第5章 原子与原子核 单元综合提升-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

该高中物理单元复习课件系统梳理了原子结构（汤姆孙模型、核式结构、玻尔理论）与原子核及核反应（核反应规律、半衰期、衰变类型、结合能）等核心知识，通过概念网络将电子发现、α粒子散射实验、能级跃迁、核反应守恒等知识点串联，构建完整的知识逻辑体系。 其亮点在于“教考衔接-易错辨析-分层训练”的复习策略，如结合广东高考真题分析恒星核反应，通过“针对练”从基础到综合变式训练，培养科学推理与模型建构能力。单元检测卷覆盖不同难度题目，助力学生巩固知识，教师可精准把握复习重点。

单元综合提升 　　　　 第五章 原子与原子核 概念梳理 构建网络 1 教考衔接 明确考向 2 易错辨析 强化落实 3 单元检测卷 4 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 概念梳理 构建网络 返回 返回 教考衔接 明确考向 返回 (2023·广东高考)理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应 C＋Y→ O的影响。下列说法正确的是 A．Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强 B．Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强 C．Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强 D．Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强 真题 1 √ 根据受核反应满足质量数和电荷数守恒可知，Y是α粒子( He)。三种射线的穿透能力，γ射线最强，α射线最弱；三种射线的电离能力，α射线最强，γ射线最弱。故选D。 衔接教材教材P134·T13 下面一系列核反应是在恒星内部发生的， 衔接分析　广东高考真题以恒星内的核反应的素材为背景，创设考查电荷数守恒与质量数守恒。该题与教材P134·T13内容类似。 针对练1.2021年12月20日，我国“人造太阳”打破世界纪录，实现了1 056秒的长脉冲高参数等离子体运行。其内部发生轻核聚变的核反应方程为 ＋X，释放出能量，一段时间后测得反应物的质量亏损了Δm，光速为c。下列说法正确的是 A．X是β粒子，穿透能力强，电离能力弱 B．这段时间内，轻核聚变释放的能量为Δmc2 C．X粒子最早由卢瑟福通过实验发现的 D．轻核聚变质量亏损，则轻核聚变过程中质量数不守恒 √ 根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X为中子 n，中子最早是由查德威克通过实验发现的，故A、C错误；根据爱因斯坦质能方程可知，这段时间内，轻核聚变释放的能量为ΔE＝Δmc2，故B正确；轻核聚变质量亏损，但轻核聚变过程中质量数守恒，故D错误。故选B。 A．α射线的穿透能力比β射线的强 B．α射线的电离能力比β射线的弱 D．衰变过程中共发生了8次α衰变和6次β衰变 √ 根据α、β、γ三种射线特点可知，α射线的电离能力最强，穿透能力最弱，故A、B错误；比结合能越大越稳定，则 U的比结合能比 Pb的比结合能小，故C错误；在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，根据质量数守恒和电荷数守恒有2m－n＝92－82，4m＝238－206，解得m＝8，n＝6，故D正确。故选D。 (2022·广东高考)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为En＝ ，其中E1＝－13.6 eV。如图是按能量排列的电磁波谱，要使n＝20的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是 A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子 C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子 真题 2 √ 要使处于n＝20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子， 则需要吸收光子的能量为E＝0－ eV＝0.034 eV，因为10－1 eV＞0.034 eV＞10－2 eV，则被吸收的光子是红外线波段的光子。故 选A。 衔接教材 沪科版P94·T3 要使处于基态的氢原子电离，它所吸收的光子的频率至少是多大？ 衔接分析 广东高考真题以氢原子的电离为素材，创设了考查氢原子能级跃迁的情境。电离状态的氢原子的能量为0 eV，根据能量守恒，氢原子吸收光子的能量需要大于电离能才能电离。与沪科版P94·T3考查的内容类似。 针对练1. (多选)氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子的能量范围约为1.62 eV～3.11 eV，下列说法中正确的是 A．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时， 可能发出2种不同频率的可见光 B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，产生的 光具有显著的热效应 C．处于n＝3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线，一定能够发生电离 D．处于n＝2能级的氢原子向n＝4能级跃迁时，核外电子的动能增大 √ √ √ 大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能 发出C＝6种不同频率的光子，因为可见光的光子 能量范围约为1.62 eV～3.11 eV，满足此范围的有： 从n＝4到n＝2，从n＝3到n＝2，所以可能有2种不 同频率的可见光，故A正确；氢原子从高能级向n＝3 能级跃迁时发出的光子能量小于1.51 eV，小于可见光的频率，大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，辐射出红外线，红外线有显著的热效应，故B正确； 针对练2.目前科学家已经能够制备出能级较高的氢原子。已知氢原子第n能级的能量En＝－ eV，金属钨的逸出功为4.54 eV，如图是按能量大小排列的电磁波谱，其中可见光的能量区间为1.62～3.11 eV。下列说法正确的是 A．紫外线波段的光子均不能使基态氢原子电离 B．氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子 C．用红外线长时间照射金属钨能产生光电效应 D．用可见光照射处于n＝20能级的氢原子不能使其电离 √ 基态氢原子具有的能量为E1＝－13.6 eV，若使基态氢原子电离，则需要吸收的光子能量E≥13.6 eV，由题图可知紫外线波段中存在光子能量E≥13.6 eV的光子，这些光子能使基态氢原子电离，故A错误；氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子，如从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射光子的能量E′＝－ ≈1.89 eV，属于可见光的范围，故B正确； 返回 易错辨析 强化落实 返回 1．(多选)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 C．贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子的核式结构模型 √ √ 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；查德威克用α粒子轰击 Be，获得反冲核 C，发现了中子，选项B错误；贝可勒尔发现了天然放射性现象，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，提出了原子的核式结构模型，选项D错误。 [易错分析]　本题易错点是各科学家的贡献，卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构，容易与贝可勒尔的发现混淆。 2. (多选)氢原子能级示意图如图所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2能级时，辐射出光的波长为656 nm。以下判断正确的是 A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1能级时，辐射出光的波 长大于656 nm B．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃 迁至n＝2能级 C．一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线 D．用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3能级 √ √ [易错分析]　本题易错点是氢原子跃迁时释放的光子能量为两个能级的能量差。另外光子能量越大，波长越短。 √ 放射出β粒子是由于原子核内的中子转化为质子时放出的，故A错误；根据质量数和电荷数守恒可得新核的质子数为91，质量数为234，则中子数为234－91＝143，故B正确；发生β衰变时会放出能量，由爱因斯坦质能方程可知，反应前后质量不相等，故C错误；原子核的半衰期是由原子核内部自身决定的，与原子核所处的物理和化学状态都无关，故D错误。 [易错分析]　本题易错点是对β衰变的理解，原子核内不存在电子，β粒子是原子核内的中子转变成质子时放出的。 4．(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。 根据该曲线，下列说法正确的有 A．4He的比结合能大于2H的比结合能，所以 4He可以裂变成2H而放出核能 B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢 固，原子核越稳定 C．4He比9Be更稳定，结合能更大 D．4He核子的平均质量小于2H核子的平均质量 √ √ 4He的比结合能大于2H的比结合能，所以2H 可以通过聚变合成4He释放能量，故A错误； 比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固， 原子核越稳定，故B正确；4He的比结合能大 于9Be的比结合能，更稳定，但4He的结合能 小于9Be的结合能，故C错误；4He的比结合 能较大，所以4He核子的平均质量较小，故D正确。故选BD。 [易错分析]　本题易错点是结合能与比结合能的区别，比结合能越大，原子核越稳定，结合能的大小与原子核的稳定性无关。 5．1930年英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿建造了世界上第一台粒子加速器，他们获得了高速运动的质子，用来轰击静止的锂原子核(Li)，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核。 (1)写出核反应方程式； 核反应过程，由动量守恒得 mv0＝4m×1.5v0＋4mv (2)已知质子的质量为m，初速度为v0，反应后产生的一个原子核速度大小为1.5v0，方向与质子运动方向相同，求反应过程中释放的核能。(设反应过程释放的核能全部转变为动能) [易错分析]　本题易错点是动量和核能的综合，核反应遵循动量守恒定律和能量守恒定律。 返回 单 元 检 测 卷 返回 1．下列说法正确的是 A．α射线的穿透能力比γ射线强 B．天然放射现象说明原子具有复杂的结构 C．核聚变中平均每个核子释放的能量比核裂变中平均每个核子释放的能量小 D．半衰期跟放射性元素以单质或化合物形式存在无关 √ α射线的穿透能力最弱，γ射线的穿透能力最强，A错误；天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，B错误；核聚变中平均每个核子释放的能量远大于核裂变中平均每个核子释放的能量，C错误；半衰期是原子核内部自身因素决定的，与原子所处的化学状态和外部条件均没有关系，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 √ 2．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风。下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是 A．①② B．③④ C．②④ D．②③ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 √ 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，为氕核 H，A、B错误；质量亏损为m1＋m2－m3，则反应释放的能量为E＝(m1＋m2－m3)c 2，C错误，D正确。 3．(2022·辽宁高考)2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为X＋ 2512Mg―→ 2613Al，已知X、 2512Mg、 2613Al的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是 A．X为氘核 21H B．X为氚核 31H C．E＝(m1＋m2＋m3)c2 D．E＝(m1＋m2－m3)c 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 √ 弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，核力是强相互作用，故A错误；核子结合成原子核时释放能量，发生质量亏损，所以原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，故B正确；核力是强相互作用的一种表现，只有相邻的两个核子之间存在核力作用，故C错误；原子核的平均结合能越大，原子核中核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D错误。故选B。 4．下列关于核力与核能的说法正确的是 A．核力是引起原子核β衰变的原因 B．原子核中所有核子单独存在时的质量总和大于该原子核的质量 C．核力是强相互作用的一种表现，任意两个核子之间都存在核力作用 D．原子核的结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 √ 5.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构 模型。如图为α粒子散射图，图中实线表示α粒子的运 动轨迹。则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 A．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大 B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了碰撞 C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小 D．根据α粒子散射实验可以估算原子大小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 题图中使α粒子大角度偏转的电场力先做负功后做 正功，则其电势能先增大后减小，故A错误；题图 中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑 斥力作用，并没有发生碰撞，故B错误；从绝大多 数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使α粒子受到库仑斥力的核体积极小，所以带正电的原子核只占整个原子很小的空间，故C正确；根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 √ 6．核反应有衰变、核裂变、核聚变和人工核转变4种类型。下列有关说法中正确的是 A．核聚变时电荷数守恒，质量也守恒 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 √ A．链式反应能否发生跟铀原料的体积无关 C．该核反应过程中质量有所增加 D．该核反应中放出的核能为(mU－mBa－mKr－3mn)c2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 √ √ A．X原子核的核子数为234 B．γ射线的电离能力最强 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 √ √ 10．我国自主三代核电“华龙一号”的每台机组每年发电量约为1×1010 kW·h，相当于减排二氧化碳816万吨，对助力实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要意义。下列说法正确的是 A．该机组利用的是轻核聚变释放的能量发电 B．该机组每年发电使原子核亏损的质量约为0.3 kg D．“华龙一号”反应堆需要用镉棒吸收中子控制链式反应的速度 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 11．(7分) Co发生一次β衰变后变为Ni核，在该衰变过程中还发出频率为ν1和ν2的两个光子。已知普朗克常量为h，真空中光速为c。该反应的衰变方程为__________________；若该反应产生的能量全部以光子的形式释放， 求出该核反应过程中亏损的质量为______________。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 12．(8分)贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人类研究 原子核结构的序幕。图中P为放在匀强电场中的天然放 射源，其放出的射线在电场中分成A、B、C三束。 α射线为α粒子流，带正电，β射线为电子流，带负电，γ射线为高频电磁波，不带电，故根据电荷所受电场力特点可知：A为β射线、B为γ射线、C为α射线；而三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是γ射线，即为B射线；电离作用最强，经常用来轰击原子核的是α射线，即为C射线。 (1)三束射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的 是____射线；电离作用最强，经常用来轰击原子核 的是____射线。 B C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 13．(9分)两个氘核结合成一个氦核，已知氘核质量为2.014 u，氦核质量为4.002 u。 (1)写出相应的核反应方程； 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量。已知：阿伏伽德罗常量NA为6.0×1023 mol－1，氘核的摩尔质量为2 g/mol，1 u相当于931.5 MeV的能量(结果保留2位有效数字)。 两个氘核结合成一个氦核时释放的能量为 ΔE＝(2×2.014－4.002)×931.5 MeV＝24.219 MeV 答案：3.6×1027 MeV 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 14．(14分)在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，静止 的原子核X(核子数为A)发生衰变，放出的粒子与反冲 核Y都做匀速圆周运动，两个圆的半径之比为27∶2， 如图所示。 (1)写出衰变方程； 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)已知X、Y和放出的粒子的质量分别为mX、mY和m0， 真空中的光速为c，若X衰变时放出能量为Eγ的γ光子，且 衰变放出的光子的动量可忽略，求放出的粒子的动能。 此衰变过程的质量亏损为Δm＝mX－mY－m0，放出的能量为ΔE＝Δmc2，该能量是Y的动能EY，α粒子的动能E0和γ光子的能量Eγ之和，即 ΔE＝EY＋E0＋Eγ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 设衰变后的Y核和α粒子的速度分别为vY和v0，则由动量守恒有mYvY＝m0v0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 15．(16分)在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 由核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知X为 n，a为3，释放的能量为ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)有一座发电能力为P＝1.00×106 kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%，假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，核的质量mU＝390×10－27 kg，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的 U的质量。(结果保留整数) 答案：1 105 kg 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 谢 谢 观 看 ！ 第五章 原子与原子核 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 H＋C→N， N→C＋e＋ν， H＋C→N， H＋N→O， O→N＋e＋ν， H＋N→C＋He。 其中，H为质子，He为α粒子，e为正电子，ν为中微子。已知质子的质量mp＝1.672 648×10－27 kg，α粒子的质量mα＝6.644 929×10－27 kg，正电子的质量me＝9.11× 10－31 kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c＝3×108 m/s。试计算该系列核反应完成后释放的能量。 H＋H→He 针对练2.U经过若干次α衰变和β衰变后变为Pb，下列说法正确 的是 eV－ 3.Th具有放射性，发生一次β衰变成为新原子核X的同时放出能量，下列说法正确的是 A．Th核能放射出β粒子，说明其原子核内有β粒子 B．新核X的中子数为143 C．Th核的质量等于新核X与β粒子的质量之和 D．让Th同其他的稳定元素结合成化合物，其半衰期将增大 答案：Li＋H→2He 核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，则核反应方程为Li＋H→ 2He。 答案：mv 解得v＝－ 根据能量守恒定律得ΔE＝×4m× (1.5v0)＋×4mv2－mv＝mv。 ①N＋He→O＋H②U＋n→Sr＋Xe＋10n③U→Th＋He④H＋H→He＋n “两弹”是指原子弹和氢弹，原子弹是铀核裂变，核反应方程为U＋ n→Sr＋136 54Xe＋10n，氢弹是轻核聚变，核反应方程为H＋H→ He＋n，故选C。 B．用中子轰击样品中的N会产生C和电子 C．对于大量氡222，每经过一个半衰期就有一半的氡发生衰变 D．铀235裂变的方程为U＋n→Ba＋Kr＋2n 核聚变时电荷数守恒，质量数守恒，同时释放能量，质量会亏损，故A错误；用中子轰击样品中的 N，核反应方程为N＋n→C＋H，会产生 C和质子，故B错误；半衰期是对大量原子核的统计规律，对于大量氡222，每经过一个半衰期就有一半的氡发生衰变，故C正确；根据质量数和电荷数守恒可知，铀235裂变的方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，故D错误。故选C。 7．中国物理学家钱三强与何泽慧等合作，在利用中子打击铀的实验中，观察到三分裂变和四分裂变现象，如图所示，其中一种裂变反应式是U＋ n→Ba＋Kr＋3n。用mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr核的质量，mn表示n粒子的质量，c为真空中的光速，下列说法正确的是 9.如图所示，匀强磁场中的O点有一静止的原子核Th发生了某种衰变，衰变方程为Th→Y＋e，反应生成的粒子e的速度方向垂直于磁场方向。关于该衰变，下列说法正确的是 C．“华龙一号”反应堆中可能存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反应 该机组利用的是重核裂变释放的能量发电，A错误；由题知1×1010 kW·h＝1×1010×103 W×3 600 s＝3.6×1016 J，根据质能方程ΔE＝Δmc2 可知每年亏损的质量Δm＝＝ kg＝0.4 kg，B错误；根据质量数守恒和电荷数守恒，用中子轰击U的核反应可能为U＋n→Ba＋Kr＋3n，C正确；在“华龙一号”反应堆中，当反应速度过快时，用镉棒吸收过多的中子，以控制链式反应的速度，D正确。故选CD。 Co→e＋Ni 根据电荷数守恒、质量数守恒可知，衰变方程为Co→e＋Ni。释放的能量ΔE＝hν1＋hν2，根据ΔE＝Δmc2可得质量亏损为Δm＝。 (2)请完成以下与上述粒子有关的两个核反应方程：Th→Pa＋ ______；_____＋Ar→P＋n。 e He 答案：H＋H→He 核反应的方程为H＋H→He。 又由动能的定义可知EY＝mYv，E0＝m0v，解得E0＝[(mX－mY－m0)c2－Eγ]。 (1)核反应方程式U＋n→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X是什么？a为多少？以mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE是多少？ 电站每年消耗U产生的能量为W＝P′t＝2.5×106×103×3.15×107 J＝7.875×1016 J 每年消耗U的质量为M＝mU＝ kg≈ 1 105 kg $