解密13-?一原3核

事導逐龍考學

核心考點考綱要求

氫原子光譜I

氫原子的能級結構、能級公式I

原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期I

放射性同位素1

核力、核反應方程I

結合能、質量虧損I

裂變反應和聚變反應、裂變反應堆1

射線的危害和防護1

光電效應I

愛因斯坦光電效應方程I

修網珞如敘學

'光是一種概率波

光的波動性

物質波：2=-

P

‘光電效應的實驗規律

愛因斯坦光電效應方程：E=hv-W

波粒二象性，a

光的粒子性康普頓效應

光子的動量：V

能量量子化：能量子￡=機

[a粒子散射實驗

原子核式結構模型原子的核式結構

原子核的電荷和尺度

「基本假設

L1L

波粒二象性原原子結構?玻爾原子模型耳,==耳

能級n

子結構原子核1

能級圖

連續譜

光譜

氫原子光譜線狀譜

實驗規律

.三種射線

天然放射現象

、半衰期

質子

組成

原子核的組成中字

原子核〔半衰期

‘衰變

人工轉變

核反應＜裂變

聚變

核力和結合能

“斛密考點凄

考支1%電政危

名/外備和械

一、光電效應

1.光電效應現象

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.光電效應的規律

（1）每種金屬都有一個發生光電效應的最小頻率，稱為截止頻率或極限頻率（%）。

（2）入射光的頻率不變時，入射光越強，飽和光電流越大。光電流的強度（單位時間內發射的光電子

數）與入射光的強度成正比。

（3）入射光的頻率不變時，存在一個使光電流減小到0的反向電壓，即遏止電壓（&）。表明光電子

的能量只與入射光的頻率有關，而與入射光的強度無關。

（4）光照射到金屬表面時，光電子的逸出幾乎是瞬時的，精確測量為l&9s。

3.愛因斯坦光電效應方程

（1）光子說：光由一個個不可分割的能量子組成，頻率為v的光的能量子為加，即光子，其中〃普朗

克常量。

（2）愛因斯坦光電效應方程：Ek=hv-Wn

其中反為光電子的最大初動能，Ek=eUc=L〃kv2,的為入射光子的能量，Wo為金屬的逸出功

2

4.愛因斯坦光電效應方程對光電效應的解釋

（1）光電子的最大初動能反與入射光的頻率v有關，而與光的強弱無關。只有當6>Wo時，才有光電

子逸出，截止頻率

h

（2）電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，所以光電流幾乎在瞬間產生。

（3）對于頻率v相同的光，光較強時，包含的光子數較多，照射金屬時產生的光電子較多，因而飽和

光電流較大。

二、光電效應的圖象分析

1.光電流與電壓的關系圖象（/-U圖象）

（1）電壓范圍足夠大時，電流的最大值為飽和光電流小；圖線與橫軸交點的橫坐標的絕對值為遏止電

壓以；光電子的最大初動能

（2）頻率相同的入射光，遏止電壓相同；飽和光電流與光照強度成正比。

（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.最大初動能與入射光頻率的關系圖象（反?圖象）

(1)函數方程為Ek-hv-Wn=hv-hvc

（2）圖線斜率等于普朗克常量自橫軸截距等于截止頻率先;縱軸截距的絕對值E等于逸出功Wo=6c

3.遏止電壓與入射光頻率的關系圖象（Ucf圖象）

（1）函數方程為以=或V-%

eeee

（2）圖線斜率與電子電荷量的乘積等于普朗克常量力；橫軸截距等于截止頻率％;縱軸截距的絕對值

與電子電荷量的乘積等于逸出功。

（2020?通榆縣第一中學校高三月考）如圖所示是某種金屬發生光電效應時，光電子的最大初動能與與

入射光頻率的關系圖線，。、人均為已知量（。＞0力＞0）。由圖線可知（）

A.該金屬的逸出功叱）=。

B.斜率表示普朗克常量的倒數

C.圖中〃與人的值與入射光的強度、頻率均有關

D.若入射光頻率為％,則光電子的最大初動能為3a

【答案】A

【分析】

由愛因斯坦光電效應方程線=hu-W.去分析圖像中所包含對解題有用的物理信息。

【詳解】

A.根據愛因斯坦光電效應方程知

Ek=hu-WQ

由圖可得，當u=0時

一。=0—%

所以

wo=a

選項A正確；

B.根據愛因斯坦光電效應方程

Ek=hu-W0

任何一種金屬的逸出功嗎一定，說明耳隨頻率。的變化而變化，且成線性關系（與y=H+c類似），

直線的斜率表示普朗克常量，選項B錯誤：

C.根據A的分析可以知道，。等于金屬的逸出功，所以圖中。與〃的值與入射光的強度、頻率均無關,

選項C錯誤；

D.根據愛因斯坦光電效應方程

耳=柘一%

若入射光頻率為3A,則光電子的最大初動能為2。，選項D借誤。

故選A。

//眼蹤秣句

1.（2020?金昌市第一中學高三月考）如圖所示為用光電管研究光電效應實驗的電路圖，現用頻率為巧的

光照射陰極K,電流表中有電流通過，電路中的滑動變阻器的滑動觸頭為P。下列說法正確的是（）

A.當P移動到。端時，電流表中一定無電流通過

B.P向8端滑動的過程，電流表示數可能不變

C.改用頻率小于v,的光照射，電流表中一定有電流通過

D.改用頻率大于v,的光照射，電流表中可能無電流通過

【答案】B

【詳解】

A.當P移動到a端時，由光電效應，仍然有光電流產生，電流表中仍有電流通過，A錯誤；

B.滑動觸頭向b端滑動的過程，陽極A吸收光電子的能力增強，光電流會增大，當射出的所有光電子

都能到達陽極4時，光電流達到最大，即飽和電流，若在滑動P前，光電流已經達到飽和，則尸向b端

滑動的過程中，電流表示數不變，B正確；

C.因為不知道陰極K的截止頻率，所以改用頻率小于片的光照射時，不一定能發生光電效應，電流表

中不一定有電流通過，C錯誤;

D.改用頻率大于匕的光照射時，依然能夠發生光電效應，電流表中一定有電流通過，D錯誤。

故選Bo

考點2被爾的原8模逐

名/於備和鍥

一、光譜

i.光譜

用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。

2.光譜分類

(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譜。

3.光譜分析

(1)特征譜線：各種原子的發射光譜都是線狀譜，原子只能發出兒種特定頻率的光。不同原子的亮線

位置不同，說明不同院子的發光頻率不一樣，這些亮線被稱為原子的特征譜線。

(2)明線光譜，又叫發射光譜。物質(原子)發光，特征譜線為亮線。

(3)暗線光譜，又叫吸收光譜。物質(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和確定物質的組成成分。

二、氫原子光譜的實驗規律

1.1885年，巴耳末(J.J.Balmer)分析氫原子光譜在可見光區的四條譜線，寫出了表示譜線波長關系

的巴耳末公式。

2.巴耳末公式：—--v)>〃=3,4,5,其中R為里德伯常量，7?=1.10xl07m1

222n2

3.由巴耳末公式確定的一組譜線稱為巴耳末系。氫光譜在紅外和紫外光區的其他譜線的波長也滿足與

巴耳末公式類似的關系式。

三、經典理論解釋原子問題的困難

1.原子的穩定性

(1)經典理論：核外電子在原子核庫侖引力的作用下繞核轉動，會產生變化的電磁場，電子的動能以

電磁波的形式輻射出去，最終電子會落向原子核。

(2)實際現象：原子是個很穩定的系統。

2.原子光譜的分立特征

(1)經典理論：電子輻射電磁波的頻率就是電子繞原子核轉動的頻率，電子繞核轉動的頻率是連續變

化的，則原子輻射的各種頻率的光，即原子光譜應該是連續的。

(2)實際現象：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

(1)軌道量子化與定態

電子的軌道是量子化的。

當電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態，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。原子中這些具有確定能量的穩定狀態，稱為定態。

定態中能量最低的狀態叫做基態，其他狀態叫做激發態。

通常用一個或兒個量子數來標志各定態，如用〃=1,2,3,…對應的屈，Ei,E3,…表示氫原子基態(〃=1)

和激發態(w=2,3,4,...)的能量值。

(2)頻率條件

當電子從能量較高的定態軌道(EG躍遷到能量較低的定態軌道(E“，心〃)時，會放出能量為加的

光子，有其中”為普朗克常量。

2.氫原子的能級

(1)氫原子的能級

〃

8E/eV

5

4E-0.54

3-0.85

-1.51

2-r---yyiTT-------------------------3.40

1-----------------------------------13.6

(2)氫原子的能級公式：E后上Ei(n=l,2,3,…)，其中Ei為基態能量,Ei=-13.6eV

n~

(3)氫原子的半徑公式：%=〃2rl(”=1,2,3,…)，其中八為基態半徑，又稱玻爾半徑，n=5.3x10um

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域，提出了定態和躍遷的概念，成功地解釋

了氫原子光譜的實驗規律。

(2)局限：對稍微復雜一點的原子如氨原子的光譜現象，玻爾理論無法解釋。玻爾理論仍保留了經典

粒子的觀念，仍然把電子的運動看作經典力學中軌道運動。

(3)實際上，原子中電子的坐標是概率的，其概率分布可通過電子云形象地表示出來。

五、能級躍遷

1.氫原子的能級躍遷

(1)低能級-高能級

吸收能量，原子能量變大；電子的軌道半徑變大，電場力做負功，電勢能變大，電子動能變小。

(2)高能級一低能級

放出能量，原子能量變??；電子的軌道半徑變小，電場力做正功，電勢能變小，電子動能變大。

2.電離

(1)定義：電子脫離原子核的束縛成為自由電子的過程叫做電離。

(2)電離態：”=8,￡=0

氫原子基態一電離態，吸收13.6eV的電離能；激發態-電離態：吸收6+13.6eV的電離能。

如過原子吸收的能量足夠大，自由電子還將攜帶一部分動能。

3.氫原子從高能級向低能級躍遷發出的譜線數

(1)一個氫原子從高能級(〃)向各低能級躍遷發出的譜線最多有"7條。

(2)一群氫原子從高能級(〃)向各低能級躍遷發出的譜線最多有C；=曳f3條。

4.入射光子和入射電子的區別

(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能級差，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能級差或電離能。如弗

蘭克-赫茲實驗中，汞原子的能量是量子化的，電子的動能會被汞原子以4.9eV的整數倍吸收。

//我碓爾例

(2020?北京市第四十三中學高三期中)氫原子能級示意如圖。現有大量氫原子處于〃=3能級上，下列正

確的是()

￡/feV

oo0

5=■054

4______________0.85

3______________-1.51

2______________3.4

1-13.6

A.這些原子躍遷過程中最多可輻射出6種頻率的光子

B.從〃=3能級躍遷到n=\能級比躍遷到”=2能級輻射的光子頻率低

C.從〃=3能級躍遷到〃=4能級需吸收0.66eV的能量

D.〃=3能級的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量

【答案】C

【詳解】

A.大量氫原子處于"=3能級躍遷到”=1多可輻射出C；=3種不同頻率的光子，故A錯誤；

B.根據能級圖可知從n=3能級躍遷到n=l能級輻射的光子能量為

=13.6eV-1.51eV=12.09eV

從〃=3能級躍遷到〃=2能級輻射的光子能量為

hv2=3.4eV-1.51eV=1.89eV

比較可知從〃=3能級躍遷到n=l能級比躍遷到n=2能級輻射的光子頻率高，故B錯誤；

C.根據能級圖可知從，『3能級躍遷到”=4能級，需要吸收的能量為

E=1.5leV—0.85eV=0.66eV

故C正確；

D.根據能級圖可知氫原子處于〃=3能級的能量為-1.51eV,故要使其電離至少需要吸收1.51eV的能量,

故D錯誤。

故選C。

//眼蹤秣句

1.（2020?全國高三專題練習）如圖是氫原子的能級示意圖。當氫原子從"=4能級躍遷到n=3能級時,

輻射出光子從，7=3能級躍遷到〃=2能級時，輻射出光子山以下判斷正確的是（）

nE/eV

oo-------------0

4----------------0.85

3-----------------1.51

2----------------3.4

1----------------13.6

A.在真空中光子。的波長大于光子人的波長

B.光子b可使氫原子從基態躍遷到激發態

C.光子?？赡苁固幱凇?4能級的氫原子電離

D.大量處于”=3能級的氫原子向低能級躍遷時最多輻射2種不同譜線

【答案】A

【詳解】

A.氫原子從n=4能級躍遷到〃=3能級的能級差小于從”=3能級躍遷到，?=2能級時的能級差，根據

知，光子。的能量小于光子6的能量，所以光子〃的頻率小于光子。的頻率，光子。的波長

大于光子匕的波長，故A正確：

B.光子人的能量小于基態與任一激發態的能級差，所以不能被基態的原子吸收，故B錯誤；

C.根據E,“一E,產料可求光子a的能量

-0.85-(-1.51)=0.66eV

小于”=4能級氫原子的電離能，所以不能使處于〃=4能級的氫原子電離，C錯誤；

D.大量處于〃=3能級的氫原子向低能級躍遷時最多輻射3種不同譜線，故D錯誤。

故選Ao

考點3原8假導數射植

名/於備加欽

一、原子核的組成

1.天然放射現象

(1)定義：元素自發地放出射線的現象。1896年，法國物理學家貝可勒爾首先發現。

(2)放射性和放射性元素

物質發射射線的性質稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素。

(3)意義：原子核內部是有結構的。

2.三種射線

名稱本質來源速度電離能力穿透能力

a射線氫核流原子核可達0.1c強較差，用紙即可擋住

B射線高速電子流中子一質子+電子可達0.99c較弱較強，穿透幾毫米厚的鋁板

電磁波，波長最強，穿透幾厘米厚的鉛板

Y射線原子核能級躍遷C最小

小于0.1nm和幾十厘米厚的混凝土

3.原子核的組成

(1)質子

1919年，盧瑟福用鐳放射出的a粒子轟擊氮原子核，從氮原子核中打出了質子。

質子用符號p(或;H)表示，帶正電，所帶電荷量大小等于元電荷。

(2)中子

盧瑟福通過質子的發現猜想了中子的存在。1932年，查德威克實驗證實。

中子用符號n表示，其質量與質子非常接近，不帶電。

(3)質子和中子除了帶電的差異及質量的微小差別外，其余性質十分相似，都是原子核的組成部分，

故統稱為核子。

原子核用符號力X表示，X為元素符號，Z為原子核的電荷數(即原子序數)等于核內質子數，A為原

子核的質量數等于核子數。

質子數相同而中子數不同的原子核互稱同位素。

★特別提示：

原子核的電荷數不是它所帶的電荷量，質量數也不是它的質量。

二、放射性元素的衰變

1.原子核的衰變

(1)定義：原子核放出a粒子或p粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。

(2)分類

a衰變：〃Y+；He,如空Uf22Th+；He

衰變實質是2個質子和2個中子結合成一個整體從原子核中被拋射出來。

B衰變:煞fz』Y+：e,如2Mhf2$pa+_：e

衰變實質是原子核的中子轉化成一個質子和一個電子，；H+_；e

(3)衰變時，原子核會從較高能級向低能級躍遷，放出能量，能量以丫光子的形式輻射出來。所以丫

射線經常伴隨著a射線和0射線產生。當放射性物質(如wU)發生連續衰變時，原子核中既發生了a衰

變，又發生了B衰變，同時伴隨著丫輻射，這時放射性物質發出的射線中就會同時有a、0和丫三種射線。

2.半衰期

(1)定義：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間.

(2)原子核發生衰變是概率的，半衰期描述的是大量原子核發生衰變的統計規律。

(3)元素的放射性與其存在于單質或化合物中的狀態無關，不受溫度、外界壓強、元素的化學性質影

響。衰變的快慢(半衰期)也是由核內部的因素決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件沒有關系。

(4)公式：質量為，"o的物質(半衰期為T)經過時間Z后剩余未衰變物質的質量，

2

(5)應用：碳14(l4C)測年技術。

三、射線的探測

1.射線與物質作用的現象

(1)射線粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和蒸氣會產生液滴，過熱液體會產生氣泡。

(2)使照相乳膠感光。

(3)使熒光物質產生熒光。

2.威爾遜云室

(1)原理：云室內充滿過飽和酒精蒸氣，射線使云室內的空氣電離，過飽和酒精蒸氣以離子為核心凝

結成霧滴，顯示出射線的徑跡。

(2)現象：a粒子的徑跡直而清晰，高速p粒子的徑跡又細又直，低速P粒子的徑跡又短又粗而且是

彎曲的，在云室中一般看不到丫粒子的徑跡。

3.氣泡室

射線通過氣泡室中的液體時，使過熱液體沸騰產生氣泡，顯示出射線的徑跡。

4.蓋革-米勒計數器

射線使計數管中的氣體電離，產生的電子在電場中加速到達陽極，正離子到達陰極，形成脈沖放電。

四、放射性的應用與防護

1.原子核的人工轉變

用高能粒子轟擊靶核，產生另一種新核的反應過程。

⑴盧瑟福發現質子：:He+」Nf：O+：H

(2)查德威克發現中子：：He+：Be-1C+：n

（3）約里奧-居里夫婦發現人工放射性和正電子：

:He+[A1-＞；*+7,:*-＞：：Si++；e

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。

（1）應用：消除靜電、射線測厚、工業探傷、放射治療、培育優種、放射殺菌、作示蹤原子等。

（2）防護：過量的射線對人體組織有破壞作用，生活環境中輻射的強度要控制在安全劑量以內。

//雅爾爾鈉

（2020.河南高三一模）由上海航天局聯合國內數家科研機構研制的月球車，是我國探月工程中的重要部

分。月球車進入休眠期時可采用同位素Pu238電池為其保暖供電。Pu238是人工放射性元素，可用弱

奈Np吸收一個中子得到。Pu238衰變時只放出。射線，其半衰期為88年。下列說法正確的是（）

A.Np237轉變成Pu238的核反應方程為:『Np+；n-翼pu+^e

B.a衰變是原子核中的一個中子轉變為一個質子和一個電子

C.若有4個Pu238原子核，經過88年一定只剩下2個Pu238原子核

D.在月球環境下Pu238的半衰期可能會發生變化

【答案】A

【詳解】

A.核反應要滿足質量數守恒和電荷數守恒，故A正確；

B.a衰變是原子核放出兩個中子和兩個質子，故B錯誤；

C.放射性元素半衰期針對的不是少數原子，而是對大量原子核的行為做出的統計預測，故C錯誤；

D.放射性元素的衰變的快慢是由原子核內部自身決定的，與外界的物理和化學狀態無關，故D錯誤。

故選Ao

//砥徐秣習

1.（2020?廣西北海市?高三一模）在增殖反應堆中，鈾238吸收快中子后變成鈾239,鈾239很不穩定，

經過兩次￡衰變后變成杯239,與上述反應過程無關的核反應方程式是（）

A./U+^nT^uB.置Puf^U+：He

C.穹NpTTPu+SD.腎u±：Np+/e

【答案】B

【詳解】

鈾238吸收快中子后變成鈾239

,28U+Onf-U

選項A有關；鈾239很不穩定，經過兩次〃衰變后變成杯239

■Uf-Np+配

置即—皆向+5

選項C、D有關：

簟PuT.U+：He

是釬239的a衰變方程，選項B是與上述反應過程無關的核反應方程式；

故選Bo

考直4核力與輅金健

名/貨備加鍥

一、核力

1.核力定義：把核子緊緊地束縛在原子核內，形成穩定的原子核的力。

2.核力特點：

（1）核力是強相互作用（強力）的一種表現；在原子核的尺度內，核力比庫侖力大得多。

（2）核力是短程力，作用范圍的數量級為10i5m：核力既能表現為引力，也能表現為斥力，引力束縛

核子，斥力使核子不會融合在一起。

（3）每個核子只跟鄰近的核子發生核力作用，這種性質稱為核力的飽和性。

3.原子核中質子與中子的比例

自然界中較輕的原子核，質子數與中子數大致相等，較重的原子核的中子數大于質子數，越重的元素

的中子數與質子數相差越多。

原子核大到一定程度時，質子間的距離較遠，核力不足以平衡庫侖力；中子與其他核子間沒有庫侖斥

力，但有相互吸引的核力，所以增加中子數有助于維系原子核的穩定。

4.弱相互作用（弱力）

（1）引起原子核B衰變，即引起中子-質子轉變。

（2）短程力，作用范圍的數量級為10Fm。

（3）作用強度：強力,電磁力〉弱力〉萬有引力

二、結合能

1.結合能：核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為自由核子時吸收的能量，即核能。

類比：基態氫原子的電子逸出原子所需要的電離能（13.6eV）即基態氫原子的結合能。

組成原子核的核子越多，其結合能越高

2.比結合能

（1）定義：原子核的結合能與核子數之比，稱做比結合能，也叫平均結合能。

（2）不同原子核的比結合能不同，比結合能越大，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定。

（3）核能釋放的兩種途徑

由于中等大小的核的比結合能最大，最穩定。故核能釋放可以：①使較重的核分裂成中等大小的核,

核子的比結合能增大；②使較輕的核結合成中等大小的核，核子的比結合能增大。

3.質量虧損

（1）質能方程：E=mc2,其中E為能量，”為質量，。為真空中的光速

1原子質量單位（1u）相當于931.5MeV的能量。

（2）質量虧損與核能

①核子在結合成原子核時質量虧損Am,釋放能量A￡=Awc2

②原子核分解成自由核子時要吸收一定的能量，質量增加△〃?，吸收的能量AE=Amc2

（3）應用質能方程解題的流程

卜十算質量|

書寫核反利用\E=\tnc1

應方程式虧損A/M計算釋放的核能

三、核裂變

1.重核裂變

（1）定義：質量數較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質量數較小的原子核的過程。

（2）典型的裂變反應方程：2；：u+：nraBa+累Kr+3：n

（3）鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續下去的過程。

（4）臨界體積和臨界質量：裂變物質能夠發生鏈式反應的最小體積及相應的質量。

2.核裂變的應用：原子彈、核電站（核反應堆）。

3.核電站

（1）核燃料：鈾棒（其中的歌U）

(2)慢化劑：使快中子減速成為慢中子(熱中子)，被鈾核俘獲，發生核裂變。

常用慢化劑：石墨、重水、普通水(輕水)。

慢化劑的原子核質量數應較小，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為

其不吸收中子，重水中的笊不易吸收中子，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：調節中子數目，控制反應速度。

鎘吸收中子的能力很強，當反應過于激烈時，將鎘棒插入深些，以多吸收中子，減緩鏈式反應的速度。

(4)防護層：很厚的水泥防護層。

(5)水或液態金屬鈉等流體在反應堆內外循環流動，把反應堆內的熱量傳輸出去，同時冷卻反應堆。

(6)反應堆放出的熱使水變成水蒸氣，推動汽輪發電機發電。

四、核聚變

1.輕核聚變

(1)定義：兩個輕核結合成質量較大的核的核反應。

(2)要使輕核發生聚變，必須把它們加熱到很高的溫度，使原子核具有足夠的動能克服庫侖斥力。因

此，聚變又叫熱核反應。

(3)典型的聚變反應方程：-；He+；n

(4)恒星就是一個巨大的熱核反應堆。

2.聚變與裂變相比的優點

(1)輕核聚變產能效率高。

(2)地球上聚變燃料的儲量豐富。

(3)輕核聚變更為安全、清潔。實現核聚變需要高溫，一旦出現故障，高溫不能維持，反應即自動終

止。聚變反應堆比裂變反應堆生成的廢物數量少，容易處理。

3.受控熱核反應

(1)產生高溫的兩種方案：磁約束和慣性約束。

(2)環流器(托卡馬克，tokamak)

利用帶電粒子在強磁場中受到的洛倫茲力約束反應物的性能最好的裝置。能在短時間內實現受控熱核

反應，尚無法投入實用。

，/雅爾爾鈉

(2020?江蘇南通市?高三月考)中國是核電大國，到2020年1月，已經建成19座核電站，核電站是利用

原子核發生裂變反應時所產生的核能來進行發電的。關于原子核與核能，以下說法正確的是（）

A.組成原子核的核子之間只存在引力

B.核反應中由于核子數減少而導致質量虧損

C.比結合能越大的原子核越穩定，核子平均質量越小

D.核電站利用中等質量的原子核分裂成質量較小的原子核來獲取核能

【答案】C

【詳解】

A,組成原子核的核子之間存在核力的作用，核力有時表現為斥力，有時表現為引力，選項A錯誤；

B.核反應中核子數并沒有減少，由于核子的平均質量減少而導致質量虧損，選項B錯誤；

C.比結合能越大的原子核越穩定，核子平均質量越小，選項C正確；

D.核電站利用質量較大的原子核分裂成兩個或兩個以上中等質量核來獲取核能，選項D錯誤。

故選C。

名/齦蹤我可

1.（2020.湖北高三月考）關于原子核、原子核的衰變、核能，下列說法脩誤的是（）

A,原子核的結合能越大，原子核越穩定

B.2；；U哀變成%Pb要經過8次a衰變和6次p衰變

C.發生p衰變時，新核與原來的原子核相比，少了一個中子，多了一個質子

D.發生a衰變時，新核與原來的原子核相比，中子數減少了2

【答案】A

【詳解】

A.比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定，A錯誤；

B.設發生x次a衰變，），次/衰變，衰變方程為

空U-?z^Pb+HHe+y：%

則

238=2（）6+4x

解得

x=S

根據

92=82+8x2-y

解得

y=6

B正確；

c.B衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產生的，新核與原來的原子核相比，少了

一個中子，多了一個質子，c正確；

D.發生a衰變時，生成的。粒子帶2個單位的正電荷和4個電位的質量數，即a粒子由2個中子和2

個質子構成，故a衰變時成生的新核中子數減少2,質子數減少2,D正確。

故選Ao

至缺射?？计?/p>

1.（2020?海南高考真題）100年前，盧瑟福猜想在原子核內除質子外還存在著另一種粒子X,后來科學家

用a粒子轟擊被核證實了這一猜想，該核反應方程為：：He+：Bef，c+；x,則（）

A.m=l,力=0,X是中子

B.m=l,〃=0,X是電子

C."1=0,〃=1,X是中子

D.m=0,〃=1,X是電子

【答案】A

【詳解】

根據電荷數和質量數守恒，則有

4+9=12+機，2+4=6+〃

解得團=1,n=0,故X是中子

故選Ao

2.（2020.北京高考真題）氫原子能級示意如圖。現有大量氫原子處于〃=3能級上，下列說法正確的是（）

nE/eV

oo------------------------0

5-0.54

4-------------------------0.85

3-------------------------1.51

2-------------------------3.4

1---------------------------13.6

A.這些原子躍遷過程中最多可輻射出2種頻率的光子

B.從〃=3能級躍遷到〃=1能級比躍遷到n=2能級輻射的光子頻率低

C.從“=3能級躍遷到〃=4能級需吸收0.66eV的能量

D.〃=3能級的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量

【答案】C

【詳解】

A.大量氫原子處丁〃=3能級躍遷到〃=1最多可輻射出C；=3種不同頻率的光子，故A錯誤；

B.根據能級圖可知從〃=3能級躍遷到n=1能級輻射的光子能量為

W=13.6eV-1.51eV

從〃=3能級躍遷到〃=2能級輻射的光子能量為

hv2=3.4eV-1.5leV

比較可知從〃=3能級躍遷到〃=1能級比躍遷到〃=2能級輻射的光子頻率高，故B錯誤；

C.根據能級圖可知從〃=3能級躍遷到艘=4能級，需要吸收的能量為

1.5leV-0.85eV=0.66eV

故c正確；

D.根據能級圖可知氫原子處于〃=3能級的能量為-1.51eV,故要使其電離至少需要吸收1.51eV的能量，

故D錯誤；

故選Co

3.（2020.江蘇高考真題）“測溫槍”（學名“紅外線輻射測溫儀”）具有響應快、非接觸和操作方便等優

點。它是根據黑體輻射規律設計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉換成溫度顯示。若人體溫度升高，

則人體熱輻射強度/及其極大值對應的波長/I的變化情況是（)

A./增大，X增大B./增大，丸減小

C./減小，4增大D./減小，D減小

【答案】B

【詳解】

黑體軸射的實驗規律如圖

特點是，隨著溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，所以人體熱輻射的強度/增大；隨著溫度的升

高，輻射強度的峰值向波長較短的方向移動，所以2減小。

故選Bo

4.（2020.山東高考真題）晁核;H發生夕衰變成為氮核；He。假設含前材料中：H發生“衰變產生的電子可

以全部定向移動，在3.2x104$時間內形成的平均電流為5.0X10-8A。已知電子電荷量為1.6x10」9c,在

這段時間內發生夕衰變的負核:H的個數為（）

A.5.0xlO14B.l.OxlO16C.2.0xlO16D.l.OxlO18

【答案】B

【詳解】

根據

/=幺=竺

tt

可得產生的電子數為

It5.0X10-8X3.2X104,76人

----------------=10°個

n=—e=1.6xl（）T9

因在B衰變中，一個瓶核產生一個電子，可知僦核的個數為1.0x1016個。

故選B.

5.（2020?全國高考真題）笊核；H可通過一系列聚變反應釋放能量，其總效果可用反應式

6；Hf2；He+2；H+2,+43.15MeV表示。海水中富含笊，已知1kg海水中含有的氣核約為LOxlfP個，

若全都發生聚變反應，其釋放的能量與質量為M的標準煤燃燒時釋放的熱量相等；已知1kg標準煤燃燒

釋放的熱量約為2.9x107J,1MeV=1.6xlOT3j,則“約為（）

A.40kgB.100kgC.400kgD.1000kg

【答案】C

【詳解】

笊核；H可通過一系列聚變反應釋放能量，其總效果可用反應式

6；Hf2；He+2；H+2；n+43.15MeV

則平均每個笊核聚變釋放的能量為

Y3MeV

66

1kg海水中含有的笊核約為1.0x1022個，可以放出的總能量為

E0=Ns

山。可得，要釋放的相同的熱量，需要燃燒標準煤燃燒的質量

m=2=且標400kg

qq

6.（2020.浙江高考真題）太陽輻射的總功率約為4'10%w，其輻射的能量來自于聚變反應。在聚變反應

中，一個質量為1876.1MeV/c2（c為真空中的光速）的笊核（：H）和一個質量為28（）9.5MeV/c2的

定核（：H）結合為一個質量為3728.4MeV/c?的氫核（：He）,并放出一個X粒子，同時釋放大約

17.6MeV的能量。下列說法正確的是（）

A.X粒子是質子

B.X粒子的質量為939.6MeV/，2

C.太陽每秒因為輻射損失的質量約為4.4xl09kg

D.太陽每秒因為輻射損失的質量約為17.6MeV/c?

【答案】BC

【詳解】

A.由質量數和電荷數守恒可知，X的質量數為1,電荷數為0,則X為中子，選項A錯誤;

B.根據能量關系可知

2

mnc=1876.1+2809.5-3728.4-17.6

2

解得mn=939.6MeV/c,選項B正確；

C.太陽每秒放出的能量

E=Pr=4x1（）26J

損失的質量

E4X1026.“

AAm=—=------kgx4.4xlinO91kg

c29xio16

選項C正確；

D.因為

4x1026

￡=4X1026J=-------^-T-eV=2.5xl045eV=2.5xl039MeV

1.6xl（）T9

則太陽每秒因為輻射損失的質量為

/7

Am=_=2,5x1039MeV/c2

c

選項D錯誤。

故選BC?

7.（2020?全國高考真題）下列核反應方程中，Xi,X2,X3,X4代表a粒子的有（）

A.:H+：H-；n+X1B.^H+]H-（；n+X2

C.2；；u+：nf々Ba+北Kr+3X；D.:n+gLi-^H+X」

【答案】BD

【詳解】

a粒子為氯原子核；He,根據核反應方程遵守電荷數守恒和質量數守恒，A選項中的Xi為；He,B選項

中的X2為；He,C選項中的X3為中子；n,D選項中的X4為；He。

故選BD,

8.（2020.浙江高考真題）如圖所示，波長為人和乙的兩種單色光射入三棱鏡，經折射后射出兩束單色光

a和6,則這兩束光（）

A.照射同一種金屬均有光電子逸出，光電子最大初動能￡%>

B.射向同一雙縫干涉裝置，其干涉條紋間距

C.在水中的傳播速度匕〈人

D.光子動量％<

【答案】BD

【詳解】

A.根據光路圖可知三棱鏡對6光的偏折程度更大，所以b光折射率大，頻率高，波長短。根據光電效

應方程：