第十二章近代物理初步

第十二章eq\a\vs4\al(\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,,,,)))近代物理初步[定標(biāo)——核心素養(yǎng)]物理觀念理解原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)，區(qū)分衰變類型，理解光電效應(yīng)發(fā)生的條件、核反應(yīng)的類型和特點(diǎn)以及原子核的結(jié)合能?？茖W(xué)思維核反應(yīng)方程的書寫，核能的計(jì)算。[定位——主干知識(shí)]3．氫原子光譜4.氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式5．原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期6．放射性同位素7.核力、核反應(yīng)方程8．結(jié)合能、質(zhì)量虧損9.裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆10．射線的危害與防護(hù)第1課時(shí)波粒二象性eq\a\vs4\al(基礎(chǔ)自修課)必備知識(shí)(一)光電效應(yīng)的理解1．[光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件]如圖所示是光電管的原理圖，已知當(dāng)有波長為λ0的光照到陰極K上時(shí)，電路中有光電流，則()A．若增加電路中電源電壓，電路中光電流一定增大B．若將電源極性反接，電路中一定沒有光電流產(chǎn)生C．若換用波長為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定沒有光電流D．若換用波長為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定有光電流2．[光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解](多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是()A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生[系統(tǒng)歸納]與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對(duì)比(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是因，光電子是果。(2)光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動(dòng)能。(3)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。(4)入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，而光子能量E＝hν。(5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大，但不是簡單的正比關(guān)系。3．[光電效應(yīng)規(guī)律的研究](多選)如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中A為陽極，K為陰極。理想電流計(jì)可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5eV的光照射陰極K，電流計(jì)中有示數(shù)，若將滑動(dòng)變阻器的滑片P緩慢向右滑動(dòng)，電流計(jì)的讀數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時(shí)電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0V?，F(xiàn)保持滑片P位置不變，以下判斷正確的是()A．光電管陰極材料的逸出功為4.5eVB．若增大入射光的強(qiáng)度，電流計(jì)的讀數(shù)不為零C．若用光子能量為12eV的光照射陰極K，光電子的最大初動(dòng)能一定變大D．若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K，同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許，電流計(jì)的讀數(shù)一定不為零[系統(tǒng)歸納]光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索：(2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系：入射光強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大。[精解詳析]1．選D光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)光越強(qiáng)時(shí)，光電子數(shù)目會(huì)增多，初始時(shí)電壓增加光電流可能會(huì)增加，當(dāng)達(dá)到飽和光電流后，再增大電壓，光電流不會(huì)增大，故A錯(cuò)誤；將電路中電源的極性反接，電子受到電場阻力，到達(dá)A極的數(shù)目會(huì)減小，則電路中電流會(huì)減小，甚至沒有電流，故B錯(cuò)誤；波長為λ1(λ1>λ0)的光的頻率有可能大于極限頻率，電路中可能有光電流，故C錯(cuò)誤；波長為λ2(λ2<λ0)的光的頻率一定大于極限頻率，電路中一定有光電流，故D正確。2．選AC根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論：保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得：入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大，故C正確；遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)，保持入射光的光強(qiáng)不變，若時(shí)光的頻率低于截止頻率，則沒有光電流產(chǎn)生，故D錯(cuò)誤。3．選AC由題給電路圖可知，圖中所加電壓為反向減速電壓，根據(jù)題意可知遏止電壓為6V，由Ek＝hν－W0＝eUc得W0＝4.5eV，選項(xiàng)A正確；當(dāng)電壓達(dá)到遏止電壓時(shí)，所有電子都不能到達(dá)A極，無論光強(qiáng)如何變化，電流計(jì)示數(shù)仍為零，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若光子能量增大，根據(jù)光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動(dòng)能一定變大，選項(xiàng)C正確；若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K，則遏止電壓為5V，滑片P向左移動(dòng)少許，電流計(jì)的讀數(shù)可能仍為零，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。必備知識(shí)(二)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程1．[愛因斯坦光電效應(yīng)方程的理解](多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A．若νa>νb，則一定有Ua<UbB．若νa>νb，則一定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，則一定有Eka<EkbD．若νa>νb，則一定有hνa－Eka>hνb－Ekb[系統(tǒng)歸納]愛因斯坦的光電效應(yīng)方程的理解(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0。(2)光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管實(shí)驗(yàn)的方法測得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止電壓。(3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功，它與極限頻率νc的關(guān)系是W0＝hνc。2．[愛因斯坦光電效應(yīng)方程的應(yīng)用](2018·全國卷Ⅱ)×10－19×10－34×108m·sA．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz[系統(tǒng)歸納]應(yīng)用光電效應(yīng)方程時(shí)的注意事項(xiàng)(1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光頻率不低于這個(gè)截止頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)。(2)截止頻率對(duì)應(yīng)著光的極限波長和金屬的逸出功，即hνc＝heq\f(c,λc)＝W0。(3)應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0×10－19J)。[精解詳析]1．選BC設(shè)該金屬的逸出功為W，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W，同種金屬的W不變，則逸出光電子的最大初動(dòng)能隨ν的增大而增大，B項(xiàng)正確；又Ek＝eU，則最大初動(dòng)能與遏止電壓成正比，C項(xiàng)正確；根據(jù)上述有eU＝hν－W，遏止電壓U隨ν增大而增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；又有hν－Ek＝W，W相同，則D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．選B設(shè)單色光的最低頻率為ν0，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν1－W,0＝hν0－W，又ν1＝eq\f(c,λ)，整理得ν0＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)，代入數(shù)據(jù)解得ν0≈8×1014Hz。必備知識(shí)(三)光電效應(yīng)的圖像1．[光電效應(yīng)的Ek-ν圖像](多選)在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，某金屬被光照射后產(chǎn)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)測出了光電子的最大動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系，如圖所示。由Ekmν圖像可求出()A．該金屬的逸出功B．該金屬的極限頻率C．單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)D．普朗克常量解析：選ABD根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0＝hν－h(huán)ν0知，圖線的斜率表示普朗克常量，根據(jù)圖線斜率可得出普朗克常量。橫軸截距表示最大初動(dòng)能為零時(shí)的入射光頻率，此時(shí)的頻率等于金屬的極限頻率，根據(jù)W0＝hν0可求出逸出功。單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)無法從圖像中獲知。故A、B、D正確，C錯(cuò)誤。2．[光電效應(yīng)的Uc-ν圖像](多選)在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示，若該直線的斜率和縱截距分別為k和－b，電子電荷量的絕對(duì)值為e，則()A．普朗克常量可表示為eq\f(k,e)B．若更換材料再實(shí)驗(yàn)，得到的圖線的k不改變，b改變C．所用材料的逸出功可表示為ebD．b由入射光決定，與所用材料無關(guān)解析：選BC根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，以及Ekm＝eUc，得：Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，圖線的斜率k＝eq\f(h,e)，解得普朗克常量h＝ke，故A錯(cuò)誤；縱軸截距的絕對(duì)值b＝eq\f(W0,e)，解得逸出功W0＝eb，故C正確；b等于逸出功與電荷量的比值，而逸出功與材料有關(guān)，則b與材料有關(guān)，故D錯(cuò)誤；更換材料再實(shí)驗(yàn)，由于逸出功變化，可知圖線的斜率不改變，縱軸截距改變，故B正確。3．[光電效應(yīng)的I-U圖像](2021·泰安質(zhì)檢)研究光電效應(yīng)的電路如圖所示。用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖像中正確的是()解析：選C光電效應(yīng)中，入射光子能量為hν，克服逸出功W0后多余的能量轉(zhuǎn)換為電子動(dòng)能，設(shè)遏止電壓為Uc，有eUc＝hν－W0，整理得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大，故選項(xiàng)C正確。[系統(tǒng)歸納]光電效應(yīng)四類圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc(極限頻率)：橫軸截距②逸出功：縱軸截距的絕對(duì)值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：橫軸截距②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke顏色相同、強(qiáng)度不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：橫軸截距②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2必備知識(shí)(四)對(duì)波粒二象性的理解1．[波粒二象性的理解](多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是()A．電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣B．β射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡C．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)解析：選ACD干涉和衍射體現(xiàn)的是波動(dòng)性，A、C正確；β射線在云室中留下清晰的徑跡，體現(xiàn)的是粒子性，不能體現(xiàn)波動(dòng)性，B錯(cuò)誤；電子顯微鏡利用電子束衍射工作，體現(xiàn)的是波動(dòng)性，D正確。2．[光子的能量](2017·北京高考)2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm(1nm＝10－9m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖。“大連光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h×10－34J·s，真空光速c＝3×10A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：選B光子的能量E＝hν，c＝λν，聯(lián)立解得E≈2×10－18J，B項(xiàng)正確。[系統(tǒng)歸納]1．光的波粒二象性的認(rèn)識(shí)(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明了光具有波動(dòng)性。(2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性。(3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2．對(duì)光的波粒二象性的理解從數(shù)量上看個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性從頻率上看頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)從傳播與作用上看光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一由光子的能量E＝hν、光子的動(dòng)量表達(dá)式p＝eq\f(h,λ)也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ[課時(shí)跟蹤檢測]1.如圖所示，當(dāng)弧光燈射出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器鋁箔有張角，則該實(shí)驗(yàn)()A．只能證明光具有波動(dòng)性 B．只能證明光具有粒子性C．只能證明光能夠發(fā)生衍射 D．證明光具有波粒二象性解析：選D弧光燈射出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，這是光的衍射，證明了光具有波動(dòng)性；驗(yàn)電器鋁箔有張角，說明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，則證明了光具有粒子性，所以該實(shí)驗(yàn)證明了光具有波粒二象性，D正確。2．四種金屬的逸出功W0如表所示，以下說法正確的是()金屬鈣鈉鉀銣W0/eVB．四種金屬中，鈣的極限頻率最小C．若某種光照射鈉時(shí)有光電子逸出，則照射鈣時(shí)也一定有光電子逸出D．若某種光照射四種金屬時(shí)均發(fā)生光電效應(yīng)，則銣逸出電子的最大初動(dòng)能最大解析：選D逸出功是每個(gè)電子從這種金屬中飛出過程中，克服金屬中正電荷引力所做的功的最小值，故A錯(cuò)誤；四種金屬中，鈣的逸出功最大，根據(jù)W＝hν0可知，極限頻率最大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；因鈣的逸出功大于鈉的逸出功，則若某種光照射鈉時(shí)有光電子逸出，則照射鈣時(shí)不一定有光電子逸出，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若某種光照射四種金屬時(shí)均發(fā)生光電效應(yīng)，因銣的逸出功最小，則逸出電子的最大初動(dòng)能最大，選項(xiàng)D正確。3．用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)光子存在，如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明()A．光只有粒子性沒有波動(dòng)性B．光只有波動(dòng)性沒有粒子性C．少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性D．少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性解析：選D由題圖可以看出，少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性，故D正確。Ek跟入射光的頻率的關(guān)系圖像如圖中的直線1所示。某種單色光照射到金屬鋅的表面時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E1。若該單色光照射到另一金屬表面時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E2，E2＜E1，關(guān)于這種金屬的最大初動(dòng)能Ek跟入射光的頻率的關(guān)系圖像應(yīng)是如圖中的()A．a(chǎn) B．bC．c D．上述三條圖線都不正確解析：選A根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可得Ek＝hν－h(huán)ν0，圖線的橫軸截距表示截止頻率，圖線的斜率表示普朗克常量，可知圖線應(yīng)與a圖線平行，因?yàn)榻饘俨煌瑒t截止頻率不同。故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。5．(多選)如圖所示，電路中所有元件完好，但光照射到光電管上，靈敏電流計(jì)中沒有電流通過，其原因可能是()A．入射光太弱 B．入射光波長太長C．光照時(shí)間短 D．電源正、負(fù)極接反解析：選BD若入射光波長太長，入射光的頻率低于截止頻率時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)B正確；電路中電源反接，對(duì)光電管加了反向電壓，若使該電壓超過了遏止電壓，也沒有光電流產(chǎn)生，故選項(xiàng)D正確。6．(2019·北京高考)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí)，可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。組次入射光子的能量/eV相對(duì)光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大動(dòng)能/eV第一組123弱中強(qiáng)294360第二組456弱中強(qiáng)274055由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A．兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B．兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大解析：選B由光子的能量E＝hν，可知若入射光子的能量不同，則入射光子的頻率不同，A正確。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝W＋Ek，可求出兩組實(shí)驗(yàn)的逸出功W均為3.1eV，故兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯(cuò)誤。由hν＝W＋Ek，W＝3.1eV，當(dāng)hν＝5.0eV時(shí)，Ek＝1.9eV，C正確。相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，D正確。本題選不正確的，故選B。7．(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)0.5)。由圖可知()×1014Hz×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功約為1.8eV解析：選ACD由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，題圖中橫軸的截距為該金屬的截止頻率，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；圖線的斜率表示普朗克常量h，C正確；該金屬的逸出功W0＝hν0×10－34××1014J≈1.8eV，選項(xiàng)D正確。8.(多選)用同一光電管研究a、b、c三束單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間的電壓U的關(guān)系曲線如圖所示，由此可判斷()A．a(chǎn)、b、c的頻率關(guān)系為νa＞νb＞νcB．a(chǎn)、b、c的頻率關(guān)系為νa＝νc＜νbC．用三束單色光照射光電管時(shí)，a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大D．用三束單色光照射光電管時(shí)，b光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大解析：選BD由題圖可知a、c光的遏止電壓相同，且小于b光的遏止電壓，由公式eq\f(1,2)mvc2＝qUc，可知b光照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能大，C錯(cuò)誤，D正確；又由愛因斯坦光電效應(yīng)方程有hν＝eq\f(1,2)mvc2＋W0，綜合以上分析可知三束單色光的頻率關(guān)系應(yīng)為νa＝νc＜νb，A錯(cuò)誤，B正確。9.研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律的電路如圖所示，加正向電壓時(shí)，圖中光電管的A極接電源正極，K極接電源負(fù)極。加反向電壓時(shí)，反之。當(dāng)有光照射K極時(shí)，下列說法正確的是()A．K極中有無光電子射出與入射光頻率無關(guān)B．光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān)C．只有光電管加正向電壓時(shí)，才會(huì)有光電流D．光電管加正向電壓越大，光電流強(qiáng)度一定越大解析：選BK極中有無光電子射出與入射光頻率有關(guān)，只有當(dāng)入射光的頻率大于K極金屬的極限頻率時(shí)才有光電子射出，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān)，選項(xiàng)B正確；光電管加反向電壓時(shí)，只要反向電壓小于遏止電壓，就會(huì)有光電流產(chǎn)生，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在未達(dá)到飽和光電流之前，光電管加正向電壓越大，光電流強(qiáng)度一定越大，達(dá)到飽和光電流后，光電流的大小與正向電壓無關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。10.如圖所示，有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，具有最大初動(dòng)能的某出射電子，沿垂直于平行板電容器極板的方向，從左側(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強(qiáng)電場后，到達(dá)右側(cè)極板時(shí)速度剛好為零。已知電容器的電容為C，帶電量為Q，極板間距為d，普朗克常量為h，電子電量的絕對(duì)值為e，不計(jì)電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情況和入射光的頻率ν，以下判斷正確的是()A．帶正電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) B．帶正電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)C．帶負(fù)電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) D．帶負(fù)電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)解析：選C以最大初動(dòng)能入射至電容器的電子經(jīng)板間電場到達(dá)右側(cè)極板速度剛好為0，說明電場力做負(fù)功，電場強(qiáng)度方向向右，右側(cè)極板所帶電荷為負(fù)電荷，且－eU＝0－Ek0，其中由電容器電壓與電荷量的關(guān)系知U＝eq\f(Q,C)。由最大初動(dòng)能與單色光入射頻率的關(guān)系知Ek0＝hν－h(huán)ν0，代入化簡可得ν＝ν0＋eq\f(Qe,Ch)。第2課時(shí)原子結(jié)構(gòu)與原子核eq\a\vs4\al(基礎(chǔ)自修課)必備知識(shí)(一)原子的核式結(jié)構(gòu)1．[α粒子散射實(shí)驗(yàn)]在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，電子對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)的影響可以忽略。這是因?yàn)榕cα粒子相比，電子的()A．電量太小B．速度太小C．體積太小D．質(zhì)量太小解析：選D在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，由于電子的質(zhì)量太小，電子的質(zhì)量只有α粒子的eq\f(1,7300)，它對(duì)α粒子速度的大小和方向的影響就像灰塵對(duì)槍彈的影響，完全可以忽略。故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。2．[α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]如圖是盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，在一個(gè)小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點(diǎn)。下列說法正確的是()A．該實(shí)驗(yàn)是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)B．該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆孫原子模型的正確性C．α粒子與原子中的電子碰撞會(huì)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D．絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)解析：選A盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)A正確；盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型的假設(shè)，從而否定了湯姆孫原子模型的正確性，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電子質(zhì)量太小，對(duì)α粒子的影響不大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，幾乎仍沿原方向前進(jìn)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3．[α粒子散射實(shí)驗(yàn)分析](2021·南昌一模)在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子的偏轉(zhuǎn)是由于受到原子內(nèi)正電荷的庫侖力作用而發(fā)生的，其中有極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至被反向彈回。假定一個(gè)速度為v的高速α粒子(24He)與金原子核(eq\o\al(197,79)Au)發(fā)生彈性正碰(碰撞前金原子核可認(rèn)為是靜止的)，則()A．α粒子在靠近金原子核的過程中電勢能逐漸減小B．α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子核是由質(zhì)子和中子組成的C．α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明帶正電的物質(zhì)均勻分布在原子內(nèi)部D．當(dāng)它們的距離最小時(shí)，α粒子與金原子核的動(dòng)量大小之比為4∶197解析：選Dα粒子在靠近金原子核的過程中，庫侖力做負(fù)功，電勢能逐漸增加，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；α粒子散射實(shí)驗(yàn)是原子的核式結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)，并不能說明原子核是由質(zhì)子和中子組成的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明帶正電的物質(zhì)分布在原子內(nèi)部很小的區(qū)域內(nèi)，即原子的內(nèi)部有一個(gè)很小的原子核，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；α粒子在靠近金原子核的過程中，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，當(dāng)它們的距離最小時(shí)，兩者的速度相等，則α粒子與金原子核的動(dòng)量大小之比等于質(zhì)量之比，即為4∶197，選項(xiàng)D正確。[系統(tǒng)歸納]1．α粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來”。2．原子的核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)。必備知識(shí)(二)能級(jí)躍遷1．[能級(jí)躍遷與光子能量值](2019·全國卷Ⅰ)氫原子能級(jí)示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光為可見光。要使處于基態(tài)(n＝1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為()A．12.09eV B．10.20eVC．1.89eV D．1.51eV[系統(tǒng)歸納]定態(tài)間的躍遷——滿足能級(jí)差(1)從低能級(jí)(n小)eq\o(→,\s\up7(躍遷),\s\do5())高能級(jí)(n大)→吸收能量，hν＝En大－En小(2)從高能級(jí)(n大)eq\o(→,\s\up7(躍遷),\s\do5())低能級(jí)(n小)→放出能量，hν＝En大－En小2．[譜線條數(shù)的確定](多選)氫原子各個(gè)能級(jí)的能量如圖所示，氫原子由n＝1能級(jí)躍遷到n＝4能級(jí)，在它回到n＝1能級(jí)過程中，下列說法中正確的是()A．可能激發(fā)出頻率不同的光子只有6種B．可能激發(fā)出頻率不同的光子只有3種C．可能激發(fā)出的光子的最大能量為12.75eVD．可能激發(fā)出的光子的最大能量為0.66eV譜線條數(shù)的確定方法(1)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)。(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法。①用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解：N＝Cn2＝eq\f(nn－1,2)。②利用能級(jí)圖求解：在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。3．[受激躍遷與電離]氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子，已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子的能級(jí)示意圖如圖所示。在具有下列能量的光子或者電子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是()A．42.8eV(光子) B．43.2eV(電子)C．41.0eV(電子) D．54.4eV(光子)1.受激躍遷：低能級(jí)→高能級(jí)，吸收能量。(1)光照(吸收光子)：光子的能量必須恰等于能級(jí)差，hν＝ΔE。(2)碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可，E外≥ΔE。2．電離：由基態(tài)或低能級(jí)→電離態(tài)(1)基態(tài)→電離態(tài)：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV電離能。(2)n＝2→電離態(tài)：E吸＝0－E2＝3.4eV(3)如吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動(dòng)能。[精解詳析]1．選A可見光光子能量范圍為1.63eV～3.10eV，則氫原子能級(jí)差應(yīng)該在此范圍內(nèi)，可簡單推算如下：2、1能級(jí)差為10.20eV，此值大于可見光光子的能量；3、2能級(jí)差為1.89eV，此值屬于可見光光子的能量范圍，符合題意。氫原子處于基態(tài)，要使氫原子達(dá)到第3能級(jí)，需提供的能量為－1.51eV－(－13.60eV)＝12.09eV，此值也是提供給氫原子的最少能量，選項(xiàng)A正確。2．選AC氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)，可能發(fā)出的譜線條數(shù)為C42，即6種頻率或能量不同的光子，A正確，B錯(cuò)誤；能激發(fā)出的光子的最大能量為從n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)所對(duì)應(yīng)的，為(－0.85eV)－(－13.6eV)＝12.75eV，C正確，D錯(cuò)誤。3．選A入射光子使原子躍遷時(shí)，其能量應(yīng)正好等于原子的兩能級(jí)間的能量差，而電子使原子躍遷時(shí)，其能量大于等于原子兩能級(jí)間的能量差即可，發(fā)生電離而使原子躍遷時(shí)入射光子的能量要大于等于54.4eV，故選A。必備知識(shí)(三)原子核的衰變1.[三種射線的性質(zhì)和特點(diǎn)]如圖所示，某放射性元素衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場中，關(guān)于三種射線，下列說法正確的是()A．①④表示α射線，其速度最慢、電離能力最弱B．②⑤表示γ射線，其穿透能力和電離能力都很強(qiáng)C．②⑤表示γ射線，是原子核內(nèi)釋放出的高頻電磁波D．③⑥表示β射線，是高速電子流，可以穿透幾毫米厚的鋁板[系統(tǒng)歸納]三種射線的成分和性質(zhì)名稱構(gòu)成符號(hào)電荷量質(zhì)量電離作用穿透能力α射線氦核eq\o\al(4,2)He＋2e4u最強(qiáng)最弱β射線電子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1836)u較強(qiáng)較強(qiáng)γ射線光子γ00最弱最強(qiáng)2．[原子核的衰變](2020·山東等級(jí)考)氚核eq\o\al(3,1)H發(fā)生β衰變成為氦核eq\o\al(3,2)He。假設(shè)含氚材料中eq\o\al(3,1)×104×10－8A×10－19C，在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)生β衰變的氚核eq\o\al(3,1)H的個(gè)數(shù)為()×1014 B．×1016×1016 D．×10181.α衰變、β衰變的比較3．[半衰期的理解及應(yīng)用](多選)釷90234Th具有放射性，它能放出一個(gè)新的粒子而變?yōu)殓h91234Pa，同時(shí)伴隨有γ射線產(chǎn)生，其方程為90234Th→91234Pa＋X，釷的半衰期為24天。下列說法正確的是()A．X為質(zhì)子B．X是釷核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的C．γ射線是鏷原子核放出的D．1g釷90234Th經(jīng)過120天后還剩0.3125g對(duì)半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)個(gè)別或少量原子核，無半衰期可言。(2)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，τ表示半衰期。[精解詳析]1．選Cα射線是高速粒子流，粒子帶正電，β射線為高速電子流，帶負(fù)電，γ射線為高頻電磁波，根據(jù)電荷所受電場力特點(diǎn)及左手定則可知：①④為β射線，②⑤為γ射線，③⑥為α射線。α射線的速度最小但電離能力最強(qiáng)，γ射線是由原子核內(nèi)釋放出的高頻電磁波，其穿透能力很強(qiáng)，但電離能力很弱，故選項(xiàng)C正確，A、B、D均錯(cuò)誤。2．選B由題意根據(jù)q＝It，ne＝q，聯(lián)立解得n×1016，由13H→－10e＋23He可知，一個(gè)氚核13H發(fā)生一次β衰變產(chǎn)生一個(gè)電子，這段時(shí)間內(nèi)，發(fā)生β衰變的氚核13×1016，選項(xiàng)B正確。3．選BC根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，釷核衰變過程中放出了一個(gè)電子，即X為電子，故A錯(cuò)誤；發(fā)生β衰變時(shí)釋放的電子是由核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故B正確；γ射線是鏷原子核放出的，故C正確；釷的半衰期為24天，1g釷90234Th經(jīng)過120天即經(jīng)過5個(gè)半衰期后還剩0.03125g，故D錯(cuò)誤。必備知識(shí)(四)核反應(yīng)與核能的計(jì)算1．[核反應(yīng)生成物的確定](1)(2021年1月新高考8省聯(lián)考·遼寧卷)中科院近代物理研究所利用蘭州重離子加速器(HIRFL)，通過“熔合蒸發(fā)”反應(yīng)合成超重核eq\o\al(271,110)Ds并輻射出中子。下列可能合成該超重核的原子核組合是()A.eq\o\al(64,28)Ni、eq\o\al(208,82)Pb B.eq\o\al(62,28)Ni、eq\o\al(209,83)BiC.eq\o\al(64,28)Ni、eq\o\al(207,82)Pb D.eq\o\al(62,28)Ni、eq\o\al(210,83)Bi(2)(2018·天津高考)國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是()A.eq\o\al(14,7)N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生eq\o\al(17,8)O并放出一個(gè)粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生eq\o\al(30,15)P并放出一個(gè)粒子C.eq\o\al(11,5)B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生eq\o\al(8,4)Be并放出一個(gè)粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生eq\o\al(3,2)He并放出一個(gè)粒子2．[核反應(yīng)方程的書寫](2021年1月新高考8省聯(lián)考·湖南卷)2020年12月4日，新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號(hào)M裝置(HL-2M)在成都建成并首次實(shí)現(xiàn)利用核聚變放電，下列方程中，正確的核聚變反應(yīng)方程是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeC.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋2eq\o\al(1,0)n[系統(tǒng)歸納](1)掌握核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律。(2)掌握常見的主要核反應(yīng)方程式，并知道其意義。(3)熟記常見的基本粒子的符號(hào)，如質(zhì)子、中子、α粒子等。3．[核能的計(jì)算](2021年1月新高考8省聯(lián)考·湖北卷)用粒子加速器加速后的質(zhì)子轟擊靜止的鋰原子核，生成兩個(gè)動(dòng)能均為8.919MeV的α粒子(eq\o\al(4,2)He)，其核反應(yīng)方程式為：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He。已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007825u，鋰原子核的質(zhì)量為7.016004u，α粒子的質(zhì)量為4.002603u,1u相當(dāng)于931MeV。若核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子的動(dòng)能，則入射質(zhì)子的動(dòng)能約為()A．0.5MeVB．8.4MeVC．8.9MeV D．17.3MeV核能的計(jì)算方法(1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖eq\x(\a\al(書寫,核反應(yīng)方程))→eq\x(\a\al(計(jì)算,質(zhì)量虧損Δm))→eq\x(\a\al(利用ΔE＝Δmc2,計(jì)算釋放的核能))①根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。②根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。(2)根據(jù)核子比結(jié)合能計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)。[精解詳析]1．(1)選A根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒有Z1＋Z2＝110，A1＋A2＝271＋n(n＝1,2,3，…)，將選項(xiàng)代入檢驗(yàn)只有A正確。(2)選B根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，各選項(xiàng)核反應(yīng)方程如下：eq\o\al(14,\a\vs4\al(7))N＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(17,\a\vs4\al(8))O＋eq\o\al(1,1)H，故A錯(cuò)誤。eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，故B正確。eq\o\al(11,5)B＋eq\o\al(1,1)Heq\o\al(8,4)Be＋eq\o\al(4,2)He，故C錯(cuò)誤。eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,1)Heq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(4,2)He，故D錯(cuò)誤。2．選A核聚變反應(yīng)是兩輕核反應(yīng)變成質(zhì)量較大的核。eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，是輕核聚變，故A正確；eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，此核反應(yīng)屬于α衰變，故B錯(cuò)誤；eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，此反應(yīng)屬于重核裂變，故C錯(cuò)誤；eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋2eq\o\al(1,0)n，此反應(yīng)質(zhì)量數(shù)不守恒，是錯(cuò)誤的核反應(yīng)方程，故D錯(cuò)誤。3．選A該反應(yīng)放出能量ΔE＝(1.007825u＋7.016004u－2×4.002603u)×931MeV/u＝17.34MeV，入射質(zhì)子的動(dòng)能EkH＝2Ekα－ΔE≈0.5MeV，故A正確。必備知識(shí)(五)兩類核衰變在磁場中的徑跡靜止的原子核在磁場中自發(fā)衰變，其軌跡為兩相切圓，α衰變時(shí)兩圓外切，β衰變時(shí)兩圓內(nèi)切，根據(jù)動(dòng)量守恒m1v1＝m2v2和r＝eq\f(mv,qB)知，半徑小的為新核，半徑大的為α粒子或β粒子，其特點(diǎn)對(duì)比如下表：α衰變ZAX→Z－2A－4Y＋24勻強(qiáng)磁場中軌跡兩圓外切，α粒子半徑大β衰變ZAX→Z＋1AY＋－10e勻強(qiáng)磁場中軌跡兩圓內(nèi)切，β粒子半徑大[集訓(xùn)沖關(guān)]1.實(shí)驗(yàn)觀察到，靜止在勻強(qiáng)磁場中A點(diǎn)的原子核發(fā)生β衰變，衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向和軌跡示意圖如圖，則()A．軌跡1是電子的，磁場方向垂直紙面向外B．軌跡2是電子的，磁場方向垂直紙面向外C．軌跡1是新核的，磁場方向垂直紙面向里D．軌跡2是新核的，磁場方向垂直紙面向里解析：選D根據(jù)動(dòng)量守恒定律，原子核發(fā)生β衰變后產(chǎn)生的新核與電子的動(dòng)量大小相等，設(shè)為p。根據(jù)qvB＝eq\f(mv2,r)，得軌道半徑r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，故電子的軌跡半徑較大，即軌跡1是電子的，軌跡2是新核的。根據(jù)左手定則，可知磁場方向垂直紙面向里。選項(xiàng)D正確。2.在勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)原來靜止的原子核，由于放出一個(gè)α粒子，結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓的徑跡照片(如圖所示)，今測得兩個(gè)相切圓半徑之比r1∶r2＝1∶44。則(1)圖中哪一個(gè)圓是α粒子的徑跡？(說明理由)(2)這個(gè)原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)是多少？解析：(1)因?yàn)閯?dòng)量守恒，所以軌道半徑與粒子的電荷量成反比，所以圓軌道2是α粒子的徑跡，圓軌道1是新生核的徑跡，兩者電性相同，運(yùn)動(dòng)方向相反。(2)設(shè)衰變后新生核的電荷量為q1，α粒子的電荷量為q2＝2e，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，衰變后的速度分別為v1和v2，所以原來原子核的電荷量q＝q1＋q2。粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：qvB＝meq\f(v2,r)，則eq\f(r1,r2)＝eq\f(\f(m1v1,Bq1),\f(m2v2,Bq2))＝eq\f(m1v1q2,m2v2q1)，又由于衰變過程中遵循動(dòng)量守恒定律，則m1v1＝m2v2，聯(lián)立解得q＝90e。即這個(gè)原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)為90。[答案](1)圓軌道2是α粒子的徑跡，理由見解析(2)90eq\a\vs4\al([易錯(cuò)提醒])由以上兩例解答過程可知，當(dāng)靜止的原子核在勻強(qiáng)磁場中發(fā)生衰變時(shí)，大圓軌道一定是釋放出的帶電粒子(α粒子或β粒子)的，小圓軌道一定是反沖核的。α衰變時(shí)兩圓外切，β衰變時(shí)兩圓內(nèi)切。如果已知磁場方向，還可根據(jù)左手定則判斷繞行方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。[課時(shí)跟蹤檢測]1．(2021年1月新高考8省聯(lián)考·重慶卷)下列核反應(yīng)方程正確的是()A.eq\o\al(237,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(142,56)Ba＋eq\o\al(91,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,37)Rb＋eq\o\al(144,55)Cs＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(87,35)Br＋eq\o\al(146,57)La＋3eq\o\al(1,1)HD.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋9eq\o\al(1,0)n解析：選B核反應(yīng)過程中必須滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，分析可知，滿足上述規(guī)律的選項(xiàng)只有選項(xiàng)B。2．(2020·天津等級(jí)考)在物理學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，人們通過對(duì)某些重要物理實(shí)驗(yàn)的深入觀察和研究，獲得正確的理論認(rèn)識(shí)。下列圖示的實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)原子具有核式結(jié)構(gòu)的是()解析：選D發(fā)現(xiàn)原子具有核式結(jié)構(gòu)的是盧瑟福用α粒子轟擊金箔發(fā)生散射的實(shí)驗(yàn)，選項(xiàng)D正確。3．(2020·全國卷Ⅲ)(多選)1934年，約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔，首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X，反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→X＋eq\o\al(1,0)n。X會(huì)衰變成原子核Y，衰變方程為X→Y＋eq\o\al(0,1)e。則()A．X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等B．X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1C．X的電荷數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的電荷數(shù)多2D．X的質(zhì)量數(shù)與eq\o\al(27,13)Al的質(zhì)量數(shù)相等解析：選AC根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，可知eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→X＋eq\o\al(1,0)n方程中X的質(zhì)量數(shù)為30，電荷數(shù)為15，再根據(jù)X→Y＋eq\o\al(0,1)e方程可知Y的質(zhì)量數(shù)為30，電荷數(shù)為14，故X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等，X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)多1，X的電荷數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的電荷數(shù)多2，X的質(zhì)量數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的質(zhì)量數(shù)多3，選項(xiàng)A、C正確，B、D錯(cuò)誤。4．“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡觀測的范圍是美麗的銀河系，γ射線暴是主要研究的對(duì)象之一。γ射線暴是來自天空中某一方向的γ射線強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)突然增強(qiáng)，隨后又迅速減弱的現(xiàn)象，它是僅次于宇宙大爆炸的爆發(fā)現(xiàn)象。下列關(guān)于γ射線的論述中正確的是()A．γ射線同α、β射線一樣，都是高速帶電粒子流B．γ射線的穿透能力比α射線強(qiáng)，但比β射線弱C．γ射線是原子核能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的D．利用γ射線可以使空氣電離，消除靜電解析：選Cγ射線是電磁波，不是高速帶電粒子流，A錯(cuò)誤；α、β、γ三種射線中，γ射線能量最高，穿透能力最強(qiáng)，B錯(cuò)誤；利用α射線的電離作用可以使空氣電離，將靜電泄出，從而消除有害靜電，D錯(cuò)誤；γ射線是原子核能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，C正確。5．(2020·全國卷Ⅱ)氘核eq\o\al(2,1)H可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)式6eq\o\al(2,1)H→2eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV表示。海水中富含氘，已知1kg×1022個(gè)，若全都發(fā)生聚變反應(yīng)，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱量相等；已知1kg×107×10－13J，則M約為()A．40kg B．100kgC．400kg D．1000kg解析：選C結(jié)合核反應(yīng)方程知，1kg海水中的氘核全部發(fā)生聚變反應(yīng)放出的能量E＝eq\×1022,6)×××10－13J≈×1010J，根據(jù)題意得M＝eq\f(E,E0)M0＝eq\×1010,×107)×1kg≈400kg，故A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確。6．中國自主研發(fā)的世界首座具有第四代核電特征的核電站—華能石島灣高溫氣冷堆核電站，位于山東省威海市榮成石島灣。目前核電站使用的核燃料基本都是濃縮鈾，有一種典型的軸核裂變方程是eq\o\al(235,92)U＋x→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3x。下列關(guān)于x的說法正確是()A．x是α粒子，具有很強(qiáng)的電離本領(lǐng)B．x是α粒子，穿透能力比較弱C．x是中子，中子是盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)最先發(fā)現(xiàn)的D．x是中子，中子是查德威克通過實(shí)驗(yàn)最先發(fā)現(xiàn)的解析：選D根據(jù)該反應(yīng)的特點(diǎn)可知，該核