全品复习方案2018高考物理大一轮复习第12单元原子物理听课手册

第十二单元选修3­5 原子物理➢高考纵览第30讲光电效应原子的跃迁➢教材知识梳理一、光电效应1．光电效应现象在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫作光电效应，发射出来的电子叫作________．2．光电效应规律(1)每种金属都有一个________．(2)光电子的最大初动能与照射光的________无关，只随照射光的________增大而增大．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是________的．(4)光电流的强度与照射光的________成正比．3．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫作一个光子．光子的能量为ε＝________，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.(2)光电效应方程：________________．其中hν为照射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．二、光的波粒二象性1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有________性．2．光电效应和康普顿效应说明光具有________性．3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的________性．三、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：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hν＝________．(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·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________的，因此电子的可能轨道也是________的．【思维辨析】(1)电子枪发射电子的现象就是光电效应．( ) (2)不同的金属对应着相同的极限频率．( )(3)核外电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．( ) (4)核外电子可以吸收或放出任意频率的光子．( ) 【思维拓展】玻尔的氢原子能级理论成功解释了氢原子光谱不连续的特点，解释了当时出现的“紫外灾难”．该理论也可解释其他原子光谱现象吗？➢ 考点互动探究考点一 对光电效应的理解 1.光电效应的实质光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量后动能变大，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子．光电效应现象中，每个电子只能吸收一个光子的能量．2．对光电效应规律的解释(1)光照射金属时，电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程．(2)电子从金属表面逸出，首先需克服金属表面原子核的引力做功(逸出功W 0)．要使照射光子的能量不小于W 0，对应频率νc ＝W 0h为极限频率．(3)光电子的最大初动能只随照射光频率的增大而增大．(4)照射光越强，单位时间内照射到金属表面的光子数越多，产生的光电子越多，射出的光电子做定向移动时形成的光电流越大．3．概念辨析4．用图像表示光电效应方程(1)最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图线如图12­30­1所示．图12­30­1(2)由图线可以得到的物理量：①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.②逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E.③普朗克常量：图线的斜率k＝h.1 (多选)[2016·全国卷Ⅰ改编] 现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光照射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )A．保持照射光的频率不变，增大照射光的强度，饱和光电流变大B．照射光的频率变高，光电子的最大初动能变大C．保持照射光的强度不变，不断减小照射光的频率，始终有光电流产生D．遏止电压的大小与照射光的频率有关，与照射光的强度无关式题用频率为ν的光照射光电管阴极时，产生的光电流随阳极与阴极间所加电压的变化规律如图12­30­2所示，U c为遏止电压．已知电子电荷量为－e，普朗克常量为h，求：(1)光电子的最大初动能E km；(2)该光电管发生光电效应的极限频率ν0.图12­30­2考点二波粒二象性1.对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)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)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．(3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性．(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν，光子的动量p＝hλ表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成微观概念中的粒子．2．概率波与物质波 (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，因此光波是一种概率波．(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λ＝hp，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．2 [2015·全国卷Ⅱ改编] 实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中不能突出体现波动性的是( )A ．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B ．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C ．人们利用中子衍射来研究晶体的结构D ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构式题 (多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( ) A ．光电效应现象揭示了光的粒子性B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等 考点三 能级的分析与计算 1.氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式：E n ＝1n 2E 1(n ＝1，2，3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6 eV.(2)氢原子的半径公式：r n ＝n 2r 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＝0.53×10－10m.(3)氢原子的能级图：如图12­30­3所示．图12­30­32．氢原子跃迁条件原子跃迁条件hν＝E m －E n 只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况．对于光子和原子作用而使氢原子电离时，只要入射光的能量E≥13.6 eV ，氢原子就能吸收光子的能量，对于实物粒子与原子作用使氢原子激发时，实物粒子的能量大于或等于能级差即可．3．氢原子跃迁时能量的变化(1)原子能量：E n ＝E kn ＋E pn ＝E 1n2，随n 增大而增大，其中E 1＝－13.6 eV.(2)电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k e 2r 2＝m v 2r ，所以E k ＝ke22r 随r增大而减小．(3)电势能：通过库仑力做功判断电势能的增减．当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，电势能增加．4．光谱线条数(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N ＝C 2n ＝n （n －1）2.(2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n －1)．氢原子基态的能量为E 1＝－13.6 eV.大量氢原子处于某一激发态，由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E 1，频率最小的光子的能量为________eV(保留两位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率．氢原子的能级图如图12­30­4所示．氢原子从n ＝3能级向n ＝1能级跃迁所放出的光子，恰能使某种金属产生光电效应，则该金属的截止频率为________ Hz ；用一群处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，产生的光电子最大初动能为________ eV(普朗克常量h ＝6.63×10－34J ·s ，结果均保留2位有效数字)．图12­30­4第31讲核反应、核能➢教材知识梳理一、原子核与衰变1．原子核的组成：原子核是由________和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的________．2．天然放射现象(1)天然放射现象元素________地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明________具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫________．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是________、β射线、γ射线．(4)放射性同位素：有________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．3．原子核的衰变(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种________的变化称为原子核的衰变．(2)分类α衰变：A Z X―→A－4Z－2Y＋________；β衰变：A Z X―→AZ＋1Y＋________．(3)半衰期：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________、________状态无关．二、核力与核能1．核力核子间的作用力．核力是________力，作用范围在1.5×10－15 m之内，只在相邻的核子间发生作用．2．核能(1)结合能：核子结合为原子核时________的能量或原子核分解为核子时________的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能．(2)比结合能：①定义：原子核的结合能与________之比，称作比结合能，也叫平均结合能．②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核________．3．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝________，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝________．三、裂变与聚变1．重核裂变(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)链式反应条件：裂变物质的体积________临界体积．(3)典型的裂变方程：235 92U＋10n―→136 54Xe＋9038Sr＋________10n.(4)裂变的应用：原子弹、核反应堆．2．轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的原子核的反应过程．(2)条件：使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫________．(3)典型的聚变方程：21H＋31H―→________＋10n.(4)聚变的应用：氢弹．【思维辨析】(1)天然放射现象说明原子是可分的．( )(2)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的．( )(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．( )(4)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量．( )【思维拓展】核能的计算是原子物理的重点知识和高考的热点问题，都有哪些方法求核反应中的能量呢？[物理学史]1896年法国物理学家贝可勒尔用铀盐样品进行实验时发现了天然放射性1897年英国物理学家汤姆孙从阴极射线的研究中证实了电子的存在．1898年居里夫妇证明含有铀元素的化合物都具有放射性，并由此发现了“镭”1911年卢瑟福公开α粒子散射实验结论，建立原子核式结构模型．1919年卢瑟福首次实现人工核反应，用α粒子轰击氮核结果打出了质子．1932年英国物理学家查德威克从α粒子轰击铍的核反应过程中发现了“中子”．➢考点互动探究考点一核反应方程类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发238 92U―→234 90Th＋42He β衰变自发234 90Th―→234 91Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He―→178O＋11H(卢瑟福发现质子) 42He＋94Be―→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He―→3015P＋10n 约里奥—居里夫妇发现放射性同位素及正电子3015P―→3014Si＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变除氢弹外无法控制21H＋31H―→42He＋10n2.关于核反应的三点说明(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表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．(3)核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒(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(质量亏损)且释放出核能．1 下列核反应方程中，属于衰变的是( ) A. 14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H B. 238 92U ―→234 90Th ＋42He C. 21H ＋31H ―→42He ＋10n D. 235 92U ＋10n ―→136 54Xe ＋9038Sr ＋1010n式题 下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( ) A ．γ射线是高速运动的电子流B ．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C ．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变 D. 210 83Bi 的半衰期是5天，100克21083Bi 经过10天后还剩下50克 考点二 对天然放射现象的理解 衰变类型 α衰变β衰变衰变方程 A ZX ―→A －4Z －2Y ＋42HeA ZX ―→ A Z ＋1Y ＋0－1e衰变实质 2个质子和2个中子结合成氦核 211H ＋210n ―→42He 1个中子转化为1个质子和1个电子 10n ―→11H ＋0－1e 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2.三种射线的比较射线名称 比较项目α射线 β射线 γ射线 组成 高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量 2e －e0 质量 4m pm p1836静止质量为零符号 42He 0－1eγ速度 0.1c 0.99c c垂直进入电场或 磁场的偏转情况 偏转 偏转 不偏转 贯穿本领 最弱 较强 最强 对空气的电离作用很强较弱很弱说明：γ射线是伴随着α衰变或β衰变产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数，其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．2 (多选)14C 发生放射性衰变成为14N ，半衰期约5700年．已知植物存活期间，其体内14C 与12C 的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )A ．该古木的年代距今约5700年B. 12C 、13C 、14C 具有相同的中子数C. 14C 衰变为14N 的过程中放出β射线D ．增加样品测量环境的压强对14C 的衰变无影响式题实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图12­31­1所示，则轨迹1为________的轨迹，轨迹2是________的轨迹，磁场方向为________．图12­31­1考点三核能的计算1.对质能方程的理解(1)质能方程E＝mc2给出了物体的能量和质量之间的关系，质量为m的物体具有的总能量为mc2，质量和能量不能互相转化．(2)“质量与能量间存在着简单的正比关系”，即物体的质量(这里指动质量)越大，能量越多，反之物体的质量越小，能量也越少；当物体放出能量时，满足ΔE＝Δmc2.2．求核能的三种方法：(1)根据ΔE＝Δmc2计算．若Δm的单位是kg，计算时，c的单位是m/s，ΔE的单位是J；若Δm的单位是原子质量单位u，利用1 u相当于931.5 MeV，用ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，ΔE的单位是 MeV，1 MeV＝1.6×10－13 J.(2)根据比结合能计算．原子核的结合能＝比结合能×核子数．(3)结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算，此时要注意动量、动能关系式p2＝2mE k的应用．[温馨提示] 利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．3 [2015·江苏卷] 取质子的质量m p＝1.672 6×10－27kg，中子的质量m n＝1.674 9×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s.请计算α粒子的结合－27 kg，α粒子的质量mα＝6.646 7×10能．(计算结果保留两位有效数字)式题太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(m p＝1.007 3 u，mα＝4.001 5 u，m e＝0.000 55 u，太阳的质量为2×1030 kg)(1)这一核反应能释放出多少能量？(2)已知太阳每秒释放能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减小的质量为多少？(3)若太阳质量减小万分之三时热核反应不能继续进行，则太阳还能存在多少年？考点四核反应中的动量守恒问题1.核反应过程遵循能量守恒定律：在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能；有光子辐射的情况下，核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能及光子的能量．一般认为核反应放出的能量与反应前原子核的动能之和等于反应后原子核的总动能．2．核反应过程遵循动量守恒定律：即反应前原子核的总动量等于反应后原子核的总动量．3．解决核反应与动量及能量守恒定律综合的问题时，首先应用质能方程求出核反应释放出的核能，其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程，最后联立求解．4 [2015·海南卷] 运动的原子核A Z X放出α粒子后变成静止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速．求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能．式题海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源．两个氘核的核反应为21H＋21H―→32He＋10n，其中氘核的质量为2.013 0 u，氦核的质量为3.015 0 u，中子的质量为1.008 7 u．(1 u相当于931.5 MeV)(1)求核反应中释放的核能．(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能．参考答案（听课手册）第十二单元 选修3­5 原子物理 第30讲 光电效应 原子的跃迁【教材知识梳理】 核心填空一、1.光电子 2.(1)极限频率 (2)强度 频率 (3)瞬时 (4)强度 3．(1)hν (2)E k ＝hν－W 0二、1.波动 2.粒子 3.波粒二象三、(1)不连续 稳定 (2)E m －E n (3)不连续 不连续 思维辨析(1)(×) (2)(×) (3)(√) (4)(×) 思维拓展玻尔的氢原子能级理论本身是以经典理论为基础，其理论又与经典理论相抵触．它只能解释氢原子以及类氢原子光谱的规律，在解释其他原子的光谱上就遇到了困难，如把理论用于其他原子时，理论结果与实验不符，且不能求出谱线的强度及相邻谱线之间的宽度．这些缺陷主要是由于把微观粒子(电子、原子等)看作是经典力学中的质点，从而把经典力学规律强加于微观粒子上(如轨道概念)而导致的．【考点互动探究】考点一例 1 ABD [解析] 根据光电效应实验得出的结论：保持照射光的频率不变，照射光的强度变大，饱和光电流变大，故A 正确；根据爱因斯坦光电效应方程得，照射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故B 正确；遏止电压的大小与照射光的频率有关，与照射光的强度无关，保持照射光的强度不变，不断减小照射光的频率，若低于截止频率，则没有光电流产生，故C 错误，D 正确．变式题 (1)eU c (2)ν－eU ch[解析] (1)光电子在光电管内减速，由动能定理有 －eU c ＝－E km光电子的最大初动能E km ＝eU c . (2)由光电效应方程得E km ＝hν－W 0 其中逸出功W 0＝hν0 解得ν0＝ν－eU ch. 考点二例 2 B [解析] 干涉、衍射是波的特有现象；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹不能反映波动性；电子显微镜利用了电子束波长短的特性，减轻衍射影响，提高分辨能力．故选B.变式题 AB [解析] 黑体辐射的实验规律只能用光的粒子性解释，普朗克用能量子理论分析，结果与事实完全相符，选项C 错误；由于E k ＝12mv 2，p ＝mv ，因此p ＝2mE k ，质子和电子动能相等，但质量不等，故动量p 也不等，再根据德布罗意波的波长λ＝h p可知，德布罗意波的波长λ不同，选项D 错误．考点三例3 0.31 10[解析] 量子数为n 的能级的能量E n ＝E 1n2，频率最大的光子是从最高能级直接跃迁到基态，则E n －E 1＝－0.96E 1，联立得n ＝5，频率最小的光子是从能级n ＝5跃迁到n ＝4放出的，则E 5－E 4＝E 152－E 142＝0.306 eV ≈0.31 eV ；大量氢原子从最高能级n ＝5向低能级跃迁，可以放出C 25＝10种不同频率的光子．变式题 2.9×10150.66[解析] 能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，原子从能级n ＝3向n ＝1跃迁辐射出的光子的能量为E ＝E 3－E 1＝12.09 eV ，因所放出的光子恰能使某种金属产生光电效应，则有hν0＝12.09 eV ，解得ν0＝2.9×1015Hz.当光子能量等于金属的逸出功时，恰好发生光电效应，所以逸出功W 0＝12.09 eV.氢原子从n ＝4能级向低能级跃迁所放出的光子能量最大为hν＝E 4－E 1＝12.75 eV ，根据光电效应方程得最大初动能E km ＝hν－W 0＝12.75 eV －12.09 eV ＝0.66 eV.【教师备用习题】1．(多选)氢原子能级图如图所示，当氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是( )A ．氢原子从n ＝2能级跃迁到n ＝1的能级时，辐射光的波长小于656 nmB ．用波长为325 nm 的光照射，可使氢原子从n ＝1能级跃迁到n ＝2的能级C ．一群处于n ＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D ．用波长为633 nm 的光照射，不能使氢原子从n ＝2能级跃迁到n ＝3的能级 [解析] ACD 根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，hν＝E m －E n ＝hcλ，当氢原子从n ＝2能级跃迁到n ＝1的能级时，辐射光的波长为121.6 nm ，小于656 nm ，A 选项正确；根据氢原子发生跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，可知B 选项错误，D 选项正确；一群处于n ＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，C 选项正确．2．(多选)如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n ＝4的激发态，向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法错误的是( )A ．这些氢原子最多可辐射出3种不同频率的光B ．氢原子由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级产生的光频率最小C ．氢原子由n ＝4能级跃迁到n ＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象D ．氢原子由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV 的金属铂能发生光电效应[解析] ABC 这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C 24＝4×32＝6种光子，选项A 错误；氢原子由n ＝4能级跃迁到n ＝3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，选项B 错误；氢原子由n ＝4能级跃迁到n ＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，选项C 错误；氢原子由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV ，所以能使金属铂发生光电效应，选项D 正确．第31讲 核反应、核能【教材知识梳理】 核心填空一、1.质子 质子数2．(1)自发 原子核 (2)放射性 (3)α射线 (4)天然3．(1)原子核 (2)42He 0－1e (3)物理 化学 二、1.短程2．(1)释放 吸收 (2)①核子数 ②越稳定3．mc 2 Δmc 2三、1.(2)大于或等于 (3)10 2.(2)热核反应 (3)42He 思维辨析(1)(×)[解析] 天然放射现象说明原子核是可分的． (2)(×) (3)(×) (4)(×) 思维拓展1．根据质能方程ΔE ＝Δmc 2，注意：这里质量单位要用 kg ，能量单位用J.2．利用原子质量单位u 和电子伏特计算，1 u ＝1.656×10－27 kg ，1 eV ＝1.6×10－19J ，1 u 相当于931.5 MeV.3．根据能量守恒定律和动量守恒定律计算核能． 【考点互动探究】考点一例1 B [解析] 选项B 属于衰变，选项A 属于人工转变，选项C 属于轻核聚变，选项D 属于重核裂变，所以选项B 正确．变式题 B [解析] γ射线是光子流，选项A 错误；氢原子从高能级跃迁到低能级，辐射光子，电子轨道半径减小，速度增大，B 正确；太阳辐射能量主要来源于核聚变，选项C 错误；100 g 的21083Bi 经10天后剩下的质量为100×122 g ＝25 g ，选项D 错误．考点二例2 ACD [解析] 由半衰期公式N ＝N 012t T 得t ＝5700年.12C 、13C 、14C 质子数相同，质量数不同，说明中子数不同.14C 衰变成14N 过程放出电子，所以属于β衰变．半衰期与环境压强无关．A 、C 、D 正确，B 错误．变式题 电子 新核 垂直于纸面向里[解析] 带电粒子在磁场中只受洛伦兹力做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，即qvB＝m v 2R ，则半径R ＝mvqB.β衰变过程动量守恒，而e <q 新，则R e >R 新，所以轨迹1为电子的轨迹，轨迹2是新核的轨迹．又由左手定则可以判断，磁场方向垂直于纸面向里．考点三3 4.3×10－12J[解析] 组成α粒子的核子与α粒子的质量差 Δm ＝(2m p ＋2m n )－m α结合能ΔE ＝Δmc 2代入数据得ΔE ＝4.3×10－12J.变式题 (1)24.78 MeV (2)4.2×109kg(3)4.4×109年[解析] (1)太阳内部的核反应方程为411H ―→42He ＋201e 这一核反应的质量亏损Δm ＝4m p －m α－2m e ＝0.026 6 u释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝0.026 6×931.5 MeV ≈24.78 MeV.(2)由ΔE ＝Δmc 2得，太阳每秒减少的质量 Δm ＝ΔE c 2＝ 3.8×1026（3.0×108）2 kg ≈4.2×109kg.(3)太阳的质量为2×1030 kg ，太阳还能存在的时间 t ＝ΔM Δm ＝2×1030×3×10－44.2×109s ≈1.4×1017 s ＝4.4×109年． 考点四例4 (M －m 1－m 2)c 2M （M －m 1－m 2）c 2M －m 2[解析] 设运动的原子核AZ Χ的速度为v 1，放出的α 粒子速度为v 2，由质量亏损可得 12m 2v 22－12Mv 21＝(M －m 1－m 2)c 2 由动量守恒定律得 Mv 1＝m 2v 2联立以上两式得E k ＝12m 2v 22＝M （M －m 1－m 2）c 2M －m 2. 变式题 (1)2.14 MeV (2)2.13 MeV 0.71 MeV [解析] (1)核反应中的质量亏损为Δm ＝2m H －m He －m n由ΔE ＝Δmc 2可知释放的核能ΔE ＝(2m H －m He －m n )c 2＝2.14 MeV. (2)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应后系统的总动量为零，即m He v He －m n v n ＝0；反应前后系统的总能量守恒，即12m He v 2He ＋12m n v 2n ＝ΔE ＋2E kH ，又因为m He ∶m n ＝3∶1，所以v He ∶v n ＝1∶3，由以上各式代入已知数据得E kHe ＝0.71 MeV ，E kn ＝2.13 MeV. 【教师备用习题】1．[2015·江苏卷] 核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，23592U 是核电站常用的核燃料.235 92U 受一个中子轰击后裂变成144 56Ba 和8936Kr 两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．[答案] 3 大于[解析] 该核反应方程为235 92U ＋10n ―→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ；只有当铀块足够大时，裂变产生的中子才有足够的概率打中某个铀核，使链式反应不断进行下去．2．[2015·重庆卷改编] 图中曲线a 、b 、c 、d 为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．则可判断径迹为a 、b 的粒子带________(选填“正”或“负”)电，径迹为c 、d 的粒子带________(选填“正”或“负”)。