1、第2课时 原子结构与原子核 基础回顾核心探究演练提升基础回顾自主梳理融会贯通 知识梳理 一、原子的核式结构 1.电子的发现:英国物理学家 发现了电子.汤姆孙 2.粒子散射实验:19091911年,英籍物理学家 及盖革进行了用粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿 的方向前进或只发生很小的偏转,但有些 粒子发生了较大的偏转,大约1/8 000的 粒子偏转角度超过了90,个别的甚至接近180,就像被弹回来了一样.3.原子的核式结构模型:在原子中间有一个体积很小、带正电荷的核,电子在核外绕核运动.卢瑟福 原来 二、氢原子光谱 1.光谱分类(1)线状谱:由一条条的 组成的光谱.亮线
2、光带(2)连续谱:连在一起的 的光谱.2.氢原子光谱的实验规律(1)巴尔末公式 =(n=3,4,5,),RH是里德伯常量,RH=1.10107 m-1,n为量子数.(2)氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线都满足与巴尔末公式类似的关 系式.122112Rn三、氢原子的能级结构、能级公式 1.玻尔理论(1)定态:电子围绕原子核运动的轨道不是任意的,而是一系列 的、特定的轨道,当电子在这些轨道上运动时,原子是 的,不向外辐射能量,也不吸收能量.(2)跃迁:当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时,才发射或吸收一个光子,光子的能量h=.分立 稳定 En-Em 2.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能
3、级 能级图如图所示(2)氢原子的能级和轨道半径 氢原子的能级公式:En=(n=1,2,3,),其中E1为基态能量,其数值为E1=.氢原子的轨道半径公式:rn=(n=1,2,3,),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.5310-10 m.12En-13.6 eV n2r1 四、原子核的组成、放射性及衰变 1.原子核的组成:原子核是由 和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的 .2.天然放射现象(1)天然放射现象 放射性元素 地发出射线的现象,首先由贝克勒尔发现.天然放射现象的发现,说明 具有复杂的结构.(2)三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是 射线、射线、射线.(3)
4、放射性的应用与防护 应用:利用射线的特性、作为 、利用衰变特性、其他应用.防护:距离防护、时间防护、防护、仪器监测.质子数 自发 原子核 示踪原子 屏蔽 质子 3.原子核的衰变(1)衰变:原子核放出 或 ,变成另一种原子核的变化.(2)分类 衰变:XAZ42AZ Y+42 He.衰变:XAZ1AZ Y+01 e.(3)半衰期:放射性元素有 发生衰变所需的时间.半衰期由原子核内部自身的因素决定,跟原子所处的 或 无关.粒子 粒子 半数 化学状态 外部条件 拓展思考铀238核放出一个 粒子后,成为一个新核钍234核,钍234核也具有放射性,它能放出一个 粒子而变成镤234核,衰变后情景如图所示.拓
5、展思考(1)写出铀238的 衰变方程,射线是什么物质?(2)写出钍234的 衰变方程,射线是什么物质?(3)已知钍234的半衰期是24天,1 g钍经过48天后还剩多少?答案:(1)铀 238 的 衰变方程为 238 92 U 234 90 Th+42 He,射线为氦原子核.(2)钍 234 的 衰变方程为 234 90 Th 234 91 Pa+01 e,射线为高速的电子流.(3)钍 234 的半衰期是 24 天,48 天是两个半衰期,所以还剩 m=14 m=0.25 g.五、核力与结合能 1.核力(1)含义:之间的相互作用力.核子(2)特征:在核的线度内,核力比库仑力 得多.核力是 ,当两核
6、子中心相距大于核子本身线度时,核力几乎完全消失.核力与 无关,质子与质子,质子与中子,以及中子与中子之间的核力是 的.2.结合能(1)结合能:由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量.(2)质能方程:一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E=.核子在结合成原子核时出现质量亏损 m,其能量也要相应减少,即 E=.大 短程力 电荷 相等 mc2 mc2 3.获得核能的途径(1)核裂变 定义:重核分裂成几个 质量原子核的现象.中等 特点:裂变过程中能够放出巨大的能量;裂变的同时能够放出 23(或更多)个中子;裂变的产物不是唯一的.典型的裂变方程 235 92 U+10
7、n 144 56 Ba+8936 Kr+.103 n特点:平均每个核子放出的能量比裂变反应中平均每个核子放出的能量大 34倍;聚变反应比裂变反应更剧烈;对环境污染较小;自然界中聚变反应原料丰富.典型的聚变方程:21 H+31 H42 He+.10n较重(2)核聚变 定义:把轻原子核聚合成 原子核的反应.自主检测 1.思考判断(1)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的.()(2)核式结构学说是卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出的.()(3)玻尔理论成功地解释了原子光谱问题.()(4)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的.()(5)如果某放射性元素
8、的原子核有100个,经过一个半衰期后还剩50个.()(6)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.()答案:(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.(2017汕头一模)(多选)氢原子的能级如图所示.氢原子从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光子,恰能使某金属产生光电效应,下列判断正确的是()A.氢原子辐射出光子后,氢原子能量变大 B.该金属的逸出功W=12.75 eV C.用一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属,该金属仍有光电子逸出 D.氢原子处于n=1能级时,其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动 BD 解析:氢原子发生跃迁,辐射出光子后,氢原子能量变小,故A
9、错误.氢原子由n=4跃迁到n=1,辐射的光子能量E=13.6 eV-0.85 eV=12.75 eV,则该金属逸出功W=12.75 eV,故B正确;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射的能量小于从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光子能量,则不会发生光电效应,故C错误;根据玻尔原子模型可知,处于n=1能级时,其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动,故D正确.3.(2018广东佛山模拟)(多选)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为 X+Y42 He+31 H+4.9 MeV 和21 H+31 H42 He+X+17.6 MeV,下列表述正确的有()A
10、.X 是中子 B.Y 的质子数是 3,中子数是 6 C.两个核反应都没有质量亏损 D.氘和氚的核反应是核聚变反应 AD 解析:根据电荷数守恒和质量数守恒,知 21 H+31 H 42 He+10 n+17.6 MeV，10 n+63 Li42 He+31 H+4.9 MeV,故 X 为10 n,Y 为63 Li,其中 Y 的质子数是 3,中子数也是 3,选项 A正确,B 错误;两个核反应都释放出核能,故都有质量亏损,选项 C 错误21 H+31 H42 He+10 n+17.6 MeV 为轻核聚变,选项 D 正确.核心探究分类探究各个击破 考点一 氢原子能级及原子跃迁 1.能级图中相关因素的说
11、明 因素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h=En-Em(1)自发跃迁:由高能级跃迁到低能级,释放能量,发出光子.光子的频率=Eh=EEh低高.2.两类能级跃迁(2)受激跃迁:由低能级跃迁到高能级,吸收能量.光照(吸收光子):光子的能量必须恰等于能级差h=E.碰撞、加热等:只要入射粒子能量大于或等于能级差即可,E外 E.大于电离能的光子被吸收,将原子电离.3.谱
12、线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1).(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法.用数学中的组合知识求解:N=2Cn=12n n.利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加.【典例1】(2017广元二模)如图所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠,说法正确的是()A.这群氢原子能发出三种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最短 B.这群氢原子能发出两种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频
13、率最小 C.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60 eV D.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11 eV C 核心点拨(1)处于高激发态的氢原子向低能级跃迁时,能级差越大辐射的光子的能量越大,波长越短.(2)大量的处于高能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射光子的种类数满足 .12n n 解析:一群氢原子处于n=3的激发态,向低能级跃迁时可能放出3种不同频率的光子,从n=3跃迁到n=1辐射的光子频率最大,波长最短,故A,B错误;n=3跃迁到n=1辐射的光子能量最大,为12.09 eV,则光电子的最大初动能Ek=h-W=12.09 eV-2.49 eV=9.60 eV.故C正确,D
14、错误.题后反思 氢原子跃迁问题的两点注意(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的.(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由h=En-Em求得.若求波长可由公式c=求得.多维训练 1.玻尔原子理论(2018长沙模拟)(多选)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是()A.电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的 B.电子在绕原子核做圆周运动时,稳定地产生电磁辐射 C.不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子 吸收 D.氢原子光谱有很多不同的亮线,说明氢原子能发出很多不同频率的光,但它的光谱不是连续谱 ACD 解析:电子运动的轨道半径是不连续的,故 A 正确;电子在
15、绕原子核做圆周运动时,不会产生电磁辐射,只有跃迁时才会产生电磁辐射,故 B 错误;由于氢原子发射的光子的能量 E=En-Em=21nE1-21mE1=h,不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子吸收,故 C 正确;光谱有很多不同的亮线,说明氢原子能发出很多不同频率的光,是线状谱,不是连续谱,故 D 正确.2.氢原子光谱和能级跃迁(2018龙岩模拟)1995年科学家“制成”了反氢原子,它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成.反质子和质子有相同的质量,带有等量异种电荷.反氢原子和氢原子有相同的能级分布,氢原子能级如图所示,则下列说法中正确的是()A.反氢原子光谱与氢原
16、子光谱不相同 B.基态反氢原子的电离能是13.6 eV C.基态反氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁 D.在反氢原子谱线中,从n=2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长 B 解析:反氢原子和氢原子有相同的能级分布,所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同,故A错误;处于基态的氢原子的电离能是13.6 eV,具有大于等于13.6 eV能量的光子可以使氢原子电离,故B正确;基态的反氢原子吸收11 eV的光子,能量为-13.6 eV+11 eV=-2.6 eV,不能发生跃迁,所以该光子不能被吸收,故C错误;在反氢原子中处于激发态的反氢原子,从n=2能级跃迁到基态辐射光子能量较大,波长较小,故D错误.考点二 原
17、子核的衰变 半衰期 1.放射性元素 具有放射性的元素称为放射性元素,原子序数大于或等于83的元素,都能自发地发出射线,原子序数小于83的元素,有的也能放出射线.2.三种射线的比较 种类 射线 射线 射线来源原子核内组成氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电 荷量2e-e0质量 4mp,mp=1.67 10-27 kg静止质量为零速度0.1c0.99cc(光速)在电磁 场中偏转与 射线反向偏转不偏转贯穿 本领最弱,用纸能挡住较强,能穿透几毫米的铝板最强,能穿透几厘米的铅板对空气 的电离 作用很强较弱很弱p1836m3.衰变、衰变的比较 衰变类型 衰变 衰变 衰变方程 XAZ42AZ Y+42
18、He XAZ1AZ Y+01 e 2 个质子和 2 个中子结合成一个整体射出 1 个中子转化为 1 个质子和 1个电子 衰变 实质 112 H+102 n42 He 10 n11 H+01 e 匀强磁 场中轨 迹形状 衰变 规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 4.对半衰期的理解(1)半衰期公式:N 余=N 原1/212tT,m 余=m 原1/212tT.(2)半衰期的物理意义:半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量,同一放射性元素具有的衰变速率一定,不同的放射性元素半衰期不同,有的差别很大.(3)半衰期的适用条件:半衰期是一个统计规律,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,
19、无法确定何时发生衰变.【典例 2】(2017全国卷,15)一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核,衰变方程为 238 92U 234 90Th+42 He,下列说法正确的是()A.衰变后钍核的动能等于 粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间 D.衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 B 核心点拨(1)原子核衰变前后系统动量守恒.(2)半衰期是原子核有半数发生衰变的时间,不是一次衰变的时间.解析:衰变前后动量守恒,衰变前动量为零,故衰变后钍核与粒子动量大小相等,方向相反,选项B正确;又Ek=,钍核与粒子动量大小相等,但
20、质量不同,故动能不同,选项A错误;半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,而放出粒子所经历的时间是一个原子核的衰变时间,选项C错误;核反应过程释放能量,衰变前后质量数不变,但有质量亏损,选项D错误.22pm误区警示 半衰期的三点提醒(1)半衰期是一个统计规律,对少数原子核不适用.(2)原子元素质量减少一半与原子核有半数发生衰变含义不同.(3)半衰期的大小是由原子核内部自身因素决定的,与外部条件无关.多维训练 1.三种射线(2018太原模拟)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示.两块平行放置的金属板A,B分别与电源的两极a,b连接,放射源发出的射线从其上方小孔向外射出.则()A
21、.a为电源正极,到达A板的为 射线 B.a为电源正极,到达A板的为 射线 C.a为电源负极,到达A板的为 射线 D.a为电源负极,到达A板的为 射线 B 解析:射线为高速电子流,质量约为质子质量的11800,速度接近光速;射线为氦核流,速度约为光速的 110.由类平抛规律可知在同一电场中,射线打在极板上的位置较低,由图知,向左偏的为射线,向右偏的为射线,即到达 A 板的为射线;因粒子带正电,向右偏转,说明电场方向水平向右,那么 a 为电源正极,故 B 正确,A,C,D 错误.2.半衰期公式的应用(2017潍坊一模)14C是碳元素的一种具有放射性的同位素,其半衰期约为5 700年.在某次研究中,
22、测得考古样品中14C的含量大约是鲜活生命体中14C含量的 ,则样品生活的年代约是()A.11 400年前 B.17 100年前 C.22 800年前 D.45 600年前 B 18解析:设原来14C 的质量为 M0,衰变后剩余质量为 M,则有 M=M0(12)n,其中 n 为发生半衰期的次数,由题意可知剩余质量为原来的 18,故 n=3,所以死亡时间为 35 700=17 100 年,故 A,C,D 错误,B 正确.考点三 核反应类型与核反应方程 1.核反应的四种类型 类型 核反应方程典例 衰变 238 92 U 234 90 Th+42 He 衰 变 衰变 234 90 Th 234 91
23、Pa+01 e 14 7 N+42 He17 8 O+11 H(卢瑟福发现质子)42 He+94 Be126 C+10 n(查德威克发现中子)2713 Al+42 He3015 P10 n 人工转变 3015 P3014 Si+01 e 约里奥居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子 235 92 U+10 n144 56 Ba+8936 Kr+103 n 重核裂变 235 92 U+10 n136 54 Xe+9038 Sr+1100 n 轻核聚变 21 H+31 H42 He+10 n 2.核反应方程的书写(1)熟记常见粒子的符号,如质子11H、中子10n、粒子42He、粒子 01e、正电
24、子 01e、氘核21 H、氚核31H 等.(2)核反应过程一般都不是可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接.(3)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据质量数守恒、电荷数守恒凭空杜撰出生成物来写核反应方程.【典例3】(2016全国卷,35)在下列描述核过程的方程中,属于 衰变的是 ,属于 衰变的是 ,属于裂变的是 ,属于聚变的是 .(填正确答案标号)A.14 6 C 14 7 N+01 e B.3215 P 3216 S+01 e C.238 92 U 234 90 Th+42 He D.14 7 N+42 He 17 8 O+11 H E.235 92 U+1
25、0 n140 54 Xe+9438 Sr+102 n F.31 H+21 H42 He+10 n 解析:C 中 238 92U 衰变放出粒子,即为衰变;A,B 中 14 6 C,3215 P 衰变中均放出 01 e,即为衰变;E 中 235 92 U 吸收中子后分裂为中等质量的原子核,并放出两个中子,即为重核裂变;F 中为两个轻核反应形成较重核的反应,即为轻核聚变.核心点拨(1)放射性元素自发放出射线的核反应为衰变.(2)中子轰击重核生成轻核属于重核裂变,轻核结合为重核为聚变.答案:C AB E F 方法技巧 四种核反应的特点(1)衰变:一分为二,生成物有粒子或粒子(电子).(2)人工转变:用
26、粒子或中子轰击原子核.(3)重核裂变:用中子轰击重核.(4)轻核聚变:轻核结合为重核.多维训练 1.原子核衰变(多选)原子核X发生 衰变后变成Y核,Y核吸收一个中子后生成Q核并放出一个 粒子,则下面说法正确的是()A.X核比Q核多一个中子 B.X核比Q核多一个质子 C.X核的质量数比Q核的质量数大3 D.X核的电荷数比Q核的电荷数多1 BD 解析:依据核反应方程的质量数守恒、电荷数守恒得,第一次反应为 XAZ1AZ Y+01 e,第二次反应为1AZ Y41AZ Q+42 He,比较可知 X 核比 Q 核多 4 个核子、多一个质子,则多 3 个中子,故选项 B,D 正确.2.人工转变(2018江
27、西九江模拟)用中子轰击锂核63Li,产生氚和 粒子并放出 4.8 MeV 的能量,则该核反应方程为 ,上述反应中的质量亏损为 kg(保留两位有效数字).解析:根据质量数和电荷数守恒得 63 Li+10 n31 H+42 He 依据E=mc2,m=2Ec=619284.8 101.6 103 10kg8.510-30 kg.答案:63 Li+10 n31 H+42 H e 8.510-30 考点四 核力与核能 1.对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E=mc2.物体的能量增大,质量也增大;物体的能量减少,质量也减少.(2)核子在结合成原子核时出现质
28、量亏损 m,其能量也要相应减少,即 E=mc2.(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 m,吸收的能量为 E=mc2.2.核反应中释放核能的计算(1)根据 E=mc2计算时,m的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,E的单位是“J”.(2)根据 E=m931.5 MeV计算时,m的单位是“u”,E的单位是“MeV”.(3)根据核子比结合能计算,即 E等于(反应前核子比结合能-反应后核子比结合能)核子数.【典例 4】(2018四川成都模拟)(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电,235 92U 是核电站常用的核燃料.235 92 U 受一个中子轰击后裂变成144
29、56 Ba 和8936 Kr 两部分,并产生 个中子.要使链式反应发生,裂变物质的体积要 (选填“大于”或“小于”)它的临界体积.核心点拨(1)核反应中遵守质量数守恒和电荷数守恒.解析:(1)核反应中遵守质量数守恒和电荷数守恒,且该核反应方程为 235 92 U+10 n144 56 Ba+8936 Kr+103 n,即产生 3 个中子.临界体积是发生链式反应的最小体积,要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积.答案:(1)3 大于 核心点拨(2)用质能方程E=mc2求结合能.答案:(2)4.310-12 J(2)取质子的质量mp=1.672 610-27 kg,中子的质量mn=1.
30、674 910-27 kg,粒子的质量m=6.646 710-27 kg,光速c=3.0108 m/s.请计算 粒子的结合能.(计算结果保留两位有效数字)解析:(2)组成粒子的核子与粒子的质量差m=(2mp+2mn)-m,结合能E=mc2 代入数据得E=4.310-12 J.方法技巧 核能求解的思路方法(1)应用质能方程解题的流程图:书写核反应方程计算质量亏损m利用E=mc2计算释放的核能(2)在用粒子轰击原子核或原子核自发地分裂过程中,动量保持守恒.在动量守恒方程中,各质量都可用质量数表示.核反应中我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能.多维训练 1.核能的计算(2017江阴市质检
31、)一静止的铀核 232 92 U(原子质量为 232.037 2 u)放出一个带电粒子(原子质量为 4.002 6 u)后衰变成钍核228 90 Th(原子质量为 228.028 7 u),设真空中的光速为 c,则该过程的衰变方程为 ;该衰变过程中的质量亏损 m为 u;释放出核能的计算公式为 E=.解析:由质量数与电荷数守恒可知,衰变反应方程为 232 92 U 42 He+228 90 Th;该衰变反应中质量亏损为m=232.037 2 u-228.028 7 u-4.002 6 u=0.005 9 u,根据爱因斯坦质能方程得,释放出的核能为E=mc2.答案:232 92U 42 He+22
32、8 90 Th 0.005 9 mc2 2.重核裂变(2018广东珠海模拟)核动力潜艇是潜艇中的一种类型,指以核反应堆为动力来源设计的潜艇.在核反应中有一种是 235 92 U 在中子的轰击下发生的一种可能的裂变反应,其裂变方程为 235 92U+10 nX+9438 Sr+1010 n,则下列叙述正确的是()A A.X原子核中含有54个质子 B.X原子核中含有53个中子 C.裂变时释放能量是因为亏损的质量变成了能量 D.裂变时释放能量,出现质量亏损,质量数不守恒 解析:由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知X 原子核中含有92-38=54 个质子,235+1-94-10-54=78 个中子
33、,故 A 正确,B 错误;并不是亏损的质量转变成能量,而是235 92U 分解成轻核的过程会释放能量;亏损的质量与能量相对应,但质量数依然守恒.故 C,D 错误.演练提升真题体验强化提升 1.核能的计算(2017全国卷,17)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21 H+21 H32 He+10 n,已知21 H 的质量为 2.013 6 u,32 He 的质量为 3.015 0 u,10 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
34、.93 MeV B 解析:氘核聚变反应中亏损的质量m=2.013 6 u2-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u,释放的核能E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,选项B正确.2.核反应类型(2017天津卷,1)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是()A A.21 H+31 H 42 He+10 n B.14 7 N+42 He 17 8 O+11 H C.42 He+2713 Al3015 P+10 n D.235 92 U+10 n144 56 Ba+8936
35、 Kr+103 n 解析:A项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程,B项是用粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程,C项属于原子核的人工转变,D项属于重核的裂变,因此只有A项符合要求.3.核反应的规律(2016全国卷,35)(多选)一静止的铝原子核 2713 Al 俘获一速度为 1.0107 m/s 的质子 p 后,变为处于激发态的硅原子核 2814 Si*,下列说法正确的是()A.核反应方程为 p+2713 Al2814 Si*B.核反应过程中系统动量守恒 C.核反应过程中系统能量不守恒 D.核反应前后核子数相等,所以生成物的质量等于反应物的质量之和 E.硅原子核速度的数量级为
36、105 m/s,方向与质子初速度的方向一致 ABE 解析:由于 2713 Al 俘获质子,则核反应方程为 p+2713 Al28*14Si;铝原子核与质子组成的系统不受外力,作用过程中动量守恒,而系统内部的变化使机械能不守恒,但反应过程中系统能量一定守恒,核反应过程中虽然核子数不变,但伴随能量的变化使生成物与反应物的质量发生变化,设质子质量为 mp,由动量守恒定律得 mpvp=28mpvSi,则 vSi=1281.0107 m/s=3.6105 m/s,硅原子核速度数量级为 105m/s,方向与质子初速度方向一致,选项 A,B,E 正确.4.能级跃迁(2016北京卷,13)处于n=3能级的大量
37、氢原子,向低能级跃迁时,辐射光的频率有()A.1种 B.2种 C.3种 D.4种 C 解析:处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时可由n=3跃迁到n=2,n=1以及从n=2跃迁到n=1,共辐射出3种频率的光子,选项C正确.5.核反应的综合问题(2017北京卷,23)在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次 衰变.放射出的 粒子42He 在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为 R.以 m,q 分别表示 粒子的质量和电荷量.(1)放射性原子核用 AZ X 表示,新核的元素符号用 Y表示,写出该 衰变的核反应方程.解析:(1)AZ X42AZ Y+42 He.答案:见解析(2)粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小.(3)设该衰变过程释放的核能都转化为 粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损 m.解析:(2)设粒子的速度大小为 v,由 qvB=m2vR,T=2Rv,得粒子在磁场中运动周期T=2mqB,环形电流大小 I=qT=22q Bm.(3)由 qvB=2mvR,得 v=qBRm,设衰变后新核 Y 的速度大小为 v,系统动量守恒 Mv-mv=0,v=mvM=qBRM,由mc2=12Mv2+12mv2,得m=222Mm qBRmMc.答案:见解析
