1.一个原子和一群原子的区别:一个氢原子只 有一个电子,在某个 时刻电子只能在某一个可能的轨道上,当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上时,可能情况有多种C2n=
n?n-1?
,但产生的跃迁只有一种.而如果是大量的氢原子,2
这些原子的核外电子跃迁时就会出现所有的可能情况.
2.入射光子和入射电子的区别:若是在光子的激发下引起原子跃迁,则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差;若是在电子的碰撞下引起的跃迁,则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差.两种情况有所区别.
突破训练1 某光电管的阴极为金属钾制成的,它的逸出功为
2.21 eV,如图4是氢原子的能级图,一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射的光照射到该光电管的阴极上,这束光中能使金属钾发生光电效应的光谱线条数是 A.2条 C.5条 答案 B
考点二 原子核和原子核的衰变 1. 衰变规律及实质
(1)两种衰变的比较
衰变类型 衰变方程 α衰变 AA-44ZX→Z-2Y+2He ( )
B.4条 D.6条
图4
β衰变 A 0ZX→AZ+1Y+-1e 2个质子和2个中子结合成一个整衰变实质 体射出 14211H+20n→2He 中子转化为质子和电子 1100n→1H+-1e 衰变规律 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.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子. 2. 原子核的人工转变
用高能粒子轰击靶核,产生另一种新核的反应过程. 典型核反应:
4171
(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为:14 7N+2He→ 8O+1H.
(2)查德威克发现中子的核反应方程为:
941214Be+2He→ 6C+0n.
(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为:
27430113Al+2He→15P+0n. 30300
15P→14Si++1e.
3. 确定衰变次数的方法
A
(1)设放射性元素AZX经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素Z′Y,则表示
′
该核反应的方程为
0AA′4
ZX→Z′Y+n2He+m-1e
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A=A′+4n,Z=Z′+2n-m
(2)确定衰变次数,因为β衰变对质量数无影响,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β衰变的次数. 4. 半衰期
11
(1)公式:N余=N原()t/τ,m余=m原()t/τ
22
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.
(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,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.
例2 (2011·海南·19(1))2011年3月11日,日本发生九级大地震,造成福岛核电站严重的
核泄漏事故.在泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素,它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射.在下列四个式子中,有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程,它们分别是________和________(填入正确选项前的字母).131I和中的中子数分别是________和________. A.X1―→ 13756Ba+10n
B.X2―→ 13154Xe+0-1e D.X4―→ 13154Xe+11p
137
Cs原子核
C.X3―→ 13756Ba+0 -1e
解析 根据核反应方程的质量数、电荷数守恒知,131I的衰变为选项B,137Cs的衰变为选项C,131I的中子数为131-53=78,137Cs的中子数为137-55=82. 答案 B C 78 82
例3 关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的有
A.是原子核质量减少一半所需的时间 B.是原子核有半数发生衰变所需的时间
C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减小放射性元素的半衰期 D.可以用来测定地质年代、生物年代等
( )
解析 原子核衰变后变成新核,新核与未衰变的核在一起,故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半,A错,B对;衰变快慢由原子核内部因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,常用其测定地质年代、生物年代等,故C错,D对. 答案 BD
突破训练2 由于放射性元素237 93Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使
209用人工的方法制造后才被发现.已知 23793Np经过一系列α衰变和β衰变后变成 83Bi,下
列判断中正确的是 ( )
237A. 20983Bi的原子核比 93Np的原子核少28个中子 237B. 20983Bi的原子核比 93Np的原子核少18个中子
C.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变 D.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变 答案 BC 解析
209
83Bi
209
的中子数为209-83=126, 23793Np的中子数为237-93=144, 83Bi的原子
核比 23793Np的原子核少18个中子,A错,B对;衰变过程中共发生了α衰变的次数为237-209
=7次,β衰变的次数是2×7-(93-83)=4次,C对,D错. 4考点三 核反应类型及核反应方程的书写
类型 衰变 α衰变 β衰变 人工转变 人工控制 可控性 自发 自发 核反应方程典例 2382344 92U→ 90Th+2He 2342340 90Th→ 91Pa+-1e 144171 7N+2He→ 8O+1H (卢瑟福发现质子) 491212He+4Be→ 6C+0n (查德威克发现中子) 27430113Al+2He→15P+0n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子 3030015P→14Si++1e 重核裂变 比较容易进行人工控制 2351144891 92U+0n→ 56Ba+36Kr+30n 2351136901 92U+0n→ 54Xe+38Sr+100n 23411H+1H→2He+0n 轻核聚变 除氢弹外无法控制 例4 (1)现有三个核反应方程: 24
①2411Na→12Mg+0-1e;
1141921
②235 92U+0n→ 56Ba+36Kr+30n; 341③21H+1H→2He+0n.
下列说法正确的是 ( )
A.①是裂变,②是β衰变,③是聚变 B.①是聚变,②是裂变,③是β衰变 C.①是β衰变,②是裂变,③是聚变 D.①是β衰变,②是聚变,③是裂变 (2)现有四个核反应:
341A.21H+1H→2He+0n 1891B. 23592U+0n→X+36Kr+30n 240C.11Na→2412Mg+-1e
9121D.42He+4Be→ 6C+0n
①________是发现中子的核反应方程,________是研究原子弹的基本核反应方程,________是研究氢弹的基本核反应方程. ②求B中X的质量数和中子数.
240235114192解析 (1)2411Na→12Mg+-1e中Na核释放出β粒子,为β衰变, 92U+0n→ 56Ba+36Kr+
2341310n为铀核在被中子轰击后,分裂成两个中等质量的核,为裂变.而1H+1H→2He+0n
为聚变,故C正确.
(2)①人工转变核反应方程的特点:箭头的左边是氦核与常见元素的原子核,箭头的右边也是常见元素的原子核.D是查德威克发现中子的核反应方程,B是裂变反应,是研究原子弹的基本核反应方程,A是聚变反应,是研究氢弹的基本核反应方程. ②由电荷数守恒和质量数守恒可以判定,X质量数为144,电荷数为56,所以中子数为144-56=88.
答案 (1)C (2)①D B A ②144 88
突破训练3 三个原子核X、Y、Z,X核放出一个正电子后变为Y核,Y核与质子发生核
反应后生成Z核并放出一个氦核(42He),则下面说法正确的是 A.X核比Z核多一个质子 B.X核比Z核少一个中子
C.X核的质量数比Z核的质量数大3
D.X核与Z核的总电荷数是Y核电荷数的2倍 答案 CD
aaa0a1a4解析 设原子核X的符号为bX,则原子核Y为b-1Y,bX→+1e+b-1Y,1H+b-1Y→2He
( )
3a3+ab-2Z,故原子核Z为b-2Z.
-
-
考点四 关于核能的计算
1.应用质能方程解题的流程图
(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”. 2. 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.
235例5 裂变反应是目前核能利用中常用的反应,以原子核235 92U为燃料的反应堆中,当
92U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为:
235
92U
+ 10n→ 139
54Xe
+
94
38Sr+ 310n
235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4
反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位u为单位).已知 1 u的质量对应的能量为9.3×102 MeV,此裂变反应释放出的能量是______ MeV. 解析 裂变前后的质量亏损是
Δm=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-3×1.008 7) u=0.193 3 u. 亏损质量转化为能量ΔE=Δmc2=0.193 3×9.3×102 MeV=1.8×102 MeV. 答案 1.8×102
突破训练4 已知氦原子的质量为MHe u,电子的质量为me u,质子的质量为mp u,中子的
质量为mn u,u为原子质量单位,且由爱因斯坦质能方程E=mc2可知:1 u对应于931.5 MeV的能量,若取光速c=3×108 m/s,则两个质子和两个中子聚变成一个氦核,释放的能量为
( )
A.[2(mp+mn)-MHe]×931.5 MeV B.[2(mp+mn+me)-MHe]×931.5 MeV C.[2(mp+mn+me)-MHe]·c2 J D.[2(mp+mn)-MHe]·c2 J 答案 B
14
解析 核反应方程为211H+20n→2He,质量亏损Δm=2(mp+mn)-(MHe-2me)=2(mp+
mn+me)-MHe,所以释放的能量为ΔE=Δm×931.5 MeV=[2(mp+mn+me)-MHe]×931.5 MeV,选项B正确.
高考题组
2014《步步高》物理大一轮复习讲义 第13章 第3课时 原子与原子核 氢原子光谱
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