第69讲 原子结构和原子核（专项训练）（黑吉辽蒙专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

**基本信息** 聚焦原子结构与原子核系统知识，以题型为载体构建从微观模型到核反应规律的逻辑链条，强化物理观念与科学推理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础题型|7类共35题|选择/多选为主，覆盖卢瑟福模型、能级跃迁等核心概念|从原子结构（核式模型）到核反应（衰变、裂变聚变），形成微观结构→变化规律→能量计算的递进逻辑| |重难创新|5题|综合计算题，结合“人造太阳”等实际情境|通过质量亏损、结合能计算深化能量观念，体现科学探究与社会责任| |真题实战|5题|高考真题，聚焦半衰期、核能等高频考点|关联最新科技成果，强化模型建构与科学论证能力|

第69讲 原子结构和原子核 目 录 模拟·基础演练 1 题型01 卢瑟福核式结构模型 1 题型02 氢原子能级及原子跃迁 4 题型03 原子核的衰变（三大射线） 8 题型04 半衰期 10 题型05 裂变、聚变、核反应类型及核反应方程 13 题型06 对结合能和比结合能的理解 16 题型07 核能的计算 18 重难·创新演练 21 真题·实战演练 24 模拟·基础演练 考查重点：原子核的衰变、半衰期、核反应方程…… ⏳题型01 卢瑟福核式结构模型 1．（2026·黑龙江哈尔滨·模拟预测）下列说法正确的是（　　） A．甲图为天安门广场阅兵上亮相的激光武器，激光作为电磁波，传播需要介质 B．卢瑟福通过乙图中的实验提出了原子的核式结构 C．丙图显示了、、三种射线从粒子源射入匀强磁场后的运动轨迹，其中③轨迹代表射线 D．丁图中，把核子分开需要能量是为了克服核子间的万有引力 【答案】B 【详解】A．激光是一种电磁波，传播时不需要介质，故A错误； B．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故B正确； C．粒子带正电，粒子带负电，不带电，根据左手定则可知，②轨迹代表射线，③轨迹代表射线，①轨迹代表射线，故C错误； D．把核子分开需要克服核子之间的核力作用，故D错误。 故选B。 2．（24-25高二下·黑龙江齐齐哈尔）下列关于热学和原子物理的四幅插图的说法正确的是（　　） A．甲图为使用光学显微镜观察用水稀释后的墨汁，炭粒在水中的运动属于分子热运动 B．乙图中右管材料的防水效果更好 C．丙图为粒子散射实验的现象，其中J运动轨迹所占的比例最大 D．丁图中绝热容器内的气体是理想气体，抽掉隔板后，容器内气体温度降低 【答案】B 【详解】A．甲图为使用光学显微镜观察用水稀释后的墨汁，炭粒在水中的运动属于布朗运动，该现象反映了水分子在永不停息地做无规则热运动，A错误； B．乙图中右管材料与水之间为不浸润，所以右管的防水效果更好，B正确； C．丙图为粒子散射实验，实验现象中只有极少量的粒子发生较大角度的偏转，所以J运动轨迹所占的比例是最小的，C错误； D．丁图的绝热容器中，抽掉隔板，气体向真空自由膨胀并不对外做功，根据热力学第一定律可知，气体的内能不变，所以容器内气体的温度不变，D错误。 故选B。 3．（24-25高二下·黑龙江哈尔滨）关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　） A．天然放射现象表明原子具有核式结构 B．三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小 C．β射线是原子核外的电子形成的电子流 D．增大压强可以改变原子核衰变的半衰期 【答案】B 【详解】A．天然放射现象反映的是原子核内部有复杂的结构，而原子的核式结构是由卢瑟福的α粒子散射实验提出的，故A错误； B．γ射线是光子流，不带电，穿透能力最强，电离作用最弱，故B正确； C．β射线是原子核内中子转化为质子时释放的电子，并非核外电子，故C错误； D．半衰期由原子核自身性质决定，与压强、温度等外界条件无关，故D错误。 故选B。 4．（多选）（2026·河北衡水·模拟预测）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 。 5．（多选）（25-26高二下·吉林长春）下列关于热学和原子物理的四幅图片的说法正确的是（　　） A．图甲描绘了一颗悬浮微粒受到周围液体分子撞击的情景，温度一定时，微粒越小，其布朗运动越明显 B．图乙中制作防水衣时用右细管材料的防水效果更好 C．图丙为α粒子的散射实验现象，其中运动轨迹为J的粒子所占的比例是最大的 D．图丁的绝热容器中，抽掉隔板，容器内气体温度降低 【答案】AB 【详解】A．布朗运动是液体分子无规则运动对悬浮微粒的撞击不平衡产生的，温度一定时，悬浮微粒越小，撞击的不平衡性越显著，布朗运动越明显，故A正确； B．液面上升说明液体对管壁是浸润现象，液面下降是不浸润现象，不浸润材料防水效果更好，防水衣需要使用不浸润材料，由图可知右管材料为不浸润，故B正确； C．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度超过90°，大角度偏转的J轨迹粒子占比极小，沿原方向前进的I轨迹占比最大，故C错误； D．抽掉隔板后，气体向真空自由膨胀，是绝热过程，故Q=0，气体对外不做功，故W=0，根据热力学第一定律ΔU=W+Q=0 故理想气体的内能不变，则理想气体温度不变，故D错误。 故选AB。 ⏳题型02 氢原子能级及原子跃迁 6．（25-26高二下·黑龙江）金属锂作为一种典型的碱金属，其逸出功较低，是光电效应实验中常用的材料。氢原子的部分能级示意图如图所示，已知金属锂的逸出功为，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，下列说法正确的是（　　） A．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时总共能产生4种不同频率的光子 B．只有3种频率的光子可以使金属锂发生光电效应 C．从能级跃迁到能级产生的光子使金属锂产生光电子的最大初动能为 D．从能级跃迁到能级产生的光子动量小于从能级跃迁到能级产生的光子动量 【答案】B 【详解】A．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时总共能产生种不同频率的光子，A错误； B．从4→1，3→1，2→1跃迁辐射出的光子能量大于锂的逸出功，即只有3种频率的光子可以使金属锂发生光电效应，B正确； C．从能级跃迁到能级产生的光子能量为 则使金属锂产生光电子的最大初动能为，C错误； D．从能级跃迁到能级产生的光子能量大于从能级跃迁到能级产生的光子能量，根据，可知从能级跃迁到能级产生的光子动量大于从能级跃迁到能级产生的光子动量，D错误。 故选B。 7．（25-26高三上·黑龙江哈尔滨）图甲是研究光电效应的电路图，光电管阴极K为钙金属，逸出功为，图乙是氢原子的能级图。若用大量处于能级的氢原子发出的光照射阴极K，下列跃迁过程发出的光不能使K发生光电效应现象的是（　　） A．从跃迁到 B．从跃迁到 C．从跃迁到 D．从跃迁到 【答案】B 【详解】A．由可知，从能级跃迁到能级发出的光子的能量为12.75eV，大于金属钙的逸出功，能使金属钙发生光电效应，A不符合题意； B．由可知，从能级跃迁到能级发出的光子的能量为0.66eV，小于金属钙的逸出功，不能使金属钙发生光电效应，B符合题意； C．同理可知，从能级跃迁到能级发出的光子的能量为12.09eV，大于金属钙的逸出功，能使金属钙发生光电效应，C不符合题意； D．同理可知，从能级跃迁到能级发出的光子的能量为10.20eV，大于金属钙的逸出功，能使金属钙发生光电效应，D不符合题意。 故选B。 8．（24-25高二下·黑龙江齐齐哈尔）如图所示，甲为研究光电效应的实验装置，乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，丙图为氢原子的能级图，下面表格给出了几种金属的逸出功和极限频率。下列说法正确的是（　　） 几种金属的逸出功和极限频率 金属 钠 2.29 5.33 钾 2.25 5.44 铷 2.13 5.15 A．若b光为黄光，c光可能是红光 B．图甲所示的光电效应实验装置所加的是反向电压，并由此可测得、 C．若用能使表格中金属发生光电效应的光直接照射处于激发态的氢原子，可以使该氢原子电离 D．若b光光子能量为0.66eV，照射某一个处于激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光 【答案】C 【详解】A．由乙图可知，b光的反向遏止电压小于c光，所以b光的频率小于c光，若b光为黄光则c光不可能是红光，A错误； B．图甲所示的光电管两端所加的是正向电压，所以无法求出反向遏止电压，B错误； C．若使表格中的至少一个金属发生光电效应，则光子的能量至少为2.13eV，用该光直接照射处于激发态的氢原子，则有 所以可以使该氢原子电离，C正确； D．若b光的光子能量为0.66eV，照射某一个处于激发态的氢原子，该氢原子能跃迁到能级，再逐级跃迁至基态，最多可以产生3种不同频率的光，D错误。 故选C。 9．（多选）（2027·重庆·模拟预测）大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。如图所示是氢原子能级图，现用一束单色光照射大量处于基态的氢原子，能辐射出3种不同频率的光。已知光速，普朗克常量，元电荷的电荷量，则（     ） A．该单色光对应的光子能量为 B．如果用的光子去照射处于基态的氢原子，可以使其跃迁 C．如果用的光子去照射处于基态的氢原子，可以使其电离 D．如果用的高速电子轰击处于基态的氢原子，可以使其跃迁 【答案】CD 【详解】A．根据题意有 解得 可知氢原子被激发到了n=3能级，因此该单色光对应的光子能量为，故A错误； B．氢原子跃迁时，只能吸收能量等于两个能级差的光子。基态到n=2能级的能量差为 10.2eV，基态到n=3能级的能量差为12.09eV，11eV不等于任何能级差，因此不能被吸收，故B错误； C．基态氢原子的电离能为13.6eV，当光子能量大于等于电离能时，可使氢原子电离。14eV大于13.6eV，因此可以使其电离，故C正确； D．电子轰击属于实物粒子碰撞，只要电子能量大于等于能级差，就可以部分转移能量使氢原子跃迁。基态到n=2能级的能量差为10.2eV，11eV大于10.2eV，因此可以使氢原子跃迁到n=2能级，故D正确。 故选CD。 10．（多选）（25-26高二下·广东广州）氢原子能级如图甲所示，一群处于高能级的氢原子，向低能级跃迁时发出多种可见光，分别用这些可见光照射图乙电路的阴极K，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光波长范围约为1.64 eV到3.11 eV之间，a光的光子能量为2.86 eV。则（     ） A．氢原子从n=4能级向低能级跃迁时能辐射出2种频率的可见光 B．当滑片P向a端移动时，光电流I将增大 C．图丙中a光照射得到的饱和光电流最弱，所以a光光子动量最小 D．b光是氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁发出的光 【答案】AD 【详解】A．可见光的光子能量范围约为1.64eV到3.11eV之间。氢原子从能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的光，只有2种可见光，分别为从能级向能级跃迁和从能级向能级跃迁，故A正确； B．当滑片P向a端移动时，施加反向电压，光电流I将减小，故B错误； C．根据 可知频率越大，遏止电压越大，故a光的频率最大，根据 可知频率越大，波长越短，故a光的波长最短，根据 可知a光光子动量最大，故C错误； D．由题意可知，a光的光子能量为2.86 eV，所以a光为从能级向能级跃迁发出的光；根据 可知，b光的光子能量小于a光的光子能量，大于c光的光子能量，所以b光为从能级向能级跃迁发出的光，c光为从能级向能级跃迁发出的光，故D正确。 故选AD。 ⏳题型03 原子核的衰变（三大射线） 11．（25-26高二下·黑龙江）1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用放射源进行了实验验证，次年李、杨两人为此获得了诺贝尔物理学奖。已知的半衰期约为5.26年，其衰变方程是，其中是反中微子，它的电荷量为0，质量可忽略。下列说法正确的是（　　） A．升高温度或增大压强可使的半衰期改变 B．是来自原子核外的电子 C．的结合能大于的结合能 D．20个原子核经过10.52年一定有15个发生了衰变 【答案】C 【详解】A．半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度、压强等环境因素无关，A错误； B．根据质量数、电荷数守恒，X的质量数为0、电荷数为-1，是电子；β衰变的电子来源于原子核内中子转化为质子时的释放，不是原子核外的电子，B错误； C．该衰变过程释放能量，生成的比更稳定；二者核子数相同，原子核越稳定总结合能越大，因此的结合能大于的结合能，C正确； D．半衰期是针对大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核不适用，20个原子核经过10.52年的衰变数目是不确定的，D错误。 故选C。 12．（2026·黑龙江哈尔滨·二模）关于原子物理，下列说法正确的是（　　） A．天然放射现象的发现，证明了原子具有复杂结构 B．一种放射性元素不管它是以单质还是化合物的形式存在，其半衰期都不变 C．射线在电场和磁场中都会发生偏转 D．太阳辐射的能量主要来源于重核裂变 【答案】B 【详解】A．天然放射现象的发现，证明了原子核具有复杂结构，而首先证明原子有复杂结构的是电子的发现，故A错误； B．一种放射性元素不管它是以单质还是化合物的形式存在，其半衰期都不变，故B正确； C．射线本质是电磁波，在电场和磁场中都不会发生偏转，故C错误； D．太阳辐射的能量主要来源于轻核聚变，故D错误。 故选B。 13．（2026·黑龙江哈尔滨·三模）下列说法正确的是（     ） A．原子核衰变时产生的射线是高速电子流 B．10个铀核经过一个半衰期还剩5个铀核未衰变 C．一个氢原子从能级向低能级跃迁，最多可以产生3种不同频率的光 D．氢原子可以吸收任意能量的光子从低能级向高能级跃迁 【答案】C 【详解】A．原子核衰变产生的射线是高速氦核流，射线才是高速电子流，故A错误； B．半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，仅对大量原子核有意义，无法预测少量原子核的衰变情况，故B错误； C．一个氢原子从能级向低能级跃迁，最多可产生3种不同频率的光，故C正确； D．氢原子从低能级向高能级跃迁时，只能吸收能量恰好等于两个能级能量差的光子，不能吸收任意能量的光子，故D错误。 故选C。 14．（2026·广东汕头·模拟预测）对于质量为m0的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。下列关于衰变说法正确的是（　　） A．从图中可以得到的半衰期为124.9d B．从图中可以得到的半衰期为115.1d C．发生衰变生成 和电子 D．当压强变大，温度变高，的半衰期会变大 【答案】B 【详解】AB．设为半衰期。根据放射性衰变的剩余质量公式 变形得 由图像可知当时， 当时， 剩余质量从变为，恰好衰减为原来的一半，因此半衰期 ，故A错误，B正确； C． β衰变的本质是原子核内中子转化为质子和电子，释放出电子，衰变后新核的电荷数加1，质量数不变。原核电荷数为50，β衰变后新核电荷数应为51，不是49，故C错误； D．半衰期由原子核本身的内部性质决定，与外界压强、温度等环境条件无关，故D错误； 故选B。 15．（2027·重庆·模拟预测）世界上首个第四代核能技术的钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电，该反应堆以放射性较低的为核燃料。已知的半衰期为24天，则（     ） A．的半衰期随温度升高而变短 B．在发生衰变过程中放出的粒子带负电 C．经过6次衰变和4次衰变后变成 D．质量为的经过24天后还剩，再过24天全部衰变为其他元素 【答案】C 【详解】A．放射性元素的半衰期由原子核内部结构决定，与温度、压强等外界环境无关，故A错误； B．粒子是氦原子核（），带正电，故B错误； C．衰变一次质量数减少4、电荷数减少2，衰变一次质量数不变、电荷数增加1：质量数守恒 解得衰变次数 电荷数守恒 解得衰变次数，故C正确； D．每经过一个半衰期，剩余未衰变的原子核质量为原来的。8g的经过2个半衰期（48天）后，剩余质量为，不会全部衰变，故D错误。 故选C。 ⏳题型04 半衰期 16．（25-26高二下·江苏南通）2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，He的比结合能为，光在真空中的传播速度为，则（　　） A．核反应方程中为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10000个氚原子核，经过12.46年后剩下5000个氚原子核 【答案】B 【详解】A．核反应方程 根据核反应电荷数、质量数守恒，反应前总电荷数为，总质量数为；反应后电荷数为2、质量数为4，因此的电荷数为、质量数为，即为中子，不是电子，故A错误； B．比结合能是指每个核子的平均结合能，核反应释放的能量等于反应后总结合能减去反应前总结合能，因此 质能方程 联立解得质量亏损，故B正确； C．原子核都带正电，相互接近时的主要排斥力是库仑力，而非万有引力。核聚变需要极高温度使原子核具有足够大的动能，以克服库仑排斥势垒接近到核力作用范围，从而发生聚变。而万有引力在原子核尺度上比电磁力弱几十个数量级，完全可以忽略，故C错误； D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对确定数量的原子核，衰变后剩余数量为统计期望值，不是精确值，不能确定剩余量恰好为5000个，故D错误。 故选B。 17．（2025·河北保定·一模）“玉兔二号”月球车上装配有放射性同位素电池，能将²³⁸Pu衰变释放的部分核能转化成电能。的半衰期是87.7年，发生衰变的核反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．衰变方程中的X为 B．100 个经过87.7年剩余50个 C．Pu比U的结合能大 D．由X组成的射线的穿透能力比γ射线强 【答案】C 【详解】A．根据核反应质量数和电荷数守恒，X的质量数为，电荷数为，即X为（α粒子），不是，故A错误； B．半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，不适用于少量原子核，100个经过一个半衰期后剩余数量不确定，故B错误； C．原子核的结合能指将原子核分解为核子时所需的能量，核子数越多，通常总结合能越大。的核子数大于，故其结合能更大，故C正确； D．X为α粒子，α射线的穿透能力远弱于γ射线，故D错误。 故选C。 18．（多选）（2026·黑龙江齐齐哈尔·一模）是碳的一种放射性同位素，其半衰期为5730年，衰变后产生新核。通过测量样本中剩余的含量推算其死亡年代。下列判断正确的是（    ） A．的衰变过程中电荷数守恒，质量也守恒 B．衰变的核反应类型为衰变 C．100个原子核经过5730年，还剩下50个未发生衰变 D．高温高压的环境，不会影响的衰变速度 【答案】BD 【详解】A．核衰变过程中电荷数、质量数守恒，但反应存在质量亏损，会以能量形式释放，因此质量不守恒，A错误； B．该衰变反应方程式，质量数不变，电荷数增加1，释放出电子，属于β衰变，B正确； C．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，仅对宏观大量样本有意义，对少量原子核的衰变行为无法准确预测，C错误； D．半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度、压强、化学状态等外部因素无关，因此高温高压不影响衰变速度，D正确。 故选BD。 19．（多选）（24-25高二下·黑龙江哈尔滨）发生放射性衰变转变为，半衰期约为5700年。已知植物存活期间，其体内与的比例不变；生命活动结束后，持续减少，无法补充。已知某古木样品中与的比例正好是现代存活植物中该比例的一半。下列说法正确的是（　　） A．该古木的年代距今约为5700年 B．与具有相同的中子数 C．衰变为的过程中放出β射线 D．升高样品测量环境的温度可以加速的衰变 【答案】AC 【详解】A．由于样品中与的比例正好是现代存活植物中该比例的一半，表明衰变时间经过一个半衰期，即古木的年代距今约为5700年，故A正确； B．与是同位素，具有相同的质子数，不同的中子数，故B错误； C．衰变为的过程中质量数不变，质子数增加一个，则生成的粒子质量数为0，电荷数为-1，即粒子为电子，可知，衰变为的过程中放出β射线，故C正确； D．半衰期与元素的化学性质和物理性质无关，可知，升高样品测量环境的温度不能够加速的衰变，故D错误。 故选AC。 20．（多选）（24-25高三上·黑龙江哈尔滨）医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的。对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其图线如图所示。下列说法正确的是（　　） A．100个113In原子核在经过一个半衰期后，可能还剩75个 B．即使温度升高113Sn原子运动变剧烈，其半衰期也不变 C．113Sn原子与O2反应后生成的氧化物将不再具有放射性 D．从图中可以得到113Sn的半衰期为115.1d 【答案】ABD 【详解】A．半衰期是大量原子核的统计规律，对少数原子核不适用，100个113In原子核在经过一个半衰期后，可能还剩75个，故A正确； B．原子核半衰期与物理环境、化学环境无关，故B正确； C．原子与反应后生成的氧化物中核仍有放射线，故C错误； D．由图可知，从 到 恰好衰变了一半，可知半衰期为 的半衰期为115.1d，故D正确。 故选ABD。 ⏳题型05 裂变、聚变、核反应类型及核反应方程 21．（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，经过后，100 g的放射性元素还剩下50 g未发生衰变 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.甲图粒子散射实验，卢瑟福据此提出原子核式结构模型，并未发现质子，质子由卢瑟福通过人工核反应发现，故A错误； B.乙图中为半衰期，经过一个半衰期，放射性元素剩余质量为原来一半，剩余未衰变，故B正确； C.丙图康普顿效应证明光子具有粒子性，而非波动性，故C错误； D.丁图链式反应正确，但铀核裂变需要中子轰击，核反应方程左边需加，原式书写错误，故D错误。 故选B。 22．（25-26高二下·辽宁大连）太阳内部时时刻刻都在发生着核反应，其中一种核反应为，已知氘核（）的质量为，质子的质量为，X的质量为，真空中光速为。关于该核反应，下列说法正确的是（　　） A．该反应类型为β衰变 B．粒子X是中子 C．反应中的质量亏损 D．该反应释放的核能 【答案】D 【详解】A．该反应是两个质子结合为氘核的过程，属于轻核聚变；β衰变是原子核自发释放β粒子的衰变反应，和该反应类型不符，故A错误； B．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒可知，反应前总电荷数为，总质量数为；氘核电荷数为1、质量数为2，因此X的电荷数为，质量数为，可知X为正电子，不是中子，故B错误； C．质量亏损为反应前总质量减去反应后总质量，反应前有2个质子，因此，故C错误； D．根据爱因斯坦质能方程，释放的核能，故D正确。 故选D。 23．（多选）（24-25高二下·黑龙江哈尔滨）随着人类对太空的不断探索，在外太空中发现大量具有放射性的，衰变时的核反应方程为或下列说法正确的是（　　） A．X为，Y为 B．比多两个中子 C．的比结合能大于的比结合能 D．的比结合能小于的比结合能 【答案】BC 【详解】A．根据质量数和核电荷数守恒可知，X为，Y为，A错误； B．的中子数为36，的中子数为34，故比多两个中子，B正确； CD．比结合能越大，原子核越稳定，越不易衰变，C正确，D错误。 故选BC。 24．（多选）（25-26高三上·内蒙古包头）铀（U）238本身不容易发生衰变，它通常需要先吸收中子然后经过衰变转化为钚，而钚是一种可衰变的元素。铀238转化为钚的过程：,，，下列说法正确的是（　　） A． B． C．衰变过程中释放的电子，是由原子核内质子转化为中子和电子而来的 D．衰变过程中释放的电子，是由原子核外电子跃迁而来的 【答案】AB 【详解】AB．对于第三个衰变反应，根据质量数守恒 可知 由电荷数守恒 可得，故AB正确； C．衰变过程中释放的电子（β衰变）是由原子核内中子转化为质子时释放的，并非由质子转化为中子和电子而来，故C错误； D．衰变电子来自原子核内部，与核外电子跃迁无关，故D错误。 故选AB。 25．（多选）（24-25高三上·辽宁）核聚变发电有望提供人类需要的丰富清洁能源，氢核聚变可以简化为如下过程，4个氢核聚变生成氦核，并放出2个和2个中微子，同时伴随着光子的产生，光子照射到逸出功为的金属上，逸出光电子的最大初动能为。其中中微子的性质十分特别，在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的反应，产生中子和正电子，间接地证实了中微子的存在。已知光电子的质量为，光速为，普朗克常量为。下列说法正确的是（　　） A．中微子的质量数为0，电荷数为1 B．X为正电子 C．光子的波长为 D．光电子的德布罗意波波长为 【答案】BC 【详解】A．中微子与水中的反应，产生中子和正电子，由核反应过程的质量数守恒和电荷数守恒，可知中微子的质量数为0，电荷数为0，故A错误； B．4个氢核（）聚变生成氦核，并放出2个X和2个中微子，核反应方程为 由核反应过程的质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为0，电荷数为1，则X为正电子，故B正确； C．光子照射到逸出功为的金属上，逸出光电子的最大初动能为，由光电效应方程得 解得光子的波长为，故C正确； D．因为动量为 所以光电子的德布罗意波波长为，故D错误； 故选BC。 ⏳题型06 对结合能和比结合能的理解　 26．（2026·辽宁锦州·一模）吴健雄通过的β衰变实验，证实了李政道和杨振宁提出的弱相互作用中宇称不守恒。其衰变方程为：，是反中微子，关于该衰变，下列说法正确的是（     ） A．反中微子带负电 B．释放的电子来自原子核内部 C．的比结合能大于的比结合能 D．衰变过程质量守恒，总质量不变 【答案】B 【详解】A．根据衰变前后电荷数守恒，反应前总电荷数为27，反应后电荷数为28，电子电荷数为-1，可得反中微子电荷数为0，不带电，A错误； B．衰变的本质是原子核内部的中子转化为质子和电子，释放的电子来自原子核内部，B正确； C．该衰变释放能量，说明生成物的原子核更稳定，原子核越稳定比结合能越大，因此的比结合能小于的比结合能，C错误； D．衰变过程释放能量，根据质能方程可知存在质量亏损，总质量减小，仅质量数守恒，D错误。 故选B。 27．（2026·辽宁朝阳·二模）2025年7月，我国科研人员在原子核的奇特衰变研究领域取得新进展，首次在实验上观测到新核素的自发衰变，衰变的核心方程为：。下列说法正确的是（　　） A．该反应为衰变 B．增大压强可以加速的衰变 C．一次衰变释放的能量等于的结合能与的结合能的差 D．与的质量差等于衰变的质量亏损 【答案】C 【详解】A．α衰变是原子核放出（α粒子）的衰变，根据质量数、电荷数守恒可算出X为（质子），该反应释放的是质子不是α粒子，故A错误； B．原子核的衰变速率由半衰期决定，半衰期是原子核的固有属性，与外界压强、温度等外部条件无关，增大压强无法加速衰变，故B错误； C．衰变释放的能量等于反应后所有产物的总结合能减去反应前原子核的结合能。反应后产物为和3个自由质子，自由质子的结合能为0，总结合能等于的结合能，因此一次衰变释放的能量等于的结合能与的结合能的差，故C正确； D．衰变的质量亏损为反应前总质量与反应后所有粒子总质量的差值，即 不是与的质量差，故D错误。 故选C。 28．（多选）（25-26高二下·辽宁大连）核物理是研究原子核的结构和变化规律的物理学分支，下列关于核物理知识的说法正确的是（     ） A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应 B．核反应方程式属于衰变 C．核反应时产生的射线的本质是高速电子流 D．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 【答案】AD 【详解】A．太阳辐射的能量主要来自内部氢核聚变为氦核的轻核聚变反应，故A正确； B．衰变的本质是重核自发释放粒子（），生成新核的衰变过程，反应物仅为单个原子核，题给反应是两个轻核结合为质量更大的核，属于核聚变，不属于衰变，故B错误； C．射线的本质是高频电磁波（光子流），高速电子流是射线的本质，故C错误； D．根据结合能的定义，原子核的结合能等于将其完全分解为自由核子所需的最小能量，故D正确。 故选AD。 29．（多选）（2026·辽宁沈阳·三模）钚（）衰变为铀（），半衰期约为88年，能产生持久稳定的热能，是目前用于核武器与快堆燃料最主流、最硬核的高科技应用。的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．衰变方程中的为粒子 B．的比结合能比的比结合能小 C．一定质量的经过176年约有发生了衰变 D．发生衰变时质量亏损，所以质量数不守恒 【答案】ABC 【详解】A．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为粒子（），故A正确； B．该衰变释放能量，说明生成物原子核更稳定，而比结合能越大原子核越稳定；且重核区质量数越小比结合能越大，因此的比结合能比小，故B正确； C．176年为2个半衰期，剩余未衰变的钚质量为，因此约有的钚发生衰变，故C正确； D．核反应前后质量数（核子总数）一定守恒，质量亏损是指原子核静止质量减少，不影响质量数守恒，故D错误。 故选ABC。 30．（多选）（24-25高三上·宁夏银川）如图所示是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如的核子平均结合能约为，的核子平均结合能约为，根据该图像判断下列说法正确的是（　　） A．是铀235核裂变的核反应方程式 B．由图可知两个核结合成核会释放出能量 C．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约能量 D．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约能量 【答案】BD 【详解】A．铀235核裂变的核反应方程式应为，故A错误； B．由图可知核的平均结合能大于核的平均结合能，所以两个核结合成核会释放出能量，故B正确； CD．把分成8个质子和8个中子需要的能量为 把分成4个需要的能量为 所以，把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供的能量约为 故C错误，D正确。 故选BD。 ⏳题型07 核能的计算 31．（多选）（25-26高三上·辽宁）中国环流二号“人造太阳”装置中的核反应方程为，已知、、X的比结合能分别为、、，下列说法正确的是（　　） A．该核反应为链式反应，是目前核电站的主要核反应 B．X为 C．、、中最大 D．该核反应释放的能量为 【答案】BD 【详解】A．目前核电站的主要核反应是重核裂变（如铀-235的裂变），而该反应是轻核聚变（氘和氚聚变成其他核），不是链式反应（链式反应是重核裂变的特点，一个重核裂变产生的中子引发其他重核持续裂变），故A错误； B．根据核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为，故B正确； C．比结合能反映原子核的稳定程度，原子核越稳定，比结合能越大。轻核（如氘、氚）的比结合能较小，中等质量的核（如）比结合能较大，故C错误； D．核能的释放量等于反应后原子核的总结合能减去反应前原子核的总结合能，所以释放的能量为，故D正确。 故选BD。 32．（多选）（25-26高二下·河北衡水）2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，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c，下列说法正确的是（     ） A．核反应方程中X为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10g氚原子核，经过12.46年后剩下5g氚原子核 【答案】BD 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知X为，故A错误； B．对该核反应，由质能方程可得 解得，故B正确； C．原子核带正电，核聚变需要高温是为了让原子核获得足够动能克服原子核间的库仑斥力，万有引力作用极弱，故C错误； D．剩下氚原子核质量为，故D正确。 故选BD。 33．（多选）（25-26高二下·全国）某行星内部含有氦核，在一定条件下氦核经过核反应会生成碳核。已知1个质子的质量为，1个中子的质量为，1个氦核的质量为、1个碳核的质量为，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．转变为的核反应方程为 B．转变为的核反应中质量亏损为 C．碳核的比结合能为 D．的同位素中有8个中子，14个核子 【答案】CD 【详解】A．根据质量数守恒与电荷数守恒可知，转变为的核反应方程为，故A错误； B．转变为的核反应中质量亏损为，故B错误； C．由碳核的组成可知，碳核是由6个质子与6个中子组成，则 根据爱因斯坦质能方程 可知核反应释放的能量 碳核的比结合能为，故C正确； D．的同位素中有8个中子，14个核子，故D正确。 故选CD。 34．（多选）（25-26高二下·重庆沙坪坝）2025年11月，我国在第四代先进核能领域取得里程碑式突破，实现的核燃料转换和利用。 第一步：捕获中子后生成，之后连续发生两次相同的衰变（时长分别约为、），最终生成； 第二步：。 该突破为今后百兆瓦级并网发电奠定了基础。根据以上信息，下列说法正确的是（    ） A．为 B．第一步中的衰变产物有 C．第一步中的衰变为衰变 D．第二步核反应需要很高的温度才能实现 【答案】AC 【详解】A．根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为，故A正确； BC．由题意可知连续发生两次相同的衰变生成，根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，两次相同的衰变放出的粒子为电子，则第一步中的衰变为衰变；发生第一次衰变后产物为，故B错误，C正确； D．第二步核反应为重核的裂变，不是轻核聚变，不需要很高的温度就能实现，故D错误。 故选AC。 35．（多选）（24-25高二下·江苏常州）在垂直纸面向里的磁场中，有一原子核发生衰变生成新的原子核，下列说法正确的是（     ） A．原子核衰变的周期，与压强有关，压强越大，衰变周期变大 B．若原子核的衰变是衰变，则半径较小的是新核 C．原子核核反应的方程可以是 D．原子核衰变时会发生质量亏损，反应前的质量大于反应后的，需要吸收能量 【答案】BC 【详解】A．原子核衰变的周期，由原子核本身的性质决定，与压强无关，故A错误； B．由图可知，两个轨迹圆外切，根据洛伦兹力提供向心力，可知两个粒子的偏转方向相反，故两个粒子都带正电，所以该原子核的衰变是衰变；在衰变过程中满足动量守恒而且总动量为0，则衰变刚结束时，粒子与新核X的动量等大反向，设动量大小为；两个粒子在磁场做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力 解得 可知电量越小，半径越大，故半径大的是粒子，半径小的是新核，故B正确； C．根据方程 可知该方程是一个衰变方程，符合轨迹圆外切情况，且质量数和电荷数都守恒，故该衰变方程符合衰变的性质，C正确； D．原子核衰变时会发生质量亏损，反应前的质量大于反应后的质量，根据爱因斯坦质能方程，可知该过程向外放出能量，故D错误。 故选BC。 重难·创新演练 设题创新:结合核工业考查(T1);新角度考查研究方法(T5); 1．（24-25高二下·辽宁）我国自主研发的“华龙一号”核电站采用铀235作为核燃料，其核反应堆工作时通过核裂变释放能量发电。已知一个铀235核（）裂变时可能产生多种产物，其中一种典型的反应是生成氙核（）和锶核（），并放出若干个中子。已知铀235核的质量为235.0439u，氙核的质量为135.9072u，锶核的质量为89.9077u，中子的质量为1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量， (1)写出铀235核裂变的核反应方程式，并计算一个铀235核裂变释放的能量（结果保留2位有效数字）。 (2)若核电站发电功率为，效率为40%，且所有铀235均按上述方式裂变，求每年（365天）消耗的铀235的质量（结果保留2位有效数字）。 (3)裂变产生的中子需减速至0.025eV才能被吸收。若裂变产生的中子初动能为2MeV，每次与静止碳核（）发生弹性碰撞后动能减为原来的64%，求需碰撞多少次才能被吸收？（已知，） 【答案】(1)， (2) (3)41 【详解】（1）铀235核裂变的核反应方程式为 质量亏损为 一个铀235核裂变释放的能量为 （2）核电站每年输出的能量为 需要的总核能为 一个铀235核裂变释放的能量为 需要的铀235核数为个 每年消耗的铀235的质量为 （3）每次碰撞后中子动能比例为 设需要碰撞次，则有 可得 其中， 联立解得 2．（25-26高二下）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 3．（24-25高二下·辽宁锦州）两个氘核以相等动能相向运动并发生正碰，产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量，氦核质量，中子质量，相当于。结果均保留三位有效数字。 (1)计算这次反应释放多少核能； (2)求中子和氦核的动能分别为多少。 【答案】(1)3.26MeV (2)3.20MeV，1.07MeV 【详解】（1）由题可知反应过程中质量亏损为 则释放的能量为 解得 （2）因碰撞过程中动量守恒，反应前后总动量为零，所以中子与氦核动量大小相等，方向相反，根据动能与动量之间的关系有 可知 根据能量守恒有 解得≈3.20MeV，≈1.07MeV 4．（24-25高二下·辽宁）一个静止的镭核（母核）发生α衰变放出一个α粒子变为氡核，若衰变放出的能量均转变为氡核和α粒子的动能，它们动能之和称为这个母核的α衰变能。已知镭核226质量为226.0254u，氡核222质量为222.0163u，α粒子质量为4.0026u，lu相当于931.5MeV的能量。（计算结果保留3位有效数字） (1)求镭核衰变放出的α衰变能和生成的核的动能； (2)如果放出的α粒子以的速度沿两核中心连线方向轰击静止的核，反应生成的核和新粒子向同方向运动，且核的速度大小为，写出该核反应方程并求出新粒子的速度大小。 【答案】(1)6.05MeV，0.107MeV (2)， 【详解】（1）该反应中质量亏损为 解得 衰变释放出的能量 解得 衰变前后系统动量守恒，氡核和α粒子的动量大小相等、方向相反，则有 由动能和动量的关系有， 由能量守恒有 氡核获得的动能 解得 （2）根据质量数与电荷数守恒可知，核反应方程为 根据动量守恒定律有 代入数据解得 5．（24-25高二下·辽宁）2025年5月1日，中国紧凑型聚变能实验装置（BEST）综合研究设施园区正式启动，该装置将在第一代中国人造太阳（EAST）基础之上首次演示聚变能发电。同年1月20日，EAST首次实现1亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行。在真空室内加入氘（）和氚（）进行核聚变反应生成的同时放出一个中子（）。 (1)写出该核聚变反应的方程式； (2)若已知平均核子质量为、平均核子质量为、平均核子质量为、中子（）质量为，真空中光速为c，求一个氘（）和一个氚（）进行核聚变反应释放的核能E； (3)若已知氘（）的比结合能为，氚（）的比结合能为，一个氘（）和一个氚（）进行核聚变反应释放的核能E，求的比结合能（用字母和和E表示）。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）该聚变反应的方程式为 （2）该反应过程质量亏损 结合爱因斯坦质能方程 可得该反应释放的核能为 （3）该反应放出的核能等于生成物和反应物结合能之差，即 可得核的比结合能 真题·实战演练 高频考点：核能，氢原子光谱，半衰期 1．（2026·湖南·高考真题）关于原子核衰变，下列说法正确的是（   ） A．原子核发生α衰变时，电荷数增大 B．原子核发生α衰变时，质量数增大 C．衰变产生的α粒子穿透能力强，可以穿透几厘米厚的铅板 D．理论研究表明，（氡核）可能在一次衰变过程中放出两个α粒子，则其衰变方程为 【答案】D 【详解】A．α衰变放出的α粒子为，衰变过程电荷数守恒，因此母核电荷数减少2，而非增大，故A错误； B．α粒子质量数为4，衰变过程质量数守恒，因此母核质量数减少4，而非增大，故B错误； C．α粒子电离能力强、穿透能力极弱，一张白纸即可将其挡住，穿透能力强、可穿透几厘米厚铅板的是γ射线，故C错误； D．衰变方程满足电荷数守恒和质量数守恒：左边电荷数为86，右边2×2＋82 = 86；左边质量数为216，右边2×4＋208 = 216，守恒关系成立，故D正确。 故选D。 2．（2026·陕晋青宁卷·高考真题）正电子 与电子湮灭产生的光子是探测中微子的重要信号。一个静止的正电子与一个静止的电子湮灭转化为两个光子，该过程动量和能量都守恒。已知正电子与电子的质量均为，光速为，普朗克常量为，则这两个光子（     ） A．总能量为 B．频率均为 C．总动量为 D．波长均为 【答案】B 【详解】静止的正电子和电子总静能为，总动量为0，湮灭过程满足能量守恒和动量守恒，因此两个光子总能量为，总动量为0，两光子反向运动，每个光子的能量、动量大小均相等，单个光子能量为，动量大小 A．两个光子总能量等于正负电子总静能，并非，故A错误； B．单个光子能量满足，解得频率，故B正确； C．初始系统总动量为0，由动量守恒可知两个光子总动量为0，并非，故C错误； D．光子动量满足 解得波长，并非，故D错误。 故选B。 3．（2025·天津·高考真题）许多放射性元素要经过多次衰变才能达到稳定，衰变过程中既有衰变也有衰变。下列说法正确的是（　　） A．元素发生衰变后质量数增加 B．衰变过程中存在质量亏损 C．低温会增大放射性元素的半衰期 D．衰变说明原子核内存在电子 【答案】B 【详解】A．α衰变会释放出氦核（质量数4），母核质量数减少4，故A错误； B．衰变释放能量，根据质能方程，总质量减少（质量亏损），故B正确； C．半衰期由核内部结构决定，与温度无关，故C错误； D．β衰变的电子是中子转化为质子时产生的，并非核内原有电子，故D错误。 故选B。 4．（2025·重庆·高考真题）在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为P。普朗克常量为h，光速为c，则（　　） A．光子的波长为 B．该原子吸收光子后质量减少了 C．该原子吸收光子后德布罗意波长为 D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态 【答案】C 【详解】A．光子能量公式为 解得波长 ，故A错误； B．原子吸收光子后，能量增加 ，根据质能方程 ，质量应增加而非减少，故B错误； C．德布罗意波长公式为 ，题目明确吸收后原子动量为 ，因此波长为 ，故C正确； D．吸收光子跃迁需光子能量严格等于能级差。波长更长的光子能量更低（），无法满足跃迁条件，故D错误。 故选C。 5．（2025·北京·高考真题）自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是（　　） A．已知氢原子的基态能量为，则反氢原子的基态能量也为 B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子 C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子 D．反氘核和反氚核的核聚变反应吸收能量 【答案】A 【详解】A．氢原子基态能量由电子与质子决定。反氢原子由正电子和反质子构成，电荷结构相同，能级结构不变，基态能量仍为，故A正确； B．若中子衰变（β+衰变）生成质子、正电子，不符合电荷数守恒，故B错误； C．正负电子对撞湮灭时，总动量为零，需产生至少两个光子以保证动量守恒。单个光子无法满足动量守恒，故C错误； D．核聚变通常释放能量（如普通氘核、氚聚变）。反氘和反氚核聚变遵循相同规律，应释放能量而非吸收，故D错误。 故选A。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第69讲 原子结构和原子核 模拟·基础演练 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B B B AC AB B B C CD AD 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 C B C B C B C BD AC ABD 题号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 答案 B D BC AB BC B C AD ABC BD 题号 31 32 33 34 35 答案 BD BD CD AC BC 重难·创新演练 1．【答案】(1)， (2) (3)41 【详解】（1）铀235核裂变的核反应方程式为 质量亏损为 一个铀235核裂变释放的能量为 （2）核电站每年输出的能量为 需要的总核能为 一个铀235核裂变释放的能量为 需要的铀235核数为个 每年消耗的铀235的质量为 （3）每次碰撞后中子动能比例为 设需要碰撞次，则有 可得 其中， 联立解得 2．【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 3．【答案】(1)3.26MeV (2)3.20MeV，1.07MeV 【详解】（1）由题可知反应过程中质量亏损为 则释放的能量为 解得 （2）因碰撞过程中动量守恒，反应前后总动量为零，所以中子与氦核动量大小相等，方向相反，根据动能与动量之间的关系有 可知 根据能量守恒有 解得≈3.20MeV，≈1.07MeV 4．【答案】(1)6.05MeV，0.107MeV (2)， 【详解】（1）该反应中质量亏损为 解得 衰变释放出的能量 解得 衰变前后系统动量守恒，氡核和α粒子的动量大小相等、方向相反，则有 由动能和动量的关系有， 由能量守恒有 氡核获得的动能 解得 （2）根据质量数与电荷数守恒可知，核反应方程为 根据动量守恒定律有 代入数据解得 5．【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）该聚变反应的方程式为 （2）该反应过程质量亏损 结合爱因斯坦质能方程 可得该反应释放的核能为 （3）该反应放出的核能等于生成物和反应物结合能之差，即 可得核的比结合能 真题·实战演练 题号 1 2 3 4 5 答案 D B B C A 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第69讲 原子结构和原子核 目 录 模拟·基础演练 1 题型01 卢瑟福核式结构模型 1 题型02 氢原子能级及原子跃迁 3 题型03 原子核的衰变（三大射线） 5 题型04 半衰期 6 题型05 裂变、聚变、核反应类型及核反应方程 7 题型06 对结合能和比结合能的理解 8 题型07 核能的计算 10 重难·创新演练 11 真题·实战演练 12 模拟·基础演练 考查重点：原子核的衰变、半衰期、核反应方程…… ⏳题型01 卢瑟福核式结构模型 1．（2026·黑龙江哈尔滨·模拟预测）下列说法正确的是（　　） A．甲图为天安门广场阅兵上亮相的激光武器，激光作为电磁波，传播需要介质 B．卢瑟福通过乙图中的实验提出了原子的核式结构 C．丙图显示了、、三种射线从粒子源射入匀强磁场后的运动轨迹，其中③轨迹代表射线 D．丁图中，把核子分开需要能量是为了克服核子间的万有引力 2．（24-25高二下·黑龙江齐齐哈尔）下列关于热学和原子物理的四幅插图的说法正确的是（　　） A．甲图为使用光学显微镜观察用水稀释后的墨汁，炭粒在水中的运动属于分子热运动 B．乙图中右管材料的防水效果更好 C．丙图为粒子散射实验的现象，其中J运动轨迹所占的比例最大 D．丁图中绝热容器内的气体是理想气体，抽掉隔板后，容器内气体温度降低 3．（24-25高二下·黑龙江哈尔滨）关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　） A．天然放射现象表明原子具有核式结构 B．三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小 C．β射线是原子核外的电子形成的电子流 D．增大压强可以改变原子核衰变的半衰期 4．（多选）（2026·河北衡水·模拟预测）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 5．（多选）（25-26高二下·吉林长春）下列关于热学和原子物理的四幅图片的说法正确的是（　　） A．图甲描绘了一颗悬浮微粒受到周围液体分子撞击的情景，温度一定时，微粒越小，其布朗运动越明显 B．图乙中制作防水衣时用右细管材料的防水效果更好 C．图丙为α粒子的散射实验现象，其中运动轨迹为J的粒子所占的比例是最大的 D．图丁的绝热容器中，抽掉隔板，容器内气体温度降低 ⏳题型02 氢原子能级及原子跃迁 6．（25-26高二下·黑龙江）金属锂作为一种典型的碱金属，其逸出功较低，是光电效应实验中常用的材料。氢原子的部分能级示意图如图所示，已知金属锂的逸出功为，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，下列说法正确的是（　　） A．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时总共能产生4种不同频率的光子 B．只有3种频率的光子可以使金属锂发生光电效应 C．从能级跃迁到能级产生的光子使金属锂产生光电子的最大初动能为 D．从能级跃迁到能级产生的光子动量小于从能级跃迁到能级产生的光子动量 7．（25-26高三上·黑龙江哈尔滨）图甲是研究光电效应的电路图，光电管阴极K为钙金属，逸出功为，图乙是氢原子的能级图。若用大量处于能级的氢原子发出的光照射阴极K，下列跃迁过程发出的光不能使K发生光电效应现象的是（　　） A．从跃迁到 B．从跃迁到 C．从跃迁到 D．从跃迁到 8．（24-25高二下·黑龙江齐齐哈尔）如图所示，甲为研究光电效应的实验装置，乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，丙图为氢原子的能级图，下面表格给出了几种金属的逸出功和极限频率。下列说法正确的是（　　） 几种金属的逸出功和极限频率 金属 钠 2.29 5.33 钾 2.25 5.44 铷 2.13 5.15 A．若b光为黄光，c光可能是红光 B．图甲所示的光电效应实验装置所加的是反向电压，并由此可测得、 C．若用能使表格中金属发生光电效应的光直接照射处于激发态的氢原子，可以使该氢原子电离 D．若b光光子能量为0.66eV，照射某一个处于激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光 9．（多选）（2027·重庆·模拟预测）大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。如图所示是氢原子能级图，现用一束单色光照射大量处于基态的氢原子，能辐射出3种不同频率的光。已知光速，普朗克常量，元电荷的电荷量，则（     ） A．该单色光对应的光子能量为 B．如果用的光子去照射处于基态的氢原子，可以使其跃迁 C．如果用的光子去照射处于基态的氢原子，可以使其电离 D．如果用的高速电子轰击处于基态的氢原子，可以使其跃迁 10．（多选）（25-26高二下·广东广州）氢原子能级如图甲所示，一群处于高能级的氢原子，向低能级跃迁时发出多种可见光，分别用这些可见光照射图乙电路的阴极K，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光波长范围约为1.64 eV到3.11 eV之间，a光的光子能量为2.86 eV。则（     ） A．氢原子从n=4能级向低能级跃迁时能辐射出2种频率的可见光 B．当滑片P向a端移动时，光电流I将增大 C．图丙中a光照射得到的饱和光电流最弱，所以a光光子动量最小 D．b光是氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁发出的光 ⏳题型03 原子核的衰变（三大射线） 11．（25-26高二下·黑龙江）1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用放射源进行了实验验证，次年李、杨两人为此获得了诺贝尔物理学奖。已知的半衰期约为5.26年，其衰变方程是，其中是反中微子，它的电荷量为0，质量可忽略。下列说法正确的是（　　） A．升高温度或增大压强可使的半衰期改变 B．是来自原子核外的电子 C．的结合能大于的结合能 D．20个原子核经过10.52年一定有15个发生了衰变 12．（2026·黑龙江哈尔滨·二模）关于原子物理，下列说法正确的是（　　） A．天然放射现象的发现，证明了原子具有复杂结构 B．一种放射性元素不管它是以单质还是化合物的形式存在，其半衰期都不变 C．射线在电场和磁场中都会发生偏转 D．太阳辐射的能量主要来源于重核裂变 13．（2026·黑龙江哈尔滨·三模）下列说法正确的是（     ） A．原子核衰变时产生的射线是高速电子流 B．10个铀核经过一个半衰期还剩5个铀核未衰变 C．一个氢原子从能级向低能级跃迁，最多可以产生3种不同频率的光 D．氢原子可以吸收任意能量的光子从低能级向高能级跃迁 14．（2026·广东汕头·模拟预测）对于质量为m0的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。下列关于衰变说法正确的是（　　） A．从图中可以得到的半衰期为124.9d B．从图中可以得到的半衰期为115.1d C．发生衰变生成 和电子 D．当压强变大，温度变高，的半衰期会变大 15．（2027·重庆·模拟预测）世界上首个第四代核能技术的钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电，该反应堆以放射性较低的为核燃料。已知的半衰期为24天，则（     ） A．的半衰期随温度升高而变短 B．在发生衰变过程中放出的粒子带负电 C．经过6次衰变和4次衰变后变成 D．质量为的经过24天后还剩，再过24天全部衰变为其他元素 ⏳题型04 半衰期 16．（25-26高二下·江苏南通）2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，反应方程为，已知的比结合能为，的比结合能为，He的比结合能为，光在真空中的传播速度为，则（　　） A．核反应方程中为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10000个氚原子核，经过12.46年后剩下5000个氚原子核 17．（2025·河北保定·一模）“玉兔二号”月球车上装配有放射性同位素电池，能将²³⁸Pu衰变释放的部分核能转化成电能。的半衰期是87.7年，发生衰变的核反应方程为，下列说法正确的是（　　） A．衰变方程中的X为 B．100 个经过87.7年剩余50个 C．Pu比U的结合能大 D．由X组成的射线的穿透能力比γ射线强 18．（多选）（2026·黑龙江齐齐哈尔·一模）是碳的一种放射性同位素，其半衰期为5730年，衰变后产生新核。通过测量样本中剩余的含量推算其死亡年代。下列判断正确的是（    ） A．的衰变过程中电荷数守恒，质量也守恒 B．衰变的核反应类型为衰变 C．100个原子核经过5730年，还剩下50个未发生衰变 D．高温高压的环境，不会影响的衰变速度 19．（多选）（24-25高二下·黑龙江哈尔滨）发生放射性衰变转变为，半衰期约为5700年。已知植物存活期间，其体内与的比例不变；生命活动结束后，持续减少，无法补充。已知某古木样品中与的比例正好是现代存活植物中该比例的一半。下列说法正确的是（　　） A．该古木的年代距今约为5700年 B．与具有相同的中子数 C．衰变为的过程中放出β射线 D．升高样品测量环境的温度可以加速的衰变 20．（多选）（24-25高三上·黑龙江哈尔滨）医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的。对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其图线如图所示。下列说法正确的是（　　） A．100个113In原子核在经过一个半衰期后，可能还剩75个 B．即使温度升高113Sn原子运动变剧烈，其半衰期也不变 C．113Sn原子与O2反应后生成的氧化物将不再具有放射性 D．从图中可以得到113Sn的半衰期为115.1d ⏳题型05 裂变、聚变、核反应类型及核反应方程 21．（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，经过后，100 g的放射性元素还剩下50 g未发生衰变 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 22．（25-26高二下·辽宁大连）太阳内部时时刻刻都在发生着核反应，其中一种核反应为，已知氘核（）的质量为，质子的质量为，X的质量为，真空中光速为。关于该核反应，下列说法正确的是（　　） A．该反应类型为β衰变 B．粒子X是中子 C．反应中的质量亏损 D．该反应释放的核能 23．（多选）（24-25高二下·黑龙江哈尔滨）随着人类对太空的不断探索，在外太空中发现大量具有放射性的，衰变时的核反应方程为或下列说法正确的是（　　） A．X为，Y为 B．比多两个中子 C．的比结合能大于的比结合能 D．的比结合能小于的比结合能 24．（多选）（25-26高三上·内蒙古包头）铀（U）238本身不容易发生衰变，它通常需要先吸收中子然后经过衰变转化为钚，而钚是一种可衰变的元素。铀238转化为钚的过程：,，，下列说法正确的是（　　） A． B． C．衰变过程中释放的电子，是由原子核内质子转化为中子和电子而来的 D．衰变过程中释放的电子，是由原子核外电子跃迁而来的 25．（多选）（24-25高三上·辽宁）核聚变发电有望提供人类需要的丰富清洁能源，氢核聚变可以简化为如下过程，4个氢核聚变生成氦核，并放出2个和2个中微子，同时伴随着光子的产生，光子照射到逸出功为的金属上，逸出光电子的最大初动能为。其中中微子的性质十分特别，在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的反应，产生中子和正电子，间接地证实了中微子的存在。已知光电子的质量为，光速为，普朗克常量为。下列说法正确的是（　　） A．中微子的质量数为0，电荷数为1 B．X为正电子 C．光子的波长为 D．光电子的德布罗意波波长为 ⏳题型06 对结合能和比结合能的理解　 26．（2026·辽宁锦州·一模）吴健雄通过的β衰变实验，证实了李政道和杨振宁提出的弱相互作用中宇称不守恒。其衰变方程为：，是反中微子，关于该衰变，下列说法正确的是（     ） A．反中微子带负电 B．释放的电子来自原子核内部 C．的比结合能大于的比结合能 D．衰变过程质量守恒，总质量不变 27．（2026·辽宁朝阳·二模）2025年7月，我国科研人员在原子核的奇特衰变研究领域取得新进展，首次在实验上观测到新核素的自发衰变，衰变的核心方程为：。下列说法正确的是（　　） A．该反应为衰变 B．增大压强可以加速的衰变 C．一次衰变释放的能量等于的结合能与的结合能的差 D．与的质量差等于衰变的质量亏损 28．（多选）（25-26高二下·辽宁大连）核物理是研究原子核的结构和变化规律的物理学分支，下列关于核物理知识的说法正确的是（     ） A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应 B．核反应方程式属于衰变 C．核反应时产生的射线的本质是高速电子流 D．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 29．（多选）（2026·辽宁沈阳·三模）钚（）衰变为铀（），半衰期约为88年，能产生持久稳定的热能，是目前用于核武器与快堆燃料最主流、最硬核的高科技应用。的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．衰变方程中的为粒子 B．的比结合能比的比结合能小 C．一定质量的经过176年约有发生了衰变 D．发生衰变时质量亏损，所以质量数不守恒 30．（多选）（24-25高三上·宁夏银川）如图所示是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如的核子平均结合能约为，的核子平均结合能约为，根据该图像判断下列说法正确的是（　　） A．是铀235核裂变的核反应方程式 B．由图可知两个核结合成核会释放出能量 C．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约能量 D．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约能量 ⏳题型07 核能的计算 31．（多选）（25-26高三上·辽宁）中国环流二号“人造太阳”装置中的核反应方程为，已知、、X的比结合能分别为、、，下列说法正确的是（　　） A．该核反应为链式反应，是目前核电站的主要核反应 B．X为 C．、、中最大 D．该核反应释放的能量为 32．（多选）（25-26高二下·河北衡水）2026年，“中国聚变工程实验堆（CFETR）”取得重大突破，首次实现稳态运行。在某核反应中，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c，下列说法正确的是（     ） A．核反应方程中X为 B．核反应中的质量亏损可表示为 C．核聚变需要极高的温度，是为了克服原子核间的万有引力 D．半衰期为12.46年，现有10g氚原子核，经过12.46年后剩下5g氚原子核 33．（多选）（25-26高二下·全国）某行星内部含有氦核，在一定条件下氦核经过核反应会生成碳核。已知1个质子的质量为，1个中子的质量为，1个氦核的质量为、1个碳核的质量为，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．转变为的核反应方程为 B．转变为的核反应中质量亏损为 C．碳核的比结合能为 D．的同位素中有8个中子，14个核子 34．（多选）（25-26高二下·重庆沙坪坝）2025年11月，我国在第四代先进核能领域取得里程碑式突破，实现的核燃料转换和利用。 第一步：捕获中子后生成，之后连续发生两次相同的衰变（时长分别约为、），最终生成； 第二步：。 该突破为今后百兆瓦级并网发电奠定了基础。根据以上信息，下列说法正确的是（    ） A．为 B．第一步中的衰变产物有 C．第一步中的衰变为衰变 D．第二步核反应需要很高的温度才能实现 35．（多选）（24-25高二下·江苏常州）在垂直纸面向里的磁场中，有一原子核发生衰变生成新的原子核，下列说法正确的是（     ） A．原子核衰变的周期，与压强有关，压强越大，衰变周期变大 B．若原子核的衰变是衰变，则半径较小的是新核 C．原子核核反应的方程可以是 D．原子核衰变时会发生质量亏损，反应前的质量大于反应后的，需要吸收能量 重难·创新演练 设题创新:结合核工业考查(T1);新角度考查研究方法(T5); 1．（24-25高二下·辽宁）我国自主研发的“华龙一号”核电站采用铀235作为核燃料，其核反应堆工作时通过核裂变释放能量发电。已知一个铀235核（）裂变时可能产生多种产物，其中一种典型的反应是生成氙核（）和锶核（），并放出若干个中子。已知铀235核的质量为235.0439u，氙核的质量为135.9072u，锶核的质量为89.9077u，中子的质量为1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量， (1)写出铀235核裂变的核反应方程式，并计算一个铀235核裂变释放的能量（结果保留2位有效数字）。 (2)若核电站发电功率为，效率为40%，且所有铀235均按上述方式裂变，求每年（365天）消耗的铀235的质量（结果保留2位有效数字）。 (3)裂变产生的中子需减速至0.025eV才能被吸收。若裂变产生的中子初动能为2MeV，每次与静止碳核（）发生弹性碰撞后动能减为原来的64%，求需碰撞多少次才能被吸收？（已知，） 2．（25-26高二下）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？ 3．（24-25高二下·辽宁锦州）两个氘核以相等动能相向运动并发生正碰，产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量，氦核质量，中子质量，相当于。结果均保留三位有效数字。 (1)计算这次反应释放多少核能； (2)求中子和氦核的动能分别为多少。 4．（24-25高二下·辽宁）一个静止的镭核（母核）发生α衰变放出一个α粒子变为氡核，若衰变放出的能量均转变为氡核和α粒子的动能，它们动能之和称为这个母核的α衰变能。已知镭核226质量为226.0254u，氡核222质量为222.0163u，α粒子质量为4.0026u，lu相当于931.5MeV的能量。（计算结果保留3位有效数字） (1)求镭核衰变放出的α衰变能和生成的核的动能； (2)如果放出的α粒子以的速度沿两核中心连线方向轰击静止的核，反应生成的核和新粒子向同方向运动，且核的速度大小为，写出该核反应方程并求出新粒子的速度大小。 5．（24-25高二下·辽宁）2025年5月1日，中国紧凑型聚变能实验装置（BEST）综合研究设施园区正式启动，该装置将在第一代中国人造太阳（EAST）基础之上首次演示聚变能发电。同年1月20日，EAST首次实现1亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行。在真空室内加入氘（）和氚（）进行核聚变反应生成的同时放出一个中子（）。 (1)写出该核聚变反应的方程式； (2)若已知平均核子质量为、平均核子质量为、平均核子质量为、中子（）质量为，真空中光速为c，求一个氘（）和一个氚（）进行核聚变反应释放的核能E； (3)若已知氘（）的比结合能为，氚（）的比结合能为，一个氘（）和一个氚（）进行核聚变反应释放的核能E，求的比结合能（用字母和和E表示）。 真题·实战演练 高频考点：核能，氢原子光谱，半衰期 1．（2026·湖南·高考真题）关于原子核衰变，下列说法正确的是（   ） A．原子核发生α衰变时，电荷数增大 B．原子核发生α衰变时，质量数增大 C．衰变产生的α粒子穿透能力强，可以穿透几厘米厚的铅板 D．理论研究表明，（氡核）可能在一次衰变过程中放出两个α粒子，则其衰变方程为 2．（2026·陕晋青宁卷·高考真题）正电子 与电子湮灭产生的光子是探测中微子的重要信号。一个静止的正电子与一个静止的电子湮灭转化为两个光子，该过程动量和能量都守恒。已知正电子与电子的质量均为，光速为，普朗克常量为，则这两个光子（     ） A．总能量为 B．频率均为 C．总动量为 D．波长均为 3．（2025·天津·高考真题）许多放射性元素要经过多次衰变才能达到稳定，衰变过程中既有衰变也有衰变。下列说法正确的是（　　） A．元素发生衰变后质量数增加 B．衰变过程中存在质量亏损 C．低温会增大放射性元素的半衰期 D．衰变说明原子核内存在电子 4．（2025·重庆·高考真题）在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为P。普朗克常量为h，光速为c，则（　　） A．光子的波长为 B．该原子吸收光子后质量减少了 C．该原子吸收光子后德布罗意波长为 D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态 5．（2025·北京·高考真题）自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是（　　） A．已知氢原子的基态能量为，则反氢原子的基态能量也为 B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子 C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子 D．反氘核和反氚核的核聚变反应吸收能量 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $