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教师用书（粤教版）

该高中物理单元复习讲义以“原子与原子核”为主题，通过概念梳理框架图系统构建知识体系，涵盖原子结构、核反应规律、能级跃迁及射线性质等内容，按“基础概念-守恒应用-能量计算”逻辑呈现，突出核反应守恒、能级能量公式等重难点及内在联系。 讲义亮点在于“考教衔接”设计，如2023广东高考核反应题与教材核反应链题衔接，培养科学推理能力，针对练分层设置选择、计算题，易错辨析剖析β衰变本质等易错点，强化科学思维，助力学生巩固物质观念与能量观念，教师可据此实施精准化复习教学。

单元综合提升 原子与原子核 学生用书↓第100页 (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 答案：D 解析：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， 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。 [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H＋H→He＋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 答案：B 解析：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。 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(　　) 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 C.U的比结合能比Pb的比结合能大 D．衰变过程中共发生了8次α衰变和6次β衰变 答案：D 解析：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 答案：A 解析：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。 学生用书↓第101页 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 答案：ABC 解析：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；紫外线的光子的能量大于 3.11 eV，n＝3能级的氢原子吸收紫外线后，能量大于0，所以氢原子一定能够发生电离，故C正确；处于n＝2能级的氢原子向n＝4能级跃迁时，轨道半径增大，原子能量增大，吸收光子，由k＝m，可得Ek＝mv2＝·，可知轨道半径越大，动能越小，则电子的动能减小，故D错误。 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 答案：B 解析：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′＝－eV－≈1.89 eV，属于可见光的范围，故B正确；金属钨的逸出功为4.54 eV，由题图可知，红外线的光子能量小于4.54 eV，不能让金属钨产生光电效应，故C错误；能级n＝20的氢原子能量为En＝－ eV＝－ eV＝－0.034 eV，由题图可知可见光的光子能量大于0.034 eV，故可见光可以使n＝20的氢原子失去一个电子变成氢离子，故D错误。故选B。 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 B．查德威克用α粒子轰击N获得反冲核O，发现了中子 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 答案：AC 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；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 答案：CD 解析：由玻尔的能级跃迁公式得E3－E2＝h，E2－E1＝h，又λ1＝656 nm，结合题图上的能级值解得λ2≈122 nm<656 nm，故A、B错误，D正确；一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生C＝3种谱线，故C正确。 [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。 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 学生用书↓第102页 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：B 解析：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 答案：BD 解析：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； (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) 答案：(1)Li＋H→2He　(2)mv 解析：(1)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。 (2)核反应过程，由动量守恒得 mv0＝4m×1.5v0＋4mv 解得v＝－ 根据能量守恒定律得ΔE＝×4m× (1.5v0)＋×4mv2－mv＝mv。 [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。 学科网（北京）股份有限公司 $