比重核小，B、C错误；
中等质量的原子核的比结合能比轻核大，它的原子核内的核子数比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D正确．
角度2　比结合能与质量数A的关系图像
　 (多选)如图所示，表示原子核的比结合能与质量数A的关系，据此下列说法正确的是(　　)
√
√
知识点三　质能方程和核能的计算
1．质量亏损是不是这部分质量消失了或转变为能量了呢？
2．爱因斯坦质能方程是说明质量和能量可以相互转化吗？
[提示]　1.不是．物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量．
2．不是．爱因斯坦质能方程说明了质量和能量这两个物理量间的对应关系，说明有质量就有能量，并不是说质量转化为能量．
1．质量亏损
所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给．
2．质能方程E＝mc2
(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系．
(2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.
3．核能的计算
(1)根据质量亏损计算
①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.
②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．
其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．
(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算
根据1 u相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.
角度1　质能方程的理解
　　　(多选)1905年，爱因斯坦发表狭义相对论时提出了质能方程E＝mc2，质能方程的正确性已被大量的实验所证实，并为现代核能的研究和应用提供理论指导，具有深刻意义并发挥出巨大的作用．下列关于质能方程的说法正确的是(　　)
A．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量
B．根据质能方程可知，在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律
C．E＝mc2中的E是核反应中释放的核能
D．E＝mc2中的E表示质量为m的物体所对应的能量
√
√
√
[解析]　根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量，故A正确；
在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，故B正确；
质能方程E＝mc2中的E表示质量为m的物体所对应的能量，故C错误，D正确．
√
√
反应前后生成物质量变化Δm＝23.991 0 u＋1.007 8 u－1.008 7 u－23.985 0 u＝0.005 1 u，说明生成物的质量增加0.005 1 u，故C错误；
生成物的质量增加，所以吸收的能量E＝Δm×931.5 MeV＝4.750 65 MeV，故D正确．
　　已知中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg，质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，氘核的质量mD＝3.343 6×10－27 kg，真空中的光速c＝3.00×108 m/s，基本电荷e＝1.60×10－19 C，则氘核的比结合能是多少eV
[答案]　1.1 × 106 eV
(2)若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小．
(3)设该衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能，求衰变过程的质量亏损Δm.
随堂巩固落实
PART
02
第二部分
1．(对核力的理解)(多选)对核力的认识，下列说法正确的是(　　)
A．任何核子之间均存在核力
B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
C．核力只存在于质子之间
D．核力只发生在相距1.5×10－15 m的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力
√
√
解析：由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m内的核子之间存在核力，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力，核力发生在相邻核子之间．
2．(对结合能的理解)(多选)如图所示，这是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图像，下列说法正确的是(　　)
A．若原子核D和E结合成F，结合过程一定会吸收核能
B．若原子核D和E结合成F，结合过程一定会释放核能
C.若原子核A分裂成B和C，分裂过程一定会吸收核能
D．若原子核A分裂成B和C，分裂过程一定会释放核能
√
√
解析：D和E结合成F，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故A错误，B正确；
若A能分裂成B和C，分裂过程有质量亏损，一定要释放能量，故C错误，D正确．
(2)计算这一过程中所释放的核能．
解析：释放核能ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2 J＝2.781×10－12 J.
答案：2.781×10－12 J(共26张PPT)
课后达标检测
题组1　重核的裂变
1．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是(　　)
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
√
解析：控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，吸收中子能力不同，从而达到控制核反应速度的目的，C正确．
√
解析：该核电站通过核裂变获得核能，A错误；
铀核的质子数为92，B错误；
根据核反应过程满足质量数守恒可得235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3，C错误；
一个铀核发生上述核反应，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m4)c2，D正确．
√
解析：铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确；
铀238和铀235质子数相同而中子数不同，故互为同位素，B正确；
核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确；
贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错误．
√
由爱因斯坦质能方程得，裂变时释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，故B正确；
半衰期与环境没有关系，故C错误；
根据核反应前后质量数和核电荷数均守恒，可得Y原子核中核子数144个，质子56个，中子数为144－56＝88个，故D错误．
题组2　核聚变及核能的计算
5．下列核反应方程中，属于太阳内部核聚变反应方程的是(　　)
√
解析：A反应是α衰变方程；B是原子核的人工转变方程；C是重核裂变方程；D是轻核聚变方程，也是太阳内部核聚变反应方程．
√
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知Y是氚核，X是中子，X与Y不是同位素，A、B错误，C正确；
①②两个核反应都属于轻核聚变反应，D错误．
√
解析：该反应为聚变反应，不是α衰变，A错误；
答案：6.73×1011 J
(2)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(4分)
答案：2.00×104 kg
√
由方程式可知，一个静止的硒核发生β衰变放出能量，则质量发生亏损，故C错误；
√
解析：经过β衰变电荷数多1，质量数不变，所以钚239由铀239经过2次β衰变而产生，A正确；
温度不会影响衰变速度，B错误；
核反应前后，原子核的核子总数守恒，D错误．
√
解析：轻核聚变释放出巨大的结合能，原子核出现明显的质量亏损，故A、C错误；
由核聚变反应方程式知产生了新的原子核，故B正确；
由于核聚变的链式反应难以控制，目前的技术无法解决这一问题，核聚变核电站处于实验阶段，目前大部分核电站还是通过核裂变发电，故D错误．
答案：0.527 kg　
1．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量E1＝－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示．在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁或电离的是(　　)
A．40.8 eV　　　　　　 B．43.2 eV
C．51.0 eV D．54.4 eV
解析：选B.要吸收光子发生跃迁需要满足一定的条件，即吸收的光子的能量必须是任意两个能级的差值，40.8 eV是第1能级和第2能级的差值，51.0 eV是第1能级和第4能级的差值，54.4 eV是电子刚好电离需要吸收的能量，A、C、D均满足条件，而B不满足条件，B正确．
2．当用具有1.87 eV能量的光子照射处于n＝3的激发态的氢原子时(　　)
A．氢原子不会吸收这个光子
B．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为0.36 eV
C．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零
D．氢原子吸收该光子后不会被电离
解析：选B.处于n＝3激发态的氢原子所具有的能量E3＝≈－1.51 eV，由于1.87 eV＋(－1.51 eV)＝0.36 eV>0，说明氢原子能够吸收该光子而发生电离，电离后电子的动能为0.36 eV.
3.(2024·江苏卷，T5)在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种(　　)
A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4
解析：选C.根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据题图可知跃迁时对应波长为λ3的光子能量最大．
4.用光子能量为12.09 eV的光去照射一群处于基态的氢原子，受激发后的氢原子向低能级跃迁时，释放的光子中能使逸出功为4.54 eV的金属钨产生光电效应的有几种(　　)
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
解析：选B.用能量为12.09 eV的光子去照射处于基态的一群氢原子，则－13.6 eV＋12.09 eV＝－1.51 eV，受激发后的氢原子跃迁到n＝3能级，向低能级跃迁时产生3种不同能量的光子，能量分别为ΔE1＝E3－E2＝1.89 eV，ΔE2＝E2－E1＝10.2 eV，ΔE3＝E3－E1＝12.09 eV，所以只有2种频率的光子，能使逸出功为4.54 eV的金属钨产生光电效应．
5.氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子的能量范围为1.62～3.11 eV，金属钾的逸出功是2.25 eV，现有大量处于n＝4能级的氢原子．下列说法正确的是(　　)
A．氢原子跃迁时最多可发出6种可见光
B．氢原子跃迁时发出的可见光均能使金属钾发生光电效应
C．氢原子跃迁时发出的可见光使金属钾发生光电效应得到光电子的最大初动能为0.3 eV
D．氢原子跃迁时发出的可见光使金属钾发生光电效应得到光电子的最大初动能为10.98 eV
解析：选C.根据C＝6知，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光子，因为可见光的光子能量范围为1.62～3.11 eV，满足此范围的有n＝4到n＝2、n＝3到n＝2，所以氢原子跃迁时最多可发出2种可见光，故A错误；大量氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光子能量为－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV>2.25 eV，能发生光电效应，从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光子能量为－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV<2.25 eV，不能发生光电效应，故B错误；根据Ek＝hν－W0，氢原子跃迁时发出的可见光使金属钾发生光电效应得到光电子的最大初动能Ek＝2.55 eV－2.25 eV＝0.3 eV，故C正确，D错误．
6．霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而使其呈现五颜六色，如图为氢原子的能级示意图．大量氢原子处于n＝4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．从n＝4能级跃迁到n＝3能级时放出的光子能量最大
C．有4种频率的光子能使金属钠发生光电效应
D．用0.54 eV的光子照射，氢原子可跃迁到n＝5的激发态
解析：选C.由题意知，氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级时，辐射出的光子能量最大，光子最大能量hνm＝E4－E1＝12.75 eV，用该光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠时，逸出光电子的最大初动能Ekm＝hνm－W0＝10.46 eV，故A错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射出的光子能量最小，故B错误；若要使金属钠发生光电效应，则照射的光子能量要大于其逸出功2.29 eV，大量氢原子从n＝4的激发态跃迁到基态能放出C＝6种频率的光子，其光子能量分别为12.75 eV、2.55 eV、0.66 eV、12.09 eV、1.89 eV、10.2 eV，其中能量为0.66 eV、1.89 eV的光子不能使金属钠发生光电效应，其他4种均可以，故C正确；由于从n＝4能级跃迁到n＝5能级需要吸收的光子能量ΔE＝E5－E4＝－0.54 eV－(－0.85 eV)＝0.31 eV≠0.54 eV，所以用0.54 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n＝5的激发态，故D错误．
7．(多选)如图所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时，释放光子的波长分别为λa、λb、λc，则下列说法正确的是(　　)
A．从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，释放的光子的波长可表示为λb＝
B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，电子的势能减小，氢原子的能量增大
C．用能量为11 eV的电子碰撞处于基态的氢原子时，氢原子一定不会发生跃迁
D．用能量为12.09 eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，可以发出三种不同频率的光
解析：选AD.设三种波长的光子的能量分别为Ea、Eb、Ec，由En－Em＝hν和ν＝，可得Eb＝Ea＋Ec，即h＝h＋h，解得λb＝，A正确；当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，释放能量，氢原子的能量减小，电子的势能减小，动能增加，B错误；用电子碰撞处于基态的氢原子时，电子会将一部分能量转移给氢原子，如果这部分能量正好等于某能级与基态的能量差，则氢原子可以发生跃迁，C错误；当用能量为12.09 eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，氢原子受到激发能从n＝1能级跃迁到n＝3能级，这些处于激发态的氢原子向基态跃迁的过程中，可以发出三种不同频率的光，D正确．
8.(多选)氢原子的能级图如图所示，已知氢原子各能级的能量可以用En＝公式计算，现有大量处于n＝5能级(图中未标出)的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是(　　)
A．这些氢原子一定能发出10种不同频率的可见光(可见光能量范围：1.62～3.11 eV)
B．已知钠的逸出功为2.29 eV，则氢原子从n＝5能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钠的表面打出光电子
C.氢原子从n＝5能级跃迁到n＝1能级释放的光子波长最长
D．氢原子从n＝5能级跃迁到n＝4能级时，氢原子能量减小，核外电子动能增大
解析：选BD.大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁，可能辐射出C＝10种不同频率的光子，但是这些光子中只有3→2、4→2、5→2跃迁时产生的光子在可见光的范围内，A错误；E5＝≈0.54 eV，氢原子从n＝5能级跃迁到n＝2能级释放的光子，其能量ΔE52＝－0.54 eV－(－3.4 eV)＝2.86 eV，而光子的能量大于钠的逸出功2.29 eV，则该用光子照射金属钠能发生光电效应，可以从金属钠的表面打出光电子，故B正确；氢原子从n＝5能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最大，则频率最大，波长最短，故C错误；氢原子从n＝5能级跃迁到n＝4能级时向外辐射光子，原子的总能量减小，电子做圆周运动的轨道半径变小，则核外电子运动的动能增大，故D正确．
9．如图所示的是氢原子的能级示意图，大量处于基态的氢原子吸收光子后，能向外辐射6种不同频率的光子，其中从n>2能级跃迁到n＝2能级向外辐射的光子频率处在巴耳末系，则下列说法正确的是(　　)
A．吸收的光子的能量可能为12.06 eV
B．按玻尔原子理论，氢原子吸收光子后，核外电子的动能减小
C．用能量10.0 eV的光子连续照射基态的氢原子，可以使其发生电离
D．向外辐射的光子中，有3种处于巴耳末系
解析：选B.由于受激发后的氢原子向低能级跃迁时能向外辐射6种不同频率的光子，则C＝6，解得n＝4，可知基态的氢原子吸收光子后跃迁到了n＝4能级，吸收的光子的能量等于两能级的能量差，则光子的能量ΔE＝E4－E1＝(－0.85)eV－(－13.6)eV＝12.75 eV，故A错误；氢原子吸收光子后，由基态跃迁到激发态，核外电子运动半径变大，电场力做负功，核外电子动能减小，故B正确；若想使处于基态的氢原子电离，光子的能量最小应为13.6 eV，故C错误；从n＝4能级向基态跃迁时，其中从n＝3能级跃迁到n＝2能级、从n＝4能级跃迁到n＝2能级，向外辐射的谱线处于巴耳末系，即有2种处于巴耳末系，故D错误．
10．(2025·宁夏银川市期末)氢原子的能级图如图甲所示，一群处于第4能级的氢原子向低能级跃迁过程中发出不同频率的光中，只有频率为νa、νb两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应．分别用频率为νa、νb的两个光源照射光电管阴极K，测得电流随电压变化的图像如图丙所示．下列说法正确的是(　　)
A．一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中最多能发出3种不同频率的光
B．图丙中的图线a所表示的光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的
C．图丙中的图线b所表示的光的光子能量为12.75 eV
D．处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为0.75 eV的光子并电离
解析：选C.一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中最多能发出C＝6种不同频率的光，故A错误；题图丙中的图线b所表示的光的遏止电压较大，则光电子最大初动能较大，所对应的光子能量较大，原子跃迁对应的能级差较大，即对应于由第4能级向基态跃迁，则光子能量ΔE41＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，故B错误，C正确；处于第4能级的氢原子至少要吸收0.85 eV的能量才能电离，故D错误．
11．(多选)氢原子能级图如图所示，若大量氢原子处于n＝1，2，3，4的能级状态，已知普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，1 eV＝1.6×10－19 J，某锑铯化合物的逸出功为2.0 eV，则(　　)
A．这些氢原子跃迁过程中最多可发出3种频率的光
B．这些氢原子跃迁过程中产生光子的最小频率为1.6×1014 Hz
C．这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出
D．一个动能为12.5 eV的电子碰撞一个基态氢原子不能使其跃迁到激发态
解析：选BC.这些氢原子跃迁过程中最多可发出C＝6种频率的光，故A错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光子的能量最小为E＝E4－E3＝0.66 eV，这些氢原子跃迁过程中产生光子的最小频率ν＝＝ Hz＝1.6×1014 Hz，故B正确；某锑铯化合物的逸出功为2.0 eV，则这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出，分别是从n＝4能级跃迁到n＝1能级发出的光子，从n＝3能级跃迁到n＝1能级发出的光子，从n＝2能级跃迁到n＝1能级发出的光子，从n＝4能级跃迁到n＝2能级发出的光子，故C正确；一个基态氢原子跃迁到激发态所需的最小能量Emin＝E2－E1＝10.2 eV，一个动能为12.5 eV(大于10.2 eV)的电子碰撞一个基态氢原子能使其跃迁到激发态，故D错误．(共3张PPT)
章末知识网络建构
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THANKS(共41张PPT)
第三节　核力与核反应方程
学习目标
1.知道原子核的组成，知道核子的概念．　2.掌握质量数、电荷数和核子数之间的关系．　3.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程．　4.了解四种基本相互作用，知道核力的性质．　5.知道原子核的结合能和比结合能的概念，知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、原子核的组成
1．1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核时，发现了一种新粒子，这种粒子带有一个单位的正电荷，其质量与氢原子的质量相近，人们把这种粒子命名为______．
2．卢瑟福预言原子核内应该还存在着质量跟质子差不多的不带电的中性粒子，他把这种粒子称为______．后来他的学生__________在用射线轰击铍时产生了一种能量较高、贯穿能力很强的中性粒子，并证实这就是卢瑟福所预言的中子．
质子
中子
查德威克
3．原子核是由中子和质子组成的，中子与质子的质量几乎相等．组成原子核的中子和质子被统称为核子．由于原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，我们把这个倍数叫作原子核的质量数，原子核的质量数就是核内的核子数．一个质量数为A、电荷数为Z的原子核包含Z个质子和(A－Z)个中子．原子核常用符号AZX表示，其中X为元素符号．
二、核反应方程
1．利用天然放射性的高速粒子或人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核，这个过程叫作核反应．
2．在核反应过程中，原子核的质量数和电荷数会发生变化，同时伴随着能量的释放或吸收，所放出或吸收的能量叫作反应能．
3．大量的实验测量表明，在核反应过程中，方程两边总的________和________是守恒的．原子核在发生衰变时也具有相同的特点，电荷数和质量数总是守恒的．
质量数
电荷数
三、核力及四种基本相互作用
1．核力
组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，它使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力被称为核力，核力属于____相互作用．
2．四种基本相互作用：强相互作用、万有引力、电磁相互作用和弱相互作用．
强
四、结合能
1．结合能
由于核子间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是需要提供一定的能量，根据能量守恒，核子结合成原子核时也会放出一定的能量，这个能量叫作原子核的________．
2．比结合能
原子核的结合能与________之比称为该原子核的__________，也叫平均结合能．
结合能
核子数
比结合能
3．质量亏损
核子结合成原子核时，反应前后存在质量亏损，此亏损的质量与反应中释放的能量相对应．
4．质能方程
ΔE＝Δmc2，式中ΔE为结合能，Δm为质量亏损．
判断下列说法是否正确．
(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡．　(　　)
(2)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．(　　)
(3)在核反应过程中，质量数和电荷数守恒．(　　)
(4)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．　(　　)
(5)比结合能越大，原子核越稳定．(　　)
(6)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系．(　　)
×
√
√
×
√
×
第1课时　原子核的组成及核反应
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　原子核的组成
查德威克实验示意图如图所示，用天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B.
试探究：(1)在这个实验中粒子流A是什么粒子？
(2)粒子流B又是什么粒子？
[提示]　(1)A为中子流．
(2)B为质子流．
1．原子核
(2)基本关系：原子核的电荷数(Z)＝核内的质子数＝元素的原子序数＝核外电子数．
原子核的质量数(A)＝核内的核子数＝质子数＋中子数．
3．三个概念
(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数．
(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数，简称核电荷数．
(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数．
√
　　　已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：
(1)镭核中有多少个质子？多少个中子？
[解析]　镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.
[答案]　88　138　
(2)镭核所带的电荷量是多少？(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，结果保留小数点后2位)
[解析]　镭核所带电荷量：
Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C.
[答案]　1.41×10－17 C
(3)呈中性的镭原子，核外有多少个电子？
[解析]　呈中性的镭原子的核外电子数等于核内质子数，故核外电子数为88.
[答案]　88
知识点二　核反应方程
(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数守恒确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据电荷数守恒确定β衰变的次数．
3．核反应
(1)核反应条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．
(2)核反应实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．
(3)核反应遵循的规律
①质量数、电荷数守恒；②动量守恒．
√
√
设需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有93＝2x－y＋83，4x＝237－209，解得x＝7，y＝4，故C正确；
一个原子核在一次衰变中要么是α衰变，要么是β衰变，同时伴随γ射线的产生，可以同时放出α粒子和γ粒子或者β粒子和γ粒子，不能同时放出三种粒子，故B错误；
半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适用，故D错误．
知识点三　衰变粒子在电场或磁场中的运动
√
√
[解析]　根据原子核衰变，电荷数和质量数守恒，故A正确；
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
√
√
√
放射性物质的半衰期越短，衰变进行越快，放射性废料越容易处理，D正确．
3．(衰变粒子在磁场中的运动)实验观察到，静止在匀强磁场中某点的原子核发生了β衰变．若磁场方向垂直于纸面向外，衰变产生的新核与电子恰好在纸面内做匀速圆周运动，则关于两者运动轨迹以及方向的示意图正确的是(　　)
√
中为发现质子的核反应方程
中为发现中子的核反应方程　
题组1　电子的发现
1．关于阴极射线，下列说法正确的是(　　)
A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象
B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流
C．阴极射线管中的高电压是为了使电子加速
D．阴极射线管中的高电压是为了使电子偏转，使实验现象更明显
解析：选C.阴极射线是在真空管内由负极放出的高速电子流，不是辉光放电现象，故A、B错误；阴极射线管中的高电压方向与电子运动方向平行，使电子加速，不会使电子发生偏转，故C正确，D错误．
2．关于阴极射线，下列说法正确的是(　　)
A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁产生的
B．只要阴、阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C．阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波
D．阴、阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
解析：选D.阴极射线是由阴极直接发出的，A错误；只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，B错误，D正确；阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是极小的粒子，C错误．
3．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线(电子束)将(　　)
A．向纸内偏转　　　 　 B．向纸外偏转
C．向下偏转 D．向上偏转
解析：选D.由题目条件不难判断阴极射线管所在处磁场方向垂直于纸面向外，电子从负极射出，由左手定则可判定阴极射线(电子束)向上偏转，故D正确．
题组2　α粒子散射实验及原子的核式结构
4．下列说法正确的是(　　)
A．卢瑟福通过α粒子散射实验证明了在原子核内部存在质子
B．卢瑟福通过α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
C．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子核的结构
D．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构
解析：选D.卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构，其他说法跟该实验无必然关系．
5．(多选)在α粒子散射实验中，如果一个α粒子跟金箔中的电子相碰，下列说法正确的是(　　)
A．α粒子发生大角度的偏转
B．α粒子不会发生明显偏转
C．α粒子可能被弹回
D．α粒子能量几乎不变
解析：选BD.粒子间的碰撞满足动量守恒定律，因为α粒子的质量远远大于电子的质量，α粒子动量几乎不变，所以α粒子不会发生明显偏转，不可能被弹回，能量也几乎不会发生改变．故A、C错误，B、D正确．
6．α粒子散射实验中，大角度偏转(　　)
A．是由于与电子的碰撞
B．是由于库仑引力
C．反映了原子核由质子和中子组成
D．来源于原子核中带正电的核
解析：选D.α粒子散射实验中，α粒子受到原子核中带正电的核(质量大，带电量多)的库仑斥力的作用而发生大角度偏转．
7．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是(　　)
解析：选C.α粒子与原子核相互排斥，A、D错误；α粒子的运动径迹与原子核越近，其受到的库仑斥力越大，运动方向变化越明显，B错误，C正确．
8．关于原子模型及其建立过程，下列叙述正确的是(　　)
A.阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电荷量
B．汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷弥漫性地分布于球内；该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型取代
C．α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10－10 m
D．卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，电子绕核运动，库仑力提供向心力
解析：选B.阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，密立根精确测定了电子电荷量，A错误；汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷弥漫性地分布于球内，该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型取代，B正确；α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10－15 m，C错误；卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，电子绕核运动，D错误．
9.(多选)α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近的示意图如图所示，A、B、C分别位于两个等势面上，则以下说法正确的是(　　)
A．α粒子在A处的速度比B处的速度小
B．α粒子在B处的动能最大，电势能最小
C．α粒子在A、C两处的速度大小相等
D．α粒子在B处的速度比在C处的速度要小
解析：选CD.α粒子由A经B运动到C，由于受到库仑斥力的作用，α粒子先减速后加速，A错误，D正确；库仑斥力对α粒子先做负功后做正功，使动能先减小后增大，电势能先增大后减小，B错误；A、C处于同一个等势面上，从A到C库仑力不做功，α粒子在A、C两处的速度大小相等，C正确．
10．如图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线，要使荧光屏的亮线向下(z轴负方向)偏转，下列措施可采用的是(　　)
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
解析：选B.加磁场时，由左手定则可判断磁场方向应沿y轴正方向；加电场时，电场方向应沿z轴正方向．
11．(8分)试利用α粒子散射实验结果估算金原子核的半径r的大小(已知：点电荷的电势U＝，k＝9.0×109 N·m2/C2，金原子序数为79，α粒子质量mα＝6.64×10－27 kg，α粒子速度v＝1.6×107 m/s，e＝1.6×10－19 C).
解析：当α粒子的速度减为0时，α粒子与金原子核间的距离最小，约等于金原子核的半径．此过程中α粒子的动能转化为电势能．由mαv2＝，解得金原子核的半径r＝
代入数据解得r≈4×10－14 m.
答案：4×10－14 m
12．(10分)密立根实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C，油滴半径是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3.求油滴所带的电荷量；这个电荷量是电子电荷量的多少倍？(π取3.14, g取9.8 m/s2，e取1.6×10－19 C)
解析：小油滴质量m＝ρV＝ρ·πr3
由题意得mg＝Eq
联立解得q＝＝
C
≈8.02×10－19 C
小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的n倍，则
n＝＝≈5.
答案：8.02×10－19 C　5(共20张PPT)
课后达标检测
题组1　电子的发现
1．关于阴极射线，下列说法正确的是(　　)
A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象
B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流
C．阴极射线管中的高电压是为了使电子加速
D．阴极射线管中的高电压是为了使电子偏转，使实验现象更明显
√
解析：阴极射线是在真空管内由负极放出的高速电子流，不是辉光放电现象，故A、B错误；
阴极射线管中的高电压方向与电子运动方向平行，使电子加速，不会使电子发生偏转，故C正确，D错误．
2．关于阴极射线，下列说法正确的是(　　)
A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁产生的
B．只要阴、阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C．阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波
D．阴、阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
√
解析：阴极射线是由阴极直接发出的，A错误；
只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，B错误，D正确；
阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是极小的粒子，C错误．
3．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线(电子束)将(　　)
√
A．向纸内偏转　B．向纸外偏转
C．向下偏转 D．向上偏转
解析：由题目条件不难判断阴极射线管所在处磁场方向垂直于纸面向外，电子从负极射出，由左手定则可判定阴极射线(电子束)向上偏转，故D正确．
题组2　α粒子散射实验及原子的核式结构
4．下列说法正确的是(　　)
A．卢瑟福通过α粒子散射实验证明了在原子核内部存在质子
B．卢瑟福通过α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
C．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子核的结构
D．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构
解析：卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构，其他说法跟该实验无必然关系．
√
5．(多选)在α粒子散射实验中，如果一个α粒子跟金箔中的电子相碰，下列说法正确的是(　　)
A．α粒子发生大角度的偏转
B．α粒子不会发生明显偏转
C．α粒子可能被弹回
D．α粒子能量几乎不变
解析：粒子间的碰撞满足动量守恒定律，因为α粒子的质量远远大于电子的质量，α粒子动量几乎不变，所以α粒子不会发生明显偏转，不可能被弹回，能量也几乎不会发生改变．故A、C错误，B、D正确．
√
√
6．α粒子散射实验中，大角度偏转(　　)
A．是由于与电子的碰撞
B．是由于库仑引力
C．反映了原子核由质子和中子组成
D．来源于原子核中带正电的核
解析：α粒子散射实验中，α粒子受到原子核中带正电的核(质量大，带电量多)的库仑斥力的作用而发生大角度偏转．
√
7．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是(　　)
√
解析：α粒子与原子核相互排斥，A、D错误；
α粒子的运动径迹与原子核越近，其受到的库仑斥力越大，运动方向变化越明显，B错误，C正确．
8．关于原子模型及其建立过程，下列叙述正确的是(　　)
A.阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电荷量
B．汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷弥漫性地分布于球内；该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型取代
C．α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10－10 m
D．卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，电子绕核运动，库仑力提供向心力
√
解析：阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，密立根精确测定了电子电荷量，A错误；
汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷弥漫性地分布于球内，该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型取代，B正确；
α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10－15 m，C错误；
卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，电子绕核运动，D错误．
9.(多选)α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近的示意图如图所示，A、B、C分别位于两个等势面上，则以下说法正确的是(　　)
√
A．α粒子在A处的速度比B处的速度小
B．α粒子在B处的动能最大，电势能最小
C．α粒子在A、C两处的速度大小相等
D．α粒子在B处的速度比在C处的速度要小
√
解析：α粒子由A经B运动到C，由于受到库仑斥力的作用，α粒子先减速后加速，A错误，D正确；
库仑斥力对α粒子先做负功后做正功，使动能先减小后增大，电势能先增大后减小，B错误；
A、C处于同一个等势面上，从A到C库仑力不做功，α粒子在A、C两处的速度大小相等，C正确．
10．如图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线，要使荧光屏的亮线向下(z轴负方向)偏转，下列措施可采用的是(　　)
√
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
解析：加磁场时，由左手定则可判断磁场方向应沿y轴正方向；加电场时，电场方向应沿z轴正方向．
答案：4×10－14 m
12．(10分)密立根实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电．从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中．小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡．已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C，油滴半径是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3.求油滴所带的电荷量；这个电荷量是电子电荷量的多少倍？(π取3.14, g取9.8 m/s2，e取1.6×10－19 C)
答案：8.02×10－19 C　5(共42张PPT)
章末过关检测(五)
√
√
√
√
√
A．红外线波段的光子
B．可见光波段的光子
C．紫外线波段的光子
D．X射线波段的光子
√
解析：β射线的穿透能力比γ射线的穿透能力弱，故A错误；
√
解析：衰变时发出的γ射线是电磁波，穿透能力很强，A错误；
根据反应过程满足电荷数和质量数守恒可知，X原子核中的电荷数为92，质量数235，则X原子核中的中子数为235－92＝143，B正确；
半衰期只适用于大量原子核发生衰变时，对于少数原子核衰变不适用，C错误；
√
半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核衰变不适用，故D错误．
9．氢原子的能级图如图，已知可见光的光子的能量范围为1.62～3.11 eV，对氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征的认识，下列说法正确的是(　　)
A．用能量为10.3 eV的光子照射氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
B．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
C.一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出4种不同频率的光子
D．处于n＝4能级的氢原子向不同能级跃迁，跃迁至n＝3能级时比跃迁至n＝2能级时辐射的光子频率高
√
解析：原子的跃迁能量必须等于能级差，基态的氢原子吸收10.2 eV的能量能从n＝1能级跃迁到n＝2能级，而能量10.3 eV大于10.2 eV，所以不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态，故A错误；
紫外线光子的最小能量为3.11 eV，处于n＝3能级的氢原子的电离能为1.51 eV，故处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离，故B正确；
一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出3种不同频率的光子，故C错误；
因能级差ΔE42>ΔE43，而ΔE＝hν，故处于n＝4能级的氢原子向不同能级跃迁，跃迁至n＝3能级时比跃迁至n＝2能级时辐射的光子频率低，故D错误．
√
解析：不同原子核的半衰期不同，A正确；
β衰变释放电子，来源于原子核，B错误；
钍的质子数为90，中子数为142，C错误；
裂变方程应满足质子数和质量数守恒，该方程不满足，D错误．
√
√
√
√
α粒子的穿透本领较弱，不能穿过金属外壳，B错误；
短时间内有大量烟雾粒子进入，会导致α粒子被吸收，粒子数变少，导致器件电流减小，C正确；
13．下列说法正确的是(　　)
√
√
解析：玻尔理论具有一定的局限性，电子没有确定的轨道，定态轨道是一个概率问题，故A正确；
裂变反应的进行需要达到临界体积或临界质量，故C正确；
(2)求此衰变过程释放的核能为多少？(保留2位有效数字)(4分)
解析：设m1＝238.007 u ，m2＝234.038 u，m3＝3.897 u
则质量亏损Δm＝m1－m2－m3＝0.072 u
根据公式ΔE＝Δmc2
解得释放的核能ΔE≈67 MeV.
答案：67 MeV
(2)求核反应过程中亏损的质量．(6分)
16．(10分)铀238的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2 kg铀238.
(1)经过45亿年后还剩下多少铀238？假设发生衰变的铀238均变成了铅206，则此矿石中含有多少铅？(6分)
答案：1 kg　0.866 kg
(2)若测出某块矿石中的铀、铅含量比为119∶309，求此矿石的年龄．(4分)
答案：90亿年
(2)计算该衰变反应中释放出的核能；(4分)
解析：根据爱因斯坦质能方程，释放的能量
E＝(m1－m2－m3)c2.
(3)若释放的核能全部转化为新核和x粒子的动能，则x粒子的动能为多少？(6分)(共34张PPT)
专题提升课4　玻尔原子模型的三个问题
专题深度剖析
PART
01
第一部分
微专题一　跃迁与电离
1．光子与实物粒子
(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，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1能级时能量不足，则可激发到n能级的问题．
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差，就可使原子发生能级跃迁．
2．一群原子和一个原子
如果只有一个氢原子，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，只能出现所有可能情况中的一种，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．
3．电离：指电子获得能量后脱离原子核的束缚成为自由电子的现象．
电离态：指n→∞，E＝0的状态．
电离能：电子发生电离所需的能量．
4．氢原子跃迁与电离的区别
hν＝En－Em(m　　　(多选)氢原子的能级图如图所示，欲使处于基态的氢原子跃迁，下列措施可行的是(　　)
A．用10.2 eV的光子照射
B．用11 eV的光子照射
C．用12.75 eV的光子照射
D．用11 eV的电子碰撞
√
√
√
[解析]　由玻尔理论的跃迁假设可知，氢原子在各能级间跃迁，只能吸收能量值刚好等于两能级能量差的光子．由氢原子能级关系不难算出，10.2 eV刚好为氢原子n＝1和n＝2的两能级能量差，12.75 eV刚好为n＝1和n＝4的两能级能量差，而11 eV不是氢原子基态和任一激发态的能量差，因而氢原子能吸收前两者被激发，而不能吸收后者．用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子跃迁．综上可知，A、C、D正确．
　　　如图所示的是氢原子的能级图．用不同频率的光分别照射一群处于基态的氢原子，能够使基态氢原子发生电离的光子的能量值是(　　)
A.10.2 eV　　　 　　 B．12.09 eV
C．13.06 eV D．14 eV
[解析]　能够使基态氢原子被电离至少需要13.6 eV的能量，故A、B、C不符合题意，D符合题意．
√
　　　(多选)如图所示，这是氢原子的能级图．用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，则下列说法正确的是(　　)
A.氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时辐射光的波长最短
B．辐射光中，光子能量为0.31 eV的光波长最长
C．用此光子照射基态的氢原子，能够使其电离
D．用光子能量为14.2 eV的光照射基态的氢原子，能够使其电离
√
√
[解析]　因为－13.6 eV＋13.06 eV＝－0.54 eV，知氢原子跃迁到第5能级，并没有发生电离，从n＝5跃迁到n＝1辐射的光子能量最大，波长最短，从n＝5跃迁到n＝4辐射的光子能量为0.31 eV，波长最长，A、C错误，B正确；
用光子能量为14.2 eV的光照射基态的氢原子，能够使其电离，D正确．
微专题二　能级跃迁与光电效应
　　　图甲是某光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，图乙为氢原子的能级图．一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光照射光电管，发出的光电子的最大初动能为(　　)
A．2.29 eV　　 B．9.80 eV
C．10.20 eV D．12.09 eV
√
[解析]　由图像及光电方程Ek＝hν－W0可得W0＝2.29 eV，处于n＝3能级的氢原子向基态能级跃迁时，发出的光频率最大，光子能量最大，hν＝E3－E1＝12.09 eV，根据Ek＝hν－W0＝12.09 eV－2.29 eV＝9.80 eV，B正确．
　　　氢原子能级示意图如图所示，已知大量处于基态的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光．金属铯的逸出功为1.90 eV.下列说法正确的是(　　)
A．氢原子能自发地从低能级向高能级跃迁
B．基态氢原子受到照射后跃迁到n＝3能级
C．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级发出的光子能使金属铯发生光电效应
D．用氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级发出的光子照射金属铯表面，得到光电子的最大初动能为11.7 eV
√
[解析]　氢原子从低能级向高能级跃迁需要吸收能量，不能自发进行，故A错误；
一群处于基态的氢原子受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光，根据C2n＝6说明氢原子是从n＝4能级向低能级跃迁，所以基态氢原子受到照射后跃迁到n＝4能级，故B错误；
氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级发出的光子的能量E＝E4－E2＝[－0.85－(－3.4)] eV＝2.55 eV，大于金属铯的逸出功1.90 eV，所以能使金属铯发生光电效应，故C正确；
用氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级发出的光子照射金属铯表面，由光电效应方程，得出光电子的最大初动能Ek＝(E2－E1)－W0＝[－3.4－(－13.6)－1.90] eV＝8.3 eV，故D错误．
　　　(多选)氢原子的核外电子从距离核较近的轨道跃迁到距离核较远的轨道过程中(　　)
A．原子要吸收光子
B．原子的电势能减小
C．原子的能量减小
D．电子的动能减小
[解析]　核外电子从低轨道到高轨道，需吸收光子，轨道变高，则原子势能增大，电子动能减小，原子能量增大，B、C错误，A、D正确．
√
√
(1)求原子系统具有的能量．
[答案]　－0.85 eV
(2)求电子在n＝4轨道上运动的动能．
[答案]　0.85 eV
(3)若要使处于n＝2能级的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？
[答案]　8.21×1014 Hz
随堂巩固落实
PART
02
第二部分
1．(能级跃迁)弗兰克—赫兹实验中，电子碰撞原子，原子从低能级跃迁到高能级．它为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持．氢原子的能级图如图所示．电子由静止开始经过加速电场加速后，与静止的氢原子发生碰撞，下列能使处于基态的氢原子跃迁到第2能级的加速电压为(　　)
A．3.4 V B．5.1 V
C．7.0 V D．11 V
√
解析：由题图可知，基态与第2能级的能级差ΔE＝E2－E1＝10.2 eV，因为电子为实物粒子，其动能大于能级差即可，由E＝eU知加速电压应该满足U>10.2 V，D正确．
2．(几种跃迁的对比)玻尔解释氢原子光谱画出的氢原子能级图如图所示，一群处于n＝4激发态的氢原子，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的是(　　)
A．这群氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的
光子
B．核外电子的轨道半径减小、动能增大
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级时发出光子的波长最长
D．已知金属钾的逸出功为2.25 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可使金属钾发生光电效应
√
当原子从第4能级向低能级跃迁时，原子的能量减小，轨道半径减小，电子的动能增大，电势能减小，故B正确；
由n＝4能级跃迁到n＝1能级时辐射的光子能量最大，发出光子的频率最大，波长最短，故C错误；
从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量E＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV<2.25 eV，则不能使金属钾发生光电效应，故D错误．
3．(跃迁和电离)如图所示的是氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV～3.11 eV，镁的逸出功为5.9 eV，以下说法错误的是(　　)
A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射镁板一定能发生光电效应现象
B．用能量为11.0 eV的自由电子轰击处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态
C．处于n＝2能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
D．处于n＝4能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
√
解析：只有氢原子从高能级向基态跃迁发射的光子能量大于5.9 eV时，才会使镁板发生光电效应，A正确，不符合题意；
n＝1和n＝2能级的能量差为10.2 eV，用能量为11.0 eV的自由电子轰击处于基态的氢原子，氢原子会吸收10.2 eV的能量从基态跃迁到n＝2能级，B正确，不符合题意；
紫外线的光子能量大于3.11 eV，n＝2能级的氢原子吸收能量大于3.4 eV的光子才会电离，因此n＝2能级的氢原子不能吸收任意频率的紫外线，光子的能量等于两能级间的能级差，才能被吸收，C错误，符合题意；
处于n＝4能级的氢原子的能量为－0.85 eV，紫外线的光子能量大于3.11 eV，可知处于n＝4能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离，D正确，不符合题意．
4．(玻尔原子模型的能量问题)按玻尔原子模型，氢原子核外电子分别在第1、2轨道上运动时，其有关物理量的关系是(　　)
A．电子的动能Ek1B．电子转动的角速度ω1>ω2
C．电子转动的向心加速度a1D．氢原子的能量E1>E2
√
由低能级跃迁到高能级需要吸收能量，则氢原子的能量E1课后达标检测
题组1　原子核的组成
1．下列关于原子核的相关说法正确的是(　　)
A．天然放射现象的发现说明了原子核是可以再分的
B．原子核的电荷数不是它的电荷量，但质量数是它的质量
C．卢瑟福通过实验发现了质子和中子
√
解析：天然放射现象中，射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的，因此说明了原子核可以再分，故A正确；
原子核的电荷数不是它的电荷量，质量数也不是它的质量，故B错误；
卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，查德威克通过实验发现了中子，故C错误；
√
3．卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子(即中子)存在．他的主要依据是通过实验发现原子核(　　)
A．核外电子数与核内质子数相等
B．核电荷数与核外电子数相等
C．核电荷数与核内质子数相等
D．核电荷数约是质量数的一半或更少一些
解析：卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子(即中子)存在．他的主要依据是通过实验发现原子核的核电荷数约是质量数的一半或更少一些，故D正确，A、B、C错误．
√
A．原子核的质子数为Z，中子数为A
B．原子核的质子数为Z，中子数为A－Z
C．原子核的质子数为A，中子数为Z
D．原子核的质子数为A－Z，中子数为Z
解析：根据原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A－Z，所以B正确．
√
√
√
7．原子序数为n的某放射性元素经过1次α衰变和1次β衰变，衰变后元素的原子序数为(　　)
A．n－2 B．n－1
C．n＋1 D．n＋2
√
√
√
解析：根据电荷数守恒，U的电荷数Z＝90＋0＋2＝92，根据质量数守恒，U的质量数A＝232＋1＝233，U的中子数N＝A－Z＝141.
题组3　衰变粒子在磁场中的运动
10.(多选)实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变，衰变产生的新核和释放出的粒子恰能在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．原子核发生的是α衰变
B．磁场方向垂直于纸面向里
C．轨迹2是新核的
D．释放出的粒子和新核具有相同的动能
√
√
解析：衰变后新核和粒子的运动方向相反，由洛伦兹力提供向心力可知，新核和粒子的电性相反，新核带正电荷，则粒子带负电荷，所以应该是β衰变，故A错误；
由左手定则可知，磁场方向垂直于纸面向里，故B正确；
√
√
√
√
13．图为卢瑟福发现质子的实验装置．M是显微镜，S是荧光屏，窗口F处装有银箔，氮气从阀门T充入，A是放射源．下列说法正确的是(　　)
√
解析：卢瑟福通过用α粒子轰击氮核发现了质子，装置中A为放射源，放出的为α粒子，由于F处装的银箔刚好能阻止α粒子穿过，因此没有充入氮气之前无质子产生，不可能在S上见到质子引起的闪烁，A、B错误；
充入氮气后，α粒子轰击氮核产生质子，质子穿过银箔，引起荧光屏S的闪烁，C错误；
14．现代已知碳的同位素共有十五种，有碳8至碳22，其中碳12和碳13属于稳定型，碳14是宇宙射线透过空气时撞击氮原子核产生的，碳14是一种放射性的元素，衰变为氮14.图中包含碳14衰变相关信息，结合这些信息可以判定下列说法正确的是(　　)
√
半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，即对个别或极少数原子核无半衰期可言，B错误；第五节　裂变和聚变
1.知道重核的裂变反应和链式反应的发生条件．　2.了解裂变反应堆的类型，知道核电站的工作模式．　3.知道聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展．　4.会分析和计算核裂变和核聚变过程释放的核能．　5.初步了解粒子物理学的基础知识．
一、核裂变与链式反应
1．核裂变与核聚变
(1)比铁原子核重的一个重核分裂成两个较轻的核时，会释放出能量，我们把这种核反应叫作核裂变．
(2)比铁原子核轻的两个轻核聚合成一个较重的核时，也会释放出能量，我们把这种核反应叫作核聚变．
2．链式反应：为了使裂变产生的能量可以被利用，必须让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去，源源
不断地将核能释放出来．这样的核反应叫作链式反应．
3．铀核裂变方程：U＋n→Ba＋Kr＋3n．
4．临界体积：能够发生链式反应的铀块最小体积．
二、核聚变及受控热核反应
1．两个轻核结合成质量较大的核，会发生核聚变，核聚变后比结合能增加，释放出大量的能量．例如，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核(同时放出一个中子)的核反应方程为 H＋H→He＋n.
Ｋ
2．要使原子核发生聚变，必须使它们接近10－15m，也就是接近到核力能够发生作用的范围．由于原子核都是带正电的，要使它们接近到这种程度，必须克服电荷之间强大的静电斥力．这就要把它们加热到很高的温度，使原子核具有很大的动能．核聚变又叫作热核反应．
3．人工的热核反应可以通过原子弹爆炸时产生的高温来达到，氢弹就是这样制成的．如果热核反应所释放的巨大能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用(例如发电)，这被称为受控热核反应．
三、核能利用
1．原子弹爆炸时链式反应的速度是不加控制的，为了人工控制链式反应的速度，使核能平缓地释放出来，人们制成了核反应堆．
2．慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水．
3．控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒被称为控制棒．
4．核反应堆工作时，核燃料裂变释放出的核能转变为热能，使反应堆的温度升高．水、液态钠等流体在反应堆内外循环流动，不断地带走热能，输出的热能可用于发电．
5．核污染的处理
为了防止铀核裂变物放出的各种射线对人体产生危害，在核反应堆的外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射线，不让它们透射出来．对放射性的废料，也要装入特制的容器中，埋入深地层来处理．
四、粒子物理学
1．按照基本粒子之间的相互作用，可以把基本粒子分为强子、轻子和传播子三类．
2．凡是参与强相互作用的粒子都叫作强子．
3．轻子是不参与强相互作用的粒子，目前只发现了6种，电子是最早发现的轻子．
4．传播子是传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子、胶子．
判断下列说法是否正确．
(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．(　　)
(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．(　　)
(3)控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的．(　　)
(4)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．(　　)
提示：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×
知识点一　重核的裂变
eq \a\vs4\al()
图为重核裂变的链式反应．
试探究：(1)什么是链式反应？
(2)链式反应中的临界体积和临界质量分别指什么？
　
[提示]　(1)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叫链式反应．
(2)能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量．
1．铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．
(3)常见的裂变方程：
①U＋n→Xe＋Sr＋2n.
②U＋n→Ba＋Kr＋3n.
2．链式反应的条件
(1)铀块的体积大于临界体积．
(2)铀块的质量大于临界质量．
以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．
3．裂变反应的能量
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于 2 800 t 标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．
　一个中子n被U捕获后生成Xe和Sr的过程中释放出ΔE的核能．已知真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　)
A．该反应是原子核的聚变
B．U没有放射性
C．该反应过程中的质量亏损为
D．U的比结合能为
[解析]　由质量数守恒、电荷数守恒可得，核反应方程为n＋U→Xe＋Sr＋10n，该反应属于原子核的裂变，故A错误；原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性，U有放射性，故B错误；已知真空中光速为c，根据ΔE＝Δmc2，可得反应过程中的质量亏损Δm＝，故C正确；U的结合能并不是它衰变时放出的能量，所以 eq \a\vs4\al(U) 的比结合能不是，故D错误．
[答案]　C
　我国自主研发的“玲珑一号”核反应堆，是全球最小的商用核反应堆，核反应方程为U＋n→Ba＋ Kr＋3n＋γ，反应产物Ba会发生β衰变．已知核92U、Ba、 Kr和n的质量分别是235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u和1.008 7 u，1 u为1.66×10－27 kg，真空中的光速c＝3×108 m/s，则下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程中的x＝57，y＝89
B．U核的比结合能小于Ba核的比结合能
C．Ba的衰变方程为Ba＋n→X＋e
D．一个U核裂变放出的核能约为3.2×10－10 J
[解析]　根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程中的x＝56，y＝92，故A错误；核反应的产物比反应物更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，可知U核的比结合能小于Ba核的比结合能，故B正确；根据题意可知，Ba会发生β衰变，因此其衰变方程为Ba→La＋e，故C错误；根据爱因斯坦的质能方程有ΔE＝Δmc2＝(235.043 9 u＋1.008 7 u－140.913 9 u－91.897 3 u－3×1.008 7 u)c2，解得ΔE≈3.2×10－11 J，故D错误．
[答案]　B
知识点二　核电站的工作原理
eq \a\vs4\al()
慢中子反应堆的示意图如图所示．
试探究：(1)铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？
(2)如何控制核裂变反应的激烈程度？
[提示]　(1)慢中子．
(2)控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，将控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，反之，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些．
1．反应堆工作原理
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源．铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变．慢化剂附在铀棒周围．
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．
发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．
2．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少．
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大．
(3)对环境的污染要比火力发电小．
　原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成(　　)
A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料、减速剂、发热系统和热传递系统
C．原子燃料、减速剂、碰撞系统和热传递系统
D．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统
[解析]　原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀235占2%～4%)制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用减速剂(如石墨、重水、普通水)，让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制调节系统用于调节中子的数目以控制反应速度，它由镉做成的放置在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全．
[答案]　A
知识点三　核聚变及核能的计算
1．核聚变发生的条件
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，这要克服电荷间强大的库仑斥力，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．
2．轻核聚变是放能反应
从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．
3．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．
(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．
4．核聚变的应用
(1)核武器——氢弹，它首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．
(2)可控人工核聚变：目前处于探索阶段．
5．重核裂变与轻核聚变的区别
项目 重核裂变 轻核聚变
放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍
核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
续　表
项目 重核裂变 轻核聚变
原料的蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要
可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，人工产生的热核反应主要用在核武器上，人们还不能控制它
角度1　核聚变的理解
　ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克，俗称“人造太阳”．人造太阳中发生的主要是氢的同位素——氘和氚的核聚变反应．下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程为H＋H→He＋H
B．该核反应过程吸收能量
C．该核反应生成物的质量大于反应物的质量
D．聚变生成物He的比结合能大于反应物H的比结合能
[解析]　核反应方程中质量数与电荷数守恒，而A选项中的电荷数不守恒，A错误；核聚变反应过程放出能量，B错误；核聚变反应有大量的能量放出，由爱因斯坦质能方程知，有质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量，C错误；比结合能越大，原子核越稳定，故He的比结合能大于H的比结合能，D正确．
[答案]　D
角度2　核聚变中核能的计算
　两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为 2.014 1 u，氦核质量为 4.002 6 u.
(1)写出相应的核反应方程。
(2)求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量．已知：阿伏伽德罗常量NA为6.0×1023 mol－1，氘核的摩尔质量为2 g/mol，1 u相当于931.5 MeV的能量．(结果保留2位有效数字)
[解析]　(1)核聚变反应的方程为
H＋H→He.
(2)两个氘核结合成一个氦核时释放的能量为
ΔE＝Δmc2＝(2×2.014 1 u－4.002 6 u)c2
＝0.025 6×931.5 MeV≈23.8 MeV
由于1 kg氘中含有一对的氘核数为n＝××NA＝××6.0×1023＝1.5×1026(个)
1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量为
E＝nΔE＝1.5×1026×23.8 MeV≈3.6×1027 MeV.
[答案]　(1)H＋H→He　(2)3.6×1027 MeV
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(重核的裂变)一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U＋n→X＋Sr＋2n，则下列叙述正确的是(　　)
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，裂变后的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
解析：选A.X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；中子数为(235－92)＋1－(94－38)－2＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误．
2．(核电站的工作原理)(2025·东莞阶段练)核聚变和核裂变是两种核反应的形式．下列关于核聚变和核裂变的说法正确的是(　　)
A．核电站获得核能的典型核反应方程为U→Ba＋Kr＋2n
B．核聚变反应可以自发进行，不需要任何条件
C．核聚变和核裂变均放出能量
D．我国的核电站都是采用核聚变发电的
解析：选C.核电站获得核能的典型核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，故A错误；轻核聚变需要很高的温度，使发生反应的两个核有较大的相对动能，故B错误；核聚变和核裂变均放出能量，故C正确；我国的核电站都是采用核裂变发电的，故D错误．
3．(核聚变及核能)科学家设想未来较为理想的可控核聚变反应方程为H＋B→3X，下列说法正确的是(　　)
A．X为C
B．该方程为α衰变方程
C．该反应质量数守恒
D．大亚湾核电站采用核聚变反应发电
解析：选C.根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为4，电荷数为2，则X为He，故A错误，C正确；该方程为可控核聚变，故B错误；大亚湾核电站采用核裂变反应发电，故D错误．
4．(核裂变与核聚变)(多选)轻核聚变的一个核反应方程为H＋H→He＋X，若已知H的质量为m1，H的质量为m2，He的质量为m3，X的质量为m4，则下列说法正确的是(　　)
A．H和H在常温下就能够发生聚变
B．X是中子
C．这个反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
D．秦山核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的
解析：选BC. H和H在高温下才能够发生聚变，A错误；核反应方程为H＋H→He＋n，X是中子，B正确；这个反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，C正确；我国秦山核电站是利用核裂变释放的能量来发电的，D错误．(共48张PPT)
第二节　放射性元素的衰变
学习目标
1.知道天然放射现象及其规律．　2.理解三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们．
3．知道放射现象的实质是原子核的衰变；知道两种衰变的基本性质，掌握原子核的衰变规律．
4．会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义．会利用半衰期解决相关问题．
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、放射性的发现
1．1896年，法国物理学家__________发现铀和含铀的矿物都能发出一种看不见的射线，它可以使包在黑纸里的照相底片感光．这种物质放射出射线的性质叫作________．具有放射性的元素叫作放射性元素．
2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra).
贝可勒尔
放射性
3．原子序数大于______的所有元素都有放射性，原子序数小于或等于______的元素，有的也具有放射性．
4．能自发地放出射线的元素叫作________________．
83
83
天然放射性元素
二、原子核衰变
放射性元素放出的射线常见的有三种：α射线、β射线和γ射线．
1．α射线：α射线是高速运动的α粒子流，电荷数是2，质量数是4，实际上就是氦原子核．α粒子的速度可达光速的十分之一，具有很高的动能，很容易使气体电离，但因为它在碰撞时很容易损失能量，所以贯穿物体的本领很小．
2．β射线：β射线是高速运动的电子流，速度可达光速的99%，电离作用较弱，贯穿本领较强．
3．γ射线：γ射线不带电，它是频率很高的电磁波，波长很短，在10－10 m数量级以下，其电离作用最小，贯穿本领却最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板．
4．衰变：上述三种射线都是原子核放射出来的．原子核放出α粒子或β粒子后，会变成新的原子核．我们把一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变，把放出α粒子的衰变称为α衰变，放出β粒子的衰变称为β衰变．
2．对半衰期的理解
(1)每一种放射性元素都有一定的半衰期，不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大．
(2)放射性元素的半衰期，描述的是大量该元素衰变的统计规律．对于一个特定或少量原子来说，我们只知道其发生衰变的概率，而无法预测其何时发生衰变．
(3)放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关．
判断下列说法是否正确．
(1)放射性元素的放射性都是自发的现象．(　　)
(2)α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速．(　　)
(3)β射线能穿透几毫米厚的铅板．(　　)
(4)γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱．(　　)
(5)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半．(　　)
(6)半衰期可以通过人工进行控制．(　　)
√
×
×
√
×
×
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　三种射线的性质
三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图如图所示．
(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转，
说明了什么？
(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径，这说明什么问题？
1．α、β、γ三种射线的比较
种类 α射线 β射线 γ射线
速率 0.1c 0.99c c
穿透 能力 最弱，用一张纸就能挡住 较强，能穿透几毫米厚的铝板 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土
电离 作用 很强 较弱 很弱
在磁 场中 偏转 偏转 不偏转
2.三种射线在磁场、电场中偏转情况的比较
(1)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图甲所示．
(2)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图乙所示．
　　　如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率将大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是(　　)
A．α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
√
[解析]　在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线，因此放射源可能是α和γ的混合放射源．
　　　(2025·深圳市期末)从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了运动方向，对地球起到了保护作用．地磁场的示意图(虚线，方向未标出)如图所示，赤道上方的磁场可看成与地面平行，若有来自宇宙的一束粒子流，其中含有α、β、γ射线以及质子，沿与地球表面垂直的方向射向赤道上空，则在地磁场的作用下(　　)
A．质子向北偏转
B．γ射线向东偏转
C．α射线向东偏转
D．β射线沿直线射向赤道
√
[解析]　赤道上方磁场方向与地面平行、由南向北，根据左手定则可知，带正电的α射线和质子向东偏转，带负电的β射线向西偏转，不带电的γ射线不偏转．
知识点二　原子核的衰变
原子核α衰变实质是放出一个氦原子核，β衰变实质是放出一个电子．
试探究：(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线？
(2)γ射线又是怎样产生的？
[提示]　(1)不能，一次衰变只能是α衰变或β衰变，不能同时发生α衰变和β衰变．
(2)放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子．
1．衰变种类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变．
(2)β衰变：放出β粒子的衰变．
2．衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒．
　　　原子核发生β衰变时，此β粒子是(　　)
A．原子核外的最外层电子
B．原子核外的电子跃迁时放出的光子
C．原子核内存在着的电子
D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出的一个电子
√
[解析]　原子核发生核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应时放出一个电子，原因是原子核内的中子变成了质子．
√
知识点三　半衰期
美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳－14计年法”，并因此荣获了1960年的诺贝尔奖．利用“碳－14计年法”可以估算出始祖鸟化石形成的年代．
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟化石形成的年代？
[提示]　半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．能够运用它来计算始祖鸟化石形成的年代是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关．
(2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确，为什么？
[提示]　这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变．
1．对半衰期的理解：半衰期是描述放射性元素衰变快慢的物理量，它只与核本身的因素有关，与外部因素无关，不同元素的半衰期是不同的．
3．半衰期的影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．
4．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．
√
√
半衰期只跟原子核内部结构有关，增加环境温度不能使镭226 的半衰期变为810年，故C错误；
半衰期是大量统计得到的数值，对少量原子核不适用，所以经过3 240年，100个镭226中不一定将有75个镭226发生衰变，故D错误.　
角度2　半衰期的计算
　　　(2025·河源市期末)考古鉴定古木的年代通常采用的是碳14测年法，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的比例会持续减少．已知14C发生衰变后变为14N，半衰期约为5 730年．现测量某古木样品中14C的比例，发现其正好是现代植物样品中14C比例的四分之一．下列说法正确的是(　　)
A．再过约5 730年，该样品中的14C将全部衰变
B．该古木生命活动结束的年代距今约11 460年
C．14C衰变为14N是α衰变
D．随着环境和气候的变迁，14C的半衰期可能会发生变化
√
[解析]　经过一个半衰期，该样品中14C的比例将变为原来的二分之一，不会全部衰变，A错误；
14C衰变为14N是β衰变，C错误；
样品所处环境和气候发生变化，不会改变14C的半衰期，D错误．
√
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
1．(天然放射现象)下列现象中，与原子核内部变化有关的是(　　)
A．α粒子散射 B．光电效应
C．天然放射现象 D．氢原子光谱
√
解析：α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及核内部的变化，A错误；
光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及原子核的变化，B错误；
天然放射现象是原子核内部发生变化自发地放射出α粒子或电子，从而发生α衰变或β衰变，反应的过程中核内核子数、质子数、中子数发生变化，C正确；
氢原子光谱是氢原子内的电子在不同能级跃迁时所发射或吸收不同波长、能量的光子而得到的光谱，没有涉及原子核的变化，D错误．
2．(三种射线的性质)(多选)我国自己研制的旋式γ刀性能很好．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(　　)
A．γ射线具有很强的穿透能力
B．γ射线具有很强的电离作用
C．γ射线波长很短，具有很高的能量
D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置
√
√
解析：γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞，A、C正确．因γ射线不带电，它的电离作用很弱；因波长很短，其衍射能力也很差，B、D错误．
3．(半衰期)某原子研究实验室发生放射性同位素泄漏事故．已知该元素的半衰期为3天，总放射量为人体最大允许量的8倍，则研究人员至少需等待几天后才能进入该实验室(　　)
A．3天 B．6天
C．9天 D．24天
√
4．(原子核的衰变和半衰期)核电池又称“放射性同位素电池”，某种核电池常用的放射性同位素是钚238( Pu)，其半衰期为87年，该电池利用α衰变放出的能量转化为电能，可为心脏起搏器提供电能，下列说法正确的是(　　)
A．温度升高钚238的半衰期缩短
B．钚238衰变后的原子核内质子数比中子数多50个
C．钚238衰变产生的α射线的电离本领比γ射线弱
√
解析：元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态和化学状态均无关，故A错误；
钚238衰变产生的α射线的电离本领比γ射线强，故C错误；(共39张PPT)
第2课时　氢原子光谱和原子的能级
课堂深度探究
PART
01
第一部分
知识点一　氢原子光谱的规律
1．氢原子的光谱
氢原子的光谱如图所示，光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光．
2．光谱分析
(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10－10 g.
(2)应用：鉴别物质和确定物质的组成成分．
4．其他谱线：除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末公式类似的关系式．
角度1　光谱和光谱分析
　　　(多选)对原子光谱，下列说法正确的是(　　)
A．线状谱和吸收光谱可用于光谱分析
B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
D．连续谱可以用来鉴别物质中含哪些元素
√
√
[解析]　线状谱和吸收光谱都含有原子的特征谱线，因此可用于光谱分析，A正确；
各种原子都有自己的特征谱线，故B错误，C正确；
对线状谱进行光谱分析可鉴别物质组成，连续谱不能用于光谱分析，D错误．
A．此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的
B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱
C．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱
D．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子的光谱
√
√
[解析]　此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，A正确，D错误；
公式中n只能取大于等于3的整数，λ不是连续值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确．
知识点二　对玻尔理论的理解
玻尔原子模型中提出了三条假设，其中跃迁是指电子在不同轨道之间的跃迁．
试探究：(1)跃迁与电离有什么区别？
[提示]　跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化过程，而电离则是指原子核外的电子获得一定能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程．
(2)跃迁与电离对光子的能量有什么要求？
[提示]　原子吸收光子的能量跃迁时必须满足能量条件，而只要大于电离能的任何光子的能量都能被吸收．
1．轨道量子化
(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值．
(2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数．
2．能量量子化
(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．
(2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6 eV.
3．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子，光子的能量由这两种定态的能量差决定．
　　　(多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是(　　)
A．核外电子运动轨道半径可取任意值
B．氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大
C．电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝|En－Em|
D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量
√
√
[解析]　根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；
氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；
由跃迁规律可知C正确；
氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误．
　　　原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光。下列说法正确的是(　　)
A．频率相同的光子能量不一定相同
B．原子跃迁发射的光子频率一定不连续
C．原子跃迁只产生单一频率的光子
D．激光照射金属板不可能发生光电效应
√
[解析]　根据ε＝hν可知，频率相同的光子能量相同，故A错误．
原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，电子轨道是量子化的，能量是量子化的，故而频率是不连续的，这也就成功解释了氢原子光谱不连续的特点，故B正确．
原子在不同的轨道之间跃迁产生不同频率的光子，故C错误．
根据Ek＝hν－W0可知，激光光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电效应，故D错误．
　　(多选)下列说法正确的是(　　)
A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线
√
√
[解析]　玻尔原子理论提出原子的能量是量子化的，故A错误；
根据玻尔理论可知，原子从低能级向高能级跃迁时吸收光子，从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差，故B错误，C正确；
根据玻尔理论可知，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此原子的光谱只有一些分立的亮线，故D正确．
知识点三　原子能级和能级跃迁
原子从一种定态跃迁到另一种定态时，会吸收或辐射出一定频率的光子．
试探究：(1)若从E3到E1是否只有E3→E1一种可能？
(2)如果是一群氢原子处于量子数为n的激发态，最多有多少条谱线？
1．对能级图的理解
(1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n＝1时对应的能量，其值为－13.6 eV.En代表电子在第n个轨道上运动时的能量．
(2)作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n＝1是原子的基态，n→∞是原子电离时对应的状态．
3．光子的发射
原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定．
hν＝En－Em(En、Em是始、末两个能级且m能级差越大，放出光子的频率就越高．
　　光子的发射和吸收过程是(　　)
A．原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
B．原子不能从低能级向高能级跃迁
C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级
D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量可大于始、末两个能级的能量差值
√
[解析]　原子从低能级向高能级跃迁要吸收光子，从高能级自发地向低能级跃迁要放出光子，不管是吸收光子还是放出光子，光子的能量总等于两能级之差，故A、B、D错误，C正确．
　　　(多选)(2024·重庆卷，T8)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像．Hα和Hβ分别为氢原子由n＝3和n＝4能级向n＝2能级跃迁产生的谱线(如图)，则(　　)
A．Hα的波长比Hβ的小
B．Hα的频率比Hβ的小
C．Hβ对应的光子能量为3.4 eV
D．Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态
√
√
[解析]　氢原子n＝3与n＝2的能级差小于n＝4与n＝2的能级差，则Hα与Hβ相比，Hα的波长大、频率小，故A错误，B正确；
Hβ对应的光子能量E＝(－0.85)eV－(－3.40)eV＝2.55 eV，故C错误；
氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量E＝(－3.40)eV－(－13.60)eV＝10.2 eV，Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故D正确．
　　　(2024·安徽卷，T1)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征．图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(　　)
A．1种　　 B．2种
C．3种 D．4种
√
[解析]　大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的光子种类为C23＝3种，辐射出光子的能量分别为ΔE1＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，ΔE3＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，其中ΔE1>3.11 eV，ΔE2<3.11 eV，ΔE3>3.11 eV，所以辐射不同频率的紫外光有2种．
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
1．(光谱)(多选)关于光谱，下列说法正确的是(　　)
A．炽热的液体发射连续谱
B．线状谱和吸收光谱都可以用来对物质进行分析
C．太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素
D．发射光谱一定是连续谱
√
√
解析：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，故A正确；
每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应，因此吸收光谱中的暗线也是原子的特征谱线，可以用来进行光谱分析，B正确；
太阳光谱中的暗线，说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素，C错误；
发射光谱有连续谱和线状谱，D错误．
2．(玻尔理论)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
√
解析：根据玻尔理论知，电子绕核做圆周运动的半径是一些分立值，故A错误；
电子绕核做圆周运动是稳定的，不发生电磁辐射，故B错误；
从低能级向高能级跃迁时，需吸收光子，故C错误；
当吸收的光子能量等于两能级间的能级差时，才能被氢原子吸收，所以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，故D正确．
3．(原子能级和能级跃迁)氢原子钟是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制和校准的石英钟．氢原子能级示意图如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．玻尔理论认为电子的轨道半径是连续的
B．玻尔理论能很好地解释各种复杂原子的光谱
C．大量处于n＝3能级氢原子可以辐射出3种不同频率的光
D．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级需要吸收能量
√
解析：玻尔理论认为原子的能量是量子化的，轨道半径也是量子化的，不是连续的，故A错误；
玻尔理论由于仍然保留了经典力学的理论，因此存在一定的局限性，只能解释氢原子的光谱，对复杂原子的光谱不适用，故B错误；
大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出C23＝3种不同频率的光，故C正确；
氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时向外辐射光子，放出能量，故D错误．
4．(原子能级和能级跃迁)如图所示的是氢原子的能级图，一群处于基态的氢原子吸收某种频率的光子后，跃迁到同一激发态上，处在激发态的氢原子不稳定，向低能级跃迁，可辐射多种频率的光子，其中能量最小的光子能量为0.31 eV，则氢原子处在基态时吸收的光子能量为(　　)
√
A．13.6 eV B．13.06 eV
C．12.75 eV D．12.09 eV
解析：根据能级图判断，能量最小的光子是从n＝5向n＝4跃迁的，因此氢原子处在基态时吸收的光子的能量E＝－0.54 eV－(－13.6 eV)＝13.06 eV.第二节　放射性元素的衰变
1.知道天然放射现象及其规律．　2.理解三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们．
3．知道放射现象的实质是原子核的衰变；知道两种衰变的基本性质，掌握原子核的衰变规律．
4．会用半衰期描述衰变的快慢，知道半衰期的统计意义．会利用半衰期解决相关问题．
一、放射性的发现
1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀和含铀的矿物都能发出一种看不见的射线，它可以使包在黑纸里的照相底片感光．这种物质放射出射线的性质叫作放射性．具有放射性的元素叫作放射性元素．
2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种能够发出更强射线的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra).
3．原子序数大于83的所有元素都有放射性，原子序数小于或等于83的元素，有的也具有放射性．
4．能自发地放出射线的元素叫作天然放射性元素．
二、原子核衰变
放射性元素放出的射线常见的有三种：α射线、β射线和γ射线．
1．α射线：α射线是高速运动的α粒子流，电荷数是2，质量数是4，实际上就是氦原子核．α粒子的速度可达光速的十分之一，具有很高的动能，很容易使气体电离，但因为它在碰撞时很容易损失能量，所以贯穿物体的本领很小．
2．β射线：β射线是高速运动的电子流，速度可达光速的99%，电离作用较弱，贯穿本领较强．
3．γ射线：γ射线不带电，它是频率很高的电磁波，波长很短，在10－10 m数量级以下，其电离作用最小，贯穿本领却最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板．
4．衰变：上述三种射线都是原子核放射出来的．原子核放出α粒子或β粒子后，会变成新的原子核．我们把一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变，把放出α粒子的衰变称为α衰变，放出β粒子的衰变称为β衰变．
三、半衰期
1．半衰期：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫作半衰期，记为T.半衰期越大，表明放射性元素衰变得越慢．如果用m0表示放射性元素衰变前的质量，经过t时间后剩余的放射性元素的质量为m，从实验得出的衰变规律可以写为m＝m0.
2．对半衰期的理解
(1)每一种放射性元素都有一定的半衰期，不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大．
(2)放射性元素的半衰期，描述的是大量该元素衰变的统计规律．对于一个特定或少量原子来说，我们只知道其发生衰变的概率，而无法预测其何时发生衰变．
(3)放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关．
判断下列说法是否正确．
(1)放射性元素的放射性都是自发的现象．(　　)
(2)α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速．(　　)
(3)β射线能穿透几毫米厚的铅板．(　　)
(4)γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱．(　　)
(5)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半．(　　)
(6)半衰期可以通过人工进行控制．(　　)
提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
知识点一　三种射线的性质
eq \a\vs4\al()
三种射线在匀强磁场中的运动轨迹示意图如图所示．
(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转，说明了什么？
(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径，这说明什么问题？
[提示]　(1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．
(2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r＝可知，α粒子的应大于β粒子的.
1．α、β、γ三种射线的比较
种类 α射线 β射线 γ射线
组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
粒子质量 4mp(mp＝1．67×10－27kg) 静止质量为零
带电荷量 2e －e 0
速率 0.1c 0.99c c
穿透能力 最弱，用一张纸就能挡住 较强，能穿透几毫米厚的铝板 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土
电离作用 很强 较弱 很弱
在磁场中 偏转 偏转 不偏转
2.三种射线在磁场、电场中偏转情况的比较
(1)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图甲所示．
(2)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图乙所示．
　如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率将大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是(　　)
A．α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
[解析]　在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线，因此放射源可能是α和γ的混合放射源．
[答案]　C
　(2025·深圳市期末)从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了运动方向，对地球起到了保护作用．地磁场的示意图(虚线，方向未标出)如图所示，赤道上方的磁场可看成与地面平行，若有来自宇宙的一束粒子流，其中含有α、β、γ射线以及质子，沿与地球表面垂直的方向射向赤道上空，则在地磁场的作用下(　　)
A．质子向北偏转
B．γ射线向东偏转
C．α射线向东偏转
D．β射线沿直线射向赤道
[解析]　赤道上方磁场方向与地面平行、由南向北，根据左手定则可知，带正电的α射线和质子向东偏转，带负电的β射线向西偏转，不带电的γ射线不偏转．
[答案]　C
知识点二　原子核的衰变
eq \a\vs4\al()
原子核α衰变实质是放出一个氦原子核，β衰变实质是放出一个电子．
试探究：(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线？
(2)γ射线又是怎样产生的？
[提示]　(1)不能，一次衰变只能是α衰变或β衰变，不能同时发生α衰变和β衰变．
(2)放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子．
1．衰变种类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变．
(2)β衰变：放出β粒子的衰变．
2．衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒．
3．衰变实质
(1)α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生α衰变.2n＋2H→He.
(2)β衰变：原子核内的一个中子转化成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来．n→H＋e.
　原子核发生β衰变时，此β粒子是(　　)
A．原子核外的最外层电子
B．原子核外的电子跃迁时放出的光子
C．原子核内存在着的电子
D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出的一个电子
[解析]　因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：n→H＋e(β)，H→n＋e.由上式可看出β粒子(负电子)是原子核内的中子转化而来，正电子是由原子核内的质子转化而来．
[答案]　D
　C为碳元素的多种同位素之一。在自然界里，平流层和对流层之间的过渡地带由二次宇宙射线的慢中子轰击氮原子而生成C。C具有放射性，能够发生β衰变，放出电子后的原子核中多了一个(　　)
A．质子　　　　　　 　 B．中子
C．电子 D．核子
[解析]　原子核发生核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应时放出一个电子，原因是原子核内的中子变成了质子．
[答案]　A
知识点三　半衰期
eq \a\vs4\al()
美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳－14计年法”，并因此荣获了1960年的诺贝尔奖．利用“碳－14计年法”可以估算出始祖鸟化石形成的年代．
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟化石形成的年代？
(2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确，为什么？
[提示]　(1)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．能够运用它来计算始祖鸟化石形成的年代是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关．
(2)这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变．
1．对半衰期的理解：半衰期是描述放射性元素衰变快慢的物理量，它只与核本身的因素有关，与外部因素无关，不同元素的半衰期是不同的．
2．半衰期的相关计算：根据半衰期的定义，原子核有半数发生衰变所用的时间叫作该元素的一个半衰期，所以可推测出如下公式：
N余＝N0，m余＝m0，其中n是半衰期的个数．
若从研究元素的衰变开始计时，经历的时间为t，半衰期用T来表示，则n＝.
3．半衰期的影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．
4．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．
角度1　半衰期的理解
　(2024·山东卷，T1)2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池．已知Sr衰变为Y的半衰期约为29年；Pu衰变为U的半衰期约为87年．现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，下列说法正确的是(　　)
A．Sr衰变为Y时产生α粒子
B．Pu衰变为U时产生β粒子
C．50年后，剩余的Sr的数目大于Pu的数目
D．87年后，剩余的Sr的数目小于Pu的数目
[解析]　根据质量数守恒和电荷数守恒可知Sr衰变为Y时产生电子，即β粒子，故A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒可知Pu衰变为U时产生He，即α粒子，故B错误；根据题意可知Pu的半衰期大于Sr的半衰期，现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，经过相同的时间，Sr经过的半衰期的次数多，所以Sr的数目小于Pu的数目，故D正确，C错误．
[答案]　D
　1898年12月居里夫妇发现了放射性比铀强百万倍的镭226，镭226的半衰期为1 620年，镭226衰变为氡222的方程 Ra→Rn＋X。下列说法正确的是(　　)
A．该衰变为α衰变
B．该衰变为β衰变
C．增加环境温度可以使镭226 的半衰期变为810年
D．经过3 240年，100 个镭226 中将有75 个镭226 发生衰变
[解析]　根据电荷数和质量数守恒，可知X为He，为α衰变，故A正确，B错误；半衰期只跟原子核内部结构有关，增加环境温度不能使镭226 的半衰期变为810年，故C错误；半衰期是大量统计得到的数值，对少量原子核不适用，所以经过3 240年，100个镭226中不一定将有75个镭226发生衰变，故D错误.　
[答案]　A
角度2　半衰期的计算
　(2025·河源市期末)考古鉴定古木的年代通常采用的是碳14测年法，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的比例会持续减少．已知14C发生衰变后变为14N，半衰期约为5 730年．现测量某古木样品中14C的比例，发现其正好是现代植物样品中14C比例的四分之一．下列说法正确的是(　　)
A．再过约5 730年，该样品中的14C将全部衰变
B．该古木生命活动结束的年代距今约11 460年
C．14C衰变为14N是α衰变
D．随着环境和气候的变迁，14C的半衰期可能会发生变化
[解析]　经过一个半衰期，该样品中14C的比例将变为原来的二分之一，不会全部衰变，A错误；由半衰期公式可得m＝m0()，古木样品中14C的比例是现代植物样品中14C比例的四分之一，则t＝5 730×2年＝11 460年，B正确；14C衰变为14N是β衰变，C错误；样品所处环境和气候发生变化，不会改变14C的半衰期，D错误．
[答案]　B
　在医学研究中把Sr－87m引入患者体内，待骨骼吸收后，用辐射检测器可测定其在患者骨骼中所处的位置，并确定患者体内出现的异常情况。Sr－87m的半衰期为2.8 h，对于质量为m0的Sr－87m，经过时间t后剩余的质量为m，其－t图线如图所示。从图中提供的信息，可知Sr－87m的半衰期可表示为(　　)
A．t1－0 B．t3－t1
C．t2－t1 D．t3－t2
[解析]　由题图可知从＝0.8到＝0.4恰好衰变了一半，根据半衰期的定义，可知半衰期τ＝t3－t1.
[答案]　B
　
1．(天然放射现象)下列现象中，与原子核内部变化有关的是(　　)
A．α粒子散射 B．光电效应
C．天然放射现象 D．氢原子光谱
解析：选C.α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及核内部的变化，A错误；光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及原子核的变化，B错误；天然放射现象是原子核内部发生变化自发地放射出α粒子或电子，从而发生α衰变或β衰变，反应的过程中核内核子数、质子数、中子数发生变化，C正确；氢原子光谱是氢原子内的电子在不同能级跃迁时所发射或吸收不同波长、能量的光子而得到的光谱，没有涉及原子核的变化，D错误．
2．(三种射线的性质)(多选)我国自己研制的旋式γ刀性能很好．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(　　)
A．γ射线具有很强的穿透能力
B．γ射线具有很强的电离作用
C．γ射线波长很短，具有很高的能量
D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置
解析：选AC.γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞，A、C正确．因γ射线不带电，它的电离作用很弱；因波长很短，其衍射能力也很差，B、D错误．
3．(半衰期)某原子研究实验室发生放射性同位素泄漏事故．已知该元素的半衰期为3天，总放射量为人体最大允许量的8倍，则研究人员至少需等待几天后才能进入该实验室(　　)
A．3天 B．6天
C．9天 D．24天
解析：选C.设放射性同位素的总量为N，则人体最大允许量为，半衰期T＝3天，由半衰期公式可知N余＝N，故当N余＝时，可得＝3，故有t＝3T＝9天，即研究人员至少需等待9天后才能进入该实验室．
4．(原子核的衰变和半衰期)核电池又称“放射性同位素电池”，某种核电池常用的放射性同位素是钚238(Pu)，其半衰期为87年，该电池利用α衰变放出的能量转化为电能，可为心脏起搏器提供电能，下列说法正确的是(　　)
A．温度升高钚238的半衰期缩短
B．钚238衰变后的原子核内质子数比中子数多50个
C．钚238衰变产生的α射线的电离本领比γ射线弱
D．经过174年后，核电池内剩余钚238的质量变为初始质量的
解析：选D.元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态和化学状态均无关，故A错误；钚238的衰变方程为Pu→X＋He，则X内质子数与中子数的差值为92－(234－92)＝－50，可知钚238衰变后的原子核内质子数比中子数少50个，故B错误；钚238衰变产生的α射线的电离本领比γ射线强，故C错误；设初始时核电池内钚238的质量为m，则经过174年后，核电池内剩余钚238的质量m′＝m·()＝，故D正确．第2课时　核力与结合能
知识点一　对核力的理解
1．核力的性质
(1)核力是四种基本相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现．
(2)核力是短程力．约在10－15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时表现为引力，距离小于0.8×10－15 m时表现为斥力，距离超过1.5×10－15 m时核力几乎消失．
(3)核力具有饱和性．核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用．
(4)核力具有电荷无关性．核力与核子电荷无关．
2．原子核中质子与中子比例关系
(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．
(2)形成原因
①若质子与中子成对地放在一起，人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快．所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了．
②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的原子核中子数要比质子数多．
③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核， 一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．
　(多选)对于核力与四种基本相互作用，以下说法正确的是(　　)
A．核力是弱相互作用力，作用力很小
B．核力是强相互作用的表现，是强力
C．核力使核子紧密结合为稳定的原子核
D．核力是万有引力在短距离内的表现
[解析]　核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围约10－15m，B正确，A、D错误；核力使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，C正确．
[答案]　BC
知识点二　结合能和比结合能
eq \a\vs4\al()
1．结合能就是原子核具有的能量吗？
2．原子核的结合能越大，其比结合能也越大吗？
[提示]　1.不是．结合能是要把原子核分开成核子时吸收的能量，并不是原子核具有的能量，因为拆分后的核子仍然具有能量．
2．不一定．结合能是核子结合成原子核放出的能量或原子核拆散成核子吸收的能量，而比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量或原子核拆散成核子时每个核子平均吸收的能量，结合能大的原子核，比结合能不一定大；结合能小的原子核，比结合能不一定小．
　
1．比结合能曲线
不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示．
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的要小．
2．比结合能与原子核稳定的关系
(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定．
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定．
(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．
角度1　原子核的结合能和比结合能
　关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　)
A．原子核的比结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量
B．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
C．原子核的核子越多，则比结合能越大
D．比结合能越大，原子核越不稳定
[解析]　根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫作原子核结合能，所以原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，原子核的比结合能等于结合能除以核子数，指平均分解出一个自由核子所需要提供的能量，故A错误；重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能，故B正确；原子核的核子越多，则结合能越大，但比结合能不一定越大，质量数为40左右的原子核的比结合能最大，故C错误；比结合能越大，原子核越稳定，故D错误．
[答案]　B
　下面关于结合能和比结合能的说法正确的是(　　)
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆散成核子时放出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核要大
[解析]　核子结合成原子核要放出的能量或原子核拆散成核子时要吸收的能量称为结合能，A错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能大的原子核，其结合能不一定大，例如，中等质量的原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能反而比重核小，B、C错误；中等质量的原子核的比结合能比轻核大，它的原子核内的核子数比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D正确．
[答案]　D
角度2　比结合能与质量数A的关系图像
　(多选)如图所示，表示原子核的比结合能与质量数A的关系，据此下列说法正确的是(　　)
A．重的原子核，例如轴核 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U)) ，因为它的核子多，核力大，所以结合得坚固而稳定
B．锂核 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Li)) 的核子的比结合能比铀核 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U)) 的比结合能小，因而比铀核结合得更坚固更稳定
C．原子核结合的松紧程度可以用“比结合能”来表征，比结合能的定义是每个核子的平均结合能，比结合能越大的原子核越稳定
D．H核的结合能约为2 MeV
[解析]　原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，组成原子核的核子数越多，结合能越大，比结合能不一定越大，只有比结合能越大，原子核中的核子才结合得越牢固，原子核越稳定，故C正确，A、B错误；H核的比结合能约为1 MeV，核子数为2，结合能约为2 MeV，故D正确．
[答案]　CD
知识点三　质能方程和核能的计算
eq \a\vs4\al()
1．质量亏损是不是这部分质量消失了或转变为能量了呢？
2．爱因斯坦质能方程是说明质量和能量可以相互转化吗？
[提示]　1.不是．物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量．
2．不是．爱因斯坦质能方程说明了质量和能量这两个物理量间的对应关系，说明有质量就有能量，并不是说质量转化为能量．
1．质量亏损
所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给．
2．质能方程E＝mc2
(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系．
(2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.
3．核能的计算
(1)根据质量亏损计算
①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.
②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．
其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．
(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算
根据1 u相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.
角度1　质能方程的理解
　(多选)1905年，爱因斯坦发表狭义相对论时提出了质能方程E＝mc2，质能方程的正确性已被大量的实验所证实，并为现代核能的研究和应用提供理论指导，具有深刻意义并发挥出巨大的作用．下列关于质能方程的说法正确的是(　　)
A．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量
B．根据质能方程可知，在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律
C．E＝mc2中的E是核反应中释放的核能
D．E＝mc2中的E表示质量为m的物体所对应的能量
[解析]　根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量，故A正确；在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，故B正确；质能方程E＝mc2中的E表示质量为m的物体所对应的能量，故C错误，D正确．
[答案]　ABD
角度2　核能的计算
　(多选)中子活化是指将样品用中子照射后，样品中的原子经中子俘获而变得具有放射性的过程．俘获中子后的原子核通常会立即衰变，释放出粒子同时生成新的活化产物．Mg经中子n照射后发生反应，最终生成Na并释放一粒子X，若n、Mg、Na和X的质量分别为1.008 7 u、23.985 0 u、23.991 0 u、1.007 8 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，下列说法正确的是(　　)
A．反应方程式：n＋Mg→Na＋e
B．Mg具有放射性，能衰变成Na和X
C．生成物的质量减少0.005 1 u
D．反应将吸收能量约4.75 MeV
[解析]　反应方程式为n＋Mg→Na＋H，故A错误；由题意知，Mg俘获中子后，生成的Mg具有放射性，故B正确；反应前后生成物质量变化Δm＝23.991 0 u＋1.007 8 u－1.008 7 u－23.985 0 u＝0.005 1 u，说明生成物的质量增加0.005 1 u，故C错误；生成物的质量增加，所以吸收的能量E＝Δm×931.5 MeV＝4.750 65 MeV，故D正确．
[答案]　BD
　已知中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg，质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，氘核的质量mD＝3.343 6×10－27 kg，真空中的光速c＝3.00×108 m/s，基本电荷e＝1.60×10－19 C，则氘核的比结合能是多少eV
[解析]　自由核子结合时释放的核能即为氘核的结合能，ΔE ＝ Δmc2，Δm ＝ mp ＋ mn － mD
代入数据解得ΔE ＝ 3.51 × 10 － 13 J
可得ΔE＝ eV≈2.19×106 eV
则氘核的比结合能E＝≈1.1×106 eV.
[答案]　1.1 × 106 eV
　一个静止的放射性原子核X发生了一次α衰变变成新核Y，放射出的α粒子的质量为m，速度的大小为v，真空中的光速为c.
(1)写出该α衰变方程．
(2)若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小．
(3)设该衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能，求衰变过程的质量亏损Δm.
[解析]　(1)根据质量数守恒和核电荷数守恒可得，该α衰变方程为X→Y＋He.
(2)由动量守恒定律0＝Mv′－mv可得衰变后新核的速度大小v′＝.
(3)由能量守恒定律可知，该衰变过程释放的核能ΔE＝Mv′2＋mv2＝
根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2
可得衰变过程的质量亏损为Δm＝.
[答案]　(1)X→Y＋He　(2)
(3)
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(对核力的理解)(多选)对核力的认识，下列说法正确的是(　　)
A．任何核子之间均存在核力
B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
C．核力只存在于质子之间
D．核力只发生在相距1.5×10－15 m的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力
解析：选BD.由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m内的核子之间存在核力，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力，核力发生在相邻核子之间．
2．(对结合能的理解)(多选)如图所示，这是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图像，下列说法正确的是(　　)
A．若原子核D和E结合成F，结合过程一定会吸收核能
B．若原子核D和E结合成F，结合过程一定会释放核能
C.若原子核A分裂成B和C，分裂过程一定会吸收核能
D．若原子核A分裂成B和C，分裂过程一定会释放核能
解析：选BD.D和E结合成F，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故A错误，B正确；若A能分裂成B和C，分裂过程有质量亏损，一定要释放能量，故C错误，D正确．
3．(质能方程和核能的计算)(2025·广州市期末)一个锂核(Li)受到一个质子(H)的轰击，变成两个α粒子．已知一个氢原子核的质量是1.673 6×10－27 kg，一个锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，一个氦核的质量是6.646 6×10－27 kg.
(1)写出这一过程的核反应方程，计算过程中的质量亏损．
(2)计算这一过程中所释放的核能．
解析：(1)这一过程的核反应方程为
Li＋H→2He
质量亏损Δm＝mLi＋mH－2mα
代入数据可得Δm＝3.09×10－29 kg.
(2)释放核能ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2 J＝2.781×10－12 J.
答案：(1)Li＋H→2He　3.09×10－29 kg
(2)2.781×10－12 J(共48张PPT)
第五节　裂变和聚变
学习目标
1.知道重核的裂变反应和链式反应的发生条件．　2.了解裂变反应堆的类型，知道核电站的工作模式．　3.知道聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展．　4.会分析和计算核裂变和核聚变过程释放的核能．　5.初步了解粒子物理学的基础知识．
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、核裂变与链式反应
1．核裂变与核聚变
(1)比铁原子核重的一个重核分裂成两个较轻的核时，会释放出能量，我们把这种核反应叫作________．
(2)比铁原子核轻的两个轻核聚合成一个较重的核时，也会释放出能量，我们把这种核反应叫作________．
核裂变
核聚变
2．链式反应：为了使裂变产生的能量可以被利用，必须让一个原子核的裂变引发其他原子核发生裂变，让核裂变过程自己持续下去，源源
不断地将核能释放出来．这样的核反应叫作__________．
4．临界体积：能够发生链式反应的铀块最小体积．
链式反应
2．要使原子核发生聚变，必须使它们接近______m，也就是接近到核力能够发生作用的范围．由于原子核都是带正电的，要使它们接近到这种程度，必须克服电荷之间强大的静电斥力．这就要把它们加热到很高的温度，使原子核具有很大的动能．核聚变又叫作__________．
3．人工的热核反应可以通过原子弹爆炸时产生的高温来达到，氢弹就是这样制成的．如果热核反应所释放的巨大能量不是以爆炸的形式释放，而是在人工控制下逐渐地释放出来并加以利用(例如发电)，这被称为______________．
10－15
热核反应
受控热核反应
三、核能利用
1．原子弹爆炸时链式反应的速度是不加控制的，为了人工控制链式反应的速度，使核能平缓地释放出来，人们制成了核反应堆．
2．慢化剂：反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有______、______．
3．控制棒：为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，镉吸收______的能力很强，当反应过于激烈时，可将其插入____一些，多吸收一些______，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒被称为________．
石墨
重水
中子
深
中子
控制棒
4．核反应堆工作时，核燃料裂变释放出的核能转变为热能，使反应堆的温度升高．水、液态钠等流体在反应堆内外循环流动，不断地带走热能，输出的热能可用于发电．
5．核污染的处理
为了防止铀核裂变物放出的各种射线对人体产生危害，在核反应堆的外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽______，不让它们透射出来．对放射性的废料，也要装入特制的容器中，____________来处理．
射线
埋入深地层
四、粒子物理学
1．按照基本粒子之间的相互作用，可以把基本粒子分为______、轻子和传播子三类．
2．凡是参与强相互作用的粒子都叫作强子．
3．轻子是不参与强相互作用的粒子，目前只发现了6种，电子是最早发现的轻子．
4．传播子是传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子、胶子．
强子
判断下列说法是否正确．
(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．(　　)
(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．(　　)
(3)控制棒是通过吸收中子多少来控制链式反应速度的．(　　)
(4)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．(　　)
√
×
√
×
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　重核的裂变
图为重核裂变的链式反应．
试探究：(1)什么是链式反应？
(2)链式反应中的临界体积和临界质量分别指什么？
[提示]　(1)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叫链式反应．
(2)能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量．
1．铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．
(3)常见的裂变方程：
2．链式反应的条件
(1)铀块的体积大于临界体积．
(2)铀块的质量大于临界质量．
以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．
3．裂变反应的能量
铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一个铀235核裂变时释放的能量如果按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于 2 800 t 标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．
√
√
[解析]　根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程中的x＝56，y＝92，故A错误；
根据爱因斯坦的质能方程有ΔE＝Δmc2＝(235.043 9 u＋1.008 7 u－140.913 9 u－91.897 3 u－3×1.008 7 u)c2，解得ΔE≈3.2×10－11 J，故D错误．
知识点二　核电站的工作原理
慢中子反应堆的示意图如图所示．
试探究：(1)铀235是容易吸收快中子还是慢中子后发生裂变反应？
(2)如何控制核裂变反应的激烈程度？
[提示]　(1)慢中子．
(2)控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，将控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，反之，应使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些．
1．反应堆工作原理
(1)热源：在核电站中，核反应堆是热源．铀棒是燃料，由天然铀或浓缩铀(铀235的含量占2%～4%)制成，石墨(重水)为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子，便于铀235的吸收，发生裂变．慢化剂附在铀棒周围．
(2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度，所以也叫控制棒．控制棒插入深一些，吸收中子多，反应速度变慢，插入浅一些，吸收中子少，反应速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插入深度，就能控制核反应的剧烈程度．
(3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电机发电．
发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面．
2．核电站发电的优点
(1)消耗的核燃料少．
(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大．
(3)对环境的污染要比火力发电小．
√
　　　原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成(　　)
A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料、减速剂、发热系统和热传递系统
C．原子燃料、减速剂、碰撞系统和热传递系统
D．原子燃料、中子源、原子能存聚系统和输送系统
[解析]　原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀(铀235占2%～4%)制成的铀棒；铀235易俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用减速剂(如石墨、重水、普通水)，让快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子；控制调节系统用于调节中子的数目以控制反应速度，它由镉做成的放置在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系统组成；冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全．
知识点三　核聚变及核能的计算
1．核聚变发生的条件
要使轻核发生核聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，这要克服电荷间强大的库仑斥力，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．
2．轻核聚变是放能反应
从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．
3．核聚变的特点
(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．
(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．
(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．
4．核聚变的应用
(1)核武器——氢弹，它首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．
(2)可控人工核聚变：目前处于探索阶段．
5．重核裂变与轻核聚变的区别
项目 重核裂变 轻核聚变
放能 原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能
放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍
核废料处 理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
项目 重核裂变 轻核聚变
原料的 蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限，尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的储量非常丰富，而氚可以利用锂来制取，足以满足核聚变的需要
可控性 速度比较容易进行人工控制，现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前，人工产生的热核反应主要用在核武器上，人们还不能控制它
√
[解析]　核反应方程中质量数与电荷数守恒，而A选项中的电荷数不守恒，A错误；
核聚变反应过程放出能量，B错误；
核聚变反应有大量的能量放出，由爱因斯坦质能方程知，有质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量，C错误；
(2)求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量．已知：阿伏伽德罗常量NA为6.0×1023 mol－1，氘核的摩尔质量为2 g/mol，1 u相当于931.5 MeV的能量．(结果保留2位有效数字)
[答案]　3.6×1027 MeV
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
解析：X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；
中子数为(235－92)＋1－(94－38)－2＝86个，A正确；
裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误．
√
轻核聚变需要很高的温度，使发生反应的两个核有较大的相对动能，故B错误；
核聚变和核裂变均放出能量，故C正确；
我国的核电站都是采用核裂变发电的，故D错误．
√
该方程为可控核聚变，故B错误；
大亚湾核电站采用核裂变反应发电，故D错误．
√
√
这个反应释放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，C正确；
我国秦山核电站是利用核裂变释放的能量来发电的，D错误．模块综合检测卷(A)
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．下列有关热现象说法不正确的是(　　)
A．温度越高，扩散现象进行得越剧烈
B．春天洁白的玉兰花盛开，很远就能闻到花香，说明分子处在无规则运动中
C．固体和液体很难压缩，说明分子间不存在间隙
D．分子间引力和斥力同时存在
解析：选C.温度越高，分子运动越剧烈，则扩散现象越剧烈，A正确，不符合题意；春天洁白的玉兰花盛开，很远就能闻到花香，说明花香分子处在无规则运动中，B正确，不符合题意；固体和液体很难压缩，说明分子间存在相互作用力，不能证明分子间是否存在空隙，C错误，符合题意；分子引力与分子斥力同时存在，D正确，不符合题意．
2．如图所示的是两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线．下列说法正确的是(　　)
A．当r等于r1时，分子间的作用力为零
B．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力
C．当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力
D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功
解析：选C.由题图可知r2＝r0(引力等于斥力位置)，因此当r大于等于r1而小于r2时分子力为斥力，大于r2时分子力为引力，故A、B错误；当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力，故C正确；当r由r1变到r2的过程中，分子力为斥力，因此分子间作用力做正功，故D错误．
3．下列说法正确的是(　　)
A．液面表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
B．在完全失重的宇宙飞船中，水的表面存在表面张力
C．土壤里有很多毛细管，如果要把地下的水分沿着它们引到地表，可以将地面的土壤锄松
D．浸润液体能发生毛细现象，不浸润液体则不能发生毛细现象
解析：选B.液面表面张力的方向与液面相切，A错误；液体的表面张力是分子间的相互作用力，与重力无关，故在完全失重的宇宙飞船中，水的表面存在表面张力，故B正确；土壤里有很多毛细管，如果将地面的土壤锄松，则将破坏毛细管，不会将地下的水引到地表，故C错误；浸润液体能发生毛细现象，液面上升，不浸润液体也能发生毛细现象，液面下降，D错误．
4．一个碳12核与一个氘核相撞，会产生一个氮14核，核反应方程为C＋H→N.如果碳核的比结合能为E1，氘核的比结合能为E2，氮核的比结合能为E3，则上述反应释放的能量可表示为(　　)
A．14E3－12E1－2E2
B．12E1＋2E2－14E3
C．14E3＋12E1－2E2
D．12E1－14E3－2E2
解析：选A.根据比结合能等于结合能与核子数的比值，可得该反应释放的能量ΔE＝14E3－12E1－2E2，A正确，B、C、D错误．
5．宇宙射线与地球大气作用产生中子，中子撞击大气层中的氮引发核反应产生碳14.核反应方程为N＋n→C＋X，碳14具有放射性，能够自发地进行β衰变而变成氮，核反应方程为C→N＋Y.碳14可以用来测定物质年代，碳14的半衰期为5 730年．下列说法正确的是(　　)
A．X表示电子e
B．Y表示质子H
C．一块古木样品中碳14的含量是现代植物的，说明古木的历史大概有5 730年
D．一块古木样品中碳14的含量是现代植物的，说明古木的历史大概有11 460年
解析：选D.根据质量数守恒和电荷数守恒，可得X表示质子，Y表示电子，故A、B错误；根据放射性物质的剩余质量和半衰期的关系满足m＝m0，解得t＝2τ＝11 460年，故D正确，C错误．
6．下列说法正确的是(　　)
A．α射线、β射线和γ射线是三种波长不同的电磁波
B．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能和动能之和不守恒
C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先增大后减小
D．只要对物体进行不断的冷却，就可以把物体的温度降为绝对零度
解析：
选B.α射线、β射线分别是高速氦原子核和高速电子流，γ射线是电磁波，A错误；根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中有光子辐射(吸收)，故电子的电势能和动能之和不守恒，B正确；分子势能随着分子间距离的关系如图所示，故分子势能随着分子间距离的增大，不可能先增大后减小，C错误；对物体进行不断的冷却，物体的温度可以接近绝对零度，但无法达到，D错误．
7．银河系中存在大量的铝同位素26Al，26Al核β衰变的衰变方程为Al→Mg＋e，测得26Al核的半衰期为72万年，下列说法正确的是(　　)
A．26Al核的质量等于26Mg核的质量
B．26Al核的中子数大于26Mg核的中子数
C．将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变
D．银河系中现有铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg
解析：选C.26Al和26Mg的质量数均为26，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不同，A错误；Al核的中子数为26－13＝13个，Mg核的中子数为26－12＝14个，B错误；半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，C正确；质量为m的26Al的半衰期为72万年，经过144万年为2个半衰期，剩余质量为m，不会全部衰变为26Mg，D错误．
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
8．关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是(　　)
A．某种物体的温度为0 ℃，说明该物体中分子的平均动能为零
B．物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，但内能不一定增大
C．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都增大，但引力增大得更快，所以分子力表现为引力
D．质量相同时，100 ℃水的内能小于100 ℃水蒸气的内能
解析：选BD.某物体的温度是0 ℃，但是分子的热运动没有停止，即物体中分子的平均动能不为零，故A错误；温度是分子平均动能的标志，故物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，内能的多少还与分子势能以及物质的量有关，所以内能不一定增大，故B正确；当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，故C错误；质量相同时，100 ℃水的平均动能等于100 ℃水蒸气的平均动能，但100 ℃水的分子势能小于100 ℃水蒸气的分子势能，所以质量相同时，100 ℃水的内能小于100 ℃水蒸气的内能，故D正确．
9．一定质量的理想气体从状态a开始，经历ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图像如图所示．下列判断正确的是(　　)
A．气体在状态b的内能大于在状态c的内能
B．气体从b到d的过程中，体积先变大后不变
C．气体从c到d的过程中，吸收的热量大于内能的变化量
D．气体从d到a的过程中气体对外界做的功，小于b到c的过程中外界对气体做的功
解析：选AD.理想气体，忽略分子势能，所以理想气体的内能由温度决定，气体在状态b的温度大于在状态c的温度，所以在状态b的内能大于在状态c的内能，故A正确；由理想气体状态方程＝c可知，b到c的过程中，p不变，T减小，V减小，从c到d的过程中，V不变，故B错误；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，从c到d的过程中，V不变，W不变，T增大，Q增大，则ΔU增大，则气体吸收的热量等于内能的变化量，故C错误；从d到a的过程中，气体做功W1＝p1ΔV1，由盖 吕萨克定律可知＝，联立可得W1＝p1Vd，从b到c过程W2＝p2Vc，从c到d的过程中，由查理定律可知＝，联立可知W2>W1，故D正确．
10．氢原子的能级图如图所示，锌、钠、铯的逸出功分别为3.38 eV、2.29 eV、1.89 eV，则下列说法正确的是(　　)
A．一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁最多能辐射出3种不同频率的光子
B．氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子比从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光子的波长短
C．一群氢原子从n＝4能级直接向n＝2能级跃迁时辐射出的光都能使锌、钠、铯产生光电效应
D．氢原子从n＝4能级直接向n＝2能级跃迁时辐射出的光照射到钠上逸出光电子的最大初动能为 0.26 eV
解析：选AD.一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁最多能辐射出4－1＝3种不同频率的光子，A正确；由题图可知，n＝3和n＝2的能级差小于n＝2和n＝1的能级差，又ΔE＝hν＝h，因此ΔE小的波长长，B错误；氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子能量hν42＝－0.85 eV－＝2.55 eV，小于锌的逸出功3.38 eV，不能使锌产生光电效应，C错误；根据光电效应方程有Ekm＝hν42－W0钠＝2.55 eV－2.29 eV＝0.26 eV，D正确．
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(8分)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.5 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图甲所示，图中正方形格的边长为1 cm.
(1)油酸分子的直径是________ m．(结果保留2位有效数字)
(2)某次实验时，滴下油酸酒精溶液后，痱子粉迅速散开形成如图乙所示的“锯齿”边沿图案，出现该图案的可能原因是________．
A．盘中装的水量太多
B．盘太小，导致油酸无法形成单分子层
C．痱子粉撒得太多，且厚度不均匀
(3)某次实验时，该小组同学有一个操作错误，导致最后所测分子直径偏大的是________．
A．甲同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器取溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的粗
B．乙同学用注射器测得80滴油酸酒精溶液为1 mL，不小心错记录为81滴
C．丙同学计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格
D．丁同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了
(4)利用单分子油膜法可以粗测分子大小和阿伏伽德罗常量．如果已知体积为V的一滴油酸酒精溶液在水面上散开形成的单分子油酸薄膜的面积为S，这种油酸的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏伽德罗常量的表达式为_________________________．
解析：(1)由题意可得一滴该溶液中纯油酸的体积V0＝× mL＝6.25×10－6 mL＝6.25×10－12 m3，对形成的油膜面积进行估算，不足半格的舍去，大于等于半格的记为一格，估算可得油膜的面积S＝68×1×10－4 m2＝6.8×10－3 m2，则油酸分子的直径d＝＝ m≈9.2×10－10 m.
(2)当痱子粉撒得太多，且厚度不均匀时，油膜在水面散开的过程中各处所受阻力差别很大，会形成题图乙中所示的“锯齿”边沿图案，而水量太多或盘太小，不会出现这种现象．
(3)根据d＝，拿错的注射器的针管比原来的粗，则滴出的每一滴油酸酒精溶液的体积比计算所得的大，即计算用的数值比实际的小，因此测得的油酸分子直径比实际的小，故A不符合题意；将80滴不小心错记录为81滴，会使计算所得的油酸体积比实际的偏小，因此测得的油酸分子直径比实际的偏小，故B不符合题意；计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格，会使油膜面积比实际的偏大，可得计算所得的直径比实际的偏小，故C不符合题意；在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小，则油酸的体积大于油酸的实际体积，故计算所得的直径比实际的偏大，故D符合题意．
(4)利用单分子油膜法进行测量时，把油酸分子视为球形，单个分子的体积V′＝πd3，根据题目条件可得分子的直径d＝，又知单个油酸分子的质量m′＝ρV′，则阿伏伽德罗常量NA＝＝.
答案：(1)9.2×10－10　(2)C　(3)D
(4)NA＝
12．(10分)用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置如图甲所示．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)要观察遏止电压，电源正负极的情况是____________(选填“左正右负”或“左负右正”).
(3)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W＝____________ J(结果均保留2位有效数字).
(4)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E＝________J(保留2位有效数字).
解析：(1)由题图甲可知，光电子从阴极K逸出，所以A为光电管的阳极．
(2)要观察遏止电压，则A与电源的负极相连，K与电源的正极相连，所以电源正负极的情况是左负右正．
(3)根据光电效应方程eUc＝Ek＝hν－W，所以Uc＝ν－，结合图像可得νc＝5.0×1014 Hz，所以W＝hνc≈3.3×10－19 J.
(4)根据光电效应方程可得E＝hν－W≈1.3×10－19 J.
答案：(1)阳极　(2)左负右正　(3)5.0×1014　
3．3×10－19　(4)1.3×10－19
13．(10分)用如图所示的装置测量光电效应中的几个重要物理量．已知电子的电荷量e＝1.60×10－19 C.
(1)开关S断开时，用单色光照射光电管的K极，电流表的读数I＝1.76 μA.求单位时间内打到A极的电子数N.(4分)
(2)开关S闭合时，用频率ν1＝5.8×1014 Hz和ν2＝6.8×1014 Hz的单色光分别照射光电管的K极，调节滑动变阻器，电压表示数分别为U1＝0.13 V和U2＝0.53 V时，电流表的示数刚好减小到零．求普朗克常量h.(6分)
解析：(1)由I＝且q＝Nte
代入数据解得N＝＝1.1×1013.
(2)设用频率为ν的光照射K极时，逸出的光电子的最大初动能为Ek，对应的遏制电压为U，逸出功为W0.根据光电效应方程有Ek1＝hν1－W0，Ek2＝hν2－W0，根据动能定理有eU1＝Ek1，eU2＝Ek2，代入数据解得h＝＝6.4×10－34 J·s.
答案：(1)1.1×1013　(2)6.4×10－34 J·s
14．(12分)如图所示，用质量m＝1 kg的活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间的摩擦忽略不计，开始时活塞距离气缸底部的高度h1＝1.0 m，气体的温度t1＝27 ℃.现将气缸缓慢加热至t2＝207 ℃，活塞缓慢上升到距离气缸底部的高度h2处，此过程中被封闭气体的内能增加300 J．已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，活塞横截面积S＝5.0×10－4 m2.求：
(1)缓慢加热后活塞距离气缸底部的高度h2；(6分)
(2)气体膨胀过程中从外界吸收的热量Q.(6分)
解析：(1)对活塞受力分析，初始气体压强
p＝p0＋＝1.2×105 Pa
气体做等压变化，根据盖 吕萨克定律可得
＝，代入数据解得h2＝1.6 m.
(2)在气体膨胀的过程中，气体对外做功
W＝pS(h2－h1)＝[1.2×105×(1.6－1.0)×5.0×10－4] J＝36 J
由热力学第一定律知，气体膨胀过程吸热
Q＝ΔU＋W＝(300＋36) J＝336 J.
答案：(1)1.6 m　(2)336 J
15.(14分)如图，潜水员背上的氧气瓶中的气体压强p1＝2×107 Pa，体积V1＝10 L，在深度h＝90 m处作业时，如果要吸入氧气，需要用调节器将氧气的压强降低到与该处海水的压强相等．已知水面的大气压强p0＝1×105 Pa，海水密度取ρ＝1×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2，调节器调节过程气体的温度保持不变．
(1)求该处海水的压强．(4分)
(2)氧气瓶气体经过调节器调节体积可达到多少？(4分)
(3)调节器调节的氧气中80%被潜水员吸入，同时20%从调节器上冒泡排掉，潜水员每分钟需要吸氧2 L，则氧气被完全吸完需要多长时间？(6分)
解析：(1)该处海水的压强p2＝p0＋ρgh＝1×106 Pa.
(2)氧气瓶气体经过调节器时满足等温变化，有p1V1＝p2V2，解得V2＝200 L.
(3)留给潜水员吸入的氧气V3＝80%V2＝160 L，被完全吸完时间t＝＝ min＝80 min.
答案：(1)1×106 Pa　(2)200 L　(3)80 min1．贝克勒尔是最早发现衰变的科学家，在衰变过程中往往能放出α、β、γ三种射线，下列关于三种射线的说法正确的是(　　)
A．α射线的穿透性最弱
B．β射线的电离能力最强
C．γ射线带负电
D．三种射线均来自核外电子的跃迁
解析：选A.α射线的穿透性最弱，γ射线的穿透性最强；α射线的电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，故A正确，B错误；α、β射线来自原子核的衰变，γ射线来自衰变后的新核从高能态向低能态跃迁，γ射线是一种电磁波，不带电，故C、D错误．
2．关于γ射线，下列说法不正确的是(　　)
A．它是处于激发状态的原子核放射的
B．它是原子内层电子受到激发时产生的
C．它是一种不带电的光子流
D．它是波长极短的电磁波
解析：选B.γ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子，故B错误．
3．核污染水中含有一些放射性元素，有人提出处理核污染水的三个措施，其中可以减缓放射性元素衰变的是(　　)
A．使核污染水蒸发到天空
B．将核污染水密封于大型特制容器中
C．将核污染水排放到大海进行稀释
D．上述措施均无法减缓放射性元素衰变
解析：选D.放射性元素的半衰期是由其内部因素决定的，与外界条件均无关，故上述措施均无法减缓放射性元素衰变．
4．如图所示，曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是(　　)
A．a、b为β粒子的径迹
B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹
D．c、d为β粒子的径迹
解析：选D.由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹，c、d可能为β粒子的径迹，D正确．
5．在贝可勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入的研究，发现α、β、γ射线的穿透本领不同．这三种射线穿透能力的比较如图所示，图中射线①②③分别是(　　)
A．γ、β、α　　　　　 　 B．β、γ、α
C．α、β、γ D．γ、α、β
解析：选C.α射线穿透能力最弱，不能穿透黑纸，故①为α射线；γ射线穿透能力最强，能穿透厚铝板和铅板，故③为γ射线；β射线穿透能力较强，能穿透黑纸，但不能穿透厚铝板，故②是β射线，故C正确．
6．(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法正确的有(　　)
A.打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线
B．α射线和β射线的轨迹是抛物线
C．α射线和β射线的轨迹是圆弧
D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b
解析：选AC.由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受到的洛伦兹力方向向上，β粒子受到的洛伦兹力方向向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度约是光速的，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，故A、C正确，B、D错误．
7．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比mA∶mB为　(　　)
A．1∶2 B．2∶1
C．5∶4 D．4∶5
解析：选A.元素A的半衰期为4天，经过20天后剩余原来的，元素B的半衰期为5天，经过20天后剩余原来的，剩下的质量之比mA∶mB＝1∶2，A正确．
8．已知钋210的半衰期时间为138天，若将0.16 g钋210随中国空间站在太空中运行276天，则剩余的钋210的质量约为(　　)
A．0.02 g B．0.04 g
C．0.08 g D．0.16 g
解析：选B.由半衰期公式m余＝m0()知，剩余钋的质量m余＝0.16 g×()＝0.04 g．
9．下列关于半衰期的说法正确的是(　　)
A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速度越快
B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下的未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短
C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素衰变的速度
D．降低温度或增大压强，让放射性元素与其他物质形成化合物，均可以减小该元素的衰变速度
解析：选A.放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需要的时间，它反映了放射性元素衰变的快慢，衰变越快，半衰期越短；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理状态或化学状态无关，故A正确．
10．诺贝尔奖官方称居里夫人“笔记”仍具放射性，还将持续1 500年．关于放射性元素、衰变和半衰期，下列说法正确的是(　　)
A．一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，它的总质量仅剩下原来的四分之一
B．放射性元素的半衰期不仅与核内部本身因素有关，还与质量有关
C．一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它质子数减少一个，中子数增加一个
D．同种放射性元素不论在化合物中还是单质中半衰期都一样
解析：选D.一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，其没有衰变的放射性元素的质量是原来放射性元素总质量的四分之一，而不是矿石的总质量变为原来的四分之一，故A错误；放射性元素的半衰期仅由核内部自身因素决定，与其他条件无关，故B错误；β衰变实质上是原子核内的一个中子变为一个质子同时释放出一个电子的过程，因此发生一次β衰变，质子数增加一个，中子数减少一个，故C错误；半衰期反映的是原子核的特性，跟元素的化学状态无关，故D正确．
11.(2023·高考新课标卷，T18)一电子和一α粒子从铅盒上的小孔O竖直向上射出后，打到铅盒上方水平放置的屏幕P上的a和b两点，a点在小孔O的正上方，b点在a点的右侧，如图所示．已知α粒子的速度约为电子速度的，铅盒与屏幕之间存在匀强电场和匀强磁场，则电场和磁场方向可能为(　　)
A.电场方向水平向左、磁场方向垂直于纸面向里
B．电场方向水平向左、磁场方向垂直于纸面向外
C．电场方向水平向右、磁场方向垂直于纸面向里
D．电场方向水平向右、磁场方向垂直于纸面向外
解析：选C.假设电子打在a点，即其所受电场力与洛伦兹力大小相等，方向相反，故eE＝evB，由于α粒子的速度v′小于电子的速度v，所以2eE>2ev′B，α粒子经过电、磁组合场后向右偏转，即其所受合力方向向右，由于α粒子带正电，所以电场方向水平向右，A、B错误；电子所受电场力水平向左，则其所受洛伦兹力水平向右，则磁场方向垂直于纸面向里，D错误，C正确．假设α粒子打在a点，同样可以得出C正确．
12．(12分)茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁．现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)
(1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线？(4分)
(2)如图所示，余下的这束β和γ射线束经过一个使它们分开的磁场区域，请画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图．(画在图上)(4分)
(3)用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从γ射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速)(4分)
解析：(1)由于α射线贯穿能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线．
(2)如图所示．
(3)由r＝和题设条件可知：α射线粒子的圆周运动半径很大，比β射线粒子大得多，在磁场中偏转量很小，几乎不偏转，故与γ射线无法分离．
答案：(1)用一张纸放在射线前即可除去α射线
(2)见解析图　(3)α射线粒子的圆周运动半径很大，在磁场中几乎不偏转，故与γ射线无法分离专题提升课4　玻尔原子模型的三个问题
微专题一　跃迁与电离
1．光子与实物粒子
(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，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1能级时能量不足，则可激发到n能级的问题．
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差，就可使原子发生能级跃迁．
2．一群原子和一个原子
如果只有一个氢原子，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，只能出现所有可能情况中的一种，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．
3．电离：指电子获得能量后脱离原子核的束缚成为自由电子的现象．
电离态：指n→∞，E＝0的状态．
电离能：电子发生电离所需的能量．
4．氢原子跃迁与电离的区别
hν＝En－Em(m　(多选)氢原子的能级图如图所示，欲使处于基态的氢原子跃迁，下列措施可行的是(　　)
A．用10.2 eV的光子照射
B．用11 eV的光子照射
C．用12.75 eV的光子照射
D．用11 eV的电子碰撞
[解析]　由玻尔理论的跃迁假设可知，氢原子在各能级间跃迁，只能吸收能量值刚好等于两能级能量差的光子．由氢原子能级关系不难算出，10.2 eV刚好为氢原子n＝1和n＝2的两能级能量差，12.75 eV刚好为n＝1和n＝4的两能级能量差，而11 eV不是氢原子基态和任一激发态的能量差，因而氢原子能吸收前两者被激发，而不能吸收后者．用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子跃迁．综上可知，A、C、D正确．
[答案]　ACD
　如图所示的是氢原子的能级图．用不同频率的光分别照射一群处于基态的氢原子，能够使基态氢原子发生电离的光子的能量值是(　　)
A.10.2 eV　　　 　　 B．12.09 eV
C．13.06 eV D．14 eV
[解析]　能够使基态氢原子被电离至少需要13.6 eV的能量，故A、B、C不符合题意，D符合题意．
[答案]　D
　(多选)如图所示，这是氢原子的能级图．用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，则下列说法正确的是(　　)
A.氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时辐射光的波长最短
B．辐射光中，光子能量为0.31 eV的光波长最长
C．用此光子照射基态的氢原子，能够使其电离
D．用光子能量为14.2 eV的光照射基态的氢原子，能够使其电离
[解析]　因为－13.6 eV＋13.06 eV＝－0.54 eV，知氢原子跃迁到第5能级，并没有发生电离，从n＝5跃迁到n＝1辐射的光子能量最大，波长最短，从n＝5跃迁到n＝4辐射的光子能量为0.31 eV，波长最长，A、C错误，B正确；用光子能量为14.2 eV的光照射基态的氢原子，能够使其电离，D正确．
[答案]　BD
微专题二　能级跃迁与光电效应
　图甲是某光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，图乙为氢原子的能级图．一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光照射光电管，发出的光电子的最大初动能为(　　)
A．2.29 eV　　　　　　B．9.80 eV
C．10.20 eV D．12.09 eV
[解析]　由图像及光电方程Ek＝hν－W0可得W0＝2.29 eV，处于n＝3能级的氢原子向基态能级跃迁时，发出的光频率最大，光子能量最大，hν＝E3－E1＝12.09 eV，根据Ek＝hν－W0＝12.09 eV－2.29 eV＝9.80 eV，B正确．
[答案]　B
　氢原子能级示意图如图所示，已知大量处于基态的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光．金属铯的逸出功为1.90 eV.下列说法正确的是(　　)
A．氢原子能自发地从低能级向高能级跃迁
B．基态氢原子受到照射后跃迁到n＝3能级
C．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级发出的光子能使金属铯发生光电效应
D．用氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级发出的光子照射金属铯表面，得到光电子的最大初动能为11.7 eV
[解析]　氢原子从低能级向高能级跃迁需要吸收能量，不能自发进行，故A错误；一群处于基态的氢原子受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光，根据C＝6说明氢原子是从n＝4能级向低能级跃迁，所以基态氢原子受到照射后跃迁到n＝4能级，故B错误；氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级发出的光子的能量E＝E4－E2＝[－0.85－(－3.4)] eV＝2.55 eV，大于金属铯的逸出功1.90 eV，所以能使金属铯发生光电效应，故C正确；用氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级发出的光子照射金属铯表面，由光电效应方程，得出光电子的最大初动能Ek＝(E2－E1)－W0＝[－3.4－(－13.6)－1.90] eV＝8.3 eV，故D错误．
[答案]　C
微专题三　玻尔原子模型的能量问题
在氢原子中，电子围绕原子核运动，若将电子的运动轨道看成半径为r的圆周，则原子核与电子之间的库仑力作为电子做匀速圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二定律，有＝me，则：
(1)电子运动速度v＝；
(2)电子的动能Ek＝mev2＝；
(3)电子在半径为r的轨道上所具有的电势能Ep＝－(无穷远处为零)；
(4)原子的总能量就是电子的动能Ek和电势能Ep的代数和，即E＝Ek＋Ep＝－.
　(多选)氢原子的核外电子从距离核较近的轨道跃迁到距离核较远的轨道过程中(　　)
A．原子要吸收光子
B．原子的电势能减小
C．原子的能量减小
D．电子的动能减小
[解析]　核外电子从低轨道到高轨道，需吸收光子，轨道变高，则原子势能增大，电子动能减小，原子能量增大，B、C错误，A、D正确．
[答案]　AD
　氢原子基态能量E1＝－13.6 eV，电子绕核做圆周运动的半径r1＝0.53×10－10 m．氢原子处于n＝4激发态时：(已知能量关系En＝，半径关系rn＝n2r1，k＝9.0×109 N·m2/C2，e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
(1)求原子系统具有的能量．
(2)求电子在n＝4轨道上运动的动能．
(3)若要使处于n＝2能级的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？
[解析]　(1)已知能量关系En＝
所以E4＝E1＝×(－13.6 eV)＝－0.85 eV.
(2)因为rn＝n2r1，所以有r4＝42r1
由圆周运动知识得k eq \f(e2,r) ＝m
所以Ek4＝mv2＝≈0.85 eV.
(3)要使处于n＝2能级的氢原子电离，照射光的光子能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为hν＝0－
代入数据解得ν≈8.21×1014 Hz.
[答案]　(1)－0.85 eV　(2)0.85 eV
(3)8.21×1014 Hz
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(能级跃迁)弗兰克—赫兹实验中，电子碰撞原子，原子从低能级跃迁到高能级．它为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持．氢原子的能级图如图所示．电子由静止开始经过加速电场加速后，与静止的氢原子发生碰撞，下列能使处于基态的氢原子跃迁到第2能级的加速电压为(　　)
A．3.4 V B．5.1 V
C．7.0 V D．11 V
解析：选D.由题图可知，基态与第2能级的能级差ΔE＝E2－E1＝10.2 eV，因为电子为实物粒子，其动能大于能级差即可，由E＝eU知加速电压应该满足U>10.2 V，D正确．
2．(几种跃迁的对比)玻尔解释氢原子光谱画出的氢原子能级图如图所示，一群处于n＝4激发态的氢原子，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的是(　　)
A．这群氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子
B．核外电子的轨道半径减小、动能增大
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级时发出光子的波长最长
D．已知金属钾的逸出功为2.25 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可使金属钾发生光电效应
解析：选B.根据C＝6可知，这群氢原子能够发出6种不同频率的光子，故A错误；当原子从第4能级向低能级跃迁时，原子的能量减小，轨道半径减小，电子的动能增大，电势能减小，故B正确；由n＝4能级跃迁到n＝1能级时辐射的光子能量最大，发出光子的频率最大，波长最短，故C错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量E＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV<2.25 eV，则不能使金属钾发生光电效应，故D错误．
3．(跃迁和电离)如图所示的是氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV～3.11 eV，镁的逸出功为5.9 eV，以下说法错误的是(　　)
A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射镁板一定能发生光电效应现象
B．用能量为11.0 eV的自由电子轰击处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态
C．处于n＝2能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
D．处于n＝4能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
解析：选C.只有氢原子从高能级向基态跃迁发射的光子能量大于5.9 eV时，才会使镁板发生光电效应，A正确，不符合题意；n＝1和n＝2能级的能量差为10.2 eV，用能量为11.0 eV的自由电子轰击处于基态的氢原子，氢原子会吸收10.2 eV的能量从基态跃迁到n＝2能级，B正确，不符合题意；紫外线的光子能量大于3.11 eV，n＝2能级的氢原子吸收能量大于3.4 eV的光子才会电离，因此n＝2能级的氢原子不能吸收任意频率的紫外线，光子的能量等于两能级间的能级差，才能被吸收，C错误，符合题意；处于n＝4能级的氢原子的能量为－0.85 eV，紫外线的光子能量大于3.11 eV，可知处于n＝4能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离，D正确，不符合题意．
4．(玻尔原子模型的能量问题)按玻尔原子模型，氢原子核外电子分别在第1、2轨道上运动时，其有关物理量的关系是(　　)
A．电子的动能Ek1B．电子转动的角速度ω1>ω2
C．电子转动的向心加速度a1D．氢原子的能量E1>E2
解析：选B.按玻尔原子模型，氢原子核外电子绕原子核做匀速圆周运动，则有k＝m，则Ek＝mv2＝，轨道半径越大，动能越小，所以电子的动能Ek1>Ek2，A错误；同理有k＝mω2r＝ma，解得ω＝，a＝，轨道半径越大，角速度越小，向心加速度越小，所以电子转动的角速度ω1>ω2，向心加速度a1>a2，则B正确，C错误；由低能级跃迁到高能级需要吸收能量，则氢原子的能量E1知识点一　氢原子光谱的规律
1．氢原子的光谱
氢原子的光谱如图所示，光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光．
2．光谱分析
(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10－10 g.
(2)应用：鉴别物质和确定物质的组成成分．
3．巴耳末公式
(1)巴耳末对氢原子在可见光区的四条谱线进行研究得到了下面的公式：＝R∞(n＝3，4，5，…)，该公式称为巴耳末公式．
(2)公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值．
4．其他谱线：除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末公式类似的关系式．
角度1　光谱和光谱分析
　(多选)对原子光谱，下列说法正确的是(　　)
A．线状谱和吸收光谱可用于光谱分析
B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
D．连续谱可以用来鉴别物质中含哪些元素
[解析]　线状谱和吸收光谱都含有原子的特征谱线，因此可用于光谱分析，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错误，C正确；对线状谱进行光谱分析可鉴别物质组成，连续谱不能用于光谱分析，D错误．
[答案]　AC
角度2　氢原子光谱
　(多选)下列关于巴耳末公式＝R∞(－)的理解，正确的是(　　)
A．此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的
B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱
C．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱
D．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子的光谱
[解析]　此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，A正确，D错误；公式中n只能取大于等于3的整数，λ不是连续值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确．
[答案]　AC
知识点二　对玻尔理论的理解
eq \a\vs4\al()
玻尔原子模型中提出了三条假设，其中跃迁是指电子在不同轨道之间的跃迁．
试探究：(1)跃迁与电离有什么区别？
(2)跃迁与电离对光子的能量有什么要求？
[提示]　(1)跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化过程，而电离则是指原子核外的电子获得一定能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程．
(2)原子吸收光子的能量跃迁时必须满足能量条件，而只要大于电离能的任何光子的能量都能被吸收．
1．轨道量子化
(1)轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值．
(2)氢原子的电子最小轨道半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数．
2．能量量子化
(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．
(2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6 eV.
(3)激发态：除基态之外的其他能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动．
氢原子各能级的关系为：
En＝E1(E1＝－13.6 eV，n＝1，2，3，…).
3．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子，光子的能量由这两种定态的能量差决定．
　(多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是(　　)
A．核外电子运动轨道半径可取任意值
B．氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大
C．电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝|En－Em|
D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量
[解析]　根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误．
[答案]　BC
　原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光。下列说法正确的是(　　)
A．频率相同的光子能量不一定相同
B．原子跃迁发射的光子频率一定不连续
C．原子跃迁只产生单一频率的光子
D．激光照射金属板不可能发生光电效应
[解析]　根据ε＝hν可知，频率相同的光子能量相同，故A错误．原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，电子轨道是量子化的，能量是量子化的，故而频率是不连续的，这也就成功解释了氢原子光谱不连续的特点，故B正确．原子在不同的轨道之间跃迁产生不同频率的光子，故C错误．根据Ek＝hν－W0可知，激光光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电效应，故D错误．
[答案]　B
　(多选)下列说法正确的是(　　)
A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线
[解析]　玻尔原子理论提出原子的能量是量子化的，故A错误；根据玻尔理论可知，原子从低能级向高能级跃迁时吸收光子，从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差，故B错误，C正确；根据玻尔理论可知，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此原子的光谱只有一些分立的亮线，故D正确．
[答案]　CD
知识点三　原子能级和能级跃迁
eq \a\vs4\al()
原子从一种定态跃迁到另一种定态时，会吸收或辐射出一定频率的光子．
试探究：(1)若从E3到E1是否只有E3→E1一种可能？
(2)如果是一群氢原子处于量子数为n的激发态，最多有多少条谱线？
[提示]　(1)不是，可以是E3→E1，也可以是E3→E2，再E2→E1，有两种可能．
(2)共有N＝＝C条．
1．对能级图的理解
(1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n＝1时对应的能量，其值为－13.6 eV.En代表电子在第n个轨道上运动时的能量．
(2)作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n＝1是原子的基态，n→∞是原子电离时对应的状态．
2．能级跃迁
处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态．所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝＝C.
3．光子的发射
原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定．
hν＝En－Em(En、Em是始、末两个能级且m能级差越大，放出光子的频率就越高．
　光子的发射和吸收过程是(　　)
A．原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
B．原子不能从低能级向高能级跃迁
C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级
D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量可大于始、末两个能级的能量差值
[解析]　原子从低能级向高能级跃迁要吸收光子，从高能级自发地向低能级跃迁要放出光子，不管是吸收光子还是放出光子，光子的能量总等于两能级之差，故A、B、D错误，C正确．
[答案]　C
　(多选)(2024·重庆卷，T8)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像．Hα和Hβ分别为氢原子由n＝3和n＝4能级向n＝2能级跃迁产生的谱线(如图)，则(　　)
A．Hα的波长比Hβ的小
B．Hα的频率比Hβ的小
C．Hβ对应的光子能量为3.4 eV
D．Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态
[解析]　氢原子n＝3与n＝2的能级差小于n＝4与n＝2的能级差，则Hα与Hβ相比，Hα的波长大、频率小，故A错误，B正确；Hβ对应的光子能量E＝(－0.85)eV－(－3.40)eV＝2.55 eV，故C错误；氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量E＝(－3.40)eV－(－13.60)eV＝10.2 eV，Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故D正确．
[答案]　BD
　(2024·安徽卷，T1)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征．图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(　　)
A．1种　　　　　　　 B．2种
C．3种 D．4种
[解析]　大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的光子种类为C＝3种，辐射出光子的能量分别为ΔE1＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，ΔE3＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，其中ΔE1>3.11 eV，ΔE2<3.11 eV，ΔE3>3.11 eV，所以辐射不同频率的紫外光有2种．
[答案]　B
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(光谱)(多选)关于光谱，下列说法正确的是(　　)
A．炽热的液体发射连续谱
B．线状谱和吸收光谱都可以用来对物质进行分析
C．太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素
D．发射光谱一定是连续谱
解析：选AB.炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，故A正确；每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应，因此吸收光谱中的暗线也是原子的特征谱线，可以用来进行光谱分析，B正确；太阳光谱中的暗线，说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素，C错误；发射光谱有连续谱和线状谱，D错误．
2．(玻尔理论)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
解析：选D.根据玻尔理论知，电子绕核做圆周运动的半径是一些分立值，故A错误；电子绕核做圆周运动是稳定的，不发生电磁辐射，故B错误；从低能级向高能级跃迁时，需吸收光子，故C错误；当吸收的光子能量等于两能级间的能级差时，才能被氢原子吸收，所以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，故D正确．
3．(原子能级和能级跃迁)氢原子钟是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制和校准的石英钟．氢原子能级示意图如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．玻尔理论认为电子的轨道半径是连续的
B．玻尔理论能很好地解释各种复杂原子的光谱
C．大量处于n＝3能级氢原子可以辐射出3种不同频率的光
D．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级需要吸收能量
解析：选C.玻尔理论认为原子的能量是量子化的，轨道半径也是量子化的，不是连续的，故A错误；玻尔理论由于仍然保留了经典力学的理论，因此存在一定的局限性，只能解释氢原子的光谱，对复杂原子的光谱不适用，故B错误；大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出C＝3种不同频率的光，故C正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时向外辐射光子，放出能量，故D错误．
4．(原子能级和能级跃迁)如图所示的是氢原子的能级图，一群处于基态的氢原子吸收某种频率的光子后，跃迁到同一激发态上，处在激发态的氢原子不稳定，向低能级跃迁，可辐射多种频率的光子，其中能量最小的光子能量为0.31 eV，则氢原子处在基态时吸收的光子能量为(　　)
A．13.6 eV B．13.06 eV
C．12.75 eV D．12.09 eV
解析：选B.根据能级图判断，能量最小的光子是从n＝5向n＝4跃迁的，因此氢原子处在基态时吸收的光子的能量E＝－0.54 eV－(－13.6 eV)＝13.06 eV.第一节　原子的结构
1.了解α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象．　2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容．　3.知道氢原子光谱的特点．　4.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容，掌握用玻尔原子理论简单解释氢原子模型．　5.知道原子的能级结构，了解能级、跃迁、基态、激发态等概念．
一、原子核式结构的提出
1．J.J.汤姆孙原子模型
J.J.汤姆孙认为原子是一个球体，正电荷均匀地分布在其中，电子镶嵌其中．有人形象地称其为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”．
2．α粒子散射实验
(1)实验装置：α粒子源、金箔、显微镜和荧光屏．
(2)实验现象：
①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进．
②少数α粒子发生了较大的偏转．
③极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至达到180°．
(3)实验意义：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．
3．核式结构模型
(1)1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个带正电的很小的原子核．
它几乎集中了原子的全部质量，而电子在核外空间绕原子核旋转．
(2)原子半径的数量级大约是10－10 m，原子核半径的数量级为10－15～10－14 m．
二、氢原子光谱
某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称为原子光谱，由实验得到的氢原子光谱是分立的．
氢原子的光谱如图所示，光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光．
三、原子的能级结构
1．轨道量子化：电子绕原子核运动的轨道半径是分立的，电子只能在某些特定的轨道上运动．
2．能级：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量．这些分立的能量值被称为原子的能级．
Ｋ
3．跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作跃迁．处于高能级的原子会自发地向低能级跃迁，并且在这个过程中辐射光子．假定原子在跃迁前后的能级分别为Em和En，则辐射出光子的能量为hν＝Em－En.
4．基态：最低能级对应的状态．
5．激发态：较高的能级对应的状态，处于激发态的氢原子是不稳定的．
6．电子云
当原子处于不同的状态时，电子在原子核周围各处出现的概率不同．若用疏密不同的点表示电子在各处出现的概率，这样画出的概率分布图称为电子云．
判断下列说法是否正确．
(1)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹．(　　)
(2)卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型．　(　　)
(3)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的．(　　)
(4)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态．(　　)
(5)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因.(　　)
(6)玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线．(　　)
提示：(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)√
第1课时　原子核式结构的提出
知识点一　电子的发现及比荷的测定
eq \a\vs4\al()
汤姆孙的气体放电管如图所示．
(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？
(2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？
[提示]　(1)阴极射线向下偏转，与电场线方向相反，说明阴极射线带负电．
(2)由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直于纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转．
　
1．阴极射线的电性
(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定阴极射线带电的性质．
(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定阴极射线带电的性质．
2．比荷的测定
根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷(或电荷量)，可按以下方法：
(1)让电子通过正交的电磁场，如图甲所示，让其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F洛＝F电(Bqv＝qE)得到电子的运动速度v＝.
　　
(2)在其他条件不变的情况下，撤去电场，如图乙所示，保留磁场让电子在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bqv＝，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r，则由qvB＝m得＝＝.
3．密立根油滴实验
(1)装置
密立根实验的装置如图所示．
①两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．
②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降．观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．
(2)方法
①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E.但是由于油滴太小，其质量很难直接测出．密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量．没加电场时，由于空气的黏性，空气给油滴的摩擦力很快就等于油滴所受的重力大小而使油滴匀速下落，可测得速度v1.
②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡．根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量．
(3)结论
带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e.
　(多选)关于电子的发现，下列叙述正确的是(　　)
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
[解析]　电子的发现说明原子有一定的结构，但并没有证明原子核的存在，也不能说明原子是由电子和原子核组成的，故A错误，B正确；发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，故C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象，故D正确．
[答案]　BCD
　如图所示的是汤姆孙做阴极射线实验时用到的气体放电管，在K、A之间加高电压，便有阴极射线射出；C、D 间不加电压时，荧光屏上O点出现亮点，当C、D之间加如图所示的电压时，光屏上P 点出现亮点.
(1)要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源____________(选填“正极”或“负极”)；要使荧光屏上P 处的亮点再回到O点，可以在C、D 间加垂直于纸面____________(选填“向里”或“向外”)的匀强磁场．
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是____________(选填“相同”或“不同”)的．
[解析]　(1)要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源负极；要使光屏上P 处的亮点再回到O点，则洛伦兹力向上，根据左手定则可知，可以在C、D 间加垂直于纸面向外的匀强磁场．
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是相同的．
[答案]　(1)负极　向外　(2)相同
　美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先精确测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验．如图所示，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止．
(1)若要测出该油滴的电荷量，则需要测出的物理量有________．
A．油滴质量m　　　　 B．两板间的电压U
C．两板间的距离d D．两板的长度L
(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q＝________．(已知重力加速度为g)
(3)若电子的电荷量为e，则该油滴中带的电子数为________．
[解析]　(1)由题意及电场力公式可得，油滴静止时有mg＝qE＝q
所以需要测油滴质量、两板间的电压和两板间的距离．
(2)由上述分析可得q＝.
(3)设油滴中带的电子数为n，则有
ne＝q，n＝＝.
[答案]　(1)ABC　(2)　(3)
知识点二　α粒子散射实验
eq \a\vs4\al()
图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图．
试探究：(1)该实验中为什么用金箔作靶子？
(2)当把荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，哪个位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多？
[提示]　(1)金的延展性好，可以做得很薄而且金的原子序数大，产生的库仑斥力大，偏转明显．
(2)在A处相同时间内观察到屏上的闪光次数最多．
1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据．在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型．
2．实验装置
(1)放射源：放出α粒子(He).
(2)金箔：靶子．
(3)显微镜、荧光屏(可转动)：观察工具．
3．实验现象
(1)受力情况
①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；
②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小．
(2)偏转情况
①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)；
②少数α粒子发生大角度偏转；
③如果α粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少．
4．实验结论
卢瑟福分析了实验数据后认为，事实应该是：占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围．这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转．卢瑟福提出了自己的原子模型：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的．
　卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，打到金箔上，最后在环形荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)
A．α粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了碰撞
B．当α粒子接近金箔中的电子时， 电子对α粒子的吸引力使之发生明显偏转
C．通过α粒子散射实验可以估算原子核半径的数量级约为 10－10 m
D．α粒子散射实验说明了原子中有一个带正电的核，几乎集中了原子全部的质量
[解析]　α粒子偏转主要是占原子质量绝大部分的带正电的原子核的斥力造成的，电子的质量很小，α粒子与电子碰撞后对运动轨迹的影响可忽略不计，A、B错误；α粒子散射可以用来估算核半径，对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为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，C错误；占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围，这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转，D正确．
[答案]　D
　根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为α粒子散射示意图，图中实线表示α粒子的运动轨迹，则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)
A．根据α粒子散射实验可以估算原子大小
B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了直接碰撞
C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
D．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
[解析]　根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，A错误；题图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用，并没有发生碰撞，B错误；绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，C正确；题图中大角度偏转的α粒子，库仑斥力先做负功后做正功，故电势能先增大后减小，D错误．
[答案]　C
知识点三　原子的核式结构
1．原子的两种模型
核式结构 枣糕模型
原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 原子是充满了正电荷的球体
电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内
2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，等于它们的原子序数．
3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数．
4．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多．
　(多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是(　　)
A．原子是一个质量分布均匀的球体
B．原子的质量几乎全部集中在原子核内
C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D．原子核半径的数量级是10－15 m
[解析]　原子的质量几乎全部集中在原子核内，所以A错误，B正确；原子的正电荷全部集中在一个很小的核内，负电荷绕原子核做圆周运动，C错误；原子核半径的数量级是10－15 m，D正确．
[答案]　BD
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(电子的发现及比荷的测定)(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现(　　)
A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量
解析：选AD.阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确；由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，B错误；不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误；在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，D正确．
2．(α粒子的散射实验)如图所示的是卢瑟福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．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
C．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
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：选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，A正确；因大多数粒子不改变运动方向，则在题图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内在A处观察到屏上的闪光次数多，B错误；虽只有少数的粒子产生大角度偏转，但在题图中的B位置进行观察时屏上仍可观察到闪光，C错误；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子核的斥力作用从而改变运动方向，D错误．
3．(原子的核式结构)关于原子结构，下列说法正确的是(　　)
A．原子中的原子核很小，核外很“空旷”
B．原子核半径的数量级是10－10m
C．原子的全部电荷都集中在原子核里
D．原子的全部质量都集中在原子核里
解析：选A.原子中的原子核很小，核外很“空旷”，A正确；原子核半径的数量级是10－15 m，原子半径的数量级是10－10 m，B错误；原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核，核外电子带负电且具有一定质量，C、D错误．
4．(电子比荷的测定)如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场时打在屏上P点，经测量O′P为Y0，求电子的比荷．
解析：由于电子进入电场中做类平抛运动，沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动，满足
Y0＝at2＝××＝ eq \f(eUl2,2dmv)
则＝ eq \f(2dY0v,Ul2) .
答案： eq \f(2dY0v,Ul2)第三节　核力与核反应方程
1.知道原子核的组成，知道核子的概念．　2.掌握质量数、电荷数和核子数之间的关系．　3.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程．　4.了解四种基本相互作用，知道核力的性质．　5.知道原子核的结合能和比结合能的概念，知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．
一、原子核的组成
1．1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核时，发现了一种新粒子，这种粒子带有一个单位的正电荷，其质量与氢原子的质量相近，人们把这种粒子命名为质子．
2．卢瑟福预言原子核内应该还存在着质量跟质子差不多的不带电的中性粒子，他把这种粒子称为中子．后来他的学生查德威克在用射线轰击铍时产生了一种能量较高、贯穿能力很强的中性粒子，并证实这就是卢瑟福所预言的中子．
3．原子核是由中子和质子组成的，中子与质子的质量几乎相等．组成原子核的中子和质子被统称为核子．由于原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，我们把这个倍数叫作原子核的质量数，原子核的质量数就是核内的核子数．一个质量数为A、电荷数为Z的原子核包含Z个质子和(A－Z)个中子．原子核常用符号X表示，其中X为元素符号．
二、核反应方程
1．利用天然放射性的高速粒子或人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核，这个过程叫作核反应．
2．在核反应过程中，原子核的质量数和电荷数会发生变化，同时伴随着能量的释放或吸收，所放出或吸收的能量叫作反应能．
卢瑟福用α粒子轰击氮核而发现了质子的核反应方程可以写为N＋He―→O＋H.
用α粒子轰击铍核而发现了中子的核反应方程可以写为Be＋He―→C＋n.
3．大量的实验测量表明，在核反应过程中，方程两边总的质量数和电荷数是守恒的．原子核在发生衰变时也具有相同的特点，电荷数和质量数总是守恒的．
三、核力及四种基本相互作用
1．核力
组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，它使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力被称为核力，核力属于强相互作用．
2．四种基本相互作用：强相互作用、万有引力、电磁相互作用和弱相互作用．
四、结合能
1．结合能
由于核子间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是需要提供一定的能量，根据能量守恒，核子结合成原子核时也会放出一定的能量，这个能量叫作原子核的结合能．
2．比结合能
原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的比结合能，也叫平均结合能．
3．质量亏损
核子结合成原子核时，反应前后存在质量亏损，此亏损的质量与反应中释放的能量相对应．
4．质能方程
ΔE＝Δmc2，式中ΔE为结合能，Δm为质量亏损．
判断下列说法是否正确．
(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡．　(　　)
(2)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．(　　)
(3)在核反应过程中，质量数和电荷数守恒．(　　)
(4)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．　(　　)
(5)比结合能越大，原子核越稳定．(　　)
(6)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系．(　　)
提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√
第1课时　原子核的组成及核反应
知识点一　原子核的组成
eq \a\vs4\al()
查德威克实验示意图如图所示，用天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B.
试探究：(1)在这个实验中粒子流A是什么粒子？
(2)粒子流B又是什么粒子？
[提示]　(1)A为中子流．
(2)B为质子流．
1．原子核
2．基本关系
(1)符号：X.
(2)基本关系：原子核的电荷数(Z)＝核内的质子数＝元素的原子序数＝核外电子数．
原子核的质量数(A)＝核内的核子数＝质子数＋中子数．
3．三个概念
(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数．
(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数，简称核电荷数．
(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数．
　原子核90Th表示(　　)
A．核的质量数为90
B．核内有234个质子
C．核内有90个核子
D．核内有144个中子
[解析]　原子核Th中234是质量数，90是电荷数，即Th核内有90个质子，中子数为234－90＝144个，质子和中子统称为核子，所以核内有234个核子．故选D.
[答案]　D
　已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：
(1)镭核中有多少个质子？多少个中子？
(2)镭核所带的电荷量是多少？(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，结果保留小数点后2位)
(3)呈中性的镭原子，核外有多少个电子？
[解析]　(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.
(2)镭核所带电荷量：
Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C.
(3)呈中性的镭原子的核外电子数等于核内质子数，故核外电子数为88.
[答案]　(1)88　138　(2)1.41×10－17 C　(3)88
知识点二　核反应方程
1．衰变方程通式
(1)α衰变：X→Y＋He.
(2)β衰变：X→Y＋e.
2．衰变反应方程的书写
(1)方法：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，则衰变方程：X→Y＋nHe＋me.
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.
以上两式联立解得：n＝，m＝＋Z′－Z.
(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数守恒确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据电荷数守恒确定β衰变的次数．
3．核反应
(1)核反应条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．
(2)核反应实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．
(3)核反应遵循的规律
①质量数、电荷数守恒；②动量守恒．
(4)常见的核反应方程
①1919年卢瑟福发现质子的核反应
N＋He→O＋H；
②1932年查德威克发现中子的核反应
Be＋He→C＋n.
　(2025·安徽卷，T1)2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核(Th)俘获x个中子(n)，并发生y次β衰变，转化为易裂变的铀核(U)，则(　　)
A．x＝1，y＝1　　　 　 B．x＝1，y＝2
C．x＝2，y＝1 D．x＝2，y＝2
[解析]　由题意可知该核反应方程为Th＋xn→U＋ye，根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒得x＝233－232＝1，y＝92－90＝2，B正确．
[答案]　B
　(2025·湛江期末)由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界中一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列选项正确的是(　　)
A．Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
B．Np经过衰变变成Bi，衰变过程可以同时放出α粒子、β粒子和γ粒子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D．Np的半衰期等于任意一个Np原子核发生衰变的时间
[解析]　Bi的原子核比Np的原子核少10个质子，质子数和中子数总共少28，故Bi的原子核比Np的原子核少18个中子，故A错误；设需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有93＝2x－y＋83，4x＝237－209，解得x＝7，y＝4，故C正确；一个原子核在一次衰变中要么是α衰变，要么是β衰变，同时伴随γ射线的产生，可以同时放出α粒子和γ粒子或者β粒子和γ粒子，不能同时放出三种粒子，故B错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适用，故D错误．
[答案]　C
知识点三　衰变粒子在电场或磁场中的运动
　(多选)空间中有如图所示的匀强电场，刚放入O点可视为静止的6C原子核立刻发生衰变．之后衰变产物A、B两粒子的初速度与电场强度垂直，A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图中虚线所示，不计粒子重力和两粒子间的库仑力作用，下列说法正确的是(　　)
A．6C原子核发生的是α衰变
B．A粒子为α粒子
C．A、B两粒子运动的加速度大小之比为4∶5
D．A、B两粒子运动的初速度大小相等
[解析]　根据A、B两粒子的运动轨迹，可知两粒子所受电场力方向均与电场方向相同，即两粒子均带正电，可知C原子核发生的是α衰变，故A正确；根据上述分析可知，该衰变的核反应方程为C→Be＋He，衰变过程动量守恒，则有mAvA－mBvB＝0可知质量越大，速度越小，即Be的初速度小于He的初速度，故D错误；粒子在电场中做类平抛运动，则有x＝vt，y＝·t2，解得y＝·，根据题图可知，当竖直分位移大小相等时，Be的初速度小，电荷量大，则水平分位移小一些，可知A粒子为Be粒子，故B错误；A、B两粒子运动的加速度大小a＝，则＝·＝×＝，故C正确．
[答案]　AC
　(多选)静止在匀强磁场中的放射性元素镭的原子核(Ra)，当它放出一个α粒子后变成了氡核(Rn).假设α粒子和氡核的速度方向都与磁场方向垂直，它们在匀强磁场中的运动轨迹如图所示(图中直径没有按比例画)，则下列叙述符合事实的是(　　)
A．该核反应方程式为：Ra→Rn＋He
B．轨迹1对应α粒子
C．α粒子与氡核的动量相同
D．α粒子与氡核在匀强磁场中做匀速圆周运动时环绕方向相同
[解析]　根据原子核衰变，电荷数和质量数守恒，故A正确；放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲核的速度相反，不受外力作用，动量等大反向，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆，两个粒子做圆周运动环绕方向相同，衰变后产生的新核电荷量大于α粒子的电荷量，根据r＝＝可知，电荷量小的α粒子轨迹半径大于新核轨迹半径，故B、C错误，D正确．
[答案]　AD
　
1．(原子核的组成)若用x代表一个中性原子核外的电子数，y代表此原子核内的质子数，z代表此原子核内的中子数，则对Th的原子来说(　　)
A．x＝90　y＝90　z＝234
B．x＝90　y＝90　z＝144
C．x＝144　y＝144　z＝90
D．x＝234　y＝234　z＝324
解析：选B.在Th的原子中，左下角标为质子数，左上角标为质量数，则y＝90；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝90；中子数等于质量数减去质子数，即z＝234－90＝144，B正确．
2．(核反应)(多选)在医疗诊断中，常用能放射正电子的半衰期为20 min的同位素C作为示踪原子．C是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击N获得的，同时还产生另一种粒子．下列说法正确的是(　　)
A．C发生衰变时会生成N和正电子
B．质子轰击N获得C的同时会产生He
C．2 g同位素C经过1 h还有0.25 g没有发生衰变
D．医疗诊断中选用C作为示踪原子，是因为它的半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理
解析：选BCD.由电荷数守恒和质量数守恒可知，C→B＋e，A错误；质子轰击N有，H＋N→C＋He，B正确；由题可知C的半衰期为20 min，1 h是3个半衰期，经3个半衰期后剩余原来的，即0.25 g 没有发生衰变，C正确；放射性物质的半衰期越短，衰变进行越快，放射性废料越容易处理，D正确．
3．(衰变粒子在磁场中的运动)实验观察到，静止在匀强磁场中某点的原子核发生了β衰变．若磁场方向垂直于纸面向外，衰变产生的新核与电子恰好在纸面内做匀速圆周运动，则关于两者运动轨迹以及方向的示意图正确的是(　　)
解析：选A.原子核发生了β衰变，核内一个中子转变为一个质子同时释放一个电子，故衰变产生的新核带正电．根据动量守恒定律，新核与电子的动量大小相同，方向相反，初始时刻两者速度方向相反．根据洛伦兹力提供向心力有qvB＝，R＝＝，新核的电荷量大，则新核的轨迹半径小．结合左手定则可判断A图正确．
4．(核反应方程)完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程．
(1)N＋n→C＋________；
(2)N＋He→O＋________；
(3)B＋n→________＋He；
(4)Be＋He→________＋n；
(5)Fe＋H→Co＋________．
_______________________________________________________；
_______________________________________________________.
答案：(1)H　(2)H　(3)Li　(4)C　(5)n
(2)中为发现质子的核反应方程
(4)中为发现中子的核反应方程(共30张PPT)
课后达标检测
题组1　光谱和氢原子光谱的规律
1．(多选)下列关于原子光谱的说法正确的是(　　)
A．原子光谱是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的
B．不同的谱线分布对应不同的元素
C．不同的谱线对应不同的发光频率
D．利用光谱分析不可以准确确定元素的种类
√
√
√
解析：原子光谱即线状谱，是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的；不同原子的亮线位置不同，即不同原子的发光频率是不一样的；每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质或确定物质的组成成分．
2．(多选)下列有关氢原子光谱的说法正确的是(　　)
A．氢原子的发光光谱是连续谱
B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
解析：原子的发光光谱是原子跃迁时形成的，由于原子的能级是分立的，所以氢原子的发光光谱不是连续谱，原子发出的光子的能量正好等于原子跃迁时的能级差，故氢原子只能发出特定频率的光，综上所述，A、D错误，B、C正确．
√
√
3．对于巴耳末公式，下列说法正确的是(　　)
A．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应
B．巴耳末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长
C．巴耳末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光
D．巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长
√
解析：巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子的发光，A、D错误；
巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确．
题组2　对玻尔理论的理解
4．(多选)关于玻尔理论，以下叙述正确的是(　　)
A．原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核运动
B．当原子处于激发态时，原子向外辐射能量
C．只有当原子处于基态时，原子才不向外辐射能量
D．不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量
√
√
解析：根据玻尔理论知A正确；
不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量，原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时，才辐射或吸收能量，所以B、C错误，D正确．
5．(多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有(　　)
A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量
B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
√
√
√
题组3　原子能级和能级跃迁
6．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．原子处于能级最低的状态时，最稳定
B．原子由高能级向低能级跃迁时，放出光子
C．能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征
D．原子能吸收任意能量值的光子向高能级跃迁
√
√
√
解析：原子在不同的状态中具有不同的能量，能量最低的状态最稳定，A正确；
原子由高能级向低能级跃迁时，能量减小，放出光子，B正确；
能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征，C正确；
原子只能吸收等于能级差的光子向高能级跃迁，D错误．
7.(2024·江西卷，T2)近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条LED技术路线．某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20 eV(约3.52×10－19 J)，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则发光频率约为(　　)
√
A．6.38×1014 Hz　　 　
B．5.67×1014 Hz
C．5.31×1014 Hz
D．4.67×1014 Hz
8．如图所示的是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝4能级．下列说法正确的是(　　)
A．这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波
B．这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eV
C.从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出的光的波长最长
D．这群氢原子能够吸收任意光子的能量后向更高能级跃迁
√
由n＝4能级跃迁到n＝1能级，辐射的光子能量最大，即ΔE＝E4－E1＝[－0.85－(－13.6)] eV＝12.75 eV，故B错误；
从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故C正确；
这群氢原子发生跃迁时吸收的能量必须等于两能级的能级差，故D错误．
9．如图为氢原子的能级示意图．已知蓝光光子的能量范围为2.53～2.76 eV，紫光光子的能量范围为2.76～3.10 eV.若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为(　　)
√
A．10.20 eV B．12.09 eV
C．12.75 eV D．13.06 eV
解析：由题知使处于基态氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知从氢原子从n＝4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光(即从n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射蓝光)，则需激发氢原子到n＝4能级，则激发氢原子的光子能量ΔE＝E4－E1＝12.75 eV.
10．氢原子从能级A跃迁到能级B吸收频率为ν1的光子，从能级A跃迁到能级C放出频率为ν2的光子．若ν1>ν2，则当它从能级B跃迁到能级C时，将(　　)
A．吸收频率为ν1－ν2的光子
B．吸收频率为ν2＋ν1的光子
C．放出频率为ν1－ν2的光子
D．放出频率为ν2＋ν1的光子
√
解析：氢原子从能级A跃迁到能级B吸收频率为ν1的光子，则B能级的能量大于A能级的能量，从能级A跃迁到能级C，释放频率为ν2的光子，则A能级的能量大于C能级的能量，可知B与C能级间的能量差为hν1＋hν2，则由B能级跃迁到C能级放出光子，光子频率ν＝ν1＋ν2，D正确．
11．中国“墨子号”量子科学实验卫星科研团队获得了克利夫兰奖．有关量子理论，下列说法正确的是(　　)
A．量子理论是普朗克首先提出的，光量子理论则是爱因斯坦首先提出的
B．光的强度越大，光子的能量越大
C．氢原子从高能级向低能级跃迁时，可以放出任意频率的光子
D．氢原子光谱为连续的亮线
√
解析：普朗克提出了量子理论，爱因斯坦提出了光子说，A正确；
根据ε＝hν知，光子的能量与光子的频率有关，与光的强度无关，B错误；
氢原子从高能级向低能级跃迁时，辐射光的频率大小由能级差决定，只能发射某些特定频率的光子，C错误；
氢原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此氢原子光谱中只有一些分立的亮线，D错误．
12．大千世界的五光十色是由于原子跃迁发光而产生的．氢原子能级的示意图如图所示，关于氢原子在跃迁过程中发射或吸收光子的描述，下列说法正确的是(　　)
A．氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，吸收的光子能量为1.89 eV
B．大量氢原子从n＝4的激发态向低能级跃迁时发射的谱线有3条
C．用光子能量为10.3 eV的光照射氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．n＝4能级的氢原子跃迁到n＝2能级比跃迁到基态发出的光子波长长
√
解析：氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，放出的光子能量为1.89 eV，A错误；
大量氢原子从n＝4的激发态向低能级跃迁时发射的谱线有C24＝6条，B错误；
用光子能量为10.3 eV的光照射处于基态的氢原子En＝－13.6 eV＋10.3 eV＝－3.3 eV，氢原子不存在En＝－3.3 eV的能级，C错误；
n＝4能级的氢原子跃迁到n＝2能级比跃迁到基态发出的光子能量小，光子的频率小，波长长，D正确．
13．(10分)已知h＝6.63×10－34 J·s.
(1)有一群氢原子处于量子数n＝4的激发态中，能发出几条光谱线？其中最高频率、最低频率各为多少？(6分)
最高频率的光子满足hν1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV＝2.04×10－18 J，ν1≈3.1×1015 Hz.最低频率的光子满足hν2＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV＝1.056×10－19 J，ν2≈1.6×1014 Hz.
答案：6条　3.1×1015 Hz　1.6×1014 Hz
(2)若有一个氢原子处于量子数n＝4的激发态时，最多能发出几种频率的光子？(4分)
解析：一个氢原子由n＝4能级向较低能级跃迁，最多能发出3种频率的光子，因为它从n＝4的能级跃迁至n＝3的能级时一定不存在由n＝4的能级直接跃迁至n＝1的能级的可能．
答案：3种章末过关检测(五)
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1. Th经过6次α衰变和4次β衰变后变成一种稳定的元素．这种元素的质量数和原子序数分别是(　　)
A．208，82　　　　　　 B．208，74
C．204，82 D．204，74
解析：选A.设衰变后的元素为M，质量数为y，核电荷数为x，衰变方程为Th→M＋6He＋4e，则质量数232＝y＋6×4，解得y＝208，核电荷数90＝x＋2×6－4，解得x＝82.
2．在2024年9月《自然》杂志上发表的一篇文章中，介绍了中国科学家发明的一种神奇的微核电池，该电池比一颗米粒还小，却可以让手机50年不充电．电池使用从核废料中提取出来的镅作为原料，镅的一种衰变方程为Am→Np＋X，则式中的X应为(　　)
A．α粒子 B．质子
C．中子 D．电子
解析：选A.根据核反应方程遵循质量数及电荷数守恒，可写出该衰变方程为Am→Np＋He，显然，衰变方程中X表示的是α粒子．
3．氚 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H)) 对人体的影响远没有网络报道的那么可怕，由于氚的β衰变只会放出一个高速移动的电子，不会穿透人体，因此只有大量吸入氚才会对人体有害．利用中子轰击，采用锂Li化合物或合金做靶材，能大量生产氚．下列关于氚的生产或衰变反应方程正确的是(　　)
A．Li＋n→He＋H
B．Li＋n→He＋H
C．H→H＋e
D．H→He＋e
解析：选B.由题意可知，氚的生产反应方程为Li＋n→He＋H，氚的β衰变反应方程为H→He＋e，故A、C、D错误，B正确．
4．热核聚变反应之一是氘核(H)和氚核(H)聚变反应生成氦核(He)和中子．已知H的静止质量为2.013 6 u，H的静止质量为3.015 0 u，He的静止质量为4.001 5 u，中子的静止质量为1.008 7 u．又有1 u相当于931.5 MeV，则反应中释放的核能约为(　　)
A．4 684.1 MeV B．4 667.0 MeV
C．17.1 MeV D．939.6 MeV
解析：选C.反应的质量亏损Δm＝(2.013 6 u＋3.015 0 u)－(4.001 5 u＋1.008 7 u)＝0.018 4 u，根据爱因斯坦的质能方程，有ΔE＝Δmc2，又有1 u＝931.5 MeV，解得ΔE≈17.1 MeV.
5．目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子．氢原子第n能级的能量为En＝，其中E1＝－13.6 eV.图是按能量排列的电磁波谱，要使n＝20的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是(　　)
A．红外线波段的光子
B．可见光波段的光子
C．紫外线波段的光子
D．X射线波段的光子
解析：选A.n＝20的氢原子能量为E20＝＝－0.034 eV，该氢原子的电离能为0.034 eV.吸收一个光子，恰好失去一个电子变成氢离子，由题图所示按能量排列的电磁波谱可知，被吸收的光子是红外线波段的光子，A正确．
6．2024年12月5日，贵州省人民医院“核医学诊疗工作推进示范项目”通过了中华医学会核医学分会专家组的验收．贵州省人民医院核医学诊疗工作推进示范项目之一是“锶 90敷贴治疗”．利用锶 90(Sr)发生β衰变放出的射线治疗某些皮肤疾病．关于Sr的β衰变，以下说法正确的是(　　)
A．β射线的穿透能力比γ射线的穿透能力强
B．β射线来源于原子核外部的电子
C．β衰变后产生的新核的原子序数为39
D．由于电子质量数为零，β衰变后产生的新核与Sr互为同位素
解析：选C.β射线的穿透能力比γ射线的穿透能力弱，故A错误；发生β衰变时，原子核内部中子转变为质子，并释放出一个电子，质子数增加，则Sr发生β衰变后产生的新核的原子序数为39，故B错误，C正确；β衰变后产生的新核质子数大于Sr的质子数，则新核与Sr不是同位素，故D错误．
7．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设．核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌的风险．已知钚的一种同位素Pu的衰变方程为Pu→X＋He＋γ，半衰期为24 100年，则下列说法正确的是(　　)
A．衰变时发出的γ射线是波长很短的实物粒子，穿透能力很强
B．X原子核中含有143个中子
C．10个Pu经过24 100年后一定还剩余5个
D．Pu的质量和衰变后的X原子核与He的总质量相等
解析：选B.衰变时发出的γ射线是电磁波，穿透能力很强，A错误；根据反应过程满足电荷数和质量数守恒可知，X原子核中的电荷数为92，质量数235，则X原子核中的中子数为235－92＝143，B正确；半衰期只适用于大量原子核发生衰变时，对于少数原子核衰变不适用，C错误；衰变过程存在质量亏损，故Pu 的质量大于衰变后的X原子核与He的总质量，D错误．
8．核废水含有氚、锶 90、铯 137、碘 129等放射性元素．其中137Cs半衰期为30年，它能通过β衰变为新核X，下列说法正确的是(　　)
A．由核反应说明137Cs核内存在电子
B．铯Cs的β衰变方程为Cs→X＋e
C．新核X与铯Cs的核子数、中子数相等
D．经过30年，20个铯核中还有10个铯核未发生衰变
解析：选B.β衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子时放出的，不能说明137Cs核内存在电子，故A错误；根据电荷数和质量数守恒，铯Cs的β衰变方程为Cs→X＋e，故B正确；新核X与铯Cs的核子数相同，新核X的中子数比铯Cs 的中子数少1个，故C错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核衰变不适用，故D错误．
9．氢原子的能级图如图，已知可见光的光子的能量范围为1.62～3.11 eV，对氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征的认识，下列说法正确的是(　　)
A．用能量为10.3 eV的光子照射氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
B．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
C.一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出4种不同频率的光子
D．处于n＝4能级的氢原子向不同能级跃迁，跃迁至n＝3能级时比跃迁至n＝2能级时辐射的光子频率高
解析：选B.原子的跃迁能量必须等于能级差，基态的氢原子吸收10.2 eV的能量能从n＝1能级跃迁到n＝2能级，而能量10.3 eV大于10.2 eV，所以不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态，故A错误；紫外线光子的最小能量为3.11 eV，处于n＝3能级的氢原子的电离能为1.51 eV，故处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离，故B正确；一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出3种不同频率的光子，故C错误；因能级差ΔE42>ΔE43，而ΔE＝hν，故处于n＝4能级的氢原子向不同能级跃迁，跃迁至n＝3能级时比跃迁至n＝2能级时辐射的光子频率低，故D错误．
10．钍基熔盐堆是第四代核能反应堆，具有更安全、更清洁的特点，该反应堆以钍232(Th)为核燃料．再生层钍232(Th)俘获一个中子后会变成钍233(Th)，钍233(Th)不稳定，经过多次β衰变转化成易裂变铀233(U).下列说法正确的是(　　)
A．钍232和铀233的半衰期不相同
B．β衰变中的电子是来源于原子核外的电子
C．钍232有90个中子，142个质子
D．铀233的裂变方程可能为U＋n→Ba＋Kr＋2n
解析：选A.不同原子核的半衰期不同，A正确；β衰变释放电子，来源于原子核，B错误；钍的质子数为90，中子数为142，C错误；裂变方程应满足质子数和质量数守恒，该方程不满足，D错误．
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
11．几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，其内部高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为3He→X，已知该反应放出的能量为E，真空中光速为c, 则(　　)
A．该反应属于核聚变
B．X核中有 6个核子
C．氦核的比结合能为
D．该反应的质量亏损为
解析：选AD.根据质量数和核电荷数守恒，可知核反应方程为3He→X，属于轻原子核结合成较重原子核反应，所以该反应属于核聚变，又核子数为质子数加上中子数等于质量数，故A正确，B错误；比结合能又称平均结合能，等于结合能除以核子数，结合能是自由分散的核子结合成原子核所释放的能量，并不是该反应放出的能量为E，所以X核的比结合能不为，故C错误；根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，又因为该反应放出的能量为E，所以该反应的质量亏损为，故D正确．
12.离子式烟雾传感器内部感知烟雾粒子的器件如图所示．它是通过流过电离室(相当于电阻)的电流变化来感知烟雾粒子的装置．器件本体被金属外壳所覆盖，在器件内有一小块半衰期长达432年的放射性金属镅241(Am)，衰变时产生镎(Np)和一种带电粒子，产生的带电粒子使空气电离，电离产生的正、负离子在恒定电压作用下形成电流．若短时间内有大量烟雾粒子进入，会导致该带电粒子被吸收，测量装置感知到电流变化后，会发出警报，则下列说法正确的是(　　)
A.镅241衰变产生的带电粒子为He
B．衰变产生的带电粒子能穿过金属外壳
C．短时间内有大量烟雾粒子进入，会导致器件电流减小
D．器件中放射性金属镅241经过长达864年后，将完全衰变殆尽
解析：选AC.放射性金属镅241(Am)，衰变时产生镎(Np)和一种带电粒子，根据质量数守恒和电荷数守恒，可知该带电粒子是氦核，即α粒子，A正确；α粒子的穿透本领较弱，不能穿过金属外壳，B错误；短时间内有大量烟雾粒子进入，会导致α粒子被吸收，粒子数变少，导致器件电流减小，C正确；器件中放射性金属镅241经过长达864年后，即经过两个半衰期，将还有的放射性金属镅241未衰变，D错误．
13．下列说法正确的是(　　)
A．根据甲图氢原子的电子云示意图显示，电子在玻尔能级理论中的定态轨道是一个概率问题
B．根据乙图中原子核的比结合能示意图可知，Li原子核中的平均核子质量比O的要小
C．丙图中的链式反应要能持续，裂变物质必须具有一定的体积或质量
D．根据丁图中氡的衰变可知，1 g氡经过38天后还剩0.1 g
解析：选AC.玻尔理论具有一定的局限性，电子没有确定的轨道，定态轨道是一个概率问题，故A正确；比结合能越大的原子核越稳定，平均核子的质量越小，Li原子核中的平均核子质量比8O的要大，故B错误；裂变反应的进行需要达到临界体积或临界质量，故C正确；氡原子核的半衰期为3.8天，1 g氡经过38天，还剩下g，故D错误．
三、非选择题(本题共4小题，共42分)
14．(8分)一个静止的铀核92U衰变为钍核，释放出一个α粒子．已知铀核的质量为238.007 u，钍核(其元素符号为Th)的质量为234.038 u，α粒子质量为3.897 u，1 u相当于931.5 MeV，请完成以下问题．
(1)写出核反应方程．(4分)
(2)求此衰变过程释放的核能为多少？(保留2位有效数字)(4分)
解析：(1)核反应方程为U→He＋Th.
(2)设m1＝238.007 u ，m2＝234.038 u，m3＝3.897 u
则质量亏损Δm＝m1－m2－m3＝0.072 u
根据公式ΔE＝Δmc2
解得释放的核能ΔE≈67 MeV.
答案：(1) U→He＋Th　(2)67 MeV
15．(10分)“硼中子俘获疗法”是治疗肿瘤的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核(5B)吸收慢中子后变得不稳定，会转变成一个新核和一个α粒子，同时释放出γ射线．一个硼核吸收一个中子后处于静止状态，然后发生核反应，此过程中释放的核能一部分转化为新核和α粒子的动能，另一部分以γ射线的形式释放．已知新核的动能为E，γ射线的能量为E0，真空中的光速为c.
(1)写出核反应方程．(4分)
(2)求核反应过程中亏损的质量．(6分)
解析：(1)根据反应前后质子数、质量数守恒可得
B＋n→Li＋He＋γ.
(2)根据动量守恒定律得pα＝－p新核
动能和动量的关系为Ek＝
可得＝
反应过程中放出的能量
ΔE＝Ek新＋Ekα＋E0
根据质能方程ΔE＝Δmc2
解得Δm＝＝.
答案：(1) B＋n→Li＋He＋γ　(2)
16．(10分)铀238的半衰期是4.5×109年，假设一块矿石中含有2 kg铀238.
(1)经过45亿年后还剩下多少铀238？假设发生衰变的铀238均变成了铅206，则此矿石中含有多少铅？(6分)
(2)若测出某块矿石中的铀、铅含量比为119∶309，求此矿石的年龄．(4分)
解析：(1)45亿年即4.5×109年，由m＝m0知剩余的铀238质量m＝2×kg＝1 kg
在此45亿年中将有1 kg铀238发生衰变并获得了铅206，故有m1＝(m0－m)，
则m1＝kg≈0.866 kg，即矿石中含有铅0.866 kg.
(2)设此矿石中铀238原来的质量为m0′，此矿石的年龄为t′，则现在剩余的铀238 m′＝m0′，那么在时间t′内发生了衰变的铀238为m0′－m′＝m0′，设铅206的质量为mx，则＝，即mx＝m0′，所以现在矿石中的铀、铅含量之比为＝
＝，解得t＝2τ＝90亿年．
答案：(1)1 kg　0.866 kg　(2)90亿年
17．(14分)利用钚238发生衰变释放的能量可制造电池．一个静止的钚核Pu(原子质量为m1)放出一个x粒子(原子质量为m2)后，衰变成铀核U(原子质量为m3).已知光速为c.
(1)判断x是什么粒子，并写出钚核的衰变反应方程；(4分)
(2)计算该衰变反应中释放出的核能；(4分)
(3)若释放的核能全部转化为新核和x粒子的动能，则x粒子的动能为多少？(6分)
解析：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可判断x粒子质量数为4，电荷数为2，则知x是α粒子，其核反应方程为Pu→U＋He.
(2)根据爱因斯坦质能方程，释放的能量
E＝(m1－m2－m3)c2.
(3)系统动量守恒，铀核和α粒子的动量大小相等，根据动量守恒定律得pU＝pα
根据动能与动量的关系Ek＝∝
设α粒子的动能为Ekl，则铀核的动能为Ek1，则有Ek1＋Ek1＝E
解得Ek1＝c2.
答案：(1)α粒子　Pu→U＋He
(2)c2　(3)c2(共34张PPT)
课后达标检测
1．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量E1＝－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示．在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁或电离的是(　　)
√
A．40.8 eV　　 B．43.2 eV
C．51.0 eV D．54.4 eV
解析：要吸收光子发生跃迁需要满足一定的条件，即吸收的光子的能量必须是任意两个能级的差值，40.8 eV是第1能级和第2能级的差值，51.0 eV是第1能级和第4能级的差值，54.4 eV是电子刚好电离需要吸收的能量，A、C、D均满足条件，而B不满足条件，B正确．
2．当用具有1.87 eV能量的光子照射处于n＝3的激发态的氢原子时(　　)
A．氢原子不会吸收这个光子
B．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为0.36 eV
C．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零
D．氢原子吸收该光子后不会被电离
√
3.(2024·江苏卷，T5)在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种(　　)
√
A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4
解析：根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据题图可知跃迁时对应波长为λ3的光子能量最大．
4.用光子能量为12.09 eV的光去照射一群处于基态的氢原子，受激发后的氢原子向低能级跃迁时，释放的光子中能使逸出功为4.54 eV的金属钨产生光电效应的有几种(　　)
√
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
解析：用能量为12.09 eV的光子去照射处于基态的一群氢原子，则－13.6 eV＋12.09 eV＝－1.51 eV，受激发后的氢原子跃迁到n＝3能级，向低能级跃迁时产生3种不同能量的光子，能量分别为ΔE1＝E3－E2＝1.89 eV，ΔE2＝E2－E1＝10.2 eV，ΔE3＝E3－E1＝12.09 eV，所以只有2种频率的光子，能使逸出功为4.54 eV的金属钨产生光电效应．
A．氢原子跃迁时最多可发出6种可见光
B．氢原子跃迁时发出的可见光均能使金属钾发生光电效应
C．氢原子跃迁时发出的可见光使金属钾发生光电效应得到光电子的最大初动能为0.3 eV
D．氢原子跃迁时发出的可见光使金属钾发生光电效应得到光电子的最大初动能为10.98 eV
5.氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子的能量范围为1.62～3.11 eV，金属钾的逸出功是2.25 eV，现有大量处于n＝4能级的氢原子．下列说法正确的是(　　)
√
解析：根据C2＝6知，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光子，因为可见光的光子能量范围为1.62～3.11 eV，满足此范围的有n＝4到n＝2、n＝3到n＝2，所以氢原子跃迁时最多可发出2种可见光，故A错误；
4
大量氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光子能量为－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV>2.25 eV，能发生光电效应，从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光子能量为－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV<2.25 eV，不能发生光电效应，故B错误；
根据Ek＝hν－W0，氢原子跃迁时发出的可见光使金属钾发生光电效应得到光电子的最大初动能Ek＝2.55 eV－2.25 eV＝0.3 eV，故C正确，D错误．
6．霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而使其呈现五颜六色，如图为氢原子的能级示意图．大量氢原子处于n＝4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．从n＝4能级跃迁到n＝3能级时放出的光子能量最大
C．有4种频率的光子能使金属钠发生光电效应
D．用0.54 eV的光子照射，氢原子可跃迁到n＝5的激发态
√
解析：由题意知，氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级时，辐射出的光子能量最大，光子最大能量hνm＝E4－E1＝12.75 eV，用该光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠时，逸出光电子的最大初动能Ekm＝hνm－W0＝10.46 eV，故A错误；
氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射出的光子能量最小，故B错误；
由于从n＝4能级跃迁到n＝5能级需要吸收的光子能量ΔE＝E5－E4＝－0.54 eV－(－0.85 eV)＝0.31 eV≠0.54 eV，所以用0.54 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n＝5的激发态，故D错误．
7．(多选)如图所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时，释放光子的波长分别为λa、λb、λc，则下列说法正确的是(　　)
√
√
当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，释放能量，氢原子的能量减小，电子的势能减小，动能增加，B错误；
用电子碰撞处于基态的氢原子时，电子会将一部分能量转移给氢原子，如果这部分能量正好等于某能级与基态的能量差，则氢原子可以发生跃迁，C错误；
当用能量为12.09 eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，氢原子受到激发能从n＝1能级跃迁到n＝3能级，这些处于激发态的氢原子向基态跃迁的过程中，可以发出三种不同频率的光，D正确．
A．这些氢原子一定能发出10种不同频率的可见光(可见光能量范围：1.62～3.11 eV)
B．已知钠的逸出功为2.29 eV，则氢原子从n＝5能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钠的表面打出光电子
C.氢原子从n＝5能级跃迁到n＝1能级释放的光子波长最长
D．氢原子从n＝5能级跃迁到n＝4能级时，氢原子能量减小，核外电子动能增大
√
√
解析：大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁，可能辐射出C2＝10种不同频率的光子，但是这些光子中只有3→2、4→2、5→2跃迁时产生的光子在可见光的范围内，A错误；
5
氢原子从n＝5能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最大，则频率最大，波长最短，故C错误；
氢原子从n＝5能级跃迁到n＝4能级时向外辐射光子，原子的总能量减小，电子做圆周运动的轨道半径变小，则核外电子运动的动能增大，故D正确．
9．如图所示的是氢原子的能级示意图，大量处于基态的氢原子吸收光子后，能向外辐射6种不同频率的光子，其中从n>2能级跃迁到n＝2能级向外辐射的光子频率处在巴耳末系，则下列说法正确的是(　　)
A．吸收的光子的能量可能为12.06 eV
B．按玻尔原子理论，氢原子吸收光子后，核外电子的动能减小
C．用能量10.0 eV的光子连续照射基态的氢原子，可以使其发生电离
D．向外辐射的光子中，有3种处于巴耳末系
√
氢原子吸收光子后，由基态跃迁到激发态，核外电子运动半径变大，电场力做负功，核外电子动能减小，故B正确；
若想使处于基态的氢原子电离，光子的能量最小应为13.6 eV，故C错误；
从n＝4能级向基态跃迁时，其中从n＝3能级跃迁到n＝2能级、从n＝4能级跃迁到n＝2能级，向外辐射的谱线处于巴耳末系，即有2种处于巴耳末系，故D错误．
10．(2025·宁夏银川市期末)氢原子的能级图如图甲所示，一群处于第4能级的氢原子向低能级跃迁过程中发出不同频率的光中，只有频率为νa、νb两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应．分别用频率为νa、νb的两个光源照射光电管阴极K，测得电流随电压变化的图像如图丙所示．下列说法正确的是(　　)
A．一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中最多能发出3种不同频率的光
B．图丙中的图线a所表示的光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的
C．图丙中的图线b所表示的光的光子能量为12.75 eV
D．处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为0.75 eV的光子并电离
√
题图丙中的图线b所表示的光的遏止电压较大，则光电子最大初动能较大，所对应的光子能量较大，原子跃迁对应的能级差较大，即对应于由第4能级向基态跃迁，则光子能量ΔE41＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，故B错误，C正确；
处于第4能级的氢原子至少要吸收0.85 eV的能量才能电离，故D错误．
11．(多选)氢原子能级图如图所示，若大量氢原子处于n＝1，2，3，4的能级状态，已知普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，1 eV＝1.6×10－19 J，某锑铯化合物的逸出功为2.0 eV，则(　　)
A．这些氢原子跃迁过程中最多可发出3种频率的光
B．这些氢原子跃迁过程中产生光子的最小频率为1.6×1014 Hz
C．这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出
D．一个动能为12.5 eV的电子碰撞一个基态氢原子不能使其跃迁到激发态
√
√
某锑铯化合物的逸出功为2.0 eV，则这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出，分别是从n＝4能级跃迁到n＝1能级发出的光子，从n＝3能级跃迁到n＝1能级发出的光子，从n＝2能级跃迁到n＝1能级发出的光子，从n＝4能级跃迁到n＝2能级发出的光子，故C正确；
一个基态氢原子跃迁到激发态所需的最小能量Emin＝E2－E1＝10.2 eV，一个动能为12.5 eV(大于10.2 eV)的电子碰撞一个基态氢原子能使其跃迁到激发态，故D错误．(共53张PPT)
第五章　原子与原子核
第一节　原子的结构
学习目标
1.了解α粒子散射实验的实验器材、实验原理和实验现象．　2.知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容．　3.知道氢原子光谱的特点．　4.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容，掌握用玻尔原子理论简单解释氢原子模型．　5.知道原子的能级结构，了解能级、跃迁、基态、激发态等概念．
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、原子核式结构的提出
1．J.J.汤姆孙原子模型
J.J.汤姆孙认为原子是一个球体，正电荷均匀地分布在其中，电子镶嵌其中．有人形象地称其为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”．
2．α粒子散射实验
(1)实验装置：α粒子源、______、显微镜和________．
(2)实验现象：
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粒子的偏转超过了________，有的甚至达到__________．
(3)实验意义：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__________模型．
金箔
荧光屏
仍沿原来
较大
90°
180°
核式结构
3．核式结构模型
(1)1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个带______的很小的________．
它几乎集中了原子的全部______，而______在核外空间绕原子核旋转．
(2)原子半径的数量级大约是10－10 m，原子核半径的数量级为10－15～10－14 m．
正电
原子核
质量
电子
二、氢原子光谱
某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称为__________，由实验得到的氢原子光谱是______的．
氢原子的光谱如图所示，光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光．
原子光谱
分立
三、原子的能级结构
1．轨道量子化：电子绕原子核运动的轨道半径是______的，电子只能在某些特定的轨道上运动．
2．能级：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量．这些分立的能量值被称为原子的能级．
分立
3．跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作跃迁．处于高能级的原子会自发地向低能级跃迁，并且在这个过程中辐射光子．假定原子在跃迁前后的能级分别为Em和En，则辐射出光子的能量为hν＝Em－En.
4．基态：______能级对应的状态．
5．激发态：较高的能级对应的状态，处于激发态的氢原子是不稳定的．
6．电子云
当原子处于不同的状态时，电子在原子核周围各处出现的概率不同．若用疏密不同的点表示电子在各处出现的概率，这样画出的概率分布图称为电子云．
最低
判断下列说法是否正确．
(1)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹．(　　)
(2)卢瑟福否定了汤姆孙模型，建立了原子核式结构模型．　(　　)
(3)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的．(　　)
(4)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态．(　　)
(5)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的成因.(　　)
(6)玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线．(　　)
×
√
√
√
√
√
第1课时　原子核式结构的提出
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　电子的发现及比荷的测定
汤姆孙的气体放电管如图所示．
(1)在金属板D1、D2之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？
[提示]　阴极射线向下偏转，与电场线方向相反，说明阴极射线带负电．
(2)在金属板D1、D2之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？
[提示]　由左手定则可得，在金属板D1、D2之间单独加垂直于纸面向外的磁场，可以让阴极射线向上偏转．
1．阴极射线的电性
(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定阴极射线带电的性质．
(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定阴极射线带电的性质．
3．密立根油滴实验
(1)装置
密立根实验的装置如图所示．
①两块水平放置的平行金属板A、B与电源相接，使上板带正电，下板带负电．油滴从喷雾器喷出后，经上面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．
②大多数油滴在经过喷雾器喷嘴时，因摩擦而带负电，油滴在电场力、重力和空气阻力的作用下下降．观察者可在强光照射下，借助显微镜进行观察．
(2)方法
①两板间的电势差、两板间的距离都可以直接测得，从而确定极板间的电场强度E.但是由于油滴太小，其质量很难直接测出．密立根通过测量油滴在空气中下落的终极速度来测量油滴的质量．没加电场时，由于空气的黏性，空气给油滴的摩擦力很快就等于油滴所受的重力大小而使油滴匀速下落，可测得速度v1.
②再加一足够强的电场，使油滴做竖直向上的运动，在油滴以速度v2匀速运动时，油滴所受的静电力与重力、阻力平衡．根据空气阻力遵循的规律，即可求得油滴所带的电荷量．
(3)结论
带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e.
　　(多选)关于电子的发现，下列叙述正确的是(　　)
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
√
√
√
[解析]　电子的发现说明原子有一定的结构，但并没有证明原子核的存在，也不能说明原子是由电子和原子核组成的，故A错误，B正确；
发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，故C正确；
物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象，故D正确．
　　如图所示的是汤姆孙做阴极射线实验时用到的气体放电管，在K、A之间加高电压，便有阴极射线射出；C、D 间不加电压时，荧光屏上O点出现亮点，当C、D之间加如图所示的电压时，光屏上P 点出现亮点.
(1)要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源____________(选填“正极”或“负极”)；要使荧光屏上P 处的亮点再回到O点，可以在C、D 间加垂直于纸面____________(选填“向里”或“向外”)的匀强磁场．
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是____________(选填“相同”或“不同”)的．
[解析]　(1)要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源负极；要使光屏上P 处的亮点再回到O点，则洛伦兹力向上，根据左手定则可知，可以在C、D 间加垂直于纸面向外的匀强磁场．
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是相同的．
负极
向外
相同
　　美国物理学家密立根通过如图所示的实验装置，最先精确测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验．如图所示，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，图中油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止．
(1)若要测出该油滴的电荷量，则需要测出的物理量有________．
A．油滴质量m　　　　 B．两板间的电压U
C．两板间的距离d D．两板的长度L
[答案]　ABC
(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q＝________．(已知重力加速度为g)
(3)若电子的电荷量为e，则该油滴中带的电子数为________．
知识点二　α粒子散射实验
图为卢瑟福所做的α粒子散射实验装置的示意图．
试探究：(1)该实验中为什么用金箔作靶子？
[提示]　金的延展性好，可以做得很薄而且金的原子序数大，产生的库仑斥力大，偏转明显．
(2)当把荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，哪个位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多？
[提示]　在A处相同时间内观察到屏上的闪光次数最多．
1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据．在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型．
3．实验现象
(1)受力情况
①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；
②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小．
(2)偏转情况
①绝大多数α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于α粒子很小)；

②少数α粒子发生大角度偏转；
③如果α粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少．
4．实验结论
卢瑟福分析了实验数据后认为，事实应该是：占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围．这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转．卢瑟福提出了自己的原子模型：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的．
　　卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，打到金箔上，最后在环形荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)
A．α粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了碰撞
B．当α粒子接近金箔中的电子时， 电子对α粒子的吸引力使之发生明显偏转
C．通过α粒子散射实验可以估算原子核半径的数量级约为 10－10 m
D．α粒子散射实验说明了原子中有一个带正电的核，几乎集中了原子全部的质量
√
[解析]　α粒子偏转主要是占原子质量绝大部分的带正电的原子核的斥力造成的，电子的质量很小，α粒子与电子碰撞后对运动轨迹的影响可忽略不计，A、B错误；
α粒子散射可以用来估算核半径，对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为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，C错误；
占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围，这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，使其发生大角度的偏转，D正确．
　　　根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为α粒子散射示意图，图中实线表示α粒子的运动轨迹，则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)
A．根据α粒子散射实验可以估算原子大小
B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发
生了直接碰撞
C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
D．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
√
[解析]　根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，A错误；
题图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用，并没有发生碰撞，B错误；
绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，C正确；
题图中大角度偏转的α粒子，库仑斥力先做负功后做正功，故电势能先增大后减小，D错误．
知识点三　原子的核式结构
1．原子的两种模型
核式结构 枣糕模型
原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 原子是充满了正电荷的球体
电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内
2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数与核外的电子数相等，等于它们的原子序数．
3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数．
4．原子半径的数量级是10－10m，原子核半径的数量级是10－15m，两者相差10万倍之多．
　　　(多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是(　　)
A．原子是一个质量分布均匀的球体
B．原子的质量几乎全部集中在原子核内
C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D．原子核半径的数量级是10－15 m
√
√
[解析]　原子的质量几乎全部集中在原子核内，所以A错误，B正确；
原子的正电荷全部集中在一个很小的核内，负电荷绕原子核做圆周运动，C错误；
原子核半径的数量级是10－15 m，D正确．
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
1．(电子的发现及比荷的测定)(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现(　　)
A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量
√
√
解析：阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确；
由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，B错误；
不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误；
在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，D正确．
2．(α粒子的散射实验)如图所示的是卢瑟福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．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
C．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
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：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，A正确；
因大多数粒子不改变运动方向，则在题图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内在A处观察到屏上的闪光次数多，B错误；
虽只有少数的粒子产生大角度偏转，但在题图中的B位置进行观察时屏上仍可观察到闪光，C错误；
α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子核的斥力作用从而改变运动方向，D错误．
3．(原子的核式结构)关于原子结构，下列说法正确的是(　　)
A．原子中的原子核很小，核外很“空旷”
B．原子核半径的数量级是10－10m
C．原子的全部电荷都集中在原子核里
D．原子的全部质量都集中在原子核里
解析：原子中的原子核很小，核外很“空旷”，A正确；
原子核半径的数量级是10－15 m，原子半径的数量级是10－10 m，B错误；
原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核，核外电子带负电且具有一定质量，C、D错误．
√
4．(电子比荷的测定)如图所示，电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的平行板电容器中，出电场时打在屏上P点，经测量O′P为Y0，求电子的比荷．(共43张PPT)
模块综合检测卷(A)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．下列有关热现象说法不正确的是(　　)
A．温度越高，扩散现象进行得越剧烈
B．春天洁白的玉兰花盛开，很远就能闻到花香，说明分子处在无规则运动中
C．固体和液体很难压缩，说明分子间不存在间隙
D．分子间引力和斥力同时存在
√
解析：温度越高，分子运动越剧烈，则扩散现象越剧烈，A正确，不符合题意；
春天洁白的玉兰花盛开，很远就能闻到花香，说明花香分子处在无规则运动中，B正确，不符合题意；
固体和液体很难压缩，说明分子间存在相互作用力，不能证明分子间是否存在空隙，C错误，符合题意；
分子引力与分子斥力同时存在，D正确，不符合题意．
2．如图所示的是两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线．下列说法正确的是(　　)
A．当r等于r1时，分子间的作用力为零
B．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力
C．当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力
D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功
√
解析：由题图可知r2＝r0(引力等于斥力位置)，因此当r大于等于r1而小于r2时分子力为斥力，大于r2时分子力为引力，故A、B错误；
当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力，故C正确；
当r由r1变到r2的过程中，分子力为斥力，因此分子间作用力做正功，故D错误．
3．下列说法正确的是(　　)
A．液面表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
B．在完全失重的宇宙飞船中，水的表面存在表面张力
C．土壤里有很多毛细管，如果要把地下的水分沿着它们引到地表，可以将地面的土壤锄松
D．浸润液体能发生毛细现象，不浸润液体则不能发生毛细现象
√
解析：液面表面张力的方向与液面相切，A错误；
液体的表面张力是分子间的相互作用力，与重力无关，故在完全失重的宇宙飞船中，水的表面存在表面张力，故B正确；
土壤里有很多毛细管，如果将地面的土壤锄松，则将破坏毛细管，不会将地下的水引到地表，故C错误；
浸润液体能发生毛细现象，液面上升，不浸润液体也能发生毛细现象，液面下降，D错误．
√
解析：根据比结合能等于结合能与核子数的比值，可得该反应释放的能量ΔE＝14E3－12E1－2E2，A正确，B、C、D错误．
√
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，可得X表示质子，Y表示电子，故A、B错误；
6．下列说法正确的是(　　)
A．α射线、β射线和γ射线是三种波长不同的电磁波
B．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能和动能之和不守恒
C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先增大后减小
D．只要对物体进行不断的冷却，就可以把物体的温度降为绝对零度
√
解析：α射线、β射线分别是高速氦原子核和高速电子流，γ射线是电磁波，A错误；
根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中有光子辐射(吸收)，故电子的电势能和动能之和不守恒，B正确；
分子势能随着分子间距离的关系如图所示，故分子势能随着分子间距离的增大，不可能先增大后减小，C错误；
对物体进行不断的冷却，物体的温度可以接近绝对零度，但无法达到，D错误．
√
半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，C正确；
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
8．关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是(　　)
A．某种物体的温度为0 ℃，说明该物体中分子的平均动能为零
B．物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，但内能不一定增大
C．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都增大，但引力增大得更快，所以分子力表现为引力
D．质量相同时，100 ℃水的内能小于100 ℃水蒸气的内能
√
√
解析：某物体的温度是0 ℃，但是分子的热运动没有停止，即物体中分子的平均动能不为零，故A错误；
温度是分子平均动能的标志，故物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，内能的多少还与分子势能以及物质的量有关，所以内能不一定增大，故B正确；
当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，故C错误；
质量相同时，100 ℃水的平均动能等于100 ℃水蒸气的平均动能，但100 ℃水的分子势能小于100 ℃水蒸气的分子势能，所以质量相同时，100 ℃水的内能小于100 ℃水蒸气的内能，故D正确．
9．一定质量的理想气体从状态a开始，经历ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图像如图所示．下列判断正确的是(　　)
A．气体在状态b的内能大于在状态c的内能
B．气体从b到d的过程中，体积先变大后不变
C．气体从c到d的过程中，吸收的热量大于内能的变化量
D．气体从d到a的过程中气体对外界做的功，小于b到c的过程中外界对气体做的功
√
√
解析：理想气体，忽略分子势能，所以理想气体的内能由温度决定，气体在状态b的温度大于在状态c的温度，所以在状态b的内能大于在状态c的内能，故A正确；
由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，从c到d的过程中，V不变，W不变，T增大，Q增大，则ΔU增大，则气体吸收的热量等于内能的变化量，故C错误；
10．氢原子的能级图如图所示，锌、钠、铯的逸出功分别为3.38 eV、2.29 eV、1.89 eV，则下列说法正确的是(　　)
√
√
A．一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁
最多能辐射出3种不同频率的光子
B．氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子比从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光子的波长短
C．一群氢原子从n＝4能级直接向n＝2能级跃迁时辐射出的光都能使锌、钠、铯产生光电效应
D．氢原子从n＝4能级直接向n＝2能级跃迁时辐射出的光照射到钠上逸出光电子的最大初动能为 0.26 eV
解析：一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁最多能辐射出4－1＝3种不同频率的光子，A正确；
根据光电效应方程有Ekm＝hν42－W0钠＝2.55 eV－2.29 eV＝0.26 eV，D正确．
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(8分)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.5 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图甲所示，图中正方形格的边长为1 cm.
(1)油酸分子的直径是____________ m．(结果保留2位有效数字)
9.2×10－10
(2)某次实验时，滴下油酸酒精溶液后，痱子粉迅速散开形成如图乙所示的“锯齿”边沿图案，出现该图案的可能原因是________．
A．盘中装的水量太多
B．盘太小，导致油酸无法形成单分子层
C．痱子粉撒得太多，且厚度不均匀
解析：当痱子粉撒得太多，且厚度不均匀时，油膜在水面散开的过程中各处所受阻力差别很大，会形成题图乙中所示的“锯齿”边沿图案，而水量太多或盘太小，不会出现这种现象．
C
(3)某次实验时，该小组同学有一个操作错误，导致最后所测分子直径偏大的是________．
A．甲同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器取溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的粗
B．乙同学用注射器测得80滴油酸酒精溶液为1 mL，不小心错记录为81滴
C．丙同学计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格
D．丁同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了
D
(4)利用单分子油膜法可以粗测分子大小和阿伏伽德罗常量．如果已知体积为V的一滴油酸酒精溶液在水面上散开形成的单分子油酸薄膜的面积为S，这种油酸的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏伽德罗常量的表达式为_________________________．
12．(10分)用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置如图甲所示．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”).
解析：由题图甲可知，光电子从阴极K逸出，所以A为光电管的阳极．
阳极
(2)要观察遏止电压，电源正负极的情况是____________(选填“左正右负”或“左负右正”).
解析：要观察遏止电压，则A与电源的负极相连，K与电源的正极相连，所以电源正负极的情况是左负右正．
左负右正
(3)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W＝____________ J(结果均保留2位有效数字).
5.0×1014
3．3×10－19
(4)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E＝____________J(保留2位有效数字).
解析：根据光电效应方程可得E＝hν－W≈1.3×10－19 J.
1.3×10－19
13．(10分)用如图所示的装置测量光电效应中的几个重要物理量．已知电子的电荷量e＝1.60×10－19 C.
(1)开关S断开时，用单色光照射光电管的K极，电流表的读数I＝1.76 μA.求单位时间内打到A极的电子数N.(4分)
答案：1.1×1013
(2)开关S闭合时，用频率ν1＝5.8×1014 Hz和ν2＝6.8×1014 Hz的单色光分别照射光电管的K极，调节滑动变阻器，电压表示数分别为U1＝0.13 V和U2＝0.53 V时，电流表的示数刚好减小到零．求普朗克常量h.(6分)
答案：6.4×10－34 J·s
14．(12分)如图所示，用质量m＝1 kg的活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间的摩擦忽略不计，开始时活塞距离气缸底部的高度h1＝1.0 m，气体的温度t1＝27 ℃.现将气缸缓慢加热至t2＝207 ℃，活塞缓慢上升到距离气缸底部的高度h2处，此过程中被封闭气体的内能增加300 J．已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，活塞横截面积S＝5.0×10－4 m2.求：
(1)缓慢加热后活塞距离气缸底部的高度h2；(6分)
答案：1.6 m
(2)气体膨胀过程中从外界吸收的热量Q.(6分)
解析：在气体膨胀的过程中，气体对外做功
W＝pS(h2－h1)＝[1.2×105×(1.6－1.0)×5.0×10－4] J＝36 J
由热力学第一定律知，气体膨胀过程吸热
Q＝ΔU＋W＝(300＋36) J＝336 J.
答案：336 J
15.(14分)如图，潜水员背上的氧气瓶中的气体压强p1＝2×107 Pa，体积V1＝10 L，在深度h＝90 m处作业时，如果要吸入氧气，需要用调节器将氧气的压强降低到与该处海水的压强相等．已知水面的大气压强p0＝1×105 Pa，海水密度取ρ＝1×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2，调节器调节过程气体的温度保持不变．
(1)求该处海水的压强．(4分)
解析：该处海水的压强p2＝p0＋ρgh＝1×106 Pa.
答案：1×106 Pa
(2)氧气瓶气体经过调节器调节体积可达到多少？(4分)
解析：氧气瓶气体经过调节器时满足等温变化，有p1V1＝p2V2，解得V2＝200 L.
答案：200 L
(3)调节器调节的氧气中80%被潜水员吸入，同时20%从调节器上冒泡排掉，潜水员每分钟需要吸氧2 L，则氧气被完全吸完需要多长时间？(6分)
答案：80 min(共48张PPT)
模块综合检测卷(B)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．下列核反应方程中X粒子为中子的是(　　)
√
√
外部条件不会影响半衰期，C错误；
3．“自热火锅”加热时既不用火也不插电，利用加热层中的发热包遇水反应释放热量为其中的食物加热，其结构可简化如图所示．加热过程中(　　)


A．能闻到米饭的香味是因为气体分子的布朗运动
B．若不慎堵住透气孔，则食材层内气体压强增大
C．食材层内所有气体分子的速率均增大
D．食材层内气体分子热运动的平均动能保持不变
√
解析：能闻到米饭的香味是因为气体分子的扩散运动，故A错误；
加热过程，温度升高，食材层内气体分子的平均速率增大，平均动能也增大，但不是所有分子速率均增大，故C、D错误．
4．一定质量的理想气体的压强随热力学温度变化的p－T图如图所示，已知ba的延长线过坐标原点，bc与横轴平行，则(　　)

A．由a→b的过程中，气体分子数密度变大
B．由b→c的过程中，气体分子平均动能不变
C．由a→b的过程中，气体从外界吸收热量
D．由b→c的过程中，外界对该气体做正功
√
解析：由题意可知ba的延长线过p－T图的坐标原点，所以由a→b气体发生等容变化，气体分子数密度不变，故A错误；
由b→c，气体的温度升高，气体分子的平均速率增大，平均动能增大，故B错误；
由a→b，气体的体积不变，做功为零，但气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故C正确；
由b→c，气体的压强不变做等压变化，根据盖 吕萨克定律可知，气体的体积增大，外界对该气体做负功，故D错误．
5．甲图为水黾停在水面上的情景；乙图为分子间作用力与分子间距离的关系；丙图为金刚石微观结构示意图；丁图中的每条折线表示一个炭粒每隔相同时间位置的连线．下列说法正确的是(　　)
√
A．水黾能停在水面上是因为其受到了水的表面张力作用
B．当分子间距离为r0时，分子间作用力为0，分子间没有引力和斥力
C．金刚石晶体中，原子按照一定规则排列，具有空间上的周期性
D．炭粒沿着笔直的折线运动，说明水分子在短时间内的运动是规则的
解析：水黾能停在水面上是因为液体表面存在张力，而不是受到张力作用，故A错误；
题图乙中r0处，分子引力和斥力的合力为零，但引力和斥力均不为零，故B错误；
晶体中原子(或分子、离子)都按照一定规则排列，具有空间上的周期性，故C正确；
题图丁是每隔一定时间把水中炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来，而炭粒本身并不是沿折线运动，该图说明炭粒的运动(布朗运动)是不规则的，从而反映了水分子运动的不规则性，故D错误．
6．如图所示为研究光电效应的电路图，开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数，下列说法正确的是(　　)
A．若只让滑片P向C端移动，则电流表的示数一定增大
B．若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大
C．若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大
D．若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数可能为零
√
解析：电路所加电压为正向电压，滑片P向C端移动会减小极板间电压，电流可能会减小，故A错误；
电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，滑片P向D端移动，极板间电压增加，电流也不会增大，故B错误；
金属的逸出功与阴极金属材料和金属表面状态有关，与入射光无关，故C错误；
改用波长大于λ0的光照射，光子的能量变小，可能不发生光电效应，无电流，故D正确．
7．氢原子光谱是由氢原子的核外电子从高能级向低能级跃迁产生的．如图所示是氢原子电子轨道示意图，a、b两束光分别由处在n＝5能级和n＝4能级的氢原子跃迁到n＝2能级时产生，下列说法错误的是(　　)
√
A．氢原子的光谱是分立谱
B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时，能产生3种不同频率的光子
C．氢原子不可以自发地从基态向n＝5能级跃迁
D．已知b光是蓝光，则a光可能是红光
解析：由于原子能级具有分立性，可知，氢原子的光谱是分立谱，故A正确，不符合题意；大量处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时，能产生4能级到2能级、4能级到3能级与3能级到2能级3种不同频率的光子，故B正确，不符合题意；氢原子由低能级跃迁至高能级需要吸收能量，可知氢原子不可以自发地从基态向n＝5能级跃迁，故C正确，不符合题意；结合题意可知，a光的光子能量大于b光的光子能量，根据E＝hν可知，a光的频率大于b光的频率，由于蓝光的频率大于红光的频率，可以判定，若b光是蓝光，则a光不可能是红光，故D错误，符合题意．
√
√
√
反应①、②均属于核聚变反应，Y的比结合能大于X的比结合能，故C、D正确．
9．如图所示，各实线分别表示一定质量的理想气体经历的不同状态变化过程，其中气体体积减小的过程为(　　)
√
√
A．a→b　　B．b→a
C．b→d D．d→b
10．不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用．a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示．下列说法正确的是(　　)
√
√
A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显
C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高
D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大
解析：由题图中a、b两单色光在电磁波谱中的位置，判断出a光的波长λa大于b光的波长λb，a光的频率νa小于b光的频率νb.若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件hν＝En－Em，可知产生a光的能级能量差小，故A错误；
若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射现象的条件，a光的衍射现象更明显，故B正确；
在分别照射同一光电管发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程eUc＝Ek＝hν－W0，可知a光的遏止电压低，故C错误；
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(6分)如图是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤：
(1)下列有关该实验的说法正确的是__________．
A．图中的操作步骤顺序是：丙→丁→乙→甲
B．油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验
C．往浅盘中滴入油酸酒精溶液后应立即描绘油膜轮廓
解析：根据题意，由实验原理可知，用油膜法估测油酸分子的大小的实验步骤为丙→乙→丁→甲，故A错误；
油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，避免酒精挥发，浓度发生变化，实验有误差，故B正确；
应等油酸完全散开稳定后才开始描绘油膜轮廓，故C错误．
B
(2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.2%，用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1 mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，即滴入浅盘中的油酸体积为__________cm3.
2.0×10－5
(3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液时得到以下油膜形状，做该实验最理想的是__________．
解析：最理想的情况是爽身粉很薄，容易被油酸酒精溶液冲开，近似圆形，故选C.
C
12．(10分)如图1所示，用一个带有刻度的注射器及DIS来探究一定质量气体的压强和体积的关系．
(1)所研究的对象是______________________，它的体积可由______________直接读出，它的压强是由____________和____________得到的．
解析：所研究的对象是封闭在注射器内的气体．实验中封闭气体的体积可由注射器刻度直接读出，压强可以通过压强传感器和数据采集器读出．
封闭在注射器内的气体
注射器
压强传感器
数据采集器
(2)表格中记录了实验中5组数据，根据这些数据在图2中作出p－V图线．
实验次数 压强/kPa 体积/cm3
1 101.5 20
2 107.5 18
3 123.5 16
4 139.0 14
5 161.5 12
解析：利用表中数据采用描点法得出对应的图像，如图所示．
图见解析
(3)实验过程中，下列哪些操作是错误的_______．
A．推拉活塞时，动作要慢
B．推拉活塞时，手不能握住注射器筒有气体的部位
C．压强传感器与注射器之间的软管脱落后，应立即重新接上，继续实验并记录数据
D．活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气
C
解析：本实验条件是温度不变，迅速推动注射器的活塞，会使温度升高，所以推拉活塞时，动作要慢，故A正确，与题意不符；手握住注射器会使得气体温度升高，则推拉活塞时，手不能握住注射器筒有气体的部位，故B正确，与题意不符；软管脱落后若再重新接上，则里面气体质量发生了变化，实验将出现较大的误差，故C错误，与题意相符；为了防止摩擦生热，活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气，故D正确，与题意不符．
乙
13．(12分)一定质量的理想气体，从A状态经B、C变化到D状态的变化过程的p－V图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，CD的延长线过坐标原点．已知气体在A状态时温度为400 K，从A状态至C状态的过程中气体吸收了480 J的热量，求：
(1)气体在D状态时的温度；(6分)
答案：225 K
(2)从A状态到C状态的过程中，气体内能的改变量．(6分)
解析：从A状态到B状态的过程中，外界对气体做负功，因p－V图像与V轴围成的面积等于功的大小，可得
WAB＝－2.4×105×2×10－3 J＝－480 J
从B状态到C状态的过程中WBC＝0
气体从A状态到C状态的过程中，根据热力学第一定律可得ΔU＝Q＋WAB＋WBC＝0.
答案：0
(2)此过程中容器内气体吸收的热量．(6分)
15.(14分)如图所示，导热良好带有吸管的瓶子，通过瓶塞密闭T1＝300 K，体积V1 ＝ 1×103 cm3处于状态1的理想气体，管内水面与瓶内水面高度差h＝10 cm.将瓶子放进T2＝303 K的恒温水中，瓶塞无摩擦地缓慢上升恰好停在瓶口，h保持不变，气体达到状态2，此时锁定瓶塞，再缓慢地从吸管中吸走部分水后，管内和瓶内水面等高，气体达到状态3.已知从状态2到状态3，气体对外做功1.02 J；从状态1到状态3，气体吸收热量4.56 J，大气压强p0 ＝ 1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0 ×103 kg/m3，g取10 m/s2；忽略表面张力和水蒸气对压强的影响．
(1)从状态2到状态3，气体分子平均速率________(选填“增大”“不变”或“减小”)，单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数________(选填“增大”“不变”或“减小”).(4分)
解析：从状态2到状态3，温度保持不变，气体分子的内能保持不变，则气体分子平均速率不变，由于气体对外做功，则气体压强减小，故单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数减小．
不变
减小
(2)求气体在状态3的体积V3.(4分)
答案：1.020 1×103 cm3
(3)求从状态1到状态3气体内能的改变量ΔU.(6分)
解析：气体从状态1到状态2的过程中，气体对外做功
W1＝p1(V2－V1)＝1.01 J
由热力学第一定律
ΔU＝Q－(W1＋W2)
其中Q＝4.56 J，W2＝1.02 J
代入解得，从状态1到状态3气体内能的改变量
ΔU＝2.53 J.
答案： 2.53 J(共22张PPT)
课后达标检测
1．贝克勒尔是最早发现衰变的科学家，在衰变过程中往往能放出α、β、γ三种射线，下列关于三种射线的说法正确的是(　　)
A．α射线的穿透性最弱
B．β射线的电离能力最强
C．γ射线带负电
D．三种射线均来自核外电子的跃迁
√
解析：α射线的穿透性最弱，γ射线的穿透性最强；α射线的电离能力最强，γ射线的电离能力最弱，故A正确，B错误；
α、β射线来自原子核的衰变，γ射线来自衰变后的新核从高能态向低能态跃迁，γ射线是一种电磁波，不带电，故C、D错误．
2．关于γ射线，下列说法不正确的是(　　)
A．它是处于激发状态的原子核放射的
B．它是原子内层电子受到激发时产生的
C．它是一种不带电的光子流
D．它是波长极短的电磁波
解析：γ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子，故B错误．
√
3．核污染水中含有一些放射性元素，有人提出处理核污染水的三个措施，其中可以减缓放射性元素衰变的是(　　)
A．使核污染水蒸发到天空
B．将核污染水密封于大型特制容器中
C．将核污染水排放到大海进行稀释
D．上述措施均无法减缓放射性元素衰变
解析：放射性元素的半衰期是由其内部因素决定的，与外界条件均无关，故上述措施均无法减缓放射性元素衰变．
√
4．如图所示，曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是(　　)
A．a、b为β粒子的径迹
B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹
D．c、d为β粒子的径迹
解析：由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹，c、d可能为β粒子的径迹，D正确．
√
5．在贝可勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入的研究，发现α、β、γ射线的穿透本领不同．这三种射线穿透能力的比较如图所示，图中射线①②③分别是(　　)
A．γ、β、α　　 B．β、γ、α
C．α、β、γ D．γ、α、β
√
解析：α射线穿透能力最弱，不能穿透黑纸，故①为α射线；γ射线穿透能力最强，能穿透厚铝板和铅板，故③为γ射线；β射线穿透能力较强，能穿透黑纸，但不能穿透厚铝板，故②是β射线，故C正确．
6．(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法正确的有(　　)
√
A.打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线
B．α射线和β射线的轨迹是抛物线
C．α射线和β射线的轨迹是圆弧
D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b
√
7．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比mA∶mB为　(　　)
A．1∶2 B．2∶1
C．5∶4 D．4∶5
√
8．已知钋210的半衰期时间为138天，若将0.16 g钋210随中国空间站在太空中运行276天，则剩余的钋210的质量约为(　　)
A．0.02 g B．0.04 g
C．0.08 g D．0.16 g
√
9．下列关于半衰期的说法正确的是(　　)
A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速度越快
B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下的未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短
C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素衰变的速度
D．降低温度或增大压强，让放射性元素与其他物质形成化合物，均可以减小该元素的衰变速度
√
解析：放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需要的时间，它反映了放射性元素衰变的快慢，衰变越快，半衰期越短；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理状态或化学状态无关，故A正确．
10．诺贝尔奖官方称居里夫人“笔记”仍具放射性，还将持续1 500年．关于放射性元素、衰变和半衰期，下列说法正确的是(　　)
A．一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，它的总质量仅剩下原来的四分之一
B．放射性元素的半衰期不仅与核内部本身因素有关，还与质量有关
C．一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它质子数减少一个，中子数增加一个
D．同种放射性元素不论在化合物中还是单质中半衰期都一样
√
解析：一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，其没有衰变的放射性元素的质量是原来放射性元素总质量的四分之一，而不是矿石的总质量变为原来的四分之一，故A错误；
放射性元素的半衰期仅由核内部自身因素决定，与其他条件无关，故B错误；
β衰变实质上是原子核内的一个中子变为一个质子同时释放出一个电子的过程，因此发生一次β衰变，质子数增加一个，中子数减少一个，故C错误；
半衰期反映的是原子核的特性，跟元素的化学状态无关，故D正确．
√
A.电场方向水平向左、磁场方向垂直于纸面向里
B．电场方向水平向左、磁场方向垂直于纸面向外
C．电场方向水平向右、磁场方向垂直于纸面向里
D．电场方向水平向右、磁场方向垂直于纸面向外
解析：假设电子打在a点，即其所受电场力与洛伦兹力大小相等，方向相反，故eE＝evB，由于α粒子的速度v′小于电子的速度v，所以2eE>2ev′B，α粒子经过电、磁组合场后向右偏转，即其所受合力方向向右，由于α粒子带正电，所以电场方向水平向右，A、B错误；
电子所受电场力水平向左，则其所受洛伦兹力水平向右，则磁场方向垂直于纸面向里，D错误，C正确．假设α粒子打在a点，同样可以得出C正确．
12．(12分)茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁．现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)
(1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线？(4分)
解析：由于α射线贯穿能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线．
答案：用一张纸放在射线前即可除去α射线
(2)如图所示，余下的这束β和γ射线束经过一个使它们分开的磁场区域，请画出β和γ射线进入磁场区域后轨迹的示意图．(画在图上)(4分)
答案：见解析图
(3)用磁场可以区分β和γ射线，但不能把α射线从γ射线束中分离出来，为什么？(已知α粒子的质量约是β粒子质量的8 000倍，α射线速度约为光速的十分之一，β射线速度约为光速)(4分)
答案：α射线粒子的圆周运动半径很大，在磁场中几乎不偏转，故与γ射线无法分离章末知识网络建构
电子的发现
①
发现了电子
α粒子散射实验
[答案]
核式结构
②提出了核式结构模型
原子结构
①J.J汤姆孙
原子核的电荷与尺度
原子光谱
氢原子光谱是③
②卢瑟福
能级结构
玻尔原子模型
两条假设④
③线状谱
原子能级和能级跃迁
④轨道量子化与定态，
α射线：高速运动的氦核流，⑤
本领最强
三种射线
B射线：高速运动的⑥流
频率条件hv=En-Em
Y射线：高频电磁波，⑦本领最强
⑤电离
半衰期：放射性元素⑧发生衰变所用的时间
⑥电子
子与原子核
三个概念
核力：⑨间的作用力
结合能：结合能和比结合能
⑦穿透
天然放射现象
⑧有半数
质子：卢瑟福用α粒子轰击
)发现质子
⑨核子
五个发现
中子：查德威克用α粒子轰击①发现中子
人工放射性同位素
⑩氨核
核裂变
①铍核
衰变、人工转变、
②守恒
四种核变化
两个守恒
裂变、聚变
守恒
②质量数
原子核数目计算
③电荷数
三个计算
半衰期
核能计算
质能方程E=4
④mc2(共44张PPT)
第四节　放射性同位素
学习目标
1.知道同位素的概念．　2.知道可以用人工方法得到放射性同位素．
3．了解放射性在生产和科学领域的应用．知道射线的危害及防护．
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、放射性同位素的发现
1．同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素．
2．放射性同位素：具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．
二、放射性同位素的应用
放射性同位素的应用主要分为______的应用、__________的应用和________的应用三类．
(1)射线的应用
放射性辐射对物体会产生各种作用，可用来达到不同的目的．
①工业上利用________的穿透性来检查金属内部的缺陷；
②将放射源放在容易产生静电的地方，放射性物质放出的α射线、β射线可以使空气分子电离变成导电气体，从而把聚集的静电引入地下；
射线
示踪原子
半衰期
γ射线
③在农业上，利用射线可以防治害虫和培育良种；
④在医疗上，利用射线可以治疗疾病和消毒灭菌．
(2)示踪原子的应用
由于放射性元素能放出某种射线，因此可用探测仪器对它们进行踪迹显示．这种用途的放射性同位素叫作__________．
①农业上可利用磷32来研究作物对磷肥的吸收情况，从而改进施肥方法；
②工业上可利用放射性同位素来检测机件的磨损情况，以便及时更换机件；
③半导体制造工艺中可利用示踪原子探测杂质在半导体内的扩散情况，以便控制掺杂过程；
示踪原子
④医学上可利用示踪原子来提供生物机体内生理生化过程的动态信息，反映组织器官的整体或局部功能，作无损伤的疾病诊断等．
(3)半衰期的应用
在地质和考古工作中，可利用放射性衰变的半衰期来推断地层或古代文物的年代．
三、射线的危害及防护
1．射线的危害
尽管射线有着广泛的用途，但它对人体组织却会造成伤害，随着放射性同位素及射线装置在工农业、医疗、科研等各个领域的广泛应用，射线造成危害的可能性也在增大．
2．放射性防护可分成____________和 ____________．
(1)内照射与外照射的显著差别是，即使不再进行放射性物质的操作，已经进入体内的放射性同位素仍然在体内产生有害影响．
内照射防护的基本原则是尽可能地隔断放射性物质进入人体的各种途径．通常采取的措施是把可能成为污染源的放射性物质放在密闭的手套箱或其他密闭容器中进行操作，使它与工作场所的空气隔绝；严禁工作人员用可能被污染的手接触食物、衣服或其他生活用具等．
内照射防护
外照射防护
(2)外照射的特点是只有当机体处于辐射场中时，才会引起辐射损伤，当机体离开辐射场后，就不再受照射．外照射防护通常采用下列三种方式防护．
①缩短受照射时间．受照射的累积剂量与受照射时间成正比．在一切接受电离辐射的操作中，应以尽量缩短受照射时间为原则．
②增大与辐射源间的距离．增大操作人员与辐射源间的距离，可以降低其受照射的剂量．
③屏蔽射线．
判断下列说法是否正确．
(1)同位素具有相同的化学性质．(　　)
(2)互为同位素的原子具有相同的中子数．(　　)
(3)人工方法得到的放射性同位素也有半衰期.(　　)
(4)可以用一张厚纸来阻挡α射线的辐射．(　　)
√
×
√
√
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　同位素的特点
√
√
√
[解析]　氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，故C错误；
由中性原子状态可知质子数和核外电子数均相同，都是1，故A、B正确；
它们三个是同位素，同位素化学性质相同，只是物理性质不同，故D正确．
A.该氧原子核的电荷数为7
B．该氧原子核的中子数为9
C．该氧原子核的质量数为17
D．该氧原子核的质量数为18
√
√
角度3　同位素的分析
　　　下列表示某种元素的各同位素间的质量数(A)、质子数(Z)和中子数(N)三者关系的图像正确的是(　　)
√
[解析]　各同位素间的质子数相同，为一定值，同位素的质量数不同，中子数也不同，故B正确，C错误；
同位素的质子数相同，中子数不同，质量数等于质子数加中子数，则有A＝N＋Z，且质子数不可能为零，即Z>0，中子数可能为零，即N≥0，整理得N＝A－Z，A－N图像和N－A图像应该与A轴有截距，故A、D错误．
　　117号元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子，则：
(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？
[解析]　元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数．故117号元素的两种同位素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也均为117.
[答案]　均为117　均为117
(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？
[解析]　原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294.
[答案]　293　294
(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？
知识点二　放射性同位素的应用
1．分类
放射性同位素可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素．
2．人工放射性同位素的优点
(1)放射性强度容易控制．
(2)可以制成各种所需的形状．
(3)半衰期比天然放射性同位素短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素．
3．放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线
①工业部门——利用γ射线的穿透特性测厚度；
②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；
③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．
(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．
　　　下列说法正确的是(　　)
A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好
B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置
C．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是较少，经济上不划算
D．放射性元素被植物吸收，其放射性将发生改变
√
[解析]　放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料，无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性元素的肥料，植物生长是相同的，A错误；
人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；
放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D错误；
放射性同位素可作为示踪原子，故B正确．
　　　为保证生产安全，大型钢铁部件内部不允许有砂眼、裂纹等伤痕存在．如图所示的是利用射线检测钢柱内部是否存在砂眼或裂纹情况的示意图，若钢柱的直径为20 cm，则下列说法正确的是(　　)
A．射线源放出的射线应该是β射线
B．射线源放出的射线应该是α射线
C．射线源放出的射线应该是γ射线
D．若钢件内部有伤痕，探测器接收到的射线粒子将减少
√
[解析]　此射线必须穿透部件，接收器才能接收射线粒子，用一张纸就能将α射线挡住，β射线只能穿透几毫米厚的铝板，γ射线能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土，显然应该用γ射线检查直径为20 cm的钢铁部件内部是否有伤痕存在，C正确，A、B错误；
当遇到钢柱内部有砂眼或裂纹时，穿过钢柱到达探测器的γ射线比没有砂眼或裂纹处的要强一些，D错误．
[答案]　 B
(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________(选填“长”“短”或“长短均可”).
[解析]根据同位素的用途，为了减少对人体的伤害，半衰期应该很短．
[答案]　短
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
2．(同位素的应用)关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是(　　)
A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的
B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害
√
解析：利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电放出，A错误；
γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来进行人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B错误，D正确；
DNA变异并不一定都是有益的，C错误．
√
解析：放射性同位素在衰变过程中满足质量数守恒，核电荷数守恒，A正确，B错误；
正负电子相遇而湮灭，电荷数守恒，C错误；
应选取半衰期较短的放射性同位素，D错误．
√
解析：根据质量数和电荷数守恒可推知X为α粒子，其穿透能力较弱，故A错误；
γ射线是由钚－238原子核由高能级向低能级跃迁时产生的，与核外电子无关，故B错误；
半衰期是针对大量放射性原子核的统计规律，对少数原子核不适用，故C错误；
γ射线必须伴随着α或β射线产生，故D正确．
5．(放射性同位素的应用)(1)一病人突然昏厥，医生用碘123进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出病因．这是利用碘123所放出的________．
A．热量　　　　　　　 B．α射线
C．β射线 D．γ射线
解析：在α射线、β射线及γ射线中，γ射线穿透本领最大．
D
(2)医生用碘123对病人诊断，使其很快恢复健康，碘123的特性是________．
A．半衰期长，并能迅速从体内清除
B．半衰期长，并能缓慢从体内清除
C．半衰期短，并能迅速从体内清除
D．半衰期短，并能缓慢从体内清除
解析：碘123的半衰期较短，可以迅速从体内消除，不至于因为长时间辐射而对身体造成损害．
C模块综合检测卷(B)
(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．下列核反应方程中X粒子为中子的是(　　)
A．U＋n→Ba＋Kr＋X
B．U→Th＋X
C．N＋He→O＋X
D．C→N＋X
解析：选A.根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，故A正确；根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为U→Th＋He，故B错误；根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为N＋He→O＋H，故C错误；根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为C→N＋e，故D错误．
2．熔盐堆是一种核裂变反应堆．在熔盐堆中，核燃料以氟化物的形式溶解在熔盐中，当熔盐流经堆芯时发生裂变反应，生成上百种不同半衰期的裂变产物．在熔盐中，钍(Th)吸收中子生成钍(Th)，然后衰变成镤(Pa)，镤(Pa)以27天的半衰期衰变成铀(U).下列说法正确的是(　　)
A．钍(Th)衰变为镤(Pa)时产生α粒子
B．镤(Pa)衰变为铀(U)时产生β粒子
C．近年来由于地球的温室效应，镤(Pa)衰变为铀(U)的半衰期会发生微小变化
D．1 g镤(Pa)经过54天会有0.25 g衰变为铀(U)
解析：选B.钍(Th)衰变为镤(Pa)时产生e，为β粒子，A错误；镤(Pa)衰变为铀(U)时产生e，为β粒子，B正确；外部条件不会影响半衰期，C错误； 1 g镤(Pa)经过54天，即两个半衰期，会有×1 g＝0.75 g镤(Pa)衰变为铀(U)，D错误．
3．“自热火锅”加热时既不用火也不插电，利用加热层中的发热包遇水反应释放热量为其中的食物加热，其结构可简化如图所示．加热过程中(　　)
A．能闻到米饭的香味是因为气体分子的布朗运动
B．若不慎堵住透气孔，则食材层内气体压强增大
C．食材层内所有气体分子的速率均增大
D．食材层内气体分子热运动的平均动能保持不变
解析：选B.能闻到米饭的香味是因为气体分子的扩散运动，故A错误；若不慎堵住透气孔，体积不变，根据查理定律＝C，可知温度升高，气体压强增大，故B正确；加热过程，温度升高，食材层内气体分子的平均速率增大，平均动能也增大，但不是所有分子速率均增大，故C、D错误．
4．一定质量的理想气体的压强随热力学温度变化的p－T图如图所示，已知ba的延长线过坐标原点，bc与横轴平行，则(　　)
A．由a→b的过程中，气体分子数密度变大
B．由b→c的过程中，气体分子平均动能不变
C．由a→b的过程中，气体从外界吸收热量
D．由b→c的过程中，外界对该气体做正功
解析：选C.由题意可知ba的延长线过p－T图的坐标原点，所以由a→b气体发生等容变化，气体分子数密度不变，故A错误；由b→c，气体的温度升高，气体分子的平均速率增大，平均动能增大，故B错误；由a→b，气体的体积不变，做功为零，但气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故C正确；由b→c，气体的压强不变做等压变化，根据盖 吕萨克定律可知，气体的体积增大，外界对该气体做负功，故D错误．
5．甲图为水黾停在水面上的情景；乙图为分子间作用力与分子间距离的关系；丙图为金刚石微观结构示意图；丁图中的每条折线表示一个炭粒每隔相同时间位置的连线．下列说法正确的是(　　)
A．水黾能停在水面上是因为其受到了水的表面张力作用
B．当分子间距离为r0时，分子间作用力为0，分子间没有引力和斥力
C．金刚石晶体中，原子按照一定规则排列，具有空间上的周期性
D．炭粒沿着笔直的折线运动，说明水分子在短时间内的运动是规则的
解析：选C.水黾能停在水面上是因为液体表面存在张力，而不是受到张力作用，故A错误；题图乙中r0处，分子引力和斥力的合力为零，但引力和斥力均不为零，故B错误；晶体中原子(或分子、离子)都按照一定规则排列，具有空间上的周期性，故C正确；题图丁是每隔一定时间把水中炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来，而炭粒本身并不是沿折线运动，该图说明炭粒的运动(布朗运动)是不规则的，从而反映了水分子运动的不规则性，故D错误．
6．如图所示为研究光电效应的电路图，开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数，下列说法正确的是(　　)
A．若只让滑片P向C端移动，则电流表的示数一定增大
B．若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大
C．若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大
D．若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数可能为零
解析：选D.电路所加电压为正向电压，滑片P向C端移动会减小极板间电压，电流可能会减小，故A错误；电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，滑片P向D端移动，极板间电压增加，电流也不会增大，故B错误；金属的逸出功与阴极金属材料和金属表面状态有关，与入射光无关，故C错误；改用波长大于λ0的光照射，光子的能量变小，可能不发生光电效应，无电流，故D正确．
7．氢原子光谱是由氢原子的核外电子从高能级向低能级跃迁产生的．如图所示是氢原子电子轨道示意图，a、b两束光分别由处在n＝5能级和n＝4能级的氢原子跃迁到n＝2能级时产生，下列说法错误的是(　　)
A．氢原子的光谱是分立谱
B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时，能产生3种不同频率的光子
C．氢原子不可以自发地从基态向n＝5能级跃迁
D．已知b光是蓝光，则a光可能是红光
解析：选D.由于原子能级具有分立性，可知，氢原子的光谱是分立谱，故A正确，不符合题意；大量处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时，能产生4能级到2能级、4能级到3能级与3能级到2能级3种不同频率的光子，故B正确，不符合题意；氢原子由低能级跃迁至高能级需要吸收能量，可知氢原子不可以自发地从基态向n＝5能级跃迁，故C正确，不符合题意；结合题意可知，a光的光子能量大于b光的光子能量，根据E＝hν可知，a光的频率大于b光的频率，由于蓝光的频率大于红光的频率，可以判定，若b光是蓝光，则a光不可能是红光，故D错误，符合题意．
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求．全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
8．太阳能量的来源主要通过质子 质子链反应(简称PP链)，太阳产生的能量约99%来自该链反应．科学研究发现，该链反应主要通过如下方程发生：3H→X＋e＋νc①；2X→Y＋2H②，其中e为正电子，νc为太阳中微子，下列说法正确的是(　　)
A．方程式中X为He，Y为He
B．方程式中X为H，Y为He
C．反应①属于核聚变反应
D．Y的比结合能大于X的比结合能
解析：选ACD.根据质量数守恒和电荷数守恒，方程式中X为He，Y为He，故A正确，B错误；反应①、②均属于核聚变反应，Y的比结合能大于X的比结合能，故C、D正确．
9．如图所示，各实线分别表示一定质量的理想气体经历的不同状态变化过程，其中气体体积减小的过程为(　　)
A．a→b　　　 B．b→a
C．b→d D．d→b
解析：选AC.根据p＝T可知图像上的点与绝对零度(－273 ℃)连线的斜率的倒数反映气体的体积大小，由题图像可知a→b体积减小，从b→a体积变大，b→d体积减小，d→b体积变大．
10．不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用．a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显
C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高
D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大
解析：选BD.由题图中a、b两单色光在电磁波谱中的位置，判断出a光的波长λa大于b光的波长λb，a光的频率νa小于b光的频率νb.若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件hν＝En－Em，可知产生a光的能级能量差小，故A错误；若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射现象的条件，a光的衍射现象更明显，故B正确；在分别照射同一光电管发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程eUc＝Ek＝hν－W0，可知a光的遏止电压低，故C错误；a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，相邻两条亮纹或暗纹的中心间距Δx＝λ，可知a光的干涉条纹间距大，故D正确．
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(6分)如图是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤：
(1)下列有关该实验的说法正确的是___________________________．
A．图中的操作步骤顺序是：丙→丁→乙→甲
B．油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验
C．往浅盘中滴入油酸酒精溶液后应立即描绘油膜轮廓
(2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.2%，用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1 mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，即滴入浅盘中的油酸体积为__________cm3.
(3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液时得到以下油膜形状，做该实验最理想的是__________．
解析：(1)根据题意，由实验原理可知，用油膜法估测油酸分子的大小的实验步骤为丙→乙→丁→甲，故A错误；油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，避免酒精挥发，浓度发生变化，实验有误差，故B正确；应等油酸完全散开稳定后才开始描绘油膜轮廓，故C错误．
(2)根据题意可知，1滴这样的溶液中的油酸体积V＝×0.2% mL＝2.0×10－5 cm3.
(3)最理想的情况是爽身粉很薄，容易被油酸酒精溶液冲开，近似圆形，故选C.
答案：(1)B　(2)2.0×10－5　(3)C
12．(10分)如图1所示，用一个带有刻度的注射器及DIS来探究一定质量气体的压强和体积的关系．
(1)所研究的对象是__________________，它的体积可由______________直接读出，它的压强是由____________和____________得到的．
(2)表格中记录了实验中5组数据，根据这些数据在图2中作出p－V图线．
实验次数 压强/kPa 体积/cm3
1 101.5 20
2 107.5 18
3 123.5 16
4 139.0 14
5 161.5 12
(3)实验过程中，下列哪些操作是错误的___________________________．
A．推拉活塞时，动作要慢
B．推拉活塞时，手不能握住注射器筒有气体的部位
C．压强传感器与注射器之间的软管脱落后，应立即重新接上，继续实验并记录数据
D．活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气
(4)在验证玻意耳定律的实验中，如果用实验所得数据在如图3所示的p－图像中标出，可得图中________线．
解析：(1)所研究的对象是封闭在注射器内的气体．实验中封闭气体的体积可由注射器刻度直接读出，压强可以通过压强传感器和数据采集器读出．
(2)利用表中数据采用描点法得出对应的图像，如图所示．
(3)本实验条件是温度不变，迅速推动注射器的活塞，会使温度升高，所以推拉活塞时，动作要慢，故A正确，与题意不符；手握住注射器会使得气体温度升高，则推拉活塞时，手不能握住注射器筒有气体的部位，故B正确，与题意不符；软管脱落后若再重新接上，则里面气体质量发生了变化，实验将出现较大的误差，故C错误，与题意相符；为了防止摩擦生热，活塞与针筒之间要保持润滑又不漏气，故D正确，与题意不符．
(4)由理想气体状态方程＝c可知，p与成正比，故图线应为乙．
答案：(1)封闭在注射器内的气体　注射器　压强传感器　数据采集器　(2)图见解析　(3)C　(4)乙
13．(12分)一定质量的理想气体，从A状态经B、C变化到D状态的变化过程的p－V图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，CD的延长线过坐标原点．已知气体在A状态时温度为400 K，从A状态至C状态的过程中气体吸收了480 J的热量，求：
(1)气体在D状态时的温度；(6分)
(2)从A状态到C状态的过程中，气体内能的改变量．(6分)
解析：(1)由题图可得
pD＝×1.2×105 Pa＝0.9×105Pa
根据理想气体状态方程得＝
代入数据解得TD＝225 K.
(2)从A状态到B状态的过程中，外界对气体做负功，因p－V图像与V轴围成的面积等于功的大小，可得
WAB＝－2.4×105×2×10－3 J＝－480 J
从B状态到C状态的过程中WBC＝0
气体从A状态到C状态的过程中，根据热力学第一定律可得ΔU＝Q＋WAB＋WBC＝0.
答案：(1)225 K　(2)0
14.
(12分)如图所示，上端开口的圆柱形容器固定在倾角为θ的斜面上，其内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞的横截面积为S，能无摩擦地滑动．初始时容器内气体的温度为T0，气柱的长度为l.当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢沿斜面上升l后再次平衡．已知容器内气体的内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU＝CΔT，C为已知常数，大气压强恒为p0，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度．求：
(1)再次平衡时容器内气体的温度；(6分)
(2)此过程中容器内气体吸收的热量．(6分)
解析：(1)气体发生等压过程，根据盖 吕萨克定律
＝
解得再次平衡时容器内气体的温度T＝T0.
(2)此过程中气体内能增加
ΔU＝CΔT＝CT0
根据平衡关系pS＝p0S＋mg sin θ
气体对外做功大小
W＝pS×l＝l(p0S＋mg sin θ)
由热力学第一定律可得ΔU＝Q－W
故此过程中容器内气体吸收的热量
Q＝ΔU＋W＝l(p0S＋mg sin θ)＋CT0.
答案：(1)T0　(2)l(p0S＋mg sin θ)＋CT0
15.
(14分)如图所示，导热良好带有吸管的瓶子，通过瓶塞密闭T1＝300 K，体积V1 ＝ 1×103 cm3处于状态1的理想气体，管内水面与瓶内水面高度差h＝10 cm.将瓶子放进T2＝303 K的恒温水中，瓶塞无摩擦地缓慢上升恰好停在瓶口，h保持不变，气体达到状态2，此时锁定瓶塞，再缓慢地从吸管中吸走部分水后，管内和瓶内水面等高，气体达到状态3.已知从状态2到状态3，气体对外做功1.02 J；从状态1到状态3，气体吸收热量4.56 J，大气压强p0 ＝ 1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0 ×103 kg/m3，g取10 m/s2；忽略表面张力和水蒸气对压强的影响．
(1)从状态2到状态3，气体分子平均速率________(选填“增大”“不变”或“减小”)，单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数________(选填“增大”“不变”或“减小”).(4分)
(2)求气体在状态3的体积V3.(4分)
(3)求从状态1到状态3气体内能的改变量ΔU.(6分)
解析：(1)从状态2到状态3，温度保持不变，气体分子的内能保持不变，则气体分子平均速率不变，由于气体对外做功，则气体压强减小，故单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数减小．
(2)气体从状态1到状态2的过程，由盖 吕萨克定律
＝
其中V1＝1×103 cm3，T1＝300 K，T2＝303 K
解得V2＝1.01×103 cm3
此时气体压强
p2＝p1＝p0＋ρgh＝1.01×105 Pa
气体从状态2到状态3的过程，由玻意耳定律
p2V2＝p3V3
其中p3＝p0
代入数据解得，气体在状态3的体积
V3＝1.020 1×103 cm3.
(3)气体从状态1到状态2的过程中，气体对外做功
W1＝p1(V2－V1)＝1.01 J
由热力学第一定律
ΔU＝Q－(W1＋W2)
其中Q＝4.56 J，W2＝1.02 J
代入解得，从状态1到状态3气体内能的改变量
ΔU＝2.53 J.
答案：(1)不变　减小　(2)1.020 1×103 cm3
(3) 2.53 J题组1　原子核的组成
1．下列关于原子核的相关说法正确的是(　　)
A．天然放射现象的发现说明了原子核是可以再分的
B．原子核的电荷数不是它的电荷量，但质量数是它的质量
C．卢瑟福通过实验发现了质子和中子
D．原子核Th的核内有90个中子
解析：选A.天然放射现象中，射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的，因此说明了原子核可以再分，故A正确；原子核的电荷数不是它的电荷量，质量数也不是它的质量，故B错误；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，查德威克通过实验发现了中子，故C错误；原子核Th的质子数为90，中子数为144，故D错误．
2．原子核符号C中，12表示(　　)
A．电子数　　　　　　 B．质子数
C．中子数 D．核子数
解析：选D.在原子核的符号X中，X为元素符号，A表示质量数，Z表示电荷数(即原子序数)，质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数，因此原子核符号C 中，12表示核子数．
3．卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子(即中子)存在．他的主要依据是通过实验发现原子核(　　)
A．核外电子数与核内质子数相等
B．核电荷数与核外电子数相等
C．核电荷数与核内质子数相等
D．核电荷数约是质量数的一半或更少一些
解析：选D.卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子(即中子)存在．他的主要依据是通过实验发现原子核的核电荷数约是质量数的一半或更少一些，故D正确，A、B、C错误．
4．某种元素的原子核用X表示，下列说法正确的是(　　)
A．原子核的质子数为Z，中子数为A
B．原子核的质子数为Z，中子数为A－Z
C．原子核的质子数为A，中子数为Z
D．原子核的质子数为A－Z，中子数为Z
解析：选B.根据原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A－Z，所以B正确．
题组2　核反应方程
5．(2024·河北卷，T1)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料．研究表明，锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为C＋H→Li＋2H＋X，式中的X为(　　)
A．n B．e
C．e D．He
解析：选D.设X的质量数为A，电荷数为Z，根据核反应前后质量数和电荷数守恒得A＝12＋1－7－2×1＝4，Z＝6＋1－3－2×1＝2，故式中的X为He，故选D.
6．(2024·广东卷，T2)我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”．其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应Y＋Am→ A119X＋2n产生该元素．关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是(　　)
A．Y为Fe，A＝299
B．Y为Fe，A＝301
C．Y为Cr，A＝295
D．Y为Cr，A＝297
解析：选C.根据核反应方程Y＋Am→ A119X＋2n，根据质子数守恒，设Y的质子数为y，则有y＋95＝119＋0，可得y＝24，即Y为Cr；根据质量数守恒，则有54＋243＝A＋2，可得A＝295.
7．原子序数为n的某放射性元素经过1次α衰变和1次β衰变，衰变后元素的原子序数为(　　)
A．n－2 B．n－1
C．n＋1 D．n＋2
解析：选B.某放射性元素经过1次α衰变和1次β衰变共产生：1个He和1个e，所以质子数减少2×1＋1×(－1)＝1，衰变后元素的原子序数为n－1，B正确，A、C、D错误．
8．下列核反应中放出的粒子为中子的是(　　)
A．N俘获一个α粒子，产生O并放出一个粒子
B．Al俘获一个α粒子，产生P并放出一个粒子
C．B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子
D．Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子
解析：选B.根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒可知，N＋He→O＋H，A错误；Al＋He→P＋n，B正确；B＋H→Be＋He，C错误；Li＋H→He＋He，D错误．
9．钍(Th)是一种放射性元素，广泛分布在地壳中．钍(Th)经中子轰击可得到核燃料铀(U)，其反应方程为Th＋n→U＋2e，此反应能将地球上现有的钍资源变成潜在的核燃料，是一种前景十分可观的能源材料．以Z、N、A分别表示铀(U)的电荷数、中子数、质量数，下列判断正确的是(　　)
A.Z＝91，N＝142，A＝233
B．Z＝92，N＝141，A＝233
C．Z＝90，N＝140，A＝230
D．Z＝90，N＝142，A＝232
解析：选B.根据电荷数守恒，U的电荷数Z＝90＋0＋2＝92，根据质量数守恒，U的质量数A＝232＋1＝233，U的中子数N＝A－Z＝141.
题组3　衰变粒子在磁场中的运动
10.(多选)实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变，衰变产生的新核和释放出的粒子恰能在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．原子核发生的是α衰变
B．磁场方向垂直于纸面向里
C．轨迹2是新核的
D．释放出的粒子和新核具有相同的动能
解析：选BC.衰变后新核和粒子的运动方向相反，由洛伦兹力提供向心力可知，新核和粒子的电性相反，新核带正电荷，则粒子带负电荷，所以应该是β衰变，故A错误；原子核发生衰变时，根据动量守恒可知新核和粒子的动量大小相等，方向相反；在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m，整理得r＝＝，电子的电荷量小于新核的电荷量，所以其运动半径大于新核的运动半径，所以轨迹2是新核的，故C正确；由左手定则可知，磁场方向垂直于纸面向里，故B正确；由动能和动量的关系式Ek＝可知，粒子和新核的动能不相等，故D错误．
11．(多选)一个静止在匀强磁场中的铀238核(U)，放出一个α粒子(He)后变成钍234核(Th)，α粒子和钍234核均在匀强磁场中做圆周运动．下列说法正确的是(　　)
A．α粒子和钍234核的轨迹形状是内切圆
B．α粒子和钍234核的轨迹形状是外切圆
C．α粒子的轨迹圆半径大于钍234核的轨迹圆半径
D．α粒子的轨迹圆半径小于钍234核的轨迹圆半径
解析：选BC.一个静止在匀强磁场中的铀238核(U)，放出一个α粒子(He)后变成钍234核(Th)，由动量守恒定律可知，这两种带正电原子核运动方向相反，运动轨迹是个外切圆，A错误，B正确；由洛伦兹力提供向心力可知 qvB＝m，解得r＝＝，两个原子核动量大小相等，α粒子(He)的电荷量小，半径大，C正确，D错误．
12.(多选)放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成 Tl，X和 Tl最后都变成Pb，衰变路径如图所示，则(　　)
A．a＝82，b＝211
B．a＝84，b＝206
C．Bi→X是α衰变，Bi→ b81Tl是β衰变
D．X→Pb是α衰变， Tl→Pb是β衰变
解析：选BD. Bi经过一次衰变变化为X，质量数没有发生变化，为β衰变，即Bi→X＋e，解得a＝84，Bi经过一次衰变变化为 Tl，核电荷数少2，为α衰变，即Bi→ Tl＋He，解得b＝206，故A、C错误，B正确；因为X→Pb＋He，所以X→Pb是α衰变，又Tl→Pb＋e，所以 Tl→Pb是β衰变，故D正确．
13．图为卢瑟福发现质子的实验装置．M是显微镜，S是荧光屏，窗口F处装有银箔，氮气从阀门T充入，A是放射源．下列说法正确的是(　　)
A.放射源A放出的是质子
B．充入氮气前，调整银箔厚度，使S上能见到质子引起的闪烁
C．充入氮气后，会在S上见到α粒子引起的闪烁
D．该实验的核反应方程为：He＋N→O＋H
解析：选D.卢瑟福通过用α粒子轰击氮核发现了质子，装置中A为放射源，放出的为α粒子，由于F处装的银箔刚好能阻止α粒子穿过，因此没有充入氮气之前无质子产生，不可能在S上见到质子引起的闪烁，A、B错误；充入氮气后，α粒子轰击氮核产生质子，质子穿过银箔，引起荧光屏S的闪烁，C错误；根据质量数和电荷数守恒可知该实验的核反应方程为：He＋N→O＋H，D正确．
14．现代已知碳的同位素共有十五种，有碳8至碳22，其中碳12和碳13属于稳定型，碳14是宇宙射线透过空气时撞击氮原子核产生的，碳14是一种放射性的元素，衰变为氮14.图中包含碳14衰变相关信息，结合这些信息可以判定下列说法正确的是(　　)
A．碳14转变为氮14，衰变方式为β衰变
B．100个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩50个
C．若氮14生成碳14的核反应方程为N＋X→C＋H，则X为质子
D．当氮14数量是碳14数量的7倍时，碳14衰变所经历时间为22 920年
解析：选A.由核反应方程C→N＋e可知碳14转变为氮14是β衰变，A正确；半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，即对个别或极少数原子核无半衰期可言，B错误；由核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可知，X为中子n，C错误；当氮14数量是碳14数量的7倍时，碳14数量占总原子核数量的，经过3个半衰期即17 190年，D错误．　
题组1　重核的裂变
1．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是(　　)
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变中子数
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
解析：选C.控制铀235核裂变反应速度的方法是控制中子的数量，其有效方法是用吸收中子能力很强的镉棒插入铀燃料周围，镉棒插入的深度不同，吸收中子能力不同，从而达到控制核反应速度的目的，C正确．
2．某核电站获得核能的核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋xn.已知铀核的质量为m1，钡核的质量为m2，氪核的质量为m3，中子的质量为m4.下列说法正确的是(　　)
A．该核电站通过核聚变获得核能
B．铀核的质子数为143
C．在上述核反应中x＝2
D．一个铀核发生上述核反应，释放的能量为(m1－m2－m3－2m4)c2
解析：选D.该核电站通过核裂变获得核能，A错误；铀核的质子数为92，B错误；根据核反应过程满足质量数守恒可得235＋1＝144＋89＋x，解得x＝3，C错误；一个铀核发生上述核反应，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m4)c2，D正确．
3．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．下列叙述错误的是(　　)
A．铀238的衰变方程式U→Th＋He
B．U和U互为同位素
C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
解析：选D.铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确；铀238和铀235质子数相同而中子数不同，故互为同位素，B正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确；贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错误．
4．铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变．其衰变方程为U→Th＋X，裂变方程为U＋n→Y＋Kr＋3n，其中U、n、Y、Kr 的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c.下列叙述正确的是(　　)
A．U衰变是α衰变，α射线可以用来测量钢板的厚度
B．U裂变时释放的能量为(m1－2m2－m3－m4)c2
C．若提高温度，则U的半衰期将会变小
D．Y原子核中含有56个中子
解析：选B.根据质量数守恒和电荷数守恒可得X为He，发生的是α衰变，α射线贯穿能力弱，不可以用来测量钢板的厚度，故A错误；由爱因斯坦质能方程得，裂变时释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1－2m2－m3－m4)c2，故B正确；半衰期与环境没有关系，故C错误；根据核反应前后质量数和核电荷数均守恒，可得Y原子核中核子数144个，质子56个，中子数为144－56＝88个，故D错误．
题组2　核聚变及核能的计算
5．下列核反应方程中，属于太阳内部核聚变反应方程的是(　　)
A．U→Th＋He
B．N＋He→O＋H
C．U＋n→Ba＋Kr＋3n
D．H＋H→He＋n
解析：选D.A反应是α衰变方程；B是原子核的人工转变方程；C是重核裂变方程；D是轻核聚变方程，也是太阳内部核聚变反应方程．
6．中科院的全超导托卡马克装置EAST实现了1 056 秒的长脉冲高参数等离子体运行，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度以上，其主要核反应方程：①H＋H→He＋X，②H＋Y→He＋X.下列表述正确的是(　　)
A．X与Y是同位素
B．X是质子
C．Y是氚核
D．①②两个核反应都属于裂变反应
解析：选C.根据核反应的质量数和电荷数守恒可知Y是氚核，X是中子，X与Y不是同位素，A、B错误，C正确；①②两个核反应都属于轻核聚变反应，D错误．
7．D(氘)和T(氚)发生核反应会产生氦核，核反应方程是H＋H→He＋X.关于该核反应下列说法正确的是(　　)
A．该反应为α衰变
B．方程中的X是卢瑟福发现的
C．H的比结合能比He的大
D．反应后核子的平均质量减小
解析：选D.该反应为聚变反应，不是α衰变，A错误；根据质量数和电荷数守恒可知，方程中的X表示中子n，是查德威克发现的，B错误；聚变反应释放能量，有质量亏损，反应后核子的平均质量减小，H的比结合能比He的小，C错误，D正确．
8．(8分)有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子．(已知煤的燃烧值q＝3.36×107 J/kg，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，氢核质量为1.008 142 u，氦核质量为4.001 509 u，电子的质量为0.000 549 u，质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV，阿伏伽德罗常数取6.02×1023 mol－1，结果均保留3位有效数字)
(1)若1 g氢完全聚变，能释放多少焦能量？(4分)
(2)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(4分)
解析：(1)核反应方程为4H→He＋2e
所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008 142 u－4.001 509 u－2×0.000 549 u＝0.029 961 u
根据质能方程有ΔE＝Δmc2＝0.029 961×931.5 MeV≈27.91 MeV≈4.47×10－12 J
1 g氢完全聚变释放的能量E＝nΔE＝×6.02×1023×4.47×10－12 J≈6.73×1011 J.
(2)1 g氢完全聚变，释放的能量相当于煤完全燃烧的质量m＝ kg≈2.00×104 kg.
答案：(1)6.73×1011 J　(2)2.00×104 kg
9．关于核反应的知识，下列说法正确的是(　　)
A．Rn→Po＋X，X是α粒子
B．He＋Al→P＋n是聚变方程
C．一个静止的硒核发生衰变Se→Kr＋2e，反应前后质量守恒
D．核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n是太阳中主要进行的热核反应之一
解析：选A.由质量数和电荷数守恒知，X为He即α粒子，故A正确；He＋Al→P＋n为人工转变，故B错误；由方程式可知，一个静止的硒核发生β衰变放出能量，则质量发生亏损，故C错误；U＋n→Ba＋Kr＋3n为核裂变，太阳中主要进行的热核反应为核聚变，故D错误．
10．下列说法正确的是(　　)
A．研制核武器的钚239 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Pu)) 由铀239 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(U)) 经过2次β衰变而产生
B．升高温度可以加快C 的衰变
C．20 g的 U 经过两个半衰期后，质量变为15 g
D．U 在中子轰击下，生成 Sr 和 Xe 的核反应前后，原子核的核子总数减少
解析：选A.经过β衰变电荷数多1，质量数不变，所以钚239由铀239经过2次β衰变而产生，A正确；温度不会影响衰变速度，B错误；根据半衰期公式m＝m0，可得m＝5 g，即20 g的铀经过2个半衰期后其质量变为5 g，C错误；核反应前后，原子核的核子总数守恒，D错误．
11．科学家发现在月球上含有丰富的He，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应方程式为He＋He→2H＋He.关于He聚变下列表述正确的是(　　)
A．核聚变反应遵循守能量守恒定律，不对外释放能量
B．核聚变反应产生了新的原子核
C．核聚变反应没有质量亏损
D．目前大部分核电站都采用He聚变反应来发电
解析：选B.轻核聚变释放出巨大的结合能，原子核出现明显的质量亏损，故A、C错误；由核聚变反应方程式知产生了新的原子核，故B正确；由于核聚变的链式反应难以控制，目前的技术无法解决这一问题，核聚变核电站处于实验阶段，目前大部分核电站还是通过核裂变发电，故D错误．
12．(8分) U受中子轰击时会发生裂变，产生Ba和Kr，同时放出200 MeV的能量．现要建设发电能力是 50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料．假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多大？(阿伏伽德罗常数取6.02×1023 mol－1)　
解析：核电站每一天的发电量E＝Pt＝50×104×103×24×3 600 J＝4.32×1013 J.
据题意知，核电站一天的发电量就等于发电站在一天时间内铀235裂变所释放的总能量，故核电站每天所消耗的铀235核的个数
n＝
＝(个)＝1.35×1024(个)
故发电站每一天需要的纯铀235的质量
m＝·M＝×235×10－3 kg
≈0.527 kg.
答案：0.527 kg

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