5.1 原子核的组成（高效培优讲义）物理人教版选择性必修第三册

1.原子核的组成 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 天然放射现象 1 题型2 射线的本质 2 题型3 原子核的组成 5 【能力培优练】 7 【链接高考】 10 【重难题型讲解】 题型1 天然放射现象 1、天然放射现象的定义与发现：放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896年由法国物理学家贝克勒尔发现。 （1）物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象。 （2）原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。 （3）玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。 2、天然放射现象的物理意义：天然放射现象说明原子核内部是有复杂的结构的。 【探究归纳】贝克勒尔发现的天然放射现象，指放射性元素自发发出射线的现象，说明原子核内部具有复杂结构。 【典例1-1】在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步。下列表述符合物理学史实的是（　　） A．汤姆孙为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论 B．爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说 C．贝克勒尔通过对天然放射性的研究，发现原子核是由质子和中子组成的 D．玻尔大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性 【典例1-2】（多选）对于原子、原子核，人们无法直接观察到其内部结构，只能通过对各种实验事实提供的信息进行分析、猜想、提出微观模型，并进一步接受实验事实的检验，进而再对模型进行修正。下列正确的是（　　） A．电子的发现说明原子本身是有结构的 B．汤姆孙的枣糕模型说明原子具有核式结构 C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律 D．天然放射现象说明电子是原子核的组成部分 跟踪训练1下列关于物理学史的说法中，正确的是（　　） A．贝克勒尔发现了天然放射性现象，说明原子具有核式结构 B．爱因斯坦最先发现了光电效应现象 C．汤姆孙发现了电子，并测出了电子的电荷量 D．汤姆孙通过实验得到电子衍射图像，说明实物粒子也具有波动性 跟踪训练2（多选）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。对下列各示意图，解读正确的是（　　） A．英国物理学家汤姆孙利用图甲所示的气体放电管证实阴极射线是带电粒子流 B．英国物理学家卢瑟福利用图乙所示的α粒子散射实验发现了质子 C．法国物理学家贝克勒尔通过图丙所示的实验发现了天然放射现象 D．意大利物理学家伽利略根据气体压强随温度的变化制造出图丁所示的气体温度计 题型2 射线的本质 1、α射线：是高速粒子流，其组成与氦原子核相同。 （1）速度可达到光速的。 （2）电离作用强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 2、β射线：是高速电子流。 （1）它的速度更大，可达光速的99%。 （2）电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 3、γ射线：是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下；电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 ★特别提醒 （1）元素的放射性与它以单质还是化合物的形式存在无关，且天然放射现象不受任何物理变化、化学变化的影响。 （2）α，β射线的本质都是实物粒子，γ射线的本质是光子。 （3）α射线是α衰变时产生的，β射线是β衰变时产生的，产生α射线和β射线时会伴生γ射线。 4、α、β、γ三种射线的比较 种类 α射线 β射线 γ射线 组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波) 质量 4mp(mp＝1.67×10－27kg) 静止质量为零 带电荷量 2e －e 0 速率 0.1c 0.99c c 穿透能力 最弱，用一张纸就能挡住 较强，能穿透几毫米 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土厚的铝板 电离作用 很强 较弱 很弱 在磁场中 偏转 偏转 不偏转 【探究归纳】α射线为氦原子核、β射线为高速电子、γ射线是高频电磁波，三者性质差异明显。 【典例2-1】如图所示，在充满磁场的空间中，以镭放射源为坐标原点建立平面直角坐标系xOy。磁场方向以x轴为边界，区域垂直于平面向里，区域垂直于平面向外，磁感应强度大小。镭元素发生衰变，向y轴正方向射出三种射线①、②、③，射线①和射线③的速度之比约为，质子与电子的质量之比约为则（　　） A．射线③是弱相互作用引起的，其穿透能力弱，用一张纸就能挡住 B．射线②是镭原子能级跃迁产生的，可用于探测金属构件内部的缺陷 C．若比荷为的粒子形成射线①，其经纵坐标为的位置时分速度 D．组成射线①和③的两种粒子离x轴的最大距离之比约为 【典例2-2】（多选）天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是（　　） A．一张厚的黑纸能挡住射线，但不能挡住射线和射线 B．射线电离作用强而穿透能力较弱 C．三种射线中对气体电离作用最强的是射线 D．粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子 跟踪训练1下列说法正确的是（    ） A．射线是电磁波 B．氢原子从高能级向低能级跃迁放出光子 C．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构 D．只要有光照射到金属表面，就会有电子从金属表面逸出 跟踪训练2（多选）如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有（　　） A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线、β射线 B．α射线和β射线的轨迹都是抛物线 C．α射线和β射线的轨迹都是圆弧 D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b 跟踪训练3射线的本质 (1)三种射线 在射线经过的空间施加磁场，射线分裂成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，说明它们是______；另一束在磁场中______，说明它不带电。人们把这三束射线分别叫作α射线、β射线和γ射线。 (2)对三种射线的认识 ①α射线：是α粒子流。α粒子带正电，电荷量是电子的2倍，质量是氢原子的4倍，其组成与______相同。α粒子的速度可达到光速的，其______作用较强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 ②β射线：是______，速度可以接近光速。它的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的______。 ③γ射线：是一种______，波长很短的光子，波长在10-10m以下。它的电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的______和几十厘米厚的混凝土。 (3)射线来自______，说明______内部是有结构的。 题型3 原子核的组成 1、质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。 2、中子的发现：卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。 3、原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。 4、原子核的符号 5、同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素；例如，氢有三种同位素H、H、H。 6、原子核的内部结构及发现过程：原子核是由质子和中子组成的；卢瑟发现了质子，查德威克发现了中子；质子和中子统称核子。 【探究归纳】原子核由质子和中子（统称核子）组成，质子数决定元素种类，中子数不同形成同位素。 【典例3-1】人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一。氦的该种同位素应表示为（　　） A．He B．He C．He D．He 【典例3-2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．X与Y互为同位素 B．X与X互为同位素 C．X与Y中子数相同 D．U核内有92个质子，235个中子 跟踪训练1是镭的一种同位素，对于这两种镭的原子而言，下列说法正确的是（　　） A．它们具有相同的质子数和不同的质量数 B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数 C．它们具有相同的核电荷数和不同的质子数 D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质 跟踪训练2（多选）下列说法正确的是（　　） A．氦4核中有2个质子，2个中子 B．氦4核与氦3核不是互为同位素 C．中的质子数比中子数少2 D．中的质子数比中子数少2 跟踪训练3原子核的组成 （1）质子的发现：1919年，卢瑟福用________轰击氮原子核发现了质子。   （2）中子的发现：________猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，______通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。    （3）原子核的组成：原子核由___和____组成，质子和中子统称为_____。    （4）原子核的符号 （5）同位素：具有相同____而_____不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于_____，它们互称为同位素。例如，氢有三种同位素H、H、H。 【能力培优练】 1．物理学发展史上，有很多人做出了非常重要的工作，确立了一个领域或者一个时代的开启。下面列举的四位物理学家，关于他们的事迹叙述正确的是（　　） A．麦克斯韦在法拉第等人的研究基础之上建立了电磁场理论，同时他预言了电磁波的存在 B．贝克勒尔在研究黑体辐射时，发现要使公式与图线完全吻合，必须假设能量是量子化的 C．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氦原子光谱的实验规律 D．薛定谔独立创建了量子力学，量子力学和相对论共同构成了20世纪以来物理学的基础 2．在物理学发展的过程中许多科学家做出了重要的贡献。下列说法符合物理史实的是（　　） A．伽利略将逻辑推理与实验相结合，发展了人类的科学思维方式和科学研究方法 B．麦克斯韦指出光是一种电磁波，并通过实验证实了电磁波的存在 C．玻尔将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子和其他原子光谱的实验规律 D．贝克勒尔最早发现了天然放射现象，并指出原子核是由质子和中子组成的 3．在物理学的发展历程中，有很多科学家做出了卓越的贡献，下列说法正确的是（　　） A．安培发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，揭示了电与磁的联系 B．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子具有核式结构 C．法拉第建立了完整的电磁场理论，并预言了电磁波存在 D．伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了被誉为“笔尖下发现的行星”的海王星 4．杨振宁和李政道因提出弱相互作用中“宇称不守恒”而获得诺贝尔物理学奖。考虑一个钴60发生β衰变伴随着γ射线产生的核反应：，则（　　） A．γ射线的电离本领比β射线的强 B．γ射线在真空中的传播速度小于光速 C．镍60有28个中子 D．钴60有60个核子 5．在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重大贡献，他们也创造出了许多物理学研究方法，下列关于物理学史和物理学方法的叙述中正确的是（　　） A．牛顿发现了万有引力定律并通过实验测量得出了引力常量G B．法拉第首先提出了电场的概念，并引入了电场线来形象地描述电场 C．某些情况下，忽略物体的大小和形状，把它简化成一个有质量的点，这里体现了极限思想 D．汤姆孙研究阴极射线时发现电子，说明原子核具有复杂结构 6．关于下列四幅图涉及的近代物理知识，下列说法正确的是（　　） A．图甲为氢原子的能级示意图，一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射出6种不同频率的光子 B．图乙为原子核比结合能的变化曲线，卢瑟福通过α粒子轰击氮核的实验发现了中子，证实了原子核由质子和中子组成 C．图丙为黑体辐射的辐射强度与波长的关系图像，随着温度升高，黑体辐射的辐射强度极大值向波长较长的方向移动 D．图丁为研究光电效应的实验电路图，保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，遏止电压保持不变 7．某实验室利用水平向右的匀强电场，研究放射性元素的衰变产物。、、三束射线均垂直射入电场，如图为射线在电场中运动的径迹示意图，下列说法正确的是（　　） A．径迹①对应射线，其动量最大且电离能力最强 B．径迹②对应射线，其速度为光速的0.99倍 C．径迹③对应射线，其穿透能力最强 D．若将电场换为同方向匀强磁场，三束射线的运动径迹都在图示平面示意图中径迹②所在竖直平面内 8．（多选）质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如是的镜像核，同样也是的镜像核。下列说法正确的是（　　） A．和互为镜像核 B．和互为镜像核 C．和互为镜像核 D．互为镜像核的两个核质量数相同 9．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．一切波都能发生衍射 B．如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且背向平衡位置，物体的运动就是简谐运动 C．如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量一定不变 D．医学上常用γ射线检查人体内部器官 10．（多选）下列说法正确的是（　　） A．甲图为金属测厚装置，所采用的射线为射线。 B．乙图中真空冶炼炉是利用高频交流电在炉体中产生涡流进行加热，使金属熔化 C．丙图中增加透射光栅狭缝个数，衍射条纹的宽度会变窄，亮度将增加 D．丁图薄板上的石蜡熔化成圆形区域，说明薄板是单晶体 11．（多选）下列说法正确的是（    ） A．图甲为一定质量的氧气分子在0℃和100℃时的速率分布图像，其中图线I温度较高 B．从单一热库吸收热量，使之完全变成功是可能实现的 C．图乙中静止的钠核24Na在磁场中发生衰变，曲线1为α粒子的运动轨迹 D．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，但该理论只较好地氢原子光谱的实验规律 12．人们根据从对宏观现象的研究中逐渐加深了对物质微观结构的认识。请根据物理学史实，完成下列填空。 （1）科学家通过对阴极射线的研究发现了___________，使人们认识到原子不是构成物质的最小粒子； （2）卢瑟福根据___________提出原子的核式结构模型； （3）科学家对___________的研究使他们认识到原子核还有结构。 【链接高考】 1．（2023·全国甲卷·高考真题）在下列两个核反应方程中、，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则（    ） A．， B．， C．， D．， 2．（2022·上海·高考真题）某原子核发生核反应时放出一个正电子，则新原子核内多了一个（　　） A．质子 B．中子 C．电子 D．核子 3．（2025·贵州·高考真题）观测分子云中的射电谱线对我们理解恒星的诞生、星际物质循环等具有重要意义。我国正在开展的第二期“银河画卷”巡天项目中，观测同位素分子辐射出的电磁波的频率如表所示。下列说法正确的是（　　） CO同位素分子 频率 1.153 1.102 1.098 A．比多两个质子 B．比多一个中子 C．辐射出的光子的能量最小 D．辐射出的电磁波的波长最短 4．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）（多选）某理论研究认为，原子核可能发生双衰变，衰变方程为。处于第二激发态的原子核先后辐射能量分别为和的、两光子后回到基态。下列说法正确的是（   ） A． B． C．的频率比的大 D．的波长比的大 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 1.原子核的组成 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 天然放射现象 1 题型2 射线的本质 3 题型3 原子核的组成 8 【能力培优练】 11 【链接高考】 18 【重难题型讲解】 题型1 天然放射现象 1、天然放射现象的定义与发现：放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896年由法国物理学家贝克勒尔发现。 （1）物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象。 （2）原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。 （3）玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。 2、天然放射现象的物理意义：天然放射现象说明原子核内部是有复杂的结构的。 【探究归纳】贝克勒尔发现的天然放射现象，指放射性元素自发发出射线的现象，说明原子核内部具有复杂结构。 【典例1-1】在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步。下列表述符合物理学史实的是（　　） A．汤姆孙为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论 B．爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说 C．贝克勒尔通过对天然放射性的研究，发现原子核是由质子和中子组成的 D．玻尔大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性 【答案】B 【详解】A．提出能量量子化理论的是普朗克，而非汤姆孙。汤姆孙的主要贡献是发现电子，故A错误； B．爱因斯坦提出光子说，成功解释了光电效应规律，故B正确； C．贝克勒尔发现天然放射性，但原子核由质子和中子组成是卢瑟福、查德威克等人的研究成果，故C错误； D．实物粒子的波动性由德布罗意提出，玻尔的贡献是原子量子化模型，故D错误。 故选B。 【典例1-2】（多选）对于原子、原子核，人们无法直接观察到其内部结构，只能通过对各种实验事实提供的信息进行分析、猜想、提出微观模型，并进一步接受实验事实的检验，进而再对模型进行修正。下列正确的是（　　） A．电子的发现说明原子本身是有结构的 B．汤姆孙的枣糕模型说明原子具有核式结构 C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律 D．天然放射现象说明电子是原子核的组成部分 【答案】AC 【详解】A．电子的发现打破了“原子不可再分”的传统观念，直接证明原子本身具有复杂的内部结构，故A正确； B．汤姆孙的“枣糕模型”认为正电荷均匀分布在原子内，电子镶嵌其中；而原子的核式结构是卢瑟福通过粒子散射实验提出的，故B错误； C．玻尔的原子理论引入了量子化能级的概念，成功解释了氢原子光谱的分立特征与实验规律，故C正确； D．天然放射现象说明原子核具有内部结构，原子核的组成是质子和中子（核子），电子并非原子核的组成部分。故D错误。 故选AC。 跟踪训练1下列关于物理学史的说法中，正确的是（　　） A．贝克勒尔发现了天然放射性现象，说明原子具有核式结构 B．爱因斯坦最先发现了光电效应现象 C．汤姆孙发现了电子，并测出了电子的电荷量 D．汤姆孙通过实验得到电子衍射图像，说明实物粒子也具有波动性 【答案】D 【详解】A．贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构，A错误； B．光电效应现象由赫兹最先发现，爱因斯坦提出光子说解释该现象，B错误； C．汤姆孙发现电子，但电子的电荷量由密立根通过油滴实验测得，C错误； D．汤姆孙的电子衍射实验证实了实物粒子的波动性，符合史实，D正确。 故选D。 跟踪训练2（多选）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。对下列各示意图，解读正确的是（　　） A．英国物理学家汤姆孙利用图甲所示的气体放电管证实阴极射线是带电粒子流 B．英国物理学家卢瑟福利用图乙所示的α粒子散射实验发现了质子 C．法国物理学家贝克勒尔通过图丙所示的实验发现了天然放射现象 D．意大利物理学家伽利略根据气体压强随温度的变化制造出图丁所示的气体温度计 【答案】AD 【详解】A．英国物理学家汤姆孙利用图甲所示的气体放电管证实阴极射线是带电粒子流，故A正确； B．英国物理学家卢瑟福利用图乙所示的α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故B错误； C．法国物理学家贝克勒尔发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，从而发现了天然放射现象，人们用图丙装置确定了射线的本质，故C错误； D．意大利物理学家伽利略根据气体压强随温度的变化制造出图丁所示的气体温度计，故D正确。 故选AD。 题型2 射线的本质 1、α射线：是高速粒子流，其组成与氦原子核相同。 （1）速度可达到光速的。 （2）电离作用强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 2、β射线：是高速电子流。 （1）它的速度更大，可达光速的99%。 （2）电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 3、γ射线：是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下；电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 ★特别提醒 （1）元素的放射性与它以单质还是化合物的形式存在无关，且天然放射现象不受任何物理变化、化学变化的影响。 （2）α，β射线的本质都是实物粒子，γ射线的本质是光子。 （3）α射线是α衰变时产生的，β射线是β衰变时产生的，产生α射线和β射线时会伴生γ射线。 4、α、β、γ三种射线的比较 种类 α射线 β射线 γ射线 组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波) 质量 4mp(mp＝1.67×10－27kg) 静止质量为零 带电荷量 2e －e 0 速率 0.1c 0.99c c 穿透能力 最弱，用一张纸就能挡住 较强，能穿透几毫米 最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土厚的铝板 电离作用 很强 较弱 很弱 在磁场中 偏转 偏转 不偏转 【探究归纳】α射线为氦原子核、β射线为高速电子、γ射线是高频电磁波，三者性质差异明显。 【典例2-1】如图所示，在充满磁场的空间中，以镭放射源为坐标原点建立平面直角坐标系xOy。磁场方向以x轴为边界，区域垂直于平面向里，区域垂直于平面向外，磁感应强度大小。镭元素发生衰变，向y轴正方向射出三种射线①、②、③，射线①和射线③的速度之比约为，质子与电子的质量之比约为则（　　） A．射线③是弱相互作用引起的，其穿透能力弱，用一张纸就能挡住 B．射线②是镭原子能级跃迁产生的，可用于探测金属构件内部的缺陷 C．若比荷为的粒子形成射线①，其经纵坐标为的位置时分速度 D．组成射线①和③的两种粒子离x轴的最大距离之比约为 【答案】D 【详解】首先根据左手定则判断三种射线，磁场向里，粒子初速度沿y正方向，向左偏的①带正电，向右偏的③带负电，不偏转的②不带电，因此①是射线（氦核，正电），②是射线（不带电），③是射线（电子，负电）。 A．③是射线，由弱相互作用引起，但射线穿透能力较强，一张纸不能挡住射线，故A错误； B．②是射线，射线是原子核能级跃迁产生的，不是原子（核外）能级跃迁，故B错误； C．洛伦兹力水平分量提供的加速度为 根据加速度的定义式有 联立积分可得 解得 方向向左，故C错误； D．粒子到达离x轴最大距离ym时， vy=0，速率v0不变（洛伦兹力不做功），即；代入上式得 解得 则，故D正确； 故选D。 【典例2-2】（多选）天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是（　　） A．一张厚的黑纸能挡住射线，但不能挡住射线和射线 B．射线电离作用强而穿透能力较弱 C．三种射线中对气体电离作用最强的是射线 D．粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子 【答案】ACD 【详解】A．由三种射线的本质和特点可知，射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住射线和射线，故A正确； B．射线是一种波长很短的光子，三种射线中，射线电离作用最弱，但其穿透能力最强，故B错误； C．三种射线中射线电离作用最强，故C正确； D．粒子是电子，来源于原子核，故D正确。 故选ACD。 跟踪训练1下列说法正确的是（    ） A．射线是电磁波 B．氢原子从高能级向低能级跃迁放出光子 C．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构 D．只要有光照射到金属表面，就会有电子从金属表面逸出 【答案】B 【详解】A．α射线是高速运动的氦原子核粒子流，不属于电磁波，γ射线才是电磁波，故A错误； B．氢原子从高能级向低能级跃迁时总能量降低，多余能量会以光子形式向外释放，因此会放出光子，故B正确； C．电子的发现说明原子具有内部结构、可再分，卢瑟福的α粒子散射实验才使人们认识到原子具有核式结构，故C错误； D．只有入射光的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，有电子从金属表面逸出，并非任意光照射都能产生光电效应，故D错误。 故选B。 跟踪训练2（多选）如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有（　　） A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线、β射线 B．α射线和β射线的轨迹都是抛物线 C．α射线和β射线的轨迹都是圆弧 D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b 【答案】AC 【详解】A．由左手定则可知正电荷向上偏转，负电荷向下偏转，所以打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线、β射线，故A正确； BC．α射线和β射线受到的洛伦兹力与粒子速度方向垂直，洛伦兹力提供向心力，所以α射线和β射线的轨迹都是圆弧，故B错误，C正确； D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，当洛伦兹力与电场力平衡时，有 可得 由于α射线、β射线的速度大小不相等，所以α射线、β射线不可能都做直线运动，则屏上的亮斑不可能只剩下b，故D错误。 故选AC。 跟踪训练3射线的本质 (1)三种射线 在射线经过的空间施加磁场，射线分裂成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，说明它们是______；另一束在磁场中______，说明它不带电。人们把这三束射线分别叫作α射线、β射线和γ射线。 (2)对三种射线的认识 ①α射线：是α粒子流。α粒子带正电，电荷量是电子的2倍，质量是氢原子的4倍，其组成与______相同。α粒子的速度可达到光速的，其______作用较强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 ②β射线：是______，速度可以接近光速。它的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的______。 ③γ射线：是一种______，波长很短的光子，波长在10-10m以下。它的电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的______和几十厘米厚的混凝土。 (3)射线来自______，说明______内部是有结构的。 【答案】(1) 带电 不偏转 (2) 氦原子核 电离 高速电子流 铝板 电磁波 铅板 (3) 原子核 原子核 【详解】（1）[1][2]在射线经过的空间施加磁场，射线分裂成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，说明它们是带电的；另一束在磁场中不偏转，说明它不带电。人们把这三束射线分别叫作α射线、β射线和γ射线。 （2）①[1][2]α射线：是α粒子流。α粒子带正电，电荷量是电子的2倍，质量是氢原子的4倍，其组成与氦原子核相同。α粒子的速度可达到光速的，其电离作用较强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。 ②[3][4]β射线：是高速电子流，速度可以接近光速。它的电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 ③[5][6]γ射线：是一种电磁波，波长很短的光子，波长在10-10m以下。它的电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 （3）[1][2]射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。 题型3 原子核的组成 1、质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子。 2、中子的发现：卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。 3、原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。 4、原子核的符号 5、同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素；例如，氢有三种同位素H、H、H。 6、原子核的内部结构及发现过程：原子核是由质子和中子组成的；卢瑟发现了质子，查德威克发现了中子；质子和中子统称核子。 【探究归纳】原子核由质子和中子（统称核子）组成，质子数决定元素种类，中子数不同形成同位素。 【典例3-1】人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一。氦的该种同位素应表示为（　　） A．He B．He C．He D．He 【答案】B 【详解】A．质子数为3，不符合氦元素（质子数为2），故A错误； B．质子数为2，质量数为3，对应氦-3，符合同位素的定义，故B正确； C．质子数为2，质量数为4，对应氦-4，而非题目所述质量数3，故C错误； D．质子数为3，不符合氦元素的基本性质，故D错误。 故选B。 【典例3-2】（多选）下列说法正确的是（　　） A．X与Y互为同位素 B．X与X互为同位素 C．X与Y中子数相同 D．U核内有92个质子，235个中子 【答案】BC 【详解】A．X与Y的质子数不同，不是互为同位素，A错误； B．X与X的质子数都为m，而质量数不同，所以互为同位素，B正确； C．X内中子数为n－m，Y内中子数为 （n－2）－（m－2）＝n－m 所以中子数相同，C正确； D．U核内有235－92＝143个中子，而不是235个中子，故D错误； 故选BC。 跟踪训练1是镭的一种同位素，对于这两种镭的原子而言，下列说法正确的是（　　） A．它们具有相同的质子数和不同的质量数 B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数 C．它们具有相同的核电荷数和不同的质子数 D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质 【答案】A 【详解】AC．的质子数与核电荷数均为88，质量数为228，的质子数与核电荷数均为88，质量数为226，两者具有相同的质子数和不同的质量数，A正确，C错误； B．的原子序数为88，中子数为 228-88=140的原子序数为88，中子数为 226-88=138 两者具有不同的中子数和相同的原子序数，B错误； D．原子的核外电子数目与核内质子数目相等，而核外电子数目决定了原子的化学性质，两者质子数相等，则具有相同的核外电子数与化学性质，D错误。 故选A。 跟踪训练2（多选）下列说法正确的是（　　） A．氦4核中有2个质子，2个中子 B．氦4核与氦3核不是互为同位素 C．中的质子数比中子数少2 D．中的质子数比中子数少2 【答案】ACD 【详解】A．氦4核（）的左下角数字为质子数，左上角为质量数，质量数减质子数等于中子数，故氦4核中有2个质子，2个中子，故A正确； B．结合以上分析，氦4核（）与氦3核（）核质子数相同，中子数不同，故二者互为同位素，故B错误； C．结合以上分析，可知中有4个质子，6个中子，故质子数比中子数少2，故C正确； D．结合以上分析，可知中有14个质子，16个中子，故质子数比中子数少2，故D正确。 故选ACD。 跟踪训练3原子核的组成 （1）质子的发现：1919年，卢瑟福用________轰击氮原子核发现了质子。   （2）中子的发现：________猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，______通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分。    （3）原子核的组成：原子核由___和____组成，质子和中子统称为_____。    （4）原子核的符号 （5）同位素：具有相同____而_____不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于_____，它们互称为同位素。例如，氢有三种同位素H、H、H。 【答案】 α粒子 卢瑟福 查德威克 质子 中子 核子 质子数 中子数 同一位置 【能力培优练】 1．物理学发展史上，有很多人做出了非常重要的工作，确立了一个领域或者一个时代的开启。下面列举的四位物理学家，关于他们的事迹叙述正确的是（　　） A．麦克斯韦在法拉第等人的研究基础之上建立了电磁场理论，同时他预言了电磁波的存在 B．贝克勒尔在研究黑体辐射时，发现要使公式与图线完全吻合，必须假设能量是量子化的 C．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氦原子光谱的实验规律 D．薛定谔独立创建了量子力学，量子力学和相对论共同构成了20世纪以来物理学的基础 【答案】A 【详解】A．麦克斯韦整合了法拉第的电磁感应理论，建立了电磁场方程组，并预言电磁波的存在，后由赫兹实验证实，故A正确； B．贝克勒尔的贡献是发现天然放射性现象，能量量子化由普朗克提出，故B错误； C．玻尔理论首次引入量子观念解释氢原子光谱，但无法解释多电子原子（如氦）的光谱，故C错误； D．量子力学由薛定谔（波动力学）和海森堡（矩阵力学）等共同发展，并非薛定谔独立创建，故D错误。 故选A。 2．在物理学发展的过程中许多科学家做出了重要的贡献。下列说法符合物理史实的是（　　） A．伽利略将逻辑推理与实验相结合，发展了人类的科学思维方式和科学研究方法 B．麦克斯韦指出光是一种电磁波，并通过实验证实了电磁波的存在 C．玻尔将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子和其他原子光谱的实验规律 D．贝克勒尔最早发现了天然放射现象，并指出原子核是由质子和中子组成的 【答案】A 【详解】A．在研究自由落体运动和反驳亚里士多德力是维持物体运动原因的观点过程中，伽利略将逻辑推理与实验相结合，发展了人类的科学思维方式和科学研究方法，故A正确； B．麦克斯韦指出光是一种电磁波，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故B错误； C．玻尔将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不能够解释其他原子光谱的实验规律，故C错误； D．贝克勒尔最早发现了天然放射现象，查德威克指出原子核是由质子和中子组成的，故D错误。 故选A。 3．在物理学的发展历程中，有很多科学家做出了卓越的贡献，下列说法正确的是（　　） A．安培发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，揭示了电与磁的联系 B．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子具有核式结构 C．法拉第建立了完整的电磁场理论，并预言了电磁波存在 D．伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了被誉为“笔尖下发现的行星”的海王星 【答案】D 【详解】A．电流的磁效应（电流可使周围小磁针偏转）是奥斯特发现的，安培的主要贡献为安培力规律、分子电流假说等，A错误； B．贝克勒尔发现天然放射性现象说明原子核具有复杂结构，原子的核式结构是卢瑟福通过α粒子散射实验提出的，B错误； C．麦克斯韦建立了完整的电磁场理论并预言了电磁波的存在，法拉第的主要贡献是发现电磁感应现象，C错误； D．勒维耶依据万有引力定律计算出海王星的轨道位置，伽勒在其预言的位置附近发现了海王星，海王星因此被称为“笔尖下发现的行星”，D正确。 故选D。 4．杨振宁和李政道因提出弱相互作用中“宇称不守恒”而获得诺贝尔物理学奖。考虑一个钴60发生β衰变伴随着γ射线产生的核反应：，则（　　） A．γ射线的电离本领比β射线的强 B．γ射线在真空中的传播速度小于光速 C．镍60有28个中子 D．钴60有60个核子 【答案】D 【详解】A．γ射线是光子流，不带电荷，电离本领弱；β射线是电子流，带电荷，电离本领强。因此γ射线的电离本领比β射线弱，故A错误； B．γ射线属于电磁波，在真空中的传播速度等于光速，故B错误； C．镍60（）的质量数，质子数，中子数 故有32个中子，故C错误； D．钴60（）的质量数，表示核子总数（质子数加中子数），故有60个核子，故D正确。 故选D。 5．在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重大贡献，他们也创造出了许多物理学研究方法，下列关于物理学史和物理学方法的叙述中正确的是（　　） A．牛顿发现了万有引力定律并通过实验测量得出了引力常量G B．法拉第首先提出了电场的概念，并引入了电场线来形象地描述电场 C．某些情况下，忽略物体的大小和形状，把它简化成一个有质量的点，这里体现了极限思想 D．汤姆孙研究阴极射线时发现电子，说明原子核具有复杂结构 【答案】B 【详解】A．牛顿于1687年发现万有引力定律，但引力常量是由卡文迪许在1798年通过扭秤实验首次测量得出，牛顿未测量，故A错误； B．法拉第在19世纪30年代首次提出电场概念，并引入电场线形象描述电场分布，这是电磁学的重要贡献，故B正确； C．忽略物体大小和形状简化为质点（如质点模型），体现的是理想化模型思想（一种近似方法），而非极限思想（极限思想用于处理趋近过程，如瞬时速度定义），故C错误； D．汤姆孙于1897年研究阴极射线发现电子，证明原子具有复杂结构（可分），但原子核的复杂结构（如质子、中子组成）由卢瑟福及后续实验揭示，故D错误。 故选B。 6．关于下列四幅图涉及的近代物理知识，下列说法正确的是（　　） A．图甲为氢原子的能级示意图，一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射出6种不同频率的光子 B．图乙为原子核比结合能的变化曲线，卢瑟福通过α粒子轰击氮核的实验发现了中子，证实了原子核由质子和中子组成 C．图丙为黑体辐射的辐射强度与波长的关系图像，随着温度升高，黑体辐射的辐射强度极大值向波长较长的方向移动 D．图丁为研究光电效应的实验电路图，保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，遏止电压保持不变 【答案】D 【详解】A．一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射出3种不同频率的光子，故A错误； B．卢瑟福通过粒子轰击氮核的实验发现了质子，查德威克通过粒子轰击铍核的实验发现了中子。故B错误； C．由图丙可以直接看出，温度越高，峰值对应的波长越短（向左移动），故C错误； D．根据光电效应方程和动能定理 可知遏止电压 遏止电压只与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关。因此保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，遏止电压保持不变，故D正确。 故选D。 7．某实验室利用水平向右的匀强电场，研究放射性元素的衰变产物。、、三束射线均垂直射入电场，如图为射线在电场中运动的径迹示意图，下列说法正确的是（　　） A．径迹①对应射线，其动量最大且电离能力最强 B．径迹②对应射线，其速度为光速的0.99倍 C．径迹③对应射线，其穿透能力最强 D．若将电场换为同方向匀强磁场，三束射线的运动径迹都在图示平面示意图中径迹②所在竖直平面内 【答案】D 【详解】ABC．根据题图中轨迹可知，径迹①对应射线带负电，所以径迹①对应射线；径迹②对应射线不带电，所以径迹②对应射线，其速度为光速；径迹③对应射线带正电，所以径迹③对应射线；其中射线电离能力最强，射线穿透能力最强，故ABC错误； D．若将电场换为同方向匀强磁场，根据左手定则可知带正电的射线垂直纸面向里偏转，带负电的射线垂直纸面向外偏转，不带电的射线不偏转，所以三束射线的运动径迹都在图示平面示意图中径迹②所在竖直平面内，故D正确。 故选D。 8．（多选）质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如是的镜像核，同样也是的镜像核。下列说法正确的是（　　） A．和互为镜像核 B．和互为镜像核 C．和互为镜像核 D．互为镜像核的两个核质量数相同 【答案】ACD 【详解】原子核的写法，其中为质量数、为质子数，质量数=质子数+中子数。 A．的质量数为13、质子数为7，中子数为6；的质量数为13、质子数为6，中子数为7。和互为镜像核，故A正确； B．的质量数为15、质子数为7，中子数为8；的质量数为16、质子数为8，中子数为8。和不互为镜像核，故B错误； C．的质量数为15、质子数为7，中子数为8；的质量数为15、质子数为8，中子数为7。和互为镜像核，故C正确； D．质量数=质子数+中子数，质子数与中子数互换的核互为镜像核，则互为镜像核的两个核质量数相同，故D正确。 故选ACD。 9．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．一切波都能发生衍射 B．如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且背向平衡位置，物体的运动就是简谐运动 C．如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量一定不变 D．医学上常用γ射线检查人体内部器官 【答案】AC 【详解】A．衍射是波的特有属性，一切波都能发生衍射，A正确； B．简谐运动的核心是回复力满足：回复力大小与位移成正比，方向始终指向平衡位置，B错误； C．若系统不受外力，或所受外力矢量和为0，系统总动量一定保持不变，C正确； D．医学上常规检查人体内部器官用的是X射线；射线对正常人体细胞杀伤性强，一般仅用于肿瘤放疗，不做常规检查，D错误。 故选AC 。 10．（多选）下列说法正确的是（　　） A．甲图为金属测厚装置，所采用的射线为射线。 B．乙图中真空冶炼炉是利用高频交流电在炉体中产生涡流进行加热，使金属熔化 C．丙图中增加透射光栅狭缝个数，衍射条纹的宽度会变窄，亮度将增加 D．丁图薄板上的石蜡熔化成圆形区域，说明薄板是单晶体 【答案】AC 【详解】A．γ射线穿透能力是三种射线中最强的，其穿透后的射线强度和金属板厚度相关，厚度变化会引起穿透强度变化，因此金属测厚装置采用γ射线，故A正确； B．真空冶炼炉的原理是：高频交流电通过线圈产生变化磁场，涡流是在待冶炼的金属内部产生，利用涡流的热效应熔化金属，不是在炉体中产生涡流，故B错误； C．透射光栅衍射中，增加狭缝个数，衍射光的相干叠加会让衍射条纹的宽度变窄，同时透过光栅的总光量增加，因此条纹亮度增加，故C正确； D．单晶体具有各向异性，不同方向导热性能不同，若薄板是单晶体，熔化的石蜡会呈椭圆形；石蜡熔化为圆形，说明薄板导热是各向同性，对应多晶体或非晶体，故D错误。 故选AC。 11．（多选）下列说法正确的是（    ） A．图甲为一定质量的氧气分子在0℃和100℃时的速率分布图像，其中图线I温度较高 B．从单一热库吸收热量，使之完全变成功是可能实现的 C．图乙中静止的钠核24Na在磁场中发生衰变，曲线1为α粒子的运动轨迹 D．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，但该理论只较好地氢原子光谱的实验规律 【答案】BD 【详解】A．图甲中，氧气分子在图线Ⅱ温度下速率大的分子所占百分比较多，故图线Ⅱ温度较高，故A错误； B．根据热力学第二定律可知，在引起其他变化的前提下，可以从单一热库吸收热量，使之全部变成功，故B正确； C．根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是β粒子，故C错误； D．玻尔理论较好地解释了氢原子光谱，但不能解释大多数原子光谱的实验规律，故D正确。 故选BD。 12．人们根据从对宏观现象的研究中逐渐加深了对物质微观结构的认识。请根据物理学史实，完成下列填空。 （1）科学家通过对阴极射线的研究发现了___________，使人们认识到原子不是构成物质的最小粒子； （2）卢瑟福根据___________提出原子的核式结构模型； （3）科学家对___________的研究使他们认识到原子核还有结构。 【答案】电子 粒子散射实验 天然放射现象 【详解】[1]科学家通过对阴极射线的研究发现了电子，使人们认识到原子不是构成物质的最小粒子。 [2]卢瑟福根据粒子散射实验，提出原子的核式结构模型。 [3]科学家对天然放射现象的研究使他们认识到原子核还有结构。 【链接高考】 1．（2023·全国甲卷·高考真题）在下列两个核反应方程中、，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则（    ） A．， B．， C．， D．， 【答案】D 【详解】设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足 ， 第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足 ， 联立解得 ， 故选D。 【点睛】 2．（2022·上海·高考真题）某原子核发生核反应时放出一个正电子，则新原子核内多了一个（　　） A．质子 B．中子 C．电子 D．核子 【答案】B 【详解】根据原子核在发生核反应的过程中遵守质量数守恒和电荷数守恒，且质量数=电荷数+中子数，反应时放出一个正电子，则新原子核内的电荷数减少了一个，而质量数保持不变，则中子数增加了一个，即多了一个中子，所以B正确，ACD错误。 故选B。 3．（2025·贵州·高考真题）观测分子云中的射电谱线对我们理解恒星的诞生、星际物质循环等具有重要意义。我国正在开展的第二期“银河画卷”巡天项目中，观测同位素分子辐射出的电磁波的频率如表所示。下列说法正确的是（　　） CO同位素分子 频率 1.153 1.102 1.098 A．比多两个质子 B．比多一个中子 C．辐射出的光子的能量最小 D．辐射出的电磁波的波长最短 【答案】BD 【详解】A．12C18O和12C16O中C均为12C，质子数均为6，氧的质子数均为8，两者分子总质子数均为6+8=14 质子数相等，故A错误； B．13C中子数为13-6=7 12C中子数为12-6=6 13C比12C多1个中子，两者的O均为16O，中子数相同，故13C16O总中子数比12C16O多1，故B正确； C．光子能量公式为，由表格可知12C16O的辐射频率最大，对应光子能量最大，故C错误； D．电磁波波长与频率关系为，频率越大波长越短，12C16O频率最大，故波长最短，故D正确。 故选BD。 4．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）（多选）某理论研究认为，原子核可能发生双衰变，衰变方程为。处于第二激发态的原子核先后辐射能量分别为和的、两光子后回到基态。下列说法正确的是（   ） A． B． C．的频率比的大 D．的波长比的大 【答案】ABC 【详解】AB．由核反应方程质量数和电荷数守恒可得 解得，AB正确； CD．由题可得光子的能量大于光子的能量，光子的能量公式，波长 可得的频率大于的频率，的波长小于的波长，C正确，D错误； 故选ABC。 / 学科网（北京）股份有限公司 $