2020年高考物理一轮复习考点及考纲解读 原子和原子核(15)
高考物理原子必考知识点总结
高考物理原子必考知识点总结在高考物理考试中，原子物理是一个必考的知识点。
了解原子物理的基本概念和相关原理，掌握一些基本计算方法，对于顺利完成物理题目至关重要。
本文将对高考物理原子必考的知识点进行总结。
1. 原子结构原子结构是原子物理的基础。
原子由质子、中子和电子组成。
质子和中子构成了原子核，而电子围绕在原子核外部的轨道上。
2. 质子数和电子数质子数通常等于电子数，一个稳定的原子内，正电荷和负电荷相等，使得原子整体是电中性的。
3. 同位素和质量数同位素是指具有相同质子数但质量数不同的原子。
质量数是指原子核中质子和中子的总数。
4. 原子的电离原子发生电离意味着它失去或获得电子。
当原子失去电子时，它会变成正离子；当原子获得电子时，它会变成负离子。
电离过程对于理解离子化合物的形成和电解质的行为至关重要。
5. 原子核的稳定性原子核的稳定性决定了原子是否具有放射性。
通过了解原子核的稳定性规律，可以判断某个核素是否具有放射性以及它的衰变方式。
6. 放射性衰变放射性衰变是指原子核自发地转变为另一种原子核的过程。
常见的放射性衰变有α衰变、β衰变和γ衰变。
α衰变是指原子核放出一个α粒子，质量数减少4、原子序数减少2；β衰变是指原子核衰变成另一个元素，电子从原子核中发射出来；γ衰变是指原子核释放出γ射线，改变的只是能量状态而不改变原子核本身。
7. 原子能级和能级跃迁原子的电子在不同的能级上存在。
原子的电子可以吸收或释放能量，从一个能级跃迁到另一个能级。
这种能级跃迁是光谱学研究的基础，也是激光产生的原理之一。
8. 粒子的波粒二象性粒子的波粒二象性是指微观粒子既可以表现出粒子性质，又可以表现出波动性质。
通过对粒子的物态描述和双缝干涉实验等现象的解释，可以更好地理解物质微观本质。
9. 干涉和衍射干涉是指两个或多个波的叠加现象。
光的干涉在涉及光的波动性质的实验中经常发生。
衍射是波在穿过障碍物或经过边缘时产生的弯曲和扩散现象。
2020年高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题32原子结构原子核（解析版）
2020届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题32 原子结构 原子核【专题导航】目录目录热点题型一热点题型一 原子的核式结构原子的核式结构 玻尔理论 (1)（一）对能级图的理解和应用 ......................................................................................................................... 3 （二）对原子核式结构的理解 ......................................................................................................................... 4 热点题型二热点题型二氢原子的能量及变化规律 ................................................................................................................... 5 热点三热点三 原子核的衰变、半衰期 .. (6)（一）确定衰变次数的问题 ............................................................................................................................. 7 （二）衰变射线的性质 ..................................................................................................................................... 8 （三）对半衰期的理解和应用 ......................................................................................................................... 9 热点题型四热点题型四核反应类型与核反应方程 ................................................................................................................... 9 热点题型五热点题型五核能的计算 .......................................................................................................................................... 11 【题型演练】 .. (12)【题型归纳】热点题型一 原子的核式结构 玻尔理论 1．α粒子散射实验粒子散射实验 (1)α粒子散射实验装置粒子散射实验装置(2)α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，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”． 2．原子的核式结构模型．原子的核式结构模型 (1)α粒子散射实验结果分析粒子散射实验结果分析①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．粒子的速度发生明显改变． ②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．粒子的大角度散射．③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用．粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用． (2)核式结构模型的局限性核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性．的稳定性．3．对氢原子能级图的理解．对氢原子能级图的理解 (1)能级图如图所示能级图如图所示(2)氢原子的能级和轨道半径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 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，为基态半径，又称玻尔半径，又称玻尔半径，又称玻尔半径，其数值为其数值为r 1＝0.53×0.53×1010－10m.(3)能级图中相关量意义的说明．能级图中相关量意义的说明．相关量 意义意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态定态横线左端的数字“1，2，3…” 表示量子数表示量子数 横线右端的数字“－13.6，－3.4…”表示氢原子的能量表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大，相邻的能量差越小，距离越小差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝E m －E n4.两类能级跃迁两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．低能级，释放能量，发出光子．光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h .(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE .②碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE . ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．③大于电离能的光子被吸收，将原子电离． （一）对能级图的理解和应用【例1】(2019·山西太原一模)如图是氢原子的能级示意图．当氢原子从n ＝4的能级跃迁到n ＝3的能级时， 辐射出光子a ；从n ＝3的能级跃迁到n ＝2的能级时，辐射出光子b .以下判断正确的是 ( )A ．在真空中光子a 的波长大于光子b 的波长的波长B ．光子b 可使氢原子从基态跃迁到激发态可使氢原子从基态跃迁到激发态C ．光子a 可能使处于n ＝4能级的氢原子电离能级的氢原子电离D ．大量处于n ＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射2种不同谱线种不同谱线 【答案】 A【解析】 氢原子从n ＝4的能级跃迁到n ＝3的能级的能级差小于从n ＝3的能级跃迁到n ＝2的能级时的能级差，根据E m －E n ＝hν知，光子a 的能量小于光子b 的能量，所以a 光的频率小于b 光的频率，光子a 的波长大于光子b 的波长，故A 正确；光子b 的能量小于基态与任一激发态的能级差，所以不能被基态的原子吸收，故B 错误；根据E m－E n＝hν可求光子a 的能量小于n ＝4能级的电离能，所以不能使处于n ＝4能级的氢原子电离，C 错误；大量处于n ＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射3种不同谱线，故D 错误．【变式】氢原子能级如图，当氢原子从n ＝3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跃迁到n ＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB ．用波长为325 nm 的光照射，可使氢原子从n ＝1跃迁到n ＝2的能级的能级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种谱线种谱线D ．用波长为633 nm 的光照射，不能使氢原子从n ＝2跃迁到n ＝3的能级的能级 【答案】CD【解析】根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级时，辐射光的波长一定小于656 nm ，因此选项A 错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知选项B 错误，D 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，所以选项C 正确． （二）对原子核式结构的理解【例2】(2019·上海理工大附中期中)如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是下列说法正确的是( )A ．在图中的A 、B 两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多 B ．在图中的B 位置进行观察，屏上观察不到任何闪光位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C ．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D ．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹粒子撞击到金原子后产生的反弹 【答案】C【解析】.放在A 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数应最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A 错误；放在B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故B 错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C 正确；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子库仑力作用，且金原子质量较大，从而出现的反弹，故D 错误．【变式】如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M 、N 、P 、Q 是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是( )A ．M 点B ．N 点C ．P 点D ．Q 点【答案】C【解析】.α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同．带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹侧，故只有选项C 正确． 热点题型二 氢原子的能量及变化规律氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律1．原子能量变化规律：E n ＝E k n ＋E p n ＝E 1n 2，随n 增大而增大，随n 的减小而减小，其中E 1＝－13.6 eV 13.6 eV.. 2．电子动能变化规律．电子动能变化规律(1)从公式上判断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 ＝ke 22r ，随r 增大而减小．增大而减小．(2)从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子的动能增大．时，库仑引力做正功，故电子的动能增大． 3．原子的电势能的变化规律．原子的电势能的变化规律(1)通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小．小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小．(2)利用原子能量公式E n ＝E k n ＋E p n 判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小．【例3】(2019·三明模拟)按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为r a 的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为r b 的圆轨道上，已知r a >r b ，则在此过程中( )A ．原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量也减小B ．原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C ．原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小D ．原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大 【答案】A.【解析】由玻尔氢原子理论知，电子轨道半径越大，原子能量越大，当电子从r a 跃迁到r b 时，原子能量减小，放出光子；在电子跃迁过程中，库仑力做正功，原子的电势能减小；由库仑力提供电子做圆周运动的向心力，即ke 2r 2＝mv2r ，r 减小，电子速度增大，动能增大，综上所述可知A 正确．【变式】(多选)(2019·宜昌模拟)氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说明正确的是( ) A ．电子旋转半径减小．电子旋转半径减小 B ．氢原子能量增大．氢原子能量增大 C ．氢原子电势能增大．氢原子电势能增大 D ．核外电子速率增大．核外电子速率增大 【答案】AD.【解析】氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减小，根据k e2r 2＝m v2r ，得轨道半径减小，电子速率增大，动能增大，由于氢原子半径减小的过程中电场力做正功，则氢原子电势能减小，故A 、D 项正确，B 、C 项错误． 热点三 原子核的衰变、半衰期 1．衰变规律及实质．衰变规律及实质 (1)α衰变和β衰变的比较衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变衰变方程 MZ X→M －4Z －2Y ＋42HeM Z X→M Z ＋1Y ＋ 0－1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子中子转化为质子和电子211H ＋210n→42He10n→11H ＋ 0－1e匀强磁场中轨匀强磁场中轨 迹形状迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒电荷数守恒、质量数守恒(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．衰变同时产生的． 2．三种射线的成分和性质．三种射线的成分和性质名称构成符号电荷量 质量电离能力 贯穿本领 α射线氦核 42He ＋2 e4 u 最强最弱最弱β射线电子－1e －e11 837u较强 较强较强γ射线光子γ 0 0 最弱 最强最强3.半衰期的理解半衰期的理解半衰期的公式：N 余＝N 原èæøö12t /τ，m 余＝m 原èæøö12t /τ.式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．表示半衰期． （一）确定衰变次数的问题【例4】(多选)(2019·南通模拟)钍234 90Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤23491Pa ，同时伴随有射，同时伴随有射 线产生，其方程为234 90Th→23491Pa ＋X ，钍的半衰期为24天．则下列说法中正确的是 ( )A ．X 为质子为质子B ．X 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C ．γ射线是镤原子核放出的射线是镤原子核放出的D ．1 g 钍23490Th 经过120天后还剩0.312 5 g 【答案】 BC【解析] 根据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X 为电子，故A 错误；发生β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的，故B 正确；γ射线是镤原子核放出的，故C 正确；钍的半衰期为24天，1 g 钍23490Th 经过120天即经过5个半衰期，故经过120天后还剩0.031 25 g ，故D 错误．【技巧总结】确定衰变次数的方法确定衰变次数的方法设放射性元素AZ X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y . (1)反应方程：AZ X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e.(2)根据电荷数和质量数守恒列方程A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m .两式联立解得：两式联立解得： n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z .注意：为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．衰变的次数．【变式】(多选)(2019·梅州一模)关于天然放射现象，以下叙述正确的是关于天然放射现象，以下叙述正确的是 ( )A ．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大B ．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的C ．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强射线的电离能力最强D ．铀核(23892U)衰变为铅核(20682Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变衰变【答案】CD【解析】半衰期的时间与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，其半衰期不变，故A 错误．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生的，故B 错误．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故C 正确．铀核(23892U)衰变为铅核(20682Pb)的过程中，每经过一次α衰变质子数少2，质量数少4；而每经过一次β衰变质子数增加1，质量数不变；由质量数和核电荷数守恒，可知要经过8次α衰变和6次β衰变，故D 正确．（二）衰变射线的性质【例5】．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．以下判断可能正确的是( )A ．a 、b 为β粒子的径迹粒子的径迹B ．a 、b 为γ粒子的径迹粒子的径迹C ．c 、d 为α粒子的径迹粒子的径迹D ．c 、d 为β粒子的径迹粒子的径迹【答案】D【解析】.由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定则可判断a 、b 可能为α粒子的径迹，c 、d 可能为β粒子的径迹，选项D 正确．【变式】(多选)一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在磁场中形成如图所示的两个由于发生了衰变而在磁场中形成如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16，下列判断中正确的是，下列判断中正确的是( )A ．该原子核发生了α衰变衰变B ．反冲原子核在小圆上逆时针运动．反冲原子核在小圆上逆时针运动C ．原来静止的核，其原子序数为15D ．放射性的粒子与反冲核运动周期相同．放射性的粒子与反冲核运动周期相同 【答案】BC【解析】衰变后产生的新核——即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场中均做匀速圆周运动，轨道半径r＝mvqB ，因反冲核与放射的粒子动量守恒，而反冲核电荷量较大，所以其半径较小，并且反冲核带正电荷，由左手定则可以判定反冲核在小圆上做逆时针运动，在大圆上运动的放射粒子在衰变处由动量守恒可知其向上运动，且顺时针旋转，由左手定则可以判定一定带负电荷．因此，这个衰变为β衰变，放出的粒子为电子，衰变方程为M Q A→M ′Q ′B ＋0－1e.由两圆的半径之比为1∶16可知，B 核的核电荷数为16.原来的放射性原子核的核电荷数为15，其原子序数为15.即A 为P(磷)核，B 为S(硫)核．由周期公式T ＝2πmqB 可知，因电子与反冲核的比荷不同，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期不相同． （三）对半衰期的理解和应用【例6】(2018·高考江苏卷)已知A 和B 两种放射性元素的半衰期分别为T 和2T ，则相同质量的A 和B 经过经过 2T 后，剩有的A 和B 质量之比为质量之比为 ( ) A ．1∶4 B ．1∶2 C ．2∶1 D ．4∶1【答案】B【解析】经过2T ，对A 来说是2个半衰期，A 的质量还剩14，经过2T ，对B 来说是1个半衰期，B 的质量还剩12，所以剩有的A 和B 质量之比为1∶2，选项B 正确．【变式】碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( ) A.m 4 B.m 8C.m 16D.m 32【答案】C.【解析】经过n 个半衰期剩余碘131的含量m ′＝m èæøö12n 因32天为碘131的4个半衰期，故剩余碘131的含量：m ′＝m èæøö124＝m 16，选项C 正确． 热点题型四 核反应类型与核反应方程 1．核反应的四种类型．核反应的四种类型类型可控性 核反应方程典例核反应方程典例衰变α衰变自发238 92U→234 90Th ＋42He β衰变自发 23490Th→23491Pa ＋ 0－1e人工转变人工控制14 7N ＋42He→17 8O ＋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，同时发现正电子)3015P→3014Si＋ 0＋1e重核裂变 比较容易进行人工控制235 92U ＋10n→14456Ba ＋8936Kr ＋310n 23592U ＋10n→13654Xe ＋9038Sr ＋1010n轻核聚变 很难控制21H ＋31H→42He ＋10n 2.核反应方程式的书写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(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子( 0－1e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．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，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向．表示反应方向． (3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒．核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒．【例7】(2018·高考全国卷Ⅲ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al ，产生了第一个人工放射性，产生了第一个人工放射性 核素X ：α＋2713Al→n ＋X.X 的原子序数和质量数分别为的原子序数和质量数分别为 ( )A ．15和28B ．15和30C ．16和30D ．17和31【答案】B【解析】将核反应方程式改写成42He ＋2713Al→10n ＋X ，由电荷数和质量数守恒知，X 应为3015X. 【变式1】．(2018·高考北京卷)在核反应方程42He ＋147N→178O ＋X 中，X 表示的是表示的是 ( ) A ．质子．质子 B ．中子．中子C ．电子．电子D ．α粒子粒子【答案】A【解析】设X 为ZA X ，根据核反应的质量数守恒：4＋14＝17＋Z ，则Z ＝1.电荷数守恒：2＋7＝8＋A ，则A＝1，即X为11H ，为质子，故选项A 正确，B 、C 、D 错误．【变式2】(2018·高考天津卷)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成日首次打靶成 功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为 中子的是中子的是( )A.147N 俘获一个α粒子，产生178O 并放出一个粒子并放出一个粒子 B.2713Al 俘获一个α粒子，产生3015P 并放出一个粒子并放出一个粒子C.11 5B 俘获一个质子，产生84Be 并放出一个粒子并放出一个粒子D.63Li 俘获一个质子，产生32He 并放出一个粒子并放出一个粒子 【答案】B【解析】根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为147N ＋42He→178O ＋11H 、2713Al ＋42He→3015P ＋10n 、115B ＋11H→84Be ＋42He 、63Li ＋11H→32He ＋42He ，故只有B 项正确．热点题型五 核能的计算 1．应用质能方程解题的流程图．应用质能方程解题的流程图(1)根据ΔE ＝Δmc 2计算，计算时Δm 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，ΔE 的单位是“J”．(2)根据ΔE ＝Δm ×931.5 MeV 计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，所以计算时Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”．2．根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．核子数． 3.核能释放的两种途径的理解核能释放的两种途径的理解 (1)使较重的核分裂成中等大小的核．使较重的核分裂成中等大小的核．(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．【例8】(2017·高考江苏卷)原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有( )A.42He 核的结合能约为14 MeV B.42He 核比核比 63Li 核更稳定核更稳定C ．两个21H核结合成42He核时释放能量核时释放能量 D. 23592U 核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大核中的大【答案】BC.【解析】由题图可知，42He 的比结合能约为7 MeV ，其结合能应为28 MeV ，故A 错误；比结合能较大的核较稳定，故B 正确；比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故C 正确；比结合能就是平均结合能，故由图可知D 错误．【变式】(2017·高考全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：21H ＋21H→32He ＋10n.已知已知 21H 的质量为2.013 6 u, 32He 的质量为3.015 0 u ，10n 的质量为1.008 7 u ，1 u ＝931 MeV/c 2氘核聚变反应中释放的核能约为( )A ．3.7 MeVB ．3.3 MeVC ．2.7 MeVD ．0.93 MeV 【答案】B.【解析】氘核聚变反应的质量亏损为Δm ＝2×2.013 6 u －(3.015 0 u ＋1.008 7 u)＝0.003 5 u ，释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝0.003 5×931 MeV/c 2×c 2≈3.3 MeV ，选项B 正确． 【题型演练】1．一个146C 核经一次β衰变后，生成新原子核的质子数和中子数分别是( ) A ．6和8 B ．5和9C ．8和6D ．7和7【答案】D【解析】一个146C 核经一次β衰变后，生成新原子核，质量数不变，电荷数增加1，质量数为14，电荷数为7，即新核的质子数为7，中子数也为7，故选D.2．(2019·四川遂宁一诊)不同色光的光子能量如下表所示．不同色光的光子能量如下表所示．色光红 橙 黄 绿蓝—靛紫光子能量范围(eV)1.61～2.002.00～2.072.07～2.142.14～2.532.53～2.762.76～3.10氢原子部分能级的示意图如图所示．氢原子部分能级的示意图如图所示．大量处于n ＝4能级的氢原子，发射出的光的谱线在可见光范围内，其颜色分别为能级的氢原子，发射出的光的谱线在可见光范围内，其颜色分别为 ( ) A ．红、蓝—靛 B ．红、紫．红、紫 C ．橙、绿．橙、绿 D ．蓝—靛、紫靛、紫【答案】A【解析】计算出各种光子能量，然后和表格中数据进行对比，便可解决本题．氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV 、12.09 eV 、10.2 eV 、2.55 eV 、1.89 eV 、0.66 eV 的六种光子，其中1.89 eV 和2.55 eV 属于可见光，1.89eV 的光子为红光，2.55 eV 的光子为蓝—靛． 3．(2019·唐山调研)在匀强磁场中，有一个原来静止的146C 原子核，它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相原子核，它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相 内切的圆，圆的直径之比为7∶1，那么碳14的衰变方程应为的衰变方程应为 ( )A.146C→01e ＋145B B.14 6C→42He ＋104Be C.146C→21H ＋125B D.146C→ 0－1e ＋147N【答案】D【解析】静止的放射性原子核发生了衰变放出粒子后，新核的速度与粒子速度方向相反，放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相同，根据左手定则判断出粒子与新核的电性相反，根据r ＝mvBq ，因粒子和新核的动量大小相等，可由半径之比7∶1确定电荷量之比为1∶7，即可根据电荷数守恒及质量数守恒得出核反应方程式为D.4．(2019·贵州凯里一中模拟)居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而一起获得1903年的诺贝尔物理学年的诺贝尔物理学奖，下列关于放射性的叙述，正确的是奖，下列关于放射性的叙述，正确的是( ) A ．自然界中只有原子序数大于83的元素才具有放射性的元素才具有放射性 B ．三种天然放射线中，电离能力和穿透能力最强的是α射线射线C ．α衰变238 92U→X ＋42He 的产物X 由90个质子和144个中子组成个中子组成D ．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关 【答案】C【解析】原子序数大于83的元素都具有放射性，小于83的个别元素也具有放射性，故A 错误；α射线的。
高考物理一轮复习考点及考纲解读 原子和原子核(15)
高考物理一轮复习考点及考纲解读原子和原子核（15）名师解读原子和原子核为高考必考内容之一。
一般都在选择题中出现。
主要涉及α粒子散射实验、原子能级及跃迁、核反应方程、核能的利用、半衰期等。
其中能级、核反应方程、质能方程是考查热点，一般单独命题，有时也与动力学、动量、电磁学等知识相结合，特别是与电场、磁场的综合问题尤其需要注意。
在复习过程中关键是要识记一些常识性的知识和理解一些最基础的概念和规律，对于能级、半衰期等概念要认真地领会，对于α粒子散射实验，核反应的几个重点实验，质能方程等规律和实验要记住结果并学会应用。
样题解读【样题1】在金属中存在大量的价电子（可理解为原子的最外层电子），价电子在原子核和核外的其他电子产生的电场中运动．电子在金属外部时的电势能比它在金属内部作为价电子时的电势能大，前后两者的电势能差值称为势垒，用符号V表示．价电子就像被关在深为V 的方箱里的粒子，这个方箱叫做势阱，价电子在势阱内运动具有动能，但动能的取值是不连续的，价电子处于最高能级时的动能称为费米能，用 E f表示．用红宝石激光器向金属发射频率为ν的光子，具有费米能的电子如果吸收了一个频率为ν的光子而跳出势阱，则A．具有费米能的电子跳出势阱时的动能E K＝hν－V + E fB．具有费米能的电子跳出势阱时的动能E K＝hν－V－E fC．若增大激光器的发光强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能增大D．若增大激光器的发光强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能不变[分析] 具有费米能的电子吸收一个频率为ν的光子而跳出势阱，由动能定理， hν－V ＝E K－E f，得E K＝hν－V + E f，A项正确，B项错误；由上述式子可以看出，具有费米能的电子跳出势阱时的动能只与照射光的频率有关，而与激光器的发光强度无关，所以C项错误，D 项正确。
[答案] AD[解读] 本题涉及到原子的能级结构、动能定理等知识点，考查理解能力和推理能力，体现了《考试大纲》中对“能够清楚地认识概念和规律的表达形式，理解相关知识的区别和联系”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。
原子和原子核—高考物理总复习(选择性考试)PPT优质公开课
（3）适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大 量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核， 无法确定何时发生衰变.
典例 （2017·全国卷Ⅱ）一静止的铀核放出一个α
粒子衰变成钍核，衰变方程为
238
92U→
234
90Th＋
4 2
He.下
列说法正确的是（ ）
A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
（2）核能. 核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核 子时吸收的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能. （3）质能方程、质量亏损. 爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组 成它的核子的质量和要小，这就是质量亏损Δm.由质量 亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.
（4）重核的裂变与轻核的聚变.
考点三 核反应类型与核反应方程
1.核反应方程的四种类型
类型 可控性
核反应方程典例
α衰变 衰变
β衰变 人工
人工控制 转变
自发
29328U→29304Th＋42He
自发
29304Th→29314Pa＋－01e
174N＋42He→187O＋11H
（卢瑟福发现质子）
42He＋94Be→162C＋10n （查德威克发现中子）
后还剩下8个
B.用中子轰击铀核的核反应方程为
235 92
U＋
1 0
n→
144 56
Ba
＋8396Kr＋310n，属于原子核的衰变
C.若核反应
1 0
n＋
1 1
H→
2 1
H释放出2.2
MeV能量，该过
程质量亏损为3.9×10－30 kg
D.某原子核
高考物理第十五章原子核知识点
高考物理第十五章原子核知识点核能计算是高中物理重要的知识点,是高考考查的重点,高考命题经常与其他知识综合出题。
下面是店铺为大家精心推荐的原子核知识点总结归纳，希望能够对您有所帮助。
原子核必背知识点一、原子的核式结构：1、α粒子的散射实验：(1)绝大多数α粒子穿过金箔后几乎沿原方向前进;(2)少数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转;(3)极少数α粒子击中金箔后几乎沿原方向反回;二、原子的核式结构模型：原子中心有个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子绕核做高速的圆周运动;1、原子核又可分为质子和中子;(原子核的全部正电荷都集中在质子内)质子的质量约等于中子的质量;2、质子数等于原子的核电荷数(Z);质子数加中子数等于质量数(A)三、波尔理论：1、原子处于一系列不连续的能量状态中，每个状态原子的能量都是确定的，这些能量值叫做能级;2、原子从一能级向另一能级跃迁时要吸收或放出光子;(1)从高能级向低能级跃迁放出光子;(2)从低能级向高能级跃迁要吸收光子;(3)吸收或放出光子的能量等于两个能级的能量差;hγ=E2-E1;三、天然放射现象衰变1、α射线：高速的氦核流，符号：42He;2、β射线：高速的电子流，符号：0-1e;3、γ射线：高速的光子流;符号：γ4、衰变：原子核向外放出α射线、β射线后生成新的原子核，这种现象叫衰变;(衰变前后原子的核电荷数和质量数守恒)(1)α衰变：放出α射线的衰变：ZX=Z-2Y+2He;(2)β衰变：放出β射线的衰变：AZX=AZ+1Y+0-1e;四、核反应、核能、裂变、聚变：1、所有核反应前后都遵守：核电荷数、质量数分别守恒;(1)卢瑟福发现质子：147N+42He→178 O+11H;(2)查德威克发现中子：94Be+42He→126C+10n;2、核反应放出的能量较核能;(1)核能与质量间的关系：E=mc2(2)爱因斯坦的质能亏损方程：△E=△mc2;3、重核的裂变：质量较大和分裂成两个质量较小的核的反应;(原子弹、核反应堆)4、轻核的.聚变：两个质量较小的核变成质量较大的核的反应;(氢弹)高中物理难点解析1.机械运动：一个物体相对于另一个物体的位置的改变叫做机械运动，简称运动，它包括平动、转动和振动等形式。
高考物理考试大纲解读专题原子与原子核
专题十二原子与原子核考纲原文再现主题内容要求原子结构氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式ⅠⅠ原子核原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆射线的危害和防护ⅠⅠⅠⅠⅠⅠ波粒二象性光电效应爱因斯坦光电效应方程ⅠⅠ考查方向展示考向1 有关原子物理的物理学史问题【样题1】（2020·天津卷）物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。
下列说法符合事实的是A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B．查德威克用α粒子轰击147N获得反冲核178O，发现了中子C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型【答案】AC【解析】麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论，选项A正确；卢瑟福用α粒子轰击147N，获得反冲核178O，发现了质子，选项B错误；贝克勒尔发现的天然放射性现象，考向2 结合经典实验考查α粒子散射实验和光电效应【样题2】（2020·上海卷）卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在A．电子B．中子C．质子D．原子核【答案】D【解析】卢瑟福在α粒子散射实验中观察到绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的α粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核。
故选项D正确。
【样题3】用如图所示的装置演示光电效应，当用某种频率的光照射光电管时，闭合开关S，此时电流表A的读数为I，若改用更高频率的光照射光电管A．断开开关S，则一定有电流流过电流表AB．将滑动变阻器的触头c向b端移动，光电子到达阳极时的速度必将变小C．只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，光电管中可能没有光电子产生D．只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，电流表A读数可能为0【答案】AD【解析】原来电路中，光电管两端加反向电压，此时有光电流，若改用更高频率的光照射光电管，且断开开关S，光电子的最大初动能增大，且无反向电压的减速，光电子一定能到达阳极，有光电流产生，A正确；将滑动变阻器的触头c向b端移动，光电管两端的反向电压减小，光电子到达阳极的速度必将增大，考向3 通过能级图考查波尔理论【样题4】氢原子的部分能级如图所示，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出不同频率的光。
高考物理原子核知识点总结
高考物理原子核知识点总结物理是高考中的一门重要科目，而原子核是其中的一个重要知识点。
原子核是物质的基本组成单位之一，研究原子核的性质对于理解物质的本质和原子结构非常重要。
本文将对高考物理中的原子核知识点进行总结，旨在帮助考生提升对这一知识点的理解和掌握。
一、原子核的基本结构原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子带中性。
质子和中子的质量几乎相等，质子的质量约为1.67×10^-27千克。
原子核的直径约为10^-15米，相比于整个原子而言非常小。
质子和中子集中在原子核中心，而外部则通过电子云来保持整个原子的稳定。
二、原子核的组成原子核的组成与原子的元素有关。
在同一元素的原子核中，质子的数量是固定的，称为元素的原子序数，决定了一个元素的化学性质。
例如，氢原子核中只有一个质子，氧原子核中有8个质子。
而中子的数量可以有所不同，同一元素的不同核素就是由中子数量不同组成的。
核素的质量数指的是质子和中子的总数，通常用A表示。
例如，氢原子的质量数为1，氢同位素的质量数为2和3，在质量数不同的核素中，化学性质都是相同的。
三、原子核的相对稳定性原子核的相对稳定性与核内质子和中子之间的相互作用有关。
质子的电荷相互排斥，而核力使得质子和中子之间产生吸引力，起到核内结合的作用。
当核内的质子和中子数量接近时，核力可以克服质子之间的相互排斥，维持原子核的相对稳定性。
当核内的质子或中子数量过多或过少时，核力无法平衡相互排斥力，原子核就会发生放射性衰变，变为其他核素。
四、核反应和核能核反应是指原子核发生的变化。
核反应可以分为裂变和聚变两种形式。
核裂变是指重原子核分裂成两个或多个轻原子核，伴随着释放大量能量。
核聚变是指两个轻原子核合并成一个更重的原子核，也伴随着能量的释放。
核能是一种巨大的能量资源，广泛应用于核电站和核武器等领域。
五、放射性衰变放射性衰变是指原子核自发地发出射线，变为其他核素的过程。
放射性衰变可以分为α衰变、β衰变和γ衰变。
物理高考原子和原子核知识点总结
物理高考原子和原子核知识点总结原子指化学反应不可再分的基本微粒，下面是编辑老师整理的原子和原子核知识点总结，希望对您提高学习效率有所帮助.原子和原子核1.粒子散射试验结果a)大多数的粒子不发生偏转;(b)少数粒子发生了较大角度的偏转;(c)极少数粒子出现大角度的偏转(甚至反弹回来)2.原子核的大小：10-15～10-14m，原子的半径约10-10m(原子的核式结构)考试用书3.光子的发射与吸收：原子发生定态跃迁时,要辐射(或吸收)一定频率的光子:h=E初-E末{能级跃迁｝4.原子核的组成：质子和中子(统称为核子)， {A=质量数=质子数+中子数，Z=电荷数=质子数=核外电子数=原子序数〔见第三册P63〕｝5.天然放射现象：射线(粒子是氦原子核)、射线(高速运动的电子流)、射线(波长极短的电磁波)、衰变与衰变、半衰期(有半数以上的原子核发生了衰变所用的时间)。
射线是伴随射线和射线产生的〔见第三册P64〕6.爱因斯坦的质能方程:E=mc2{E:能量(J)，m:质量(Kg)，c:光在真空中的速度｝7.核能的计算E=mc2{当m的单位用kg时，E的单位为J;当m用原子质量单位u时，算出的E单位为uc2;1uc2=931.5MeV｝〔见第三册P72〕。
注：(1)常见的核反应方程(重核裂变、轻核聚变等核反应方程)要求掌握;(2)熟记常见粒子的质量数和电荷数;(3)质量数和电荷数守恒,依据实验事实,是正确书写核反应方程的关键;(4)其它相关内容:氢原子的能级结构〔见第三册P49〕/氢原子的电子云〔见第三册P53〕/放射性同位数及其应用、放射性污染和防护〔见第三册P69〕/重核裂变、链式反应、链式反应的条件、核反应堆〔见第三册P73〕/轻核聚变、可控热核反应〔见第三册P77〕/人类对物质结构的认识。
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2020年高考一轮复习考点及考纲解读（15）原子和原子核名师解读原子和原子核为高考必考内容之一。
一般都在选择题中出现。
主要涉及α粒子散射实验、原子能级及跃迁、核反应方程、核能的利用、半衰期等。
其中能级、核反应方程、质能方程是考查热点，一般单独命题，有时也与动力学、动量、电磁学等知识相结合，特别是与电场、磁场的综合问题尤其需要注意。
在复习过程中关键是要识记一些常识性的知识和理解一些最基础的概念和规律，对于能级、半衰期等概念要认真地领会，对于α粒子散射实验，核反应的几个重点实验，质能方程等规律和实验要记住结果并学会应用。
样题解读【样题1】在金属中存在大量的价电子（可理解为原子的最外层电子），价电子在原子核和核外的其他电子产生的电场中运动．电子在金属外部时的电势能比它在金属内部作为价电子时的电势能大，前后两者的电势能差值称为势垒，用符号V表示．价电子就像被关在深为V的方箱里的粒子，这个方箱叫做势阱，价电子在势阱内运动具有动能，但动能的取值是不连续的，价电子处于最高能级时的动能称为费米能，用 Ef表示．用红宝石激光器向金属发射频率为ν的光子，具有费米能的电子如果吸收了一个频率为ν的光子而跳出势阱，则A．具有费米能的电子跳出势阱时的动能EK ＝hν－V + EfB．具有费米能的电子跳出势阱时的动能EK ＝hν－V－EfC．若增大激光器的发光强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能增大D．若增大激光器的发光强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能不变[分析] 具有费米能的电子吸收一个频率为ν的光子而跳出势阱，由动能定理，hν－V＝EK －Ef，得EK＝hν－V + Ef，A项正确，B项错误；由上述式子可以看出，具有费米能的电子跳出势阱时的动能只与照射光的频率有关，而与激光器的发光强度无关，所以C项错误，D项正确。
[答案] AD[解读] 本题涉及到原子的能级结构、动能定理等知识点，考查理解能力和推理能力，体现了《考试大纲》中对“能够清楚地认识概念和规律的表达形式，理解相关知识的区别和联系”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。
本题要求考生认真审题，理解题中所给名词的含义，再结合动能定理进行判断。
【样题2】重元素的放射性衰变共有四个系列，分别是 U238 系列（从23893U开始到稳定的20882Pb为止）、 Th232 系列、 U235 系列及 Np237 系列（从23793Np开始到稳定的20983Bi为止），其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界一直没有被发现，只是在人工制造出Np237 后才发现的，下面的说法正确的是A．Np237 系列中所有放射性元素的质量数B．从23793Np到20983Bi，共发生 7 次α衰变和 4 次β衰变C．可能Np237 系列中的所有放射性元素的半衰期相对于地球年龄都比较短D ．天然的Np237 系列中的放射性元素在地球上从来就没有出现过[分析] 由α衰变规律4422MM Z Z A B He --→+，β衰变规律011MMZ Z C D e +-→+可知每发生一次α衰变，原子核的质量数减少4，而发生β衰变时质量数不变，Np237的质量数237＝4×59＋1，所以每一次衰变后的质量数都等于 4n + 1 ( n 等于正整数），A 项正确；根据原子核衰变时质量数和电荷数守恒，从23793Np 到20983Bi 质量数减少237－209＝28＝4×7，即发生7次α衰变，电荷数减少93－83＝10，考虑7次α衰变带走电荷2×7＝14，所以发生了4次β衰变，总的衰变方程为2372094093832174Np Bi He e -→++，B 项正确；Np237这个系列在自然界一直没有被发现，可能是这个系列中的所有放射性元素的半衰期相对于地球年龄都比较短，C 项正确，D 项错误。
[答案] ABC[解读] 本题涉及到天然放射现象、α衰变、β衰变、半衰期等知识点，考查理解能力和推理能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。
α衰变和β衰变有不同的规律，β衰变不改变原子核的质量数，利用这一点可以先确定α衰变的次数，再结合电荷数不变进而确定β衰变的次数。
【样题3】(山西省实验中学2020学年度高三年级第一次月考试题)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。
下列关于“人造太阳”的说法正确的是A ．“人造太阳”的核反应方程是n H H H 10423121+→+B ．“人造太阳”的核反应方程是n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+C ．“人造太阳”释放的能量大小的计算式是2mc E ∆=∆D ．“人造太阳”核能大小的计算公式是221mc E =[分析] 聚变反应是原子序数较小的核在高温环境下聚变成原子序数大一些的核，A项正确；而B项中的方程是重核的裂变反应，B项错误；根据爱因斯坦质能方程得，“人造太阳”释放的能量大小2mcE∆=∆，C项正确；D项中把宏观中物体的动能公式用于计算核能是错误的。
[答案] AC[解读] 本题涉及到核反应方程、重核的裂变、轻核的聚变、核能、质量亏损、爱因斯坦的质能方程等知识点，主要考查考生的理解能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律在简单情况下的应用”的能力要求。
考生要熟知裂变、聚变、衰变、人工转变等各种核反应方程的特点，并能区别它们。
【样题4】未来人类要通过可控热核反应取得能源，要持续发生热核反应，必须把温度高达几百万摄氏度以上的核材料约束在一定的空间内。
约束的办法有多种，其中技术上相对较成熟的是用磁场约束核材料，称为“托卡马克”装置。
如图15－1所示为这种装置的简化模型：垂直纸面的有环形边界的匀强磁场（b 区域）围着磁感应强度为零的圆形a 区域，a 区域内的离子向各个方向运动，离子的速度只要不超过某值，就不能穿过环形磁场的外边界而逃逸，从而被约束。
设环形磁场的内半径R1＝0.50m，外半径R2＝1.0m ，若磁场的磁感应强度B＝l .0T。
被约束的离子比荷qm＝4×107C/kg。
（1）完成核反应方程：324212______He H He+→+。
（2）若a 区域中沿半径OA方向射入磁场的离子不能穿越磁场，粒子的速度不能超过多大？（3）若要使从a 区域沿任何方向射入磁场的速率为2×107m/s的离子都不能越出磁场的外边界，则b 区域磁场的磁感应强度B'至少要有多大？图15－1[分析] （1）根据核反应中质量数和电荷数守恒可知应填11H。
（2）速度越大轨迹圆半径越大，要使沿OM方向运动的离子不能穿越磁场，则其在环形磁场内的运动轨迹圆中最大者与磁场外边界圆相切（如图15－2所示）设轨迹圆的半径为r1，则r12+R12＝(R2－r1)2代入数据，解得r1＝0.375m设沿该圆运动的离子速度为v1，由，得v1＝Bqr1m代人数据得，v1＝1.5×107m/s（3）设离子以v2的速度沿与内边界圆相切的方向射入磁场且轨道与磁场外圆相切时，则以该速度沿各个方向射入磁场区的离子都不能穿出磁场边界（如图15－2所示）设轨迹圆的半径为r2，则r2＝R2－R12＝0.25m设磁场的磁感强度为B ' ，由Bqv2＝mv22r2，得B '＝mv2qr2，代人数字得B'＝2.0T[答案] （1）11H（2）1.5×107m/s（3）2.0T[解读] 本题涉及到核反应方程、带电粒子在匀强磁场中的运动、牛顿第二定律、圆周运动的向心力等知识点，考查理解能力、推理能力、分析综合能力和应用数学处理物理问题的能力，体现了《考试大纲》中对“能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系”和“必要时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析”的能力要求。
本题的关键是根据题意确定带电粒子的运动轨迹，利用几何关系求出半径，再根据圆周运动的向心力公式求解。
权威预测1．（容易题）下列说法正确的是图15－2A ．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的B ．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构C ．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福的核实结构学说基础上引进了量子理论D ．α射线，β射线，γ射线本质上都电磁波，且γ射线的波长最短2．（容易题）近段时间，朝鲜的“核危机”引起了全球的瞩目，其焦点问题就是“朝鲜核电站应该采用轻水堆还是重水堆”。
重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239（23994Pu ），这种23994Pu 可由铀239（23992U ）经过n 次β衰变而产生，则n 的值为A ．2B ．239C ．145D ．923．（华中师大第一附属中学2020学年高三调研测试，容易题）北京奥委会接受专家的建议，大量采用对环境有益的新技术，如奥运会场馆周围80%—90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术。
太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的热核聚变反应产生的，下列核反应中属于聚变反应的是A ．e He H 01421124+→ B ．He Th U 422349023892+→C ．H O He N 1117842147+→+ D ．n Sr Xe n U 10908013654102359210++→+4．（中档题）为了科学研究的需要，常常将质子(11H )和a 粒子(42He )等带电粒子贮存在圆环状空腔中，圆环状空腔置于一个与圆环平面垂直的匀强磁场(偏转磁场)中，如图15－3所示，磁感应强度为B 。
如果质子和a 粒子在空腔中做圆周运动的轨迹相同(如图中虚线所示)，偏转磁场也相同。
比较质子和a 粒子在圆环状空腔中运动的动能H E 和a E ，运动的周期H T 和a T 的大小，有 A ．,H a H a E E T T =≠ B ．,H a H a E E T T ==C ．,H a H a E E T T ≠≠D ．,H a H aE E T T ≠=图15－35．(河北省2020年高考模拟试卷，中难题)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%。
有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后2分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒生内部的氢核聚变反应生成的。