2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 近代物理 第2講 原子與原子核學(xué)案

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1、 第2講　原子與原子核 【基礎(chǔ)梳理】 一、原子的核式結(jié)構(gòu) 1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)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(jìn)，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過了90°，有的甚至被撞了回來，如圖所示． 2．原子的核式結(jié)構(gòu)：在原子中心有一個(gè)很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)． 二、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(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量． 2．躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)

2、定態(tài)的能量差決定．即hν＝Em－En．(h是普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s) 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(yùn)動(dòng)相對(duì)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． 4．氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式 (1)氫原子的能級(jí)圖(如圖所示) (2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑 ①氫原子的能級(jí)公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6 eV. ②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10 m. 三、天然放射現(xiàn)象、原子核的組成

3、 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，首先由貝克勒爾發(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)放射性和放射性元素：物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素． (3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線． 2．原子核 (1)原子核的組成 ①原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子． ②原子核的核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)． (2)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)． 四、原子核的衰變和半衰期

4、 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變化稱為原子核的衰變． (2)分類：α衰變：X→Y＋He； β衰變：X→Y＋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(shí)間． (2)衰變規(guī)律：N＝N0、m＝m0． (3)影響因素：由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān)． 五、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損、核反應(yīng) 1．核力 (1)定義：原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力． (2)特點(diǎn)：①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)； ②核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)； ③每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用．

5、2．核能 (1)結(jié)合能：核子結(jié)合為原子核時(shí)放出的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能． (2)比結(jié)合能 ①定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能． ②特點(diǎn)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定． 3．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損 愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損．由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2． 4．獲得核能的途徑 (1)重核裂變； (2)輕核聚變． 5．核反應(yīng) (1)遵守的規(guī)律：電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒． (

6、2)反應(yīng)類型：衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變． 【自我診斷】 判一判 (1)原子的能量量子化現(xiàn)象是指原子在不同狀態(tài)中具有不同的能量．(　　) (2)熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光譜是連續(xù)光譜．(　　) (3)根據(jù)玻爾理論，氫原子的核外電子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，輻射一定頻率的光子，同時(shí)電子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減?。?　　) (4)假如有18個(gè)某種放射性元素的原子核，經(jīng)過一個(gè)半衰期，一定有9個(gè)原子核發(fā)生了衰變．(　　) (5)β衰變的電子來源于原子核外的電子．(　　) (6)高溫、高壓的情況下，原子核的半衰期將會(huì)變短．(　　) (7)愛因斯坦的質(zhì)能方程反映了物質(zhì)的質(zhì)量

7、就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化．(　　) 提示：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)× 做一做 (多選)(高考全國(guó)卷Ⅱ改編)在人類對(duì)微觀世界進(jìn)行探索的過程中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)起到了非常重要的作用．下列說法符合歷史事實(shí)的是(　　) A．密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出了基本電荷的數(shù)值 B．貝克勒爾通過對(duì)天然放射現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核 C．居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙(Po)和鐳(Ra)兩種新元素 D．湯姆遜通過陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成的，并測(cè)出了該粒子的比荷 提示：選ACD.密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了物體所帶的

8、電荷量都是某一值的整數(shù)倍，測(cè)出了基本電荷的數(shù)值，選項(xiàng)A正確；貝克勒爾通過對(duì)天然放射現(xiàn)象的研究，明確了原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；居里夫婦通過對(duì)含鈾物質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)了釙(Po)和鐳(Ra)，選項(xiàng)C正確；湯姆遜通過陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，說明了陰極射線是帶負(fù)電的粒子，并測(cè)出了粒子的比荷，選項(xiàng)D正確． 　玻爾理論和氫原子的光譜分析[學(xué)生用書P234] 【知識(shí)提煉】 1．能級(jí)圖中各物理量意義的說明 相關(guān)量 意義 能級(jí)圖中的橫線 表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài) 橫線左端的數(shù)字“1，2，3…” 表示量子數(shù) 橫線右端的數(shù)字 “－13.6，－3.4…” 表示氫原子的能

9、量 相鄰橫線間的距離 表示相鄰的能量差，量子數(shù)越大相鄰的能量差越小，距離越小 帶箭頭的豎線 表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子躍遷的條件為hν＝Em－En 2.原子躍遷的條件 (1)原子躍遷條件hν＝Em－En只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況． (2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV時(shí)，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能． (3)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)．由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等

10、于兩能級(jí)的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷． 3．躍遷中兩個(gè)易混問題 (1)一群原子和一個(gè)原子：氫原子核外只有一個(gè)電子，這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能的情況只有一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)了． (2)直接躍遷與間接躍遷：原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí)．有時(shí)可能是直接躍遷，有時(shí)可能是間接躍遷．兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的．直接躍遷時(shí)輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時(shí)輻射(或吸收)的所有光子的能量和． 【典題例析】 　(多選)如

11、圖所示是氫原子的能級(jí)圖，大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，一共可以輻射出6種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子，則(　　) A．6種光子中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是n＝4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的 B．6種光子中有2種屬于巴耳末系 C．使n＝4能級(jí)的氫原子電離至少要0.85 eV的能量 D．若從n＝2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng)，則從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)釋放的光子也一定能使該金屬板發(fā)生光電效應(yīng) [審題指導(dǎo)]　激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，能級(jí)差越大，發(fā)射光子的頻率越大；而巴耳末系是高能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)射的光子，可看

12、出有2種． [解析]　根據(jù)躍遷假說，在躍遷的過程中釋放光子的能量等于兩能級(jí)之差，故從n＝4躍遷到n＝3時(shí)釋放光子的能量最小，頻率最小，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，所以A錯(cuò)誤；由題意知6種光子中有2種屬于巴耳末系，它們分別是從n＝4躍遷到n＝2和從n＝3躍遷到n＝2時(shí)釋放的光子，故B正確；E4＝－0.85 eV，故n＝4能級(jí)的電離能等于0.85 eV，所以C正確；由題圖知，從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)釋放的光子的能量小于n＝2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放的光子的能量，所以D錯(cuò)誤． [答案]　BC 氫原子能級(jí)圖與原子躍遷問題的解答技巧 (1)能級(jí)之間躍遷時(shí)放出的光子頻率是不連續(xù)的． (2)能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出

13、(吸收)的光子頻率由hν＝Em－En求得．若求波長(zhǎng)可由公式c＝λν求得． (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)． (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(shí)求解：N＝C＝. ②利用能級(jí)圖求解：在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加．　 【遷移題組】 遷移1　對(duì)原子核式結(jié)構(gòu)的理解 1．(2015·高考安徽卷)如圖所示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運(yùn)動(dòng)軌跡，M、N、P、Q是軌跡上的四點(diǎn)，在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止．圖中所標(biāo)出的α粒子在各點(diǎn)處的加速度方向正確的是(　　) A．M點(diǎn)　　　

14、　　　　　 B．N點(diǎn) C．P點(diǎn) D．Q點(diǎn) 解析：選C.α粒子(氦原子核)和重金屬原子核都帶正電，互相排斥，加速度方向與α粒子所受斥力方向相同．帶電粒子加速度方向沿相應(yīng)點(diǎn)與重金屬原子核連線指向軌跡曲線的凹側(cè)，故只有選項(xiàng)C正確． 遷移2　對(duì)能級(jí)圖的理解和應(yīng)用 2．(多選)(高考山東卷)氫原子能級(jí)如圖，當(dāng)氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為656 nm.以下判斷正確的是(　　) A．氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)大于656 nm B．用波長(zhǎng)為325 nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級(jí) C．一群處于n＝3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多

15、產(chǎn)生3種譜線 D．用波長(zhǎng)為633 nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3的能級(jí) 解析：選CD.根據(jù)氫原子的能級(jí)圖和能級(jí)躍遷規(guī)律，當(dāng)氫原子從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)一定小于656 nm，因此A選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)發(fā)生躍遷只能吸收和輻射一定頻率的光子，可知B選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確；一群處于n＝3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可以產(chǎn)生3種頻率的光子，所以C選項(xiàng)正確． 　氫原子的能量及變化規(guī)律[學(xué)生用書P235] 【知識(shí)提煉】 氫原子躍遷時(shí)電子動(dòng)能、電勢(shì)能與原子能量的變化規(guī)律： 1．原子能量變化規(guī)律：En＝Ekn＋Epn＝，隨n增大而增大，隨n的減小而減小，其中E1＝－1

16、3.6 eV. 2．電子動(dòng)能變化規(guī)律 (1)從公式上判斷電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力提供向心力即k＝m，所以Ek＝，隨r增大而減?。? (2)從庫(kù)侖力做功上判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫(kù)侖引力做負(fù)功，故電子動(dòng)能減?。粗?，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，故電子的動(dòng)能增大． 3．原子的電勢(shì)能的變化規(guī)律 (1)通過庫(kù)侖力做功判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫(kù)侖引力做負(fù)功，原子的電勢(shì)能增大．反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，原子的電勢(shì)能減?。? (2)利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，原子能量增大，電子動(dòng)能減小，故原子的電勢(shì)能增大．反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，原子能量減小，電

17、子動(dòng)能增大，故原子的電勢(shì)能減?。? 【跟進(jìn)題組】 1．按照玻爾原子理論，氫原子中的電子離原子核越遠(yuǎn)，氫原子的能量________(選填“越大”或“越小”)．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1(E1<0)，電子質(zhì)量為m，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子被電離后，電子速度大小為________(普朗克常量為h)． 解析：電子離原子核越遠(yuǎn)電勢(shì)能越大，原子能量也就越大；根據(jù)動(dòng)能定理有，hν＋E1＝mv2，所以電離后電子速度為. 答案：越大　　 2．氫原子在基態(tài)時(shí)軌道半徑r1＝0.53×10－10 m，能量E1＝－13.6 eV，求氫原子處于基態(tài)時(shí)： (1)電子的動(dòng)能； (2)原子的電勢(shì)能；

18、 (3)用波長(zhǎng)是多少的光照射可使其電離？ 解析：(1)設(shè)處于基態(tài)的氫原子核外電子速度為v1，則： k＝. 所以電子動(dòng)能Ek1＝mv＝ ＝ eV＝13.6 eV. (2)因?yàn)镋1＝Ek1＋Ep1， 所以Ep1＝E1－Ek1＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV. (3)設(shè)用波長(zhǎng)為λ的光照射可使氫原子電離：＝0－E1. 所以λ＝－＝ m ＝9.14×10－8 m. 答案：(1)13.6 eV　(2)－27.2 eV (3)9.14×10－8 m 　原子核的衰變　半衰期[學(xué)生用書P236] 【知識(shí)提煉】 1．衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì) (1)兩種衰變的比較 衰變類型

19、 α衰變 β衰變 衰變方程 X→Y＋He X→Y＋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 質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒 (2)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．其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子． 2．半衰期 (1)公式：N余＝N原，m余＝m原. (2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)． 【典題例析】

20、 　(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

21、，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于衰變過程釋放能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，衰變過程有質(zhì)量虧損，因此D項(xiàng)錯(cuò)誤． [答案]　B 1．確定衰變次數(shù)的方法 (1)設(shè)放射性元素X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則表示該核反應(yīng)的方程為X→Y＋nHe＋me. 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程 A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.　 (2)確定衰變次數(shù)，因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無影響，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)． 2．對(duì)半衰期的兩點(diǎn)說明 (1)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式 N余＝N原，m余＝m原.式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)

22、量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，τ表示半衰期． (2)適用條件：半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對(duì)于一個(gè)特定的原子核，無法確定何時(shí)發(fā)生衰變． 【遷移題組】 遷移1　衰變射線的性質(zhì) 1．(2015·高考重慶卷)圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡，氣泡室中磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里．以下判斷可能正確的是(　　) A．a(chǎn)、b為β粒子的徑跡 B．a(chǎn)、b為γ粒子的徑跡 C．c、d為α粒子的徑跡 D．c、d為β粒子的徑跡 解析：選D.由于α粒子帶正電，β粒子帶負(fù)電，γ粒子不帶電，

23、據(jù)左手定則可判斷a、b可能為α粒子的徑跡，c、d可能為β粒子的徑跡，選項(xiàng)D正確． 遷移2　對(duì)半衰期的理解和應(yīng)用 2．碘131的半衰期約為8天，若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131，經(jīng)過32天后，該藥物中碘131的含量大約還有(　　) A.　　　　　　　　　 B． C. D． 解析：選C.經(jīng)過n個(gè)半衰期剩余碘131的含量m′＝m.因32天為碘131的4個(gè)半衰期，故剩余碘131的含量：m′＝m＝，選項(xiàng)C正確． 　核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程[學(xué)生用書P237] 【知識(shí)提煉】 1．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

24、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(shí)發(fā)現(xiàn)正電子) P→Si ＋e 重核裂變 比較容易進(jìn) 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 2.核反應(yīng)方程式的書寫 (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)．如質(zhì)子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等． (2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正

25、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)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒． 【跟進(jìn)題組】 1．(2016·高考全國(guó)卷Ⅱ)在下列描述核過程的方程中，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)新核的過程是α衰變，因此C項(xiàng)是

26、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 2．(1)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有________． A.U→Th＋He　　　　　　 是重核裂變 B.N＋He→O＋H 是輕核聚變 C.H＋H→He＋n 是α衰變 D.Se→Kr＋2e 是β衰變 (2)現(xiàn)有四個(gè)核反應(yīng)： A.H＋H→He＋n B.U＋n→X＋Kr＋3n C.Na→M

27、g＋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． ②B中X的質(zhì)量數(shù)為________，中子數(shù)為________． 解析：(1)A為α衰變，B為原子核的人工轉(zhuǎn)變，C為輕核聚變，D為β衰變，故D正確． (2)①D為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程；B是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程；A是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程． ②X的質(zhì)量數(shù)為：(235＋1)－(89＋3)＝144 X的質(zhì)子數(shù)為：92－36＝56 X的中子數(shù)為：144－56＝88. 答案：(1)D　(2)①D　B　A　②1

28、44　88 　核能的計(jì)算[學(xué)生用書P237] 【知識(shí)提煉】 1．應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖 (1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”． (2)根據(jù)ΔE＝Δm×931.5 MeV計(jì)算．因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”． 2．根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù)． 　利用質(zhì)能方程計(jì)算核能時(shí)，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算． 【跟進(jìn)題組】 1．(多選)(2017·高考江蘇卷)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示．根據(jù)該曲線，下列判

29、斷正確的有(　　) A.He核的結(jié)合能約為14 MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C．兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)釋放能量 D.U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大 解析：選BC.由題圖可知，He的比結(jié)合能約為7 MeV，其結(jié)合能應(yīng)為28 MeV，故A錯(cuò)誤；比結(jié)合能較大的核較穩(wěn)定，故B正確；比結(jié)合能較小的核結(jié)合成比結(jié)合能較大的核時(shí)釋放能量，故C正確；比結(jié)合能就是平均結(jié)合能，故由圖可知D錯(cuò)誤． 2．(2017·高考全國(guó)卷Ⅰ)大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電．氘核聚變反應(yīng)方程是：H＋H→He＋n.已知H的質(zhì)量為2.013 6 u,He的質(zhì)量為3.015 0

30、u，n的質(zhì)量為1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2.氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為(　　) A．3.7 MeV　　　　　　　 B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 解析：選B.氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，選項(xiàng)B正確． [學(xué)生用書P238] 1．(2017·高考上海卷)由放射性元素放出的氦核流被稱為(　　) A．陰極射線　　　　　　　 B．α射線 C．β射線 D．γ射線

31、 解析：選B.在天然放射現(xiàn)象中，放出α、β、γ三種射線，其中α射線屬于氦核流，選項(xiàng)B正確． 2．(2016·高考上海卷)研究放射性元素射線性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．兩塊平行放置的金屬板A、B分別與電源的兩極a、b連接，放射源發(fā)出的射線從其上方小孔向外射出．則(　　) A．a(chǎn)為電源正極，到達(dá)A板的為α射線 B．a(chǎn)為電源正極，到達(dá)A板的為β射線 C．a(chǎn)為電源負(fù)極，到達(dá)A板的為α射線 D．a(chǎn)為電源負(fù)極，到達(dá)A板的為β射線 解析：選B.從題圖可以看出，到達(dá)兩極板的粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，到達(dá)A極板的粒子在初速度方向的位移小于到達(dá)B板的粒子在初速度方向的位移，粒子在初速度方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則

32、根據(jù)公式x＝v0t＝v0，兩個(gè)粒子初速度v0相差不大，兩極板間電壓U相同，放射源與兩極板的距離也相同，而電子的小得多，所以電子在初速度方向的位移小，故達(dá)到A極板的是β射線，A極板帶正電，a為電源的正極，故選項(xiàng)B正確． 3．(多選)如圖為氫原子的能級(jí)示意圖，則下列對(duì)氫原子躍遷的理解正確的是(　　) A．由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出來的光子一定不能使逸出功為3.34 eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng) B．大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)，向外輻射6種不同頻率的光子 C．大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)，用發(fā)出的光照射逸出功為3.34 eV的金屬，從金屬表面逸出的光電子的最

33、大初動(dòng)能為8.75 eV D．如果用光子能量為10.3 eV的光照射處于n＝1能級(jí)的氫原子，則該能級(jí)的氫原子能夠躍遷到較高能級(jí) 解析：選BC.氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子的能量等于前后兩個(gè)能級(jí)之差，當(dāng)氫原子從高能級(jí)躍遷到基態(tài)時(shí)放出的光子的能量最小值為－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，大于3.34 eV，所以一定能使逸出功為3.34 eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)，A錯(cuò)誤；大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，輻射光子的種類為C＝＝6，B正確；大量處于n＝3能級(jí)的氫原子向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)，輻射出的光子能量最大為－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，

34、用此光子照射逸出功為3.34 eV的金屬，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得該金屬的最大初動(dòng)能為12.09 eV－3.34 eV＝8.75 eV，C正確；當(dāng)氫原子由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子吸收的光子能量一定等于兩能級(jí)之間的能量差，而由氫原子的能級(jí)圖可知任何兩能級(jí)間的能量差都不等于10.3 eV，因此不能使n＝1能級(jí)的氫原子躍遷到較高的能級(jí)，D錯(cuò)誤． 4．(1)Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變，變成Pb(鉛)．以下說法中錯(cuò)誤的是(　　) A．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子 B．鉛核比釷核少16個(gè)中子 C．共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變 D．共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變 (2)約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)

35、人工放射性元素而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時(shí)放出另一種粒子，這種粒子是________． 解析：(1)設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得232＝208＋4x，90＝82＋2x－y，解得x＝6，y＝4，C錯(cuò)誤，D正確；鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90，故A正確；鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142，故B正確． (2)寫出衰變方程P→Si＋e，故這種粒子為e(正電子)． 答案：見解析 　[學(xué)生用書P355(單獨(dú)成冊(cè))] (建議用時(shí)：60分鐘) 一、單項(xiàng)選擇題 1．(2017·高考上海卷)在同位素氫、氘、氚的核內(nèi)具

36、有相同的(　　) A．核子數(shù)　　　　　　　　 B．電子數(shù) C．中子數(shù) D．質(zhì)子數(shù) 解析：選D.同位素是指在原子核中的質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的元素，故氫、氘、氚的核內(nèi)具有相同的質(zhì)子數(shù)，D項(xiàng)正確． 2．如圖，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下列說法正確的是(　　) A．①表示γ射線，③表示α射線 B．②表示β射線，③表示α射線 C．④表示α射線，⑤表示γ射線 D．⑤表示β射線，⑥表示α射線 解析：選C.γ射線為電磁波，在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中均不偏轉(zhuǎn)，故②和⑤表示γ射線，A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；α射線中的α粒子為氦的原子核，帶正電，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，

37、沿電場(chǎng)方向偏轉(zhuǎn)，故③表示α射線，由左手定則可知在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中α射線向左偏，故④表示α射線，C項(xiàng)正確． 3．(2015·高考天津卷)物理學(xué)重視邏輯，崇尚理性，其理論總是建立在對(duì)事實(shí)觀察的基礎(chǔ)上．下列說法正確的是(　　) A．天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的 B．電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子具有核式結(jié)構(gòu) C．α粒子散射實(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的 D．密立根油滴實(shí)驗(yàn)表明核外電子的軌道是不連續(xù)的 解析：選A.天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，人們認(rèn)識(shí)原子核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從天然放射現(xiàn)象開始的，選項(xiàng)A正確；電子的發(fā)現(xiàn)說明了原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由α粒子散射實(shí)

38、驗(yàn)建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；密立根油滴實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)所帶電荷量是量子化的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 4．(2018·三明模擬)按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上，已知ra>rb，則在此過程中(　　) A．原子要發(fā)出某一頻率的光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能減小，原子的能量也減小 B．原子要吸收某一頻率的光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能減小，原子的能量也減小 C．原子要發(fā)出一系列頻率的光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能減小，原子的能量也減小 D．原子要吸收一系列頻率的光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能增大，原子的能量也增大

39、解析：選A.由玻爾氫原子理論知，電子軌道半徑越大，原子能量越大，當(dāng)電子從ra躍遷到rb時(shí)，原子能量減小，放出光子；在電子躍遷過程中，庫(kù)侖力做正功，原子的電勢(shì)能減小；由庫(kù)侖力提供電子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即＝，r減小，電子速度增大，動(dòng)能增大，綜上所述可知A正確． 5．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＋m

40、2－m3)c2，選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤． 6．(2018·江蘇清江中學(xué)高三模擬)如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，當(dāng)氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，輻射出光子a；當(dāng)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，輻射出光子b，則下列說法中正確的是(　　) A．光子a的能量大于光子b的能量 B．光子a的波長(zhǎng)小于光子b的波長(zhǎng) C．b光比a光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象 D．在同種介質(zhì)中，a光子的傳播速度大于b光子的傳播速度 解析：選D.氫原子從n＝4的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)的能級(jí)差小于從n＝3的能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)的能級(jí)差，根據(jù)Em－En＝hν，知光子a的能量小于光子b的能量，故A錯(cuò)誤；光子a的

41、頻率小于光子b的頻率，所以b的頻率大，波長(zhǎng)小，所以a光更容易發(fā)生衍射，故B、C錯(cuò)誤；光子a的頻率小，則折射率小，根據(jù)v＝知，光子a在介質(zhì)中的傳播速度大于光子b在介質(zhì)中的傳播速度，故D正確． 二、多項(xiàng)選擇題 7．(2015·高考廣東卷)科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)方程分別為：X＋Y→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→He＋X＋17.6 MeV，下列表述正確的有(　　) A．X是中子 B．Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6 C．兩個(gè)核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損 D．氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng) 解析：選AD.核反應(yīng)方程遵守核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，則由H＋H→He＋X＋

42、17.6 MeV知 X為n，由X＋Y→He＋H＋4.9 MeV知Y為L(zhǎng)i，其中Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)也是3，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；兩個(gè)核反應(yīng)都釋放出核能，故都有質(zhì)量虧損，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；X＋Y→He＋H＋4.9 MeV是原子核的人工轉(zhuǎn)變，H＋H→He＋n＋17.6 MeV為輕核聚變，選項(xiàng)D正確． 8．能源是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一．下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有(　　) A.H＋H→He＋n是核聚變反應(yīng) B.H＋H→He＋n是β衰變 C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂變反應(yīng) D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰變 解析：選AC.β衰變時(shí)釋放出電子(e)，α

43、衰變時(shí)釋放出氦原子核(He)，可知選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；選項(xiàng)A中一個(gè)氚核和一個(gè)氘核結(jié)合成一個(gè)氦核并釋放出一個(gè)中子是典型的核聚變反應(yīng)；選項(xiàng)C中一個(gè)U235原子核吸收一個(gè)中子，生成一個(gè)Ba原子核和一個(gè)Kr原子核并釋放出三個(gè)中子是典型的核裂變反應(yīng)，故選項(xiàng)A、C正確． 9．(2016·高考全國(guó)卷Ⅲ改編)一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0×107 m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si，下列說法正確的是(　　) A．核反應(yīng)方程為p＋Al―→Si B．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒 C．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒 D．核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和 解析：選AB.核

44、反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，A項(xiàng)正確；微觀粒子相互作用過程中，滿足動(dòng)量守恒定律，B項(xiàng)正確；題述核反應(yīng)過程屬于“二合一”形式的完全非彈性碰撞，機(jī)械能有損失，但對(duì)于封閉的系統(tǒng)，能量仍然守恒，C項(xiàng)錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程中的機(jī)械能有損失，故存在質(zhì)量虧損現(xiàn)象，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 10．(2018·東北三校聯(lián)考)如圖所示，氫原子可在下列各能級(jí)間發(fā)生躍遷，設(shè)從n＝4到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ1，從n＝4到n＝2能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ2，從n＝2到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ3，則下列關(guān)系式中正確的是(　　) A．λ1<λ3 B．λ3<λ2 C．λ3>λ2 D．＝＋ 解析：選AB.已知從

45、n＝4到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ1，從n＝4到n＝2能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ2，從n＝2到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ3，則λ1、λ2、λ3的關(guān)系為h>h>h，即>，λ1<λ3，>，λ3<λ2，又h＝h＋h，即＝＋，則＝－，即正確選項(xiàng)為A、B. 三、非選擇題 11．(2018·石家莊模擬)實(shí)驗(yàn)室考查氫原子躍遷時(shí)的微觀效應(yīng)．已知?dú)湓幽芗?jí)圖如圖所示，氫原子質(zhì)量為mH＝1.67×10－27 kg.設(shè)原來處于靜止?fàn)顟B(tài)的大量激發(fā)態(tài)氫原子處于n＝5的能級(jí)狀態(tài)． (1)求氫原子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)射出多少種不同頻率的光； (2)若躍遷后光子沿某一方向飛出，且光子的動(dòng)量可

46、以用p＝表示(h為普朗克常量，ν為光子頻率，c為真空中光速)，求發(fā)生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率．(保留三位有效數(shù)字) 解析：(1)不同頻率的光的種類為 N＝C＝＝10(種)． (2)由動(dòng)量守恒 mHvH＝p光子＝知： 當(dāng)ν最大時(shí)，反沖速率vH最大 又hν＝E5－E1＝－0.54 eV－(－13.6)eV＝13.06 eV ＝2.090×10－18 J 故vH＝＝ m/s＝4.17 m/s. 答案：(1)10種　(2)4.17 m/s 12．海水中含有豐富的氘，完全可充當(dāng)未來的主要能源．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)

47、量為3.015 0 u，中子的質(zhì)量為1.008 7 u．(1 u＝931.5 MeV)，求： (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，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)量虧損為Δm＝2mH－mHe－mn， 由ΔE＝Δmc2可知釋放的核能： ΔE＝(2mH－mHe－mn)c2＝2.14 MeV. (3)把兩個(gè)氘核作為一個(gè)系統(tǒng)，碰撞過程系統(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，即mHevHe＋mnvn＝0；反應(yīng)前后系統(tǒng)的總能量守恒，即mHev＋mnv＝ΔE＋2EkH，又因?yàn)閙He∶mn＝3∶1，所以vHe∶vn＝1∶3，由以上各式代入已知數(shù)據(jù)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 17