(共30张PPT)
第二节 放射性元素的衰变
核心素养点击
物理观念 (1)了解放射性现象和放射性元素。
(2)知道原子核的衰变及三种射线的特性。
(3)掌握半衰期的概念和应用。
科学思维 半衰期在考古学方面的应用。
科学探究 探究三种射线在电场中的偏转。
科学态度与责任 通过对原子核结构的探究，感悟探索微观世界的研究方法，强化证据意识和推理能力。
一、放射性的发现 原子核衰变
1．填一填
(1)放射性的发现
①1896年，法国物理学家___________发现铀和含铀的矿物都能发出一种看不见的_____，这种射线可以使包在黑纸里的照相底片感光。
②波兰裔法国物理学家玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现放射性更强的新元素，分别命名为钋(Po)、______。
贝可勒尔
射线
镭(Ra)
(2)放射性
①定义：物质放射出射线的性质。
②放射性元素：具有______性的元素。
③天然放射性元素：能________放出射线的元素。
(3)原子核衰变
①衰变：一种元素经放射过程变成____________的现象。
②分类：放出α粒子的衰变称为________，放出β粒子的衰变称为________。
2．判一判
(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核。 ( )
(2)原子核衰变时不会变成新元素。 ( )
(3)β衰变时放出的电子就是核外电子。 ( )
放射
自发地
另一种元素
α衰变
β衰变
√
×
×
3．想一想
如图为α衰变、β衰变示意图。
(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？为什么？
提示：α衰变时，原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子抛射出来，则核内的中子数和质子数都减少2个。
(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？
提示：β衰变时，核内的一个中子变成一个质子留在核内，同时放出一个电子。则核电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置后移一位。
二、半衰期
1．填一填
(1)定义：原子核的数目因衰变减少到原来的_____所经过的时间。
(2)决定因素
不同的放射性元素，半衰期_______。放射性元素衰变的快慢是由_______的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件______关系。
2．判一判
(1)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。 ( )
(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。 ( )
(3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。 ( )
一半
不同
核本身
没有
×
×
√
3．想一想
有10个镭226原子核，经过一个半衰期有5个发生衰变，这样理解对吗？
提示：不对。10个原子核数目太少，它们何时衰变是不可预测的，因为衰变规律是大量原子核的统计规律。
探究(一) 对三种射线的理解
[问题驱动]
如图为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图。
(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转说明了什么？
提示：说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。
(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径说明什么问题？
提示：说明α射线比荷小于β射线的比荷。
[重难释解]
1．α、β、γ射线的比较
典例1 如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源
和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之
间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是 ( )
A．α和β的混合放射源
B．纯α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．纯γ放射源
[解析] 在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源，C正确。
[答案] C
三种射线的比较方法
(1)知道三种射线带电的性质，α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。α、β是实物粒子，而γ射线是光子流，属电磁波的一种。
(2)在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线。
(3)α粒子穿透能力较弱，β粒子穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反。
[素养训练]
1．(多选)下列哪些现象能说明射线来自原子核 ( )
A．三种射线的能量都很高
B．放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响
C．元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关
D．α射线、β射线都是带电的粒子流
解析：能说明放射线来自原子核的证据是元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关，B、C正确。
答案：BC
2．α、β和γ射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半，所需铝板的厚度分别为0.000 5 cm、0.05 cm和8 cm。工业部门可以使用射线来测厚度。如图所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱。因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制。如果钢板的厚度需要控制为5 cm，请推测测厚仪使用的射线是 ( )
A．α射线 B．β射线
C．γ射线 D．可见光
解析：根据α、β、γ三种射线特点可知，γ射线穿透能力最强，电离能力最弱，α射线电离能力最强，穿透能力最弱，钢板厚度控制为5 cm，则α、β射线均不能穿透，而γ射线可以穿透，为了能够准确测量钢板的厚度，探测射线应该用γ射线；随着轧出的钢板越厚，透过的射线越弱，而轧出的钢板越薄，透过的射线越强，故A、B、D错误，C正确。
答案：C
答案：B
探究(二) 半衰期及其应用
[问题驱动]
如图为始祖鸟的化石，美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的
原理发明“碳-14计年法”，并因此荣获了1960年的诺贝尔奖。利
用“碳-14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄。
(1)为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟的年龄？
提示：半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。
(2)若有10个具有放射性的原子核，经过一个半衰期，则一定有5个原子核发生了衰变，这种说法是否正确，为什么？
提示：这种说法是错误的，因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律，不适用于少量原子核的衰变。
3．适用条件
半衰期是一个统计概念，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，因此，半衰期只适用于大量的原子核的衰变。
4．应用
利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等。
[答案] C
关于半衰期的两个误区
(1)错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核衰变到稳定核所经历的时间。其实半衰期是大量的原子核发生衰变时的统计规律。
(2)错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的时间，该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的差别。其实衰变后的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的质量。
[素养训练]
1．关于放射性元素的半衰期，以下说法中正确的是 ( )
A．同种放射性原子核在化合物中的半衰期比在单质中长
B．升高温度可使放射性元素的半衰期缩短
C．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩1个了
D．氡的半衰期为3.8天，若有4 g氡，经过7.6天就只剩1 g了
答案：D
2．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，未衰变的质量之比mA∶mB为 ( )
A．1∶2 B．2∶1 C．5∶4 D．4∶5
答案：A
一、培养创新意识和创新思维
(2021·潮州高二检测)根据临床经验，部分药物在体内的代谢也有与原子核衰变相似的规律。药物的血浆半衰期是指药物在血浆中的浓度下降一半所需的时间。某种药物的血浆半衰期为2小时，一次合理剂量的用药后药物在血浆中的浓度为20毫克/升，若血浆中的药物浓度下降至3毫克/升以下就要补充用药，则该药物的用药时间间隔约为 ( )
A．2小时 B．4小时 C．6小时 D．8小时
解析：因为药物的血浆半衰期为2小时，经过6小时，即3个半衰期，血浆中的药物浓度下降至2.5毫克/升，所以该药物的用药时间间隔约为6小时，故C正确。
答案：C
二、注重学以致用和思维建模
1．(多选)俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海的沉没再次引起了人们对核废料与环境问题的重视，几十年来人们向巴伦支海海域倾倒了不少核废料，而核废料对海洋环境有严重的污染作用。其原因有 ( )
A．铀、钚等核废料有放射性
B．铀、钚等核废料的半衰期很长
C．铀、钚等重金属有毒性
D．铀、钚等核废料会造成爆炸
解析：铀、钚等核废料有放射性，射线有危害，故A正确；铀、钚等核废料的半衰期很长，短期内很难消失，故B正确；铀、钚等是重金属，重金属都有毒性，故C正确；铀、钚等核废料不会造成爆炸，故D错误。
答案：ABC
解析：此射线必须能穿透部件，探测器才能接收到射线粒子，用一张纸就能将α射线挡住，β射线只能穿透几毫米厚的铝板，γ射线能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土，显然应该用γ射线检查直径为20 cm的钢柱内部是否有伤痕存在，选项C正确，A、B错误；当遇到钢柱内部有砂眼或裂纹时，穿过钢柱到达探测器的γ射线比没有砂眼或裂纹处的要强一些，选项D错误。
答案：C (共38张PPT)
第五章 | 原子与原子核
第一节 原子的结构
核心素养点击
物理观念 (1)知道电子的发现和原子的核式结构模型。
(2)了解原子光谱的概念，知道氢原子光谱的实验规律。
(3)知道经典理论的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱的分立特性。
(4)了解玻尔原子理论的基本假设的主要内容。
(5)认识玻尔的原子理论和卢瑟福的核式结构模型之间的继承和发展关系，了解玻尔模型的不足之处及其原因。
科学思维 用经典理论解释原子光谱困难时，利用玻尔的原子模型解释氢原子光谱。
科学探究 探究氢原子光谱的实验规律。
一、原子核式结构的提出
1．填一填
(1)汤姆孙的原子结构模型
汤姆孙于1898年提出一种模型，他认为，原子是一个____体，________均匀分布在整个球体内，质量很小的_____镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙的原子模型称为“_____模型”或“葡萄干布丁模型”。
球
正电荷
电子
枣糕
(2)α粒子散射实验
①α粒子：从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7 300倍。
②实验装置如图所示，整个装置处于真空中，其中：α粒子源R是被铅块包围的，它发射的α粒子经过一条细通道，形成一束射线，打在金箔F上。显微镜M带有荧光屏S，可以在水平面内转到不同的方向对散射的α粒子进行观察。被散射的α粒子打在荧光屏上会有微弱的闪光产生。通过显微镜观察闪光就可以记录在某一时间内某一方向散射的α粒子数。
绝大多数
少数
大于
撞了回来
核式结构
原子核
正电荷
质量
电子
(4)原子核的电荷与尺度
①原子核的电荷数非常接近它们的__________。
②原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的_____数。
③原子核的半径的数量级为10－15～10－14 m，而原子半径的数量级大约是10－10 m，可见原子内部是十分“空旷”的。
2．判一判
(1)α粒子散射实验证明了汤姆孙的原子模型是符合事实的。 ( )
(2)α粒子散射实验中大多数α粒子发生了大角度偏转或反弹。 ( )
(3)α粒子大角度的偏转是电子造成的。 ( )
原子序数
质子
×
×
×
3．选一选
如图所示为α粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，
若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置。则
这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数符合事实的是 ( )
A．1 305、25、7、1 B．202、405、625、825
C．1 202、1 010、723、203 D．1 202、1 305、723、203
解析：根据α粒子散射实验的现象可知，大多数粒子能按原来方向前进，少数粒子方向发生了偏转，极少数粒子偏转超过90°，甚至有的被反向弹回，在相等时间内A处闪烁次数最多，其次是B、C、D三处，并且数据相差比较大，A选项正确。
答案：A
二、氢原子光谱 原子的能级结构
1．填一填
(1)原子光谱：某种原子的气体通电后可以______并产生固定不变的_____。
(2)经典理论的困难
①无法解释原子的稳定性。
②无法解释原子光谱分立的线状谱特征。
发光
光谱
(3)原子的能级结构
①能级：电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有______的能量，这些分立的________叫作原子的能级。
②跃迁：原子从_________变化到___________的过程。跃 迁时辐射出光子的能量为hν＝__________。
③基态：______能级对应的状态。
④激发态：除______之外的其他状态。
2．判一判
(1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。 ( )
(2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。( )
(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。 ( )
不同
能量值
一个能级
另一个能级
Em－En
最低
基态
√
√
×
3．选一选
(多选)关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的有 ( )
A．它彻底地否定了卢瑟福的核式结构学说
B．它发展了卢瑟福的核式结构学说
C．它完全抛弃了经典的电磁理论
D．它引入了普朗克的量子理论
解析：玻尔的原子模型在核式结构学说的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故选项A错误，B正确；它的成功在于引入了量子化理论，缺点是过多地引入经典力学，故选项C错误，D正确。
答案：BD
探究(一) α粒子散射实验及现象分析
[问题驱动]
如图是α粒子散射实验装置，各部分的作用是什么？
提示：放射源放出快速运动的α粒子，α粒子通过金箔时被散射，打在荧光屏上发出荧光，可通过带有荧光屏的显微镜进行观察，并可以在水平面内转动，观察不同方向和不同位置通过金箔的散射α粒子数量，整个装置封闭在真空内。
[重难释解]
1．实验背景：α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。
2．否定汤姆孙的原子结构模型
(1)质量远小于原子的电子，对α粒子的运动影响完全可以忽略，不应该发生大角度偏转。
(2)α粒子在穿过原子时，受到各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡，对α粒子运动方向的影响不会很大，也不应该发生大角度偏转。
(3)α粒子的大角度偏转，否定汤姆孙的原子结构模型。
3．卢瑟福的核式结构模型对α粒子散射分析
(1)分布情况：原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在原子核内，原子中绝大部分是空的。
(2)受力情况
①少数α粒子靠近原子核时，受到的库仑斥力大；
②大多数α粒子离原子核较远，受到的库仑斥力较小。
(3)偏转情况
①绝大多数Α粒子运动方向不会明显变化(因为电子的质量相对于Α粒子很小)；
②少数Α粒子发生大角度偏转，甚至被弹回；
③如果Α粒子几乎正对着原子核射来，偏转角就几乎达到180°，这种机会极少。
典例1 如图所示，根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α粒子从a运动到b再运动到c的过程中，下列说法中正确的是 ( )
A．动能先增大后减小
B．电势能先减小后增大
C．电场力先做负功后做正功，总功等于零
D．加速度先减小后增大
[答案] C
2．库仑力对α粒子的做功情况
(1)当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加。
(2)当α粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减小。
3．α粒子的能量转化
仅有库仑力做功时，能量只在电势能和动能之间发生相互转化，且总能量保持不变。
[素养训练]
1．α粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是 ( )
A．α粒子与原子核外电子碰撞
B．α粒子与原子核发生接触碰撞
C．α粒子发生明显衍射
D．α粒子与原子核的库仑斥力作用
解析：α粒子与原子核外电子的作用是很微弱的。由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子散射的原因是与原子核的库仑斥力，选项D正确。
答案：D
2．X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若α粒子入射时的动能相同，其偏转轨迹可能是图中的 ( )
解析：α粒子离金核越远其所受斥力越小，轨迹弯曲程度就越小，故选项D正确。
答案：D
3．(多选)卢瑟福对α粒子散射实验的解释是 ( )
A．使α粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对α粒子的作用力
B．使α粒子产生偏转的力是库仑力
C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进
D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子
解析：原子核带正电，与α粒子之间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错误，B正确；由于原子核非常小，绝大多数α粒子经过时离原子核较远，因而运动方向几乎不变，只有离原子核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D正确。
答案：BCD
探究(二) 氢原子能级跃迁规律
[问题驱动]
如图所示为氢原子能级图。
(1)当氢原子处于基态时，氢原子的能量是多少？
提示：当氢原子处于基态时，氢原子的能量最小，是－13.6 eV。
(2)如果氢原子吸收的能量大于13.6 eV，会出现什么现象？
提示：如果氢原子吸收的能量大于13.6 eV，会出现电离现象。
[重难释解]
1．能级图的理解
(1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n＝1时对应的能量，其值为－13.6 eV。En代表电子在第n个轨道上运动时的能量。
(2)作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n＝1是原子的基态，n→∞是原子电离时对应的状态。
4．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1能级时能量不足，则可激发到n能级的问题。
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值，就可使原子发生能级跃迁。
[答案] 12.75 eV 3.08×1015 Hz 97.4 nm
[迁移·发散]
用一束单色光照射处于n＝4能级的氢原子使其电离(电子脱离原子核的束缚成为自由电子)，光子的能量至少为多大？
答案：0.85 eV
原子跃迁时需注意的三个问题
(1)注意一群原子和一个原子：
氢原子核外只有一个电子，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，只能出现所有可能情况中的一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现。
(2)注意直接跃迁与间接跃迁：
原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况辐射或吸收光子的频率不同。
(3)注意跃迁与电离：
hν＝En－Em只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制。如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。
[素养训练]
1． 氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光
为可见光。要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见
光光子，最少应给氢原子提供的能量为 ( )
A．12.09 eV
B．10.20 eV
C．1.89 eV
D．1.51 eV
解析：可见光光子能量范围为1.63 eV～3.10 eV，则氢原子能级差应该在此范围内，可简单推算如下：2、1能级差为10.20 eV，此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89 eV，此值属于可见光光子的能量范围，符合题意。氢原子处于基态，要使氢原子达到第3能级，需提供的能量为－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，此值也是提供给氢原子的最少能量，选项A正确。
答案：A
2．如图所示为氢原子能级示意图。下列有关氢原子跃迁的说法正
确的是 ( )
A．大量处于n＝4激发态的氢原子，跃迁时能辐射出4种频率的光
B．氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，辐射出的光子能量为4.91 eV
C．用能量为10.3 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到n＝2能级
D．用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：大量处于n＝4激发态的氢原子，跃迁时可以选2条高低轨道进行跃迁，所以发出C42＝6种光，A错误；氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，辐射出的光子能量为ΔE＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4)eV＝1.89 eV，B错误；光子照射发生跃迁，光子能量必须等于两能级能量差，故基态的氢原子跃迁到n＝2能级所需光子能量ΔE′＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6)eV＝10.2 eV，C错误；n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量ΔE′＝10.2 eV＞6.34 eV，故可以发生光电效应，D正确。
答案：D
一、培养创新意识和创新思维
(选自鲁科版新教材“物理聊吧”)当电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道上时，电子受原子核的作用力怎样变化？电子的电势能怎样变化？在玻尔的氢原子能级公式中，为什么原子的能量是负值？
二、注重学以致用和思维建模
1. 为了做好新冠肺炎疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入
人员进行体温检测。红外测温仪的原理是：被测物体辐射的光线只
有红外线可被捕捉，并转变成电信号。图为氢原子能级示意图，已
知红外线单个光子能量的最大值为1.62 eV，要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于n＝2激发态的氢原子提供的能量为 ( )
A．10.20 eV B．2.89 eV
C．2.55 eV D．1.89 eV
解析：处于n＝2能级的原子如果吸收10.20 eV的能量，则会电离，不会再发生跃迁而辐射光子，故A错误；2.89 eV的能量不等于任意两个能级的能量差，则处于n＝2能级的原子不能吸收，故B错误；处于n＝2能级的原子能吸收2.55 eV的能量而跃迁到n＝4的能级，然后向低能级跃迁时辐射光子，其中从n＝4到n＝3的跃迁辐射出的光子的能量小于1.62 eV可被红外测温仪捕捉，选项C正确；处于n＝2能级的原子能吸收1.89 eV的能量而跃迁到n＝3的能级，从n＝3到低能级跃迁时辐射光子的能量均大于1.62 eV，不能被红外测温仪捕捉，选项D错误。
答案：C
2．(2021年1月新高考8省联考·广东卷)原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光。下列说法正确的是 ( )
A．频率相同的光子能量相同
B．原子跃迁发射的光子频率连续
C．原子跃迁只产生单一频率的光子
D．激光照射金属板不可能发生光电效应
解析：根据ε＝hν可知，频率相同的光子能量相同，故A正确。原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定。电子轨道是量子化的，能量是量子化的，故而频率是不连续的。这也就成功解释了氢原子光谱不连续的特点——频率不连续特点，故B错误。原子在不同的轨道之间跃迁产生不同频率的光子，故C错误。根据Ek＝hν－W0可知，激光光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电效应，故D错误。
答案：A 第五章 阶段评价查缺漏
(本试卷满分：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1．关于核聚变，以下说法正确的是( )
A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁
B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－10 m以内，核力才能起作用
D．核聚变比核裂变更易控制
解析：选A 与核裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理。但核聚变不易控制，其发电还没有投入实际运行，要使轻核发生聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，B、C、D错误，A正确。
2．(2021·广东高考)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为Al―→Mg＋Y，下列说法正确的是( )
A．Y是氦核
B．Y是质子
C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半
D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变
解析：选C 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，该核反应是Al―→Mg＋e，即Y是正电子，选项A、B错误；因72万年是一个半衰期，可知再过72万年，现有的铝26衰变一半，再过144万年，即两个半衰期，现有的铝26衰变四分之三，选项C正确，D错误。
3．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )
A．铀块的质量是重要因素，与体积无关
B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．能否发生链式反应与铀块的质量无关
解析：选C 要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积或质量小于临界质量就不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确。
4．原子核自发地放出电子的现象称为β衰变。最初科学家曾认为β衰变中只放出电子，后来发现，这个过程中除了放出电子外，还放出一种叫“中微子”的粒子，中微子不带电，与其他物质的相互作用极弱。下列关于β衰变的说法不正确的是( )
A．原子核发生β衰变后产生的新核的核子数与原核的核子数相等，但带电荷量增加
B．原子核能够发生β衰变说明原子核是由质子、中子、电子组成的
C．静止的原子核发生β衰变后，在中微子动量忽略不计时，电子的动量与新核的动量一定大小相等，方向相反
D．静止的原子核发生β衰变时，原子核释放的能量大于电子和新核的总动能之和
解析：选B 原子核是由质子和中子组成的，故B错误；原子核发生β衰变时，质量数不变，质子数增加1，电子是原子核中的中子变成质子而产生的，所以A正确；静止的原子核发生β衰变，由动量守恒定律知C正确；静止的原子核发生β衰变，由能量守恒定律可知D正确。
5．有关中子的研究，下列说法正确的是( )
A．Th核发生一次α衰变，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4
B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应
C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性
解析：选D α衰变的本质是发生衰变的核中减少2个质子和2个中子形成氦核，所以一次α衰变，新核与原来的核相比，中子数减少了2，A错误；裂变是较重的原子核分裂成较轻的原子核的反应，而该反应是较轻的原子核的聚变反应，B错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核获得碳核的实验发现了中子，C错误；所有粒子都具有粒子性和波动性，D正确。
6．(2021·河北高考)银河系中存在大量的铝同位素26Al。26Al核β＋衰变的衰变方程为Al―→Mg＋e，测得26Al核的半衰期为72万年。下列说法正确的是( )
A．26Al核的质量等于26Mg核的质量
B．26Al核的中子数大于26Mg核的中子数
C．将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变
D．银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg
解析：选C 26Al核发生β＋衰变的过程中释放正电子的同时还有核能释放，发生质量亏损，所以26Al核的质量大于26Mg核的质量，故A错误；26Al核的中子数n1＝26－13＝13，而26Mg核的中子数n2＝26－12＝14，所以26Al核的中子数小于26Mg核的中子数，故B错误；半衰期是原子核固有的属性，与物理环境和化学状态无关，故C正确；铝同位素26Al的半衰期为72万年，所以经过144万年也就是两个半衰期后还剩下没有衰变，故D错误。
7．钴60是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。它会通过β衰变放出能量高达315 keV的高速电子衰变为镍60，同时会放出两束γ射线，其能量分别为1.17 MeV及1.33 MeV。钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。关于钴60下列说法正确的是( )
A．衰变方程为Co―→Ni＋e
B．利用钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的电子流
C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收
D．钴60衰变过程中不会有质量亏损
解析：选A 根据电荷数守恒、质量数守恒，可知钴60发生β衰变的衰变方程为Co―→Ni＋e，故A正确；钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的γ射线，故B错误；钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子，故C错误；所有衰变都会有质量亏损，故D错误。
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
8．(2021·浙江6月选考)对四个核反应方程：(1)92U―→90Th＋He；(2)90Th―→91Pa＋e；(3)7N＋He―→8O＋H；(4)H＋H―→He＋n＋17.6 MeV。下列说法正确的是( )
A．(1)(2)式核反应没有释放能量
B．(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程
C．(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程
D．利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一
解析：选CD (1)式是α衰变，(2)式是β衰变，均有能量放出，故A错误；(3)式是人工核转变，故B错误；(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程，故C正确；利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一，故D正确。
9．已知钚的一种同位素的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu―→X＋He＋γ，下列有关说法正确的是( )
A．X原子核中含有92个质子
B．100个Pu经过24 100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，衰变过程质量数不再守恒
D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
解析：选AD 根据电荷数守恒和质量数守恒可知，X原子核的电荷数为92，质量数为235，质子数是92，A选项正确；半衰期是统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核没有意义，B选项错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减小，但质量数仍守恒，C选项错误；衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，D选项正确。
10.云室能显示射线的径迹，把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性。放射性元素A的原子核静止放在磁感应强度B＝2.5 T的匀强磁场中发生衰变，放射出粒子并变成新原子核B，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示，测得两圆的半径之比R1∶R2＝42∶1，且R1＝0.2 m，已知元电荷e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s。下列说法正确的是( )
A．新原子核B的核电荷数为42
B．放射性元素A原子核发生的是α衰变
C．放射性元素A原子核发生的是β衰变
D．放射出粒子的对应的德布罗意波的波长为4.125×10－15 m
解析：选BD 原子核发生反冲，根据左手定则可知，α衰变时，新核、α粒子的轨迹是外切圆，所以B正确，C错误；根据带电粒子的轨道半径r＝，可知＝，结合已知条件可知原子核B的核电荷数为84，选项A错误； 根据德布罗意波长λ＝可知，放出的α粒子的德布罗意波长为λ＝＝4.125×10－15 m，选项D正确。
三、非选择题(本题共4小题，共54分)
11．(11分)假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是m1，中子的质量是m2，氦核同位素的质量是m3，光在真空中速度为c。
(1)写出核聚变反应的方程式。
(2)求核聚变反应中释放出的能量ΔE。
解析：(1)根据质量数守恒与电荷数守恒，核反应方程式为：H＋H―→He＋n。
(2)核反应过程中的质量亏损为：Δm＝2m1－(m2＋m3)
氘核聚变时放出的能量为：
ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c2。
答案：(1)H＋H―→He＋n
(2)(2m1－m2－m3)c2
12．(12分)静止的锂核(Li)俘获一个速度为7.7×106 m/s的中子，发生核反应后若只产生两个新粒子，其中一个粒子为氦核(He)，它的速度大小是8.0×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同。
(1)写出此核反应的方程式；
(2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向。
解析：(1)Li＋n―→He＋H。
(2)用m1、m2和m3分别表示中子(n)、氦核(He)和氚核(H)的质量，由动量守恒定律得
m1v1＝m2v2＋m3v3
代入数值解得v3＝－8.1×106 m/s
即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106 m/s，方向与反应前中子的速度方向相反。
答案：(1)Li＋n―→He＋H
(2)8.1×106 m/s 方向与反应前中子的速度方向相反
13．(15分)如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B＝0.05 T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源，内装 Ra， Ra放出某种射线后衰变成 Rn。
(1)写出上述衰变方程；
(2)若A处距磁场边界MN的距离OA＝1.0 m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0 m。求一个静止 Ra核衰变过程中释放的核能有多少。(取1 u＝1.6×10－27 kg，e＝1.6×10－19 C，结果保留三位有效数字)
解析：(1)根据质量数和电荷数守恒，可得Ra―→Rn＋He。
(2)衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0 m，由2evB＝得α粒子的速度v＝
，衰变过程中系统动量守恒，Rn、He质量分别为222 u、4 u，则
(222 u)×v′＝(4 u)×v得Rn的速度v′＝v
释放的核能
E＝×(222 u)×v′2＋×(4 u)×v2≈
代入数据解得E＝2.04×10－14 J。
答案：(1)Ra―→Rn＋He (2)2.04×10－14 J
14.(16分)在暗室的真空装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的射线源。从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图所示。在与射线源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药面朝下的印像纸(比一般纸厚且涂有感光药的纸)，经射线照射一段时间后两张印像纸显影，则
(1)上面的印像纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？
(2)下面的印像纸显出三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比。
(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？
解析：(1)因α粒子贯穿本领弱，穿过下层纸的只有β射线、γ射线，β射线、γ射线在上面的印像纸上留下两个暗斑。
(2)下面印像纸从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑。设α射线、β射线暗斑到中央γ射线暗斑的距离分别为sα、sβ，则sα＝aα·2，
sβ＝aβ·2，
aα＝，aβ＝。
由以上四式得＝。
(3)若使α射线不偏转，qαE＝qαvαBα，所以Bα＝，
同理若使β射线不偏转，应加磁场Bβ＝，
故＝＝10∶1。
答案：(1)两个暗斑 β射线，γ射线 (2)5∶184
(3)10∶1
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6(共31张PPT)
一、主干知识成体系
第五章 原子与原子核
二、迁移交汇辨析清
(一)原子跃迁的条件及规律
1．原子跃迁的条件：辐射(或吸收)的光子能量hν＝Em－En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原子电离，以及实物粒子和原子作用而使原子激发的情况，则不受此条件的限制。这是因为，原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论。基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要能量大于或等于13.6 eV的光子都能使基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。至于实物粒子和原子碰撞的情况，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁。
典例1 (多选)用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子，使这些氢原子被激发到量子数为n(n＞2)的激发态，此时出现的氢光谱中有N条谱线，其中波长的最大值为λ。现逐渐提高入射电子的动能，当动能达到某一值时，氢光谱中谱线数增加到N′条，其中波长的最大值变为λ′。下列各式中可能正确的是( )
A．N′＝N＋n B．N′＝N＋n－1
C．λ′＞λ D．λ′＜λ
[答案] AC
[针对训练]
1． (多选)如图所示为氢原子能级图，可见光的能量范围为1.62～3.11 eV，
用可见光照射大量处于n＝2能级的氢原子，可观察到多条谱线，若是
用能量为E的实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察
到两条具有显著热效应的红外线，已知红外线的频率比可见光小，则关于实物粒子的能量E，下列说法正确的是 ( )
A．一定有4.73 eV＞E＞1.62 eV
B．E的值可能使处于基态的氢原子电离
C．E一定大于2.86 eV
D．E的值可能使基态氢原子产生可见光
解析：红外线光子的能量小于可见光光子的能量，用实物粒子轰击大量处于第2能级的氢原子，至少可观察到两种红外线光子，则说明处于第2能级的氢原子受激发后至少跃迁到第5能级。所以实物粒子的最小能量为E＝E5－E2＝－0.54 eV－(－3.4 eV)＝2.86 eV，因为E可以取大于或等于2.86 eV的任意值，则B、D正确，A、C错误。
答案：BD
2．氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6 eV，当处于n＝3的激发态时，能量为E3＝－1.51 eV，则：
(1)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到n＝1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？
(2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？
(3)若有大量的氢原子处于n＝3的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种不同频率的光子？
答案：(1)1.03×10－7 m (2)3.3×1015 Hz (3)3种
[解析] X的中子数为146，质子数为92，质量数为146＋92＝238，Y的中子数为124，质子数为82，质量数为124＋82＝206，质量数减少238－206＝32，发生α衰变的次数为32÷4＝8，发生β衰变的次数为82－(92－2×8)＝6，即在此过程中放射出电子的总个数为6，A正确。
[答案] A
答案：A
答案：D
(三)核能的计算方法
1．三个角度的比较
角度 放射 核反应 核能
情境
续表
2．核能的计算方法
(1)根据ΔE＝Δmc2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/u计算时，Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”；
(3)利用阿伏伽德罗常数计算核能；
(4)根据动量守恒和能量守恒计算核能；
(5)利用平均结合能计算核能，核反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是核反应所释放的核能。
答案：ABD
答案：B
三、创新应用提素养
1．汞原子的能级图如图所示。现让一束单色光照射到大量处于基态
的汞原子上，汞原子只发出三种不同频率的单色光。那么，关于
入射光的能量，下列说法正确的是 ( )
A．可能大于或等于7.7 eV
B．可能大于或等于8.8 eV
C．一定等于7.7 eV
D．包含2.8 eV、4.9 eV、7.7 eV三种
解析：汞原子只发出三种不同频率的单色光，知汞原子跃迁到第3能级，则吸收的光子能量ΔE＝－2.7 eV＋10.4 eV＝7.7 eV，故C正确，A、B、D错误。
答案：C
答案：A
答案：A
4．科学家发现太空中的γ射线一般都是从很远的星体放射出来的。当γ射线爆发时，在数秒钟内所产生的能量相当于太阳在100亿年所产生的能量的总和的1 000倍左右，大致相当于将太阳的全部质量转变为的能量。科学家利用超级计算机对γ射线的状态进行了模拟。经模拟发现γ射线爆发是起源于一个垂死的星球的“坍缩”过程，只有星球“坍缩”时，才可以发出这么大的能量。已知太阳光照射到地球上大约需要8分20秒的时间，地球绕太阳公转视为匀速圆周运动，由此来估算在宇宙中一次γ射线爆发所放出的能量。(引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2,1年时间约为3.15×107 s)
答案：1.8×1047 J
