高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題二十二 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu) 原子核（加試）

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專題二十二 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu) 原子核（加試） 考綱解讀 章 內(nèi)容 考試要求 說明 必考 加試 波粒二象性 能量量子化 b 1.不要求掌握黑體輻射的概念和實驗規(guī)律 2．不要求識記研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗電路圖 3．不要求用ΔxΔp≥進行計算 光的粒子性 c 粒子的波動性 c 概率波 b 不確定性關(guān)系 b 原子結(jié)構(gòu) 電子的發(fā)現(xiàn) a 1.不要求了解測量比荷的實驗裝置 2．不要求計算以密立根實驗為背景的問題 3．不要求了解α粒子散射實驗裝置的細節(jié) 4．不要求用氫原子光譜的實驗規(guī)律計算波長 5．不要求識記氫原子不同狀態(tài)時的電子云 原子的核式結(jié)構(gòu)模型 b 氫原子光譜 b 玻爾的原子模型 c 原子核 原子核的組成 a 1.不要求識記反映三種放射線穿透能力的數(shù)據(jù) 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(shù)細節(jié) 4．不要求了解比結(jié)合能概念以及比結(jié)合能曲線 5．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(shù)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) 放射性元素的衰變 c 探測射線的方法 a 放射性的應(yīng)用與防護 a 核力與結(jié)合能 c 核裂變 c 核聚變 c 粒子和宇宙 a 一、能量量子化 1．量子化假設(shè) 黑體的空腔壁由大量振子(振動著的帶電微粒)組成，其能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，并以這個最小能量值為單位一份一份地吸收或輻射． 2．能量子 (1)定義：不可再分的最小能量值ε. (2)關(guān)系式：ε＝hν，ν是電磁波的頻率，h是普朗克常量，h＝6.6310－34 Js. 二、光的粒子性 1．光電效應(yīng)現(xiàn)象 在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做光電子． 2．實驗規(guī)律 (1)每種金屬都有一個極限頻率． (2)光子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大． (3)光照射到金屬表面時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的． (4)光電流的強度與入射光的強度成正比． 3．愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)光子：光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，這些能量子稱為光子，頻率為ν的光的能量子為hν. (2)愛因斯坦光電效應(yīng)方程 ①表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. ②物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量一部分用于克服金屬的逸出功，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek. 三、原子的核式結(jié)構(gòu)模型 1．電子的發(fā)現(xiàn) 英國物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”． 2．原子的核式結(jié)構(gòu) (1)1909～1911年，物理學(xué)家盧瑟福進行了α粒子散射實驗，提出了核式結(jié)構(gòu)模型． (2)α粒子散射實驗的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90，也就是說它們幾乎被“撞了回來”，如圖1所示． 圖1 (3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積很小，原子半徑的數(shù)量級是10－10 m，而原子核半徑的數(shù)量級是10－15 m，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運動． (4)實驗意義：否定了湯姆孫的原子結(jié)構(gòu)模型，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，明確了原子核大小的數(shù)量級． 四、氫原子光譜 1．氫原子光譜 光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜．有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫做線狀譜．有的光譜看起來不是一條條分立的譜線，而是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜． 2．光譜分析 利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高．在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大意義． 五、氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式 1．玻爾理論 (1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量． (2)躍遷：電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.6310－34 Js) (3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)．原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的． 2．氫原子的能級圖 能級圖如圖2所示 圖2 六、原子核及核反應(yīng) 1．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，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)． (2)三種射線 名稱 構(gòu)成 符號 電離能力 貫穿本領(lǐng) α射線 氦核 He 最強 最弱 β射線 電子 　e 較強 較強 γ射線 光子 γ 最弱 最強 (3)放射性同位素的應(yīng)用與防護 ①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同． ②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、做示蹤原子等． ③防護：防止放射性對人體組織的傷害． 2．原子核的組成 (1)原子核由質(zhì)子(H)和中子(n)組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子．質(zhì)子帶正電，中子不帶電． (2)基本關(guān)系 ①核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)． ②質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)． (3)X元素的原子核的符號為X，其中A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)． (4)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)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． 3．原子核的衰變、半衰期 (1)原子核的衰變 ①原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的現(xiàn)象稱為原子核的衰變． ②分類 α衰變：X→Y＋He β衰變：X→　AZ＋1Y＋e γ衰變：當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時伴隨著γ輻射． ③兩個典型的衰變方程 α衰變：U→Th＋He β衰變：Th→Pa＋e. (2)半衰期 ①定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間． ②影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系． 4．裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆　核反應(yīng)方程 (1)重核裂變 ①定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程． ②典型的裂變反應(yīng)方程 U＋n→Kr＋Ba＋3n. ③鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程． ④臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量． ⑤裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆． ⑥反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護層． (2)輕核聚變 ①定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程．輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進行，因此又叫熱核反應(yīng)． ②典型的聚變反應(yīng)方程 H＋H→He＋n＋17.6 MeV (3)人工轉(zhuǎn)變 盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子： N＋He→O＋H 查德威克發(fā)現(xiàn)中子： He＋Be→C＋n 居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素、正電子： Al＋He→P＋n P→Si＋e 加試基礎(chǔ)練 1．盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實驗研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實驗結(jié)果的示意圖是(　　) 答案　D 解析　盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實驗研究原子結(jié)構(gòu)，即α粒子散射實驗，實驗結(jié)果顯示：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角超過90，有的幾乎達到180，也就是說它們幾乎被“撞了回來”．所以能正確反映該實驗結(jié)果的是選項D. 2．(多選)如圖3所示，用導(dǎo)線把驗電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時，發(fā)生的現(xiàn)象是(　　) 圖3 A．有光子從鋅板逸出 B．有電子從鋅板逸出 C．驗電器指針張開一個角度 D．鋅板帶負電 答案　BC 解析　用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的，鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出，稱之為光電子，故A錯誤，B正確；鋅板與驗電器相連，帶有相同電性的電荷，鋅板失去電子應(yīng)該帶正電，且失去電子越多，帶的電荷量越多，驗電器指針張角越大，故C正確，D錯誤． 3．一個氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級．該氫原子(　　) A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量減少 C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量減少 答案　B 解析　根據(jù)玻爾理論，氫原子能級越高對應(yīng)的能量越大．當(dāng)氫原子從較高能級向較低能級躍遷時放出光子，能量減少，故選項B正確． 4．(多選)(2016湖州聯(lián)考)在下列四個核反應(yīng)方程中，X表示α粒子的是(　　) A.P→Si＋X B. U→Th＋X C.Al＋X→Mg＋H D.Al＋X→P＋n 答案　BD 解析　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，四個選項中的X分別代表：e、He、n、He.選項B、D正確． 5．(多選)鈾核裂變是核電站核能的重要來源，其中一種裂變反應(yīng)式是U＋n→Ba＋Kr＋3n.下列說法正確的是(　　) A．上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出 B．鈾塊體積對鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無影響 C．鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制 D．鈾核的半衰期會受到環(huán)境溫度的影響 答案　AC 解析　核裂變反應(yīng)是重核被中子轟擊后分裂成兩個中等質(zhì)量的原子核并放出若干個中子的反應(yīng)，A選項正確；鈾塊要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)需達到一定的體積，B選項錯誤；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制用以建立核電站，C選項正確；原子核的半衰期由原子核本身的性質(zhì)決定，與其所處的環(huán)境或狀態(tài)無關(guān)，D選項錯誤. 　　　　　波粒二象性　原子結(jié)構(gòu) 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性． (2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性． (3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性． 2．對玻爾理論的四點提醒 (1)電子繞核運動的半徑是不連續(xù)的； (2)電子躍遷輻射光子的頻率不等于電子繞核圓周運動的頻率； (3)實物粒子也能使原子發(fā)生能級躍遷； (4)一個處于激發(fā)態(tài)的氫原子，輻射光譜線條數(shù)可能為1.一群處于激發(fā)態(tài)(n≥3)的氫原子，可能輻射出多條光譜線． 3．定態(tài)間的躍遷——滿足能級差 (1)從低能級(n小)高能級(n大)―→吸收能量． hν＝En大－En小 (2)從高能級(n大)低能級(n小)―→放出能量． hν＝En大－En小 例1　(2016浙江10月學(xué)考15)如圖4為氫原子能級圖，氫原子中的電子從n＝5能級躍遷到n＝2能級可產(chǎn)生a光；從n＝4能級躍遷到n＝2能級可產(chǎn)生b光．a(chǎn)光和b光的波長分別為λa和λb，照射到逸出功為2.29 eV的金屬鈉表面均可產(chǎn)生光電效應(yīng)，遏止電壓分別為Ua和Ub.則(　　) 圖4 A．λa>λb B．Ua>Ub C．a(chǎn)光的光子能量為2.86 eV D．b光產(chǎn)生的光電子最大初動能Ek＝0.26 eV 答案　BCD 解析　根據(jù)能級躍遷知識hνa＝E5－E2＝[－0.54－(－3.4)] eV＝2.86 eV，hνb＝E4－E2＝[－0.85－(－3.4)] eV＝2.55 eV，顯然a光子的能量大于b光子，即a光頻率要大，波長要短，所以A錯，C正確．根據(jù)光電效應(yīng)可知，最大初動能Ek＝hν－W0，所以a光照射后的最大初動能為Eka＝(2.86－2.29) eV＝0.57 eV，b光照射后的最大初動能為Ekb＝(2.55－2.29) eV＝0.26 eV，選項D正確．根據(jù)截止電壓知識可知，Ua>Ub，選項B正確． 解答氫原子能級圖與原子躍遷問題的注意事項 1．能級之間躍遷時放出的光子頻率是不連續(xù)的． 2．能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En求得． 3．一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n－1. 4．一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法： (1)用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：N＝C＝. (2)利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加． 變式題組 1．(多選)在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是(　　) A．增大入射光的強度，光電流增大 B．減小入射光的強度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 C．改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng) D．改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動能變大 答案　AD 解析　增大入射光強度，單位時間內(nèi)照射到單位面積的光子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項A正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于入射光的頻率，而與入射光強度無關(guān)，故選項B錯誤．用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，用頻率較小的光照射時，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會發(fā)生光電效應(yīng)，選項C錯誤；根據(jù)hν－W＝mv2可知，增加入射光頻率，光電子的最大初動能也增大，故選項D正確． 2．(2016嘉興模擬)用很弱的光做雙縫干涉實驗，把入射光減弱到可以認為光源和感光膠片之間不可能同時有兩個光子存在，如圖4所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片．這些照片說明(　　) 圖4 A．光只有粒子性沒有波動性 B．光只有波動性沒有粒子性 C．少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性 D．少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性 答案　D 解析　光具有波粒二象性，這些照片說明少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性，故D正確． 3．如圖5所示為氫原子的能級圖．用光子能量為13.06 eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，則可能觀測到氫原子發(fā)射的不同波長的光有(　　) 　 圖5 A．15種 B．10種 C．4種 D．1種 答案　B 解析　基態(tài)的氫原子的能級值為－13.6 eV，吸收13.06 eV的能量后變成－0.54 eV，原子躍遷到了能級5，由于氫原子是大量的，故輻射的光子種類是＝＝10種．  　　　　　原子核及核反應(yīng) 1．半衰期的三點提醒 (1)半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用； (2)原子核質(zhì)量減少一半與原子核有半數(shù)發(fā)生衰變概念不同； (3)半衰期的大小是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，與外部條件無關(guān)． 2．核反應(yīng)的四種類型 類型 可控性 核反應(yīng)方程典例 衰變 α衰變 自發(fā) U→Th＋He β衰變 自發(fā) Th→Pa＋e 人工轉(zhuǎn)變 人工控制 N＋He→O＋H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子) He＋Be→C＋n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子) Al＋He→P＋n 約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子 P→Si＋e 重核裂變 比較容易進行人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 輕核聚變 很難控制 H＋H→He＋n 3.書寫核反應(yīng)方程時應(yīng)注意 (1)必須遵守電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律． (2)核反應(yīng)方程中的箭頭(→)表示核反應(yīng)進行的方向，不能把箭頭寫成等號． 例2　(多選)天然放射性元素Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后，變成Pb(鉛)．下列判斷中正確的是(　　) A．衰變過程共有6次α衰變和4次β衰變 B．鉛核比釷核少8個質(zhì)子 C．β衰變所放出的電子來自原子核外 D．釷核比鉛核多24個中子 答案　AB 解析　由于β衰變不會引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定α衰變的次數(shù)，x＝＝6，再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來判定β衰變的次數(shù)，2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4，釷232核中的中子數(shù)為232－90＝142，鉛208核中的中子數(shù)為208－82＝126，所以釷核比鉛核多16個中子，鉛核比釷核少8個質(zhì)子，β衰變所放出的電子來自原子核內(nèi)，n→H＋e，所以A、B正確． 衰變次數(shù)的確定方法 因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)． 變式題組 4．關(guān)于α、β、γ三種射線，下列說法中正確的是(　　) A．α射線是原子核自發(fā)放出的氦核，它的穿透能力最強 B．β射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的穿透能力 C．γ射線一般隨著α或β射線產(chǎn)生，它的穿透能力最強 D．γ射線是電磁波，它的穿透能力最弱 答案　C 解析　α、β、γ三種射線有不同的性質(zhì)，了解這三種射線的性質(zhì)可知C正確． 5．關(guān)于半衰期，以下說法正確的是(　　) A．同種放射性元素在化合物中的半衰期比在單質(zhì)中長 B．升高溫度可以使半衰期縮短 C．氡的半衰期為3.8天，若有四個氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下一個 D．氡的半衰期為3.8天，若有4 g氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下1 g 答案　D 解析　考慮到放射性元素衰變的快慢跟原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，又考慮到半衰期是一種統(tǒng)計規(guī)律，即給定的四個氡核是否馬上衰變會受到各種偶然因素的影響，A、B、C錯誤．故D正確． 6．(2016浙江10月學(xué)考16)用中子(n)轟擊鈾核(U)產(chǎn)生裂變反應(yīng)，會產(chǎn)生鋇核(Ba)和氪核(Kr)并釋放出中子(n)，當(dāng)達到某些條件時可發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．一個鈾核(U)裂變時，釋放的能量約為200 MeV(1 eV＝1.610－19 J)．以下說法正確的是(　　) A.U的裂變方程為U→Ba＋Kr＋n B.U的裂變方程為U＋n→Ba＋Kr＋3n C.U發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件與鈾塊的體積有關(guān) D．一個U裂變時，質(zhì)量虧損約為3.610－28 kg 答案　BCD 解析　鈾核在裂變過程中需要中子的轟擊，產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，所以選項A錯誤，選項B正確．而鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在進行過程中，還需要鈾塊達到臨界體積才能維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)不斷進行下去，所以選項C正確．根據(jù)釋放出來的核能，結(jié)合質(zhì)能方程可知ΔE＝Δmc2 ，反應(yīng)過程中，質(zhì)量虧損為Δm＝ kg≈3.610－28 kg ，選項D正確． 　　　　　核能的計算 1．核能 (1)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應(yīng)的能量ΔE＝Δmc2. (2)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2. 2．核能釋放的兩種途徑的理解 (1)使較重的核分裂成中等大小的核；(2)較小的核結(jié)合成中等大小的核． 例3　一個靜止的钚核Pu自發(fā)衰變成一個鈾核U和另一個原子核X，并釋放出一定的能量．其核衰變方程為：Pu→U＋X. (1)方程中的“X”核符號為 ； (2)钚核的質(zhì)量為239.052 2 u，鈾核的質(zhì)量為235.043 9 u，X核的質(zhì)量為4.002 6 u，已知1 u相當(dāng)于931 MeV，則該衰變過程放出的能量是 MeV. 答案　(1)He　(2)5.31 解析　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，得X核的質(zhì)量數(shù)為239－235＝4，核電荷數(shù)為94－92＝2，故“X”核為氦核，符號為He. (2)钚核衰變過程中的質(zhì)量虧損Δm＝239.052 2 u－235.043 9 u－4.002 6 u＝0.005 7 u，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，得出衰變過程中放出的能量E＝0.005 7931 MeV≈5.31 MeV. 變式題組 7．質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3.當(dāng)一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時，釋放的能量是(c表示真空中的光速)(　　) A．(m1＋m2－m3)c　　　　　　 B．(m1－m2－m3)c C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2 答案　C 解析　由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3 可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，選項C正確． 1．(2015金華十校聯(lián)考)能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是(　　) A．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng) B．光的衍射和光的色散 C．光的折射和透鏡成像 D．光的干涉和康普頓效應(yīng) 答案　D 2．(多選)關(guān)于玻爾的原子模型理論，下列說法正確的是(　　) A．原子可以處于連續(xù)的能量狀態(tài)中 B．原子的能量狀態(tài)不可能是連續(xù)的 C．原子的核外電子在軌道上運動時，要向外輻射能量 D．原子的核外電子在軌道上運動時，不向外輻射能量 答案　BD 解析　由玻爾的原子模型知原子的能量是不連續(xù)的，是量子化的，電子在定態(tài)軌道上繞核運動時，不向外輻射能量，處于定態(tài)，只有從高能級軌道向低能級軌道躍遷時，才向外輻射能量． 3．根據(jù)玻爾的氫原子理論，電子在各條可能軌道上運動的能量是指(　　) A．電子的動能 B．電子的電勢能 C．電子的電勢能與動能之和 D．電子的動能、電勢能和原子核能之和 答案　C 解析　根據(jù)玻爾理論，電子繞核在不同軌道上做圓周運動，庫侖引力提供向心力，故電子的能量指電子的總能量，包括動能和電勢能，所以C選項是正確的． 4．下列說法中正確的是(　　) A．裂變又叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng) B．太陽上現(xiàn)在正在進行著激烈的裂變反應(yīng) C．大亞灣核電站是利用裂變反應(yīng)發(fā)電的 D．秦山核電站是利用聚變反應(yīng)發(fā)電的 答案　C 解析　裂變反應(yīng)并不是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故A錯誤．太陽上進行的反應(yīng)是聚變反應(yīng)，故B錯誤．核電站是利用裂變反應(yīng)發(fā)電的，目前還沒有利用聚變反應(yīng)發(fā)電的核電站，故C正確，D錯誤． 5．核反應(yīng)方程Be＋He→C＋X中的X表示(　　) A．質(zhì)子 B．電子 C．光子 D．中子 答案　D 解析　設(shè)X的質(zhì)子數(shù)為m，質(zhì)量數(shù)為n.則有4＋2＝m＋6,9＋4＝12＋n，所以m＝0，n＝1，即X為中子，故A、B、C錯誤，D正確． 6．用頻率為ν的光照射某金屬表面時，逸出的光電子的最大初動能為Ek；若改用頻率為3ν的光照射該金屬，則逸出的光電子的最大初動能為(　　) A．3Ek B．2Ek C．3hν－Ek D．2hν＋Ek 答案　D 解析　由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知Ek＝hν－W0，Ek′＝h3ν－W0，所以Ek′＝2hν＋Ek. 7．(多選)關(guān)于核力，下列說法中正確的是(　　) A．核力是一種特殊的萬有引力 B．原子核內(nèi)任意兩個核子間都有核力作用 C．核力是原子核能穩(wěn)定存在的原因 D．核力是一種短程強作用力 答案　CD 8．(多選)關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法正確的是(　　) A．質(zhì)量減少，能量就會增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量 B．物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值 C．物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系 D．某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的 答案　BD 解析　質(zhì)能方程E＝Δmc2表明某一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的，當(dāng)物體獲得一定的能量，即能量增加某一定值時，它的質(zhì)量也相應(yīng)增加一定值，并可根據(jù)ΔE＝Δmc2進行計算，故B、D對． 9．(多選)氫原子從n＝6躍遷到n＝2能級時輻射出頻率為ν1的光子，從n＝5躍遷到n＝2能級時輻射出頻率為ν2的光子．下列說法正確的是(　　) A．頻率為ν1的光子的能量較大 B．頻率為ν1的光子的動量較大 C．做雙縫干涉實驗時，頻率為ν1的光產(chǎn)生的條紋間距較大 D．做光電效應(yīng)實驗時，頻率為ν1的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能較大 答案　ABD 解析　氫原子從n＝6的能級躍遷到n＝2的能級時的能級差大于從n＝5的能級躍遷到n＝2的能級時的能級差，根據(jù)Em－En＝hν知，頻率為ν1的光子的能量大于頻率為ν2的光子的能量，故A正確；頻率為ν1的光子的頻率大于頻率為ν2的光子的頻率，所以頻率為ν1的光子的波長小，根據(jù)p＝，則頻率為ν1的光子的動量較大，故B正確；干涉條紋間距公式Δx＝λ，頻率為ν1的光的波長小，產(chǎn)生的條紋間距較小，故C錯誤；做光電效應(yīng)實驗時，由光電效應(yīng)方程，Ek＝hν－W0，頻率越高，光電子的最大初動能越大，因此頻率為ν1的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能較大，故D正確． 10．(多選)(2016浙江4月選考14)下列說法正確的是(　　) A．波源的頻率越高，波速越大 B．溫度升高，放射性元素的半衰期不變 C．氫原子吸收光子可以從低能級躍遷到高能級 D．光發(fā)生全反射時，臨界角隨入射角增大而變大 答案　BC 解析　機械波的波速取決于介質(zhì)，與頻率無關(guān)，所以A錯．半衰期是原子核本身的屬性，與溫度無關(guān)，B對．氫原子要吸收特定頻率的光子才能從低能級躍遷到高能級，或者吸收超過電離能量的光子后電離，所以C對．由sin C＝可知，臨界角與折射率有關(guān)，與入射角無關(guān)，所以D錯． 11．如圖1所示為氫原子的四個能級，其中E1為基態(tài)，若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說法正確的是(　　) 圖1 A．原子A可能輻射出3種頻率的光子 B．原子B可能輻射出3種頻率的光子 C．原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4 D．原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4 答案　B 解析　原子A從激發(fā)態(tài)E2躍遷到E1，只能輻射出1種頻率的光子，A錯．原子B從激發(fā)態(tài)E3躍遷到基態(tài)E1可能輻射出3種頻率的光子，B對．由原子能級躍遷理論可知，原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時放出的光子并躍遷到E3，但不能躍遷到E4，C錯．A原子發(fā)出的光子能量ΔE＝E2－E1大于E4－E3，故原子B不可能吸收原子A發(fā)出的光子躍遷到能級E4，D錯． 12．(多選)(2016浙江省第一學(xué)期名校試卷)下列說法正確的是(　　) A．原子核發(fā)生α衰變后，新核的原子序數(shù)將減小2位 B．天然放射現(xiàn)象一定伴隨有電子的得失 C．光電效應(yīng)發(fā)生后，遏制電壓和入射光的頻率有關(guān) D．氫原子由高能級向低能級躍遷要吸收光子 答案　AC 解析　由核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知A正確；天然放射現(xiàn)象發(fā)生在原子核內(nèi)部，與電子得失無關(guān)，B錯誤；光電效應(yīng)發(fā)生后由Ekm＝hν－W0和Ekm＝eUc知C正確；氫原子由高能級向低能級躍遷要發(fā)出光子，D不正確，綜上應(yīng)選A、C. 13．下列核反應(yīng)方程中，屬于α衰變的是(　　) A.N＋He→O＋H B.U→Th＋He C.H＋H→He＋n D.Th→Pa＋e 答案　B 解析　α衰變是重核自發(fā)的發(fā)出α粒子的天然放射現(xiàn)象，其中α粒子是He，所以B正確；A為人工轉(zhuǎn)變，C為輕核的聚變，D是β衰變，故A、C、D皆錯誤． 14．(多選)(2016溫州市8月選考模擬)以下說法正確的是(　　) A．氫原子能吸收任意頻率的光子并躍遷到高能態(tài) B．愛因斯坦為解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象提出了光子說 C．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng) D．放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子的貫穿本領(lǐng)最強 答案　BC 解析　氫原子只能吸收特定頻率的光子躍遷到高能態(tài)，A不正確；愛因斯坦為解釋光電效應(yīng)提出了光子說，B正確；太陽輻射的能量來自太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，C正確；放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子電離本領(lǐng)最強，貫穿本領(lǐng)最弱，D不正確，故選B、C. 15．(多選)下列說法正確的是(　　) A.H＋H→He＋n，是聚變 B.U＋n→Xe＋Sr＋2n，是裂變 C.Ra→Rn＋He，是α衰變 D.Na→Mg＋e，是裂變 答案　ABC 解析　聚變是兩個輕核聚合成質(zhì)量較大的核的過程，A是聚變，A對；裂變是重核在中子的轟擊下分裂成兩個中等質(zhì)量的核的過程，B是裂變，B對，D錯；衰變是一個原子核自發(fā)放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核，C是衰變，C對． 16．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應(yīng)方程為H＋H→He＋x，式中x是某種粒子．已知：H、H、He和粒子x的質(zhì)量分別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝，c是真空中的光速．由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是 ，該反應(yīng)釋放出的能量為 MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)． 答案　n(或中子)　17.6 解析　根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得x是n(或中子)． 核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為 Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u 所以該反應(yīng)釋放出的能量為ΔE＝Δmc2≈17.6 MeV.