2019年高考物理 高頻考點(diǎn)解密 專(zhuān)題13 原子與原子核教學(xué)案.doc
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專(zhuān)題13 原子與原子核 核心考點(diǎn) 考綱要求 氫原子光譜 氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式 原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期 放射性同位素 核力、核反應(yīng)方程 結(jié)合能、質(zhì)量虧損 裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆 射線的危害和防護(hù) 光電效應(yīng) 愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 考點(diǎn)1 光電效應(yīng) 一、光電效應(yīng) 1．光電效應(yīng)現(xiàn)象 照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出。逸出的電子叫做光電子。 2．光電效應(yīng)的規(guī)律 （1）每種金屬都有一個(gè)發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率，稱(chēng)為截止頻率或極限頻率（νc）。 （2）入射光的頻率不變時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大。光電流的強(qiáng)度（單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)）與入射光的強(qiáng)度成正比。 （3）入射光的頻率不變時(shí)，存在一個(gè)使光電流減小到0的反向電壓，即遏止電壓（Uc）。表明光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。 （4）光照射到金屬表面時(shí)，光電子的逸出幾乎是瞬時(shí)的，精確測(cè)量為10–9 s。 3．愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 （1）光子說(shuō)：光由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成，頻率為ν的光的能量子為hν，即光子，其中h普朗克常量。 （2）愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hν–W0 其中Ek為光電子的最大初動(dòng)能，Ek=eUc=mev2，hν為入射光子的能量，W0為金屬的逸出功 4．愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程對(duì)光電效應(yīng)的解釋 （1）光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν有關(guān)，而與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。只有當(dāng)hν>W0時(shí)，才有光電子逸出，截止頻率νc= （2）電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，所以光電流幾乎在瞬間產(chǎn)生。 （3）對(duì)于頻率ν相同的光，光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和光電流較大。 二、光電效應(yīng)的圖象分析 1．光電流與電壓的關(guān)系圖象（I–U圖象） （1）電壓范圍足夠大時(shí)，電流的最大值為飽和光電流Im；圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)的絕對(duì)值為遏止電壓Uc；光電子的最大初動(dòng)能Ek=eUc （2）頻率相同的入射光，遏止電壓相同；飽和光電流與光照強(qiáng)度成正比。 （3）不同頻率的入射光，遏止電壓不同；入射光頻率越大，遏止電壓越大。 2．最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系圖象（Ek–ν圖象） （1）函數(shù)方程為Ek=hν–W0=hν–hνc （2）圖線斜率等于普朗克常量h；橫軸截距等于截止頻率vc；縱軸截距的絕對(duì)值E等于逸出功W0=hνc 3．遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系圖象（Uc–ν圖象） （1）函數(shù)方程為Uc=ν–=ν– （2）圖線斜率與電子電荷量的乘積等于普朗克常量h；橫軸截距等于截止頻率νc；縱軸截距的絕對(duì)值與電子電荷量的乘積等于逸出功。 （2018黑龍江省哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué)）用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，用某種頻率的單色光照射光電管的陰極K，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。那么 A．該單色光光的頻率一定小于陰極K的極限頻率 B．增加單色光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．若將變阻器滑片P向左滑動(dòng)，有可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) D．交換電源的正負(fù)極可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 【參考答案】CD 【試題解析】電流計(jì)G指針不偏轉(zhuǎn)，有可能是電流太小或者由于兩極板間電壓太大，光電子不能達(dá)到A板，故有可能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，即該單色光的頻率有可能大于陰極K的極限頻率，若將變阻器滑片P向左滑動(dòng)，電流增大，所以該情況下有可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A錯(cuò)誤C正確；如果是該單色光光的頻率小于陰極K的極限頻率，則不可能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，而增加單色光的強(qiáng)度只會(huì)增加光電子數(shù)目，仍舊不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，即不會(huì)使得電流計(jì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B錯(cuò)誤；若發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，則交換電源的正負(fù)極，則光電子受到電場(chǎng)加速，故可以使得電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，D正確。 1．（2018河南省鶴壁市）1916年，美國(guó)著名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家密立根，完全肯定了愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，并且測(cè)出了當(dāng)時(shí)最精確的普朗克常量h的值，從而贏得1923年度諾貝爾物理 （1）有些光譜是一條條的亮線（譜線），這樣的光譜叫做線狀譜。 （2）有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜。 3．光譜分析 （1）特征譜線：各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，原子只能發(fā)出幾種特定頻率的光。不同原子的亮線位置不同，說(shuō)明不同院子的發(fā)光頻率不一樣，這些亮線被稱(chēng)為原子的特征譜線。 （2）明線光譜，又叫發(fā)射光譜。物質(zhì)（原子）發(fā)光，特征譜線為亮線。 （3）暗線光譜，又叫吸收光譜。物質(zhì)（原子）吸收白光，特征譜線為暗線。 （4）光譜分析：每種原子都有自己的特征譜線，用特征譜線可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分。 二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1．1885年，巴耳末（J.J.Balmer）分析氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線，寫(xiě)出了表示譜線波長(zhǎng)關(guān)系的巴耳末公式。 2．巴耳末公式：=R(–)，n=3，4，5，…，其中R為里德伯常量，R=1.10107 m–1 3．由巴耳末公式確定的一組譜線稱(chēng)為巴耳末系。氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線的波長(zhǎng)也滿足與巴耳末公式類(lèi)似的關(guān)系式。 三、經(jīng)典理論解釋原子問(wèn)題的困難 1．原子的穩(wěn)定性 （1）經(jīng)典理論：核外電子在原子核庫(kù)侖引力的作用下繞核轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)，電子的動(dòng)能以電磁波的形式輻射出去，最終電子會(huì)落向原子核。 （2）實(shí)際現(xiàn)象：原子是個(gè)很穩(wěn)定的系統(tǒng)。 2．原子光譜的分立特征 （1）經(jīng)典理論：電子輻射電磁波的頻率就是電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率，電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率是連續(xù)變化的，則原子輻射的各種頻率的光，即原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的。 （2）實(shí)際現(xiàn)象：原子光譜是分立的線狀譜。 四、玻爾的原子模型 1．玻爾原子理論的基本假設(shè) （1）軌道量子化與定態(tài) 電子的軌道是量子化的。 當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量，即原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫做能級(jí)。原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱(chēng)為定態(tài)。 定態(tài)中能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。 通常用一個(gè)或幾個(gè)量子數(shù)來(lái)標(biāo)志各定態(tài)，如用n=1，2，3，…對(duì)應(yīng)的E1，E2，E3，…表示氫原子基態(tài)（n=1）和激發(fā)態(tài)（n=2，3，4，…）的能量值。 （2）頻率條件 當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道（Em）躍遷到能量較低的定態(tài)軌道（En，m>n）時(shí)，會(huì)放出能量為hν的光子，有hν=Em–En，其中h為普朗克常量。 2．氫原子的能級(jí) （1）氫原子的能級(jí) （2）氫原子的能級(jí)公式：En=E1（n=1，2，3，…），其中E1為基態(tài)能量，E1=–13.6 eV （3）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(chēng)玻爾半徑，r1=5.310–11 m 3．玻爾模型的意義與局限性 （1）意義：玻爾的原子理論第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。 （2）局限：對(duì)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的原子如氦原子的光譜現(xiàn)象，玻爾理論無(wú)法解釋。玻爾理論仍保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看作經(jīng)典力學(xué)中軌道運(yùn)動(dòng)。 （3）實(shí)際上，原子中電子的坐標(biāo)是概率的，其概率分布可通過(guò)電子云形象地表示出來(lái)。 五、能級(jí)躍遷 1．氫原子的能級(jí)躍遷 （1）低能級(jí)→高能級(jí) 吸收能量，原子能量變大；電子的軌道半徑變大，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能變大，電子動(dòng)能變小。 （2）高能級(jí)→低能級(jí) 放出能量，原子能量變小；電子的軌道半徑變小，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能變小，電子動(dòng)能變大。 2．電離 （1）定義：電子脫離原子核的束縛成為自由電子的過(guò)程叫做電離。 （2）電離態(tài)：n=∞，E=0 氫原子基態(tài)→電離態(tài)，吸收13.6 eV的電離能；激發(fā)態(tài)（En）→電離態(tài)：吸收En+13.6 eV的電離能。 如過(guò)原子吸收的能量足夠大，自由電子還將攜帶一部分動(dòng)能。 3．氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷發(fā)出的譜線數(shù) （1）一個(gè)氫原子從高能級(jí)（n）向各低能級(jí)躍遷發(fā)出的譜線最多有n–1條。 （2）一群氫原子從高能級(jí)（n）向各低能級(jí)躍遷發(fā)出的譜線最多有=條。 4．入射光子和入射電子的區(qū)別 （1）若入射光子使原子躍遷，則入射光子的能量一定等于原子的某兩個(gè)能級(jí)差，或大于等于原子的電離能。 （2）若入射電子使原子躍遷，則入射電子的能量只需要大于等于原子的某兩個(gè)能級(jí)差或電離能。如弗蘭克–赫茲實(shí)驗(yàn)中，汞原子的能量是量子化的，電子的動(dòng)能會(huì)被汞原子以4.9 eV的整數(shù)倍吸收。 （2018山東省濟(jì)南第一中學(xué)）氦原子被電離出一個(gè)核外電子，形成類(lèi)氫結(jié)構(gòu)的離子，其能能級(jí)示意圖如圖所示，當(dāng)分別用能量均為的電子和光子作用于處在基態(tài)的氦離子時(shí) A．當(dāng)用能量為光子作用于處在基態(tài)的氦離子時(shí)可能輻射能量為40.8 eV的光子 B．當(dāng)用能量為光子作用于處在基態(tài)的氦離子時(shí)一定不能輻射能量為40.8 eV的光子 C．當(dāng)用能量為電子作用于處在基態(tài)的氦離子時(shí)可能輻射能量為40.8 eV的光子 D．當(dāng)用能量為電子作用于處在基態(tài)的氦離子時(shí)一定不能輻射能量為40.8 eV的光子 【參考答案】BC 【試題解析】當(dāng)用能量為50 eV光子作用于處在基態(tài)的氦離子時(shí)，能量為–54.4+50.0 eV=–4.4 eV，不能躍遷，一定不能輻射能量為40.8 eV的光子，故A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)用能量為50 eV電子作用于處在基態(tài)的氦離子時(shí)，基態(tài)的氦離子吸收部分的電子能量，能躍遷到第二能級(jí)，可以輻射能量為40.8 eV的光子，故C正確，D錯(cuò)誤。 1．（2018內(nèi)蒙古集寧一中）圖甲為氫原子的能級(jí)圖，圖乙為某金屬在光的照射下，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象。若氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)放出的光子剛好使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，普朗克常數(shù)h=6.6310–34 Js，1 eV=1.610–19 J，則下列說(shuō)法正確的是 A．由乙圖知普朗克常量h=– B．乙圖中E=hν0=1.89 eV C．該金屬的極限頻率為5.41014 Hz D．用氫原子從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)釋放的光子去照射該金屬，打出光電子的最大初動(dòng)能為10.2 eV 【答案】B 考點(diǎn)3 原子核與放射性 一、原子核的組成 1．天然放射現(xiàn)象 （1）定義：元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象。1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝可勒爾首先發(fā)現(xiàn)。 （2）放射性和放射性元素 物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱(chēng)為放射性，具有放射性的元素稱(chēng)為放射性元素。 （3）意義：原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。 2．三種射線 名稱(chēng) 本質(zhì) 來(lái)源 速度 電離能力 穿透能力 α射線 氦核流 原子核 可達(dá)0.1c 強(qiáng) 較差，用紙即可擋住 β射線 高速電子流 中子→質(zhì)子+電子 可達(dá)0.99c 較弱 較強(qiáng)，穿透幾毫米厚的鋁板 γ射線 電磁波，波長(zhǎng) 小于0.1 nm 原子核能級(jí)躍遷 c 最小 最強(qiáng)，穿透幾厘米厚的鉛板 和幾十厘米厚的混凝土 3．原子核的組成 （1）質(zhì)子 1919年，盧瑟福用鐳放射出的α粒子轟擊氮原子核，從氮原子核中打出了質(zhì)子。 質(zhì)子用符號(hào)p（或）表示，帶正電，所帶電荷量大小等于元電荷。 （2）中子 盧瑟福通過(guò)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)猜想了中子的存在。1932年，查德威克實(shí)驗(yàn)證實(shí)。 中子用符號(hào)n表示，其質(zhì)量與質(zhì)子非常接近，不帶電。 （3）質(zhì)子和中子除了帶電的差異及質(zhì)量的微小差別外，其余性質(zhì)十分相似，都是原子核的組成部分，故統(tǒng)稱(chēng)為核子。 原子核用符號(hào)表示，X為元素符號(hào)，Z為原子核的電荷數(shù)（即原子序數(shù)）等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，A為原子核的質(zhì)量數(shù)等于核子數(shù)。 質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的原子核互稱(chēng)同位素。 ★特別提示： 原子核的電荷數(shù)不是它所帶的電荷量，質(zhì)量數(shù)也不是它的質(zhì)量。 二、放射性元素的衰變 1．原子核的衰變 （1）定義：原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱(chēng)為原子核的衰變。 （2）分類(lèi) α衰變：，如 衰變實(shí)質(zhì)是2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體從原子核中被拋射出來(lái)。 β衰變：，如 衰變實(shí)質(zhì)是原子核的中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子， （3）衰變時(shí)，原子核會(huì)從較高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，放出能量，能量以γ光子的形式輻射出來(lái)。所以γ射線經(jīng)常伴隨著α射線和β射線產(chǎn)生。當(dāng)放射性物質(zhì)（如）發(fā)生連續(xù)衰變時(shí)，原子核中既發(fā)生了α衰變，又發(fā)生了β衰變，同時(shí)伴隨著γ輻射，這時(shí)放射性物質(zhì)發(fā)出的射線中就會(huì)同時(shí)有α、β和γ三種射線。 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）原子核發(fā)生衰變是概率的，半衰期描述的是大量原子核發(fā)生衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 （3）元素的放射性與其存在于單質(zhì)或化合物中的狀態(tài)無(wú)關(guān)，不受溫度、外界壓強(qiáng)、元素的化學(xué)性質(zhì)影響。衰變的快慢（半衰期）也是由核內(nèi)部的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系。 （4）公式：質(zhì)量為m0的物質(zhì)（半衰期為T(mén)）經(jīng)過(guò)時(shí)間t后剩余未衰變物質(zhì)的質(zhì)量m=m0()t/T （5）應(yīng)用：碳14（）測(cè)年技術(shù)。 三、射線的探測(cè) 1．射線與物質(zhì)作用的現(xiàn)象 （1）射線粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過(guò)飽和蒸氣會(huì)產(chǎn)生液滴，過(guò)熱液體會(huì)產(chǎn)生氣泡。 （2）使照相乳膠感光。 （3）使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光。 2．威爾遜云室 （1）原理：云室內(nèi)充滿過(guò)飽和酒精蒸氣，射線使云室內(nèi)的空氣電離，過(guò)飽和酒精蒸氣以離子為核心凝結(jié)成霧滴，顯示出射線的徑跡。 （2）現(xiàn)象：α粒子的徑跡直而清晰，高速β粒子的徑跡又細(xì)又直，低速β粒子的徑跡又短又粗而且是彎曲的，在云室中一般看不到γ粒子的徑跡。 3．氣泡室 射線通過(guò)氣泡室中的液體時(shí)，使過(guò)熱液體沸騰產(chǎn)生氣泡，顯示出射線的徑跡。 4．蓋革 –米勒計(jì)數(shù)器 射線使計(jì)數(shù)管中的氣體電離，產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)中加速到達(dá)陽(yáng)極，正離子到達(dá)陰極，形成脈沖放電。 四、放射性的應(yīng)用與防護(hù) 1．原子核的人工轉(zhuǎn)變 用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過(guò)程。 （1）盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子： （2）查德威克發(fā)現(xiàn)中子： （3）約里奧–居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性和正電子： ， 2．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(lèi)。 （1）應(yīng)用：消除靜電、射線測(cè)厚、工業(yè)探傷、放射治療、培育優(yōu)種、放射殺菌、作示蹤原子等。 （2）防護(hù)：過(guò)量的射線對(duì)人體組織有破壞作用，生活環(huán)境中輻射的強(qiáng)度要控制在安全劑量以?xún)?nèi)。 （2018黑龍江省齊齊哈爾市）下列說(shuō)法中正確的是 A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，并發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象 B．對(duì)于ɑ射線、β射線、γ射線這三種射線而言，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量就越大 C．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子可以再分 D．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)表明，隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短方向移動(dòng) 【參考答案】D 【試題解析】貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性，由于天然放射性是原子發(fā)生變化而產(chǎn)生的，則說(shuō)明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，AC錯(cuò)誤；波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越小，根據(jù)可知能量越低，B錯(cuò)誤；黑體輻射的實(shí)驗(yàn)表明，隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短方向移動(dòng)，D正確。 1．（2018貴州省畢節(jié)市大方縣育德中學(xué)）在α粒子轟擊金箔的散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子可以表示為， 中的4和2分別表示 A．4為核子數(shù)，2為中子數(shù) B．4為質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，2為質(zhì)子數(shù) C．4為核外電子數(shù)，2為中子數(shù) D．4為中子數(shù)，2為質(zhì)子數(shù) 【答案】B 【解析】中的4為質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，即質(zhì)量數(shù)，2為質(zhì)子數(shù)或電荷數(shù)；故選B。 考點(diǎn)4 核力與結(jié)合能 一、核力 1．核力定義：把核子緊緊地束縛在原子核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核的力。 2．核力特點(diǎn)： （1）核力是強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)；在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多。 （2）核力是短程力，作用范圍的數(shù)量級(jí)為10–15 m；核力既能表現(xiàn)為引力，也能表現(xiàn)為斥力，引力束縛核子，斥力使核子不會(huì)融合在一起。 （3）每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱(chēng)為核力的飽和性。 3．原子核中質(zhì)子與中子的比例 自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，較重的原子核的中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素的中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相差越多。 原子核大到一定程度時(shí)，質(zhì)子間的距離較遠(yuǎn)，核力不足以平衡庫(kù)侖力；中子與其他核子間沒(méi)有庫(kù)侖斥力，但有相互吸引的核力，所以增加中子數(shù)有助于維系原子核的穩(wěn)定。 4．弱相互作用（弱力） （1）引起原子核β衰變，即引起中子–質(zhì)子轉(zhuǎn)變。 （2）短程力，作用范圍的數(shù)量級(jí)為10–18 m。 （3）作用強(qiáng)度：強(qiáng)力>電磁力>弱力>萬(wàn)有引力 二、結(jié)合能 1．結(jié)合能：核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為自由核子時(shí)吸收的能量，即核能。 類(lèi)比：基態(tài)氫原子的電子逸出原子所需要的電離能（13.6 eV）即基態(tài)氫原子的結(jié)合能。 組成原子核的核子越多，其結(jié)合能越高 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(chēng)做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。 （2）不同原子核的比結(jié)合能不同，比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。 （3）核能釋放的兩種途徑 由于中等大小的核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定。故核能釋放可以：①使較重的核分裂成中等大小的核，核子的比結(jié)合能增大；②使較輕的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能增大。 3．質(zhì)量虧損 （1）質(zhì)能方程：E=mc2，其中E為能量，m為質(zhì)量，c為真空中的光速 1原子質(zhì)量單位（1 u）相當(dāng)于931.5 MeV的能量。 （2）質(zhì)量虧損與核能 ①核子在結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損Δm，釋放能量ΔE=Δmc2 ②原子核分解成自由核子時(shí)要吸收一定的能量，質(zhì)量增加Δm，吸收的能量ΔE=Δmc2 （3）應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程 書(shū)寫(xiě)核反 應(yīng)方程式 → 計(jì)算質(zhì)量 虧損Δm → 利用ΔE=Δmc2 計(jì)算釋放的核能 三、核裂變 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(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過(guò)程。 （2）典型的裂變反應(yīng)方程： （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(guò)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)的最小體積及相應(yīng)的質(zhì)量。 2．核裂變的應(yīng)用：原子彈、核電站（核反應(yīng)堆）。 3．核電站 （1）核燃料：鈾棒（其中的） （2）慢化劑：使快中子減速成為慢中子（熱中子），被鈾核俘獲，發(fā)生核裂變。 常用慢化劑：石墨、重水、普通水（輕水）。 慢化劑的原子核質(zhì)量數(shù)應(yīng)較小，以使中子與其碰撞后有較好的減速效果。使用石墨作為慢化劑是因?yàn)槠洳晃罩凶?，重水中的氘不易吸收中子，普通水中的氫核容易吸收中子。在可以制造高濃度的核燃料后，慢化劑一般使用普通水? （3）控制棒：調(diào)節(jié)中子數(shù)目，控制反應(yīng)速度。 鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過(guò)于激烈時(shí)，將鎘棒插入深些，以多吸收中子，減緩鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度。 （4）防護(hù)層：很厚的水泥防護(hù)層。 （5）水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，同時(shí)冷卻反應(yīng)堆。 （6）反應(yīng)堆放出的熱使水變成水蒸氣，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。 四、核聚變 1．輕核聚變 （1）定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)。 （2）要使輕核發(fā)生聚變，必須把它們加熱到很高的溫度，使原子核具有足夠的動(dòng)能克服庫(kù)侖斥力。因此，聚變又叫熱核反應(yīng)。 （3）典型的聚變反應(yīng)方程： （4）恒星就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。 2．聚變與裂變相比的優(yōu)點(diǎn) （1）輕核聚變產(chǎn)能效率高。 （2）地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富。 （3）輕核聚變更為安全、清潔。實(shí)現(xiàn)核聚變需要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)即自動(dòng)終止。聚變反應(yīng)堆比裂變反應(yīng)堆生成的廢物數(shù)量少，容易處理。 3．受控?zé)岷朔磻?yīng) （1）產(chǎn)生高溫的兩種方案：磁約束和慣性約束。 （2）環(huán)流器（托卡馬克，tokamak） 利用帶電粒子在強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力約束反應(yīng)物的性能最好的裝置。能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng)，尚無(wú)法投入實(shí)用。 （2018四川省成都市第七中學(xué)）關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說(shuō)法正確的是 A．原子核的比結(jié)合能等于將其完全分解成自由核子所需能量的最小值 B．原子核衰變成α粒子和另一原子核，并釋放出能量，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定小于原來(lái)原子核的結(jié)合能 C．銫原子核()的結(jié)合能小于鉛原子核()的結(jié)合能 D．比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定 【參考答案】C 【試題解析】原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故A錯(cuò)誤；原子核衰變成粒子和另一原子核，要釋放能量，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來(lái)重核的結(jié)合能，故B錯(cuò)誤；銫原子核()的比結(jié)合能與鉛原子核()的比結(jié)合能差不多，而銫原子核()的核子小于鉛原子核()的核子，故銫原子核()的結(jié)合能小于鉛原子核()的結(jié)合能，故C正確；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故D錯(cuò)誤。 1．（2018廣東省七校聯(lián)合體）以下關(guān)于近代物理內(nèi)容的若干敘述正確的是 A．比結(jié)合能越小，表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定 B．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子既有能量，又有動(dòng)量 C．某原子經(jīng)過(guò)一次α衰變和兩次β衰變后，核內(nèi)中子數(shù)減少了6個(gè) D．普朗克把光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子，預(yù)言實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性 【答案】B 1．（2018天津卷）氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)有四條譜線，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)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．對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小 B．同一介質(zhì)對(duì)的折射率最大 C．同一介質(zhì)中的傳播速度最大 D．用照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則也一定能 【答案】A 【解析】根據(jù)分析前后能級(jí)差的大小；根據(jù)折射率與頻率的關(guān)系分析折射率的大??；根據(jù)判斷傳播速度的大??；根據(jù)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的條件是入射光的頻率大于該光的極限頻率判斷是否會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。波長(zhǎng)越大，頻率越小，故的頻率最小，根據(jù)可知對(duì)應(yīng)的能量最小，根據(jù)可知對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小，A正確；的頻率最小，同一介質(zhì)對(duì)應(yīng)的折射率最小，根據(jù)可知的傳播速度最大，BC錯(cuò)誤；的波長(zhǎng)小于的波長(zhǎng)，故的頻率大于的頻率，若用照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則不一定能，D錯(cuò)誤。 2．（2018天津卷）國(guó)家大科學(xué)過(guò)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．俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生并放出一個(gè)粒子 B．俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生并放出一個(gè)粒子 C．俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個(gè)粒子 D．俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個(gè)粒子 【答案】B 3．（2017新課標(biāo)全國(guó)Ⅲ卷）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下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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