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2022-2023年高考物理一轮复习 第12章第2讲原子和原子核课件
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这是一份2022-2023年高考物理一轮复习 第12章第2讲原子和原子核课件，共60页。PPT课件主要包含了随堂巩固练，过好双基关，研透命题点，课时精练，原子物理，卢瑟福，特征谱线，不连续，Em－En，不连续的等内容，欢迎下载使用。
1.原子的核式结构(1)1909～1911年，英籍物理学家 进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型.(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有 α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图1所示.
(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积 ，但几乎占有全部 ，电子在正电体的外面运动.2.氢原子光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的 (频率)和强度分布的记录，即光谱.(2)光谱分类
(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的 可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.
3.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列 的能量状态中，在这些能量状态中原子是 的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.(2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝ .(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是 ，因此电子的可能轨道也是 .
4.氢原子的能量和能级变迁(1)能级和半径公式：①能级公式：En＝ (n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝ eV.②半径公式：rn＝ (n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.(2)氢原子的能级图，如图2所示
能使氢原子从基态电离的光子的最小频率满足：0－E1＝hν′，
1.天然放射现象(1)天然放射现象元素 地放出射线的现象，首先由 发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有 的结构.(2)放射性同位素的应用与防护①放射性同位素：有 放射性同位素和 放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同.②应用：消除静电、工业探伤、做 等.③防护：防止放射性对人体组织的伤害.
2.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为 .质子带正电，中子不带电.(2)基本关系①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的 .②质量数(A)＝ ＝质子数＋中子数.(3)X元素的原子核的符号为 X，其中A表示 ，Z表示核电荷数.
3.原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种 的变化称为原子核的衰变.②分类
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.
(2)半衰期①定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间.②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核 自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.(3)公式：N余＝N原· ，m余＝m原· .
4.核力和核能(1)核力：原子核内部， 所特有的相互作用力.(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝ .(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝ .
A.15和28 B.15和30C.16和30 D.17和31
1.定态间的跃迁——满足能级差
2.电离电离态与电离能电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸>0－(－13.6 eV)＝13.6 eV.激发态→电离态：E吸>0－En＝|En|.若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能.
例1 如图3所示为氢原子能级示意图，下列有关说法正确的是A.处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级B.大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出 3种不同频率的光C.若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时 恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出 的光，照射该金属时一定能发生光电效应D.用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生 的光电子的最大初动能为6.41 eV
解析 处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁至n＝2能级，不能吸收10.5 eV能量的光子，故A错误；
从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子的能量大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子的能量，用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定不能发生光电效应，故C错误；
处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为：Ek＝E－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故D正确.
变式1 氢原子的能级图如图4所示，一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是A.氢原子可能发出3种不同频率的光子B.已知钾的逸出功为2.22 eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝ 2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子C.氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小D.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出的光的频率最 高，波长最短
解析 一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即3→2,2→1，选项A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为E32 ＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV<2.22 eV，故不能从金属钾的表面打出光电子，选项B错误；
氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，能级差最小，释放的光子能量最小，选项C错误；氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时，能级差最大，辐射出的光的频率最高，波长最短，故D正确.
1.衰变规律及实质(1)α衰变、β衰变的比较
(2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子.
2.确定衰变次数的方法因为β衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.3.半衰期(1)公式：N余＝N原 ，m余＝m原 .(2)影响因素：放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.4.衰变中的动量问题：满足动量守恒定律.
例2 一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为 ，下列说法正确的是A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
解析 静止的铀核在α衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得pTh＋pα＝0，即钍核的动量和α粒子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；
铀核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α粒子所经历的时间，选项C错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误.
解析 衰变放出一个电子，所以为β衰变，故A错误，B正确；由质量数和电荷数守恒得：A＝234，Z＝91，故C正确；
2.核反应方程式的书写
(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向.(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒.
例3 在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________.(填正确答案标号)
裂变是指一些质量较大的原子核，如铀、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或更多质量较小的原子核，同时放出多个中子和很大能量的过程，只有E项符合要求；聚变是指由两个轻原子核(一般是氘核和氚核)结合成较重原子核(氦核)并放出大量能量的过程，F项符合要求.
变式3 下列说法正确的是
解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A选项反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B选项反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C选项反应中的K质量数总数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确； D选项反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工核转变，选项D错误.
1.利用质能方程计算核能(1)根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”.(3)ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算ΔE，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，相当于931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用.
2.利用比结合能计算核能原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数.核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能的差值，就是该核反应所释放(或吸收)的核能.
A.8 MeV B.16 MeVC.26 MeV D.52 MeV
解析 核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确.
A.3.7 MeV B.3.3 MeVC.2.7 MeV MeV
解析 根据质能方程，释放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.003 5 u，则ΔE＝0.003 5×931 MeV＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV，故B正确，A、C、D错误.
B.X是质子C.这个反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2D.我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，故B错误；该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；我国大亚湾核电站是利用重核的裂变释放的能量来发电的，故D错误.
1.(玻尔理论和能级跃迁)氢原子的能级图如图6所示.一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时能发出_____种不同频率的光.这些光照射到逸出功等于2.5 eV的金属上，产生的光电子的最大初动能等于________ eV.
2.(原子核衰变和半衰期) 已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为A.1∶4 B.1∶2 C.2∶1 D.4∶1
解析 根据衰变规律，经过2T后
3.(核反应及人工转变)下列核反应属于人工转变的是
解析 Th234变成Pa234，同时有一个电子产生，属于β衰变，故A错误；用α粒子轰击Be，产生了碳原子，属于原子核的人工转变，故B正确；C选项中反应方程为重核的裂变，故C错误；氘与氚反应生成氦核，属于轻核聚变反应，故D错误.
5.(结合能的理解)(多选)原子核的比结合能曲线如图7所示.根据该曲线，下列判断正确的有
1.物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上.下列说法正确的是A.贝可勒尔发现天然放射现象，其中β射线来自原子最外层的电子B.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的C.卢瑟福的α粒子散射实验发现了电荷量子化D.汤姆孙发现电子使人们认识到原子内部是有结构的
解析 贝可勒尔发现天然放射现象，其中β射线来自原子核内的中子转化为质子和电子中的电子，而不是原子核外的电子，A错误；玻尔的氢原子模型说明原子核外的电子的轨道是不连续的，B错误；密立根油滴实验首次发现了电荷量子化，C错误；电子的发现让人们认识到原子内部是有结构的，D正确.
2.随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是A.卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构B.天然放射现象表明原子核内部有电子D.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者跃 迁辐射出的光子波长比后者的长
解析 卢瑟福的α粒子散射实验说明原子具有核式结构模型，没有涉及原子核内部结构，A错误；天然放射现象只说明原子核内部有复杂结构，原子核内部没有电子，衰变产生的电子，是原子核内部的中子转变为质子和电子，电子释放出来，B错误；轻核聚变方程电荷数守恒、质量数守恒，C正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者辐射的光子能量大，即光子的频率大，则前者辐射的光子波长比后者短，D错误.
3.(多选)下列说法正确的是A.一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度， 则有可能发生光电效应B.β射线的本质是电子流，所以β衰变是核外的一个电子脱离原子而形成的C.由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射3种 频率的光子D.两个轻核结合成质量较大的核，该原子核的比结合能增加
解析 能否发生光电效应与光的强度无关，则一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则也不能发生光电效应，选项A错误；β射线的本质是电子流，β衰变是核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；
两个轻核结合成质量较大的核时，放出核能，比结合能增加，故D正确.
4.一个氢原子从n＝2的能级跃迁到n＝3的能级，该氢原子A.吸收光子，能量增加B.放出光子，能量减少C.放出光子，能量增加D.吸收光子，能量减少
5.下列说法中正确的是A.一群处于n＝3激发态的氢原子，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出三种不同波长的光子，其中从n＝3能级跃迁到n＝1能级所发出的光子波长最长B.α粒子散射实验验证了卢瑟福原子核式结构模型的正确性C.放射性元素的半衰期随温度的升高而变小D.发生光电效应时，入射光越强，光子能量就越大，光电子的最大初动能就越大
α粒子散射实验中，α粒子发生偏转是α粒子与原子内带正电的部分相互排斥的结果，少数α粒子发生较大偏转这一实验事实否定了汤姆孙的枣糕模型，引发了卢瑟福提出核式结构模型，故B正确；放射性元素的半衰期只与核内部的自身因素有关，与原子所处的化学状态和温度、压力等外部因素无关，故C错误；光子的能量值与光的强度无关，与光的频率有关，根据光电效应方程：Ek＝hν－W0，可知发生光电效应时，光电子的最大初动能也与光的强度无关，故D错误.
6.利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，可以制成氢原子钟.如图1所示为氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出波长最短的电磁波的频率约为(已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s)×1014 Hz ×1015 ×1014 Hz ×1015 Hz
7.氢原子能级图如图2，一群氢原子处于n＝4能级上.当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1 884 nm，下列判断正确的是A.氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线B.从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量C.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于 1 884 nmD.用从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射W逸＝6.34 eV的铂，能发生光 电效应
由高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是原子核辐射能量，故B错误；n＝3和n＝2的能级差大于n＝4和n＝3的能级差，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的电磁波的频率大，波长短，即辐射光的波长小于1 884 nm，故C错误；
从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV>6.34 eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，故可以发生光电效应，故D正确.
8.据国家科技部报道，迄今为止，科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子.按玻尔氢原子理论，氢原子的能级图如图3所示，下列判断正确的是A.氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态需要吸收光子B.—个处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能 发出6条光谱线C.用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原 子，可观测到多种不同频率的光子D.氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时，氢原子的电势能减小，电子 的动能增大
解析 氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态会辐射光子，故A错误；一个氢原子处于n＝4的激发态，当它向基态跃迁时可以发出3条不同频率的光谱线，故B错误；
氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时，轨道半径增大，因电场力做负功，故氢原子电势能增大，电子的动能减小，故D错误.
9.已知氦离子(He＋)的能级图如图4所示，根据能级跃迁理论可知A.氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能 级跃迁到n＝2能级辐射出光子的频率低B.大量处在n＝3能级的氦离子(He＋)向低能级跃迁，只 能发出2种不同频率的光子C.氦离子(He＋)处于n＝1能级时，能吸收45 eV的能量跃 迁到n＝2能级D.氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级，需要吸收能量
解析 氦离子的跃迁过程类似于氢原子，从高能级向低能级跃迁过程中要以光子的形式放出能量，而从低能级向高能级跃迁的过程中吸收能量，且放出(吸收)的能量满足能级的差值，即ΔE＝Em－En(m>n)，故C、D错；
10.中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托克马克装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度；其主要核反应方程为：①② ，则下列表述正确的是A.X是质子B.Y是氚核C.X与Y是同位素D.①、②两个核反应都属于裂变反应
解析 对①，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知X是中子，故A错误；对②，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知Y是氚核，故B正确；X是中子，Y是氚核，X与Y不是同位素，故C错误；①、②两个核反应都属于轻核聚变反应，故D错误.
温度变化不能改变放射性元素的半衰期，选项B错误；
“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应，选项D错误.
12.下列说法中错误的是A.若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应C.原子核发生一次β衰变，该原子外层就一定失去一个电子D.质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒 子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
解析 根据玻尔理论可知，氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光子的能量大于氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故A正确；
β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，故C错误；
13.人类和平利用核能始于二十世纪五十年代，核能的开发和应用是解决能源问题的重要途径之一.下列关于核反应的描述或判断正确的是
A.原子核X的电荷数为91，质量数为236B.α粒子做顺时针圆周运动C.α粒子和原子核X的周期之比为10∶13D.α粒子和原子核X的半径之比为45∶2
解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，原子核X的电荷数为92－2＝90，质量数为238－4＝234，选项A错误；α粒子带正电，由左手定则可知，α粒子做逆时针圆周运动，选项B错误；
1.原子的核式结构(1)1909～1911年，英籍物理学家 进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型.(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有 α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图1所示.
(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积 ，但几乎占有全部 ，电子在正电体的外面运动.2.氢原子光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的 (频率)和强度分布的记录，即光谱.(2)光谱分类
(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的 可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.
3.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列 的能量状态中，在这些能量状态中原子是 的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.(2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝ .(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是 ，因此电子的可能轨道也是 .
4.氢原子的能量和能级变迁(1)能级和半径公式：①能级公式：En＝ (n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝ eV.②半径公式：rn＝ (n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.(2)氢原子的能级图，如图2所示
能使氢原子从基态电离的光子的最小频率满足：0－E1＝hν′，
1.天然放射现象(1)天然放射现象元素 地放出射线的现象，首先由 发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有 的结构.(2)放射性同位素的应用与防护①放射性同位素：有 放射性同位素和 放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同.②应用：消除静电、工业探伤、做 等.③防护：防止放射性对人体组织的伤害.
2.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为 .质子带正电，中子不带电.(2)基本关系①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的 .②质量数(A)＝ ＝质子数＋中子数.(3)X元素的原子核的符号为 X，其中A表示 ，Z表示核电荷数.
3.原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种 的变化称为原子核的衰变.②分类
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.
(2)半衰期①定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间.②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核 自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.(3)公式：N余＝N原· ，m余＝m原· .
4.核力和核能(1)核力：原子核内部， 所特有的相互作用力.(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝ .(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝ .
A.15和28 B.15和30C.16和30 D.17和31
1.定态间的跃迁——满足能级差
2.电离电离态与电离能电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸>0－(－13.6 eV)＝13.6 eV.激发态→电离态：E吸>0－En＝|En|.若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能.
例1 如图3所示为氢原子能级示意图，下列有关说法正确的是A.处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级B.大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出 3种不同频率的光C.若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时 恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出 的光，照射该金属时一定能发生光电效应D.用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生 的光电子的最大初动能为6.41 eV
解析 处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁至n＝2能级，不能吸收10.5 eV能量的光子，故A错误；
从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子的能量大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子的能量，用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定不能发生光电效应，故C错误；
处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为：Ek＝E－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故D正确.
变式1 氢原子的能级图如图4所示，一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是A.氢原子可能发出3种不同频率的光子B.已知钾的逸出功为2.22 eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝ 2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子C.氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小D.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出的光的频率最 高，波长最短
解析 一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即3→2,2→1，选项A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为E32 ＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV<2.22 eV，故不能从金属钾的表面打出光电子，选项B错误；
氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，能级差最小，释放的光子能量最小，选项C错误；氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时，能级差最大，辐射出的光的频率最高，波长最短，故D正确.
1.衰变规律及实质(1)α衰变、β衰变的比较
(2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子.
2.确定衰变次数的方法因为β衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.3.半衰期(1)公式：N余＝N原 ，m余＝m原 .(2)影响因素：放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.4.衰变中的动量问题：满足动量守恒定律.
例2 一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为 ，下列说法正确的是A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
解析 静止的铀核在α衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得pTh＋pα＝0，即钍核的动量和α粒子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；
铀核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α粒子所经历的时间，选项C错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误.
解析 衰变放出一个电子，所以为β衰变，故A错误，B正确；由质量数和电荷数守恒得：A＝234，Z＝91，故C正确；
2.核反应方程式的书写
(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向.(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒.
例3 在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________.(填正确答案标号)
裂变是指一些质量较大的原子核，如铀、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或更多质量较小的原子核，同时放出多个中子和很大能量的过程，只有E项符合要求；聚变是指由两个轻原子核(一般是氘核和氚核)结合成较重原子核(氦核)并放出大量能量的过程，F项符合要求.
变式3 下列说法正确的是
解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A选项反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B选项反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C选项反应中的K质量数总数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确； D选项反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工核转变，选项D错误.
1.利用质能方程计算核能(1)根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”.(3)ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算ΔE，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，相当于931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用.
2.利用比结合能计算核能原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数.核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能的差值，就是该核反应所释放(或吸收)的核能.
A.8 MeV B.16 MeVC.26 MeV D.52 MeV
解析 核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确.
A.3.7 MeV B.3.3 MeVC.2.7 MeV MeV
解析 根据质能方程，释放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.003 5 u，则ΔE＝0.003 5×931 MeV＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV，故B正确，A、C、D错误.
B.X是质子C.这个反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2D.我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，故B错误；该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；我国大亚湾核电站是利用重核的裂变释放的能量来发电的，故D错误.
1.(玻尔理论和能级跃迁)氢原子的能级图如图6所示.一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时能发出_____种不同频率的光.这些光照射到逸出功等于2.5 eV的金属上，产生的光电子的最大初动能等于________ eV.
2.(原子核衰变和半衰期) 已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为A.1∶4 B.1∶2 C.2∶1 D.4∶1
解析 根据衰变规律，经过2T后
3.(核反应及人工转变)下列核反应属于人工转变的是
解析 Th234变成Pa234，同时有一个电子产生，属于β衰变，故A错误；用α粒子轰击Be，产生了碳原子，属于原子核的人工转变，故B正确；C选项中反应方程为重核的裂变，故C错误；氘与氚反应生成氦核，属于轻核聚变反应，故D错误.
5.(结合能的理解)(多选)原子核的比结合能曲线如图7所示.根据该曲线，下列判断正确的有
1.物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上.下列说法正确的是A.贝可勒尔发现天然放射现象，其中β射线来自原子最外层的电子B.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的C.卢瑟福的α粒子散射实验发现了电荷量子化D.汤姆孙发现电子使人们认识到原子内部是有结构的
解析 贝可勒尔发现天然放射现象，其中β射线来自原子核内的中子转化为质子和电子中的电子，而不是原子核外的电子，A错误；玻尔的氢原子模型说明原子核外的电子的轨道是不连续的，B错误；密立根油滴实验首次发现了电荷量子化，C错误；电子的发现让人们认识到原子内部是有结构的，D正确.
2.随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是A.卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构B.天然放射现象表明原子核内部有电子D.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者跃 迁辐射出的光子波长比后者的长
解析 卢瑟福的α粒子散射实验说明原子具有核式结构模型，没有涉及原子核内部结构，A错误；天然放射现象只说明原子核内部有复杂结构，原子核内部没有电子，衰变产生的电子，是原子核内部的中子转变为质子和电子，电子释放出来，B错误；轻核聚变方程电荷数守恒、质量数守恒，C正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者辐射的光子能量大，即光子的频率大，则前者辐射的光子波长比后者短，D错误.
3.(多选)下列说法正确的是A.一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度， 则有可能发生光电效应B.β射线的本质是电子流，所以β衰变是核外的一个电子脱离原子而形成的C.由玻尔理论可知一群处于n＝3能级的氢原子向较低能级跃迁时可以辐射3种 频率的光子D.两个轻核结合成质量较大的核，该原子核的比结合能增加
解析 能否发生光电效应与光的强度无关，则一束光照射到某种金属表面上不能发生光电效应，如果增加光照的强度，则也不能发生光电效应，选项A错误；β射线的本质是电子流，β衰变是核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；
两个轻核结合成质量较大的核时，放出核能，比结合能增加，故D正确.
4.一个氢原子从n＝2的能级跃迁到n＝3的能级，该氢原子A.吸收光子，能量增加B.放出光子，能量减少C.放出光子，能量增加D.吸收光子，能量减少
5.下列说法中正确的是A.一群处于n＝3激发态的氢原子，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出三种不同波长的光子，其中从n＝3能级跃迁到n＝1能级所发出的光子波长最长B.α粒子散射实验验证了卢瑟福原子核式结构模型的正确性C.放射性元素的半衰期随温度的升高而变小D.发生光电效应时，入射光越强，光子能量就越大，光电子的最大初动能就越大
α粒子散射实验中，α粒子发生偏转是α粒子与原子内带正电的部分相互排斥的结果，少数α粒子发生较大偏转这一实验事实否定了汤姆孙的枣糕模型，引发了卢瑟福提出核式结构模型，故B正确；放射性元素的半衰期只与核内部的自身因素有关，与原子所处的化学状态和温度、压力等外部因素无关，故C错误；光子的能量值与光的强度无关，与光的频率有关，根据光电效应方程：Ek＝hν－W0，可知发生光电效应时，光电子的最大初动能也与光的强度无关，故D错误.
6.利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，可以制成氢原子钟.如图1所示为氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出波长最短的电磁波的频率约为(已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s)×1014 Hz ×1015 ×1014 Hz ×1015 Hz
7.氢原子能级图如图2，一群氢原子处于n＝4能级上.当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1 884 nm，下列判断正确的是A.氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线B.从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量C.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于 1 884 nmD.用从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射W逸＝6.34 eV的铂，能发生光 电效应
由高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是原子核辐射能量，故B错误；n＝3和n＝2的能级差大于n＝4和n＝3的能级差，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的电磁波的频率大，波长短，即辐射光的波长小于1 884 nm，故C错误；
从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV>6.34 eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，故可以发生光电效应，故D正确.
8.据国家科技部报道，迄今为止，科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子.按玻尔氢原子理论，氢原子的能级图如图3所示，下列判断正确的是A.氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态需要吸收光子B.—个处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能 发出6条光谱线C.用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原 子，可观测到多种不同频率的光子D.氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时，氢原子的电势能减小，电子 的动能增大
解析 氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态会辐射光子，故A错误；一个氢原子处于n＝4的激发态，当它向基态跃迁时可以发出3条不同频率的光谱线，故B错误；
氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时，轨道半径增大，因电场力做负功，故氢原子电势能增大，电子的动能减小，故D错误.
9.已知氦离子(He＋)的能级图如图4所示，根据能级跃迁理论可知A.氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能 级跃迁到n＝2能级辐射出光子的频率低B.大量处在n＝3能级的氦离子(He＋)向低能级跃迁，只 能发出2种不同频率的光子C.氦离子(He＋)处于n＝1能级时，能吸收45 eV的能量跃 迁到n＝2能级D.氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级，需要吸收能量
解析 氦离子的跃迁过程类似于氢原子，从高能级向低能级跃迁过程中要以光子的形式放出能量，而从低能级向高能级跃迁的过程中吸收能量，且放出(吸收)的能量满足能级的差值，即ΔE＝Em－En(m>n)，故C、D错；
10.中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托克马克装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度；其主要核反应方程为：①② ，则下列表述正确的是A.X是质子B.Y是氚核C.X与Y是同位素D.①、②两个核反应都属于裂变反应
解析 对①，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知X是中子，故A错误；对②，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知Y是氚核，故B正确；X是中子，Y是氚核，X与Y不是同位素，故C错误；①、②两个核反应都属于轻核聚变反应，故D错误.
温度变化不能改变放射性元素的半衰期，选项B错误；
“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应，选项D错误.
12.下列说法中错误的是A.若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应C.原子核发生一次β衰变，该原子外层就一定失去一个电子D.质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒 子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
解析 根据玻尔理论可知，氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光子的能量大于氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故A正确；
β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，故C错误；
13.人类和平利用核能始于二十世纪五十年代，核能的开发和应用是解决能源问题的重要途径之一.下列关于核反应的描述或判断正确的是
A.原子核X的电荷数为91，质量数为236B.α粒子做顺时针圆周运动C.α粒子和原子核X的周期之比为10∶13D.α粒子和原子核X的半径之比为45∶2
解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，原子核X的电荷数为92－2＝90，质量数为238－4＝234，选项A错误；α粒子带正电，由左手定则可知，α粒子做逆时针圆周运动，选项B错误；
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