第15章 第2讲 原子和原子核-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

高考总复习物理 第2讲 原子 知识整合 )》知识梳理《 知识点一，原子结构 1.原子的核式结构 (1)1909一1911年，英国物理学家 进行了α粒子散射实验，提出了原子核式 结构模型。 (2)a粒子散射实验的结果：绝大多数α 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向 前进，但有α粒子发生了大角度偏 转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就 270 是说，它们几乎被“撞了回来”，如图所示。 a粒子 α粒子散射实验的分析图 (3)原子的核式结构模型：原子中带正电 部分的体积，但几乎占有全部 电子在正电体的外面运动， 2.氢原子光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把物质发出 的光按波长展开，获得光的 (频率)和 强度分布的记录，即光谱。 (2)光谱分类 发射光谱 光谱 线状谱 原子的一谱线 光谱 (3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是 氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公 和原子核 基础落实 式=R-(分-是)(n=3,45,…,R是 里德伯常量，R。=1.10×10m1) (4)光谱分析：每种原子都有自己的 可以用来鉴别物质和确定物质的组成成 分，且灵敏度高，在发现和鉴别化学元素 时有着重大的意义。 3.玻尔理论 (1)定态：原子只能处于一系列 的 能量状态中，在这些能量状态中原子是 的，电子虽然绕核运动，但并不 向外辐射能量 (2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道（其 能量记为E)跃迁到能量较低的定态轨 道（能量记为Em,m<n)时，会放出能量 为hv的光子，这个光子的能量由前后两 个能级的能量差决定，即hy= (h 是普朗克常量，h=6.63×1034J·s). (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 ,因此电子可能在的 轨道也是 4.氢原子的能级图 El 0 -0.54 -0.85 -1.51 -3.4 -13.6 知识点二·天然放射现象和原子核 1.天然放射现象 (1)天然放射现象 放射性元素 地发出射线的现象叫作 天然放射现象，首先由 发现.天 然放射现象的发现，说明原子核具有复杂 的结构. (2)放射性同位素的应用与防护 ①放射性同位素：有 放射性同位 素和 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、做 篆 ③防护：防止放射性对人体组织的伤害. 2.原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成，质子和中 子统称为 质子带正电，中子不 带电， (2)基本关系 ①电荷数(Z)=质子数=元素的原子序 数=原子的 ②质量数(A)= =质子数十中 子数 (3)X元素的原子核的符号为2X,其中A 表示 ,Z表示电荷数， 3.原子核的衰变、半衰期 (1)原子核的衰变 ①原子核自发地放出α粒子或B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：2X→2Y十 第十五章近代物理 β衰变：2X→2+AY+ 当放射性物质连续发生衰变时，原子核中 有的发生α衰变，有的发生3衰变，同时 伴随着Y射线辐射. ③两个典型的衰变方程 a衰变：疆U→Th十2He B衰变：酚Th→Pa十-e (2)半衰期 ①定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间. ②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由 核 自身的因素决定的，跟原子所 处的化学状态和外部条件没有关系。 ③公式：N象=N服·(2)月 加余=原· () 271 4.核力和核能 (1)核力：原子核内部， 所特有的 相互作用力、 (2)核子在结合成原子核时出现质量亏损 △m,其对应的能量△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△，吸收的能量为 △E= 5.核裂变与核聚变 (1)核裂变 ①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： 2U十bn→器Kr+1Ba十36n. 高考总复习物理 ③链式反应：重核裂变产生的 使 (4)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就 核裂变反应一代接一代继续下去的过程。 是能量，它们之间可以相互转化 () ④临界体积和临界质量：核裂变物质能够 2.在物理学发展的进程中，人们通过对某些 发生 的最小体积及其相应的 重要物理实验的深入观察和研究，获得正 质量 确的理论认识.下列图示的实验中导致发 ⑤裂变的应用： 核反应堆 现原子具有核式结构的是 ⑥反应堆构造：核燃料、减速剂、 、防 紫外线灯 护层. 哈电烈 (2)核聚变 ①定义：两个轻核结合成 的核的 反应过程.核聚变反应必须在高温下进 B 行，因此又叫 金箱 荧光屏 ②典型的聚变反应方程： 以显微镜 接收 H+H→He+bn+17.6MeV 线圈 C D )》自我检测《 3.新一代“人造太阳”装置 中国环流器 272 1.判断下列说法的正误. 二号M装置(HL一2M)在成都建成并首 (1)氢的半衰期为3.8天，若取4个氢原 次实现利用核聚变放电.下列方程中，正 子核，经7.6天后就剩下一个原子核了. 确的核聚变反应方程是 () () A.H+H→He十dn (2)三种射线，按穿透能力由强到弱的排 列顺序是Y射线、B射线、a射线.() B.缀U→Th十4He (3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守 C.2U+bn→lBa十器Kr十3n 恒，同时遵循电荷数守恒。 D.He+3Al→P+2n 点拨学法 素养提开 命题点一 玻尔理论和能级跃迁（师生共研） 1.定态间的跃迁—满足能级差 出能量。 (1)从低能级(m)氏廷高能级(m)→吸收 hu=En一Em 能量. 2.电离 hv=En一Em. 电离态与电离能 (2)从高能级(m)跃年低能级(m）→放 电离态：n-o∞，E-0. 基态→电离态：E吸=0一（一13.6eV)= 13.6eV. 激发态→电离态：E吸=0一E=En: 若吸收能量足够大，克服电离能后，获得 自由的电子还具有动能。 例1(2024·江西)近年 来，江西省科学家发明硅 2.20eV 衬底氮化镓基系列发光 -E 二极管(LED),开创了国际上第三条 LED技术路线.某氮化镓基LED材料 的简化能级如图所示，若能级差为 2.20eV(约3.52×10-19J),普朗克常量 h=6.63×10-4J·s,则发光频率约为 () A.6.38×104HzB.5.67×104Hz C.5.31×101HzD.4.67×1014Hz 针对训练1“梦天号”实验舱携带世界首 套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对 提升我国导航定位、深空探测等技术具有 重要意义.如图所示为某原子钟工作的四 能级体系，原子吸收频率为的光子从基 态能级跃迁至激发态能级Ⅻ，然后自发辐射 出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能 级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下 能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐 命题点二 原子核的 1.衰变规律及实质 (1)a衰变和B衰变的比较 在变类型 a衰变 B衰变 衰变过程X→Y+HeX→zAY十-e 第十五章近代物理 射出频率为的光子回到基态该原子钟 产生的钟激光的频率2为 () 钟激光 A.b十h十g B.b十h一均 C.b一h十的 D.h一h一均 针对训练2)为了做好疫情防控工作，小 区物业利用红外测温仪对出人人员进 行体温检测.红外测温仪的原理是被测 物体辐射的光线只有红外线可被捕捉， 并转变成电信号.下图为氢原子能级示 意图，已知红外线单个光子能量的最大 值为1.62eV,要使氢原子辐射出的光 子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于 n=2激发态的氢原子提供的能量为 273 EleV 0.54 0.83 1.51 -3.40 -13.60 A.10.20eV B.2.89eV C.2.55eV D.1.89eV 衰变及半衰期（师生共研） (续表) 衰变类型 a衰变 B衰变 2个质子和2个 1个中子转化为 中子结合成一个 1个质子和1个 衰变实质 整体射出 电子 2H+2n→4He n→H+-9e 高考总复习物理 (续表) 衰变类型 a度变 B衰变 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 (2)Y射线：Y射线经常伴随着a衰变或3 衰变同时产生.其实质是放射性原子核在 发生α衰变或B衰变的过程中，产生的新 核由于具有过多的能量（原子核处于激发 态)而辐射出光子 2.确定衰变次数的方法 因为β衰变对质量数无影响，所以先由质 量数的改变确定α衰变的次数，然后再根 据衰变规律确定3衰变的次数。 274 3.半衰期 1)公试N=·(侵》产除振(》 (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是 由原子核内部自身因素决定的，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 4.衰变中的动量问题：满足动量守恒定律. 例2(2024·山东)2024年是中国航天大 年，“神舟十八号”“嫦娥六号”等已陆续飞 天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的 核电池.已知器Sr衰变为器Y的半衰期约 为29年；Pu衰变为鳗U的半衰期约为 87年.现用相同数目的器Sr和翻Pu各做 一块核电池，下列说法正确的是() A.期Sr衰变为8Y时产生a粒子 B.翻Pu衰变为酷U时产生3粒子 C.50年后，剩余的照Sr数目大于2强Pu的 数目 D.87年后，剩余的照Sr数目小于2强Pu的 数目 母训练3)（多选）活体生物由于需要呼 吸，其体内的“C含量大致不变，死后停 止呼吸，体内的“C含量开始减少.由于 碳元素在自然界的各个同位素的比例一 直都很稳定，人们可通过测定古木的“C 含量，来估计它的大概年龄，这种方法称 之为碳定年法.14C衰变为4N的半衰期 约为5730年，某古木样品中“C的比例 约为现代植物所制样品的二分之一.下列 说法正确的是 () A.该古木的年龄约为5730年 B.14C与4N具有相同的中子数 C.1C衰变为4N的过程中放出B射线 D.升高古木样品所处环境的温度将加 速1“C的衰变 母对训练4一个缆U原子核静止在磁感 应强度为B的匀强磁场中，当原子核发 生衰变后，它放出一个a粒子(He),其 速度方向与磁场方向垂直.关于a粒子与 衰变后的新核在磁场中做的圆周运动，下 列说法正确的是 ( A.运动半径之比是45：1 B.运动周期之比是1：117 C.动能总是大小相等 D.动量总是大小相等，方向相反 命题点三 核反应及 1.核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰a衰变 自发 被U→Th十He 变B衰变 自发 Th→Pa十9c N+He→gO+HH(卢 瑟福发现质子) He+Be→C+dn(查德 威克发现中子) 人工 人工转变 8Al+He→ 约里奥一 控制 P+in 居里夫妇 发现放射 性同位素， 8P→S+e 同时发现 正电子 比较容 U十n→%Ba十鬻K+ 易进行 36n 重核裂变 人工 U+n→题Xe+盟Sr十 控制 106n 很难 轻核聚变 H+H→He+n 控制 2.核反应方程式的书写 (1)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(H)、中子 (n)、a粒子(He)、B粒子(-9e)、正电子 (+e)、氘核(H)、氚核(H)等. (2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确 书写核反应方程或判断某个核反应方程 是否正确的依据，由于核反应不可逆，所 第十五章近代物理 核反应类型（师生共研） 以书写核反应方程式时只能用“→”表 示反应方向 (3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒 例3(2024·湖北)硼中子俘获疗法是目前治 疗癌症最先进的手段之一gB十bn→ X十Y是该疗法中一种核反应的方程， 其中X、Y代表两种不同的原子核，则 Aa=7,b=1 B.a=7,b=2 C.a=6,b=1 D.a=6,b=2 针对训练5在核反应堆中，翻U吸收一 个中子后生成翻Pu,翻Pu是重要的核燃 料，其衰变方程式为留Pu→U十 He十Y.下列说法正确的是 275 A.留Pu衰变过程是一个3衰变过程 B.绷Pu衰变过程质量数守恒，所以没有 核能量释放 C.Pu衰变过程中的Y光子是由U原 子核能级跃迁产生的 D.U吸收一个中子后生成Pu的核 反应过程是一个α衰变过程 母对训练6下列关于核反应的说法正确 的是 () A.Th→Pa十-9e是B衰变方程， 醱U→2Th+He是核裂变方程 B.U十n→错Ba十器Kr十3bn是核 裂变方程，也是氢弹的核反应方程 C.Th衰变为稀Rh,经过3次a衰变，2 次3衰变 D.铝核程A1被α粒子击中后产生的反应 生成物是磷核P,同时放出一个质子 高考总复习物理 命题点四 质量亏损及核能的计算（师生共研） 1.利用质能方程计算核能 煤燃烧释放的热量约为2.9×10J, (1)根据核反应方程，计算出核反应前与 1MeV=1.6×101sJ,则M约为() 核反应后的质量亏损△m. A.40 kg B.100 kg (2)根据爱因斯坦质能方程△E=△nc2计 C.400 kg D.1000kg 算核能 针对训练⑦太阳内部核反应的主要模式 ①△E=△mc2中，若△m的单位用“kg”, 之一是质子一质子循环，循环的结果可表 c的单位用“m/s”,则△E的单位为“J” 示为4H→He+29e+2v,已知1H和 ②△E=△mc2中，若△m的单位用“u”,则 He的质量分别为mp=1.0078u和 可直接利用△E=△m×931.5MeV/u计 m.=4.0026u,1u=931MeV/c2,c为光 算，此时△E的单位为“MeV”,即1u= 速.在4个1H转变成1个2He的过程中， 1.6606×10-7kg,相当于931.5MeV 释放的能量约为 ( 的能量，这个结论可在计算中直接应用. A.8 MeV B.16 MeV 2.利用比结合能计算核能 C.26 MeV D.52 MeV 276 原子核的结合能=核子的比结合能×核 对训练8)用粒子加速器加速后的质子 子数 轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为 核反应中反应前系统内所有原子核的总 8.919MeV的a粒子(He),其核反应方 结合能与反应后生成的所有新核的总结 程式为H+Li→He十He.已知质 合能之差，就是该核反应所释放（或吸收） 子质量为1.007825u,锂原子核的质量 的核能， 为7.016004u,a粒子的质量为 例4氘核H可通过一系列聚变反应释放 4.002603u,1u相当于931MeV.若核 能量，其总效果可用反应式6H◆ 反应释放的能量全部转化为α粒子的动 21He+2H+2n+43.15MeV表示.海 能，则入射质子的动能约为 ( ) 水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘 A.0.5 MeV B.8.4 MeV 核约为1.0×102个，若全都发生聚变反 C.8.9 MeV D.17.3 MeV 应，其释放的能量与质量为M的标准煤 完成课时达标：第十五章第2讲 燃烧时释放的热量相等：已知1kg标准 提不(2)对活塞受力分析有S十mg=S, 活塞上升过程中气体对外界做的功W= pS·0, 由题意可知气体内能的变化量△U= CAT-CTo 由热力学第一定律有△U=Q一W, 解得此过程中容器内气体吸收的热量 Q零+(+停 答累(1)号。(2+(+)停 [针对训练4幻D [针对训练5]解析(1)由题可知，根据玻意 耳定律可得AVA=psVB,解得阳=5o. (2)根据理想气体状态方程可知⑧V TB PeVc Tc' 解得Tc=1.9To (3)根据热力学第一定律可知U=W十Q, 其中Q=0,故气体内能增加△U=W. 答系(1)污加 (2)1.9T。(3)W [例4幻答案BC [针对训练6]BCD 第十五章近代物理 第1讲光电效应波粒二象性 知识整合·基础落实 [知识梳理] 知识点一 1.电子光电子2.大于或等于 3.(1)大于或等于(2)强度增大 :(4)正比 知识点二 1.hy2.最小值3.电子 4.(1)hy一W。(2)最大初动能 知识点三 1.(1)波动(2)粒子(3)波粒二象 2. 参考答案 [自我检测门 1.(1)×(2)/(3)×(4) 2.C3.B 点拨学法·素养提升 [例1]BD[针对训练1]A [针对训练2]C[例2]A [针对训练3]BD[针对训练4幻CD [例3]D[针对训练5]C [针对训练6]D 第2讲原子和原子核 知识整合·基础落实 [知识梳理] 知识点一 1.(1)卢瑟福(2)少数(3)很小质量 2.(1)波长 (2)连续吸收特征(4)特 征谱线 3.(1)不连续稳定 (2)Em一En(3)不 连续的 不连续的 知识点二 1.(1)自发贝克勒尔 (2)①天然 人工 ②示踪原子 2.(1)核子(2)①核外电子数②核子数 (3)质量数 3.(1)②He_9e(2)①半数 ②内部 4.(1)核子间(3)△mc2 5.(1)③中子④链式反应⑤原子弹 ⑥镉 棒(2)①质量较大热核反应 [自我检测门 1.(1)×(2)/ (3)/(4)X 2.D3.A 点拨学法·素养提升 [例1]C[针对训练1]D [针对训练2]C[例2]D [针对训练3]AC[针对训练4]A [例3]B[针对训练5]C [针对训练6]C[例4]C [针对训练7]C[针对训练8]A