2023版高三一轮总复习物理(新教材新高考)第十五章原子结构和原子核教案.docx

福十五章原子结构和原子核24/24高考备考指南命题分析核心素养1 .高考命题以选择题为主。命题热点 为光电效应规律、原子跃迁、原子核的 衰变规律、核反应方程及核能的计算。2 .高考命题由过去的相对简单的单一 知识点考查向综合性小题过渡，主要考 查学生对基本概念的掌握。物理观念：光电效应、氢原子光谱、原 子跃迁、核能、质能方程。科学思维：光电管、核能的计算方法。科学探究：探究光电效应的规律、a粒 子散射实验。科学态度与责任：光谱分析、射线的应 用、核电站。走进教材充实基础口地知识数活技能告梳理必备知识一、光电效应1.光电效应现象(1)定义：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫作光电效应， 发射出来的电子叫作光电子。(2)几个名词解释遏止电压：使光电流减小到0的反向电压，用Uc表示。截止频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作该种金属的截止频 率(又叫极限频率)，用匕表示，不同的金属对应着不同的截止频率。最大初动能：发生光电效应时，金属表面的电子吸收光子后克服原子核的 引力逸出时所具有的动能的最大值。2.光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率低于截止频率时不发生光电 效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增(3)只要入射光的频率大于金属的截止频率，照到金属表面时，光电子的发 射几乎是瞬时的,一般不超过10-9 s,与光的强度无关。(4)当入射光的频率大于金属的截止频率时，饱和光电流的强度与入射光的 强度成正比。二、爱因斯坦光电效应方程1 .光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一 个光子，光子的能量s=hv。2 .逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。3 .爱因斯坦光电效应方程4 表达式：hv=Ek+W0 或 Ek=hvW0。5 2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hv，这些能量的 一部分用来克服金属的逸出功W。，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。三、光的波粒二象性与物质波1 .光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。(2)光电效应说明光具有粒子性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。2 .物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹 是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率 波。(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有 一种波与它对应，其波长入=p, p为运动物体的动量，h为普朗克常量。© 激活基本技能一、易错易误辨析(正确的打“二”，错误的打“X”)(2)光子和光电子都是实物粒子。(1)要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸 出功。(J)(X)（3）只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。（X）（4）光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。（J）（5）光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。（X）二、教材习题衍生1 .（鲁科版选择性必修第三册Pi37T2改编）（多选）关于物质的波粒二象性，下 列说法正确的是（）A.不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B.运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运 动轨道C.波动性和粒子性在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的 现象中是统一的D.实物粒子的运动有特定的轨道，所以实物粒子不具有波粒二象性ABC 德布罗意在爰因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切 运动的物体都具有波粒二象性，故A正确、D错误；运动的微观粒子与光子一 样，当它们通过一个小孔时，没有特定的运动轨道，故B正确；波动性和粒子 性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，故C正确。故选ABC。2 .（人教版选择性必修第三册P98T7改编）光电管的原理图如图所示，已知当 有波长为力的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则（）A.若减小入射光强度，电路中可能没有光电流8 .若增加电路中电源电压，电路中光电流可能先增大后不变C.若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生D.若换用波长为丸1（，1入0）的光照射阴极K,电路中一定没有光电流答案B3.(鲁科版选择性必修第三册Pl33T4改编)(多选)对于钠和钙两种金属，其遏 止电压外与入射光频率v的关系如图所示。用从e分别表示普朗克常量和电子 电荷量。下列说法正确的是()A.钠的逸出功小于钙的逸出功B.图中直线的斜率为?C.在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高AB 根据Uce = Ek = hv - W0 ,即U、v -?，再由图像可知，钠的逸出功小于钙的逸出功，故A正确；图中直线的斜率为h，故B正确；在得到这两条 e直线时，入射光的强度不必相同，故C错误；由图像可知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，故D错误。细研号点突破题型重难解惑-行去高考考点1光电效应规律，立二通夫1 .与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子不带电；光电子是光电效应发生时发射出来的电子， 其本质是电子。(2)光电子的初动能与光电子的最大初动能：光电子的初动能小于等于光电 子的最大初动能。(3)光电流和饱和光电流：金属板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，这个饱和值是饱和光 电流。在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量：入射光强度是指单位时间内照射到单位面积上的总能量，与光子的能量和单位时间内光子的数目有关。(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光 越强，饱和光电流越大。2 .两条线索照射光强度决定着每秒钟光源发射的光子数频率决定着每个光子的能量£小”每秒加逸出的光电子数一次定着光电流的大小- 光电子递出后的最大初动能/m12 .3 .两条对应关系(1)(频率相同)光照强度大一光子数目多一发射光电子多一光电流大；(2)光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大。4 .三个关系式爱因斯坦光电效应方程：Ek=hv-Woa(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek=eUc.(3)逸出功与极限频率的关系W. = hvc.题组突破1.(光电效应现象的理解)(多选)(2021滨州模拟)如图所示为研究光电效应的 实验装置，接线柱O固定在滑动变阻器电阻丝ab的中点，初始时，滑动触头P 位于滑动变阻器的中点位置。现用一束单色光照射光电管阴极，电流表有示数。 下列说法正确的是()A.滑动触头P向b端移动，电流表示数可能先变大后不变B.滑动触头P向a端移动，电流表示数不变C.若滑动触头P不动，仅增大入射光的强度，电流表的示数变大D.若滑动触头P不动，仅增大入射光的强度，电流表的示数不变AC 滑动触头P向b端移动时，光电管所加电压为正向电压且逐渐变大，则光电流逐渐变大，当达到饱和光电流时保持不变，则电流表示数先变大后不变，选项A正确；滑动触头尸向。端移动，光电管所加的是反向电压且逐渐变大， 则光电流逐渐减小，即电流表示数逐渐减小，选项B错误；若滑动触头P不动， 仅增大入射光的强度，则单位时间逸出的光电子数增加，则光电流变大，即电流 表的示数变大，选项C正确、D错误。2.(光电效应方程的应用X202L8省市模考江苏)我国中微子探测实验利用 光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极， 加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为v的光全 部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为唯，普朗克常 量为加 电子电荷量为e。(1)求光电子到达A时的最大动能Ekm。(2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A,求回 路的电流I。解析(1)根据光电效应方程可知hv - W09 = Ek0逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理有eU = E kmk0联立解得 Ekm = eU + hv - W0O设每秒钟到达K极的光子数量为n，则nhv = P设每秒钟逸出电子个数为a个，则a = N回路的电流I = q = ae联立得I=Nv。NhVe+hv-W, Q 蒜考点2光电效应图像由图线直接（间接）得到的图像名称图线形状最大初动能Ek与入射光 频率v的关系图线颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系颜色不同时，光电流与电 压的关系V物理量极限频率：图线与V轴交点的横坐标Vc逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W9 = 10|小步声弱为黄）也一黄光倒）二蓝光 q一一黄光阚E1= E普朗克常量：图线的斜 率k=h遏止电压Uc：图线与横 轴的交点饱和光电流Im：电流的 最大值最大初动能：E小=eUn.imc遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1=eUc1,E k2=eUc2上山0 U遏止电压Uc与入射光频 率V的关系图线0U.4P截止频率vc：图线与横 轴的交点遏止电压Uc：随入射光 频率的增大而增大 普朗克常量h:等于图 线的斜率与电子电荷量 的乘积，即h=ke（注：此 时两极之间接反向电压）典例（2021山东临沂模拟）图甲所示是研究光电效应的电路图（电源的正 负极可对调），图乙所示是光电流与电压的关系。根据图甲和图乙中提供的信息, 下列说法正确的是（）A.在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和 值B.在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越小C.蓝光比黄光的饱和电流大D.对一定颜色（频率）的光，光越强，遏止电压越高A 随着所加电压的增大，电流增大，当达到饱和电流后，再增加电压时电 流也不会增加，趋于一个饱和值，故A正确；由题图乙可知在光的颜色不变的 情况下，入射光越强，饱和电流越大，故B错误；由题图乙可知蓝光的饱和光 电流不一定比黄光大，故C错误；根据光电效应方程Ekm = hv - W0以及Ekm = eUc可得，遏止电压随入射光的频率增大而增大，与入射光的强度无关，即光的 频率不变，遏止电压不变，故D错误。.规律方法光电效应中有关图像问题的解题方法（1）明确图像中纵坐标和横坐标所表示的物理量。明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系，同时还要知道截距、 交点等特殊点的物理意义。跟进训练1 .在研究甲、乙两种金属发生光电效应现象的实验中，光电子的最大初动 能Ek与入射光频率v的关系如图所示，则下列说法正确的是（）甲 乙0sA.两条图线与横轴的夹角a和夕一定不相等B.若增大入射光频率V,则所需的遏止电压q将增大C.某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则不一定能使甲金属发生光 电效应D.若不改变入射光频率V,而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能 理将增大B 根据爰因斯坦光电效应方程Ek = hv- %可知方女-v图线的斜率k = h, 所以两条图线的斜率一定相等，两条图线与横轴的夹角a和夕一定相等，A项错 误；由Ek = - %可知，若增大入射光的频率v ,则产生的光电子的最大初动 能增大，由=”可知，所需的遏止电压q将增大，B项正确；Ek-v图线与 横轴的截距等于金属的逸出功%与普朗克常量力的比值（截止频率），由图像可 知甲的截止频率较小，因此某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定能 使甲金属发生光电效应，C项错误；根据光电效应规律，若不改变入射光频率v , 只增加入射光的强度，则光电子的最大初动能不变，D项错误。2 . （2020重庆市5月调研）在某次光电效应实验中，得到了入射光频率v与 遏止电压4的关系如图所示。该直线的斜率为肌 电子电荷量为e,则下列说法 正确的是（）A.实验所用金属材料的逸出功可表示为,B.普朗克常量可表示为keC.若换另外一种金属实验，则k会发生变化D.若换另外一种金属实验，则b不会发生变化A 由光电效应方程Ek = hv-W0,结合Ek = eUc可得入射光频率v与遏止 电压q的关系是v =牛+与"，式中叫为金属的逸出功，纵截距b = W，而斜 率k=e，则w0=hb=半,a项正确；普朗克常量可表示为h=e, B项错误；若 h 0 kk换另外一种金属实验，斜率k不变，C项错误；不同金属的逸出功不同，D项错 误。考点3光的波粒二象性物质波也可5二1 .对光的波粒二象性的理解(1)麦克斯韦的电磁理论揭示了光是一种电磁波；光电效应和康普顿效应反 映了光的粒子性。(2)理解光的波粒二象性时，不可把光当成宏观概念中的粒子、也不可把光 当成微观概念中的波。光的波动性与粒子性的统一遵从如下关系：光子的能量E = hv,光子的动 量 p=h。从频率上看：频率越低，则波动性越显著，越容易看到光的干涉和明显的 衍射现象；频率越高，则粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉 和明显的衍射现象。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 .粒子的波动性德布罗意提出物质波的观念被实验证实，表明电子、质子、原子等粒子不但 具有粒子的性质，而且具有波动的性质。运动的粒子都与一个对应的波相联系。 粒子的能量E和动量p跟它所对应的波的频率v和波长7之间遵从如下关系：v =E= P。题组突破1.(物质波)(2021浙江6月选考)已知普朗克常量h=6.63X10-34 Js 电子 的质量为9.11X10-31 kg。一个电子和一滴直径约为4 "m的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为（）A. 10 8 B. 106 C. 108 D. 1016利用,=和P =加。，得到P =产哂，由于德布罗意波长的公式为丸=h ,则电子=p油滴=12m油萨瓦油滴,由于两者的动能相等，且m油滴=4n停P工油滴P电子'2m电子Ek电子，" I，m电子m油滴_4,、1，则X 3.14 X(2X10- 6)3 X 0.8 X1039.11 X 10 - 313,数量级约为(10-6)3X103= 108。故选 C。10-312.（光的波粒二象性）用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认 为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明（）7个光子30001光子70 CW个光子A.光只有粒子性，没有波动性B.光只有波动性，没有粒子性C.少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D.少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性D 由题图可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。期直原子结构原子核走进教材夯实基础1回顾知识-激活技能梳理必备知识一、原子结构1 .电子的发现：英国物理学家说姆处发现了电子。2 .原子的核式结构(1)a粒子散射实验：19091911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行 了用a粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数a粒子穿过金箔后基本上仍沿 原来方向前进，但有极少数a粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°, 也就是说它们几乎被“撞”了回来。原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷 和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。二、氢原子光谱1 .光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长频率展开，获得光的波 长(频率)和强度分布的记录，即光谱。2 .光谱分类3 .氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长 公式:二/:一2, (n = 3,4,5,，R 是里德伯常量，R = 1.10X107 m-1)。三、氢原子的能级、能级公式1.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原 子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的 光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hv=Em -En。(h是普朗克常 量，h = 6.63X10-34 Js)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。 原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。2 .氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图所示(2)氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式：En=n12E 1(n = 1,2,3,)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1=-13.6 eV。氢原子的半径公式：rn=n2r 1(n = 1,2,3,)，其中r 1为基态半径，又称玻 尔半径，其数值为r 1 = 0.53 X10-10m。四、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素1原子核的组成原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。2天然放射现象放射性元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒耳发现。天然放射现象的 发现，说明原子核具有复杂的结构。3 .放射性同位素的应用与防护(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两类，放射性 同位素的化学性质相同。(2)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。4 .原子核的衰变(1)衰变：原子核自发地放出a粒子或p粒子，变成另一种原子核的变化称 为原子核的衰变。(2)分类a 衰变：aX-A-4Y+He 如：场U-231Th+2He；P 衰变：AXa_a1Y+坐 如：234Th-翎Pa+_0e。(3)半衰期：大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期 由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。五、核力和核能1 .核力原子核内部，核子间所特有的相互作用力。2 .核能(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损Am，其对应的能量AE = Amc2。(2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Am,吸收的能量为 AE = Amc2。六、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆、核反应方程1 .重核裂变定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较 小的原子核的过程。(2)典型的裂变反应方程：变 U+/一辑 Kr+喇 Ba+3an。(3)链式反应：重核裂变产生的史壬使核裂变反应一代接一代继续下去的过 程。(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应 的质量。(5)裂变的应用：原子弹、核反应堆。(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。2.轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在 高温下进行，因此又叫热核反应。(2)典型的聚变反应方程：1H+3H-4He+0n+l7.6 MeV。 激活基本技能一、易错易误辨析(正确的打“J”，错误的打“X”)(1)a、0、y三种射线中，a射线的电离作用最强。(J)半衰期与温度无关。(J)(3)如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。(X)(4)所有元素都可以发生衰变。(X)(5)核反应中质量数守恒，故没有质量亏损。(X)(6)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。(X)二、教材习题衍生1 .(粤教版选择性必修第三册P112T2改编)已知铋-210的半衰期是5.0天，8 g铋-210经20天后还剩下()A. 1g B. 0.2g C. 0.4 g D. 0.5 g20D 由公式加=为、）1'得加= 8x（2） 5 g = 0.5 g,D正确。2 .（人教版选择性必修第三册P117例题改编）已知中子的质量是mn= 1.674 9X10-27 kg,质子的质量是mp = 1.672 6X10-27 kg,氘核的质量是mD = 3.343 6X10-27 kg,则氘核的比结合能为（）A. 3.51X10-13 JB. 1.76 MeVC. 1.76X10-13 JD. 2.19 MeV答案C3.（鲁科版选择性必修第三册P116T2改编）关于核衰变和核反应的类型，下 列表述正确的是（）A. 238U-234Th+2He是人工核转变B. yN+yHe-17O+H 是 0 衰变C. 2H+3H-,He+0n是轻核聚变D. 32Se-36Kr+2e是重核裂变答案C细研考点突破题型更难解惑-直击尚号考点1玻尔理论和能级跃迁制:三透1 .对氢原子能级图的理解（1）能级图如图所示（2）能级图中相关量意义的说明相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态一一定态横线左端的数字“1,2,3,”表示量子数横线右端的数字“一13.6,-34,”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hv=Em -En2.两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级一低能级，释放能量，发出光子。A E E - E光子的频率v=下=一高«。(2)受激跃迁：低能级一高能级，吸收能量。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hv =A E。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2AE。大于电离能的光子被吸收，将原子电离。3 .谱线条数的确定方法(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 =C2=n(n2 D。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 反质子运动的正电子组成的，反质子和质子有相同的质量，带有等量异号电荷。 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()E/cV«0辜 -Q.8531.5123一4-lidA.反氢原子光谱与氢原子光谱不相同B. 一个处于=4能级的反氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射出6种 不同频率的光子C.基态反氢原子能吸收11 eV的光子而发生跃迁D.大量处=4能级的反氢原子向低能级跃迁时，有4种频率的辐射光子 能使逸出功为2.25 eV的钾发生光电效应D 因为反氢原子和氢原子有相同的能级分布，因此二者具有相同的光谱， A项错误；一个处于n = 4能级的反氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射出3 种不同频率的光子，如果是一群处于n = 4能级的反氢原子向低能级跃迁时，最 多可以辐射出6种不同频率的光子，B项错误；由低能级跃迁到高能级，吸收光 子的能量必须恰等于能级差，C项错误；大量处于n = 4能级的反氢原子向低能 级跃迁时，其中 =4能级、 =3能级、 =2能级跃迁到 =1能级以及 =4 能级跃迁到n = 2能级时，辐射出的光子的能量大于2.25 eV , D项正确。跟进训练L (氢原子能量问题)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV3.10 eV的光为可见光。要使处于基态( =1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子， 最少应给氢原子提供的能量为()1 -13,GA. 12.09 eV B. 10.20 eV C 1.89 eV D. 1.51 eVA 氢原子从第2能级向第1能级跃迁时放出的光子能量为-3.40 eV-(- 13.60 eV) = 10.20 eV从第3能级向第2能级跃迁时放出的光子能量为-1.51 eV -(-3.40 eV) = 1.89 eV ,所以至少要让氢原子激发到第3能级，因此最少应给氢 原子提供的能量为-1.51 eV - (- 13.60 eV) = 12.09 eV , A项正确。2.抗战疫情取得阶段性的胜利，2020年5月6日湖北省高三学生迎来了开 学，学校校门口都设有红外测温仪，其原理是：被测物体辐射的电磁波只有红外 线可被该测温仪捕捉，并转变成电信号。如图为氢原子能级示意图，已知红外线 单个光子能量的最大值为L62 eV,当大量处于第5能级的氢原子向较低能级跃 迁时，所辐射出的光子中能被红外测温仪捕捉到的光子频率种类有()8 0彳=糖3-1,512-3,40L13.60A. 1种B. 2种C. 3种D. 4种根据Q =字=10种知，大量处于n = 5的氢原子向低能级跃迁时， 2可能发出10种不同频率的可见光。根据能级的跃迁满足hv = Em- En ,得跃迁产 生的光子能量分别是 13.06 eV,12.75 eV,12.09 eV,10.2 eV,2.86 eV,2.55 eV,1.89eV,0.97 eV,0.66 eV,0.31 eV。由于红外线单个光子能量的最大值为1.62 eV，所以 能被红外测温仪捕捉的光子能量有0.97 eV,0.66 eV,0.31 eV ,共3种，故C正确，A、B、D 错误。考点2原子核的衰变和半衰期也二I1 .确定衰变次数的方法(1)设放射性元素AX经过n次a衰变和m次P衰变后，变成稳定的新元素以 Y,则表示该核反应的方程为AX-A'Y+n,He+m ye根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A= A '+4 nZ=A ' + 2 n m(2)因为p衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定a衰变的次数，然 后再根据衰变规律确定p衰变的次数。2 .衰变的实质a衰变：2个质子和2个中子能紧密地结合在一起作为一个整体从原子核中 抛出来，即 2H+20n-yHe。P衰变：核内的1个中子转化成1个质子和1个电子，电子发射到核外，即 0n-1H+ 0e。Y辐射：a衰变、p衰变产生的新核处于较高能级，不稳定，向低能级跃迁 时辐射出Y光子。3对半衰期的理解（1）半衰期是统计规律，描述的是大量原子核衰变的规律。（2）根据半衰期的概念，可总结出公式ttN:"原同，m余=m原日；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，/表示衰变时间，t表示半衰 期。（3）放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理 状态（如温度、压强）或化学状态（如单质、化合物）无关。题组突破3 .（原子核的衰变）目前，在居家装修中，经常用到花岗岩、大理石等装修 材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀、钍的花岗岩等 岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出a、p、y射 线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病，根据有关放射性知识可 知，下列说法正确的是（ ）A.铀核（238U）衰变为铅核（206Pb）的过程中，要经过8次a衰变和10次p衰 变B. Y射线一般伴随着a射线或p射线产生，在这三种射线中，Y射线的穿 透能力最强，电离能力最弱C.已知氡的半衰期为3.8天，若取1 g氡放在天平左盘上，砝码放于右盘， 左右两边恰好平衡，则7.6天后，需取走0.75 g砝码天平才能再次平衡D. P射线是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流B 根据质量数守恒和电荷数守恒，铀核,U）衰变为铅核（嘴Pb）的过程中， 设发生x次a衰变，y次0衰变，衰变方程为：噂U券Pb + 旬He +j_oe ,则:238 = 206 + 4”，解得x = 8,又92 = 82 + 8X2 -y,得y = 6,即要经过8次a衰变和6次0衰变，A错误；丫射线一般伴随a射线或P射线产生，三种射线中，Y射 线的穿透能力最强，电离能力最弱，B正确；氨的半衰期为3.8天，经7.6天后, 有0.75 g衰变成新核，并不是质量减小了 0.75 g，故取走0.75 g磋码天平不会平 衡，C错误；0射线是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的高速电子 流，D专酶。2 .（半衰期的理解与计算）（2021全国乙卷）医学治疗中常用放射性核素mln 产生Y射线，而1131n是由半衰期相对较长的ii3Sn衰变而成的。对于质量为加° 一 一一 . m ,_. .,_.的ii3Sn,经过时间/后剩余的ii3Sn质量为血，其;；-/图线如图所示。从图中可0以得到ii3Sn的半衰期为（）67.3 182.4 tlAA. 67.3 d B. 101.0 d C 115.1 d D. 124.9 dC 纵坐标由3变为3说明这2m0的113Sn中正好有一半的113Sn发生了衰变，经过的时间为一个半衰期，因此半衰期工=12-11 = 115.1 d,C正确。3 .（多选）（衰变中的动量守恒）静止的诅Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨 迹如图所示，大、小圆半径分别为RrR2。则下列关于此核衰变方程和两圆轨 迹半径比值的判断中正确的是（）A. 23iBi-241Po+jeB. 2yLBi-亚Tl+yHeC. R1 : R2 = 84 ： 1D. R1 ： R2 = 81 ： 2AC 若是a衰变，则新核和a粒子向相反的方向射出，偏转方向相反，做匀速圆周运动的轨迹圆外切，由题图知，此核衰变为0衰变，故A正确，B错mv误；由=加方可知r =踵，由动量守恒定律知，衰变后两粒子的动量mv大 小相同，所以R1 ： R2 = q2 ： q 1 = 84 ： 1 ,故C正确，D错误。考点3核反应方程与核能的计算也H1 .核反应方程的理解(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头“一” 连接并表示反应方向，不能用等号连接。(2)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质 量一般会发生变化。(3)核反应遵循电荷数守恒。(4)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(1H)、 中子(0n)、a粒子qHe)、0粒子(_0e)、正电子(0e)、氘核(12H)、氚核(祖)等。2 .核过程的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变a衰变自发赞U-Th+yHe0衰变自发231Th-231iPa+ 0e人工转变人工控制17iN+4He-gO+1H (卢瑟福发现质子)yHe+?Be«C+0n(查德威克发现中子)27Al+2的一州+0门30P-30Si+?e(约里奥.居里 夫妇发现放 射性同位素 及正电子)重核裂变比较容易进行人工控制变U+1n-144Ba+89Kr+30n235U+1n-136Xe+90Sr+1O0n轻核聚变除氢弹外无12H+3H-yHe+1n法控制3.核能的计算方法（1）利用质能方程计算核能根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损Am。根据爱因斯坦质能方程AE = Amc2计算核能。质能方程AE = Amc2中Am的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则AE的 单位为“J”。AE = Amc2中，若Am的单位用“u”，则可直接利用AE = Am X 931.5 MeV 计算AE,此时AE的单位为“MeV"，即1 u=1.660 6X10-27 kg,相当于931.5 MeV,这个结论可在计算中直接应用。（2）利用比结合能计算核能原子核的结合能=核子的比结合能X核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的 总结合能的差值，就是该核反应所释放（或吸收）的核能。题组突破1 .（四类核反应）（2021东城区模拟）下列核反应方程属于人工核转变的是 （）A. 2fNa-22Mg+ 0e8- 235U+1n一嘲Xe+34Sr+20nC. u>F+2He-20Ne+HD. 2H+1H - 4He+0nC A项是放射性元素释放一个P粒子而转变为另一种元素的过程，属于P 衰变，不符题意；B项属于重核裂变，不符合题意；C项是用快速粒子穿入原子 核的内部使原子核转变为另一种原子核的过程，是原子核的人工转变，符合题意； D项是由质量较小的原子，在一定条件下让两个原子核能够发生原子核互相聚合 作用，生成新的质量更大的原子核的过程，属于核聚变，不符合题意。故选C。2. （多选）（结合能与比结合能的理解）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（）比结合能/MeV孙津质量数°10 20 50 100 150 200 250A. yHe核的结合能约为14 MeVB. yHe核比gLi核更稳定C.两个2H核结合成4He核时释放能量D. 235U核中核子的平均结合能比36Kr核中的大BC 由题图可知，4He的比结合能为7 MeV ,因此它的结合能为7 MeV X 4=28 MeV , A项错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B项正确；两个比结合能小的2H核结合成比结合能大 的4He时，会释放能量，C项正确；由题图可知，黄U的比结合能（即平均结合能） 比32的小，D项错误。3.（质量亏损核能的计算）（2028全国卷H）氘核2H可通过一系列聚变反应 释放能量，其总效果可用反应式62H-24He+2H+20n+43.15 MeV表示。海水 中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0X1022个，若全都发生聚变反应， 其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃 烧释放的热量约为2.9X107 J,1 MeV=1.6X10-13 J,贝M约为（）A. 40 kg B. 100 kg C. 400 kg D. 1 000 kgC 结合核反应方程知，1 kg海水中的氘核全部发生聚变反应放出的能量E_