2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題六 原子物理學(xué)案.doc

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專題六 原子物理 　　　　 真題再現(xiàn) 考情分析 (2018高考全國(guó)卷Ⅱ)用波長(zhǎng)為300 nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.2810－19 J．已知普朗克常量為6.6310－34 Js，真空中的光速為3.00108 ms－1.能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為(　　) A. 11014 Hz　　　　 B. 81014 Hz　　　　 C. 21015 Hz　　　　 D. 81015 Hz 解析：選B.根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0＝h－h(huán)ν0，代入數(shù)據(jù)解得ν0≈81014 Hz，B正確. [命題點(diǎn)分析] 光電效應(yīng)方程 [思路方法] 由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可得鋅板的逸出功W0的大小，當(dāng)Ek＝0時(shí)即可得出最低頻率 (2018高考全國(guó)卷Ⅲ)1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核Al，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X：α＋Al→n＋X.X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為(　　) A.15和28　　　　　　 B．15和30　　　　　 C．16和30　　　　　　 D．17和31 解析：選B.據(jù)α粒子和中子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)寫出核反應(yīng)方程：He＋Al―→n＋X，結(jié)合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序數(shù)等于核電荷數(shù)，故B正確. [命題點(diǎn)分析] 核反應(yīng)方程的書寫 [思路方法] 核反應(yīng)方程兩邊要滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒的原則，配平方程即可 命題規(guī)律研究及預(yù)測(cè) 　　2017年把本部分內(nèi)容列為必考后，高考中對(duì)此都有所體現(xiàn)，畢竟原子物理作為物理的一大分支，考查理所應(yīng)當(dāng)．但由于考點(diǎn)分散，要求不高，基本以選擇題為主，難度不大．從備考角度看，重點(diǎn)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容： (1)原子的能級(jí)躍遷；(2)原子核的衰變規(guī)律；(3)核反應(yīng)方程的書寫；(4)質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算；(5)三種射線的特點(diǎn)及應(yīng)用；(6)光電效應(yīng)的規(guī)律及應(yīng)用等. 備考應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基本概念和規(guī)律的理解，抓住光電效應(yīng)和原子核反應(yīng)兩條主線，注意綜合題目的分析思路，強(qiáng)化典型題的訓(xùn)練 　光電效應(yīng)現(xiàn)象 對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 對(duì)應(yīng)規(guī)律 對(duì)規(guī)律的解釋 極限頻率νc 電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做功W0，要使照射光子能量不小于W0，對(duì)應(yīng)的頻率νc＝即極限頻率 最大初動(dòng)能 電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能，對(duì)于確定的金屬，W0是一定的，所以光電子的最大初動(dòng)能只隨照射光的頻率增大而增大，與照射光強(qiáng)度無(wú)關(guān) 瞬時(shí)性 光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能量后，動(dòng)能立即增大，不需要能量積累的過(guò)程 飽和電流 當(dāng)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，增大照射光強(qiáng)度，包含的光子數(shù)增多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子增多，因而飽和電流變大 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ek＝hν－W0W0為材料的逸出功，指從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功；Ek為光電子的最大初動(dòng)能，由此方程可求得照射光的頻率ν＝.Ek－ν圖象如圖所示，由圖象可以得到如下信息： (1)橫軸截距表示極限頻率； (2)縱軸截距的絕對(duì)值表示逸出功； (3)圖線的斜率表示普朗克常量h. 光電效應(yīng)的研究思路 (1)兩條線索 (2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系 ①光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大； ②光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大．　 (多選)(2017高考全國(guó)卷Ⅲ)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若νa＞νb，則一定有Ua＜Ub B．若νa＞νb，則一定有Eka＞Ekb C．若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb D．若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb [解析]　設(shè)該金屬的逸出功為W，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W，同種金屬的W不變，則逸出光電子的最大初動(dòng)能隨ν的增大而增大，B項(xiàng)正確；又Ek＝eU，則最大初動(dòng)能與遏止電壓成正比，C項(xiàng)正確；根據(jù)上述有eU＝hν－W，遏止電壓U隨ν增大而增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；又有hν－Ek＝W，W相同，則D項(xiàng)錯(cuò)誤． [答案]　BC 角度1　對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解 1．1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時(shí)代意義的論文，其中關(guān)于光量子的理論成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象．關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是 (　　) A．當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng) B．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 C．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比 D．某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長(zhǎng)較短的光照射該金屬一定發(fā)生光電效應(yīng) 解析：選A.根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，故A正確，D錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程，最大初動(dòng)能與入射光頻率為線性關(guān)系，但非正比關(guān)系，B錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤． 角度2　光電效應(yīng)方程和圖象問(wèn)題 2．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示．已知普朗克常量h＝6.6310－34Js. (1)圖甲中電極A為光電管的____(填“陰極”或“陽(yáng)極”)； (2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J； (3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝7.001014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek＝________ J. 解析：(1)在光電效應(yīng)中，電子向A極運(yùn)動(dòng)，故電極A為光電管的陽(yáng)極． (2)由題圖可知，銣的截止頻率νc為5.151014Hz，逸出功W0＝hνc＝6.6310－345.151014J≈3.4110－19J. (3)當(dāng)入射光的頻率為ν＝7.001014Hz時(shí)，由Ek＝hν－h(huán)νc得，光電子的最大初動(dòng)能為Ek＝6.6310－34(7.00－5.15)1014J≈1.2310－19J. 答案：(1)陽(yáng)極 (2)5.151014[(5.12～5.18)1014均視為正確] 3．4110－19[(3.39～3.43)10－19均視為正確] (3)1.2310－19[(1.21～1.25)10－19均視為正確] 解決光電效應(yīng)類問(wèn)題的“3點(diǎn)注意” 注意1：決定光電子最大初動(dòng)能大小的是入射光的頻率，決定光電流大小的是入射光光強(qiáng)的大?。? 注意2：由光電效應(yīng)發(fā)射出的光電子由一極到達(dá)另一極，是電路中產(chǎn)生光電流的條件． 注意3：明確加在光電管兩極間的電壓對(duì)光電子起到了加速作用還是減速作用．　 　原子能級(jí)和能級(jí)躍遷 玻爾理論的三條假設(shè) (1)軌道量子化：核外電子只能在一些分立的軌道上運(yùn)動(dòng)． (2)能量量子化：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)． (3)吸收或輻射能量量子化：原子在兩個(gè)能級(jí)之間躍遷時(shí)只能吸收或發(fā)射一定頻率的光子． 躍遷規(guī)律 (1)自發(fā)躍遷：高能級(jí)→低能級(jí)，釋放能量． (2)受激躍遷：低能級(jí)→高能級(jí)，吸收能量． ①光照(吸收光子)：光子的能量等于能級(jí)差hν＝ΔE. ②碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可．E外≥ΔE. ③大于電離能的光子可被吸收將原子電離． 解決氫原子能級(jí)躍遷問(wèn)題的四點(diǎn)技巧 (1)原子躍遷時(shí)，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級(jí)之間的能量差． (2)原子電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于某一能級(jí)能量的絕對(duì)值，剩余能量為自由電子的動(dòng)能． (3)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)，而一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)可用N＝C＝求解． (4)計(jì)算能級(jí)能量時(shí)應(yīng)注意：因一般取無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)參考面，故各能級(jí)的能量值均為負(fù)值；能量單位1 eV＝1.610－19 J．　 (2018高考天津卷)氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光，它們?cè)谡婵罩械牟ㄩL(zhǎng)由長(zhǎng)到短，可以判定(　　) A．Hα對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小 B．同一介質(zhì)對(duì)Hα的折射率最大 C．同一介質(zhì)中Hδ的傳播速度最大 D．用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則Hβ也一定能 [解析]　Hα的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，頻率最低，由躍遷規(guī)律可知，它對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小，A項(xiàng)正確；由頻率越低的光的折射率越小知，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由折射率n＝可知，在同一介質(zhì)中，Hα的傳播速度最大，C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)入射光頻率大于金屬的極限頻率可以使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，因νHβ<νHγ，所以Hβ不一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，D項(xiàng)錯(cuò)誤． [答案]　A [突破訓(xùn)練] 氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖所示．不同色光的光子能量如下表所示． 色光 紅 橙 黃 綠 藍(lán)－靛 紫 光子能量 范圍(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 處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為(　　) A．紅、藍(lán)－靛　　　　　　　　 B．黃、綠 C．紅、紫 D．藍(lán)－靛、紫 解析：選A.原子發(fā)光時(shí)放出的光子的能量等于原子能級(jí)差，先分別計(jì)算各能級(jí)差，再由小到大排序．結(jié)合可見光的光子能量表可知，有兩個(gè)能量分別為1.89 eV和2.55 eV的光子屬于可見光，分別屬于紅光和藍(lán)－靛光的范圍，故答案為A. 　原子核的衰變規(guī)律 衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì) 衰變類型 α衰變 β衰變 衰變方程 X→Y＋He X→Z＋e 衰變實(shí)質(zhì) 2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出 中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子 2H＋2n→He n→H＋e 衰變規(guī)律 電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒 γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的 名稱 構(gòu)成 符號(hào) 電荷量 質(zhì)量 電離能力 貫穿本領(lǐng) α射線 氦核 He ＋2e 4 u 最強(qiáng) 最弱 β射線 電子 e －e u 較強(qiáng) 較強(qiáng) γ射線 光子 γ 0 0 最弱 最強(qiáng) 半衰期的理解 ①半衰期研究對(duì)象一定是大量的、具有統(tǒng)計(jì)意義的數(shù)量； ②半衰期永不變； ③半衰期的公式：N余＝N原，m余＝m原.　 (2017高考全國(guó)卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核，衰變方程為U→Th＋He.下列說(shuō)法正確的是(　　) A．衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能 B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小 C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)間 D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量 [解析]　靜止的鈾核在衰變過(guò)程中遵循動(dòng)量守恒，由于系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，因此衰變后產(chǎn)生的釷核和α粒子的動(dòng)量等大反向，即pTh＝pα，B項(xiàng)正確；因此有＝，由于釷核和α粒子的質(zhì)量不等，因此衰變后釷核和α粒子的動(dòng)能不等，A項(xiàng)錯(cuò)誤；半衰期是有半數(shù)鈾核衰變所用的時(shí)間，并不是一個(gè)鈾核衰變所用的時(shí)間，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于衰變過(guò)程釋放能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，衰變過(guò)程有質(zhì)量虧損，因此D項(xiàng)錯(cuò)誤． [答案]　B 角度1　對(duì)衰變規(guī)律的理解 1.(多選)U是一種放射性元素，能夠自發(fā)地進(jìn)行一系列放射性衰變，如圖所示，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．圖中a是84，b是206 B.Pb比U的比結(jié)合能大 C．Y和Z是同一種衰變 D．Y是β衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的 解析：選 ABC.由Po變到Pb，質(zhì)量數(shù)少4，知發(fā)生了一次α衰變，則電荷數(shù)少2，所以a＝84，由Bi變到　b 81Tl，發(fā)生了一次α衰變，則b＝206，選項(xiàng)A、C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合或分裂成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得知，一定釋放核能，因此核反應(yīng)放出能量，則Pb比U 的比結(jié)合能大，選項(xiàng)B正確． 角度2　對(duì)半衰期的理解 2．核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會(huì)中已不可缺少，我國(guó)在完善核電安全基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)．核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細(xì)胞基因，提高患癌的風(fēng)險(xiǎn)．已知钚的一種同位素94Pu的半衰期為24 100年，其衰變方程為94Pu→X＋He＋γ，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A．衰變發(fā)出的γ射線是波長(zhǎng)很短的光子，穿透能力很強(qiáng) B．X原子核中含有92個(gè)中子 C．8個(gè)94Pu經(jīng)過(guò)24 100年后一定還剩余4個(gè) D．由于衰變時(shí)釋放巨大能量，根據(jù)E＝mc2，衰變過(guò)程總質(zhì)量不變 解析：選A.衰變發(fā)出的γ射線是波長(zhǎng)很短的光子，具有很強(qiáng)的穿透能力，故A正確；根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，則中子數(shù)為143，故B錯(cuò)誤；半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)大量的原子核適用，故C錯(cuò)誤；由于衰變時(shí)釋放巨大能量，根據(jù)E＝mc2，衰變過(guò)程總質(zhì)量減小，故D錯(cuò)誤． 命題角度 解決方法 易錯(cuò)辨析 衰變射線的性質(zhì)分析 從電離能力、貫穿本領(lǐng)等方面對(duì)比分析 α、β射線電性相反，而γ射線不帶電但頻率高，能量大 衰變方程的書寫及理解 衰變方程遵循電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒原則，且要從衰變的產(chǎn)生機(jī)理及本質(zhì)分析 α衰變是原子核中的2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氦核并射出；β衰變是原子核中的中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，再將電子射出；γ衰變伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)發(fā)生，不改變?cè)雍说馁|(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)，以光子形式釋放出衰變過(guò)程中產(chǎn)生的能量 半衰期的理解及計(jì)算 半衰期的穩(wěn)定性及計(jì)算公式 衰變是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)少數(shù)粒子不滿足規(guī)律 　 　核反應(yīng)方程和核能計(jì)算 四種常見核反應(yīng) 類型 可控性 核反應(yīng)方程典例 衰 變 α衰變 自發(fā) 92U→90Th＋He β衰變 自發(fā) 90Th→91Pa＋e 人工轉(zhuǎn)變 人工 控制 7N＋He→8O＋H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子) He＋Be→6C＋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(shí)發(fā)現(xiàn)正電子 P→Si＋e 重核裂變 較容易 控制 92U＋n→56Ba＋ Kr＋3n 實(shí)際應(yīng)用：原子彈、核電站、核航母等 輕核聚變 很難 控制 H＋H→He＋n 實(shí)際應(yīng)用：氫彈、某些恒星內(nèi)核反應(yīng) (1)熟記常見基本粒子的符號(hào)，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)．質(zhì)子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正電子(　0＋1e)、氘核(H)、氚核(H)等． (2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“→”表示反應(yīng)方向． (3)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒． 對(duì)質(zhì)能方程的理解 (1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即E＝mc2. 方程的含義：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡(jiǎn)單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也減少． (2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其能量也要相應(yīng)減少，即ΔE＝Δmc2. (3)原子核分解成核子時(shí)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.　 (2018高考天津卷)國(guó)家大科學(xué)工程——中國(guó)散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)．下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是(　　) A.7N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生8O并放出一個(gè)粒子 B.Al俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生P并放出一個(gè)粒子 C.5B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生Be并放出一個(gè)粒子 D.Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生He并放出一個(gè)粒子 [解析]　根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒可知，7N＋He→8O＋H，A項(xiàng)錯(cuò)誤；Al＋He→P＋n，B項(xiàng)正確；5B＋H→Be＋He，C項(xiàng)錯(cuò)誤；Li＋H→He＋He，D項(xiàng)錯(cuò)誤． [答案]　B 角度1　核反應(yīng)的四種類型 1．(2016高考全國(guó)卷Ⅱ)在下列描述核過(guò)程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號(hào)) A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 解析：一個(gè)原子核自發(fā)地放出一個(gè)α粒子，生成一個(gè)新核的過(guò)程是α衰變，因此C項(xiàng)是α衰變；一個(gè)重核在一個(gè)粒子的轟擊下，分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量原子核的過(guò)程是重核的裂變，因此E項(xiàng)是重核的裂變；兩個(gè)較輕的原子核聚合成一個(gè)較大的原子核，并放出粒子的過(guò)程是輕核的聚變，因此F項(xiàng)是輕核的聚變；另外，A、B項(xiàng)是β衰變，D項(xiàng)是原子核的人工轉(zhuǎn)變． 答案：C　AB　E　F 角度2　核能的計(jì)算 2．質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3.當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，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 解析：選C.由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤． 角度3　核反應(yīng)的綜合應(yīng)用 3．海水中含有豐富的氘，完全可充當(dāng)未來(lái)的主要能源．兩個(gè)氘核的核反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)He核和一個(gè)粒子，其中氘核的質(zhì)量為2.013 0 u，氦核的質(zhì)量為3.015 0 u，粒子的質(zhì)量為1.008 7 u．(1 u相當(dāng)于931.5 MeV)： (1)寫出核反應(yīng)方程； (2)核反應(yīng)中釋放的核能； (3)在兩個(gè)氘核以相等的動(dòng)能0.35 MeV進(jìn)行對(duì)心碰撞，并且核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況下，求反應(yīng)中產(chǎn)生的粒子和氦核的動(dòng)能． 解析：(1)核反應(yīng)方程為：H＋H→He＋n. (2)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝2mH－mHe－mn 可知釋放的核能 ΔE＝(2mH－mHe－mn)931.5 MeV＝2.14 MeV. (3)把兩個(gè)氘核作為一個(gè)系統(tǒng)，碰撞過(guò)程系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，由于碰撞前兩氘核的動(dòng)能相等，其動(dòng)量等大反向，因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，設(shè)碰撞后瞬間氦核、中子的速度分別為vHe、vn，動(dòng)能分別為EkHe、Ekn，碰撞前氘核的動(dòng)能ΔEkH＝0.35 MeV，則mHevHe＋mnvn＝0 反應(yīng)前后系統(tǒng)的總能量守恒，則 mHev＋mnv＝ΔE＋2ΔEkH 又有mHe∶mn＝3∶1 EkHe＝mHev，Ekn＝mnv， 解得EkHe＝0.71 MeV， Ekn＝2.13 MeV. 答案：(1)H＋H→He＋n　(2)2.14 MeV (3)2.13 MeV　0.71 MeV (1)在求解核反應(yīng)中的動(dòng)量守恒時(shí)，常出現(xiàn)以下錯(cuò)誤 ①核反應(yīng)中產(chǎn)生的新核和粒子的質(zhì)量數(shù)的確定； ②在列動(dòng)量守恒式時(shí)，是否考慮放出的光子的動(dòng)量； ③核反應(yīng)中動(dòng)能并不守恒． (2)可以從以下幾點(diǎn)防范 ①根據(jù)核反應(yīng)規(guī)律，確定新核和粒子的質(zhì)量數(shù)； ②根據(jù)題給條件明確是否考慮光子的動(dòng)量； ③若為放能核反應(yīng)，反應(yīng)后的動(dòng)能等于反應(yīng)前的動(dòng)能與釋放的核能之和．　 ,　　　　　　　[學(xué)生用書P139(單獨(dú)成冊(cè))]) (建議用時(shí)：35分鐘) 一、單項(xiàng)選擇題 1．(2018高考北京卷)在核反應(yīng)方程He＋7N→8O＋X中，X表示的是(　　) A．質(zhì)子　　　　　　　　　 B．中子 C．電子 D．α粒子 解析：選A.由核反應(yīng)方程中，電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，X為H，選項(xiàng)A正確． 2．(2018四川宜賓二診)在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，與光的波動(dòng)理論不矛盾的是(　　) A．光電效應(yīng)是瞬時(shí)發(fā)生的 B．所有金屬都存在極限頻率 C．光電流隨著入射光增強(qiáng)而變大 D．入射光頻率越大，光電子最大初動(dòng)能越大 解析：選C.按照光的波動(dòng)理論，電子吸收光子的能量需要時(shí)間，因此光電效應(yīng)不可能瞬時(shí)發(fā)生，這與光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性矛盾；按照光的波動(dòng)理論，只要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間，電子會(huì)吸收足夠的能量，克服原子的束縛成為光電子，因此所有金屬均可以發(fā)生光電效應(yīng)，這與光電效應(yīng)有極限頻率矛盾；按照光的波動(dòng)理論，照射光越強(qiáng)，電子獲得的能量越大，打出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這與光電效應(yīng)中打出的光子的最大初動(dòng)能與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，而與照射光的頻率有關(guān)矛盾；按照光的波動(dòng)理論也可以得到光越強(qiáng)打出的光電子越多，光電流越大，因此C項(xiàng)正確． 3．(2017高考北京卷)2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖．大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用． 一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎．據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.610－34 Js，真空光速c＝3108 m/s)(　　) A．10－21 J　　　　　　　 B．10－18 J C．10－15 J D．10－12 J 解析：選B.光子的能量E＝hν，c＝λν，聯(lián)立解得E≈210－18 J，B項(xiàng)正確． 4．(2018北京海淀二模)對(duì)下列各原子核變化的方程，表述正確的是(　　) A.H＋H→He＋n是核聚變反應(yīng) B.H＋H→He＋n是α衰變 C.Se→Kr＋2e 是核裂變反應(yīng) D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是β衰變 解析：選 A.H＋H→He＋n，屬于核聚變反應(yīng)，A正確，B錯(cuò)誤；Se→Kr＋2e 是β衰變，C錯(cuò)誤；U＋n→Xe＋Sr＋2n是核裂變反應(yīng)，D錯(cuò)誤． 5.(2017高考天津卷)我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)．下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是(　　) A.H＋H→He＋n B.7N＋He→8O＋H C.He＋Al→P＋n D.U＋n→Ba＋Kr＋3n 解析：選A.A項(xiàng)是氫元素的兩種同位素氘和氚聚變成氦元素的核反應(yīng)方程，B項(xiàng)是用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，C項(xiàng)屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變，D項(xiàng)屬于重核的裂變，因此只有A項(xiàng)符合要求． 6．(2018廣東汕頭二模)如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線，普朗克常量h＝6.6310－34 Js，由圖可知(　　) A．該金屬的極限頻率為4.31014 Hz B．該金屬的極限頻率為5.51014 Hz C．該金屬的逸出功為810－20 J D．該圖線斜率的倒數(shù)表示普朗克常量 解析：選A.由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知該圖線的斜率為普朗克常量，圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為金屬的極限頻率ν0，即ν0＝4.31014 Hz，A選項(xiàng)正確，B、D選項(xiàng)均錯(cuò)誤；金屬的逸出功W＝hν0＝6.6310－344.31014 J≈2.8510－19 J，C選項(xiàng)錯(cuò)誤． 7．(2018山西太原模擬)核電站泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會(huì)釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時(shí)會(huì)輻射γ射線．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．碘131釋放的β射線由氦核組成 B．銫137衰變時(shí)輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量 C．與銫137相比，碘131衰變更慢 D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù) 解析：選D.β射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流，不是氦原子核，A錯(cuò)誤；γ射線的頻率大于可見光的頻率，根據(jù)E＝hν可知，γ射線光子能量大于可見光光子能量，B錯(cuò)誤；半衰期越短，衰變?cè)娇?，C錯(cuò)誤；銫133和銫137都是銫元素，是質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同位素，所以D正確． 8.(2018天津五區(qū)檢測(cè))如圖所示為氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖，一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向較低能級(jí)躍遷的過(guò)程中向外輻射出光子，用這些光子照射逸出功為2.49 eV的金屬鈉．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光，其中從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)所發(fā)出的光波長(zhǎng)最短 B．這群氫原子在輻射光子的過(guò)程中電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大 C．能發(fā)生光電效應(yīng)的光有三種 D．金屬鈉表面發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能是9.60 eV 解析：選 D．處于n＝3能級(jí)氫原子，向低能級(jí)躍遷可能發(fā)出C＝3種不同頻率的光，對(duì)應(yīng)的光子能量分別為(E3－E1)＝12.09 eV、(E3－E2)＝1.89 eV和(E2－E1)＝10.2 eV，其中從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)所發(fā)出的光子能量最小，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)最長(zhǎng)，另外兩種光子的能量都大于金屬鈉的逸出功，可以使其發(fā)生光電效應(yīng)；氫原子輻射光子過(guò)程中，氫原子總能量降低，核外電子由較高能級(jí)軌道向較低能級(jí)軌道運(yùn)動(dòng)，原子核的靜電力做正功，電子動(dòng)能增加，電勢(shì)能減小；用能量為12.09 eV的光子照射金屬鈉時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能最大，為(12.09－2.49) eV＝9.60 eV.選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤，D正確． 9．(2018山東日照聯(lián)考)14C測(cè)年法是利用14C衰變規(guī)律對(duì)古生物進(jìn)行年代測(cè)定的方法．若以橫坐標(biāo)t表示時(shí)間，縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻14C的質(zhì)量，m0為t＝0時(shí)14C的質(zhì)量，下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是(　　) 解析：選C.14C的衰變規(guī)律滿足式m＝m0，其中T為半衰期，故C項(xiàng)正確． 10．(2018杭州四中模擬)日本福島核電站發(fā)生核泄漏危機(jī)引起世界對(duì)安全利用核能的關(guān)注．泄漏的污染物中含有131I和137Cs.131I發(fā)生衰變時(shí)會(huì)釋放β射線，137Cs發(fā)生衰變時(shí)會(huì)釋放γ射線，過(guò)量的射線對(duì)人體組織有破壞作用．核泄露一旦發(fā)生，應(yīng)盡量避免污染物的擴(kuò)散．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．γ射線電離作用很強(qiáng) B．β射線是高速電子流 C．目前世界上運(yùn)行的核電站均采用輕核聚變 D．可以通過(guò)降低溫度減小污染物的半衰期，從而減小危害 解析：選B.三種射線中，γ射線的電離作用最弱，故A錯(cuò)誤；β射線是高速的電子流，故B正確；目前世界上運(yùn)行的核電站均采用重核裂變，故C錯(cuò)誤；半衰期的大小與溫度、壓強(qiáng)等因素?zé)o關(guān)，由原子核內(nèi)部因素決定，故D錯(cuò)誤． 二、多項(xiàng)選擇題 11．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(shuō)法正確的是(　　) A．增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大 B．減小入射光的強(qiáng)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(dòng)能變大 解析：選AD.增大入射光強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積的光電子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項(xiàng)A正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于照射光的頻率，而與照射強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)B錯(cuò)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(shí)，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)hν－W逸＝mv2可知，增加照射光頻率，光電子的最大初動(dòng)能也增大，故選項(xiàng)D正確． 12．研制核武器的钚239(Pu)可由鈾239(U)經(jīng)過(guò)衰變而產(chǎn)生，下列敘述正確的是(　　) A．钚239和鈾239是同位素 B．大量鈾239經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期時(shí)原子核的數(shù)量減少為原來(lái)的一半 C．鈾239經(jīng)過(guò)一次α衰變產(chǎn)生钚239 D．鈾239經(jīng)過(guò)二次β衰變產(chǎn)生钚239 解析：選BD.同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)，故A錯(cuò)誤；由半衰期的概念可知B正確；由U→Pu＋2e，可知C錯(cuò)誤，D正確． 13．(2016高考全國(guó)卷Ⅰ)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大 B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大 C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大 D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 E．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān) 解析：選ACE.根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，則飽和光電流變大，選項(xiàng)A正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，入射光的頻率變高，產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能變大，但飽和光電流不一定變大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時(shí)，就不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；遏止電壓與產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能有關(guān)，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān)，選項(xiàng)E正確． 14．(2018合肥一六八中學(xué)模擬)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說(shuō)法中正確的是(　　) A．盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 B．發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是Be＋He→C＋n C．200萬(wàn)個(gè)U 的原子核經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后剩下50萬(wàn)個(gè)U D．據(jù)圖可知，原子核D和E聚變成原子核F要吸收能量 解析：選AB.本題考查核裂變、核聚變以及核反應(yīng)方程．盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)A正確；發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為Be＋He→C＋n，選項(xiàng)B正確；半衰期為統(tǒng)計(jì)規(guī)律，適用于大量的原子發(fā)生衰變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在核反應(yīng)過(guò)程中，若有質(zhì)量虧損，將放出能量，由題圖中核子的平均質(zhì)量可知，原子核D和E聚變成原子核F過(guò)程中，有質(zhì)量虧損，要放出能量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 15．中國(guó)“氫彈之父”于敏獲得2014年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)．氫彈是利用原子彈爆炸的能量引發(fā)氫的同位素的聚變反應(yīng)而瞬時(shí)釋放出巨大能量的核武器．下列有關(guān)氫彈爆炸可能出現(xiàn)的核反應(yīng)及說(shuō)法正確的是(　　) A.U＋n→Ba＋Kr＋3n B.H＋H→He＋n C．輕核聚變過(guò)程中無(wú)質(zhì)量虧損 D．氫彈爆炸后不會(huì)產(chǎn)生放射性污染 解析：選 AB.氫彈是利用原子彈爆炸的能量引發(fā)氫的同位素的聚變反應(yīng)而瞬時(shí)釋放出巨大能量的核武器，故A、B正確；聚變反應(yīng)和裂變反應(yīng)都有質(zhì)量虧損，C錯(cuò)誤；由物理常識(shí)易知D錯(cuò)誤． 三、非選擇題 16．(1)表示放射性元素碘131(I)β衰變的方程是________． A.I→Sb＋He B.I→Xe＋e C.I→I＋n D.I→Te＋H (2)現(xiàn)有四個(gè)核反應(yīng)： A.H＋H→He＋n B.U＋n→X＋Kr＋3n C.Na→Mg＋e D.He＋Be→C＋n ①________是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，________是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程，________是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程． ②求B中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù)． 解析：(1)碘(I)的原子核內(nèi)一個(gè)中子放出一個(gè)電子，變成一個(gè)質(zhì)子，質(zhì)量數(shù)沒有發(fā)生變化，核電荷數(shù)增加1，所以生成54號(hào)元素Xe，放出一個(gè)電子，B選項(xiàng)正確． (2)①人工轉(zhuǎn)變方程的特點(diǎn)是箭頭的左邊是氦核與常見元素的原子核．箭頭的右邊也是常見元素的原子核．D是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，B是裂變反應(yīng)，是研究原子彈的核反應(yīng)方程．A是聚變反應(yīng)，是研究氫彈的核反應(yīng)方程． ②由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可以判定，X質(zhì)量數(shù)為144，電荷數(shù)為56，所以中子數(shù)為144－56＝88. 答案：(1)B　(2)①D　B　A ②質(zhì)量數(shù)144，中子數(shù)88