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全国版2022高考物理一轮复习专题十三原子物理课件
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这是一份全国版2022高考物理一轮复习专题十三原子物理课件，共60页。PPT课件主要包含了考情解读，考点帮·必备知识通关，考法帮·解题能力提升，对光电效应的理解，6跃迁与电离等内容，欢迎下载使用。
课标要求1.了解人类探索原子及其结构的历史.知道原子的核式结构模型.通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构.2.了解原子核的组成和核力的性质.知道四种基本相互作用.能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程.3.了解放射性和原子核衰变.知道半衰期及其统计意义.了解放射性同位素的应用,知道射线的危害与防护.
4.认识原子核的结合能,了解核裂变反应和核聚变反应.关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响.5.了解人类对物质结构的探索历程.6.通过实验,了解光电效应现象.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义.能根据实验结论说明光的波粒二象性.7.知道实物粒子具有波动性,了解微观世界的量子化特征.体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响.
命题探究1.命题分析:高考对原子结构和能级部分的考查重点有:对α粒子散射实验的理解,原子的核式结构学说,能级、光子的发射与吸收.既可以对本部分内容单独考查,也可以与磁场、动量、几何光学、光电效应、电磁波谱等知识相结合进行综合考查,以选择题或计算题的形式出现.2.趋势分析:天然放射现象、核反应和核能部分主要是单独考查,但试题往往灵活多变,且常与最新时事相结合,考查对相关知识的理解和应用能力.
核心素养聚焦物理观念:1.了解光电效应、波粒二象性、原子的核式结构、放射性和核衰变、核反应;2.掌握光电效应方程、核衰变、核反应等规律;3.更好地形成物质观念、运动与相互作用观念及能量观念.科学思维:1.运用光电效应方程、核衰变、核反应等规律求解问题;2.领会模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等在人类探索微观世界过程中的作用;3.运用电荷守恒和能量守恒思想分析求解原子物理问题.科学态度与责任:关注核技术对人类生活及社会发展的影响.
考点1 光电效应、波粒二象性
考法1 对光电效应现象相关知识的考查
考法2 对光电效应实验定律、光电效应方程的考查
高分帮·“双一流”名校冲刺
重难突破 光电效应图像问题分析
考法3 对波粒二象性的考查
考点2 原子结构、氢原子光谱、原子核
考法1 有关能级跃迁类问题的计算
考法2 对原子核衰变规律及半衰期的考查
考法3 对核能、比结合能的考查
模型构建 两类核衰变在磁场中的径迹
考点1 光电效应、波粒二象性
考点帮 必备知识通关
1.光电效应现象中的几个概念(1)光电效应:在光的照射下金属发射电子的现象叫做光电效应,发射出来的电子叫做光电子.(2)极限频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的极限频率.(3)逸出功:电子从金属中逸出所需做功的最小值叫做该金属的逸出功.
(4)遏止电压:使光电流减小到零时的反向电压称为遏止电压.(5)光子说:在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量子,简称光子,光子的能量E=hν.2.光电效应方程:Ek=hν-W0.Ek为光电子的最大初动能,ν为入射光的频率,W0为金属的逸出功.
4.光电效应中应区分的几个概念(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电.光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,光子是光电效应的因,光电子是果.(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时,电子吸收光子的能量,可能向各个方向运动,向外飞出时,需克服原子核的引力和其他原子的阻碍作用而损失一部分能量,剩余部分能量为光电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,即电子只需克服原子核的引力做功时,光电子才具有最大初动能.
(3)光电流和饱和电流从金属板中飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加电压大小无关.(4)入射光强度与光子能量入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,光子能量即每个光子的能量.光的总能量等于光子能量与入射光子数的乘积.
5.对光的波粒二象性的理解
(2)黑体某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是绝对黑体,简称黑体.黑体辐射随着黑体温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.
考法帮 解题能力提升
考法1 对光电效应现象相关知识的考查
示例1 [2019天津,5,6分]如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系.由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是 A B C D
解析： 由爱因斯坦光电效应方程可知Ekm=hν-W0,又eUc=Ekm,则eUc=hν-W0,结合图像可知三种光的折射率大小关系为nb>nc>na,a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,折射率越大,偏折角度越大,则C正确,A、B、D错误.
归纳总结 光电效应的研究思路1.两条线索:
2.两条关系链:光强大→光子数目多→发射光电子多→饱和光电流大;光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大→遏止电压大.3.遏止电压与光强度无关.
考法2 对光电效应实验定律、光电效应方程的考查
示例2 [2016全国Ⅰ,35(1),5分,多选]现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生.下列说法正确的是A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大B.入射光的频率变高,饱和光电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关
解析： 保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加,则饱和光电流变大,故A正确;饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B错误;由Ek=hν-W0,可知C正确;当入射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错误;由eU=Ek=hν-W0,可知遏止电压U随ν的增大而增大,与入射光的光强无关,故E正确.
特别提醒1.入射光的频率决定着金属能否发生光电效应及从金属表面逸出的光电子的最大初动能,最大初动能与入射光的强度和照射时间无关.2.某频率的光照射金属能够发生光电效应时,入射光的强度决定着形成的饱和光电流的大小.3.光电效应中的入射光不是特指可见光,也包括不可见光
4.逸出功的大小由金属本身决定,与入射光的频率和强度无关.5.发生光电效应时逸出的光电子不是光子,而是电子.6.光电子一次性吸收光子的全部能量,不需要时间积累能量,因此可认为光电效应是瞬间发生的.
示例3 [2015新课标全国Ⅱ,35(1)改编,多选]实物粒子和光都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.光子和电子发生碰撞后,光的波长变长C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
解析： 干涉、衍射现象体现的是波动性,光电效应、康普顿效应体现的是粒子性.光子和电子发生碰撞后,光的波长变长是康普顿效应.电子显微镜观察物质的微观结构利用了电子衍射现象.故A、C、D正确.
归纳总结 光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律如下.1.从数量上看:个别光子的作用效果往往表现为粒子性,大量光子的作用效果往往表现为波动性.2.从频率上看:频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强.3.从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现为粒子性.
高分帮 “双一流”名校冲刺
3.当所加电压U为0时,电流I并不为0.只有施加反向电压,也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极,在光电管两极间形成使电子减速的电场,电流才有可能为0.使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压.
示例4 如图[2015新课标全国Ⅰ,35(1),5分]在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示.若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为 ,所用材料的逸出功可表示为 .
感悟反思对光电效应现象的深刻理解,就是要读懂两个图像(Ek-ν图像和I-U图像)和三个关系(Ek=hν-W0,W0=hν0,Ek=eUc).
考点2 原子结构、氢原子光谱、原子核
1.原子的核式结构模型
(4)氢原子的能级①概念:在玻尔理论中,原子各个可能状态的能量值叫能级.②基态和激发态:原子能量最低的状态(n=1)叫基态,其他能量(相对于基态)(n≥2)较高的状态叫激发态.
应用·实践 放射性同位素的应用1.利用射线:α射线具有很强的电离作用,可用于消除有害静电,还可用于火警报警器;γ射线有很强的贯穿本领,可用于工业探伤.2.作为示踪原子:同位素具有相同的化学性质,可用放射性同位素代替非放射性同位素作为示踪原子.(2)原子核①原子核所带的电荷都是质子电荷的整数倍,用Z表示,这个整数叫做原子核的电荷数.
(4)四种核反应类型的区别与典例
学习·理解 四种核反应的快速区分1.衰变:反应方程左边只有一个原子核,右边出现α粒子或β粒子.2.人工转变:核反应方程左边有一个原子核,还有α粒子、中子、质子、氘核等粒子中的一个,右边有一个新核,还可能放出一个粒子.3.重核裂变:左边为重核与中子,右边为两个以上的核并放出若干个粒子.方程左右两边中子数不可抵消.4.轻核聚变:左边为轻核,右边为质量较大的核.例如氘核和氚核聚变成氦核的反应.
(5)对质能方程的理解和应用①应用质能方程解题的流程图 ②对质能方程的理解a.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,减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量.
b.质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量,只是静止质量减少.c.在核反应中遵循能量守恒定律.d.质量只是物体具有能量的多少及能量转变多少的一种量度.
考法1 有关能级跃迁类问题的计算
示例1 氢原子的能级示意图如图所示,现有大量的氢原子处于n=4能级的激发态,当向低能级跃迁时,会辐射出若干种不同频率的光子,若用这些光子照射逸出功为4.54 eV的钨时,下列说法正确的是A.氢原子能辐射4种不同频率的光子B.氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应C.氢原子辐射一个光子后,氢原子的核外电子的速率增大D.钨能同时吸收两个从n=4向n=2能级跃迁的光子而发生光电效应
辨析比较使原子发生跃迁的方法可以是入射光照射原子,也可以是入射电子与原子发生碰撞.入射光子与入射电子的区别:1.若是由光的照射引起原子跃迁,则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级的能量差(电离时,要求光子的能量大于原子的电离能);2.若是由电子的碰撞引起原子跃迁,则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级的能量差.
考法2 对原子核衰变规律及半衰期的考查
归纳总结1.核反应过程是不可逆的,即核反应方程只能用箭头表示反应方向,不能用等号连接.2.核反应遵循电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒和能量守恒.3.核反应产生的正电子是原子核内的质子转变为中子释放出来的,产生的负电子是原子核内的中子转变为质子释放出来的.4.在核反应过程中,只要释放核能,一定伴随着质量亏损.
考法3 对核能、比结合能的考查
辨析比较 结合能与比结合能的辨析结合能是将原本结合在一起的核子分开时所需要的能量.比结合能是原子核的结合能与核子数之比,也叫平均结合能.比结合能越大,表示原子核中的核子结合得越牢固,原子核就越稳定.
课标要求1.了解人类探索原子及其结构的历史.知道原子的核式结构模型.通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构.2.了解原子核的组成和核力的性质.知道四种基本相互作用.能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程.3.了解放射性和原子核衰变.知道半衰期及其统计意义.了解放射性同位素的应用,知道射线的危害与防护.
4.认识原子核的结合能,了解核裂变反应和核聚变反应.关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响.5.了解人类对物质结构的探索历程.6.通过实验,了解光电效应现象.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义.能根据实验结论说明光的波粒二象性.7.知道实物粒子具有波动性,了解微观世界的量子化特征.体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响.
命题探究1.命题分析:高考对原子结构和能级部分的考查重点有:对α粒子散射实验的理解,原子的核式结构学说,能级、光子的发射与吸收.既可以对本部分内容单独考查,也可以与磁场、动量、几何光学、光电效应、电磁波谱等知识相结合进行综合考查,以选择题或计算题的形式出现.2.趋势分析:天然放射现象、核反应和核能部分主要是单独考查,但试题往往灵活多变,且常与最新时事相结合,考查对相关知识的理解和应用能力.
核心素养聚焦物理观念:1.了解光电效应、波粒二象性、原子的核式结构、放射性和核衰变、核反应;2.掌握光电效应方程、核衰变、核反应等规律;3.更好地形成物质观念、运动与相互作用观念及能量观念.科学思维:1.运用光电效应方程、核衰变、核反应等规律求解问题;2.领会模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等在人类探索微观世界过程中的作用;3.运用电荷守恒和能量守恒思想分析求解原子物理问题.科学态度与责任:关注核技术对人类生活及社会发展的影响.
考点1 光电效应、波粒二象性
考法1 对光电效应现象相关知识的考查
考法2 对光电效应实验定律、光电效应方程的考查
高分帮·“双一流”名校冲刺
重难突破 光电效应图像问题分析
考法3 对波粒二象性的考查
考点2 原子结构、氢原子光谱、原子核
考法1 有关能级跃迁类问题的计算
考法2 对原子核衰变规律及半衰期的考查
考法3 对核能、比结合能的考查
模型构建 两类核衰变在磁场中的径迹
考点1 光电效应、波粒二象性
考点帮 必备知识通关
1.光电效应现象中的几个概念(1)光电效应:在光的照射下金属发射电子的现象叫做光电效应,发射出来的电子叫做光电子.(2)极限频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的极限频率.(3)逸出功:电子从金属中逸出所需做功的最小值叫做该金属的逸出功.
(4)遏止电压:使光电流减小到零时的反向电压称为遏止电压.(5)光子说:在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量子,简称光子,光子的能量E=hν.2.光电效应方程:Ek=hν-W0.Ek为光电子的最大初动能,ν为入射光的频率,W0为金属的逸出功.
4.光电效应中应区分的几个概念(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电.光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,光子是光电效应的因,光电子是果.(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时,电子吸收光子的能量,可能向各个方向运动,向外飞出时,需克服原子核的引力和其他原子的阻碍作用而损失一部分能量,剩余部分能量为光电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,即电子只需克服原子核的引力做功时,光电子才具有最大初动能.
(3)光电流和饱和电流从金属板中飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加电压大小无关.(4)入射光强度与光子能量入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,光子能量即每个光子的能量.光的总能量等于光子能量与入射光子数的乘积.
5.对光的波粒二象性的理解
(2)黑体某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是绝对黑体,简称黑体.黑体辐射随着黑体温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.
考法帮 解题能力提升
考法1 对光电效应现象相关知识的考查
示例1 [2019天津,5,6分]如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系.由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是 A B C D
解析： 由爱因斯坦光电效应方程可知Ekm=hν-W0,又eUc=Ekm,则eUc=hν-W0,结合图像可知三种光的折射率大小关系为nb>nc>na,a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,折射率越大,偏折角度越大,则C正确,A、B、D错误.
归纳总结 光电效应的研究思路1.两条线索:
2.两条关系链:光强大→光子数目多→发射光电子多→饱和光电流大;光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大→遏止电压大.3.遏止电压与光强度无关.
考法2 对光电效应实验定律、光电效应方程的考查
示例2 [2016全国Ⅰ,35(1),5分,多选]现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生.下列说法正确的是A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大B.入射光的频率变高,饱和光电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关
解析： 保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加,则饱和光电流变大,故A正确;饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B错误;由Ek=hν-W0,可知C正确;当入射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错误;由eU=Ek=hν-W0,可知遏止电压U随ν的增大而增大,与入射光的光强无关,故E正确.
特别提醒1.入射光的频率决定着金属能否发生光电效应及从金属表面逸出的光电子的最大初动能,最大初动能与入射光的强度和照射时间无关.2.某频率的光照射金属能够发生光电效应时,入射光的强度决定着形成的饱和光电流的大小.3.光电效应中的入射光不是特指可见光,也包括不可见光
4.逸出功的大小由金属本身决定,与入射光的频率和强度无关.5.发生光电效应时逸出的光电子不是光子,而是电子.6.光电子一次性吸收光子的全部能量,不需要时间积累能量,因此可认为光电效应是瞬间发生的.
示例3 [2015新课标全国Ⅱ,35(1)改编,多选]实物粒子和光都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.光子和电子发生碰撞后,光的波长变长C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
解析： 干涉、衍射现象体现的是波动性,光电效应、康普顿效应体现的是粒子性.光子和电子发生碰撞后,光的波长变长是康普顿效应.电子显微镜观察物质的微观结构利用了电子衍射现象.故A、C、D正确.
归纳总结 光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律如下.1.从数量上看:个别光子的作用效果往往表现为粒子性,大量光子的作用效果往往表现为波动性.2.从频率上看:频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强.3.从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现为粒子性.
高分帮 “双一流”名校冲刺
3.当所加电压U为0时,电流I并不为0.只有施加反向电压,也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极,在光电管两极间形成使电子减速的电场,电流才有可能为0.使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压.
示例4 如图[2015新课标全国Ⅰ,35(1),5分]在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示.若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为 ,所用材料的逸出功可表示为 .
感悟反思对光电效应现象的深刻理解,就是要读懂两个图像(Ek-ν图像和I-U图像)和三个关系(Ek=hν-W0,W0=hν0,Ek=eUc).
考点2 原子结构、氢原子光谱、原子核
1.原子的核式结构模型
(4)氢原子的能级①概念:在玻尔理论中,原子各个可能状态的能量值叫能级.②基态和激发态:原子能量最低的状态(n=1)叫基态,其他能量(相对于基态)(n≥2)较高的状态叫激发态.
应用·实践 放射性同位素的应用1.利用射线:α射线具有很强的电离作用,可用于消除有害静电,还可用于火警报警器;γ射线有很强的贯穿本领,可用于工业探伤.2.作为示踪原子:同位素具有相同的化学性质,可用放射性同位素代替非放射性同位素作为示踪原子.(2)原子核①原子核所带的电荷都是质子电荷的整数倍,用Z表示,这个整数叫做原子核的电荷数.
(4)四种核反应类型的区别与典例
学习·理解 四种核反应的快速区分1.衰变:反应方程左边只有一个原子核,右边出现α粒子或β粒子.2.人工转变:核反应方程左边有一个原子核,还有α粒子、中子、质子、氘核等粒子中的一个,右边有一个新核,还可能放出一个粒子.3.重核裂变:左边为重核与中子,右边为两个以上的核并放出若干个粒子.方程左右两边中子数不可抵消.4.轻核聚变:左边为轻核,右边为质量较大的核.例如氘核和氚核聚变成氦核的反应.
(5)对质能方程的理解和应用①应用质能方程解题的流程图 ②对质能方程的理解a.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,减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量.
b.质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量,只是静止质量减少.c.在核反应中遵循能量守恒定律.d.质量只是物体具有能量的多少及能量转变多少的一种量度.
考法1 有关能级跃迁类问题的计算
示例1 氢原子的能级示意图如图所示,现有大量的氢原子处于n=4能级的激发态,当向低能级跃迁时,会辐射出若干种不同频率的光子,若用这些光子照射逸出功为4.54 eV的钨时,下列说法正确的是A.氢原子能辐射4种不同频率的光子B.氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应C.氢原子辐射一个光子后,氢原子的核外电子的速率增大D.钨能同时吸收两个从n=4向n=2能级跃迁的光子而发生光电效应
辨析比较使原子发生跃迁的方法可以是入射光照射原子,也可以是入射电子与原子发生碰撞.入射光子与入射电子的区别:1.若是由光的照射引起原子跃迁,则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级的能量差(电离时,要求光子的能量大于原子的电离能);2.若是由电子的碰撞引起原子跃迁,则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级的能量差.
考法2 对原子核衰变规律及半衰期的考查
归纳总结1.核反应过程是不可逆的,即核反应方程只能用箭头表示反应方向,不能用等号连接.2.核反应遵循电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒和能量守恒.3.核反应产生的正电子是原子核内的质子转变为中子释放出来的,产生的负电子是原子核内的中子转变为质子释放出来的.4.在核反应过程中,只要释放核能,一定伴随着质量亏损.
考法3 对核能、比结合能的考查
辨析比较 结合能与比结合能的辨析结合能是将原本结合在一起的核子分开时所需要的能量.比结合能是原子核的结合能与核子数之比,也叫平均结合能.比结合能越大,表示原子核中的核子结合得越牢固,原子核就越稳定.
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