2022屆全國新高考物理沖刺復(fù)習(xí)：原子結(jié)構(gòu)與原子核

2022屆全國新高考物理沖刺復(fù)習(xí)

原子結(jié)構(gòu)與原子核

【知識網(wǎng)講解】

一、原子結(jié)構(gòu)

廠口粒子散射實驗

O［原子核式結(jié)構(gòu)）-小g抄會科用西珀I

1---------------）_______________的核式結(jié)構(gòu)模型

原廠特點(diǎn)一②______________光譜

子o［氫原子光譜卜

結(jié)J公式f；=R（*_gn=3,4,5,…

A2n

［答案1：盧瑟福線狀n2r§

二、原子核的衰變及核能

*由國和中子組成

核電荷數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù),也等于核外②—

.［組成________數(shù)

--核質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi)固數(shù)與中子數(shù)之和

「以衰變一氮核（；He）

（類型卜卜B衰變一電子（.?e）

1HL）衰變一高頻電磁波

原

子Q國福廣定義一原子核半數(shù)發(fā)生衰變所用

核的時間

"磯L由核⑷自身的因素決定，與

------物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān)

L公式—?7V=S,m={§］

-----L質(zhì)能方程fE=mc

.核能］—

-----「獲取途徑一⑦裂變、E聚變

［答案］：質(zhì)子電子質(zhì)子內(nèi)部

，如6y重核輕核

【考點(diǎn)回顧】

考點(diǎn)一玻爾理論和能級躍遷

i.對氫原子能級圖的理解

(1)能級圖如圖所示

11---------------------------------------------13.6

(2)氫原子的能級和軌道半徑

①氫原子的能級公式：E,=/EG=1,2,3,-),其中昌為基態(tài)能量，其數(shù)值為臼=-13.6

eV。

②氫原子的半徑公式：r“="八("=1,2,3,-??).其中n為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)

值為八=0.53X1010m?

(3)能級圖中相關(guān)量意義的說明

相關(guān)量意義

能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)

橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示量子數(shù)

橫線右端的數(shù)字“一13.6,-3.4-"表示氫原子的能量

表示相鄰的能量差，量子數(shù)越大，相鄰的能

相鄰橫線間的距離

量差越小，距離越小

表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子

帶箭頭的豎線

躍遷的條件為hv=Em-En

2.兩類能級躍遷

(1)自發(fā)躍遷：高能級一低能級，釋放能量，發(fā)出光子。

(2)受激躍遷：低能級~高能級，吸收能量。

①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必須恰好等于能級差的=△E。

②碰撞、加熱等:可以吸收實物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，

E外》AEo

③大于電離能的光子被吸收，將原子電離。

的1(2021?廣東省選擇性考試?？?原子從高能級向低能級躍遷產(chǎn)生光子，將頻率相同的光

子匯聚可形成激光。下列說法正確的是()

A.頻率相同的光子能量相同

B.原子躍遷發(fā)射的光子頻率連續(xù)

C.原子躍遷只產(chǎn)生單一頻率的光子

D.激光照射金屬板不可能發(fā)生光電效應(yīng)

［解析］根據(jù)￡=切可知，頻率相同的光子能量相同，故A正確；原子從一個定態(tài)躍遷到另

一個定態(tài)時，原子輻射一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定。電子軌道是量

子化的，能量是量子化的，故而頻率是不連續(xù)的。這也就成功解釋了氫原子光譜不連續(xù)的特點(diǎn)一

—頻率不連續(xù)特點(diǎn)，故B錯誤；原子在不同的就道之間躍遷產(chǎn)生不同頻率的光子，故C錯誤；

根據(jù)Ek=hv-Wo可知，激光光子的能量大于金屬板的逸出功時，照射金屬板即可發(fā)生光電效應(yīng)，

故D錯誤。

［答案］A

【對點(diǎn)練1】（2020?石家莊市教學(xué)質(zhì)量檢測）金屬鈉的逸出功為2.49eV,氫原子的能級分

布如圖所示，一群氫原子處于”=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)它們向較低的能級躍遷時發(fā)出的光照射金屬鈉，

能使金屬鈉逸出光電子的光子頻率有（）

nE/eV

8-------------------------0

4--------------------------0.85

3-------------------------1-51

2-------------------------3.40

1-13.60

A.1種B.2種

C.3種D.4種

［解析］：選D。根據(jù)C2=6可知，這群處于"=4激發(fā)態(tài)的氫原子共能輻射出6種不同頻率

的光，由圖可知，從〃=4到〃=3躍遷時放出的能量為0.66eV,小于金屬鈉的逸出功，不能使

金屬鈉逸出光電子，同理從〃=3到〃=2躍遷時放出的能量為1.89eV,小于金屬鈉的逸出功，

不能使金屬鈉逸出光電子，同理計算可得能使金屬鈉逸出光電子的光子頻率有4種，故D正確。

【對點(diǎn)練2］（2020?泰安市一輪檢測）已知?dú)湓踊鶓B(tài)的能量為Ei=13.6eV。大量氫原子處

于某一激發(fā)態(tài)。由這些氫原子可能發(fā)出的所有光子中，頻率最大的光子能量為-0.9375E”（激

發(fā)態(tài)能量邑吟其中〃=2,3,…）則下列說法正確的是（）

A.這些氫原子中最高能級為5能級

B.這些氫原子中最高能級為6能級

C.這些光子可具有6種不同的頻率

D.這些光子可具有4種不同的頻率

［解析］：選C。羲原子基態(tài)的能量為-13.6eV,大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)，由這些氫原子

可能發(fā)出的所有光子中，頻率最大的光子能量為-0.9375E”則有

△￡=-0.9375Et=E?-Ei

解得￡?=0.0625昌=一0.85eV=2

10

即處在〃=4能級；根據(jù)C2=6,所以這些光子可具有6種不同的頻率，故C正確，A、B、

D錯誤。

【對點(diǎn)練3】（2020?江西省重點(diǎn)中學(xué)盟校第一次聯(lián)考）如圖所示，這是氫原子的能級分布圖，

一群處于”=5能級的氫原子向低能級躍遷時，可輻射不同頻率的光子，將輻射出的光子照射到

逸出功為3.20eV某金屬表面，下列說法正確的是（）

a

5E/eV

4-0.54

3-0.85

-1.51

2--------------------3.4

1--------------------13.6

A.可輻射4種不同頻率的光子

B.氫原子從〃=5能級躍遷到"=4能級，輻射的光子頻率最大

C.輻射出的所有光子照射到該金屬表面，均能發(fā)生光電效應(yīng)

D.從該金屬表面逸出的光電子的最大初動能的最大值為9.86eV

［解析］：選D。根據(jù)Cg=10可知，一群處于〃=5能級的氫原子向低能級躍遷時能輻射出10

種不同頻率的光，故A錯誤；由圖可知，氫原子從〃=5能級躍遷到〃=4能級，能級差最小，

釋放的能量最小，故輻射的光子頻率最小，故B錯誤；根據(jù)能級差公式〃可知從〃=

5躍遷到〃=4輻射的光子能量為0.31eV,〃=4躍遷到〃=3輻射的光子能量為0.66eV,〃=3躍

遷到”=2輻射的光子能量為1.89eV,”=5躍遷到"=3輻射的光子能量為0.97eV等，由此分

析可知，當(dāng)其他能級間發(fā)生躍遷輻射的能量小于逸出功3.20eV時，這些輻射出來光子照射到該

金屬表面，不能發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯誤；當(dāng)氯原子從〃=5能級躍遷到”=1能級，能級差最

大，根據(jù)能級差公式加=自一￡=13.06eV,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ekm=〃v-Wo，解得

E"=9.86eV,故D正確。

【對點(diǎn)練4】（2020?成都市第二次診斷）圖為氫原子的能級示意圖。處于〃=4能級的一群

氫原子向低能級躍遷時，輻射出的光子再照射到逸出功為2.29eV的某金屬板上，下列說法正確

幾E/eV

80

5

4-0.54

3-0.85

-1.51

2-----------------3.40

1-----------------13.6

A.共有10種不同頻率的光子輻射出來

B.共有6種不同頻率的光子能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象

C.入射光子的頻率越高，逸出光電子的最大初動能越大

D.從金屬板中逸出的光電子就是a粒子

［解析］:選C。共有C5=6種不同頻率的光子輻射出來，A錯誤；其中能級差大于2.29eV的

躍遷有：4—1、3-1、2-1、4-2,即共有4種不同頻率的光子能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,

B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知，入射光子的頻率越高，逸出光電子的最大初動能越大，C正確：

從金屬板中逸出的光電子是0-ie,不是a粒子，D錯誤。

考點(diǎn)二原子核的衰變半衰期

1.衰變規(guī)律及實質(zhì)

（l）a衰變、。衰變的比較

衰變類型a衰變。衰變

衰變方程9x-23Y+gHe夕X-zdiY+?e

2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子

衰變實質(zhì)

2|H+2dnTHeAn-|H+?e

衰變類型a衰變。衰變

勻強(qiáng)磁場中軌跡形狀及

衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒

（2為射線：Y射線經(jīng)常是伴隨著a衰變或。衰變同時產(chǎn)生的。其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生

a衰變或p衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量（原子核處于激發(fā)態(tài)）而輻射出光子。

2.三種射線的成分和性質(zhì)

名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)

a射線氮核iHe+2e4u最強(qiáng)最弱

]

電子較強(qiáng)較強(qiáng)

B射線-?e—e1837u

Y射線光rY00最弱最強(qiáng)

3.半衰期

（1）定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。

（2）衰變規(guī)律：N=NO（T）、機(jī)=?。?；）。

（3）影響因素：由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。

圓（2020?皖南，、校4月聯(lián)考）2019年9月10日，我國國產(chǎn)首批醫(yī)用鉆一60原料組件從

秦山核電站啟運(yùn)，這標(biāo)志著我國國產(chǎn)伽馬刀設(shè)備“中國芯”供應(yīng)問題得到解決。核電站是利用中

子照射鉆一59制備鉆一60,伽馬刀是利用鉆一60發(fā)生。衰變釋放的y射線工作的，已知鉆一60

的半衰期約為5.3年，下列說法正確的是（）

A.秦山核電站制備鉆一60的反應(yīng)是重核衰變

B.鉆一60發(fā)生［3衰變后產(chǎn)生的新核比鉆一60少一個電子

C.鉆一60發(fā)生P衰變后產(chǎn)生的新核比鉆一60多一個中子

D.鉆一60制成后，經(jīng)過5.3年剩下的鉆一60約有一半

［解析］利用中子照射鉆一59制備鉆一60是原子核的人工轉(zhuǎn)變，重核裂變是質(zhì)量較大的核

在中子轟擊下分裂成兩個（或多個）中等質(zhì)量的核的反應(yīng)，鉆一60是中等核，故A錯誤；牯一60

發(fā)生。衰變釋放的電子是鉆一60原子核中的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時釋放一個電子，新核比鉆一

60少一個中子，而核中沒有電子，故B、C錯誤；半衰期就是有一半原子核發(fā)生衰變所用的時

間，所以鉆一60制成后，經(jīng)過5.3年剩下的鉆一60約有一半，故D正確。

［答案］D

【對點(diǎn)練5】（2020?天門市模擬）4月1日，由于太陽光不能照射到太陽能電池板上，“玉

兔二號”月球車開始進(jìn)入第十六個月夜休眠期。在之后的半個月內(nèi)，月球車采用同位素邠P(yáng)u電

池為其保暖供電，己知Pu238是人工放射性元素，可用中子輻照建Np得到。Pu238衰變時只放

出a射線，其半衰期為88年。則（）

A.用中子輻照Np237制造Pu238時將放出電子

B.Pu238經(jīng)一次衰變會有兩個質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€中子

C.Pu238經(jīng)一次衰變形成的新核含有144個中子

D.當(dāng)?shù)竭_(dá)下個月晝太陽能電池板工作時，Pu238停止衰變不再對外供電

［解析］：選A。用中子輻照Np237時的核反應(yīng)方程為和+解Npf賁Pu+%e根據(jù)核反應(yīng)方程

可知，有電子放出，故A正確；Pu238經(jīng)一次a衰變，衰變方程為錯Puf鑼U+?He

Pu238經(jīng)一次a衰變會把2個質(zhì)子和2個中子作為一個整體拋射出來，衰變后形成的新核中

中子數(shù)為234-92=142（個）

故B、C錯誤：放射性元素的半衰期是由放射性元素本身決定的，與外界環(huán)境無關(guān)，故D錯

誤。

【對點(diǎn)練6】（2020?遼南協(xié)作校第二次模擬）下列說法正確的是（）

A.光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光子既有能量也有動量

B.a、|3、丫射線都是高速帶電粒子流，是原子核發(fā)生衰變產(chǎn)生的

C.查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為：蟲e+汨e-&：+而

D.處于基態(tài)的氫原子可吸收任意能量的光子

［解析］;選C。光電效應(yīng)現(xiàn)象只表明光子具有能量，康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量還具

有動量，A錯誤；a射線是高速氧核流，帶正電；。射線是高速的電子流，帶負(fù)電；丫射線是電磁

波，不帶電，B錯誤；用a粒子轟擊鉞原子核，能夠產(chǎn)生中子，是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，核反

應(yīng)方程為扭e+汨e-翼+，n,C正確；處于基態(tài)的氫原子只吸收能量剛好等于激發(fā)態(tài)與基態(tài)兩能

級之差的光子，也就是只吸收特定能量的光子，不是任意能量的光子都能吸收，D錯誤。

【對點(diǎn)練7］（2020?和平區(qū)第二次質(zhì)量調(diào)查）2020年3月15日中國散列中子源（CSNS）利用

中子成像技術(shù)幫助中國科技大學(xué)進(jìn)行了考古方面的研究。散射中子源是研究中子特性、探測物質(zhì)

微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動的科研裝置。下列關(guān)于中子研究的說法正確的是（）

A.a粒子轟擊苧N,生成YO并產(chǎn)生了中子

B.鑼U經(jīng)過4次a衰變，2次p衰變后，新核與原來的原子核相比中子數(shù)少了10個

C.丫射線實質(zhì)是高速中子流，可用于醫(yī)學(xué)的放射治療

D.核電站可通過“慢化劑”控制中子數(shù)目來控制核反應(yīng)的速度

［解析］：選B。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，蟲e+^Nf?O+|H,故A錯誤；每次a衰

變，質(zhì)量數(shù)少4,電荷數(shù)少2,中子數(shù)少2;每次。衰變一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和一個電子，

中子數(shù)少1;所以4次a衰變，2次B衰變，新核與原來的原子核相比，中子數(shù)少4X2+2X1=

10,故B正確；丫射線實質(zhì)是光子流，故C錯誤；鎬棒可以吸收中子，核反應(yīng)堆中，通過改變鎘

棒插入的深度，可以控制核反應(yīng)的速度，故D錯誤。

考點(diǎn)三核反應(yīng)類型與核反應(yīng)方程

1.核反應(yīng)的四種類型

類型可控性核反應(yīng)方程典例

衰a衰變自發(fā)贊U-鉗Th+§He

變B衰變自發(fā)掰Th-鉀Pa+-9e

號N+夕He-PO+lH

（盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子）

*He+?Be-咪C+Jn

（查德威克發(fā)現(xiàn)中子）

人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?/p>

召Al+lHe

—isP+An（約里奧一居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射

四Pf褥i性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子）

++?e

比較容易進(jìn)費(fèi)U+An—找Ba+瑞Kr+3An

重核裂變

行人工控制贊U+Jnf劈Xe+?§Sr+lOon

輕核聚變很難控制iH+|H^lHe+An

2.核反應(yīng)方程式的書寫

（1）熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子（舊）、中子"n）、a粒子

?He）、p粒子（一㈣、正電子信e）、笊核（田）、瓶核（田）等。

（2）掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個核反應(yīng)方程是否正確的

依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“一”表示反應(yīng)方向。

（3）核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。

傾（多選）（2020?高考全國卷I汴列核反應(yīng)方程中，*|、*2、*3、*4代表&粒子的有（）

A.?H+汨f，n+Xi

B*H+汨fn+X?

C.贊U+，nf弟Ba+器Kr+3X3

DM+?Lif汩+X4

［解析］根據(jù)核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知選項A中的Xi質(zhì)量數(shù)是3,

電荷數(shù)是2,A錯誤；選項B中的X2質(zhì)量數(shù)是4,電荷數(shù)是2,代表a粒子，B正確；選項C中

的X3質(zhì)量數(shù)是1,電荷數(shù)是0,代表中子，C錯誤；選項D中的X4質(zhì)量數(shù)是4,電荷數(shù)是2,代

表a粒子，D正確。

［答案］BD

［對點(diǎn)練8］（2021?湖南省適應(yīng)性考試?？迹?020年12月4日，新一代“人造太陽”裝置

—中國環(huán)流器二號M裝置（HL-2M）在成都建成并首次實現(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.汨+汨fHe+Jn

B.贊Uf翎Th+MHe

C.熨U+血一嘴Ba+鷺Kr+34n

D?He+eAlTgP+2jn

［解析］:選A。核聚變反應(yīng)是兩輕核反應(yīng)變成中等質(zhì)量的核。iH+tHf?He+Jn是輕核聚變，

故A正確；提U-掰Th+3He,此核反應(yīng)反應(yīng)物只有一個原子核且生成物有氫核，屬于a衰變，

故B錯誤；贊U+加一嘯1Ba+瑞Kr+3，n,此反應(yīng)反應(yīng)物和生成物都有中子，構(gòu)成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，且生

成物至少有兩個中等質(zhì)量的核，故屬于重核裂變，故C錯誤；扭e+召A1即+2加，此反應(yīng)是用

a粒子轟擊，生成了同位素磷，是人工核轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)同位素磷和正電子的方程，故D錯誤。

考點(diǎn)四質(zhì)量虧損及核能的計算

1.應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖

書寫核反計算質(zhì)量利用AE-Ame2

應(yīng)方程虧損Am計算釋放的核能

（1）根據(jù)計算,計算時A楸的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,△一的單位是“『'。

（2）根據(jù)AE=AffiX931.5MeV計算。因1原子質(zhì)量單位（u）相當(dāng)于931.5MeV的能量,所以

計算時△機(jī)的單位是“u”，AE的單位是“MeV”。

2.根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能=核子的比結(jié)合能X核子數(shù)。

◎特別提醒利用質(zhì)能方程計算核能時，不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計算。

傾（2020?高考全國卷II）笊核田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

6TH-*24He+2|H+2An+43.15MeV

表示。海水中富含笊，已知1kg海水中含有的笊核約為1.0義1022個，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)煤燃燒時釋放的熱量相等；己知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約

為2.9X10?J,1MeV=1.6X10「i3j,則仞約為（）

A.40kgB.100kg

C.400kgD.1000kg

I0X］。22

I解析］結(jié)合核反應(yīng)方程知，1kg海水中的九核全部發(fā)生聚變反應(yīng)放出的能量E=1—

E［15X］0i°

X43.15X1.6X1O-13J?1.15X10'°J,根據(jù)題意得c9X⑹?1kg=400kg,故A、

B、D錯誤，C正確。

［答案］C

【對點(diǎn)練10］(2021?湖北省選擇性考試?？?用粒子加速器加速后的質(zhì)子轟擊靜止的鋰原

子核，生成兩個動能均為8.919MeV的a粒子&He),其核反應(yīng)方程式為：|H+3Lif?He+?He。

已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007825u,鋰原子核的質(zhì)量為7.016004u,a粒子的質(zhì)量為4.00260u,1u相

當(dāng)于931MeV。若核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為a粒子的動能，則入射質(zhì)子的動能約為()

A.0.5MeVB.8.4MeV

C.8.9MeVD.17.3MeV

［解析］:選A。該反應(yīng)放出能量△E=(L007825u+7.016004u—2X4.00260u)X931MeV/u

=17.34MeV,入射質(zhì)子的動能EkH=2Eka-AE=0.498MeV,故選A。

題組訓(xùn)練

小題練

題組一基礎(chǔ)小題

1.現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了人們對原子、原子核的認(rèn)識，下列說法正確的是

()

A.電子的發(fā)現(xiàn)說明原子核內(nèi)部有復(fù)雜結(jié)構(gòu)

B.核反應(yīng)過程中如果核子的平均質(zhì)量減小，則要吸收能量

C.湯姆孫根據(jù)a粒子散射實驗結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型

D.盧瑟福通過實驗首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，核反應(yīng)方程為-He+

,417

7N-8O+IH

［答案］D

［解析］電子的發(fā)現(xiàn)說明原子具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故A錯誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)

能方程后=m。2知，核反應(yīng)過程中如果核子的平均質(zhì)量減小，則要放出能量，故

B錯誤；盧瑟福根據(jù)a粒子散射實驗結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故C錯

誤；盧瑟福通過實驗首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，核反應(yīng)方程為犯e+VN-9

O+IH,這也是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)，故D正確。

2.如圖是盧瑟福的a粒子散射實驗裝置，在一個小鉛盒里放有少量的放射

性元素缽，它發(fā)出的a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■源

金箔

A.該實驗是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)

B.該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性

C.a粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

D.絕大多數(shù)的a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

1答案］A

［解析］盧瑟福根據(jù)a粒子散射實驗，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，否定了湯

姆孫的原子模型，A正確，B錯誤；電子質(zhì)量太小，對a粒子的影響不大，C錯

誤；絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后，基本上仍沿原方向前進(jìn)，D錯誤。

3.（多選）下列說法中正確的是（）

A.一群氫原子由〃=3的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷，最多可放出兩種頻率的光

子

B.一個氫原子由〃=3的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷，最多可放出兩種頻率的光子

C.實際上，原子中的電子沒有確定的軌道，所以玻爾的氫原子模型是沒有

實際意義的

D.a粒子散射實驗揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu)

［答案］BD

［解析］一群氫原子由〃=3的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷，最多可放出C3=3種

不同頻率的光子，A錯誤；一個氫原子由〃=3的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷，最多可

放出兩種頻率的光子，分別為〃=3到〃=2,〃=2至B正確；實際上，原

子中的電子沒有確定的軌道，但在空間各處出現(xiàn)的概率是不一樣的，而玻爾的氫

原子模型作出的定態(tài)與躍遷的假設(shè)，成功解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，有實際

意義，c錯誤；a粒子散射實驗揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu)，D正確。

4.下列說法正確的是（）

A.23&2Uf23#oTh+X中X為中子，核反應(yīng)類型為p衰變

B.汨+泊f-He+Y中Y為中子，核反應(yīng)類型為人工核轉(zhuǎn)變

C.23肛5+任一i3Rxe+取Sr+K中K為10個中子，核反應(yīng)類型為重核裂變

D.早N+,HefPO+Z中Z為氫核，核反應(yīng)類型為輕核聚變

［答案］C

［解析］根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，A反應(yīng)中的X質(zhì)量數(shù)

為4,電荷數(shù)為2,為a粒子，核反應(yīng)類型為a衰變，A錯誤；B反應(yīng)中的Y質(zhì)

量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,為中子，核反應(yīng)類型為輕核聚變，B錯誤；C反應(yīng)中的

K質(zhì)量總數(shù)為10,電荷數(shù)為0,為10個中子，核反應(yīng)類型為重核裂變，C正確；

D反應(yīng)中的Z質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為1,為質(zhì)子，核反應(yīng)類型為人工核轉(zhuǎn)變，D

錯誤。

5.如圖所示，為a、0、丫三種射線的示意圖。下列說法中正確的是（）

A.丫射線是電磁波，它的電離作用最強(qiáng)

B.丫射線一般伴隨著a射線或0射線產(chǎn)生，它的貫穿能力最強(qiáng)

C.a射線是原子核自發(fā)射出的氮核流，它的電離作用最弱

D.0射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的貫穿能力

［答案］B

［解析］丫射線一般伴隨著a射線或B射線產(chǎn)生，丫射線是電磁波，它的穿透

能力最強(qiáng)，電離作用最弱，故A錯誤，B正確；a射線是原子核自發(fā)放射出的氨

核流，它的穿透能力最弱，電離作用最強(qiáng)，故c錯誤；0射線是原子核內(nèi)的中子

轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時產(chǎn)生的，它具有中等的穿透能力，故D錯誤。

6.目前，在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些材料都

不同程度地含有放射性元素，下列有關(guān)放射性元素的說法中正確的是（）

A.0射線與丫射線一樣都是電磁波，但P射線穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比丫射線弱

B.氨的半衰期為3.8天，4個氯原子核經(jīng)過7.6天后就一定只剩下1個氨原

子核

C.23&U衰變成2%Pb要經(jīng)過6次p衰變和8次a衰變

D.放射性元素發(fā)生p衰變時所釋放的電子是原子核外的電子

［答案］C

［解析］B射線的實質(zhì)是電子流，Y射線的實質(zhì)是電磁波，丫射線的穿透本領(lǐng)

遠(yuǎn)比。射線強(qiáng)，故A錯誤；半衰期對大量的原子核適用，對少量的原子核不適

用，故B錯誤；因為P衰變不會導(dǎo)致原子核質(zhì)量數(shù)變化，所以2382U衰變成2%2Pb

238-206

經(jīng)過的a衰變的次數(shù)〃=—4—=8,在a衰變的過程中電荷數(shù)總共減少16,

16-（92-82）

則B衰變的次數(shù)加=-----j--------=6,故C正確；P衰變時，原子核中的一個中

子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，電子釋放出來，故D錯誤。

7.（多選）原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有

A.,He核的結(jié)合能約為14MeV

B.3He核比§Li核更穩(wěn)定

C.兩個汨核結(jié)合成3He核時釋放能量

D.23aU核中核子的平均結(jié)合能比酷Kr核中的大

［答案1BC

［解析］3He核有4個核子，由比結(jié)合能圖線可知，？He核的結(jié)合能約為28

MeV,A錯誤。比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，B正確。兩個汨核結(jié)合成3He核

時，核子的比結(jié)合能變大，結(jié)合時要放出能量，C正確。由比結(jié)合能圖線知，23%

U核中核子平均結(jié)合能比照Kr核中的小，D錯誤。

8.如圖所示為氫原子的能級圖，下列說法正確的是（）

n?eV

8......................0

5-------------------0.54

4-------------------0.85

3-------------------1.51

2-------------------3.40

1-------------------13.60

A.處于基態(tài)的氫原子可以通過與能量為12.5eV的電子碰撞的方式躍遷

B.氫原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后，核外電子動能增大，原子的電勢能減小

C.大量處于〃=3激發(fā)態(tài)的氫原子，向低能級躍遷時可輻射出2種不同頻

率的光

D.用氫原子從〃=2能級躍遷到〃=1能級輻射出的光照射金屬粕（逸出功

為6.34eV）時不能發(fā)生光電效應(yīng)

［答案］A

［解析］用能量為12.5eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，氫原子可以吸收

其中的10.2eV或12.09eV的能量躍遷到〃=2或〃=3的能級，故A正確；氫

原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后，核外電子軌道半徑變大，根據(jù)5=3可知，核外

電子的動能減小，原子的總能量變大，電勢能增大，B錯誤；大量處于〃=3激

發(fā)態(tài)的氫原子，向低能級躍遷時可輻射出C3=3種不同頻率的光，C錯誤；氫原

子從〃=2能級躍遷到〃=1能級輻射出的光子能量為-3.40eV-（-13.60eV）=

10.2eV,則照射金屬粕（逸出功為6.34eV）時能發(fā)生光電效應(yīng)，D錯誤。

9.（多選）缽的一種同位素23QPu衰變時能釋放巨大能量，其衰變方程為

23&Puf23a2U+夕He+y,貝lj（）

A.核燃料總是利用比結(jié)合能小的核

B.衰變中丫光子的能量就是23?4PU的結(jié)合能

C.23之U核比23?4Pu核更穩(wěn)定，說明23aU的結(jié)合能大

D.由于衰變時釋放巨大能量，所以23冊PU比23知5的比結(jié)合能小

［答案］AD

［解析］核燃料在反應(yīng)過程中要釋放巨大能量，則比結(jié)合能增大，所以總是

要利用比結(jié)合能小的核，A正確；衰變中因質(zhì)量虧損釋放的核能，表現(xiàn)為新核的

動能和丫光子的能量，而結(jié)合能等于把原子核拆分為核子需要的能量，兩者是不

同的，衰變中Y光子的能量遠(yuǎn)小于費(fèi)Pu的結(jié)合能，B錯誤；原子核的比結(jié)合能越

大越穩(wěn)定，由于衰變時釋放巨大能量，所以贊U核比鑼Pu核更穩(wěn)定，說明鉗U的

比結(jié)合能大，但它的核子數(shù)小，故結(jié)合能小，C錯誤，D正確。

10.下列說法中正確的是（）

A.a粒子散射實驗證明原子內(nèi)部的正電荷是均勻分布的

B.氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜

C.輕核的聚變和重核的裂變都可以放出核能

D.鎘棒在裂變反應(yīng)堆中使快中子變?yōu)槁凶?/p>

［答案］C

［解析］盧瑟福的a粒子散射實驗可以證明原子內(nèi)部是十分“空曠”的，正

電荷集中在原子內(nèi)很小的空間范圍，A錯誤；由實驗觀測知?dú)湓又荒馨l(fā)射特定

頻率的光子，所以氫原子的發(fā)射光譜是線狀譜，B錯誤；輕核的聚變和重核的裂

變都存在質(zhì)量虧損，都可以放出核能，C正確；鎘棒在裂變反應(yīng)堆中的作用是吸

收中子，而不是將快中子變?yōu)槁凶樱珼錯誤。

H.一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氣核，同時輻射一個Y光子。已知

質(zhì)子、中子、氣核的質(zhì)量分別為如、〃及、m3,普朗克常量為肌真空中的光速為

Co假設(shè)丫光子攜帶該聚變釋放的所有能量。下列說法正確的是（）

A.核反應(yīng)方程是iH+SnfiH+y

B.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損△加+〃22-加

C.輻射出的了光子的能量E=（儂-如-儂）。

h

D.丫光子的波長％=（如+儂—Me?

［答案］B

［解析］根據(jù)核反應(yīng)過程質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，得到的氣核為彳H,

故A錯誤；聚變反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損=+/W2-加3,故B正確；Y光子攜

帶該聚變釋放的所有能量，根據(jù)質(zhì)能方程，輻射出的Y光子的能量E=△/?/=(如

h

+m2-mi)(r,故C錯誤；由c=&及E=加得,y光子的波長2=~,

(7771+m2—m3)C

故D錯誤。

12.(多選)圖1所示為氫原子能級圖，大量處于〃=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低

能級躍遷時能輻射出多種不同頻率的光，其中用從〃=4能級向〃=2能級躍遷時

輻射的光照射圖2所示光電管的陰極K時，電路中有光電流產(chǎn)生，貝女)

A.若將滑動變阻器的滑片左移，電路中光電流可能會減小

B.若將電源反接，電路中不可能出現(xiàn)光電流

C.若陰極K的逸出功為1.05eV,則逸出的光電子最大初動能為2.4X10-

19J

D.若陰極K的逸出功為1.05eV,大量處于〃=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級

躍遷時輻射的光中只有4種光子能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)

［答案］AC

［解析］若將滑片左移，加在光電管上的正向電壓變小，故光電流可能會減

小，A正確；若將電源反接，加在光電管上的電壓變成反向電壓，若反向電壓小

于遏止電壓，則電路中也會有光電流產(chǎn)生，故B錯誤；氫原子從〃=4能級向〃

=2能級躍遷時輻射的光子的能量為：S=(-0.85eV)-(-3.40eV)=2.55eV,若

陰極K的逸出功為1.05eV,則逸出的光電子最大初動能為：&=(2.55-1.05)eV

=1.50X1.6X10-|9J=2.4X10-19J,故C正確；大量處于〃=4激發(fā)態(tài)的氫原子

向低能級躍遷時輻射的光有6種，其中只有從〃=4能級向〃=3能級躍遷放出的

光子能量（0.66eV）小于陰極K逸出功的數(shù)值1.05eV,所以有5種光子能使陰極

K發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤。

13.一靜止的鈾核放出一個a粒子衰變成社核，衰變方程為避U-翎Th+3

Heo下列說法正確的是（）

A.衰變后社核的動能等于a粒子的動能

B.衰變后社核的動量大小等于a粒子的動量大小

C.鈾核的半衰期等于其放出一個a粒子所經(jīng)歷的時間

D.衰變后a粒子與社核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量

1答案］B

［解析］衰變過程中滿足動量守恒定律，所以衰變后社核的動量與a粒子的

動量等大反向，B正確；由動能和動量的關(guān)系式及=亍而2=*可知，由于社核

的質(zhì)量大于a粒子的質(zhì)量，所以社核的動能小于a粒子的動能，A錯誤；半衰期

的定義是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，并不是其放出一個a

或B粒子所經(jīng)歷的時間，C錯誤；由于該反應(yīng)放出能量，所以一定會發(fā)生質(zhì)量虧

損，衰變后a粒子與社核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，D錯誤。

題組二高考小題

14.（2020?全國卷1）（多選）下列核反應(yīng)方程中,XuX2、X3、X4代表a粒子

的有（）

A.TH+rH->6n+Xi

B.TH+ta-An+X2

C.黃U+6nf%Ba+黎Kr+3X3

D.Jn+§Li7H+X4

［答案］BD

［解析］a粒子為氯原子核夕He,根據(jù)核反應(yīng)方程遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守

恒，可知A選項中的Xi為汨e,B選項中的X2為拓e,C選項中的X3為中子曲，

D選項中的X4為夕He。故B、D正確。

15.（2020.全國卷HI）（多選）1934年，約里奧一居里夫婦用a粒子轟擊鋁箔，

首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X,反應(yīng)方程為犯e+召Al-X+任。X會衰變成原

子核Y,衰變方程為XfY+怛。貝女）

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1

C.X的電荷數(shù)比召A1的電荷數(shù)多2

D.X的質(zhì)量數(shù)與召A1的質(zhì)量數(shù)相等

［答案］AC

［解析］設(shè)X和Y的電荷數(shù)分別為m和〃2,質(zhì)量數(shù)分別為如和機(jī)2,則反

應(yīng)方程和衰變方程分別為夕He+招Al-mlnlX+6n,m\"IX一根2〃2Y+9e。根據(jù)

電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，有2+13=,n\=〃2+1,4+27=mi+1,mi=m2+0,

解得〃1=15,?2=14,m\=30,加2=30。X的質(zhì)量數(shù)（，"i=30）與Y的質(zhì)量數(shù)。〃2

=30）相等，比召A1的質(zhì)量數(shù)多3,故A正確，D錯誤；X的電荷數(shù)⑺=15）比Y

的電荷數(shù)（〃2=14）多1,比召A1的電荷數(shù)多2,故B錯誤，C正確。

16.（2020?全國卷H）氣核田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6汨f2犯e+2］H+28n+43.15MeV表示。海水中富含氣，已知1kg海

水中含有的氣核約為1.0X1022個，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)煤燃燒時釋放的熱量相等；已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為

2.9X107J,1MeV=1.6X10-13J,則M約為（）

A.40kgB.100kg

C.400kgD.1000kg

［答案］c

［解析］定核彳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6?

E

H-2,He+2lH+23n+43.15MeV表示，則平均每個氣核聚變釋放的能量為￡=不

4315

=—^~MeV,lkg海水中含有的氣核約為N=1.0X1022個，全部發(fā)生聚變反應(yīng)

釋放的總能量為a=9,由。=/可得，要釋放相同的熱量，需要燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤

1.0X1022X^^X1.6X10-13

的質(zhì)量=---------2§xd---------kg=400kg,C正確。

17.（2020.山東高考）旅核也發(fā)生p衰變成為氮核汨e。假設(shè)含笳材料中汨發(fā)

生P衰變產(chǎn)生的電子可以全部定向移動，在3.2X104s時間內(nèi)形成的平均電流為

5.0X10-8A。已知電子電荷量為1.6X10-19。在這段時間內(nèi)發(fā)生0衰變的笳核

加的個數(shù)為（）

A.5.0X1014B.1.0X1016

C.2.0X1016D.1.0X1018

［答案］B

aneIt5.0X1Q-8X3.2X104

［解析］根據(jù)/=系=7,可得產(chǎn)生的電子數(shù)為〃=/=----------------=

1.0X1016個，因一個抗核汨發(fā)生B衰變產(chǎn)生一個電子，可知在這段時間內(nèi)發(fā)生

P衰變的瓶核加的個數(shù)為1.0義1。16個，故選B。

18.（2020?北京高考）氫原子能級示意如圖。現(xiàn)有大量氫原子處于n=3能級

上，下列說法正確的是（）

nE/eN

8?…,......................…0

5-0.54

4---------------------------0.85

3--------------------------1.51

2---------------------------3.4

I---------------------------13.6

A.這些原子躍遷過程中最多可輻射出2種頻率的光子

B.從〃=3能級躍遷到n=1能級比躍遷到n=2能級輻射的光子頻率低

C.從〃=3能級躍遷到〃=4能級需吸收0.66eV的能量

D.〃=3能級的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量

［答案］C

［解析］大量處于〃=3能級上的氫原子躍遷過程中最多可輻射出C3=3種

頻率的光子，故A錯誤；根據(jù)能級圖可知，從〃=3能級躍遷到〃=1能級輻射

的光子能量比從?=3能級躍遷到?=2能級輻射的光子能量高，根據(jù)E=hv可

知，從〃=3能級躍遷到n=1能級比躍遷到〃=2能級輻射的光子頻率高，故B

錯誤；根據(jù)能級圖可知，從〃=3能級躍遷到〃=4能級需吸收的能量為AE=E4

-4=-0.85eV-（-1.51eV）=0.66eV,故C正確；根據(jù)能級圖可知，處于“=

3能級的氫原子能量為-L51eV,故要使其電離，至少需要吸收1.51eV的能量，

故D錯誤。

19.（2020?浙江7月選考）（多選