1、第 33 讲 原子结构与原子核考纲要求 考情分析 命题趋势1.氢原子光谱2氢原子的能级结构、能级公式3原子核的组成、放射性、原子核衰变、半衰期4放射性同位素5核力、核反应方程6结合能、质量亏损7裂变反应和聚变反应、裂变反应堆8射线的危害与防护2017全国卷，172017全国卷，152016全国卷，35(1)2016全国卷，35(1)2016天津卷，62016江苏卷，12C(1)高考对本部分知识的考查主要以选择题的形式出现高考试题往往综合考查氢原子能级的跃迁、放射性元素的衰变、半衰期、核反应，以及质能方程、核反应方程的有关计算学习中要注意对质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒的理解和应用1
2、原子核式结构(1)电子的发现：英国物理学家_汤姆孙_发现了电子(2)粒子散射实验：19091911 年，英国物理学家_卢瑟福 _和他的助手进行了用 粒子轰击金箔的实验，实验发现_绝大多数_ 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有_少数_ 粒子发生了大角度偏转，_极少数_ 粒子偏转的角度甚至大于 90，也就是说它们几乎被“撞”了回来如图所示(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的_正电荷_和几乎全部_质量_都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转2氢原子光谱(1)光谱分析利用元素的特征谱线(线状谱 )分析和确定物质的组成成分(2)氢原子光谱的实验规律巴耳末系是氢光
3、谱在可见光区的谱线，其波长公式 R( ) .(n3,4,5，R 是1 122 1n2里德伯常量，R1.1010 7 m1 )(3)玻尔模型玻尔的三条假设a能量量子化：原子只能处于一系列_不连续_状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做_定态_对氢原子满足：E n E1，其中 E113.6 eV1n2b轨道量子化：原子的_能量状态_跟电子不同的运行_轨道_相对应原子的能量状态是不连续的，因此电子运动的可能轨道的分布也是不连续的对氢原子满足：r nn 2r1，其中 r10.5310 10 mc能级跃迁：原子从一种定态(设能量为 E2)跃迁到另一种定态(设
4、能量为 E1)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，即 hE 2E 1氢原子能级图：如图所示3原子核(1)天然放射现象的发现1896 年，_贝可勒尔_在铀矿石中发现未知的射线，把这些射线称为 射线、 射线、射线，这就是天然放射现象的发现天然放射现象的发现，说明原子核_具有复杂结构_(2)三种射线的比较种类 射线 射线 射线组成高速氦核流高速电子流 光子流带电荷量 2e e 0质量 4mp mp1840静止质量为零在电磁场中 偏转 与 射线反向偏 不偏转转穿透本领电离作用 增 强 减 弱(3)原子核的衰变衰变原子核由于自发地放出某种粒子而转化为新核的变化衰变规律
5、a 衰变： X Y He，实质：2 H2 n HeAZ A 4Z 2 42 1 10 42b 衰变： X Y e，实质： n H eAZ AZ 1 0 1 10 1 0 1半衰期a定义：放射性元素衰变有一定的速率，我们把放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫半衰期，用 表示b公式：mm 0( ) 12tc特点：半衰期 由该元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)或化学状态( 如单质、化合物等) 无关另外，半衰期仅是对大量原子核的统计规律比如研究 200 个铀的原子核经过一个半衰期后还剩多少个铀的原子核是没有意义的4核能(1)核力核子间的作用力核力是短程强力，
6、作用范围在 1.51015 m 之内，只在_相邻_的核子间发生作用(2)核能_核子_结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的_结合_能，亦称核能(3)质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程 E_mc 2_，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小，这就是质量亏损 m.由质量亏损可求出释放的核能 E_ mc2_(4)重核的裂变与轻核的聚变裂变重核分裂成质量较小的核的反应如： U n Xe Sr10 n. 23592 10 13654 9038 10聚变轻核结合成质量较大的核的反应如： H H He n21 31 42 101判断正误(1)卢瑟福做 粒子散射实验时发现 粒
7、子绝大多数穿过只有少数发生大角度偏转( )(2)氢原子发射光谱是由一条一条亮线组成的( )(3)氢原子由能量为 En的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为 hE n.( )(4)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁( )(5)目前核电站多数是采用核聚变反应发电( )(6)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，遵循电荷数守恒( )(7)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化( )(8)如某放射性元素的半衰期是 5 天，那么 100 个该元素的原子核经过 10 天还剩下 25个( )一 能级图与氢原子的跃迁1能级图中相关量意义的说明相关量 意义能级图中的横线 表示氢
8、原子可能的能量状态定态横线左端的数字“1,2,3” 表示量子数横线右端的数字“13.6，3.4”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为 hE mE n氢原子的能级图如图所示2两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子光子的频率 Eh E高 E低h(2)受激跃迁：低能级高能级，吸收能量光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差 hE；碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外 E；大于电离能的光子被吸收，将原子电离谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁
9、发出可能的光谱线条数最多为( n1)(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法用数学中的组合知识求解：NC ；2nnn 12利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加例 1(2017江苏南京质检)已知氢原子基态的电子轨道半径为 r10.52810 10 m，量子数为 n 的能级值为 En eV 13.6n2(1)求电子在基态轨道上运动的动能；(2)有一群氢原子处于量子数 n3 的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线？(3)计算这几种光谱线中波长最短的波长(静力电常量 k910 9 Nm2/C2，电子电荷量 e1.610
10、 19 C，普朗克常量h6.6310 34 Js，真空中光速 c3.0010 8 m/s)解析 (1)核外电子绕核做匀速圆周运动，静电引力提供向心力，则 ，又知ke2r21 mv2r1Ek mv2，故电子在基态轨道的动能为12Ek J2.1810 18 J13.6 eV ke22r1 91091.610 19220.52810 10(2)当 n1 时，能级值为 E1 eV13.6 eV 13.612当 n2 时，能级值为 E2 eV3.4 eV 13.622当 n3 时，能级值为 E3 eV1.51 eV 13.632能发出的光谱线分别为 32,21,31 共 3 种，能级图如图所示(3)由
11、E3 向 E1 跃迁时发出的光子频率最大，波长最短hE 3 E1，又知 ，则有c m1.0310 7 mhcE3 E1 6.6310 34310812.091.610 19答案 (1)13.6 eV (2) 见解析 (3)1.0310 7 m二 原子核的衰变 半衰期1 衰变、 衰变的比较衰变类型 衰变 衰变衰变方程 X Y HeAZ A 4Z 2 42 X Y eAZ AZ 1 0 12 个质子和 2 个中子结合成一个整体射出1 个中子转化为 1 个质子和1 个电子衰变实质2 H2 n He1 10 42 n H e10 1 0 1匀强磁场中轨迹形状衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2
12、.确定 、 衰变次数的两种方法方法 1：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素 X 经过 n 次 衰AZ变和 m 次 衰变后，变成稳定的新元素 Y，则表示该核反应的方程为：AZX Y n Hem eAZ AZ 42 0 1根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程AA4n，ZZ 2nm由以上两式联立解得n ，m ZZA A4 A A2由此可见，确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组方法 2：因为 衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定 衰变的次数，然后再根据衰变规律确定 衰变的次数3半衰期(1)公式：N 余 N 原 ( ) ，m 余 m 原 ( ) 12t 12t(2)影响因素：放
13、射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，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) 无关例 2(2017宁夏银川质检) U 经过 m 次 衰变和 n 次 衰变，变成 Pb，则( B )23592 20782Am7，n3 Bm7，n4Cm14，n9 Dm 14，n 18解析 根据题意知核反应方程 U Pbm Hen e，根据电荷数守恒和质量23592 20782 42 0 1数守恒可得 2352074m,92 822m n.联立解得 m7，n4，选项 B 正确例 3(2018四川宜宾模拟)碘 131 核不稳定，会发生 衰变，其半衰期为 8 天(1)碘 131 核的
14、衰变方程： I_ 54X e_.(衰变后的元素用 X 表示)1315 131 0 1(2)经过_16_天有 75%的碘 131 核发生了衰变解析 (1)根据质量数和电荷数守恒可知衰变方程为 I X e1315 13154 0 1(2)每经 1 个半衰期，有半数原子核发生衰变，经 2 个半衰期将剩余 的原子核，即有1475%的碘 131 核发生衰变，故经过的时间为 16 天三 核反应类型与核反应方程1核反应的四种类型类型 可控性 核反应方程 衰变 自发 U Th He23892 23490 42衰变 衰变 自发 Th Pa e23490 23491 0 1人工转变N He O H147 42 1
15、78 1(卢瑟福发现质子)He Be C n42 94 126 10(查德威克发现中子)Al He P n2713 42 3015 10P Si e3015 3014 01(约里奥 居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)重核裂变人工控制U n Ba Kr23592 10 14456 89363 n10U n Xe Sr123592 10 13654 90380 n10轻核聚变 很难控制 H H He n21 31 42 102.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础如质子( H)、中子( n)、1 10粒子( He)、 粒子 ( e)、正电子( e)、氘核
16、( H)、氚核( H)等42 0 1 01 21 31(2)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程(4)核反应过程中质量数守恒，核电荷数守恒例 4在下列四个核反应中，x 表示中子的是哪些？_BCD_在以下核反应中哪些属于原子核的人工转变？_AB_A N He Ox B Al He Px147 42 178 2713 42 3015C H H Hex D Ux Sr Xe10x21 31 42 23592 9038 13654解析 不管什么类型的核反应，
17、都遵守电荷数守恒和质量数守恒，由以上两个守恒规则，可以分别计算出 A、B、C 、D 中 x 的质量数和电荷数，分别为 A 中 x，B 中 x，C1 10中 x，D 中 x，所以 x 表示中子的是 B、C、D；关于人工转变问题，首先应明确核反应10 10的特点：有粒子作“炮弹”轰击作为“靶”的原子核，并且能在实验室中进行，因此人工核转变的有 A、B，C 叫轻核聚变， D 叫重核裂变四 核能的计算1质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即 Emc 2方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质
18、量也减少(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损 m，释放的能量为 Emc 2(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加 m，吸收的能量为Emc 22核能释放的两种途径的理解中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定(1)使较重的核分裂成中等大小的核(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量3计算核能的几种方法(1)根据 Emc 2 计算，计算时 m 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，E 的单位是“J”(2)根据 Em931.5 MeV 计算因 1 原子质量单位“u”相当于 931.5 MeV 的能量，所以计算时 m 的单位是“u” ，E 的
19、单位是“MeV”(3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能核子比结合能核子数例 5一个静止的铀核 U(原子质量为 232.037 2 u)放出一个 粒子( 原子质量为 4.002 23296 u)后衰变成钍核 Th(原子质量为 228.0287 u)(已知：原子质量单位 1 u1.6710 27 2289kg,1 u 相当于 931.5 MeV)(1)写出核衰变反应方程；(2)算出该核衰变反应中释放出的核能；(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和 粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？解析 (1) 92U 90Th He232 228 42(2)质量亏损 mm Um Thm 0.005
20、 9 u，Emc 20.0059 931.5 MeV5.496 MeV(3)系统动量守恒，钍核和 粒子的动量大小相等，即pTh p0，E kTh ，E k ， EkThE kE；p2Th2mTh p22m所以钍核获得的动能 EkTh E E0.095 MeVmm mTh 44 228答案 (1) U Th He2329 22890 42(2)5.496 MeV (3)0.095 MeV1天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知( D )A来自于原子核外的电子B的电离作用最强，是一种电磁波C的电离作用较强，是一种电磁波D的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子解析 由题图
21、可知，根据穿透本领可判断出是 射线，是 射线，是 射线 射线是氦核流，故选项 B 错误 射线电离作用最弱，故选项 C 错误 射线来源于原子核内部，故选项 A 错误 射线伴随核反应释放出来，故选项 D 正确2(2017天津卷)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献下列核反应方程中属于聚变反应的是( A )A H H He n B N He O H21 31 42 10 147 42 178 1C He Al P n D U n Ba Kr3 n42 2713 3015 10 23592 10 14456 8936 10解析 选项
22、A 是质量小的核结合成质量较大的核，属于核聚变选项 B 是卢瑟福发现质子的人工转变方程选项 C 是约里奥居里夫妇发现人工放射性同位素的人工转变方程选项 D 是铀核在中子轰击下分裂为中等质量的核的过程，属于核裂变选项 A 正确3(2018江西九江模拟)用频率为 0 的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为 1、 2、 3 的三条谱线，且 321，则！ B #.( 填入正确选项前的字母)A 013.6eV，因此可以使处于基态的氢原子电离，选项 E 正确3(2017全国卷)一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核，衰变方程为U Th He.下列说法正确的是 ( B )23892
23、 23490 42A衰变后钍核的动能等于 粒子的动能B衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小C铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间D衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析 静止的原子核在衰变前后动量守恒，由动量守恒定律得 0m 1v1m 2v2，可知m1v1m 2v2，故衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小，选项 B 正确；而动能Ek ，由于钍核的质量(m 1)大于 粒子的质量( m2)，故其动能不等，选项 A 错误；铀核p22m的半衰期是大量的铀核半数发生衰变所用的时间，而不是放出一个 粒子所经历的时间，选项 C 错误；原子核衰变前后质量数守恒，衰变时放出核能，质
24、量亏损，选项 D 错误4(多选) 关于原子核的结合能，下列说法正确的是( ABC )A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B一重原子核衰变成 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铯原子核( Cs)的结合能小于铅原子核( 208 82Pb)的结合能13355D比结合能越大，原子核越不稳定E自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能解析 由原子核的结合能定义可知，原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合能，选项 A 正确；重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大衰变前后核子数不变，因此原子核衰变产物的
25、结合能之和一定大于衰变前的结合能，选项 B 正确；铯原子柱的核子数少，因此其结合能小，选项 C 正确；比结合能越大的原子核越稳定，选项 D 错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项 E 错误5(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电， U 是核电站常用的核23592燃料. U 受一个中子轰击后裂变成 Ba 和 Kr 两部分，并产生_3_个中子要使链23592 14456 8936式反应发生，裂变物质的体积要_大于_(选填“大于”或 “小于”) 它的临界体积(2)取质子的质量 mp1.672 61027 kg，中子的质量 mn1.674 91027
26、 kg， 粒子的质量 m6.646 71027 kg，光速 c3.010 8 m/s.请计算 粒子的结合能(计算结果保留两位有效数字)解析 (1)根据质量数守恒可得，产生中子的数目为 235 1144893；只有裂变物质的体积大于它的临界体积时才能发生裂变反应(2)组成 粒子的核子与 粒子的质量差m2m p2m nm ，结合能 Emc 2，代入数据得 E4.310 12 J答案 (2)4.310 12 J1(多选) 一静止的铝原子核 Al 俘获一速度为 1.0107 m/s 的质子 p 后，变为处于激2713发态的硅原子核 Si.下列说法正确的是( ABE )2814A核反应方程为 p Al
27、Si2713 2814B核反应过程中系统动量守恒C核反应过程中系统能量不守恒D核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E硅原子核速度的数量级为 105 m/s，方向与质子初速度的方向一致解析 核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，选项 A 正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，选项 B 正确；题述核反应过程属于“二合一”形式的完全非弹性碰撞，机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒，选项 C 错误；核反应过程中的机械能有损失，故存在质量亏损现象，选项 D 错误；硅原子质量约是质子质量的 28 倍，由动量守恒定律知，m 0v028 m0v，所以硅原子核速度数量级为
28、 105 m/s，方向与质子初速度的方向一致，选项 E 正确2图中曲线 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( D )Aa、b 为 粒子的径迹 Ba、b 为 粒子的径迹Cc、 d 为 粒子的径迹 Dc、d 为 粒子的径迹解析 粒子是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项 B 错误； 粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项 A、C 错误； 粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项 D正确3碘 131 的半衰期约为 8 天，若某药物含有质量为 m 的碘 131，经过 32 天后，该药物中碘 131 的含量大约还有(
29、C )A B m4 m8C Dm16 m32解析 经过 n 个半衰期剩余碘 131 的含量 mm ( )n.因 32 天为碘 131 的 4 个半衰期，12故剩余碘 131 的含量 mm( )4 ，选项 C 正确12 m164(多选) 氢原子能级如图所示，当氢原子从 n3 跃迁到 n2 的能级时，辐射光的波长为 656 nm.以下判断正确的是 _CD_(选填正确答案标号) A氢原子从 n2 跃迁到 n 1 的能级时，辐射光的波长大于 656 nmB用波长为 325 nm 的光照射，可使氢原子从 n1 跃迁到 n2 的能级C一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3 种谱线D用波长
30、为 633 nm 的光照射，不能使氢原子从 n2 跃迁到 n3 的能级解析 能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，选项 A 错误；由 EmE nh 可知，选项 B 错误，D 正确；根据C 3 可知，辐射的光子频率最多有 3 种，选项 C 正确235下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是_B_.(选填正确答案标号)A 射线是高速运动的电子流B氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D Bi 的半衰期是 5 天，100 克 Bi 经过 10 天后还剩下 50 克21083 21083解析 射线是
31、高速电子流，而 射线是一种电磁波，选项 A 错误；氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项 B 正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项 C 错误； 10 天为两个半衰期，剩余的 Bi 为 100( ) g100( )2108312t 122 g25 g，选项 D 错误6在下列描述核变化过程的方程中，属于 衰变的是_C_，属于 衰变的是_AB_，属于裂变的是_E_，属于聚变的是_F_.( 选填正确答案标号)A C N e B P S e146 147 0 1 3215 3216 0 1C U Th He D N He O H23892 23490 42 147 4
32、2 178 1E U n Xe Sr2 n F H H He n23592 10 1405 9438 10 31 21 42 10解析 一个原子核自发地放出一个 粒子，生成一个新核的过程是 衰变，因此选项C 是 衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此选项 E 是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此选项 F 是轻核的聚变；另外，选项 A、B 是 衰变，选项 D是原子核的人工转变7(2017江苏卷)(1) 原子核的比结合能曲线如图所示根据该曲线，下列判断正确的有！ BC #A He 核的结合能约为 14
33、MeV42B He 核比 Li 核更稳定42 63C两个 H 核结合成 He 核时释放能量21 42D U 核中核子的平均结合能比 Kr 核中的大23592 8936(2)质子( H)和 粒子( He)被加速到相同动能时，质子的动量_小于_( 选填“大于”1 42“小于”或“等于”) 粒子的动量，质子和 粒子的德布罗意波波长之比为_21_解析 (1)由图象可知， He 的比结合能约为 7 MeV，其结合能应为 28 MeV，故选项42A 错误比结合能较大的核较稳定，故选项 B 正确比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故选项 C 正确比结合能就是平均结合能，故由图可知选项 D 错误
34、(2)由动量与动能的关系 p 可知，E k 相同时，质量小的动量也较小，故质子的2mEk动量小于 粒子的动量德布罗意波长 ，而 p ，故 ，则 H hp m 1m m21mH8(2017北京卷)在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次 衰变放射出的 粒子( He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为 R.42以 m、q 分别表示 粒子的质量和电荷量(1)放射性原子核用 X 表示，新核的元素符号用 Y 表示，写出该 衰变的核反应方程；AZ(2)粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；(3)设该衰变过程释放的核能都转化为 粒子和新核的
35、动能，新核的质量为 M，求衰变过程的质量亏损 m解析 (1) X Y HeAZ A 4Z 2 42(2)设 粒子的速度大小为 v，由 qvBm ，T ，得 粒子在磁场中运动周期 Tv2R 2Rv，2mqB环形电流大小 I ，qT q2B2m(3)由 qvBm ，得 v v2R qBRm设衰变后新核 Y 的速度大小为 v，系统动量守恒，Mvmv0，v ，mvM qBRM由 mc2 Mv 2 mv2，12 12得 m M mqBR22mMc2答案 见解析课时达标 第 33 讲解密考纲 综合考查氢原子能级的跃迁、放射性元素的衰变、半衰期、核反应，以及质能方程、核反应方程的有关计算1在 粒子散射实验中
36、，电子对 粒子运动的影响可以忽略这是因为与 粒子相比，电子的( D )A电量太小 B速度太小C体积太小 D质量太小解析 粒子是氦核，是电子电量的 2 倍，质量是电子的 7 600 倍，当 粒子碰到电子时，就像子弹碰到尘埃一样，故电子对 粒子运动的影响可以忽略是因为电子的质量相比粒子太小，选项 D 项正确2氢原子能级示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示色光 红 橙 黄 绿蓝靛紫光子能量范围(eV)1.612002.002072.072142.142532.532762.76310处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有 2 条，其颜色分别为( A )A红、蓝靛 B黄、绿C红
37、、紫 D蓝靛、紫解析 如果激发态的氢原子处于第 2 能级，能够发出 10.2 eV 的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第 3 能级，能够发出 12.09 eV、 10.2 eV、1.89 eV 的三种光子，只有 1.89 eV 属于可见光；如果激发态的氢原子处于第 4 能级，能够发出 12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV 的 6 种光子， 1.89 eV 和 2.55 eV 属于可见光，1.89 eV 的光子为红光，2.55 eV 的光子为蓝靛，故选项 A 正确3(多选) 14C 发生放射性衰变成为 14N，半衰期约为 5
38、 700 年已知植物存活期间，其体内 14C 与 12C 的比例不变；生命活动结束后， 14C 的比例持续减少现通过测量得知，某古木样品中 14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是( AC )A该古木的年代距今约 5 700 年B 12C、 13C、 14C 具有相同的中子数C 14C 衰变为 14N 的过程中放出 射线D增加样品测量环境的压强将加速 14C 的衰变解析 由古木中的 14C 是现代植物中的二分之一知， 14C 经过了一个半衰期，距今 5 700 年，选项 A 正确；C 的同位素质子数相同，中子数不同，选项 B 错误； 14C 衰变成 14N是 衰变，选项
39、C 正确；改变环境的压强不会改变 14C 的半衰期，选项 D 错误4(多选) 铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是U n Ba Kr3 n.下列说法正确的有( AC )23592 10 14456 8936 10A上述裂变反应中伴随着中子放出B铀块体积对链式反应的发生无影响C铀核的链式反应可人工控制D铀核的半衰期会受到环境温度的影响解析 根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题裂变反应式中的 n 为中子，10铀块体积大于临界体积，才能产生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项 A、C 正确，选项 B 错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项 D 错误5某科学家
40、提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为H C NQ 1、 H N CXQ 2，Q 1、Q 2 表示释放的能量，相关的原子核质1 126 137 1 157 126量见下表：原子核 H1 He32 He42 C126 N137 N157质量/u1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1以下推断正确的是( B )AX 是 He，Q 2Q 1 BX 是 He， Q2Q 132 42CX 是 He， Q2Q 1 DX 是 He，Q 2Q 132 42解析 由核反应中质量数、电荷数守恒可确定 X 是 粒子两个核反应中的质量亏损分
41、别为 m1(1.007 812.000 013.005 7) u0.002 1 u， m2(1.007 815.000 112.000 04.002 6) u0.005 3 u，结合爱因斯坦质能方程 Qmc 2 知 Q1Q 2，故选项 B 正确6放射性元素氡( Rn)经 衰变成为钋( Po)，半衰期约为 3.8 天；但勘测表明，22286 21884经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素 Rn 的矿石，其原因22286是( A )A目前地壳中的 Rn 主要来自于其他放射性元素的衰变22286B在地球形成的初期，地壳中元素 Rn 的含量足够高22286C当衰变产物 Po 积累
42、到一定量以后， Po 的增加会减慢 Rn 的衰变进程21884 21884 22286D Rn 主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期22286解析 放射性元素 Rn 可以衰变成 Po，有的元素也可以衰变成 Rn，所以尽22286 21884 22286管 Rn 的半衰期很短，自然界中仍然存在 Rn，选项 A 正确；半衰期的大小与外界环22286 22286境无关，选项 C、D 错；如果没有其他元素衰变成 Rn，地球形成初期 Rn 的含量无22286 22286论多么高，现在 Rn 也几乎不存在了，选项 B 错误222867(多选) U 放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是
43、先变成 Bi，而 Bi23892 21083 21083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 Ti， X 和 Ti210a b81 210a b81最后都变成 Pb，衰变路径如图所示可知图中( BCE )20682Aa82，b206Ba84，b206C是 衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子和电子而生成的D是 衰变，放出的是正电子，正电子是由质子转变成中子和一个正电子而生成的E. U 经过 8 次 衰变和 6 次 衰变后可生成新核 Pb23892 20682解析 衰变的方程式为： 83Bi 84X e，为 衰变，放出电子，选项 C210 210 0 1正确；衰变的
44、方程式为： 83Bi 81Ti He，为 衰变，选项 A、D 错误，B 正确；210 206 42238 92U 需经过 8 次 衰变和 6 次 衰变后可生成新核 82Pb，选项 E 正确2068(2017珠海一模)典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出 x 个中子： U n23592 10Ba Kr x n，铀 235 质量为 m1，中子质量为 m2，钡 144 质量为 m3，氪 89 的质量为14456 8936 10m4.下列说法正确的是( C )A该核反应类型属于人工转变B该反应放出能量(m 1xm 2m 3m 4)c2Cx 的值是 3D该核反应比聚变反应对环境的污染较少解析 该核反应是
45、核裂变，可以自发进行，不是人工控制的，选项 A 错误；核反应方程 92U n Ba Krx n 中根据质量数守恒，有 235114489x 解得235 10 14456 8936 10x3，选项 C 正确；根据爱因斯坦质能方程，该反应放出能量为E mc2( m1m 2m 3 m43m 2)c2(m 1m 3m 4 2m2)c2，选项 B 错误；该核反应生成两种放射性元素，核污染较大，故选项 D 错误9如图所示为卢瑟福 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 粒子在各个角度的散射情况下列说法正确的是( C )A在图中 A、B 两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B在图中的 B 位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C卢瑟福选用不同金属箔片作为 粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D 粒子发生散射的主要原因是 粒子撞击到金箔原子后产生的反弹解析 粒子散射实验现象：绝大多数 粒子沿原方向前进，少数 粒子有大角度散射所以 A 处观察到的粒子多， B 处观察到的粒子少，所以选项 A、B 错误； 粒子发生散射的主要原因是受到原子核库仑斥力的作用，所以选项 D 错误、C 正确10关于巴耳末公式 R 的理解，下列说法正确的是( C