2024届高考物理一轮复习教案第十六章原子结构和波粒二象性原子核第2讲原子结构原子核（粤教版新教材）

这是一份2024届高考物理一轮复习教案第十六章原子结构和波粒二象性原子核第2讲原子结构原子核（粤教版新教材），共14页。

考点一 原子结构
1．电子的发现：英国物理学家J·J·汤姆孙发现了电子．
2．α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．
3．原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．
1．在α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转是由于它跟金原子中的电子发生了碰撞．( × )
2．原子中绝大部分是空的，原子核很小．( √ )
3．核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．( √ )
例1 关于α粒子散射实验，下述说法中正确的是( )
A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°
B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的排斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转
C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实肯定了汤姆孙的原子结构模型
D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量
答案 A
解析 在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°，所以A正确；使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核，当α粒子接近核时，核的排斥力使α粒子发生明显偏转，电子对α粒子的影响忽略不计，所以B错误；实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实否定了汤姆孙的原子结构模型，所以C错误；实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及绝大部分质量，所以D错误．
考点二 玻尔理论 能级跃迁
1．玻尔理论
(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射．
(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m(3)轨道量子化假设：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．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．
2．能级跃迁
(1)能级和半径公式：
①能级公式：En＝eq \f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.
②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.
(2)氢原子的能级图，如图所示
1．处于基态的氢原子可以吸收能量为11 eV的光子而跃迁到高能级．( × )
2．氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝En－Em(m3．氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能．( × )
4．玻尔理论能解释所有元素的原子光谱．( × )
1．两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子．
光子的频率ν＝eq \f(ΔE,h)＝eq \f(E高－E低,h).
(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．
①吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.(注意：当入射光子能量大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以后发生电离)
②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.
2．光谱线条数的确定方法
(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n－1.
(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝Ceq \\al(2,n)＝eq \f(nn－1,2).
3．电离
(1)电离态：n＝∞，E＝0.
(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量．
例如：氢原子从基态→电离态：
E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV
(3)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2 (2022·广东卷·5)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子．氢原子第n能级的能量为En＝eq \f(E1,n2)，其中E1＝－13.6 eV.如图是按能量排列的电磁波谱，要使n＝20的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是( )
A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子
C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子
答案 A
解析 要使处于n＝20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子，则需要吸收光子的能量为E＝0－(eq \f(－13.6,202)) eV＝0.034 eV，
结合题图可知被吸收的光子是红外线波段的光子，故选A.
例3 (2022·浙江6月选考·7)如图为氢原子的能级图．大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠．下列说法正确的是( )
A．逸出光电子的最大初动能为10.80 eV
B．n＝3跃迁到n＝1放出的光电子动量最大
C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D．用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态
答案 B
解析 从n＝3跃迁到n＝1放出的光电子能量最大，根据Ek＝E－W0，可得此时最大初动能为Ek＝9.8 eV，故A错误；从n＝3跃迁到n＝1放出的光电子能量最大，根据p＝eq \f(h,λ)＝eq \f(hν,c)，E＝hν，可知动量也最大，故B正确；大量氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态能放出Ceq \\al(2,3)＝3种频率的光子，其中从n＝3跃迁到n＝2放出的光子能量为ΔE1＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝
1.89 eV<2.29 eV，不能使金属钠发生光电效应，其他两种均可以，故C错误；由于从n＝3跃迁到n＝4需要吸收的光子能量为ΔE2＝1.51 eV－0.85 eV＝0.66 eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n＝4激发态，故D错误．
考点三 原子核的衰变及半衰期
1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数．
2．天然放射现象
放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．
3．三种射线的比较
4.原子核的衰变
(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．
(2)α衰变、β衰变
(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．
5．半衰期
(1)公式：N余＝N原，m余＝m原.
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)无关(选填“有关”或“无关”)．
6．放射性同位素的应用与防护
(1)放射性同位素：有天然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．
(2)应用：放射治疗、培优、保鲜、做示踪原子等．
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害．
1．三种射线按穿透能力由强到弱的排列顺序是γ射线、β射线、α射线．( √ )
2．β衰变中的电子来源于原子核外电子．( × )
3．发生β衰变时，新核的电荷数不变．( × )
4．如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后还剩50个．( × )
例4 (2023·广东佛山市南海区摸底)“核电池”是利用放射性物质衰变会释放出能量的原理制成的，某“核电池”衰变方程为eq \\ar(238, 94)Pu→eq \\ar(234,m)X＋eq \\ar(n,2)Y，则下列说法正确的是( )
A.eq \\ar(238, 94)Pu发生的是α衰变
B.eq \\ar(238, 94)Pu发生的是β衰变
C.eq \\ar(234,m)X比eq \\ar(238, 94)Pu的中子数少4个
D．在月球上eq \\ar(238, 94)Pu衰变得比在地球上快些
答案 A
解析 根据质量数和核电荷数守恒可得n＝238－234＝4，m＝94－2＝92，因此eq \\ar(n,2)Y为α粒子，eq \\ar(238, 94)Pu发生的是α衰变，选项A正确，B错误；eq \\ar(234,m)X质量数比eq \\ar(238, 94)Pu少4个，核电荷数少2个，因此中子数少2个，选项C错误；元素的半衰期由原子核内部自身因素决定，不会随着地理位置的改变而改变，选项D错误．
例5 (多选)有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A处的原子核发生衰变放射出两个粒子，两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2.下列说法正确的是( )
A．原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个新核的质量比
B．衰变形成的两个粒子带同种电荷
C．衰变过程中原子核遵循动量守恒定律
D．衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2＝r1∶r2
答案 BC
解析 衰变后两个新核速度方向相反，受力方向也相反，根据左手定则可判断出两个粒子带同种电荷，所以衰变是α衰变，衰变后的新核由洛伦兹力提供向心力，有Bqv＝meq \f(v2,r)，可得r＝eq \f(mv,qB)，衰变过程遵循动量守恒定律，即mv相同，所以电荷量与半径成反比，有q1∶q2＝r2∶r1，但无法求出质量比，故A、D错误，B、C正确．
考点四 核反应及核能的计算
1．核反应的四种类型
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(eq \\ar(1,1)H)、中子(eq \\ar(1,0)n)、α粒子(eq \\ar(4,2)He)、β粒子(eq \\ar(0,－1)e)、正电子(eq \\ar(0,＋1)e)、氘核(eq \\ar(2,1)H)、氚核(eq \\ar(3,1)H)等．
(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒．
(3)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．
3．核力和核能
(1)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．
(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能．
(3)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．
(4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2.原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.
1．核力就是库仑力．( × )
2．原子核的结合能越大，原子核越稳定．( × )
3．核反应中，出现质量亏损，一定有核能产生．( √ )
核能的计算方法
(1)根据ΔE＝Δmc2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”．
(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．
例6 下列说法正确的是( )
A.eq \\ar(238, 92)U→eq \\ar(234, 90)Th＋X中X为中子，核反应类型为β衰变
B.eq \\ar(2,1)H＋eq \\ar(3,1)H→eq \\ar(4,2)He＋Y中Y为中子，核反应类型为人工转变
C.eq \\ar(235, 92)U＋eq \\ar(1,0)n→eq \\ar(136, 54)Xe＋eq \\ar(90,38)Sr＋K中K为10个中子，核反应类型为重核裂变
D.eq \\ar(14, 7)N＋eq \\ar(4,2)He→eq \\ar(17, 8)O＋Z中Z为氢核，核反应类型为轻核聚变
答案 C
解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A选项反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B选项反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C选项反应中的K质量数总数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确； D选项反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工转变，选项D错误．
例7 (2019·全国卷Ⅱ·15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为4eq \\ar(1,1)H→eq \\ar(4,2)He＋2eq \\ar(0,1)e＋2ν，已知eq \\ar(1,1)H和eq \\ar(4,2)He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u,1 u＝931 MeV/c2，c为光速．在4个eq \\ar(1,1)H转变成1个eq \\ar(4,2)He的过程中，释放的能量约为( )
A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV
答案 C
解析 因电子质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计，核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确．
例8 (多选)(2023·广东茂名市模拟)一静止的铝原子核eq \\ar(27,13)Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子eq \\ar(1,1)H后，变为处于激发态的硅原子核eq \\ar(28,14)Si.下列说法正确的是( )
A．核反应过程中系统动量不守恒
B．核反应方程为eq \\ar(1,1)H＋eq \\ar(27,13)Al→eq \\ar(28,14)Si
C．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
D．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致
答案 BD
解析 核反应过程中系统动量守恒，能量也守恒，故A错误；由质量数守恒和电荷数守恒可以知道，核反应方程为eq \\ar(1,1)H＋eq \\ar(27,13)Al→eq \\ar(28,14)Si，故B正确；核反应过程中，要释放热量，质量发生亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，故C错误；根据动量守恒，有mv0＝(m＋27m)v，解得v≈3.57×105 m/s，故硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，故D正确．
课时精练
1．(2022·湖南卷·1)关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是( )
A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
C．光电效应揭示了光的粒子性
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性
答案 C
解析 玻尔的原子理论成功地解释了氢原子的分立光谱，但不足之处是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，还不能完全揭示微观粒子的运动规律，A、B错误；光电效应揭示了光的粒子性，C正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样，证实了电子的波动性，D错误．
2．(2022·北京卷·1)氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子( )
A．放出光子，能量增加
B．放出光子，能量减少
C．吸收光子，能量增加
D．吸收光子，能量减少
答案 B
解析 氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，且放出光子的能量等于两能级之差，能量减少，故选B.
3．(2022·辽宁卷·2)2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果．表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列．实验中所用核反应方程为X＋eq \\ar(25,12)Mg→eq \\ar(26,13)Al，已知X、eq \\ar(25,12)Mg、eq \\ar(26,13)Al的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E.下列说法正确的是( )
A．X为氘核eq \\ar(2,1)H
B．X为氚核eq \\ar(3,1)H
C．E＝(m1＋m2＋m3)c2
D．E＝(m1＋m2－m3)c2
答案 D
解析 根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，为eq \\ar(1,1)H，选项A、B错误；该反应释放的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，选项C错误，D正确．
4．(多选)(2022·浙江6月选考·14)秦山核电站生产eq \\ar(14, 6)C的核反应方程为eq \\ar(14, 7)N＋eq \\ar(1,0)n→eq \\ar(14, 6)C＋X，其产物eq \\ar(14, 6)C的衰变方程为eq \\ar(14, 6)C→eq \\ar(14, 7)N＋eq \\ar( 0,－1)e.下列说法正确的是( )
A．X是eq \\ar(1,1)H
B.eq \\ar(14, 6)C可以用作示踪原子
C.eq \\ar( 0,－1)e来自原子核外
D．经过一个半衰期，10个eq \\ar(14, 6)C将剩下5个
答案 AB
解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X为eq \\ar(1,1)H，故A正确；常用的示踪原子有：eq \\ar(14, 6)C、eq \\ar(18, 8)O、eq \\ar(3,1)H，故B正确；β衰变是由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被释放出来，所以eq \\ar( 0,－1)e来自原子核内，故C错误；半衰期是一个统计规律，对于大量原子核衰变是成立的，个数较少时规律不成立，故D错误．
5．(2023·广东湛江市模拟)增殖反应堆将不能用作裂变核燃料的铀238(eq \\ar(238, 92)U)和钍232(eq \\ar(232, 90)Th)转换成裂变核燃料钚239(eq \\ar(239, 94)Pu)和铀233(eq \\ar(233, 92)U)，其中，钍232通过与慢中子反应生成钍233，钍233经过两次β衰变后生成铀233，从而得到裂变核燃料铀233，达到增殖的目的．下列说法正确的是( )
A．钍232核转化成铀233核的过程是化学反应过程
B．钍233核比钍232核多一个电子
C．铀238核比铀233核多5个质子
D．铀233核比钍233核多两个质子
答案 D
解析 钍232核转化成铀233核的过程是核反应过程，不是化学反应过程，选项A错误；钍233核与钍232核电荷数相同，则电子数相同，选项B错误；铀238核与铀233核电荷数相同，则质子数相同，选项C错误；钍233经过两次β衰变后生成铀233，每次β衰变一个中子转化为一个质子，放出一个负电子，铀233核比钍233核多两个质子，选项D正确．
6．(2023·广东珠海市联考)2021年9月在甘肃武威，全球首台第四代核电技术基熔盐核反应堆试运行，反应堆工作原理如图所示，钍232(eq \\ar(232, 90)Th)吸收一个中子后会变成钍233，钍233不稳定，会变成易裂变铀233(eq \\ar(233, 92)U)，下列说法正确的是( )
A．Pa核比233U核多一个质子
B．核反应堆是通过核聚变把核能转化为电能
C．中间产生的新核镤233(eq \\ar(233, 91)Pa)从高能级向低能级跃迁时，会伴随α辐射
D．镤233变成铀233的核反应方程式是eq \\ar(233, 91)Pa→eq \\ar(233, 92)U＋eq \\ar(0,－1)e
答案 D
解析 由题意可知，镤233变成铀233的核反应方程式是eq \\ar(233, 91)Pa→eq \\ar(233, 92)U＋eq \\ar(0,－1)e，则Pa核比233U核少一个质子，选项A错误，D正确；在核电站核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，选项B错误；中间产生的新核镤233(eq \\ar(233, 91)Pa)从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随γ辐射，选项C错误．
7．(2021·全国甲卷·17)如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为( )
A．6 B．8 C．10 D．14
答案 A
解析 由题图分析可知，核反应方程为
eq \\ar(238, 92)X→eq \\ar(206, 82)Y＋aeq \\ar(4,2)He＋beq \\ar( 0,－1)e，
经过a次α衰变，b次β衰变，
由电荷数与质量数守恒可得
238＝206＋4a，92＝82＋2a－b，
解得a＝8，b＝6，故放出6个电子，故选A.
8．(2023·广东佛山市五校联盟模拟)为了更形象地描述氢原子能级和氢原子轨道的关系，作出如图所示的能级轨道图，处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时辐射出可见光a，处于n＝3能级的氢原子向n＝2能级跃迁时辐射出可见光b，则以下说法正确的是( )
A．a光照射逸出功为2.14 eV的金属时，光电子的最大初动能为0.41 eV
B．a光的波长比b光的波长长
C．辐射出b光时，电子的动能和电势能都会变大
D．一个处于n＝4能级的氢原子自发跃迁可释放6种频率的光
答案 A
解析 a光的光子能量Ea＝E4－E2＝2.55 eV，b光的光子能量Eb＝E3－E2＝1.89 eV，根据E＝heq \f(c,λ)，可知λb>λa，B错误；a光照射逸出功W0＝2.14 eV的金属时，由于Ea>W0，能发生光电效应，光电子的最大初动能Ek＝Ea－W0＝0.41 eV，A正确；辐射出b光时，电子做圆周运动的半径减小，动能增加，库仑力做正功，电势能减小，C错误；一个处于n＝4能级的氢原子自发跃迁时，释放出不同频率光的种类最多的情况为n＝4→n＝3→n＝2→n＝1，即最多能释放3种频率的光，D错误．
9．(多选)铀核裂变的一种方程为eq \\ar(235, 92)U＋X→eq \\ar(94,38)Sr＋eq \\ar(139, 54)Xe＋3eq \\ar(1,0)n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法中正确的有( )
A．X是中子
B．X是质子
C.eq \\ar(235, 92)U、eq \\ar(94,38)Sr、eq \\ar(139, 54)Xe相比，eq \\ar(94,38)Sr的比结合能最大，最稳定
D.eq \\ar(235, 92)U、eq \\ar(94,38)Sr、eq \\ar(139, 54)Xe相比，eq \\ar(235, 92)U的质量数最大，结合能最大，最稳定
答案 AC
解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，A正确，B错误；根据题图可知，eq \\ar(235, 92)U、eq \\ar(94,38)Sr、eq \\ar(139, 54)Xe相比，eq \\ar(94,38)Sr的比结合能最大，最稳定，eq \\ar(235, 92)U的质量数最大，结合能最大，比结合能最小，最不稳定，C正确，D错误．
10．(2020·全国卷Ⅱ·18)氘核eq \\ar(2,1)H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6eq \\ar(2,1)H→2eq \\ar(4,2)He＋2eq \\ar(1,1)H＋2eq \\ar(1,0)n＋43.15 MeV表示．海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV＝1.6×10－13 J，则M约为( )
A．40 kg B．100 kg
C．400 kg D．1 000 kg
答案 C
解析 根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量，1 kg海水中的氘核反应释放的能量为E＝eq \f(1.0×1022,6)×43.15 MeV≈7.19×1022 MeV≈1.15×1010 J，则相当于燃烧的标准煤的质量为M＝eq \f(1.15×1010,2.9×107) kg≈396.6 kg，约为400 kg.故选C.
11．(2023·广东汕头市检测)如图所示为几种金属的逸出功和氢原子能级图．现有大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，结合图表信息可知( )
A.铷的截止频率大于钙的截止频率
B．氢原子跃迁时对外辐射连续光谱
C．氢原子辐射的光有3种频率能使钨发生光电效应
D．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能减小
答案 C
解析 由表格数据可知铷的逸出功小于钙的逸出功，故铷的截止频率小于钙的截止频率，A错误；原子的发射光谱为线状谱，故氢原子跃迁时对外辐射不连续的光谱，B错误；大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，对外辐射光子的能量分别有ΔE1＝E4－E1＝12.75 eV，ΔE2＝E3－E1＝12.09 eV，ΔE3＝E2－E1＝10.2 eV，ΔE4＝E4－E2＝2.55 eV，ΔE5＝E3－E2＝1.89 eV，ΔE6＝E4－E3＝0.66 eV，发生光电效应的条件是ΔE>W0＝4.54 eV，可知氢原子辐射的光有3种频率能使钨发生光电效应，C正确；设电子绕氢原子核运动的轨道半径为r，质子和电子的电荷量大小均为e，电子的质量为m，由库仑力提供向心力可得keq \f(e2,r2)＝meq \f(v2,r)，解得电子的动能为，Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(ke2,2r)，氢原子辐射光子后，电子从外轨道跃迁到内轨道，轨道半径变小了，故电子动能增大了，D错误．
12．(多选)(2023·广东省茂名一中月考)在匀强磁场中用α粒子(eq \\ar(4,2)He)轰击静止的铝(eq \\ar(27,13)A1)原子核时，产生了P、Q两个粒子，如图所示，已知匀强磁场方向垂直纸面向里，各粒子的速度方向均与磁场方向垂直，粒子P的运动轨迹在图中未画出，粒子Q做匀速直线运动，α粒子的质量为m1，铝原子核的质量为m2，P粒子的质量为m3，Q粒子的质量为m4，光在真空中的速度为c，则下列说法正确的是( )
A．Q粒子可能是质子
B．P粒子沿顺时针方向运动
C．P粒子的电荷量大于铝原子核的电荷量
D．核反应过程中释放出的能量为(m1＋m2－m3－m4)c2
答案 CD
解析 由于Q粒子做匀速直线运动，所以Q粒子不带电，是中子，选项A错误；由于Q粒子不带电，则P粒子一定带正电，由左手定则可知，P粒子沿逆时针方向运动，选项B错误；由核反应前后质量数和电荷数均守恒可知，P粒子的电荷量大于铝原子核的电荷量，选项C正确；由爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2，可知核反应过程中释放出的能量ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，选项D正确．名称
构成
符号
电荷量
质量
电离能力
贯穿本领
α射线
氦核
eq \\al(4,2)He
＋2e
4 u
最强
最弱
β射线
电子
eq \\al(0,－1)e
－e
eq \f(1,1 837) u
较强
较强
γ射线
光子
γ
0
0
最弱
最强
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
eq \\al(M,Z)X→eq \\ar(M－4,Z－2)Y＋eq \\al(4,2)He
eq \\al(M,Z)X→eq \\ar(M,Z＋1)Y＋eq \\ar(0,－1)e
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
2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He
eq \\al(1,0)n→eq \\al(1,1)H＋eq \\ar(0,－1)e
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
eq \\ar(238, 92)U→eq \\ar(234, 90)Th＋eq \\ar(4,2)He
β衰变
自发
eq \\ar(234, 90)Th→eq \\ar(234, 91)Pa＋eq \\ar(0,－1)e
人工转变
人工控制
eq \\ar(14, 7)N＋eq \\ar(4,2)He→eq \\ar(17, 8)O＋eq \\ar(1,1)H(卢瑟福发现质子)
eq \\ar(4,2)He＋eq \\ar(9,4)Be→eq \\ar(12, 6)C＋eq \\ar(1,0)n(查德威克发现中子)
eq \\ar(27,13)Al＋eq \\ar(4,2)He→eq \\ar(30,15)P＋eq \\ar(1,0)n
约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
eq \\ar(30,15)P→eq \\ar(30,14)Si＋eq \\ar(0,＋1)e
重核裂变
容易控制
eq \\ar(235, 92)U＋eq \\ar(1,0)n→eq \\ar(144, 56)Ba＋eq \\ar(89,36)Kr＋3eq \\ar(1,0)n
eq \\ar(235, 92)U＋eq \\ar(1,0)n→eq \\ar(136, 54)Xe＋eq \\ar(90,38)Sr＋10eq \\ar(1,0)n
轻核聚变
现阶段很难控制
eq \\ar(2,1)H＋eq \\ar(3,1)H→eq \\ar(4,2)He＋eq \\ar(1,0)n＋17.6 MeV
金属
钨
钙
钾
铷
W0/ eV
4.54
3.20
2.25
2.13