高中物理高考 专题32 原子结构　原子核（解析版）

这是一份高中物理高考 专题32 原子结构　原子核（解析版），共16页。
【专题导航】
目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc21966976" 热点题型一 原子的核式结构 玻尔理论 PAGEREF _Tc21966976 \h 1
\l "_Tc21966977" （一）对能级图的理解和应用 PAGEREF _Tc21966977 \h 3
\l "_Tc21966978" （二）对原子核式结构的理解 PAGEREF _Tc21966978 \h 4
\l "_Tc21966979" 热点题型二 氢原子的能量及变化规律 PAGEREF _Tc21966979 \h 5
\l "_Tc21966980" 热点三 原子核的衰变、半衰期 PAGEREF _Tc21966980 \h 6
\l "_Tc21966981" （一）确定衰变次数的问题 PAGEREF _Tc21966981 \h 7
\l "_Tc21966982" （二）衰变射线的性质 PAGEREF _Tc21966982 \h 8
\l "_Tc21966983" （三）对半衰期的理解和应用 PAGEREF _Tc21966983 \h 9
\l "_Tc21966984" 热点题型四 核反应类型与核反应方程 PAGEREF _Tc21966984 \h 9
\l "_Tc21966985" 热点题型五 核能的计算 PAGEREF _Tc21966985 \h 11
\l "_Tc21966986" 【题型演练】 PAGEREF _Tc21966986 \h 12
【题型归纳】
热点题型一 原子的核式结构 玻尔理论
1．α粒子散射实验
(1)α粒子散射实验装置
(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，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”．
2．原子的核式结构模型
(1)α粒子散射实验结果分析
①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．
②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．
③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用．
(2)核式结构模型的局限性
卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性．
3．对氢原子能级图的理解
(1)能级图如图所示
(2)氢原子的能级和轨道半径
①氢原子的能级公式：En＝eq \f(1,n2)E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.
②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.
(3)能级图中相关量意义的说明．
4.两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．
光子的频率ν＝eq \f(ΔE,h)＝eq \f(E高－E低,h).
(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．
①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.
②碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.
③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．
（一）对能级图的理解和应用
【例1】(2019·山西太原一模)如图是氢原子的能级示意图．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，
辐射出光子a；从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出光子b.以下判断正确的是( )
在真空中光子a的波长大于光子b的波长
B．光子b可使氢原子从基态跃迁到激发态
C．光子a可能使处于n＝4能级的氢原子电离
D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射2种不同谱线
【答案】 A
【解析】 氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级的能级差小于从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时的能级差，根据Em－En＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，所以a光的频率小于b光的频率，光子a的波长大于光子b的波长，故A正确；光子b的能量小于基态与任一激发态的能级差，所以不能被基态的原子吸收，故B错误；根据Em－En＝hν可求光子a的能量小于n＝4能级的电离能，所以不能使处于n＝4能级的氢原子电离，C错误；大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射3种不同谱线，故D错误．
【变式】氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是( )
A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm
B．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级
C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
D．用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级
【答案】CD
【解析】根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此选项A错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知选项B错误，D正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以选项C正确．
（二）对原子核式结构的理解
【例2】(2019·上海理工大附中期中)如图所示为卢瑟福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．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
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α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
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
【答案】C
【解析】.放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数应最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故B错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子库仑力作用，且金原子质量较大，从而出现的反弹，故D错误．
【变式】如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是( )
A．M点 B．N点
C．P点 D．Q点
【答案】C
【解析】.α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同．带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹侧，故只有选项C正确．
热点题型二 氢原子的能量及变化规律
氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律
1．原子能量变化规律：En＝Ekn＋Epn＝eq \f(E1,n2)，随n增大而增大，随n的减小而减小，其中E1＝－13.6 eV.
2．电子动能变化规律
(1)从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力即keq \f(e2,r2)＝meq \f(v2,r)，所以Ek＝eq \f(ke2,2r)，随r增大而减小．
(2)从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子的动能增大．
3．原子的电势能的变化规律
(1)通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小．
(2)利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小．
【例3】(2019·三明模拟)按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中( )
A．原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量也减小
B．原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小
C．原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小
D．原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大
【答案】A.
【解析】由玻尔氢原子理论知，电子轨道半径越大，原子能量越大，当电子从ra跃迁到rb时，原子能量减小，放出光子；在电子跃迁过程中，库仑力做正功，原子的电势能减小；由库仑力提供电子做圆周运动的向心力，即eq \f(ke2,r2)＝eq \f(mv2,r)，r减小，电子速度增大，动能增大，综上所述可知A正确．
【变式】(多选)(2019·宜昌模拟)氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说明正确的是( )
A．电子旋转半径减小 B．氢原子能量增大
C．氢原子电势能增大 D．核外电子速率增大
【答案】AD.
【解析】氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减小，根据keq \f(e2,r2)＝meq \f(v2,r)，得轨道半径减小，电子速率增大，动能增大，由于氢原子半径减小的过程中电场力做正功，则氢原子电势能减小，故A、D项正确，B、C项错误．
热点三 原子核的衰变、半衰期
1．衰变规律及实质
(1)α衰变和β衰变的比较
(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．
2．三种射线的成分和性质
3.半衰期的理解
半衰期的公式：N余＝N原eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))t/τ，m余＝m原eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))t/τ.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．
（一）确定衰变次数的问题
【例4】(多选)(2019·南通模拟)钍eq \\al(234, 90)Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤eq \\al(234, 91)Pa，同时伴随有射
线产生，其方程为eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋X，钍的半衰期为24天．则下列说法中正确的是( )
A．X为质子
B．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的
C．γ射线是镤原子核放出的
D．1 g钍eq \\al(234, 90)Th经过120天后还剩0.312 5 g
【答案】 BC
【解析] 根据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X为电子，故A错误；发生β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的，故B正确；γ射线是镤原子核放出的，故C正确；钍的半衰期为24天，1 g钍eq \\al(234, 90)Th经过120天即经过5个半衰期，故经过120天后还剩0.031 25 g，故D错误．
【技巧总结】确定衰变次数的方法
设放射性元素eq \\al(A,Z)X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素eq \\al(A′,Z′)Y.
(1)反应方程：eq \\al(A,Z)X→eq \\al(A′,Z′)Y＋neq \\al(4,2)He＋meq \\al( 0,－1)e.
(2)根据电荷数和质量数守恒列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.两式联立解得：
n＝eq \f(A－A′,4)，m＝eq \f(A－A′,2)＋Z′－Z.
注意：为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．
【变式】(多选)(2019·梅州一模)关于天然放射现象，以下叙述正确的是( )
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大
B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强
D．铀核(eq \\al(238, 92)U)衰变为铅核(eq \\al(206, 82)Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
【答案】CD
【解析】半衰期的时间与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，其半衰期不变，故A错误．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生的，故B错误．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故C正确．铀核(eq \\al(238, 92)U)衰变为铅核(eq \\al(206, 82)Pb)的过程中，每经过一次α衰变质子数少2，质量数少4；而每经过一次β衰变质子数增加1，质量数不变；由质量数和核电荷数守恒，可知要经过8次α衰变和6次β衰变，故D正确．
（二）衰变射线的性质
【例5】．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( )
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
【答案】D
【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，选项D正确．
【变式】(多选)一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在磁场中形成如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16，下列判断中正确的是 ( )
A．该原子核发生了α衰变 B．反冲原子核在小圆上逆时针运动
C．原来静止的核，其原子序数为15 D．放射性的粒子与反冲核运动周期相同
【答案】BC
【解析】衰变后产生的新核——即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场中均做匀速圆周运动，轨道半径r＝eq \f(mv,qB)，因反冲核与放射的粒子动量守恒，而反冲核电荷量较大，所以其半径较小，并且反冲核带正电荷，由左手定则可以判定反冲核在小圆上做逆时针运动，在大圆上运动的放射粒子在衰变处由动量守恒可知其向上运动，且顺时针旋转，由左手定则可以判定一定带负电荷．因此，这个衰变为β衰变，放出的粒子为电子，衰变方程为eq \\al(M,Q)A→eq \\al(M′,Q′)B＋eq \\al( 0,－1)e.由两圆的半径之比为1∶16可知，B核的核电荷数为16.原来的放射性原子核的核电荷数为15，其原子序数为15.即A为P(磷)核，B为S(硫)核．由周期公式T＝eq \f(2πm,qB)可知，因电子与反冲核的比荷不同，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期不相同．
（三）对半衰期的理解和应用
【例6】(2018·高考江苏卷)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
【答案】B
【解析】经过2T，对A来说是2个半衰期，A的质量还剩eq \f(1,4)，经过2T，对B来说是1个半衰期，B的质量还剩eq \f(1,2)，所以剩有的A和B质量之比为1∶2，选项B正确．
【变式】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( )
A.eq \f(m,4) B.eq \f(m,8)
C.eq \f(m,16) D.eq \f(m,32)
【答案】C.
【解析】经过n个半衰期剩余碘131的含量m′＝meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up12(n).因32天为碘131的4个半衰期，故剩余碘131的含量：m′＝meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))eq \s\up12(4)＝eq \f(m,16)，选项C正确．
热点题型四 核反应类型与核反应方程
1．核反应的四种类型
2.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(eq \\al(1,1)H)、中子(eq \\al(1,0)n)、α粒子(eq \\al(4,2)He)、β粒子(eq \\al( 0,－1)e)、正电子(eq \\al(0,1)e)、氘核(eq \\al(2,1)H)、氚核(eq \\al(3,1)H)等．
(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7】(2018·高考全国卷Ⅲ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核eq \\al(27,13)Al，产生了第一个人工放射性
核素X：α＋eq \\al(27,13)Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为( )
A．15和28 B．15和30
C．16和30 D．17和31
【答案】B
【解析】将核反应方程式改写成eq \\al(4,2)He＋eq \\al(27,13)Al→eq \\al(1,0)n＋X，由电荷数和质量数守恒知，X应为eq \\al(30,15)X.
【变式1】．(2018·高考北京卷)在核反应方程eq \\al(4,2)He＋eq \\al(14, )7N→eq \\al(17, )8O＋X中，X表示的是( )
A．质子B．中子
C．电子 D．α粒子
【答案】A
【解析】设X为eq \\al(Z,A)X，根据核反应的质量数守恒：4＋14＝17＋Z，则Z＝1.电荷数守恒：2＋7＝8＋A，则A＝1，即X为eq \\al(1,1)H，为质子，故选项A正确，B、C、D错误．
【变式2】(2018·高考天津卷)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成
功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为
中子的是( )
A.eq \\al(14, )7N俘获一个α粒子，产生eq \\al(17, )8O并放出一个粒子 B.eq \\al(27,13)Al俘获一个α粒子，产生eq \\al(30,15)P并放出一个粒子
C.eq \\al(11, )5B俘获一个质子，产生eq \\al(8,4)Be并放出一个粒子 D.eq \\al(6,3)Li俘获一个质子，产生eq \\al(3,2)He并放出一个粒子
【答案】B
【解析】根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为eq \\al(14, )7N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, )8O＋eq \\al(1,1)H、eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n、eq \\al(11, )5B＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(8,4)Be＋eq \\al(4,2)He、eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(4,2)He，故只有B项正确．
热点题型五 核能的计算
1．应用质能方程解题的流程图
(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．
(2)根据ΔE＝Δm×931.5 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Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．
2．根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．
3.核能释放的两种途径的理解
(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．
【例8】(2017·高考江苏卷)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( )
A.eq \\al(4,2)He核的结合能约为14 MeV B.eq \\al(4,2)He核比 eq \\al(6,3)Li核更稳定
C．两个eq \\al(2,1)H核结合成eq \\al(4,2)He核时释放能量 D. eq \\al(235, 92)U核中核子的平均结合能比eq \\al(89,36)Kr核中的大
【答案】BC.
【解析】由题图可知，eq \\al(4,2)He的比结合能约为7 MeV，其结合能应为28 MeV，故A错误；比结合能较大的核较稳定，故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C正确；比结合能就是平均结合能，故由图可知D错误．
【变式】(2017·高考全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n.已知 eq \\al(2,1)H的质量为2.013 6 u, eq \\al(3,2)He的质量为3.015 0 u，eq \\al(1,0)n的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为( )
A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV
【答案】B.
【解析】氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，选项B正确．
【题型演练】
1．一个eq \\al(14, 6)C核经一次β衰变后，生成新原子核的质子数和中子数分别是( )
A．6和8 B．5和9
C．8和6 D．7和7
【答案】D
【解析】一个eq \\al(14, 6)C核经一次β衰变后，生成新原子核，质量数不变，电荷数增加1，质量数为14，电荷数为7，即新核的质子数为7，中子数也为7，故选D.
2．(2019·四川遂宁一诊)不同色光的光子能量如下表所示．
氢原子部分能级的示意图如图所示．
大量处于n＝4能级的氢原子，发射出的光的谱线在可见光范围内，其颜色分别为( )
A．红、蓝—靛 B．红、紫
C．橙、绿 D．蓝—靛、紫
【答案】A
【解析】计算出各种光子能量，然后和表格中数据进行对比，便可解决本题．氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子，其中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．
3．(2019·唐山调研)在匀强磁场中，有一个原来静止的eq \\al(14, 6)C原子核，它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相
内切的圆，圆的直径之比为7∶1，那么碳14的衰变方程应为( )
A.eq \\al(14, 6)C→eq \\al(0,1)e＋eq \\al(14, 5)B B.eq \\al(14, 6)C→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(10, 4)Be
C.eq \\al(14, 6)C→eq \\al(2,1)H＋eq \\al(12, 5)B D.eq \\al(14, 6)C→eq \\al( 0,－1)e＋eq \\al(14, 7)N
【答案】D
【解析】静止的放射性原子核发生了衰变放出粒子后，新核的速度与粒子速度方向相反，放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同，根据左手定则判断出粒子与新核的电性相反，根据r＝eq \f(mv,Bq)，因粒子和新核的动量大小相等，可由半径之比7∶1确定电荷量之比为1∶7，即可根据电荷数守恒及质量数守恒得出核反应方程式为D.
4．(2019·贵州凯里一中模拟)居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而一起获得1903年的诺贝尔物理学
奖，下列关于放射性的叙述，正确的是( )
A．自然界中只有原子序数大于83的元素才具有放射性
B．三种天然放射线中，电离能力和穿透能力最强的是α射线
C．α衰变eq \\al(238, )92U→X＋eq \\al(4,2)He的产物X由90个质子和144个中子组成
D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
【答案】C
【解析】原子序数大于83的元素都具有放射性，小于83的个别元素也具有放射性，故A错误；α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故B错误；根据电荷数和质量数守恒得，产物X为eq \\al(234, )90X，则质子为90个，中子数为234－90＝144个，故C正确；放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故D错误．
5．(2019·大连模拟)在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素eq \\al(24,11)Na发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出
一个粒子后，变为一个新核，新核与放出粒子在磁场中运动的轨迹均为圆，如图所示，下列说法正确的( )
A．新核为eq \\al(24,12)Mg B．轨迹2是新核的径迹 C.eq \\al(24,11)Na发生的是α衰变 D．新核沿顺时针方向旋转
【答案】AB
【解析】根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒知，衰变方程为eq \\al(24,11)Na→eq \\al(24,12)Mg＋eq \\al( 0,－1)e，可知新核为eq \\al(24,12)Mg，故A正确，C错误．由题意，静止的钠核eq \\al(24,11)Na发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子电荷量，由半径公式r＝eq \f(mv,qB)得知，新核的半径小于粒子的半径，所以轨迹2是新核的轨迹，故B正确．根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知，新核要沿逆时针方向旋转，故D错误．
6．(2019·唐山一中模拟)下列说法正确的是( )
A.eq \\al(239, )94Pu变成eq \\al(207, )82Pb，经历了4次β衰变和8次α衰变
B．阴极射线的本质是高频电磁波
C．玻尔提出的原子模型，否定了卢瑟福的原子核式结构学说
D．贝克勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核内部有复杂结构
【答案】AD
【解析】设发生了x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒可知，2x－y＋82＝94,239＝207＋4x，解得：x＝8，y＝4，故A正确；阴极射线的本质是高速的电子流，故B错误；玻尔提出的原子模型，成功解释了氢原子发光现象，但是没有否定卢瑟福的核式结构学说，故C错误．贝克勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核内部有复杂结构，故D正确；故选AD.
7．(2019·山东省实验中学一模)下列说法中正确的是( )
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不会发生改变
B．从n＝4能级跃迁到n＝3能级，氢原子的能量减小，电子的动能减小
C.eq \\al(234, )90Th衰变为eq \\al(222, )86Rn，经过3次α衰变，2次β衰变
D．在某些恒星内，3个α粒子结合成一个eq \\al(12, )6C，eq \\al(12, )6C原子的质量是12.000 0u，eq \\al(4,2)He原子的质量是4.002 6 u，已知1 u＝931.5 MeV/c2，则此核反应中释放的核能约为1.16×10－12 J
【答案】ACD
【解析】光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项A正确；从n＝4能级跃迁到n＝3能级，氢原子的能量减小，电子的动能变大，选项B错误；在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，设经过了m次α衰变，则：4m＝234－222＝12，所以m＝3；经过了n次β衰变，有：2m－n＝90－86＝4，所以n＝2，故C正确；D选项中该核反应的质量亏损Δm＝(4.002 6×3－12.000 0)u＝0.007 8 u，则释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0078×931.5 MeV≈7.266 MeV≈1.16×10－12 J，故D正确．
9.(2019·浙江联考)一个铍原子核(eq \\al(7,4)Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变，
生成一个锂核(eq \\al(7,3)Li)，并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”．静止的铍
核发生“K俘获”，其核反应方程为eq \\al(7,4)Be＋eq \\al(0,－1)e→eq \\al(7,3)Li＋νe.已知铍原子的质量为MBe＝7.016 929 u，锂原子的质量
为MLi＝7.016 004 u,1 u相当于9.31×102 MeV.下列说法正确的是( )
A．中微子的质量数和电荷数均为零
B．锂核(eq \\al(7,3)Li)获得的动能约为0.86 MeV
C．中微子与锂核(eq \\al(7,3)Li)的动量之和等于反应前电子的动量
D．中微子与锂核(eq \\al(7,3)Li)的能量之和等于反应前电子的能量
【答案】AC
【解析】反应方程为eq \\al(7,4)Be＋eq \\al(0,－1)e→eq \\al(7,3)Li＋νe，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A正确；根据质能方程，质量减少Δm＝(7.016 929 u＋me－7.016 004 u)×9.31×102 MeV>0.86MeV，锂核获得的动能不可能为0.86MeV，B错误；衰变反应前后动量守恒，故中微子与锂核(eq \\al(7,3)Li)的动量之和等于反应前电子的动量，C正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核(eq \\al(7,3)Li)的能量之和不等于反应前电子的能量，D错误．
10．(多选)用中子轰击eq \\al(235, )92U原子核，发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为eq \\al(235, )92U＋eq \\al(1,0)n→X＋eq \\al(94,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n，
则以下说法中正确的是( )
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中核子的比结合能比eq \\al(235, )92U原子核中核子的比结合能大
C．X原子核中核子的平均质量比eq \\al(235, )92U原子核中核子的平均质量大
D．X原子核的结合能比eq \\al(235, )92U原子核的结合能大
【答案】AB
【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的质量数为140，电荷数为54，则中子数为86，核子数为140，故A正确．在裂变的过程中，有能量释放，则X原子核中核子的比结合能比eq \\al(235, )92U原子核中核子的比结合能大，故B正确；X原子核属于中等核，则原子核中核子的平均质量比eq \\al(235, )92U原子核中核子的平均质量小，X原子核的核子比eq \\al(235, )92U少，X原子的结合能比eq \\al(235, )92U的结合能小，故C、D错误．
相关量
意义
能级图中的横线
表示氢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hν＝Em－En
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
eq \\al(M,Z)X→eq \\al(M－4,Z－2)Y＋eq \\al(4,2)He
eq \\al(M,Z)X→ MZ＋1Y＋eq \\al( 0,－1)e
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一个整体射出
中子转化为质子和电子
2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He
eq \\al(1,0)n→eq \\al(1,1)H＋eq \\al( 0,－1)e
匀强磁场中轨
迹形状
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒
名称
构成
符号
电荷量
质量
电离能力
贯穿本领
α射线
氦核
eq \\al(4,2)He
＋2 e
4 u
最强
最弱
β射线
电子
eq \\al(0,－1)e
－e
eq \f(1,1 837)u
较强
较强
γ射线
光子
γ
0
0
最弱
最强
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
β衰变
自发
eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e
人工转变
人工控制
eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
(卢瑟福发现质子)
eq \\al(4,2)He＋eq \\al(9,4)Be→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n
(查德威克发现中子)
eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n
(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)
eq \\al(30,15)P→eq \\al(30,14)Si＋eq \\al( 0,＋1)e
重核裂变
比较容易进行人工控制
eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋10eq \\al(1,0)n
轻核聚变
很难控制
eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
色光
红
橙
黄
绿
蓝—靛
紫
光子能量范围(eV)
1.61～
2.00
2.00～
2.07
2.07～
2.14
2.14～
2.53
2.53～
2.76
2.76～
3.10