第2講原子核第十三章波粒二象性原子結構原子核考試標準知識內容必考要求 加試要求說明原子核的組成a1.不要求識記反映三種放射線穿透能力的數(shù)據.2.不要求知道威爾遜云室、氣泡室的工作原理.3.不要求知道蓋革米勒計數(shù)器的技術細節(jié).4.不要求了解比結合能概念以及比結合能曲線.放射性元素的衰變c探測射線的方法a放射性的應用與防護a核力與結合能c5.不要求了解核電站的工作流程.6.不要求知道受控核聚變中的技術問題.7.不要求識記新粒子以及各種夸克的名稱.8.不要求識記宇宙與恒星演化的細節(jié).核裂變c核聚變c粒子和宇宙a內容索引過好雙基關回扣基礎知識 訓練基礎題目研透命題點細研考綱和真題 分析突破命題點課時作業(yè)限時訓練 練規(guī)范 練速度過好雙基關名稱構成符號電離能力貫穿本領射線氦核He最強最弱射線電子e較強較強射線光子最弱最強一、原子核的組成一、原子核的組成1.天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由 發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復雜的結構.(2)三種射線貝可勒爾2.原子核的組成原子核的組成(1)原子核由質子( H)和中子( n)組成，質子和中子統(tǒng)稱為 .質子帶正電，中子不帶電.(2)基本關系核電荷數(shù)(Z)質子數(shù)元素的原子序數(shù) .質量數(shù)(A) 質子數(shù)中子數(shù).(3)X元素的原子核的符號為 X，其中A表示 ，Z表示核電荷數(shù).(4)同位素：具有相同 而中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為同位素.核子核外電子數(shù)質子數(shù)核子數(shù)質量數(shù)A.它們的質子數(shù)相等 B.它們的核外電子數(shù)相等C.它們的核子數(shù)相等 D.它們的化學性質相同答案二、放射性元素的衰變二、放射性元素的衰變1.原子核的衰變原子核的衰變(1)原子核放出粒子或粒子，變成另一種 的變化稱為原子核的衰變.(2)分類原子核當放射性物質連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變，同時伴隨著輻射.2.半衰期半衰期放射性元素衰變的快慢是由核 自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系.(3)兩個典型的衰變方程內部A.m4 B.m16C.n4 D.n2答案三、探測射線的方法三、探測射線的方法威爾遜云室、氣泡室、蓋革米勒計數(shù)器.四、放射性的應用與防護四、放射性的應用與防護1.應用射線：應用射線：工業(yè)上可以使用射線來測厚度、醫(yī)療方面可以 、利用射線照射種子來培育優(yōu)良品種等.2.示蹤原子：示蹤原子：有關生物大分子的結構及其功能的研究，幾乎都要借助于 .3.輻射與安全：輻射與安全：人類一直生活在放射性的環(huán)境中，過量的射線對人體組織有破壞作用.要防止 對水源、空氣、用具等的污染.放射治療示蹤原子放射性物質答案2.鏈式反應：鏈式反應：由重核裂變產生的 使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程.3.臨界體積和臨界質量：臨界體積和臨界質量：裂變物質能夠發(fā)生 的最小體積及其相應的質量.4.裂變的應用：裂變的應用：原子彈、核反應堆.五、核裂變五、核裂變1.典型的裂變反應方程：典型的裂變反應方程：中子鏈式反應六、核聚變六、核聚變1.典型的聚變反應方程：典型的聚變反應方程：自測自測4(多選)下列說法正確的是A.重核裂變時放出能量，而輕核聚變時吸收能量B.輕核聚變必須在很高的溫度下才能進行C.太陽輻射的能量主要來自太陽內部的核聚變反應D.人類制成了原子彈，從而實現(xiàn)了用人工方法控制鏈式反應的速度，和 平利用核能答案研透命題點命題點一原子核及核反應1.核反應過程一般都是不可逆的，所以核反應方程只能用單向箭頭“”連接并表示反應方向，不能用等號連接.2.核反應的生成物一定要以實驗為基礎，不能憑空只依據兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應方程.3.核反應遵循質量數(shù)守恒而不是質量守恒，核反應過程中反應前后的總質量一般會發(fā)生變化.4.核反應遵循電荷數(shù)守恒.答案解析解析解析鈾核在裂變過程中需要中子的轟擊，產生鏈式反應，選項A錯誤，選項B正確.而鏈式反應在進行過程中，還需要鈾塊達到臨界體積才能維持鏈式反應持續(xù)不斷進行下去，選項C正確.根據釋放出來的核能，結合質能方程Emc2可知，反應過程中，虧損質量為m kg3.61028 kg，選項D錯誤.答案變式變式1(多選)(2017“金華十?！甭?lián)考)關于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是A.在、這三種射線中，射線的穿透能力最強，射線的電離能力 最強B.衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉變?yōu)橘|子時產生的C.射線會使種子的遺傳基因發(fā)生變異，從而培育出新的優(yōu)良品種D.鈾核( U)衰變?yōu)殂U核( Pb)的過程中，要經過8次衰變和10次衰變答案變式變式2(多選)14C發(fā)生放射性衰變成為14N，半衰期約為5 700年，已知植物存活期間，其體內14C與12C的比例不變；生命活動結束后，14C的比例持續(xù)減少，現(xiàn)通過測量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一.下列說法正確的是A.該古木的年代距今約5 700年B.12C、14C具有相同的中子數(shù)C.14C衰變?yōu)?4N的過程中放出射線D.增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速14C的衰變解析解析解析放射性元素經過一個半衰期剩下的原子核的質量是原來的一半，故該古木的年代距今約為5 700年，A正確；12C和14C互為同位素，具有相同的質子數(shù)、不同的中子數(shù)，B錯誤；14C衰變?yōu)?4N，電荷數(shù)增加1，說明放出了電子，發(fā)生了衰變，C正確；半衰期由原子核本身決定，與外界因素無關，D錯誤.變式變式3(多選)下列有關原子結構和原子核的認識，其中正確的是A.射線是高速運動的電子流B.氫原子輻射光子后，其繞核運動的電子動能增大C.太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的輕核聚變D. 的半衰期是5天，100克 經過10天后還剩下50克解析解析射線是高速電子流，而射線是一種電磁波，選項A錯誤.氫原子輻射光子后，繞核運動的電子距核更近，動能增大，選項B正確.太陽輻射能量的主要來源是太陽內部氫核的聚變，選項C正確.1( )2t答案解析A.是裂變，是衰變B.是聚變，是裂變C.是衰變，是裂變D.是裂變，是衰變答案變式變式4(多選)(2017湖州市高三上學期期末)對以下的幾個核反應方程，判斷正確的是解析下列表述正確的是A.X是質子B.Y的質子數(shù)是3，中子數(shù)是3C.兩個核反應都沒有質量虧損D.氘和氚的核反應是核聚變反應答案變式變式5(多選)(2017浙江“七彩陽光”聯(lián)考)現(xiàn)有如下兩個核反應方程分別為：解析根據兩個核反應方程可知，都有大量的能量釋放出來，所以一定都有質量虧損，故C錯誤；氘和氚的核反應過程中是質量比較小的核生成質量比較大的新核，所以是核聚變反應，故D正確.命題點二核能的計算核能的計算方法1.根據愛因斯坦質能方程列式計算：即Emc2(m的單位：kg).2.根據1原子質量單位(u)相當于931.5 MeV能量，則Em931.5 MeV(m的單位：u).3.核反應遵守動量守恒定律和能量守恒定律，因此可以結合動量守恒定律和能量守恒定律來計算核能.答案(1)核反應方程中的X是_.(2)該反應放出的能量是_J.(結果保留三位有效數(shù)字)解析2.981011解析解析該核反應質量虧損為：m0.2 u，能量虧損為：E0.2931.5 MeV2.981011 J.答案B.由核反應過程質量守恒可知m1m2m3m4C.核反應放出的能量等于(m1m2m3m4)c2D.這種裝置的核反應原理是核聚變解析核反應過程中質量數(shù)守恒，但質量不守恒，存在質量虧損，因此m1m2m3m4，故B錯誤；核反應過程中的質量虧損mm1m2m3m4，釋放的核能Emc2(m1m2m3m4)c2，故C正確；這種裝置的核反應原理是核聚變，故D正確.答案解析解析解析原子序數(shù)大于83的元素都具有放射性，A錯誤；由電荷數(shù)和質量數(shù)守恒可以判斷X為粒子，B正確；經過2T時間，核反應釋放的核能為 N0E，C正確，D錯誤.答案17.6解析課時作業(yè)1.(多選)(2017金華十校聯(lián)考)下列物理現(xiàn)象正確的是A.電子的衍射現(xiàn)象說明實物粒子也具有波動性B.鏈式反應屬于重核的聚變C.能量越大的光子波長越長D.核力是強相互作用答案123456789101112131415162.(多選)在物理學的發(fā)展過程中，許多物理學家的科學發(fā)現(xiàn)推動了人類歷史的進步.下列表述符合物理學史實的是A.普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象，第一次提出了能量量子化理論B.愛因斯坦為了解釋光電效應的規(guī)律，提出了光子說C.盧瑟福通過對粒子散射實驗的研究，提出了原子的核式結構模型D.貝可勒爾通過對天然放射性的研究，發(fā)現(xiàn)原子核是由質子和中子組成的答案123456789101112131415163.(多選)(2017杭州市期末教學質檢)下列關于近代物理學的敘述中，說法正確的是A.盧瑟福提出了原子的核式結構模型B.已知鈾238的半衰期為4.5109年，則100個鈾238原子經過9109年后 未發(fā)生衰變的有25個C.衰變釋放出的是電子流，且這些電子不是原子核外的電子D.愛因斯坦的光子說以及光電效應方程，說明光子具有波動性答案12345678910111213141516解析解析解析盧瑟福根據粒子散射實驗，提出了原子的核式結構模型，選項A正確；半衰期對少量原子不成立，選項B錯誤；衰變的電子流，來自于原子核內部，選項C正確；愛因斯坦的光子說以及光電效應說明光子具有粒子性，選項D錯誤.123456789101112131415164.(多選)下列應用是把放射性同位素作為示蹤原子的是A.利用鈷60治療腫瘤等疾病B.射線探傷C.利用含有放射性碘131的油檢測地下輸油管的漏油情況D.把含有放射性元素的肥料施給農作物用以研究農作物吸收養(yǎng)分的規(guī)律答案123456789101112131415165.(多選)下列說法正確的是A.天然放射現(xiàn)象說明原子核內部具有復雜的結構B.粒子散射實驗說明原子核內部具有復雜的結構C.原子核發(fā)生衰變生成的新核原子序數(shù)增加D.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長小于從能級2躍遷到基 態(tài)輻射出的光子的波長答案解析12345678910111213141516解析解析天然放射現(xiàn)象說明原子核內部具有復雜的結構，A正確.粒子散射實驗說明原子具有核式結構，B錯誤.根據電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒知，衰變放出了一個電子，新核的核電荷數(shù)增加1，即原子序數(shù)增加，C正確.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的頻率小于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的頻率，故從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長大于從能級2躍遷到基態(tài)輻射出的光子的波長，D錯誤.123456789101112131415166.(多選)(2017湖州市期末考試)鈾核裂變是核電站核能的重要來源，下列說法正確的是A.鈾238是核電站的燃料B.鈾核裂變反應中有中子放出C.鈾核的鏈式反應可人工控制D.鈾塊體積對鏈式反應的發(fā)生無影響答案解析12345678910111213141516解析解析核電站的主要燃料是鈾235，選項A錯誤；重核裂變時也會產生一些中子，鏈式反應屬于可控裂變反應，選項B、C正確；要發(fā)生鏈式反應除了有中子外，還需要鈾塊體積達到臨界體積，選項D錯誤.7.(多選)(2017溫州市十校期末聯(lián)考)下列說法正確的是A.方程式 是重核裂變反應方程B.衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子時所產生的C.核力是短程力，與核子間的距離有關，有時表現(xiàn)為引力，有時表現(xiàn)為 斥力D.原子核所含核子單獨存在時的總質量等于該原子核的質量答案解析12345678910111213141516核力是短程力，與核子間的距離有關，有時表現(xiàn)為引力，有時表現(xiàn)為斥力，選項C正確；原子核所含核子單獨存在時的總質量大于該原子核的質量，選項D錯誤.12345678910111213141516C.發(fā)生衰變時原子核放出電子，說明電子是原子核的組成部分D.中子和質子結合成氘核,若該過程質量虧損為m,則氘核的結合能為mc2根據重核裂變的核反應方程配平方式可知，選項B正確；衰變時原子核內部中子衰變?yōu)橘|子時釋放出高速電子，電子并不是原子核的組成部分，選項C錯誤；根據質能方程可知，選項D正確.答案解析123456789101112131415169.(多選)(2017諸暨中學期中考試)科學家通過對月壤樣品進行實驗分析，估計月壤中氦3的資源總量可達100500萬噸，若能實現(xiàn)商業(yè)化運用，月壤中的氦3可供地球能源需求達數(shù)萬年.利用氦3的核反應方程為： .則下列說法中正確的是A.上式中X應為質子B.目前地球上的核電站正是利用氦3作為核燃料，因此迫切需要開發(fā)月 壤的氦3答案123456789101112131415解析16目前的核電站主要采用了鈾235的核裂變，而核聚變仍處于實驗階段，選項B錯誤；1234567891011121314151610.(多選)下列說法正確的是A.分別用X射線和綠光照射同一金屬表面都能發(fā)生光電效應，則用X射線 照射時光電子的最大初動能較小B.用升溫、加壓或發(fā)生化學反應的方法不能改變放射性元素的半衰期C.以mD、mp、mn分別表示氘核、質子、中子的質量，則mDmpmnD.天然放射現(xiàn)象中的射線是原子核受激發(fā)產生的答案123456789101112131415解析16解析解析分別用X射線和綠光照射同一金屬表面都能發(fā)生光電效應；由光電效應方程：EkhW0，則用頻率比較大的X射線照射時光電子的最大初動能較大，故A錯誤；放射性元素的半衰期與原子核所處的物理環(huán)境和化學狀態(tài)無關，故B正確；質子和中子結合成氘核，有質量虧損，可知mDmpmn，故C錯誤；天然放射現(xiàn)象中的射線是原子核受激發(fā)產生的，故D正確.12345678910111213141516C.質子、中子、粒子的質量分別為m1、m2、m3，那么質子和中子結合 成一個粒子，所釋放的核能為E(m1m2m3)c2D.原子從a能級躍遷到b能級時發(fā)射波長為1的光子；原子從b能級躍遷到、c能級時吸收波長為2的光子，已知12，那么原子從a能級躍遷到c能 級時將要吸收波長為 的光子11.(多選)(2017杭州二中選考仿真考試)下列說法中正確的是答案解析12345678910111213141516解析解析盧瑟福用粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)了質子，A正確；12345678910111213141516兩個質子與兩個中子結合成一個粒子，所釋放的核能為E(2m12m2m3)c2，C錯誤；1234567891011121314151612.(多選)(2017浙江教育綠色評價聯(lián)盟適應性考試)一靜止在某勻強磁場中的原子核 X發(fā)生衰變后變成原子核Y，已知原子核X、原子核Y和粒子的質量分別為mX、mY和m，光速為c(不考慮質量與速度有關的相對論效應，釋放的核能全部轉化為兩個粒子的動能)，則A.原子核Y的中子數(shù)比原子核X的中子數(shù)少2B.此反應前后質量虧損mmXmYmC.原子核Y和粒子在同一勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑比為D.粒子的動能為Ek答案解析12345678910111213141516解析解析衰變放出氦原子核，所以原子核Y的中子數(shù)比原子核X的中子數(shù)少2，選項A正確；此反應前后質量虧損mmXmYm，選項B正確；1234567891011121314151613.(多選)(2017杭州市高三上期末)在家居裝飾中常用到花崗巖、大理石等天然石材，這些巖石都含有不同程度的放射性元素.下列說法中正確的是B.衰變中，粒子獲得的能量越大，其德布羅意波長越短C.衰變中產生的電子來源于原子核的內部，故半衰期會受元素化學狀態(tài) 的影響D.若某一原子核衰變輻射出一個頻率為 的 光子，該過程質量虧損為 m，則hmc2答案解析12345678910111213141516衰變中產生的電子來源于原子核的內部，但是半衰期不會受元素化學狀態(tài)的影響，故C錯誤；原子核衰變后，質量虧損產生的能量為mc2hEk，可知hmc2，故D錯誤.1234567891011121314151614.(多選)據報道，2014年3月4日英國蘭開夏郡的一名13歲學生杰米愛德華茲在學校實驗室里成功完成了一項核試驗，成為世界上實現(xiàn)核聚變的最年輕的人，引起人們對氫元素、氫的同位素、核反應的熱議.下列說法正確的是A.氫原子光譜是線狀譜答案解析12345678910111213141516解析解析因為氫原子釋放的能量是不連續(xù)的，所以氫原子的光譜是線狀譜，選項A正確；原子序數(shù)較大的原子核才可能發(fā)生衰變，選項B錯誤；12345678910111213141516核聚變并非都是可控的，選項D錯誤.15.(多選)(2017溫州市九校高三上學期期末)圖1中四幅圖涉及不同的物理知識，其中說法正確的是圖112345678910111213141516A.圖甲：用紫外線照射金屬鋅板表面時會發(fā)生光電效應，當增大紫外線的 照射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大B.圖乙：盧瑟福通過分析粒子散射實驗結果，提出了原子的核式結構模型C.圖丙：氫原子由較高能級躍遷到較低能級時，會釋放出一定頻率的光子D.圖?。涸?0個氡222，經過一個半衰期的時間，一定還剩余5個123456789101112131415解析答案16解析解析根據EkhW0，光電子的最大初動能與入射光的強度無關，故A錯誤；盧瑟福通過分析粒子散射實驗結果，提出了原子的核式結構模型，故B正確；氫原子由較高能級躍遷到較低能級時，能量減小，向外輻射光子，故C正確；半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律，對大量的原子核適用，對少數(shù)的原子核不適用，故D錯誤.1234567891011121314151616.(多選)(2017“超級全能生”8月聯(lián)考)“核反應堆”是通過可控的鏈式反應實現(xiàn)核能的釋放(如圖2所示)，核燃料是鈾棒，在鈾棒周圍要放“慢化劑”，快中子和慢化劑中的碳原子核碰撞后，中子能量減少變?yōu)槁凶?碳核的質量是中子的12倍，假設中子與碳核是彈性正碰，而且認為碰撞前中子動能是E0，碳核都是靜止的，則A.鏈式反應是指由裂變產生的中子使裂變反應一代接 一代繼續(xù)下去的過程B.鎘棒的作用是與鈾棒發(fā)生化學反應，消耗多余的鈾 原子核，從而達到控制核反應速度的目的C.經過一次碰撞，中子失去的動能為 E0D.在反應堆的外面修建很厚的水泥防護層是用來屏蔽 裂變產物放出的各種射線 解析12345678910111213141516圖2答案解析解析鏈式反應是指由裂變產生的中子使裂變反應一代又一代持續(xù)下去的過程，選項A正確；核反應堆中，鎘棒的作用是吸收中子，以控制反應速度，選項B錯誤；12345678910111213141516水泥防護層的作用是屏蔽裂變產物放出的射線，選項D正確.