第33讲 原子结构和原子核（复习讲义）（天津专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

该高中物理讲义聚焦原子结构和原子核高考专题，覆盖α粒子散射实验、玻尔理论、衰变规律、核反应方程等核心考点，按命题透视、思维建模、考点精讲、真题溯源的逻辑架构知识体系，通过考点梳理构建系统思维，方法指导归纳解题范式，真题训练感知考向，实现复习的系统性与针对性。 讲义创新采用四阶复习法，以科学思维为引领，如在玻尔理论教学中构建能级跃迁模型，通过例题与变式训练培养科学推理能力，设置分层练习精准突破考点。结合真题溯源把握命题规律，助力学生高效提升应考能力，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

第33讲 原子结构和原子核 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 光电现象与规律 考点一 原子结构的探索 知识点1 α粒子散射实验与氢原子光谱 知识点2 玻尔理论与氢原子能级 考点二 原子核的组成与衰变 知识点1 天然放射现象与三种射线 知识点2 原子核的衰变与半衰期 考点三 核力与核能 知识点1 核反应方程与质能方程 知识点2 重核裂变与轻核聚变 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 原子结构 原子核的组成与衰变 上海·选择题 河南·选择 天津·选择题 核力与核能 陕晋青宁·选择题 福建·选择题 浙江1月·选择题 考情分析 题型与考向： 天津高考对原子结构和原子核的考查以选择题为主，偶尔涉及计算题。原子结构部分侧重α粒子散射实验、玻尔理论、氢原子能级跃迁；原子核部分侧重衰变类型判断、半衰期计算、核反应方程书写；核能部分侧重质能方程应用、裂变与聚变能量计算。题目难度中等，区分度较好。 情境与立意： 1. 原子结构的探索：α粒子散射实验的装置、现象与结论，玻尔理论的三大假设，氢原子能级公式及跃迁规律。 2. 原子核的组成与衰变：天然放射现象与三种射线的性质，α衰变与β衰变的规律，半衰期的统计意义与应用。 3. 核力与核能：核反应方程的书写与判断（裂变、聚变、人工转变），质能方程与质量亏损，核电站与核武器的原理。 复习目标 1. 理解α粒子散射实验的现象与结论，掌握原子的核式结构模型。 2. 掌握玻尔理论的三大假设，能运用氢原子能级公式和跃迁条件进行计算。 3. 理解天然放射现象，掌握α、β、γ三种射线的性质与区别。 4. 掌握α衰变与β衰变的规律，能正确书写衰变方程，理解半衰期的统计意义。 5. 掌握核反应方程的书写规则（质量数守恒、电荷数守恒），能判断反应类型。 6. 理解质量亏损与结合能的概念，能运用质能方程计算核能。 7. 掌握重核裂变与轻核聚变的特点，了解核电站与氢弹的工作原理。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 原子结构的探索 知●识●解●构 1. 电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过阴极射线实验发现电子，提出原子的"枣糕模型"。 2. α粒子散射实验：卢瑟福指导助手用α粒子轰击金箔。实验结果：绝大多数α粒子几乎沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角大于90°甚至被弹回。 3. 核式结构模型：原子中心有一个很小的原子核，原子的全部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。 4. 氢原子光谱：氢原子光谱是线状谱（不连续的亮线），巴耳末系是可见光区的谱线。 5. 玻尔理论三大假设：(1)定态假设——原子只能处于一系列不连续的能量状态中；(2)轨道量子化假设——电子绕核运动的轨道半径只能是某些分立的数值；(3)频率条件——原子从高能级Em跃迁到低能级En时，辐射光子hν=Em-En。 6. 氢原子能级公式：En=E₁/n²（n=1,2,3,...），E₁=-13.6 eV。 7. 氢原子半径公式：rn = n²r₁（n=1,2,3,...），r₁=0.53×10-10 m。 8. 跃迁类型：(1)吸收光子：必须恰好等于两能级差；(2)吸收实物粒子：只要动能≥两能级差即可；(3)电离：光子能量≥|En|即可。 知识点1 α粒子散射实验与氢原子光谱 例题1、（多选）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹．其中一个α粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中，α粒子在b点时距原子核最近．下列说法正确的是 A．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子 B．α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子运动到b时受到的库仑斥力较大 C．α粒子从a到c的运动过程中电势能先减小后变大 D．α粒子从a到c的运动过程中加速度先变大后变小 【答案】BD 【详解】汤姆孙对阴极射线的探究发现了电子，A错；α粒子出现大角度偏转的原因是靠近原子核时受到较大的库仑斥力作用B对；α粒子从a到c受到的库仑力先增大后减小，加速度先变大后变小，电势能先增大后变小，C错D对． 变式1、以下关于物理学史和物理方法的叙述中正确的是（　　） A．在建立合力、分力、重心、质点等概念时都用到了等效替代法 B．“牛顿第一定律”是牛顿通过大量的实验得出的 C．爱因斯坦通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子 D．贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核是有复杂结构的 【答案】D 【详解】A．合力、分力、重心的概念用到等效替代法，但质点是忽略物体形状大小的理想模型，采用的是理想模型法，不是等效替代法，故A错误； B．牛顿第一定律是牛顿在伽利略、笛卡尔等人的研究基础上，通过逻辑推理总结得出的，不存在不受外力的实验环境，无法通过直接实验验证，不是仅由大量实验得出，故B错误； C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果提出原子核式结构模型，也是卢瑟福首次发现了质子，该研究与爱因斯坦无关，故C错误； D．贝克勒尔发现天然放射现象，放射出的粒子来自原子核内部，说明原子核可再分，具有复杂内部结构，故D正确。 故选D。 变式2、图甲为氢原子能级的示意图，现有大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁；图乙为卢瑟福α子散射实验示意图，下列说法正确的是（     ） A．这些氢原子在跃迁过程中最多能辐射出3种不同频率的电磁波 B．α粒子发生大角度偏转是因为受到了原子核的核力作用 C．跃迁过程中，核外电子的动能增大，电势能减小 D．α粒子从Q到M的过程中，电势能先减小后增大 【答案】C 【详解】A．大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁，根据可知，这些氢原子在跃迁过程中最多能辐射出6种不同频率的电磁波，故A错误； B．α粒子发生大角度偏转是因为受到原子核的库仑斥力作用，故B错误； C．跃迁过程中电场力对电子做正功，核外电子的动能增大，电势能减小，故C正确； D．α粒子从Q到M的过程中，电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，故D错误。 故选C。 知识点2 玻尔理论与氢原子能级 例题2、说到能级，人们首先想到的是玻尔能级模型，他首次将普朗克的量子假说推广到原子的内部能量，以解决卢瑟福原子模型稳定性方面的困难，下列关于玻尔的原子理论正确的是（    ） A．电子在一些特定的轨道上绕原子核匀速圆周运动，离核越远能量越低 B．电子在这些可能的轨道运动时，会发射电磁波，向外界释放能量 C．电子运动的轨道量子化，在轨道上具有的能量也是不连续量子化的 D．若大量位于能级3的氢原子向低能级越迁，最多可以向外界辐射4种不同频率的光子 【答案】C 【详解】A．电子在一些特定的轨道上绕原子核匀速圆周运动，离核越远能量越大，故A错误； B．电子只能在某些特定的、稳定的“定态”轨道上运动。在这些定态轨道上，电子即使在做加速运动（圆周运动），也不会辐射能量，故B错误； C．电子运动的轨道量子化，且在每个允许的轨道上对应特定的能量值，故具有的能量也是不连续量子化的，故C正确； D．根据，所以大量处于能级的氢原子总共可辐射出3种不同频率的光，故D错误。 故选C。 变式3、（多选）如图所示为氢原子的能级示意图。下列说法正确的是（     ） A．一群处于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 B．氢原子从能级跃迁到能级，需要吸收能量为12.09 eV的光子 C．从高能级向低能级跃迁时，能级差越大，辐射出的光子的波长越小 D．氢原子外层电子在能级上绕核运动时，不停地向外辐射电磁波 【答案】AC 【详解】A．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出种不同频率的光，故A正确； B．根据玻尔理论可知，氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级，需要释放的光子能量为，故B错误； C．根据可知，从高能级向低能级跃迁时，能级差越大，辐射出的光子的波长越小，故C正确； D．根据玻尔理论可知，围绕原子核运动的电子，不向外辐射电磁波，故D错误。 故选AC。 变式4、（多选）缪子是基本粒子，其所带的负电量与电子相同但质量约为电子质量的200倍。若将氢原子核外的电子以缪子取代，依据波尔的氢原子模型，试问下列关于此特殊的类氢原子基态相较于一般氢原子基态的叙述，哪些正确？（     ） A．缪子轨道半径较小 B．缪子基态能量较大 C．缪子绕行氢原子核的周期较短 D．缪子受氢原子核库仑力量值较小 E．缪子绕行氢原子核角动量量值较小 【答案】AC 【详解】A．类氢原子，基态 依据波尔的氢原子模型假设，由角动量量子化 由库仑力提供向心力，得 联立可得轨道半径，线速度 可知与粒子质量成反比，缪子质量较大，因此轨道半径较小，故A正确； B．基态能量 能量为负值，越大，能量绝对值越大，能量越小。缪子质量较大，因此缪子基态能量较小，故B错误； C．由，可知线速度与粒子质量无关，因此二者线速度相等。缪子绕行氢原子核的周期 缪子轨道半径较小，所以周期较短，故C正确； D．缪子受氢原子核库仑力大小 缪子轨道半径较小，则受库仑力较大，故D错误； E．玻尔的氢原子模型中，角动量满足 基态均为，两者角动量大小相等，故E错误。 故选AC。 考点二 原子核的组成与衰变 知●识●解●构 1. 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。质子带正电，中子不带电。 2. 基本关系：质量数A = 核子数 = 质子数 + 中子数；核电荷数Z = 质子数 = 元素的原子序数。 3. 天然放射现象：1896年贝克勒尔发现。原子序数大于或等于83的元素都能自发地发出射线。 4. 三种射线：α射线（₂He核流，速度约0.1c，穿透能力弱，电离作用强）；β射线（高速电子流，速度约0.99c，穿透能力较强，电离作用较弱）；γ射线（波长很短的电磁波，速度c，穿透能力最强，电离作用最弱）。 5. α衰变：X → Y + ₂He（质量数-4，电荷数-2）。 6. β衰变：X → Y + ₁e（质量数不变，电荷数+1）。实质：核内中子转化为质子和电子。 7. γ射线：伴随α衰变或β衰变产生，是原子核从激发态跃迁到基态时辐射的。 8. 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。N = N₀·(1/2) (t/T)，m = m₀·(1/2) (t/T)。 9. 半衰期的统计意义：描述大量原子核的衰变规律，对个别原子核无意义。由核内部因素决定，与外界条件无关。 知识点1 天然放射现象与三种射线 例题3、在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料－作为发电能源为火星车供电。中Pu元素的原子核符号是，的衰变方程为，下列说法正确的是（     ） A． B．的穿透本领较强，可以穿透几毫米厚的铝板 C．通过气体时很容易把气体分子中的电子剥离，使气体电离 D．元素的单质比化合物的放射性要强 【答案】C 【详解】A．根据核反应的电荷数守恒、质量数守恒，可得，，为α粒子（），故A错误； B．α粒子穿透本领极弱，一张纸即可将其挡住，无法穿透几毫米厚的铝板，穿透几毫米铝板是β射线的性质，故B错误； C．α粒子的电离能力很强，通过气体时很容易剥离气体分子的电子，使气体电离，故C正确； D．放射性是原子核的固有属性，与元素所处的化学状态（单质/化合物）无关，因此Pu单质和化合物的放射性强度相同，故D错误。 故选C。 变式5、物理学家通过对实验的深入观察和研究，采用一定的物理方法，获得物理概念和物理规律，推动物理学的发展。下列说法正确的是（     ） A．麦克斯韦建立了经典电磁理论，预言并证实了电磁波的存在 B．爱因斯坦提出能量子假说，成功地解释了光电效应规律 C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子具有核式结构 D．电磁波既能传递信息也能传递能量 【答案】D 【详解】A．麦克斯韦建立了经典电磁理论，预言了电磁波的存在，但赫兹通过实验首次证实了电磁波的存在，故A错误； B．能量子假说是普朗克提出的，爱因斯坦是提出光子说，成功解释了光电效应规律，故B错误； C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂内部结构，原子的核式结构是卢瑟福通过α粒子散射实验提出的，故C错误； D．电磁波可以通过信号调制传递信息（如无线通信），本身具有能量也可传递能量（如微波炉加热、太阳光传输太阳能），故D正确。 故选D。 变式6、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．在一次衰变时会同时释放、、三种射线 C．结合能越大，原子核越稳定 D．太阳辐射的能量主要来源于轻核的聚变 【答案】D 【详解】A．天然放射现象中释放的射线来自原子核内部，该发现证明原子核具有复杂结构，而非原子具有复杂结构，故A错误； B．一次衰变仅能发生衰变或衰变中的一种，射线可伴随或衰变产生，不可能在一次衰变中同时释放、两种射线，故B错误； C．原子核的稳定性由比结合能（平均结合能）决定，比结合能越大原子核越稳定，总结合能大的原子核比结合能不一定更大，故C错误； D．太阳内部持续发生氢核聚变为氦核的轻核聚变反应，太阳辐射的能量主要来源于该过程，故D正确。 知识点2 原子核的衰变与半衰期 例题4、科技的不断发展，给人类探索未知领域提供了有利的条件，在探究火星时发现探测器太阳能电池板的发电能力有限，因此科学家用放射性材料作为辅助电源为火星车供电。中的Pu元素是，具有天然放射性，半衰期为87.7年。发生衰变的核反应方程为，则下列说法正确的是（　　） A．X原子核的中子数为142 B．10个Pu原子核经过87.7年后一定还会剩余5个 C．新核X 的比结合能小于Pu核的比结合能 D．Pu的半衰期跟核内部自身因素有关，也跟原子所处的化学状态和外部条件有关 【答案】A 【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可知，X原子核的质量数为234，核电荷数为92，则中子数为234−92=142，故A正确； B．半衰期是统计规律，适用于大量原子核，10个Pu原子核无法确定剩余数量，故B错误； C．α衰变后新核更稳定，比结合能应大于Pu核的比结合能，故C错误； D．半衰期仅由原子核内部因素决定，与化学状态和外部条件无关，故D错误。 故选A。 变式7、（多选）14C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14N。通过测量样本中剩余14C的含量推算其死亡年代。下列判断正确的是（　　） A．14C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β衰变 C．100个14C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14C的衰变速度 【答案】BD 【详解】A．14C的衰变过程中电荷数守恒，质量数也守恒，但反应存在质量亏损，会以能量形式释放，则质量不守恒，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，故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，故C错误； D．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，因此高温高压不影响衰变速度，故D正确。 故选BD。 变式8、铋212衰变时释放高能粒子，具有短半衰期、短射程（约）和高线性能量传递特性，可精准摧毁癌细胞DNA，同时显著减少对周围健康组织的损伤。研究人员测试铋212发生衰变后的剩余质量与初始时刻的质量的比值，其随时间的变化图像如图所示，则关于图中的取值说法正确的是（     ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据半衰期的定义可知，衰变后的剩余质量与初始时刻的质量的比值从0.8变为0.4的时间即为半衰期，所以半衰期的大小为 比值从1变为0.5的时间为半衰期，可得 比值从0.5变为0.25的时间也为一个半衰期，所以 故选A。 考点三 核力与核能 知●识●解●构 1. 核力：原子核内部核子间特有的强相互作用力，是短程力（作用范围约10¹ m），只与邻近核子作用，与电荷无关。 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。 3. 比结合能（平均结合能）：结合能与核子数之比。比结合能越大，原子核越稳定。 4. 质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，差值即为质量亏损Δm。 5. 质能方程：E = mc²，ΔE = Δm·c²。1 u对应931.5 MeV。 6. 重核裂变：重核分裂成中等质量的核，释放能量。链式反应条件：体积≥临界体积。 7. 轻核聚变：轻核结合成较重的核，释放更多能量。条件：高温（热核反应）。 8. 核电站原理：可控链式裂变反应，利用核能加热水产生蒸汽驱动发电机。 知识点1 核反应方程与质能方程 例题5、（多选）某核反应方程为，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生该核反应，设反应释放的能量（远大于碰前氘核和氚核的动能）全部转化为与的动能，则（     ） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变 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17.6MeV，故获得的动能 获得的动能。故C正确，D错误。 故选AC。 变式9、一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为U→Th＋He、下列说法正确的是（　　） A．衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 B．衰变后钍核的动量等于粒子的动量 C．衰变后钍核的动能小于粒子的动能 D．铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间 【答案】C 【详解】A．衰变过程释放核能，存在质量亏损，因此衰变后粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，故A错误； B．衰变前铀核静止，系统总动量为零，衰变过程满足动量守恒定律，因此衰变后钍核与粒子的动量大小相等、方向相反，动量是矢量，二者不相等，故B错误； C．动能与动量的关系为 二者动量大小相等，钍核质量远大于粒子质量，因此钍核的动能小于粒子的动能，故C正确； D．半衰期是指大量放射性原子核有半数发生衰变所需的时间，不是单个原子核放出粒子经历的时间，故D错误。 故选C。 变式10、我国首辆火星车“祝融号”采用放射性材料PuO2作为发电原材料。PuO2中的元素具有放射性，半衰期约为88年，其通过放射性衰变产生热量，经过热电转换系统为火星车提供电能。该过程的核反应方程为，下列说法正确的是（     ） A．该反应是α衰变，X能穿透几十厘米厚的混凝土 B．比的中子数少4个 C．如果放射性材料PuO2不慎受潮，半衰期会变短 D．因为反应放出热量，故反应中存在质量亏损，但是质量数依然守恒 【答案】D 【详解】A．根据核反应电荷数、质量数守恒，可得为，该反应是α衰变，但α粒子穿透能力极弱，无法穿透几十厘米厚的混凝土，故A错误； B．原子核中子数=质量数-质子数，中子数为 中子数为，二者中子数相差2个，故B错误； C．半衰期由原子核内部属性决定，与外界物理环境、化学状态无关，受潮不会改变的半衰期，故C错误； D．根据质能方程，反应放出热量说明释放能量，因此存在质量亏损，核反应过程中质量数、电荷数均守恒，故D正确。 故选D。 知识点2 重核裂变与轻核聚变 例题5、下列说法正确的是（　　） A．聚变反应一定比裂变反应释放的能量多 B．聚变反应比裂变反应每个核子平均释放的能量多 C．聚变反应中粒子的比结合能变小 D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大 【答案】B 【详解】A．由于不知道裂变反应和聚变反应参与的核子数目，故聚变反应释放的总能量不一定多，故A错误； B．聚变反应比裂变反应每个核子平均释放的能量多，故B正确； C．由于聚变反应释放能量，所以粒子的比结合能变大，故C错误； D．由于聚变反应中发生质量亏损，故聚变反应后质量变小，故D错误。 故选B。 变式11、关于近代物理的知识，下列说法正确的是（    ） A．在光电效应实验中，若仅增大入射光的强度，则逸出光电子的最大初动能将随之增大 B．某放射性元素的半衰期为5天，则经过10天后，该元素的质量将减少为原来的 C．铀核裂变的一种可能核反应方程为，该反应属于人工转变 D．比结合能越大的原子核，其核子平均质量越大，原子核越稳定 【答案】B 【详解】A．根据光电效应方程 可知最大初动能只与入射光的频率有关，与光的强度无关。增大入射光强度，只会增加光子数，从而增加光电流，但不会改变最大初动能。 故A错误； B．半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 已知半衰期为5天，经过10天，即经过了2个半衰期。 剩余质量为 剩余质量为原来的 25%， 故B正确； C．核反应方程为，该反应是重核分裂为两个中等质量核的过程，属于核裂变反应，而不是人工转变。  故C错误； D．比结合能是原子核结合能与核子数的比值，它反映了原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定。 比结合能越大，核子结合成原子核时释放的平均能量越多，根据质能方程，核子的平均质量亏损越大，因此核子平均质量越小。 故D错误； 故选B。 变式12、下列关于近代物理的叙述中，正确的是（　　） A．光电效应是金属表面的原子吸收光子后由原子释放出电子的现象，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系 B．氢原子辐射光子后，其核外电子动能减小，电势能增大 C．氘核（）和氚核（）聚合成氦核（），会放出一个正电子，发生质量亏损，释放核能 D．某种放射性元素半衰期为5天，则100个该元素原子核经过5天时，一定还剩50个未发生衰变 【答案】A 【详解】A．光电效应是金属表面的原子吸收光子后由原子释放出电子的现象，根据光电效应方程可知，最大初动能和频率成线性关系，故A正确； B．氢原子辐射光子，放出能量，由高能级跃迁到低能级，因为离核更近，环绕速度变大，动能变大，但总能量减小，所以势能减小，故B错误； C．根据核反应方程，放出一个中子，故C错误； D．因为半衰期是对大量样本的统计规律，对100个而言，数量太小，不符合统计规律，故D错误。 故选A。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（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。 2．（2025·河南·高考真题）由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素和。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知和的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现和的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中和的原子个数比约为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】设采集时大气中有x个原子和y个原子，由于的半衰期为139万年，故经过106天后原子的衰变个数可以忽略不计，的半衰期为53天，故经过106天后剩余数量为，故可得 解得 故选B。 3．（2025·福建·高考真题）（多选）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。 4．（2024·全国甲卷·高考真题）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用表示，式中x、y的值分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【详解】根据反应前后质量数和电荷数守恒可得 解得 ， 故选C。 5．（2024·天津·高考真题）（多选）中国钍基熔盐堆即将建成小型实验堆，为我国能源安全和可持续发展提供有力支持。反应堆中涉及的核反应方程有：①②，下列说法正确的是（　　） A．方程①中X是中子 B．方程②中发生了衰变 C．受反应堆高温影响，的半衰期会变短 D．方程②释放电子，说明电子是原子核的组成部分 【答案】AB 【详解】A．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，方程①中X质量数为1，电荷数为零，则是中子，选项A正确； B．方程②中放出负电子，则发生了衰变，选项B正确； C．放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项C错误； D．方程②释放的电子是原子核内的中子转化为质子时放出的，不能说明电子是原子核的组成部分，选项D错误。 故选AB。 6．（2024·浙江·高考真题）已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，阿伏加德罗常数取，氘核摩尔质量为，相当于。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程式为 B．氘核的比结合能比氦核的大 C．氘核与氚核的间距达到就能发生核聚变 D．氘完全参与聚变释放出能量的数量级为 【答案】D 【详解】A．核反应方程式为 故A错误； B．氘核的比结合能比氦核的小，故B错误； C．氘核与氚核发生核聚变，要使它们间的距离达到以内，故C错误； D．一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损 聚变反应释放的能量是 氘完全参与聚变释放出能量 数量级为，故D正确。 故选D。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第33讲 原子结构和原子核 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 光电现象与规律 考点一 原子结构的探索 知识点1 α粒子散射实验与氢原子光谱 知识点2 玻尔理论与氢原子能级 考点二 原子核的组成与衰变 知识点1 天然放射现象与三种射线 知识点2 原子核的衰变与半衰期 考点三 核力与核能 知识点1 核反应方程与质能方程 知识点2 重核裂变与轻核聚变 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 原子结构 原子核的组成与衰变 上海·选择题 河南·选择 天津·选择题 核力与核能 陕晋青宁·选择题 福建·选择题 浙江1月·选择题 考情分析 题型与考向： 天津高考对原子结构和原子核的考查以选择题为主，偶尔涉及计算题。原子结构部分侧重α粒子散射实验、玻尔理论、氢原子能级跃迁；原子核部分侧重衰变类型判断、半衰期计算、核反应方程书写；核能部分侧重质能方程应用、裂变与聚变能量计算。题目难度中等，区分度较好。 情境与立意： 1. 原子结构的探索：α粒子散射实验的装置、现象与结论，玻尔理论的三大假设，氢原子能级公式及跃迁规律。 2. 原子核的组成与衰变：天然放射现象与三种射线的性质，α衰变与β衰变的规律，半衰期的统计意义与应用。 3. 核力与核能：核反应方程的书写与判断（裂变、聚变、人工转变），质能方程与质量亏损，核电站与核武器的原理。 复习目标 1. 理解α粒子散射实验的现象与结论，掌握原子的核式结构模型。 2. 掌握玻尔理论的三大假设，能运用氢原子能级公式和跃迁条件进行计算。 3. 理解天然放射现象，掌握α、β、γ三种射线的性质与区别。 4. 掌握α衰变与β衰变的规律，能正确书写衰变方程，理解半衰期的统计意义。 5. 掌握核反应方程的书写规则（质量数守恒、电荷数守恒），能判断反应类型。 6. 理解质量亏损与结合能的概念，能运用质能方程计算核能。 7. 掌握重核裂变与轻核聚变的特点，了解核电站与氢弹的工作原理。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 原子结构的探索 知●识●解●构 1. 电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过阴极射线实验发现电子，提出原子的"枣糕模型"。 2. α粒子散射实验：卢瑟福指导助手用α粒子轰击金箔。实验结果：绝大多数α粒子几乎沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角大于90°甚至被弹回。 3. 核式结构模型：原子中心有一个很小的原子核，原子的全部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。 4. 氢原子光谱：氢原子光谱是线状谱（不连续的亮线），巴耳末系是可见光区的谱线。 5. 玻尔理论三大假设：(1)定态假设——原子只能处于一系列不连续的能量状态中；(2)轨道量子化假设——电子绕核运动的轨道半径只能是某些分立的数值；(3)频率条件——原子从高能级Em跃迁到低能级En时，辐射光子hν=Em-En。 6. 氢原子能级公式：En=E₁/n²（n=1,2,3,...），E₁=-13.6 eV。 7. 氢原子半径公式：rn = n²r₁（n=1,2,3,...），r₁=0.53×10-10 m。 8. 跃迁类型：(1)吸收光子：必须恰好等于两能级差；(2)吸收实物粒子：只要动能≥两能级差即可；(3)电离：光子能量≥|En|即可。 知识点1 α粒子散射实验与氢原子光谱 例题1、（多选）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹．其中一个α粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中，α粒子在b点时距原子核最近．下列说法正确的是 A．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子 B．α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子运动到b时受到的库仑斥力较大 C．α粒子从a到c的运动过程中电势能先减小后变大 D．α粒子从a到c的运动过程中加速度先变大后变小 变式1、以下关于物理学史和物理方法的叙述中正确的是（　　） A．在建立合力、分力、重心、质点等概念时都用到了等效替代法 B．“牛顿第一定律”是牛顿通过大量的实验得出的 C．爱因斯坦通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子 D．贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核是有复杂结构的 变式2、图甲为氢原子能级的示意图，现有大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁；图乙为卢瑟福α子散射实验示意图，下列说法正确的是（     ） A．这些氢原子在跃迁过程中最多能辐射出3种不同频率的电磁波 B．α粒子发生大角度偏转是因为受到了原子核的核力作用 C．跃迁过程中，核外电子的动能增大，电势能减小 D．α粒子从Q到M的过程中，电势能先减小后增大 知识点2 玻尔理论与氢原子能级 例题2、说到能级，人们首先想到的是玻尔能级模型，他首次将普朗克的量子假说推广到原子的内部能量，以解决卢瑟福原子模型稳定性方面的困难，下列关于玻尔的原子理论正确的是（    ） A．电子在一些特定的轨道上绕原子核匀速圆周运动，离核越远能量越低 B．电子在这些可能的轨道运动时，会发射电磁波，向外界释放能量 C．电子运动的轨道量子化，在轨道上具有的能量也是不连续量子化的 D．若大量位于能级3的氢原子向低能级越迁，最多可以向外界辐射4种不同频率的光子 变式3、（多选）如图所示为氢原子的能级示意图。下列说法正确的是（     ） A．一群处于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 B．氢原子从能级跃迁到能级，需要吸收能量为12.09 eV的光子 C．从高能级向低能级跃迁时，能级差越大，辐射出的光子的波长越小 D．氢原子外层电子在能级上绕核运动时，不停地向外辐射电磁波 变式4、（多选）缪子是基本粒子，其所带的负电量与电子相同但质量约为电子质量的200倍。若将氢原子核外的电子以缪子取代，依据波尔的氢原子模型，试问下列关于此特殊的类氢原子基态相较于一般氢原子基态的叙述，哪些正确？（     ） A．缪子轨道半径较小 B．缪子基态能量较大 C．缪子绕行氢原子核的周期较短 D．缪子受氢原子核库仑力量值较小 E．缪子绕行氢原子核角动量量值较小 考点二 原子核的组成与衰变 知●识●解●构 1. 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。质子带正电，中子不带电。 2. 基本关系：质量数A = 核子数 = 质子数 + 中子数；核电荷数Z = 质子数 = 元素的原子序数。 3. 天然放射现象：1896年贝克勒尔发现。原子序数大于或等于83的元素都能自发地发出射线。 4. 三种射线：α射线（₂He核流，速度约0.1c，穿透能力弱，电离作用强）；β射线（高速电子流，速度约0.99c，穿透能力较强，电离作用较弱）；γ射线（波长很短的电磁波，速度c，穿透能力最强，电离作用最弱）。 5. α衰变：X → Y + ₂He（质量数-4，电荷数-2）。 6. β衰变：X → Y + ₁e（质量数不变，电荷数+1）。实质：核内中子转化为质子和电子。 7. γ射线：伴随α衰变或β衰变产生，是原子核从激发态跃迁到基态时辐射的。 8. 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。N = N₀·(1/2) (t/T)，m = m₀·(1/2) (t/T)。 9. 半衰期的统计意义：描述大量原子核的衰变规律，对个别原子核无意义。由核内部因素决定，与外界条件无关。 知识点1 天然放射现象与三种射线 例题3、在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料－作为发电能源为火星车供电。中Pu元素的原子核符号是，的衰变方程为，下列说法正确的是（     ） A． B．的穿透本领较强，可以穿透几毫米厚的铝板 C．通过气体时很容易把气体分子中的电子剥离，使气体电离 D．元素的单质比化合物的放射性要强 变式5、物理学家通过对实验的深入观察和研究，采用一定的物理方法，获得物理概念和物理规律，推动物理学的发展。下列说法正确的是（     ） A．麦克斯韦建立了经典电磁理论，预言并证实了电磁波的存在 B．爱因斯坦提出能量子假说，成功地解释了光电效应规律 C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子具有核式结构 D．电磁波既能传递信息也能传递能量 变式6、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．在一次衰变时会同时释放、、三种射线 C．结合能越大，原子核越稳定 D．太阳辐射的能量主要来源于轻核的聚变 知识点2 原子核的衰变与半衰期 例题4、科技的不断发展，给人类探索未知领域提供了有利的条件，在探究火星时发现探测器太阳能电池板的发电能力有限，因此科学家用放射性材料作为辅助电源为火星车供电。中的Pu元素是，具有天然放射性，半衰期为87.7年。发生衰变的核反应方程为，则下列说法正确的是（　　） A．X原子核的中子数为142 B．10个Pu原子核经过87.7年后一定还会剩余5个 C．新核X 的比结合能小于Pu核的比结合能 D．Pu的半衰期跟核内部自身因素有关，也跟原子所处的化学状态和外部条件有关 变式7、（多选）14C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14N。通过测量样本中剩余14C的含量推算其死亡年代。下列判断正确的是（　　） A．14C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β衰变 C．100个14C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14C的衰变速度 变式8、铋212衰变时释放高能粒子，具有短半衰期、短射程（约）和高线性能量传递特性，可精准摧毁癌细胞DNA，同时显著减少对周围健康组织的损伤。研究人员测试铋212发生衰变后的剩余质量与初始时刻的质量的比值，其随时间的变化图像如图所示，则关于图中的取值说法正确的是（     ） A． B． C． D． 考点三 核力与核能 知●识●解●构 1. 核力：原子核内部核子间特有的强相互作用力，是短程力（作用范围约10¹ m），只与邻近核子作用，与电荷无关。 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。 3. 比结合能（平均结合能）：结合能与核子数之比。比结合能越大，原子核越稳定。 4. 质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，差值即为质量亏损Δm。 5. 质能方程：E = mc²，ΔE = Δm·c²。1 u对应931.5 MeV。 6. 重核裂变：重核分裂成中等质量的核，释放能量。链式反应条件：体积≥临界体积。 7. 轻核聚变：轻核结合成较重的核，释放更多能量。条件：高温（热核反应）。 8. 核电站原理：可控链式裂变反应，利用核能加热水产生蒸汽驱动发电机。 知识点1 核反应方程与质能方程 例题5、（多选）某核反应方程为，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生该核反应，设反应释放的能量（远大于碰前氘核和氚核的动能）全部转化为与的动能，则（     ） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变 C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV 变式9、一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为U→Th＋He、下列说法正确的是（　　） A．衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 B．衰变后钍核的动量等于粒子的动量 C．衰变后钍核的动能小于粒子的动能 D．铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间 变式10、我国首辆火星车“祝融号”采用放射性材料PuO2作为发电原材料。PuO2中的元素具有放射性，半衰期约为88年，其通过放射性衰变产生热量，经过热电转换系统为火星车提供电能。该过程的核反应方程为，下列说法正确的是（     ） A．该反应是α衰变，X能穿透几十厘米厚的混凝土 B．比的中子数少4个 C．如果放射性材料PuO2不慎受潮，半衰期会变短 D．因为反应放出热量，故反应中存在质量亏损，但是质量数依然守恒 知识点2 重核裂变与轻核聚变 例题5、下列说法正确的是（　　） A．聚变反应一定比裂变反应释放的能量多 B．聚变反应比裂变反应每个核子平均释放的能量多 C．聚变反应中粒子的比结合能变小 D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变大 变式11、关于近代物理的知识，下列说法正确的是（    ） A．在光电效应实验中，若仅增大入射光的强度，则逸出光电子的最大初动能将随之增大 B．某放射性元素的半衰期为5天，则经过10天后，该元素的质量将减少为原来的 C．铀核裂变的一种可能核反应方程为，该反应属于人工转变 D．比结合能越大的原子核，其核子平均质量越大，原子核越稳定 变式12、下列关于近代物理的叙述中，正确的是（　　） A．光电效应是金属表面的原子吸收光子后由原子释放出电子的现象，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系 B．氢原子辐射光子后，其核外电子动能减小，电势能增大 C．氘核（）和氚核（）聚合成氦核（），会放出一个正电子，发生质量亏损，释放核能 D．某种放射性元素半衰期为5天，则100个该元素原子核经过5天时，一定还剩50个未发生衰变 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（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 2．（2025·河南·高考真题）由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素和。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知和的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现和的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中和的原子个数比约为（　　） A． B． C． D． 3．（2025·福建·高考真题）（多选）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 4．（2024·全国甲卷·高考真题）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用表示，式中x、y的值分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 5．（2024·天津·高考真题）（多选）中国钍基熔盐堆即将建成小型实验堆，为我国能源安全和可持续发展提供有力支持。反应堆中涉及的核反应方程有：①②，下列说法正确的是（　　） A．方程①中X是中子 B．方程②中发生了衰变 C．受反应堆高温影响，的半衰期会变短 D．方程②释放电子，说明电子是原子核的组成部分 6．（2024·浙江·高考真题）已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，阿伏加德罗常数取，氘核摩尔质量为，相当于。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程式为 B．氘核的比结合能比氦核的大 C．氘核与氚核的间距达到就能发生核聚变 D．氘完全参与聚变释放出能量的数量级为 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $