第41讲 原子结构与原子核（复习讲义）（黑吉辽蒙专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

该高中物理高考复习讲义聚焦原子结构与原子核专题，涵盖原子的核式结构、玻尔理论、能级跃迁、原子核衰变、核反应及核能计算等核心考点，按“原子结构-能级跃迁-核衰变-核反应”逻辑层次构建知识框架。通过命题透视研判考情、思维建模梳理脉络、考点精讲拆解核心、真题溯源感知考向四个环节，帮助学生系统掌握近代物理概念及解题方法。 讲义以科学思维中的模型建构和物理观念中的能量观念为指导，创新设计“知识点解构-考向破译-变式训练”三步教学法。例如在能级跃迁考点中，通过对比一个氢原子与一群氢原子的跃迁规律，引导学生建立能级模型并掌握谱线条数计算方法。设置基础巩固与能力提升分层练习，配合真题溯源强化高考题型感知，有效提升学生解题效率，为教师把控复习节奏、精准突破高频考点提供实用教学工具。

第41讲 原子结构与原子核 考点一 原子结构与玻尔理论 考向1 原子的核式结构 例1 【答案】D 【变式训练1·变考法】【答案】B 【变式训练2·变考法】【答案】B 考向2 氢原子光谱 例2 【答案】D 【变式训练1·变考法】【答案】B 【变式训练2·变情境】【答案】D 考点二 原子核的衰变 考向1 三种射线 例1 【答案】A 【变式训练1·变考法】【答案】B 【变式训练2·变考法】【答案】A 考向2 原子核的衰变 例2 【答案】C 【变式训练1·变考法】【答案】C 【变式训练2·变载体】【答案】B 考点三 核反应及核能的计算 考向1 结合能、比结合能 例1 【答案】B 【变式训练1·变考法】【答案】D 【变式训练2·变考法】【答案】C 考向2 核反应 例2【答案】B 【变式训练1·变考法】【答案】B 【变式训练2·变考法】【答案】C 考向3 核能 例3 【答案】AB ▶新情境◀【变式训练1·变考法】【答案】AC ▶新情境◀【变式训练2·变考法】【答案】AD 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 1．【答案】ABC 2．【答案】BD 3．【答案】AC 1 / 34 学科网（北京）股份有限公司 $ 第41讲 原子结构与原子核 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 原子结构 与玻尔理论 知识点1 原子的核式结构 知识点2 玻尔理论 知识点3 能级跃迁 考向1 原子的核式结构 考向2 氢原子光谱 考点二 原子核的衰变 知识点1 三种射线及原子核的衰变 考向1 三种射线 考向2 原子核的衰变 考点三 核反应及核能的计算 知识点1 核反应及核能 考向1 结合能、比结合能 考向2 核反应 考向3 核能 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 衰变的特点、本质及方程 黑吉辽蒙联考卷8T，6分 半衰期 黑吉辽蒙联卷15T，16分 考情分析 题型与考向：高考对这部分内容的考查，大多以选择题和填空题的形式出现，通常情况下难度不大。核心考向包括物理学史、能级规律辨析，基本假设理解，结合能级图的简单跃迁计算，核衰变、核反应结合等考查近代物理概念。 情境与立意： 1. 物理学史类：判断α粒子散射实验的现象结论，辨识正误 2. 生活生产应用情景：根据跃迁能级差计算产生光子的频率，判断不同跃迁产生的光子能量大小，结合应用场景分析对应跃迁特点。 3. 学习探究类：给出新情景的能级参数，套用玻尔跃迁规律计算光子能量，判断能级变化特点，核心还是考查基础规律的应用。 复习目标 1. 物理学史准确对应，牢记玻尔理论三大基本假设，掌握氢原子跃迁核心规律。结合能级图的计算全对。 2. 易混规律准确判断，概念辨析不出错。 3. 能快速把类氢原子、人工调控能级等新情景，转化为熟悉的玻尔跃迁模型。 思维建模·脉络梳理 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 原子结构与玻尔理论 知识点1 原子的核式结构 知●识●解●构 一、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 （1）1909—1911年，英籍物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。 （2）α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图所示。 3.α粒子散射实验结果分析 （1）绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的。 （2）少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷。 （3）极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。 4.α粒子散射动能、电势能分析 （1）库仑力对α粒子的做功情况 当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；当α粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减少。 （2）α粒子的能量转化 由于只有库仑力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，总能量保持不变。 5.原子的核式结构 原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。 知识点2 玻尔理论 知●识●解●构 知识点3 能级跃迁 知●识●解●构 一、氢原子光谱 1.光谱 用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。 2.光谱分类 有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫作线状谱。有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫作连续谱。 3.氢原子光谱的实验规律： 巴耳末系是氢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。 4.光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。 二、玻尔理论　能级 1.玻尔的三条假设 （1）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 （2）跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝ Em－En。（h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s） （3）轨道：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.基态和激发态 原子能量最低的状态叫基态，其他能量较高的状态叫激发态。 3.氢原子的能级和轨道半径 （1）氢原子的能级公式：En＝ E1　(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝ －13.6 eV　。 （2）氢原子的半径公式：rn＝ n2r1　(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 4.氢原子的能级图 5.原子吸收能量的两种情况 （1）光照激发：能量等于能级差的光子可被吸收，能量大于电离能的光子可被吸收，其他光子不能被吸收。 （2）实物粒子激发：只要粒子能量大于或等于能级差即可被吸收。 6.谱线条数的确定方法 （1）一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为n－1。 （2）一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为C＝。 7.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。 考●向●破●译 考向1 原子的核式结构 例1 （2026·辽宁锦州·模拟预测）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． B． C． D． 【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．该图涉及的是原子核裂变与原子无关，故B错误； C．该图是光电效应，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。 【变式训练1·变考法】（2026·辽宁营口·模拟预测）1909 年，物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验，基于实验结果提出了原子的核式结构模型。如图所示为一束初动能相同的α粒子撞击静止金箔时的示意图，其中实线为粒子运动轨迹，虚线M、N为以金原子核为圆心的同心圆，轨迹4中P点距离金原子核最近，不考虑α粒子间的相互作用，下列说法正确的是（　　） A．虚线M、N对应电势的高低关系为φM>φN B．沿轨迹4运动的α粒子在P点具有最大的电势能 C．沿不同轨迹运动的α粒子穿越虚线M时的动能不同 D．沿轨迹3运动的α粒子经过虚线M时的速度小于经过虚线N时的速度 【答案】B 【详解】A．正电荷周围电场线发散向外，沿着电场线电势降低，故，故A错误； B．α粒子靠近金原子核的过程中，电场力做负功，电势能增大，α粒子在P点具有最大的电势能，故B正确； C．同一等势线电势相等，故粒子穿越虚线M时的电势能相等，因只有电场力做功，α粒子的电势能和动能之和不变，故沿不同轨迹运动的α粒子穿越虚线M时的动能相同，故C错误； D．α粒子的电势能和动能之和不变，根据可知α粒子经过虚线M时的电势能小于经过虚线N时的电势能，则沿轨迹3运动的α粒子经过虚线M时的动能大于经过虚线N时的动能，即经过虚线M时的速度大于经过虚线N时的速度，故D错误。 故选B。 【变式训练2·变考法】（25-26高二下·辽宁大连）与下列图片相关的物理知识说法正确的是（     ） A．甲图，卢瑟福通过粒子散射实验，发现了质子 B．乙图，若储罐内不导电液体液面上升，则LC电路振荡周期增大 C．丙图，康普顿效应说明光子具有波动性 D．丁图，重核裂变产生的中子能使核裂变反应连续进行，称为链式反应，其中核裂变反应方程为 【答案】B 【详解】A．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核式结构模型，并非发现质子，故A错误； B．不导电液体液面上升时，电容器极板间等效介电常数增大，根据，电容C增大，根据LC振荡电路周期公式，电路振荡周期增大，故B正确； C．康普顿效应揭示了光子的粒子性，而非波动性，故C错误； D．题中给出的方程不符合裂变反应实际，因缺少入射中子，故D错误。 故选B。 考向2 氢原子光谱 例2 （2026·辽宁·模拟预测）如图（a）所示的、、、是氢原子从高能级向能级跃迁时产生的谱线，属于巴尔末系，如图（b）所示为氢原子部分能级图。下列说法正确的是（　　） A．的光子动量大于的光子动量 B．是由能级向能级跃迁产生的 C．对应的光子可以使氢原子从基态跃迁到激发态 D．的光子照射处于状态的氢原子，可以使氢原子电离 【答案】D 【详解】A．由光子动量可知，的光子动量小于的光子动量，故A错误； B．的波长长，频率小，根据光子能量公式 可知，的能量最小，是由能级向能级跃迁产生的，故B错误； C．氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量 对应的光子能量 由于小于，不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故C错误； D．光子是氢原子由能级向能级跃迁时产生的，其能量 ，可以使氢原子电离，故D正确。 故选D。 【变式训练1·变考法】 （2025·辽宁·模拟预测）氢原子第能级的能量为。已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，由此可知氢原子（　　） A．从的能级向基态跃迁时发出的光是可见光 B．从的能级向的能级跃迁时发出的光是可见光 C．从的能级向基态跃迁时发出的光与从的能级向的能级跃迁时发出的光从空气中射入同一玻璃时，前者的折射率较小 D．从的能级向基态跃迁时发出的光与从的能级向的能级跃迁时发出的光都从同一玻璃射向空气时，前者发生全反射的临界角较大 【答案】B 【详解】A B．由题意可得，，，氢原子从的能级向基态跃迁时发出的光子能量为10.2eV，从的能级向的能级跃迁时发出的光子能量为1.89eV，故A错误，B正确； C．由 可知，氢原子从的能级向基态跃迁时发出的光比从的能级向的能级跃迁时发出的光的波长短，它们射入同一玻璃时，前者的折射率较大，故C错误； D．根据可知，在同一玻璃和空气的交界面发生全反射时，前者的临界角较小，D项错误。 故选B。 【变式训练2·变情境】（24-25高二下·吉林长春）玻尔的氢原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，成功地阐释了原子的稳定性、氢原子光谱的产生和不连续性，依此发明的氢原子钟实现了极高精度的时间测量．氢原子的能级示意图如图所示，已知红外线光子的能量在0.008eV至1.70eV之间，紫外线光子的能量在3.11eV至124eV之间，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，下列说法正确的是（    ） A．能辐射出6种不同频率的光子 B．能辐射出5种不同频率的紫外线光子 C．能辐射出4种不同频率的红外线光子 D．能辐射出3种不同频率的可见光光子 【答案】D 【详解】A．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，可能发生的跃迁种类数为 种，因此能辐射出10种不同频率的光子，A错误； B．紫外线光子（能量≥3.11eV）对应的跃迁为 5→1、4→1、3→1、2→1，共 4 种，B错误； C．红外线光子（能量 0.008eV~1.70eV）对应的跃迁为 5→4、5→3、4→3，共 3 种，C错误； D．可见光光子（能量 1.70eV~3.11eV）对应的跃迁为 5→2、4→2、3→2，共 3 种，D正确。 故选D。 考点二 原子核的衰变 知识点1 三种射线及原子核的衰变 知●识●解●构 一、天然放射现象和原子核 1.天然放射现象 放射性元素自发地放出射线的现象，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。 2.三种射线的比较 项目 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） 带电荷量 2e　 -e 0 质量 4mp 静止质量为零 符号 He　 　0-1e γ 速度 可达0.1c 可达0.99c c　 穿透能力 最弱 较强 最强　 对空气的电离作用 很强 较弱 很弱　 3.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：消除静电、工业探伤、做示踪原子等。 （3）防护：防止放射性对人体组织的伤害。 4.原子核的组成 （1）原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带电。 （2）基本关系 ①核电荷数（Z）＝质子数＝元素的原子序数＝原子的核外电子数。 ②质量数（A）＝核子数＝质子数＋中子数。 （3）X元素的原子核的符号为X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数。 二、原子核的衰变、半衰期 1.原子核的衰变 （1）原子核放出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）分类 α衰变：X→Y＋ He。 β衰变：X→　AZ＋1Y＋　0－1e。 γ衰变：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。 2.半衰期 （1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 （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，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 3.α衰变和β衰变的比较 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He射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 2H+2n→He n→H+e 匀强磁场中轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 注意：原子核衰变是原子核内部质子与中子的变化，与原子核外的电子无关。1个质子也可以变成1个中子并放出正电子。 4.衰变次数的计算方法 先根据质量数守恒确定α衰变次数，再根据电荷数守恒确定β衰变次数。 5.对半衰期的理解 （1）根据半衰期的概念，可总结出公式 N余＝，m余＝ 式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余表示衰变后的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 （2）适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变。 考●向●破●译 考向1 三种射线 例1 （2026·辽宁大连·二模）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．查德威克用粒子轰击获得反冲核，发现了中子 C．普朗克发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型 【答案】A 【详解】A．麦克斯韦提出光的电磁理论并预言了电磁波的存在，赫兹通过一系列实验证实了麦克斯韦的电磁理论，故A正确； B．卢瑟福用粒子轰击获得反冲核，发现了质子；查德威克是通过粒子轰击铍核的实验发现了中子，故B错误； C．贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，故C错误； D．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核式结构模型；对阴极射线进行研究、发现电子的是汤姆逊，故D错误。 故选A。 【变式训练1·变考法】（2026·河北邯郸·一模）我国某科研团队首次合成了新核素镤210并成功测量了该核素的衰变能量和半衰期。已知镤210的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．粒子的穿透能力比粒子的穿透能力强 B．发生衰变可以释放能量 C．的比结合能大于的比结合能 D．若外界环境变化，则的半衰期也会发生变化 【答案】B 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒可得X的质量数为，电荷数为，故X为粒子，穿透能力比粒子的穿透能力弱，故A错误； B．衰变过程存在质量亏损，根据质能方程，质量亏损会转化为能量释放，故B正确； C．原子核越稳定，其比结合能越大，衰变后生成的比反应物更稳定，因此的比结合能小于的比结合能，故C错误； D．半衰期是原子核的固有属性，仅由原子核内部结构决定，与外界温度、压强等环境因素无关，故D错误。 故选B。 【变式训练2·变考法】（24-25高二下·吉林长春）下列关于近代物理的说法正确的是（　　） A．贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构 B．原子核发生衰变时，产生的射线本质是高速电子流，因核内没有电子，所以射线是核外电子逸出原子形成的 C．强子是参与强相互作用的粒子，因而质子、中子和电子都属于强子 D．结合能越大的原子核越牢固 【答案】A 【详解】A．贝克勒尔发现的天然放射现象表明原子核内部存在复杂结构，A正确； B．射线是核内中子转化为质子时释放的电子，并非核外电子逸出，B错误； C．电子属于轻子，不参与强相互作用，C错误； D．原子核的牢固程度由比结合能（结合能/核子数）决定，而非总结合能，D错误。 故选A。 考向2 原子核的衰变 例2 （2026·辽宁鞍山·模拟预测）钚元素是高度放射性物质，可用于制作同位素电池，广泛应用于宇宙飞船、人造卫星的能源供给。已知的半衰期约为88年，发生衰变的方程为，下列说法正确的是（    ） A．环境温度升高，的半衰期可能会变为100年 B．20个原子核经过88年后还剩10个 C．X是α粒子 D．X具有较强的穿透能力，可以穿透几厘米厚的铅板 【答案】C 【详解】A．半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度等环境因素无关，的半衰期始终约为88年，故A错误； B．半衰期是统计规律，仅适用于大量原子核的衰变过程，对少量原子核无意义，20个原子核经过88年剩余数量不确定，故B错误； C．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒，X的质量数为，电荷数为，即X为α粒子（），故C正确； D．α粒子穿透能力极弱，一张纸即可将其挡住，γ射线才有较强穿透能力，可穿透几厘米厚的铅板，故D错误。 故选C。 【变式训练1·变考法】（2026·辽宁营口·模拟预测）2026年2月11日，南京理工大学物理学院研究者发表了有关双α衰变的研究成果。研究指出，Xe发生双α衰变后生成Sn，已知Xe、Sn 和α粒子的比结合能分别为E1、E2、E3，下列说法正确的是（　　） A．该双α衰变的方程为Xe →Sn+He B．Xe的比结合能大于Sn的比结合能 C．1个Xe 发生双α衰变释放的核能为100E2十8E3-108E1 D．环境温度越高Xe发生双α衰变的半衰期越短 【答案】C 【详解】A．核反应过程中质量数和电荷数均守恒，则该双α衰变的方程为，故A错误； B．自发衰变的本质是从不稳定核向更稳定核转化，而原子核的稳定性由比结合能决定：比结合能越大，原子核越稳定，的比结合能小于的比结合能，故B错误； C．结合能定义为把原子核拆成自由核子所需的能量。衰变释放的核能等于反应后产物的总结合能减去反应前母核的结合能，即衰变释放的能量为，故C正确； D．原子核的半衰期由核内部自身结构决定，与外界环境（温度、压强、化学状态等）无关，故D错误。 故选C。 【变式训练2·变载体】（25-26高二下·辽宁大连）2025年5月，我国“天问三号”在火星表面完成采样任务升空返回，其火星表面上升器中搭载了钚-核电池，利用衰变释放的能量在极寒的火星夜为设备供热供电。已知钚的衰变方程为 。则（     ） A．X为氦核，该衰变属于衰变 B．衰变前钚238的质量大于衰变后铀234与X的质量之和 C．火星夜的极寒环境会显著延长钚238的半衰期 D．的比结合能大于的比结合能 【答案】B 【详解】A．根据核反应的电荷数守恒和质量数守恒可知，X电荷数为2，质量数为4，因此X为氦核（），该衰变属于衰变，故A错误； B．衰变过程释放核能，根据质能方程释放能量意味着存在质量亏损 ，即衰变前钚238的质量大于衰变后铀234与X的质量之和，故B正确； C．半衰期是原子核的固有属性，仅由原子核内部结构决定，与外界温度、压强等环境条件无关，极寒环境不会改变钚238的半衰期，故C错误； D．比结合能越大，原子核越稳定。衰变后生成的铀234比钚238更稳定，因此铀234的比结合能大于钚238的比结合能，故D错误。 故选B。 考点三 核反应及核能的计算 知识点1 核反应及核能 知●识●解●构 一、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 核子结合为原子核时 释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能。 3.比结合能 （1）定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。 （2）特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 4.对比结合能的理解 （1）比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 （2）中等质量原子核的比结合能最大，平均每个核子的质量最小。 （3）当重核分裂成中等核，或轻核结合成中等核时，核子的比结合能都增加，发生质量亏损并释放出核能。 5.质能亏损 凡是释放核能的核反应，反应后各原子核（新生核）及微观粒子的质量（即静止质量）之和 变小，两者的差值就叫质量亏损。 6.质能方程 （1）爱因斯坦得出物体的能量与它的质量的关系：E＝mc2。 （2）核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应减少的能量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。 7.对质能方程的理解 (1)E＝mc2的含义：物体的总能量和它的质量成正比关系。 （2）ΔE＝Δmc2的含义：释放的核能与质量亏损成正比关系，但不是转化关系。 （3）对质量亏损的理解：“质量亏损”但质量数守恒，原因是每个核子的质量减小了。“质量亏损”并不是质量消失，而是由静止的质量变成运动的质量。 二、裂变反应和聚变反应 1.重核裂变 （1）定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 （2）典型的裂变反应方程： U+n―→Kr+Ba+3n. （3）链式反应：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 （4）临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。 （5）裂变的应用：原子弹、核反应堆。 （6）反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 2.轻核聚变 （1）定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 （2）典型的聚变反应方程： H+H―→He+n+17.6 MeV. 3.几种常见的核反应分类及比较 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 比较容易进行人工控制 U+n→Ba+Kr+3n U+n→Xe+Sr+10n 轻核聚变 很难控制 H+H→He+n 4.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。 三、计算核能的方法 （1）根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中质量亏损的千克数乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2。 （2）根据1原子质量单位（u）相当于931.5 MeV的能量，得ΔE＝质量亏损的原子质量单位数×931.5 MeV。 （3）根据平均结合能来计算 原子核的结合能＝平均结合能×核子数。 （4）有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时应注意动量、动能关系式p2＝2mEk的应用。 考●向●破●译 考向1 结合能、比结合能 例1 （2026·辽宁沈阳·模拟预测）核聚变反应通常涉及轻核（如氘、氚）结合成较重核（如氦）的过程，释放巨大能量。已知氘核和氚核聚变生成氦核并放出一个粒子，反应方程为：。关于上述核反应及核能知识，下列说法正确的是（　　） A．粒子X是质子，该反应属于原子核的人工转变 B．氦核的比结合能大于氘核和氚核的比结合能 C．反应前后原子核的总质量守恒，但总能量不守恒 D．“1亿摄氏度”高温，使得每一个原子核都获得足够的动能，以克服库仑斥力从而发生聚变 【答案】B 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒，可知粒子X的质量数、电荷数分别为 可知X为中子（）。且该反应为轻核聚变，不属于原子核的人工转变，故A错误； B．比结合能越大原子核越稳定，该聚变反应释放能量，说明生成物氦核比反应物氘核、氚核更稳定，因此氦核的比结合能大于氘核和氚核的比结合能，故B正确； C．该反应存在质量亏损，反应前后原子核总质量不守恒（仅质量数守恒），且总能量满足质能守恒定律，故C错误； D．温度是大量微观粒子平均动能的统计量，高温仅使大量原子核的平均动能足够克服库仑斥力，并非每一个原子核都能获得足够动能，故D错误。 故选B。 【变式训练1·变考法】（2026·辽宁沈阳·三模）随着科学日益进步，人们对原子及原子核的认识越来越深刻，下列说法正确的是（　　） A．天然放射性现象的发现表明了原子内部是有复杂结构的 B．分别用紫外线和红外线照射同一金属表面，如果紫外线使金属能发生光电效应，则用红外线照射该金属一定能发生光电效应 C．一个氢原子处于量子数n＝4的激发态，如果这个氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光，则最多可以辐射六种不同频率的光 D．比结合能越大的原子核越稳定 【答案】D 【详解】A．天然放射性现象的本质是原子核自发衰变放出射线，该发现证明的是原子核内部存在复杂结构，电子的发现才表明原子有内部结构，A错误； B．光电效应的发生条件是入射光频率大于金属的极限频率，紫外线频率高于红外线，紫外线能发生光电效应时，红外线频率可能低于金属极限频率，不一定能发生光电效应，B错误； C．题中说明是一个氢原子，而非一群氢原子。一个处于激发态的氢原子向低能级跃迁，最多只能辐射共3种不同频率的光，只有一群氢原子才最多辐射种频率的光，C错误； D．比结合能是原子核结合能与核子数的比值，比结合能越大，拆分单个核子需要的平均能量越高，原子核越稳定，D正确。 故选D。 【变式训练2·变考法】（2026·内蒙古乌兰察布·二模）2025年底我国的可控核聚变取得了重大突破，主要的反应物是、，在高温条件下生成同时释放一个X粒子。已知、、以及X粒子的质量分别为、、、，、、的比结合能分别为、、，真空中光速为c。下列说法正确的是（　　） A．X粒子是电子 B． C．该反应释放的核能为 D．该反应释放的核能为 【答案】C 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒，X粒子的电荷数为，质量数为，因此X是中子，不是电子，故A错误； B．该聚变反应释放能量，存在质量亏损，因此反应前总质量大于反应后总质量，即，故B错误； C．根据爱因斯坦质能方程，释放的核能等于质量亏损乘以，即，故C正确； D．反应释放的核能等于反应后总的结合能减去反应前总的结合能，又知中子的结合能为0，因此，计算结果与D选项中的表达式符号相反，故D错误。 故选C。 考向2 核反应 例2（2026·辽宁·模拟预测）一个α粒子融合到一个核中，核反应方程为，其中和的比结合能分别为、，则下列说法正确的是（　　） A．X的质子数为20 B．X的结合能为 C．X的中子数为9 D．比更稳定 【答案】B 【详解】AC．根据电荷数守恒有 根据质量数守恒有 X的质子数等于电荷数，所以X的质子数为10，X的中子数等于质量数与质子数之差，故X的中子数为，AC错误； B．原子核结合能=比结合能×核子数，故X的结合能为，B正确； D．比结合能越大原子核越稳定，X的比结合能大于，因此X更稳定，D错误。 故选B。 【变式训练1·变考法】（25-26高三下·辽宁抚顺）镅-241（）是一种放射性元素，能放射出射线，常用于烟雾探测器。在核科学研究中，镅-241（）的裂变反应有重要应用，其中一种反应方程为。下列说法正确的是（    ） A．元素的半衰期和温度有关 B．的中子数为55 C．的裂变反应中，反应物的结合能总和大于生成物的结合能总和 D．反应物与的质量总和等于生成物、、的质量总和 【答案】B 【详解】A．放射性元素的半衰期是原子核的固有属性，与外界温度、压强等物理化学条件均无关，故A错误； B．核反应满足电荷数守恒，结合题中核反应方程，可知的电荷数 则的中子数为，故B正确； C．裂变反应为放能反应，生成物的原子核更稳定，总结合能更大，故反应物的结合能总和小于生成物的结合能总和，故C错误； D．裂变反应释放能量，存在质量亏损，反应物的总质量大于生成物的总质量，故D错误。 故选B。 【变式训练2·变考法】（2026·云南昆明·模拟预测）2026年1月，中国EAST装置证实“托卡马克密度自由区”存在，为高密度运行提供新依据。“人造太阳”内部发生的一种核反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为，光在真空中的传播速度为，半衰期为12.46年。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中X为 B．的结合能为17.6MeV C．核反应中的质量亏损可表示为 D．现有100个氚原子核，经过12.46年后剩下50个氚原子核 【答案】C 【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒，反应前质量数总和为，电荷数总和为；反应后质量数为4、电荷数为2，因此X的质量数必须为1、电荷数必须为0，为中子，故 A错误。 B．17.6 MeV是核反应释放的能量，并非的结合能。结合能是指将原子核完全分解成自由核子所需的能量，与反应释放能量不同，故B错误。 C．核反应释放能量 因此质量亏损 ，故 C 正确。 D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数的原子核不适用，D错误。 故选 C。 考向3 核能 例3 （多选）（24-25高二下·辽宁葫芦岛）静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，质子和中子的质量分别为mp和mn，衰变后α粒子在磁场中运动的半径为R。原子核X衰变时释放的核能全部转化为生成核的动能，则（　　） A．衰变方程可表示为 B．核Y的结合能为 C．核Y在磁场中运动的半径为 D．核Y的动能为 【答案】AB 【详解】A．α衰变中，原子核X释放一个α粒子（电荷数2，质量数4），因此新核Y的质量数应为A-4，电荷数Z-2。衰变方程应写为，故A正确； B．结合能是核子结合成原子核时释放的能量，等于组成核子的总质量与实际核质量的差乘以。Y核由（Z-2）个质子和（A-Z-2）个中子组成，结合能表达式为，故B正确； C．衰变过程中动量守恒，Y核和α粒子动量大小相等（方向相反）。由，可得带电粒子在磁场中运动的半径公式为 因动量大小相等（），所以半径之比为 已知α粒子的半径，则Y核的半径应为，故C错误； D．衰变释放的核能 全部转化为动能。根据动量守恒，Y核和α粒子的动能之比为 总动能 联立得Y核的动能为，故D错误。 故选AB。 ▶新情境◀【变式训练1·变考法】（多选）（24-25高二下·辽宁）火灾报警器的辐射源常使用化合物二氧化镅。已知一个镅核衰变后转变为一个电荷数为93的镎核并释放能量，镅核、镎核和氦核的质量分别为、和，单质镅的半衰期为432.2年，真空中的光速为c。下列说法正确的是（　　） A．镅核衰变为镎核的衰变方程为 B．镅核中子数比镎核中子数多4个 C．一个镅核发生衰变过程中释放的能量为 D．500个镅核864.4年后一定还剩125个 【答案】AC 【详解】A．根据原子核衰变满足电荷数守恒和质量数守恒可知，镅核（）衰变为镎核（）的衰变方程为，A正确； B．镅核中子数为个 镎核中子数为个 镅核中子数比镎核中子数多个，B错误； C．根据质能方程，一个镅核发生衰变过程中释放的能量为，C正确； D．半衰期是大量原子核的统计规律，所以500个镅核不满足统计规律，D错误。 故选AC。 ▶新情境◀【变式训练2·变考法】（多选）（24-25高二下·辽宁）2025年1月，我国“人造太阳”EAST装置首次实现1亿摄氏度高温下高约束模等离子体运行长达1066秒（约17.8分钟），创下世界纪录，标志着我国在稳态高参数等离子体运行领域处于全球领先地位。该装置中的聚变反应为：能量。已知氘核、氚核、氦核的结合能分别为中子的结合能为0，则下列说法正确的是（　　） A．氦核的比结合能比氘核大 B．反应后氦核和中子的结合能总和等于反应前氘核和氚核的结合能总和 C．该聚变反应释放的能量为 D．氦核的核子平均质量比氘核小 【答案】AD 【详解】A．轻核聚变会生成更稳定的原子核，氦核是轻核聚变的产物，比氘核更稳定，所以氦核的比结合能比氘核大，故A正确； B．聚变反应过程中会释放能量，这意味着反应后氦核和中子的结合能总和大于反应前氘核和氚核的结合能总和，故B错误； C．聚变反应释放的能量应该是反应前氘核和氚核的结合能总和与反应后氦核的结合能之差，即，故C错误； D．轻核聚变过程中有质量亏损，反应后生成的氦核的核子平均质量比反应前氘核的核子平均质量小，故D正确。 故选AD。 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（多选）（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）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。 2．（多选）（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。 3．（多选）（2025·福建·高考真题）2025年，我国“人造太阳”实现了等离子体原子核温度超1亿度的突破。在1亿度的高温条件下“人造太阳”内可发生如下核反应：→+17.5MeV，若动量大小相等，方向相反的氘核与氚核正碰后发生核反应，反应产生的与的总动能近似等于核反应释放的全部能量，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变反应 C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV 【答案】AC 【详解】A．核反应过程中质量数守恒，有质量亏损，A正确； B．该反应是核聚变反应，B错误； CD．在真空中，该反应动量守恒，由于相撞前氘核与氚核动量大小相等，方向相反，系统总动量为零。故反应后氦核与中子的动量也大小相等，方向相反。 由 得反应粒子获得的动能之比为 而两个粒子获得的总动能为，故获得的动能， 获得的动能。故C正确，D错误。 故选AC。 1 / 34 学科网（北京）股份有限公司 $ 第41讲 原子结构与原子核 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 原子结构 与玻尔理论 知识点1 原子的核式结构 知识点2 玻尔理论 知识点3 能级跃迁 考向1 原子的核式结构 考向2 氢原子光谱 考点二 原子核的衰变 知识点1 三种射线及原子核的衰变 考向1 三种射线 考向2 原子核的衰变 考点三 核反应及核能的计算 知识点1 核反应及核能 考向1 结合能、比结合能 考向2 核反应 考向3 核能 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 衰变的特点、本质及方程 黑吉辽蒙联考卷8T，6分 半衰期 黑吉辽蒙联卷15T，16分 考情分析 题型与考向：高考对这部分内容的考查，大多以选择题和填空题的形式出现，通常情况下难度不大。核心考向包括物理学史、能级规律辨析，基本假设理解，结合能级图的简单跃迁计算，核衰变、核反应结合等考查近代物理概念。 情境与立意： 1. 物理学史类：判断α粒子散射实验的现象结论，辨识正误 2. 生活生产应用情景：根据跃迁能级差计算产生光子的频率，判断不同跃迁产生的光子能量大小，结合应用场景分析对应跃迁特点。 3. 学习探究类：给出新情景的能级参数，套用玻尔跃迁规律计算光子能量，判断能级变化特点，核心还是考查基础规律的应用。 复习目标 1. 物理学史准确对应，牢记玻尔理论三大基本假设，掌握氢原子跃迁核心规律。结合能级图的计算全对。 2. 易混规律准确判断，概念辨析不出错。 3. 能快速把类氢原子、人工调控能级等新情景，转化为熟悉的玻尔跃迁模型。 思维建模·脉络梳理 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 原子结构与玻尔理论 知识点1 原子的核式结构 知●识●解●构 一、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 （1）1909—1911年，英籍物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。 （2）α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图所示。 3.α粒子散射实验结果分析 （1）绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的。 （2）少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷。 （3）极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。 4.α粒子散射动能、电势能分析 （1）库仑力对α粒子的做功情况 当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；当α粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减少。 （2）α粒子的能量转化 由于只有库仑力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，总能量保持不变。 5.原子的核式结构 原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。 知识点2 玻尔理论 知●识●解●构 知识点3 能级跃迁 知●识●解●构 一、氢原子光谱 1.光谱 用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。 2.光谱分类 有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫作线状谱。有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫作连续谱。 3.氢原子光谱的实验规律： 巴耳末系是氢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。 4.光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。 二、玻尔理论　能级 1.玻尔的三条假设 （1）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 （2）跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝ Em－En。（h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s） （3）轨道：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.基态和激发态 原子能量最低的状态叫基态，其他能量较高的状态叫激发态。 3.氢原子的能级和轨道半径 （1）氢原子的能级公式：En＝ E1　(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝ －13.6 eV　。 （2）氢原子的半径公式：rn＝ n2r1　(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 4.氢原子的能级图 5.原子吸收能量的两种情况 （1）光照激发：能量等于能级差的光子可被吸收，能量大于电离能的光子可被吸收，其他光子不能被吸收。 （2）实物粒子激发：只要粒子能量大于或等于能级差即可被吸收。 6.谱线条数的确定方法 （1）一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为n－1。 （2）一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为C＝。 7.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。 考●向●破●译 考向1 原子的核式结构 例1 （2026·辽宁锦州·模拟预测）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． B． C． D． 【变式训练1·变考法】（2026·辽宁营口·模拟预测）1909 年，物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行α粒子散射实验，基于实验结果提出了原子的核式结构模型。如图所示为一束初动能相同的α粒子撞击静止金箔时的示意图，其中实线为粒子运动轨迹，虚线M、N为以金原子核为圆心的同心圆，轨迹4中P点距离金原子核最近，不考虑α粒子间的相互作用，下列说法正确的是（　　） A．虚线M、N对应电势的高低关系为φM>φN B．沿轨迹4运动的α粒子在P点具有最大的电势能 C．沿不同轨迹运动的α粒子穿越虚线M时的动能不同 D．沿轨迹3运动的α粒子经过虚线M时的速度小于经过虚线N时的速度 【变式训练2·变考法】（25-26高二下·辽宁大连）与下列图片相关的物理知识说法正确的是（     ） A．甲图，卢瑟福通过粒子散射实验，发现了质子 B．乙图，若储罐内不导电液体液面上升，则LC电路振荡周期增大 C．丙图，康普顿效应说明光子具有波动性 D．丁图，重核裂变产生的中子能使核裂变反应连续进行，称为链式反应，其中核裂变反应方程为 考向2 氢原子光谱 例2 （2026·辽宁·模拟预测）如图（a）所示的、、、是氢原子从高能级向能级跃迁时产生的谱线，属于巴尔末系，如图（b）所示为氢原子部分能级图。下列说法正确的是（　　） A．的光子动量大于的光子动量 B．是由能级向能级跃迁产生的 C．对应的光子可以使氢原子从基态跃迁到激发态 D．的光子照射处于状态的氢原子，可以使氢原子电离 【变式训练1·变考法】 （2025·辽宁·模拟预测）氢原子第能级的能量为。已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，由此可知氢原子（　　） A．从的能级向基态跃迁时发出的光是可见光 B．从的能级向的能级跃迁时发出的光是可见光 C．从的能级向基态跃迁时发出的光与从的能级向的能级跃迁时发出的光从空气中射入同一玻璃时，前者的折射率较小 D．从的能级向基态跃迁时发出的光与从的能级向的能级跃迁时发出的光都从同一玻璃射向空气时，前者发生全反射的临界角较大 【变式训练2·变情境】（24-25高二下·吉林长春）玻尔的氢原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，成功地阐释了原子的稳定性、氢原子光谱的产生和不连续性，依此发明的氢原子钟实现了极高精度的时间测量．氢原子的能级示意图如图所示，已知红外线光子的能量在0.008eV至1.70eV之间，紫外线光子的能量在3.11eV至124eV之间，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，下列说法正确的是（    ） A．能辐射出6种不同频率的光子 B．能辐射出5种不同频率的紫外线光子 C．能辐射出4种不同频率的红外线光子 D．能辐射出3种不同频率的可见光光子 考点二 原子核的衰变 知识点1 三种射线及原子核的衰变 知●识●解●构 一、天然放射现象和原子核 1.天然放射现象 放射性元素自发地放出射线的现象，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。 2.三种射线的比较 项目 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） 带电荷量 2e　 -e 0 质量 4mp 静止质量为零 符号 He　 　0-1e γ 速度 可达0.1c 可达0.99c c　 穿透能力 最弱 较强 最强　 对空气的电离作用 很强 较弱 很弱　 3.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：消除静电、工业探伤、做示踪原子等。 （3）防护：防止放射性对人体组织的伤害。 4.原子核的组成 （1）原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带电。 （2）基本关系 ①核电荷数（Z）＝质子数＝元素的原子序数＝原子的核外电子数。 ②质量数（A）＝核子数＝质子数＋中子数。 （3）X元素的原子核的符号为X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数。 二、原子核的衰变、半衰期 1.原子核的衰变 （1）原子核放出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）分类 α衰变：X→Y＋ He。 β衰变：X→　AZ＋1Y＋　0－1e。 γ衰变：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。 2.半衰期 （1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 （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，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 3.α衰变和β衰变的比较 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He射出 1个中子转化为1个质子和1个电子 2H+2n→He n→H+e 匀强磁场中轨迹形状 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 注意：原子核衰变是原子核内部质子与中子的变化，与原子核外的电子无关。1个质子也可以变成1个中子并放出正电子。 4.衰变次数的计算方法 先根据质量数守恒确定α衰变次数，再根据电荷数守恒确定β衰变次数。 5.对半衰期的理解 （1）根据半衰期的概念，可总结出公式 N余＝，m余＝ 式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余表示衰变后的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 （2）适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变。 考●向●破●译 考向1 三种射线 例1 （2026·辽宁大连·二模）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．查德威克用粒子轰击获得反冲核，发现了中子 C．普朗克发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型 【变式训练1·变考法】（2026·河北邯郸·一模）我国某科研团队首次合成了新核素镤210并成功测量了该核素的衰变能量和半衰期。已知镤210的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．粒子的穿透能力比粒子的穿透能力强 B．发生衰变可以释放能量 C．的比结合能大于的比结合能 D．若外界环境变化，则的半衰期也会发生变化 【变式训练2·变考法】（24-25高二下·吉林长春）下列关于近代物理的说法正确的是（　　） A．贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构 B．原子核发生衰变时，产生的射线本质是高速电子流，因核内没有电子，所以射线是核外电子逸出原子形成的 C．强子是参与强相互作用的粒子，因而质子、中子和电子都属于强子 D．结合能越大的原子核越牢固 考向2 原子核的衰变 例2 （2026·辽宁鞍山·模拟预测）钚元素是高度放射性物质，可用于制作同位素电池，广泛应用于宇宙飞船、人造卫星的能源供给。已知的半衰期约为88年，发生衰变的方程为，下列说法正确的是（    ） A．环境温度升高，的半衰期可能会变为100年 B．20个原子核经过88年后还剩10个 C．X是α粒子 D．X具有较强的穿透能力，可以穿透几厘米厚的铅板 【变式训练1·变考法】（2026·辽宁营口·模拟预测）2026年2月11日，南京理工大学物理学院研究者发表了有关双α衰变的研究成果。研究指出，Xe发生双α衰变后生成Sn，已知Xe、Sn 和α粒子的比结合能分别为E1、E2、E3，下列说法正确的是（　　） A．该双α衰变的方程为Xe →Sn+He B．Xe的比结合能大于Sn的比结合能 C．1个Xe 发生双α衰变释放的核能为100E2十8E3-108E1 D．环境温度越高Xe发生双α衰变的半衰期越短 【变式训练2·变载体】（25-26高二下·辽宁大连）2025年5月，我国“天问三号”在火星表面完成采样任务升空返回，其火星表面上升器中搭载了钚-核电池，利用衰变释放的能量在极寒的火星夜为设备供热供电。已知钚的衰变方程为 。则（     ） A．X为氦核，该衰变属于衰变 B．衰变前钚238的质量大于衰变后铀234与X的质量之和 C．火星夜的极寒环境会显著延长钚238的半衰期 D．的比结合能大于的比结合能 考点三 核反应及核能的计算 知识点1 核反应及核能 知●识●解●构 一、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 核子结合为原子核时 释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能。 3.比结合能 （1）定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。 （2）特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 4.对比结合能的理解 （1）比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 （2）中等质量原子核的比结合能最大，平均每个核子的质量最小。 （3）当重核分裂成中等核，或轻核结合成中等核时，核子的比结合能都增加，发生质量亏损并释放出核能。 5.质能亏损 凡是释放核能的核反应，反应后各原子核（新生核）及微观粒子的质量（即静止质量）之和 变小，两者的差值就叫质量亏损。 6.质能方程 （1）爱因斯坦得出物体的能量与它的质量的关系：E＝mc2。 （2）核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应减少的能量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。 7.对质能方程的理解 (1)E＝mc2的含义：物体的总能量和它的质量成正比关系。 （2）ΔE＝Δmc2的含义：释放的核能与质量亏损成正比关系，但不是转化关系。 （3）对质量亏损的理解：“质量亏损”但质量数守恒，原因是每个核子的质量减小了。“质量亏损”并不是质量消失，而是由静止的质量变成运动的质量。 二、裂变反应和聚变反应 1.重核裂变 （1）定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 （2）典型的裂变反应方程： U+n―→Kr+Ba+3n. （3）链式反应：重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 （4）临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。 （5）裂变的应用：原子弹、核反应堆。 （6）反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 2.轻核聚变 （1）定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 （2）典型的聚变反应方程： H+H―→He+n+17.6 MeV. 3.几种常见的核反应分类及比较 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 比较容易进行人工控制 U+n→Ba+Kr+3n U+n→Xe+Sr+10n 轻核聚变 很难控制 H+H→He+n 4.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。 三、计算核能的方法 （1）根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中质量亏损的千克数乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2。 （2）根据1原子质量单位（u）相当于931.5 MeV的能量，得ΔE＝质量亏损的原子质量单位数×931.5 MeV。 （3）根据平均结合能来计算 原子核的结合能＝平均结合能×核子数。 （4）有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时应注意动量、动能关系式p2＝2mEk的应用。 考●向●破●译 考向1 结合能、比结合能 例1 （2026·辽宁沈阳·模拟预测）核聚变反应通常涉及轻核（如氘、氚）结合成较重核（如氦）的过程，释放巨大能量。已知氘核和氚核聚变生成氦核并放出一个粒子，反应方程为：。关于上述核反应及核能知识，下列说法正确的是（　　） A．粒子X是质子，该反应属于原子核的人工转变 B．氦核的比结合能大于氘核和氚核的比结合能 C．反应前后原子核的总质量守恒，但总能量不守恒 D．“1亿摄氏度”高温，使得每一个原子核都获得足够的动能，以克服库仑斥力从而发生聚变 【变式训练1·变考法】（2026·辽宁沈阳·三模）随着科学日益进步，人们对原子及原子核的认识越来越深刻，下列说法正确的是（　　） A．天然放射性现象的发现表明了原子内部是有复杂结构的 B．分别用紫外线和红外线照射同一金属表面，如果紫外线使金属能发生光电效应，则用红外线照射该金属一定能发生光电效应 C．一个氢原子处于量子数n＝4的激发态，如果这个氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光，则最多可以辐射六种不同频率的光 D．比结合能越大的原子核越稳定 【变式训练2·变考法】（2026·内蒙古乌兰察布·二模）2025年底我国的可控核聚变取得了重大突破，主要的反应物是、，在高温条件下生成同时释放一个X粒子。已知、、以及X粒子的质量分别为、、、，、、的比结合能分别为、、，真空中光速为c。下列说法正确的是（　　） A．X粒子是电子 B． C．该反应释放的核能为 D．该反应释放的核能为 考向2 核反应 例2（2026·辽宁·模拟预测）一个α粒子融合到一个核中，核反应方程为，其中和的比结合能分别为、，则下列说法正确的是（　　） A．X的质子数为20 B．X的结合能为 C．X的中子数为9 D．比更稳定 【变式训练1·变考法】（25-26高三下·辽宁抚顺）镅-241（）是一种放射性元素，能放射出射线，常用于烟雾探测器。在核科学研究中，镅-241（）的裂变反应有重要应用，其中一种反应方程为。下列说法正确的是（    ） A．元素的半衰期和温度有关 B．的中子数为55 C．的裂变反应中，反应物的结合能总和大于生成物的结合能总和 D．反应物与的质量总和等于生成物、、的质量总和 【变式训练2·变考法】（2026·云南昆明·模拟预测）2026年1月，中国EAST装置证实“托卡马克密度自由区”存在，为高密度运行提供新依据。“人造太阳”内部发生的一种核反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，的比结合能为，光在真空中的传播速度为，半衰期为12.46年。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程中X为 B．的结合能为17.6MeV C．核反应中的质量亏损可表示为 D．现有100个氚原子核，经过12.46年后剩下50个氚原子核 考向3 核能 例3 （多选）（24-25高二下·辽宁葫芦岛）静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，质子和中子的质量分别为mp和mn，衰变后α粒子在磁场中运动的半径为R。原子核X衰变时释放的核能全部转化为生成核的动能，则（　　） A．衰变方程可表示为 B．核Y的结合能为 C．核Y在磁场中运动的半径为 D．核Y的动能为 ▶新情境◀【变式训练1·变考法】（多选）（24-25高二下·辽宁）火灾报警器的辐射源常使用化合物二氧化镅。已知一个镅核衰变后转变为一个电荷数为93的镎核并释放能量，镅核、镎核和氦核的质量分别为、和，单质镅的半衰期为432.2年，真空中的光速为c。下列说法正确的是（　　） A．镅核衰变为镎核的衰变方程为 B．镅核中子数比镎核中子数多4个 C．一个镅核发生衰变过程中释放的能量为 D．500个镅核864.4年后一定还剩125个 ▶新情境◀【变式训练2·变考法】（多选）（24-25高二下·辽宁）2025年1月，我国“人造太阳”EAST装置首次实现1亿摄氏度高温下高约束模等离子体运行长达1066秒（约17.8分钟），创下世界纪录，标志着我国在稳态高参数等离子体运行领域处于全球领先地位。该装置中的聚变反应为：能量。已知氘核、氚核、氦核的结合能分别为中子的结合能为0，则下列说法正确的是（　　） A．氦核的比结合能比氘核大 B．反应后氦核和中子的结合能总和等于反应前氘核和氚核的结合能总和 C．该聚变反应释放的能量为 D．氦核的核子平均质量比氘核小 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（多选）（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）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 2．（多选）（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 3．（多选）（2025·福建·高考真题）2025年，我国“人造太阳”实现了等离子体原子核温度超1亿度的突破。在1亿度的高温条件下“人造太阳”内可发生如下核反应：→+17.5MeV，若动量大小相等，方向相反的氘核与氚核正碰后发生核反应，反应产生的与的总动能近似等于核反应释放的全部能量，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变反应 C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV 1 / 34 学科网（北京）股份有限公司 $