(共42张PPT)
第五章 原子与原子核
项目 衰变 人工转变 重核裂变 轻核聚变
概念 原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的过程，也叫天然放射现象 人工用高速粒子轰击原子核，产生另一种新核的过程 重核分裂成质量较小的原子核，释放出能量的过程 轻核结合成质量较大的原子核，释放出能量的过程
发现者或重要贡献者 贝可勒尔 卢瑟福、查德威克、居里夫妇等 － －
意义 揭开了人类研究原子核结构的序幕 通过原子核的人工转变发现了质子、中子、正电子等基本粒子和一些人工放射性同位素 人类获得新能源的一种重要途径 人类获得新能源的一种重要途径
应用举例 利用放射性元素的半衰期进行文物年代鉴定等 得到人工放射性同位素、做示踪原子 核电站、核潜艇、原子弹等 氢弹、热核反应
说明 衰变与其他核反应最主要的区别为前者自发进行，不需要其他粒子诱发，生成α、β或γ粒子；后三种都是原子核的人工转变，重核裂变和轻核聚变与其他人工转变不同的是有巨大能量释放，裂变最显著的特征是重核分成中等质量的核，聚变则为轻核结合成质量较大的原子核
B
90
8
B
90
8
现象
实验:原因→核式结构的建
原子的核式结构模型
原子、原子核的尺寸、电
玻尔的原子结构模型④
能级跃迁
原子核的组成
核
种射线:α射线、β射线、⑦
哀变分类/《
衰变
原
守恒
衰变规律
与原子核的衰变
原
意义:表示衰变快慢
半衰期
决定因
决
质子的发现
中子的发现:B
转
正电子的发现:P
放射
素及应用与防护
定义
核力
核力
核能的利用
轻核聚
几32
3.40
13.6
E0
n∞76543
0a
2
000
553
0
6
B章末质量评估(五)
(时间：75分钟 分值：100分)
一、单项选择题(本大题共7小题，每小题4分，共28分．每小题中只有一个选项是正确的，选对得4分，错选、不选或多选不得分．)
1．下列选项中，不能由α粒子散射实验得出的结论是( )
A．原子中绝大部分是空的
B．原子中全部正电荷集中在原子核上
C．原子内有中子
D．原子的质量几乎全部集中在原子核上
解析：卢瑟福由α粒子散射实验得到结论有：在原子中心有一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，带负电的电子在核外的空间运动．
答案：C
2．α粒子散射实验首次表明了( )
A．α粒子带正电
B．电子是原子的组成部分
C．原子是一个正、负电荷均匀分布的球
D．原子中带正电的部分体积很小
解析：卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结构模型：原子中心有一很小的核，集中着全部正电荷及几乎全部质量，电子绕核旋转，故D正确．
答案：D
3．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示．下列说法中正确的是( )
A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关
B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型
C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型
D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型
解析：α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型，故B正确．
答案：B
4．1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为( )
A．15和28 B．15和30
C．16和30 D．17和31
解析：将核反应方程式改写成He＋Al→n＋X，由电荷数和质量数守恒知，X应为X.
答案：B
5．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4H→He＋2e＋2γ，已知H和He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝，c为光速．在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为( )
A．8 MeV B．16 MeV
C．26 MeV D．52 MeV
解析：因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计．
质量亏损Δm＝4mp－mα，
由质能方程得
ΔE＝Δmc2＝(4×1.007 8－4.002 6)×931 MeV≈26.6 MeV.
答案：C
6．我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是( )
A.H＋H→He＋n
B.N＋He→O＋H
C.He＋Al→P＋n
D.U＋n→Ba＋Ke＋3n
解析：H＋H→He＋n是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；N＋He→O＋H是卢瑟福发现质子的核反应，他用α粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素——氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；He＋Al→P＋n是小居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30)，属于人工核反应，故C错误；U＋n→Ba＋Kr＋3n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误．
答案：A
7.研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示．两块平行放置的金属板A、B分别于电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则( )
A．a为电源正极，到达A板的为α射线
B．a为电源正极，到达A板的为β射线
C．a为电源负极，到达A板的为α射线
D．a为电源负极，到达A板的为β射线
解析：β射线为高速电子流，质量约为质子质量的，速度接近光速；α射线为氦核流，速度约为光速的.在同一电场中，β射线偏转的轨迹曲率半径小于α射线的曲率半径，由题图知，向左偏的为β射线，向右偏的为α射线，即到达A板的为β射线；因α粒子带正电，向右偏转，说明电场方向水平向右，那么a为电源正极，故B正确，A、C、D错误．
答案：B
二、多项选择题(本大题共3小题，每小题6分，共18分，每小题有多个选项是正确的，全选对得6分，少选得3分，选错、多选或不选不得分．)
8．按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是( )
A．第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为：rm∶rn＝m2∶n2
B．第m个定态和第n个定态的能量Em和En之比为：Em∶En＝n2∶m2
C．电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是ν，则其发光频率也是ν
D．若氢原子处于能量为E的定态，则其发光频率为ν＝
解析：由氢原子核外电子轨道半径公式：rn＝n2r1，轨道半径与量子数的平方成正比，所以rm∶rn＝m2∶n2，选项A正确．氢原子的能量公式：En＝E1，可见氢原子的能量与量子数的平方成反比，所以Em∶En＝n2∶m2，选项B正确．根据玻尔的原子理论，只有核外电子发生能级跃迁时，才能发射某一频率的光，所以选项C、D错误．
答案：AB
9．以下关于玻尔原子理论的说法正确的是( )
A．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的
B．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射
C．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子
D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收
解析：根据玻尔理论知，电子绕核做圆周运动的半径是一些分立值，故A正确；电子绕核做圆周运动时，不发生电磁辐射，故B错误；从低能级向高能级跃迁时，需吸收光子，故C错误；当吸收的光子能量等于两能级间的能级差，才能被氢原子吸收，所以不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收，故D正确．
答案：AD
10．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7N获得反冲核8O，发现了中子
C．贝可勒尔发现天然放射性现象，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
解析：麦克斯韦曾提出光是电磁波，赫兹通过实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，选项A正确．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了质子，选项B错误．贝可勒尔从铀盐开始研究发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，选项C正确．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，选项D错误．
答案：AC
三、非选择题(本大题共5小题，共54分．)
11．(8分)完成下列核反应方程，并指出核反应的类型．
(1)He＋________→He＋H，是________变．
(2)Na→Mg＋________，是________变．
(3)Na＋________→Na＋H，是________变．
(4)U＋n→Ba＋Kr＋3____________，是__________变．
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可判断粒子种类．
答案：(1)H 聚 (2)e β衰 (3)H 人工转 (4)n 裂
12．(8分)(1)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”．完成“氦燃烧”的核反应方程为：He＋__________→Be＋γ.
(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s．一定质量的Be，经7.8×10－16 s后所剩Be占开始时的________．
(3)一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为________________________________________________．
该反应放出的能量为Q，则氘核的平均结合能为___________．
(4)太阳内部不停地进行着热核反应(氢聚变为氦)，同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不________环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的__________效应制成的．
解析：(1)根据电荷数、质量数守恒，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为He.
(2)半衰期为2.6×10－16 s，经7.8×10－16 s，即3个半衰期，根据＝＝知，剩余Be占开始时的＝12.5%.
(3)由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为：
n＋H→H；氘核的平均结合能为.
(4)太阳内部不停地进行着热核反应(氢聚变为氦)，同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不污染环境，太阳能电池是根据在半导体中发生的光电效应制成的．
答案：(1)He (2)12.5% (3)n＋H→H (4)污染 光电
13．(10分)假设某航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是U＋n→Ba＋Kr＋( )n.
(1)在括号内填写n前的系数；
(2)用m1、m2、m3分别表示U、Ba、Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？
(3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少kg铀235？(铀235的摩尔质量M＝0.235 kg/mol，一个月约为t＝2.6×106 s，阿伏伽德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，计算结果保留两位有效数字)
解析：(1)由电荷数守恒和质量数守恒可知n前的系数为3.
(2)ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m)c2.
(3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt，
同时E＝NAΔE，解得m＝≈22 kg.
答案：(1)3 (2)(m1－m2－m3－2m)c2 (3)22 kg
14．(13分)一个小瓶含有某种放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6 000次．将它注射到一个患者的血液中，经过15小时，从患者身上取出10 cm2的血样，测得每分钟衰变2次．已知这种同位素的半衰期是5小时，试根据上述数据，计算人体血液的总体积．
解析：根据题意，可求得一开始小瓶中的放射性同位素的总原子核数
N0＝6 000×60×5×2个＝3 600 000个．
15小时以后，剩余的放射性同位素原子核数
N1＝N0＝3 600 000×个＝450 000个．
刚抽出血样时10 cm3血液中的放射性同位素总原子核数
n＝2×60×5×2个＝1 200个．
人体内所有血液的总量为
×10＝×10 cm3＝3 750 cm3.
答案：3 750 cm3
15．(15分)氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示，用一群处于第4能级的氦离子发出的光照射处于基态的氢原子．
(1)氦离子发出的光子中，有几种能使氢原子发生光电效应？
(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能是多少？
解析：(1)一群处于n＝4能级的氦离子跃迁时，一共发出N＝＝6种光子．
由频率条件hν＝Em－En知6种光子的能量分别是
由n＝4到n＝3，hν1＝E4－E3＝2.6 eV，
由n＝4到n＝2，hν2＝E4－E2＝10.2 eV，
由n＝4到n＝1，hν3＝E4－E1＝51.0 eV，
由n＝3到n＝2，hν4＝E3－E2＝7.6 eV，
由n＝3到n＝1，hν5＝E3－E1＝48.4 eV，
由n＝2到n＝1，hν6＝E2－E1＝40.8 eV，
由发生光电效应的条件知，hν3、hν5、hν63种光子可使处于基态的氢原子发生光电效应．
(2)由光电效应方程Ek＝hν－W0知，能量为51.0 eV的光子使氢原子逸出的光电子最大初动能最大，将W0＝13.6 eV代入Ek＝hν－W0，得Ek＝37.4 eV.
答案：(1)3种 (2)37.4 eV
PAGE
