暑假作业09 原子结构 原子核（巩固培优）高二物理人教版

**基本信息** 以“知识积累-题型速练-巩固提升”为框架，系统整合原子结构、能级跃迁、衰变规律及核反应计算，提炼光谱分析、半衰期公式等解题方法，形成从微观结构到能量转化的完整逻辑链，培养物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |原子的核式结构模型|5小题|α粒子散射实验现象分析、原子结构模型对比|电子发现→α粒子散射→核式结构模型建构| |玻尔理论与能级跃迁|5小题|能级跃迁规律（hν=Eₙ-Eₘ）、光谱线条数确定（一个vs一群原子）|氢原子光谱→玻尔三假设→能级公式→跃迁应用| |原子核的衰变与半衰期|6小题（难★★）|衰变方程书写（电荷数/质量数守恒）、半衰期公式（Nₙ=N₀(1/2)^(t/τ)）|天然放射现象→三种射线特性→衰变规律→半衰期应用| |核反应与核能的计算|6小题|核反应类型判断、质量亏损与核能计算（ΔE=Δmc²）|核反应方程书写→结合能与比结合能→质能方程应用|

( 完成时间： 月 日 今日打卡：☐ 已完成 用时： min 自评勋章： ) 暑假作业09 原子结构 原子核 ( 目 录 01 知识积累 02 题型速练 一． 原子的核式结构模型 （共 5 小题） 二． 玻尔理论与能级跃迁 （共 5 小题） 三． 原子核的衰变与半衰期 （共 6 小题） （难★★） 四 ． 核反应与核能的计算 （共 6 小题） 03 巩固提升练 04 能力培优练 ) ( 知识梳理 一天一练，温故知新，快乐过暑假 ) 一、原子的核式结构模型与氢原子光谱 1．原子结构 (1)电子的发现：英国物理学家J·J·汤姆孙发现了电子． (2)α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来． (3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 2．氢原子光谱 (1)光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类： ①线状谱是一条条的亮线． ②连续谱是连在一起的光带． (3)氢原子光谱的实验规律： ①巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R∞(n＝3,4,5，…)，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式． ②氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式． 二、玻尔理论与能级跃迁 1．玻尔理论 (1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射． (2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m<n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的． 2．能级跃迁 (1)能级和半径公式： ①能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV. ②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m. (2)氢原子的能级图，如图所示 3．两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子． 光子的频率ν＝＝. (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量． ①吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.(注意：当入射光子能量大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以后发生电离) ②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE. 4．光谱线条数的确定方法 (1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n－1. (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝C＝. 5．电离 (1)电离态：n＝∞，E＝0. (2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量． 例如：氢原子从基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV (3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能 三、原子核的衰变及半衰期 1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数． 2．天然放射现象 放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． 3．三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 氦核 He ＋2e 4 u 最强 最弱 β射线 电子 e －e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强 4.原子核的衰变 (1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． (2)α衰变、β衰变 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子 2H＋2n→He n→H＋e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 (3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的． 5．半衰期 (1)公式：N余＝N原，m余＝m原. (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)无关(选填“有关”或“无关”)． 6．放射性同位素的应用与防护 (1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同． (2)应用：放射治疗、培优、保鲜、做示踪原子等． (3)防护：防止放射性对人体组织的伤害． 四、核反应及核能的计算 1．核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋n (查德威克发现中子) Al＋He→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n＋17.6 MeV 2.核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等． (2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒． (3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向． 3．核力和核能 (1)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力． (2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能． (3)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定． (4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2.原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2. ( 题型速练 一题一思，查漏补缺，轻松迎开学 ) 一．原子的核式结构模型（共5小题） 1．J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”。关于电子的说法正确的是（　　） A．电子是构成物质的基本单元 B．不同的物质中具有不同的电子 C．不同物质中的电子是相同的 D．电子质量是质子质量的1836倍 【答案】C 【详解】A．电子是原子的组成部分，是构成原子的基本单元，选项A错误。 BCD．J.J.汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，发现均为同一种相同的粒子，即电子，它的质量远小于质子的质量，质子的质量是电子质量的1836倍，选项C正确，选项BD错误。 故选C。 2．下列说法正确的是（　　） A．电子的发现说明了原子核内部还有复杂结构 B．粒子散射实验揭示了原子的核式结构 C．粒子散射实验中绝大多数粒子都发生了较大偏转 D．粒子散射实验中有的粒子发生较大偏转，是粒子与原子核发生碰撞所致 【答案】B 【详解】A．电子的发现，说明了原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构，不能说明原子核内部还有复杂结构，A错误； B．粒子散射实验中绝大多数粒子几乎没有发生偏转，说明了原子内部很“空”，少数粒子发生较大偏转，是因为粒子在经过时受到原子核很大的斥力，揭示了原子的核式结构，B正确，CD错误。 故选B。 3．许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。如图是科学史上一个著名的实验，以下说法正确的是（　　） A．此实验是库仑测量油滴电荷量的实验 B．此实验是法拉第测量电子电荷量的实验 C．通过此油滴实验直接测定了元电荷的数值 D．通过多次实验测量，发现油滴所带的电荷量虽不相同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷 【答案】D 【详解】题图为密立根油滴实验的示意图，密立根通过油滴实验直接测定了油滴的电荷量。通过多次实验测量，发现油滴所带的电荷量虽不相同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷。 故选D。 4．(22-23高二下·河南三门峡灵宝第一中学·)关于卢瑟福散射实验和原子核式结构学说下列正确的是（　　） A．通过粒子散射实验肯定了汤姆孙提出的“枣糕模型” B．用粒子散射的实验数据估算原子核的大小 C．原子核式结构学说结合经典电磁理论，能解释原子的稳定性 D．通过粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的 【答案】B 【详解】A．“枣糕模型”不能解释粒子大角度散射现象，核式结构模型能正确解释，故A错误； B．影响粒子运动的主要因素是带正电的原子核，而绝大多数的粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生较大角度的偏转，根据粒子散射实验，可以估算出原子核的半径的数量级为10－15m，故B正确； C．卢瑟福的核式结构模型在经典电磁理论下完全是不稳定的，电子绕核运转会辐射电磁波损失能量，故C错误； D．粒子散射实验不能证实在原子核内部存在质子，也不能证实原子核由质子与中子组成， 故D错误。 故选B。 5．如图所示为汤姆孙的气体放电管。 (1)在金属板之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？ (2)在金属板之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？ (3)能不能测定这种射线的比荷？ 【答案】(1)阴极射线在电场中向下偏转，说明射线带负电 (2)要使带负电的阴极射线向上偏转，根据左手定则可知，需加垂直纸面向外的磁场 (3)可以将阴极射线放入电场或磁场，分析带电粒子的偏转位移或轨迹半径等，分析其性质，测定比荷。 【详解】（1）阴极射线在电场中向下偏转，说明射线带负电； （2）要使带负电的阴极射线向上偏转，根据左手定则可知，需加垂直纸面向外的磁场。 （3）可以将阴极射线放入电场或磁场，分析带电粒子的偏转位移或轨迹半径等，分析其性质，测定比荷。 二．玻尔理论与能级跃迁（共5小题） 6．(24-25高二下·河北衡水·)下列有关原子物理、原子核物理的说法中正确的是（　　） A．连续光谱和明线光谱都是由发光物质所发出的光直接产生的，被称为发射光谱 B．固体、液体发光产生的光谱一般为明线光谱，而稀薄气体发光产生的光谱为连续光谱 C．同一种原子发射光谱中的明线与吸收光谱中暗线的位置虽然不相同，但都称为这种原子的特征谱线 D．太阳光谱中的暗线，是太阳中缺少与这些暗线相对应的元素 【答案】A 【详解】A．连续光谱由高温固体、液体或高压气体直接发出，明线光谱由稀薄气体或金属蒸气发光产生，二者均属于发射光谱，故A正确； B．固体、液体发光产生连续光谱，稀薄气体发光产生明线光谱，故B错误； C．同一原子的发射光谱明线与吸收光谱暗线位置相同，均为特征谱线，故C错误； D．太阳光谱暗线是太阳大气中元素吸收特定波长光形成的，而非太阳缺少对应元素，故D错误。 故选A。 7．(24-25高三下·海南部分中学·模拟)氢原子的光谱如图所示，图中的Hα、Hβ、Hγ、Hδ四条谱线都在可见光区。这四条谱线对应的光子能量最高的是（　　） A．Hα谱线 B．Hβ谱线 C．Hγ谱线 D．Hδ谱线 【答案】D 【详解】根据 根据光谱线可知，谱线的波长最短，则谱线对应的光子能量最高。 故选D。 8．如图所示为氢原子的能级图。大量处于能级的氢原子（　　） A．可能辐射两种频率的光 B．辐射出波长最长的光是由能级跃迁到时发出的 C．辐射出频率最小的光是由能级跃迁到时发出的 D．用光子能量大于的单色光照射可使其跃迁到能级 【答案】B 【详解】A．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出不同频率的光子种类为种，故A错误； BC．由图可知，从能级跃迁到时发出的光能量最小，根据 可知光的波长最大，频率最小，故B正确，C错误； D．由图可知，用光子能量大于的单色光照射，氢原子会发生电离，不能跃迁到能级，故D错误。 故选B。 9．如图所示，关于氢原子能级和谱线图，下列说法正确的是（　　） A．氢原子辐射光子的频率条件是 B．处于基态的氢原子可以吸收能量为11eV的光子而跃迁到高能级 C．所有原子光谱都有多条谱线，所以不能用来鉴别物质和确定物质的组成成分 D．一个氢原子处于激发态，向基态跃迁时，可能辐射出10种不同频率的光子 【答案】A 【详解】A．根据氢原子跃迁的辐射条件，氢原子从高能级n向低能级m（）跃迁辐射光子，光子能量满足，故A正确； B．基态氢原子能量为，吸收光子后总能量为 氢原子不存在该能级，不符合能级差要求，不能跃迁，故B错误； C．每种原子的原子光谱虽然有多条谱线，但不同原子都有其特征谱线，特征谱线可以用于光谱分析，鉴别物质、确定物质组成，故C错误； D．一个处于激发态的氢原子，向基态跃迁时，最多辐射出4种不同频率的光子（逐级跃迁），不可能辐射出10种，10种是大量氢原子跃迁的结果，故D错误。 故选 A。 10．如图所示为氢原子能级图。比较氢原子分别从和能级跃迁到能级辐射的光子，前者（　　） A．频率更低，波长更长 B．频率更低，波长更短 C．频率更高，波长更长 D．频率更高，波长更短 【答案】A 【详解】辐射的光子的能量等于两个能级之差，从氢原子能级图可知，从跃迁到的能级之差小于跃迁到的能级之差，辐射的光子能量较小，根据 可知，对应的光子频率更低、波长更长。 故选A。 三．原子核的衰变与半衰期（共6小题）（难★★） 11．下列实验或现象揭示了原子核具有内部结构的是（　　） A．电子的发现 B．粒子散射实验 C．氢原子光谱 D．天然放射现象 【答案】D 【详解】A．电子的发现，只说明原子本身具有内部结构（原子可再分），与原子核的内部结构无关，故A错误； B．α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，仅证明了原子中心存在原子核，没有揭示原子核自身有内部结构，故B错误； C．氢原子光谱的研究，说明原子核外电子的能级是分立的，研究的是核外电子的运动规律，和原子核内部结构无关，故C错误； D．天然放射现象的射线都来自原子核的自发衰变，说明原子核可以再分，直接揭示了原子核具有内部结构，故D正确。 故选D。 12．碘131衰变释放出的射线可用于治疗甲状腺疾病，碘131的衰变方程为，则X是（     ） A．质子 B．中子 C．电子 D．正电子 【答案】C 【详解】核反应过程遵循质量数守恒和电荷数守恒，设粒子X的质量数为，电荷数为： 由质量数守恒 解得 由电荷数守恒 解得 可知X是质量数为0，电荷数为-1的电子。 故选C。 【点睛】 13．下列说法正确的是（　　） A．衰变过程存在质量亏损 B．原子核发生α衰变后质量数不变 C．原子核发生β衰变后电荷数不变 D．温度升高会增大放射性元素的半衰期 【答案】A 【详解】A．衰变过程会释放核能，根据质能方程 释放能量对应存在质量亏损，故A正确； B．α衰变放出的α粒子（）质量数为4，根据质量数守恒，发生α衰变后新核质量数比原核减少4，故B错误； C．β衰变的本质是原子核内的中子转化为1个质子和1个电子（β粒子），电子被释放，根据电荷数守恒，衰变后新核电荷数比原核增加1，故C错误； D．半衰期由放射性元素的原子核内部结构决定，与温度、压强、化学状态等外界条件无关，温度升高半衰期不变，故D错误。 故选A。 14．(25-26高三上·贵州黔东南苗族侗族·期末)铽的同位素因半衰期为6.9天且衰变时发射射线，适合制备放射性药物。关于衰变，下列说法正确的是（　　）。 A．经过13.8天，铽的同位素衰变后剩余 B．射线是高能电磁波 C．通过高温高压可改变的半衰期 D．10个原子经过6.9天有5个发生衰变 【答案】A 【详解】A．铽的同位素因半衰期为6.9天，则根据衰变公式可得经过13.8天铽的同位素衰变后剩余的质量为，故A正确； B．射线是高速电子流（或正电子流），不是电磁波，故B错误； C．半衰期是放射性同位素的固有属性，由原子核内部结构决定，不受外界条件（如温度、压力）的影响，所以通过高温高压不会改变的半衰期，故C错误； D．半衰期是统计规律，适用于大量原子，对少量原子，衰变具有随机性，实际衰变数量不一定恰好减少一半，故D错误。 故选A。 15．(25-26高三上·甘肃酒泉·期末)铀238（），是铀元素的一种核素，可用于宇宙年龄的测定。通过观察C31082-001恒星的光谱，推算出宇宙的年龄大约为125亿年。经过m次衰变、n次衰变后可形成，则（    ） A．， B．， C．， D．， 【答案】A 【详解】铀238（）衰变为铅210（），质量数减少，原子序数减少 。 α衰变每次质量数减4，原子序数减2。 β衰变每次质量数不变，原子序数增1。 质量数减少仅由α衰变引起： 原子序数净变化由α衰变和β衰变共同决定 代入 故选A。 16．某放射性元素经过6天后，还剩下没有衰变，它的半衰期是（　　） A．2天 B．3天 C．4天 D．5天 【答案】A 【详解】放射性元素的剩余质量与初始质量满足衰变规律 其中为总衰变时间，为半衰期。由题可知，天，代入公式得，解得天 故选A。 四．核反应与核能的计算（共6小题） 17．用α粒子轰击铍核，产生一种粒子X，其核反应方程中的X表示（　　） A．电子 B．中子 C．质子 D．α粒子 【答案】B 【详解】核反应过程遵循电荷数守恒和质量数守恒，设粒子X的电荷数为、质量数为，根据电荷数守恒，有左边总电荷数为，故 解得 根据质量数守恒，有左边总质量数为，故 解得 可知X是电荷数为0、质量数为1的中子。 故选B。 18．在核反应方程中，X表示的是（    ） A．中子 B．质子 C．电子 D．α粒子 【答案】B 【详解】核反应过程遵循质量数守恒和电荷数守恒，设粒子X的质量数为、电荷数为，左侧总质量数为，因此 解得 左侧总电荷数为，因此 解得 可知X为质量数1、电荷数1的，即质子。 故选B。 19．正在安徽合肥建设的紧凑型聚变能实验装置（BEST）是我国“人造太阳”工程的核心项目，有望成为人类历史上首个实现核聚变发电的装置。下列属于核聚变反应方程的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】核聚变的定义是：两个轻原子核结合形成质量更大的原子核，同时释放大量能量的核反应。 A．该反应是α衰变，不属于核聚变，故A错误； B．该反应是用α粒子轰击氮核的人工核转变，是卢瑟福发现质子的实验反应，不属于核聚变，故B错误； C．该反应是重核吸收中子后分裂为多个中等质量核的核裂变反应，是现有核电站的核心反应类型，不属于核聚变，故C错误； D．该反应是氘核、氚核两个轻核结合生成较重的氦核，属于核聚变反应，是“人造太阳”装置的核心反应，故D正确。 故选D。 20．核反应方程中，则是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据质量数守恒和核电荷数守恒可知X的质量数为 电荷数为 可知是。 故选C。 21．关于原子核，下列说法正确的是（    ） A．任何原子核的结合能均大于零 B．核反应前后，比结合能一定减小 C．结合能越大的原子核一定越稳定 D．比结合能越大的原子核一定越稳定 【答案】D 【详解】A．仅含1个质子的氕核没有核子结合过程，结合能为0，并非所有原子核结合能都大于零，故A错误； B．裂变、聚变等放能核反应中，反应后生成物的比结合能大于反应物，比结合能不是一定减小，故B错误； C．结合能大小与核子数有关，重核总结合能可能大于中等质量核，但重核比结合能更小、更不稳定，原子核稳定性不由总结合能决定，故C错误； D．比结合能越大，说明拆分单个核子平均需要的能量越多，核子结合越牢固，原子核越稳定，故D正确。 故选D。 22．我国“人造太阳”在2025年创下“亿度千秒”的世界纪录，即在上亿摄氏度条件下实现1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为实现可控核聚变迈出了坚实的一步。核聚变燃料主要是氢的同位素，其核反应方程之一为：，下列说法正确的是（　　） A．x为质子 B．该反应属于α衰变 C．氦核内有2个质子，4个中子 D．该反应有质量亏损，会释放能量 【答案】D 【详解】A．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒，核反应方程为 可知x为中子，故A错误； B．该反应是两个轻核结合为质量更大的核的核聚变反应，故B错误； C．氦核的质子数等于电荷数为2，中子数等于质量数减质子数，即，仅含2个中子，故C错误； D．轻核聚变是放能反应，根据质能方程，反应过程存在质量亏损，会释放能量，故D正确。 故选D。 1、 单选题 1．如图所示是高中物理教材中提到的四个实验，其中探究出了原子核式结构的是（　　） A．汤姆孙气体放电管实验 B．链式反应示意图 C．光电效应实验 D．粒子散射实验 【答案】D 【详解】A．汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，没有揭示原子核式结构，故A错误； B．B图涉及的是原子核裂变与原子无关，故B错误； C．C图是光电效应，金属表面逸出电子，说明光具有粒子性，故C错误； D．α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，否定了汤姆孙原子枣糕式模型，故D正确。 故选D。 2．(25-26高三下·天津南开大学附属中学·)下列说法正确的是（　　） A．密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量 B．核反应方程中的为质子 C．射线、射线、射线都属于电磁波 D．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性 【答案】A 【详解】A．密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量，故A正确； B．核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒，计算得X的电荷数为，质量数为，可知X为中子，故B错误； C．α射线是高速运动的氦原子核流，β射线是高速运动的电子流，仅γ射线属于电磁波，故C错误； D．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，光的干涉、衍射现象才揭示光的波动性，故D错误。 故选A。 3．(25-26高二上·福建宁德第三教研共同体·期中)比荷（specificcharge）指带电粒子的电荷量与其质量的比值，单位为库仑每千克（C/kg）。对于微观粒子而言，它是描述其电磁性质的关键参数。以下粒子中，比荷最大的是（    ） A．质子 B．电子 C．中子 D．氦原子核 【答案】B 【详解】比荷定义为带电粒子的电荷量与其质量的比值，即。比较各粒子的比荷时，需考虑电荷量和质量的数值（取绝对值计算，因比荷大小仅与量值相关）。 质子电荷量，质量。比荷为 电子电荷量 ，质量。比荷为 中子电荷量（不带电），质量。比荷为 氦原子核由2个质子和2个中子组成，电荷量 质量。比荷为 比较比荷数值可知电子的比荷远大于其他粒子。 故选B。 4．在核物理研究的历史中，卢瑟福的α粒子散射实验具有奠基性意义，如图，关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．确定了中子半径的数量级为10-10 m B．证明了原子内带正电的物质占据原子非常小的空间 C．观察到绝大多数α粒子发生了大角度偏转，甚至被反弹回来 D．卢瑟福根据该实验提出了原子的核式结构模型，且认为原子核由质子和中子组成 【答案】B 【详解】A．α粒子散射实验并未涉及中子（中子直到1932年才由查德威克发现），更无法确定其半径数量级，故A错误； BC．α粒子散射实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后基本仍沿原方向前进，少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转角超过甚至被反弹回来，证明了原子内带正电的物质占据原子非常小的空间，故B正确，C错误； D．卢瑟福根据该实验提出了原子的核式结构模型，但未提出原子核由质子和中子组成，故D错误。 故选B。 5．(25-26高三·北京海淀区·期末)关于原子结构和原子核，下列说法中正确的是（　　） A．β衰变放出的电子是由核内的中子转化的 B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的 C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态及外部条件有关 【答案】A 【详解】A．β衰变的本质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子（β粒子），电子被释放到核外，故A正确； B．天然放射现象的发现仅揭示了原子核具有复杂内部结构、可再分，原子核由质子和中子组成是后续质子、中子被人类发现后才证实的结论，故B错误； C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应（氢核聚变为氦核），并非核裂变，故C错误； D．放射性元素的半衰期由原子核内部自身的性质决定，与原子所处的化学状态、外部温度、压强等外界条件均无关，故D错误。 故选A。 6．硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一。治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的粒子X和锂（Li）锂核。该核反应方程为 ，粒子X为（     ） A．氦核 B．氘核 C．质子 D．电子 【答案】A 【详解】核反应遵循质量数和电荷数守恒。则质量数为 电荷数为 可知粒子X为氦核。 故选A。 2、 多选题 7．(25-26高三下·山西·)宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14，核反应方程为，碳14又能衰变为氮，衰变方程为。已知碳14的半衰期为5730年。则下列说法正确的是（    ） A．碳14的衰变为衰变 B．核反应方程中的为 C．10个碳14的一半发生衰变经历的时间一定是2865年 D．的电离能力比射线强 【答案】BD 【详解】A．衰变为时，两者的质量数相等，表明碳14的衰变为衰变，A错误； B．据核反应过程中，质量数和核电荷数守恒，可推知为，B正确； C．半衰期是个统计性结果，只对大量粒子才适用，故C错误； D．为，即射线的电离能力比射线强，D正确。 故选BD。 8．(24-25高三下·福建南安成功中学·期中)下列说法正确的是（　　） A．是核聚变方程 B．是核聚变方程 C．是核聚变方程 D．是衰变方程 【答案】AD 【详解】A．是氢的两种同位素（氘和氚）聚合成氦核的反应，属于核聚变，故A正确； B．是用质子轰击氮原子核产生新核的反应，属于人工核转变，不是核聚变，故B错误； C．是用粒子轰击铝原子核的人工核转变，不是核聚变，故C错误； D．是铀核放出粒子（氦核）的衰变，属于衰变，故D正确。 故选AD。 9．关于电子的说法正确的是（    ） A．任何原子中均有电子 B．不同的物质中具有不同的电子 C．电子质量是质子质量的1836倍 D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元 【答案】AD 【详解】汤姆孙对不同材料发出的阴极射线进行研究，发现各种物质中都有同一种相同的粒子——电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量，由此可知AD正确，BC错误。 故选AD。 10．关于卢瑟福α粒子散射实验以及他所提出的原子结构模型，下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型 B．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击金箔原子后发生反弹 C．在α粒子散射实验中，使极少数α粒子发生大角度偏转的力是原子核对α粒子的库仑斥力 D．卢瑟福的原子结构模型解释了原子光谱的分立特征 【答案】AC 【详解】A．α粒子散射实验否定了汤姆孙的枣糕原子模型，卢瑟福在此实验基础上提出了原子的核式结构模型，A正确； B．α粒子发生散射的根本原因是α粒子受到原子核对它的库仑斥力作用，不是单纯的撞击反弹，B错误； C．α粒子和原子核都带正电，使α粒子大角度偏转的作用力就是原子核对α粒子的库仑斥力；又因为原子核体积极小，只有极少数α粒子能靠近原子核发生大角度偏转，C正确； D．卢瑟福的核式结构模型无法解释原子的稳定性，也不能解释原子光谱的分立（分离）特征，该问题是后来玻尔原子模型解决的，D错误。 故选AC 。 3、 解答题 11．(25-26高二下·黑龙江龙东十校联盟·期中)硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核吸收慢中子，转变成锂核和粒子，释放出光子。已知光子的能量为，硼核的比结合能为，锂核的比结合能为，粒子的比结合能为，普朗克常量为，真空中光速为。 (1)写出核反应方程； (2)求光子的波长； (3)求核反应放出的总能量及亏损的质量。 【答案】(1) (2) (3)， 【详解】（1）根据核反应的质量数守恒、电荷数守恒，可得核反应方程为 （2）光子能量满足 且光速与波长满足 联立得 （3）反应前总结合能：硼核有10个核子，中子为单个核子（结合能为0），总结合能为 反应后总结合能：锂核7个核子，α粒子4个核子，总结合能为 核反应放出的能量等于反应后总结合能与反应前总结合能的差值 根据质能方程 得质量亏损 12．一个静止的放射性原子核发生了一次衰变变成新核Y，放射出的粒子的质量为m，速度的大小为，真空中的光速为c。 (1)写出该衰变方程。 (2)若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小； (3)若衰变成的新核Y与该原子核X相比： ①谁的结合能大？②谁的比结合能大？③谁更稳定？ (4)若该原子核的半衰期为T，则： ①10个X原子核质量为经过时间后还剩余的质量为多少？ ②该原子核，经过时间后还剩余的质量为多少？ 【答案】(1) (2) (3)见解析 (4)见解析 【详解】（1）根据质量数守恒和核电荷数守恒可得，该衰变方程为 （2）由动量守恒定律 可得衰变后新核的速度大小为 （3）①核子数越多，原子核的结合能越大，故X原子核的结合能大。 ②核反应的产物Y原子核更稳定故比结合能大。 ③Y更稳定。 （4）①半衰期是统计规律，仅对大量原子核的衰变行为成立，对少量原子核（本题仅10个），无法预测具体有多少个发生衰变，因此无法确定剩余质量。 ②经过时间为2个半衰期，则 1、 单选题 1．下列事实中，能说明原子核具有复杂结构的是（　　） A．α粒子散射实验 B．天然放射现象 C．光电效应现象 D．原子发光现象 【答案】B 【详解】A．α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，但未涉及原子核内部，A错误； B．天然放射现象中原子核自发放出α、β、γ射线，说明原子核内部存在更小粒子，结构复杂，B正确； C．光电效应说明光的粒子性，与原子核结构无关，C错误； D．原子发光是核外电子跃迁释放光子，不涉及原子核内部结构，D错误。 故选B。 2．(25-26高三下·河南部分学校·)据《科技日报》2025年6月6日报道，中国科学院近代物理研究所通过钙-40束流轰击镥-175靶，成功合成了新核素镤-210，即镤的同位素，并测量了镤-210的衰变能量和半衰期。该核反应方程为，则（　　） A． B． C．X为质子 D．X为中子 【答案】D 【详解】CD．核反应过程遵循电荷数守恒，左边总电荷数为，右边镤的电荷数为91，因此n个X的总电荷数为0，可知X为中子，C错误，D正确； AB．核反应过程遵循质量数守恒，左边总质量数为，右边镤-210的质量数为210，X为中子，则，A、B错误； 故选D。 3．2025年11月24日，在合肥未来大科学城的聚变能实验装置（BEST）主机大厅，来自世界10多个国家的聚变科学家共同签署《合肥聚变宣言》，标志着我国在核聚变领域实现从“跟跑”“并跑”迈向“领跑”的关键跨越。关于核聚变的原理与应用，下列说法正确的是（     ） A．核聚变需要极高的温度，所以核聚变反应又称为热核反应 B．我国大亚湾核电站采用核聚变技术进行发电 C．核聚变反应前后满足质量守恒 D．核聚变反应方程是 【答案】A 【详解】A．轻核聚变需要极高的温度让原子核获得足够动能，克服原子核间的库仑斥力，靠近到核力可发生作用的范围，因此核聚变反应又称为热核反应，故A正确； B．当前商用核电站均采用核裂变技术发电，核聚变发电尚未实现商用，大亚湾核电站为核裂变发电，故B错误； C．核聚变反应存在质量亏损，亏损的质量以核能的形式释放，因此反应前后质量数守恒，但质量不守恒，故C错误； D．核聚变反应方程是，故D错误。 故选A。 4．碘（）是一种放射性同位素，可用于甲状腺功能亢进症的治疗，其半衰期是8天，衰变方程为。下列说法正确的是（     ） A．衰变过程中产生的电子来自碘原子核外电子 B．该衰变会释放能量 C．环境温度变化会影响的半衰期 D．和的质子数相同 【答案】B 【详解】A．β衰变产生的电子是原子核内的中子转化为质子时释放的，并非碘原子核外电子，故A错误； B．衰变过程存在质量亏损，根据质能方程可知，衰变会释放能量，故B正确； C．半衰期由原子核内部自身的性质决定，与外界温度、压强、化学状态等外部因素无关，环境温度变化不会影响碘131的半衰期，故C错误； D．的质子数为53，的质子数为54，二者质子数不同，故D错误。 故选B。 5．二十世纪是原子科学从宏观认知迈向微观掌控的关键，关于人类对原子的研究过程，下列表述正确的是（    ） A．居里夫妇通过阴极射线发现了电子 B．汤姆逊首先提出实物粒子具有波动性 C．爱因斯坦用光子说成功解释了光电效应 D．德布罗意通过天然放射现象发现了原子核内部具有结构 【答案】C 【详解】A．汤姆逊通过研究阴极射线发现了电子，居里夫妇的核心贡献是发现放射性元素镭、钋等，A错误； B．首先提出实物粒子具有波动性的是德布罗意，对应德布罗意物质波理论，B错误； C．爱因斯坦提出光子说，成功解释了经典电磁理论无法阐释的光电效应规律，C正确； D．贝克勒尔发现天然放射现象，证明原子核内部具有复杂结构，德布罗意的贡献是提出物质波假说，D错误。 故选C。 6．(25-26高三上·河南南阳金太阳联考·期末)下列关于近代物理的叙述正确的是（　　） A．组成原子核的核子越多，它的比结合能越大 B．质子、中子、α粒子的质量分别为，两个质子和两个中子结合成一个α粒子释放的能量是 C．贝克勒尔发现的天然放射现象说明原子核具有复杂的结构 D．铀核裂变的一种核反应方程为 【答案】C 【详解】A．比结合能是结合能除以核子数，组成原子核的核子越多，它的结合能越大，比结合能未必越大，故A错误； B．根据题意，由质能方程可得，两个质子和两个中子结合成一个α粒子释放的能量是，故B错误； C．贝克勒尔发现的天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，故C正确； D．铀核裂变通常由中子轰击触发，标准核反应方程应包含入射中子，如铀核裂变的核反应方程为，故D错误。 故选C。 2、 多选题 7．关于原子的特征谱线，下列说法正确的是（　　） A．不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线 B．使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气，可得到钠元素的特征谱线 C．可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分 D．原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据 【答案】ABC 【详解】A．不同原子的发光频率不同，每种原子都有自己的特征谱线。特征谱线是原子能级跃迁的体现，不同原子能级结构不同，因此谱线唯一，故A正确； B．炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气时，钠蒸气吸收特定波长的光，形成吸收光谱中的暗线，这些暗线对应钠的特征谱线，故B正确； C． 特征谱线可用于光谱分析，通过分析物质的光谱（发射或吸收）可鉴别元素及其成分。故C正确； D． 原子的核式结构证据是α粒子散射实验，而特征谱线与原子能级理论相关，属于玻尔模型的解释范畴，故D错误。 故选ABC。 8．光子能量为5eV的光束照射逸出功为2.5eV的金属材料时，材料表面有大量的光电子产生，这些光电子被大量处于不同能级的氢原子吸收，氢原子的能级图如图所示。下列关于此过程的说法正确的是（　　） A．光电子的动能都为2.5eV B．部分处于能级的氢原子吸收一个光电子可以直接跃迁到能级 C．部分处于能级的氢原子可能直接被电离 D．部分处于能级的氢原子可以直接跃迁到能级 【答案】CD 【详解】A．由爱因斯坦光电效应方程可得：光电子最大初动能满足 代入数据解得，光电子最大初动能为，但并非所有光电子的动能均为2.5eV，故A错误； B．光电子的最大动能为，处于能级的氢原子跃迁到能级，吸收光电子的能量，所以处于能级的氢原子吸收一个光电子不可以直接跃迁到能级，故B错误； C．光电子最大动能为，所以能量大于1.51eV的光电子可使部分处于能级的氢原子直接被电离，故C正确； D．处于能级的氢原子跃迁到能级，吸收光电子的能量为，所以部分处于能级的氢原子可以直接跃迁到能级，故D正确。 故选CD。 9．(25-26高三上·四川南充高级中学·)如图所示的实验规律对应的说法正确的是（　　） A．图甲是氢原子的能级示意图，图甲中，处于基态的氢原子能吸收能量为12.75eV的光子而发生跃迁 B．图乙是电子束穿过铝箔的衍射图样，此图样证实电子具有波动性，而质子、原子与分子由于质量较大不具有波动性 C．图丙是用多种频率的光进行光电效应实验时所得到的光电流与所加电压的关系，可知a光的频率最大 D．图丁是卢瑟福进行α粒子散射实验的图景，他通过实验分析数据后提出原子的核式结构模型 【答案】AD 【详解】A．光子激发跃迁需要满足的条件是光子的能量恰好是跃迁的两个能级的能量差。图甲中，处于基态的氢原子能吸收能量为12.75eV的光子跃迁到的能级，故A正确； B．图乙是电子束穿过铝箔的衍射图样，证实电子具有波动性，质子、原子与分子同样具有波动性，故B错误； C．根据爱因斯坦的光电效应理论，不同色光的图线说明频率大的光对应的遏止电压越大，则b光的频率最大，故C错误； D．粒子散射实验示意图中绝大多数粒子基本上沿原方向前进，极少数粒子发生偏转，说明原子具有核式结构，故D正确。 故选AD。 10．历史上，为了研究原子、原子核的性质，科学家们做了大量的实验研究，下面四幅示意图中说法正确的是（　　） A．卢瑟福根据图①的α粒子散射实验结果提出了原子核式结构模型 B．图②表示的重核裂变的核反应方程为： C．图③中向左偏转的是β射线，向右偏转的是α射线，不偏转的是γ射线 D．用图④中一群处于n=3能级的氢原子发出的光照射逸出功为3.34eV的锌板，能发生光电效应 【答案】AD 【详解】A．卢瑟福根据图①的α粒子散射实验结果，少数α粒子发生了大角度偏转，提出了原子核式结构模型，故A正确； B．重核裂变的核反应方程为： 左侧的中子体现了链式反应，不能够消去，故B错误； C．β射线带负电，α射线带正电，γ射线不带电，根据左手定则可知，图③中向左偏转的是α射线，向右偏转的是β射线，不偏转的是γ射线，故C错误； D．一群处于n=3能级的氢原子发出的光的光子能量的最大值为 可知，能使逸出功为3.34eV的锌板发生光电效应，故D正确。 故选AD。 3、 解答题 11．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝4.002 6 u，电子质量为me＝0.000 55 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中的光速c＝3×108 m/s。 (1)写出这个核反应方程； (2)这一核反应能释放多少能量？ (3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ 【答案】(1) (2)23.8 MeV (3)4.2 × 109 kg 【详解】（1）四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应方程为 （2）根据爱因斯坦质能方程，核反应释放的能量为。 （3）太阳每秒减少的质量为。 12．一个速度为零的原子核恰好在匀强磁场中发生了一次α衰变，并产生了新核（钍），匀强磁场的磁感应强度为B。放射出的α粒子（）和钍核在与磁场垂直的平面内做圆周运动，α粒子的速率为v、α粒子的质量和电荷量分别为m、q，钍核质量为M。衰变过程释放的核能都转化为α粒子和钍核的动能。已知光速为c。 （1）写出的α衰变的核反应方程； （2）求α粒子圆周运动的轨道半径R和做圆周运动的周期； （3）求衰变过程的质量亏损Δm。 【答案】（1）；（2），；（3） 【详解】（1）根据质量数与电荷数守恒，该核反应方程为 （2）α粒子圆周运动由洛伦兹力提供向心力，则有 解得 该圆周运动的周期 解得 （3）衰变过程满足动量守恒，则有 根据质能方程有 由于衰变过程释放的核能都转化为α粒子和钍核的动能，则有 解得 24 / 25 学科网（北京）股份有限公司 $ ( 完成时间： 月 日 今日打卡：☐ 已完成 用时： min 自评勋章： ) 暑假作业09 原子结构 原子核 ( 目 录 01 知识积累 02 题型速练 一． 原子的核式结构模型 （共 5 小题） 二． 玻尔理论与能级跃迁 （共 5 小题） 三． 原子核的衰变与半衰期 （共 6 小题） （难★★） 四 ． 核反应与核能的计算 （共 6 小题） 03 巩固提升练 04 能力培优练 ) ( 知识梳理 一天一练，温故知新，快乐过暑假 ) 一、原子的核式结构模型与氢原子光谱 1．原子结构 (1)电子的发现：英国物理学家J·J·汤姆孙发现了电子． (2)α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来． (3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 2．氢原子光谱 (1)光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类： ①线状谱是一条条的亮线． ②连续谱是连在一起的光带． (3)氢原子光谱的实验规律： ①巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R∞(n＝3,4,5，…)，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式． ②氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式． 二、玻尔理论与能级跃迁 1．玻尔理论 (1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射． (2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m<n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的． 2．能级跃迁 (1)能级和半径公式： ①能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV. ②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m. (2)氢原子的能级图，如图所示 3．两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子． 光子的频率ν＝＝. (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量． ①吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.(注意：当入射光子能量大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以后发生电离) ②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE. 4．光谱线条数的确定方法 (1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n－1. (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝C＝. 5．电离 (1)电离态：n＝∞，E＝0. (2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量． 例如：氢原子从基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV (3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能 三、原子核的衰变及半衰期 1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数． 2．天然放射现象 放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． 3．三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 氦核 He ＋2e 4 u 最强 最弱 β射线 电子 e －e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强 4.原子核的衰变 (1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． (2)α衰变、β衰变 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子 2H＋2n→He n→H＋e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 (3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的． 5．半衰期 (1)公式：N余＝N原，m余＝m原. (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)无关(选填“有关”或“无关”)． 6．放射性同位素的应用与防护 (1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同． (2)应用：放射治疗、培优、保鲜、做示踪原子等． (3)防护：防止放射性对人体组织的伤害． 四、核反应及核能的计算 1．核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋n (查德威克发现中子) Al＋He→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n＋17.6 MeV 2.核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等． (2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒． (3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向． 3．核力和核能 (1)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力． (2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能． (3)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定． (4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2.原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2. ( 题型速练 一题一思，查漏补缺，轻松迎开学 ) 一．原子的核式结构模型（共5小题） 1．J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”。关于电子的说法正确的是（　　） A．电子是构成物质的基本单元 B．不同的物质中具有不同的电子 C．不同物质中的电子是相同的 D．电子质量是质子质量的1836倍 2．下列说法正确的是（　　） A．电子的发现说明了原子核内部还有复杂结构 B．粒子散射实验揭示了原子的核式结构 C．粒子散射实验中绝大多数粒子都发生了较大偏转 D．粒子散射实验中有的粒子发生较大偏转，是粒子与原子核发生碰撞所致 3．许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。如图是科学史上一个著名的实验，以下说法正确的是（　　） A．此实验是库仑测量油滴电荷量的实验 B．此实验是法拉第测量电子电荷量的实验 C．通过此油滴实验直接测定了元电荷的数值 D．通过多次实验测量，发现油滴所带的电荷量虽不相同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷 4．(22-23高二下·河南三门峡灵宝第一中学·)关于卢瑟福散射实验和原子核式结构学说下列正确的是（　　） A．通过粒子散射实验肯定了汤姆孙提出的“枣糕模型” B．用粒子散射的实验数据估算原子核的大小 C．原子核式结构学说结合经典电磁理论，能解释原子的稳定性 D．通过粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的 5．如图所示为汤姆孙的气体放电管。 (1)在金属板之间加上如图所示的电场时，发现阴极射线向下偏转，说明它带什么性质的电荷？ (2)在金属板之间单独加哪个方向的磁场，可以让阴极射线向上偏转？ (3)能不能测定这种射线的比荷？ 二．玻尔理论与能级跃迁（共5小题） 6．(24-25高二下·河北衡水·)下列有关原子物理、原子核物理的说法中正确的是（　　） A．连续光谱和明线光谱都是由发光物质所发出的光直接产生的，被称为发射光谱 B．固体、液体发光产生的光谱一般为明线光谱，而稀薄气体发光产生的光谱为连续光谱 C．同一种原子发射光谱中的明线与吸收光谱中暗线的位置虽然不相同，但都称为这种原子的特征谱线 D．太阳光谱中的暗线，是太阳中缺少与这些暗线相对应的元素 7．(24-25高三下·海南部分中学·模拟)氢原子的光谱如图所示，图中的Hα、Hβ、Hγ、Hδ四条谱线都在可见光区。这四条谱线对应的光子能量最高的是（　　） A．Hα谱线 B．Hβ谱线 C．Hγ谱线 D．Hδ谱线 8．如图所示为氢原子的能级图。大量处于能级的氢原子（　　） A．可能辐射两种频率的光 B．辐射出波长最长的光是由能级跃迁到时发出的 C．辐射出频率最小的光是由能级跃迁到时发出的 D．用光子能量大于的单色光照射可使其跃迁到能级 9．如图所示，关于氢原子能级和谱线图，下列说法正确的是（　　） A．氢原子辐射光子的频率条件是 B．处于基态的氢原子可以吸收能量为11eV的光子而跃迁到高能级 C．所有原子光谱都有多条谱线，所以不能用来鉴别物质和确定物质的组成成分 D．一个氢原子处于激发态，向基态跃迁时，可能辐射出10种不同频率的光子 10．如图所示为氢原子能级图。比较氢原子分别从和能级跃迁到能级辐射的光子，前者（　　） A．频率更低，波长更长 B．频率更低，波长更短 C．频率更高，波长更长 D．频率更高，波长更短 三．原子核的衰变与半衰期（共6小题）（难★★） 11．下列实验或现象揭示了原子核具有内部结构的是（　　） A．电子的发现 B．粒子散射实验 C．氢原子光谱 D．天然放射现象 12．碘131衰变释放出的射线可用于治疗甲状腺疾病，碘131的衰变方程为，则X是（     ） A．质子 B．中子 C．电子 D．正电子 13．下列说法正确的是（　　） A．衰变过程存在质量亏损 B．原子核发生α衰变后质量数不变 C．原子核发生β衰变后电荷数不变 D．温度升高会增大放射性元素的半衰期 14．(25-26高三上·贵州黔东南苗族侗族·期末)铽的同位素因半衰期为6.9天且衰变时发射射线，适合制备放射性药物。关于衰变，下列说法正确的是（　　）。 A．经过13.8天，铽的同位素衰变后剩余 B．射线是高能电磁波 C．通过高温高压可改变的半衰期 D．10个原子经过6.9天有5个发生衰变 15．(25-26高三上·甘肃酒泉·期末)铀238（），是铀元素的一种核素，可用于宇宙年龄的测定。通过观察C31082-001恒星的光谱，推算出宇宙的年龄大约为125亿年。经过m次衰变、n次衰变后可形成，则（    ） A．， B．， C．， D．， 16．某放射性元素经过6天后，还剩下没有衰变，它的半衰期是（　　） A．2天 B．3天 C．4天 D．5天 四．核反应与核能的计算（共6小题） 17．用α粒子轰击铍核，产生一种粒子X，其核反应方程中的X表示（　　） A．电子 B．中子 C．质子 D．α粒子 18．在核反应方程中，X表示的是（    ） A．中子 B．质子 C．电子 D．α粒子 19．正在安徽合肥建设的紧凑型聚变能实验装置（BEST）是我国“人造太阳”工程的核心项目，有望成为人类历史上首个实现核聚变发电的装置。下列属于核聚变反应方程的是（　　） A． B． C． D． 20．核反应方程中，则是（　　） A． B． C． D． 21．关于原子核，下列说法正确的是（    ） A．任何原子核的结合能均大于零 B．核反应前后，比结合能一定减小 C．结合能越大的原子核一定越稳定 D．比结合能越大的原子核一定越稳定 22．我国“人造太阳”在2025年创下“亿度千秒”的世界纪录，即在上亿摄氏度条件下实现1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为实现可控核聚变迈出了坚实的一步。核聚变燃料主要是氢的同位素，其核反应方程之一为：，下列说法正确的是（　　） A．x为质子 B．该反应属于α衰变 C．氦核内有2个质子，4个中子 D．该反应有质量亏损，会释放能量 1、 单选题 1．如图所示是高中物理教材中提到的四个实验，其中探究出了原子核式结构的是（　　） A．汤姆孙气体放电管实验 B．链式反应示意图 C．光电效应实验 D．粒子散射实验 2．(25-26高三下·天津南开大学附属中学·)下列说法正确的是（　　） A．密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量 B．核反应方程中的为质子 C．射线、射线、射线都属于电磁波 D．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性 3．(25-26高二上·福建宁德第三教研共同体·期中)比荷（specificcharge）指带电粒子的电荷量与其质量的比值，单位为库仑每千克（C/kg）。对于微观粒子而言，它是描述其电磁性质的关键参数。以下粒子中，比荷最大的是（    ） A．质子 B．电子 C．中子 D．氦原子核 4．在核物理研究的历史中，卢瑟福的α粒子散射实验具有奠基性意义，如图，关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．确定了中子半径的数量级为10-10 m B．证明了原子内带正电的物质占据原子非常小的空间 C．观察到绝大多数α粒子发生了大角度偏转，甚至被反弹回来 D．卢瑟福根据该实验提出了原子的核式结构模型，且认为原子核由质子和中子组成 5．(25-26高三·北京海淀区·期末)关于原子结构和原子核，下列说法中正确的是（　　） A．β衰变放出的电子是由核内的中子转化的 B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的 C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态及外部条件有关 6．硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一。治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的粒子X和锂（Li）锂核。该核反应方程为 ，粒子X为（     ） A．氦核 B．氘核 C．质子 D．电子 2、 多选题 7．(25-26高三下·山西·)宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14，核反应方程为，碳14又能衰变为氮，衰变方程为。已知碳14的半衰期为5730年。则下列说法正确的是（    ） A．碳14的衰变为衰变 B．核反应方程中的为 C．10个碳14的一半发生衰变经历的时间一定是2865年 D．的电离能力比射线强 8．(24-25高三下·福建南安成功中学·期中)下列说法正确的是（　　） A．是核聚变方程 B．是核聚变方程 C．是核聚变方程 D．是衰变方程 9．关于电子的说法正确的是（    ） A．任何原子中均有电子 B．不同的物质中具有不同的电子 C．电子质量是质子质量的1836倍 D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元 10．关于卢瑟福α粒子散射实验以及他所提出的原子结构模型，下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型 B．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击金箔原子后发生反弹 C．在α粒子散射实验中，使极少数α粒子发生大角度偏转的力是原子核对α粒子的库仑斥力 D．卢瑟福的原子结构模型解释了原子光谱的分立特征 3、 解答题 11．(25-26高二下·黑龙江龙东十校联盟·期中)硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核吸收慢中子，转变成锂核和粒子，释放出光子。已知光子的能量为，硼核的比结合能为，锂核的比结合能为，粒子的比结合能为，普朗克常量为，真空中光速为。 (1)写出核反应方程； (2)求光子的波长； (3)求核反应放出的总能量及亏损的质量。 12．一个静止的放射性原子核发生了一次衰变变成新核Y，放射出的粒子的质量为m，速度的大小为，真空中的光速为c。 (1)写出该衰变方程。 (2)若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小； (3)若衰变成的新核Y与该原子核X相比： ①谁的结合能大？②谁的比结合能大？③谁更稳定？ (4)若该原子核的半衰期为T，则： ①10个X原子核质量为经过时间后还剩余的质量为多少？ ②该原子核，经过时间后还剩余的质量为多少？ 1、 单选题 1．下列事实中，能说明原子核具有复杂结构的是（　　） A．α粒子散射实验 B．天然放射现象 C．光电效应现象 D．原子发光现象 2．(25-26高三下·河南部分学校·)据《科技日报》2025年6月6日报道，中国科学院近代物理研究所通过钙-40束流轰击镥-175靶，成功合成了新核素镤-210，即镤的同位素，并测量了镤-210的衰变能量和半衰期。该核反应方程为，则（　　） A． B． C．X为质子 D．X为中子 3．2025年11月24日，在合肥未来大科学城的聚变能实验装置（BEST）主机大厅，来自世界10多个国家的聚变科学家共同签署《合肥聚变宣言》，标志着我国在核聚变领域实现从“跟跑”“并跑”迈向“领跑”的关键跨越。关于核聚变的原理与应用，下列说法正确的是（     ） A．核聚变需要极高的温度，所以核聚变反应又称为热核反应 B．我国大亚湾核电站采用核聚变技术进行发电 C．核聚变反应前后满足质量守恒 D．核聚变反应方程是 4．碘（）是一种放射性同位素，可用于甲状腺功能亢进症的治疗，其半衰期是8天，衰变方程为。下列说法正确的是（     ） A．衰变过程中产生的电子来自碘原子核外电子 B．该衰变会释放能量 C．环境温度变化会影响的半衰期 D．和的质子数相同 5．二十世纪是原子科学从宏观认知迈向微观掌控的关键，关于人类对原子的研究过程，下列表述正确的是（    ） A．居里夫妇通过阴极射线发现了电子 B．汤姆逊首先提出实物粒子具有波动性 C．爱因斯坦用光子说成功解释了光电效应 D．德布罗意通过天然放射现象发现了原子核内部具有结构 6．(25-26高三上·河南南阳金太阳联考·期末)下列关于近代物理的叙述正确的是（　　） A．组成原子核的核子越多，它的比结合能越大 B．质子、中子、α粒子的质量分别为，两个质子和两个中子结合成一个α粒子释放的能量是 C．贝克勒尔发现的天然放射现象说明原子核具有复杂的结构 D．铀核裂变的一种核反应方程为 2、 多选题 7．关于原子的特征谱线，下列说法正确的是（　　） A．不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线 B．使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气，可得到钠元素的特征谱线 C．可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分 D．原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据 8．光子能量为5eV的光束照射逸出功为2.5eV的金属材料时，材料表面有大量的光电子产生，这些光电子被大量处于不同能级的氢原子吸收，氢原子的能级图如图所示。下列关于此过程的说法正确的是（　　） A．光电子的动能都为2.5eV B．部分处于能级的氢原子吸收一个光电子可以直接跃迁到能级 C．部分处于能级的氢原子可能直接被电离 D．部分处于能级的氢原子可以直接跃迁到能级 9．(25-26高三上·四川南充高级中学·)如图所示的实验规律对应的说法正确的是（　　） A．图甲是氢原子的能级示意图，图甲中，处于基态的氢原子能吸收能量为12.75eV的光子而发生跃迁 B．图乙是电子束穿过铝箔的衍射图样，此图样证实电子具有波动性，而质子、原子与分子由于质量较大不具有波动性 C．图丙是用多种频率的光进行光电效应实验时所得到的光电流与所加电压的关系，可知a光的频率最大 D．图丁是卢瑟福进行α粒子散射实验的图景，他通过实验分析数据后提出原子的核式结构模型 10．历史上，为了研究原子、原子核的性质，科学家们做了大量的实验研究，下面四幅示意图中说法正确的是（　　） A．卢瑟福根据图①的α粒子散射实验结果提出了原子核式结构模型 B．图②表示的重核裂变的核反应方程为： C．图③中向左偏转的是β射线，向右偏转的是α射线，不偏转的是γ射线 D．用图④中一群处于n=3能级的氢原子发出的光照射逸出功为3.34eV的锌板，能发生光电效应 3、 解答题 11．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝4.002 6 u，电子质量为me＝0.000 55 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中的光速c＝3×108 m/s。 (1)写出这个核反应方程； (2)这一核反应能释放多少能量？ (3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ 12．一个速度为零的原子核恰好在匀强磁场中发生了一次α衰变，并产生了新核（钍），匀强磁场的磁感应强度为B。放射出的α粒子（）和钍核在与磁场垂直的平面内做圆周运动，α粒子的速率为v、α粒子的质量和电荷量分别为m、q，钍核质量为M。衰变过程释放的核能都转化为α粒子和钍核的动能。已知光速为c。 （1）写出的α衰变的核反应方程； （2）求α粒子圆周运动的轨道半径R和做圆周运动的周期； （3）求衰变过程的质量亏损Δm。 24 / 25 学科网（北京）股份有限公司 $