第41讲 原子结构和原子核（专项训练）（安徽专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

第41讲 原子结构和原子核（专项训练） 目 录 研判·考情前瞻 1 巩固·知识解构 2 知识点1 原子结构 光谱和能级跃迁 2 知识点2 天然放射性、原子核的组成 3 知识点3 放射性元素的衰变 4 知识点4 核反应、核能 4 知识点5 重核裂变与轻核聚变 5 模拟·基础演练 6 题型01 原子结构 玻尔理论 6 题型02 原子核的衰变 9 题型03 核反应、核能 11 重难·创新演练 13 真题·实战演练 15 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 研判·考情前瞻 核心考点 2026年 2025年 2024年 原子结构、玻尔理论 浙江(6月)·T13、广东·T1、江苏·T3、 甘肃·T1、北京·T20、 重庆·T8、安徽·T1、 浙江(6月)·T10、 江苏·T5、 原子核、核反应与核能 福建·T1、江西·T1、甘肃·T1、北京·T2、广西·T1、海南·T2、全国卷·T2、 浙江(6月)·T3、四川·T8、江苏·T5、湖北·T1、山东·T1、湖南·T2、 贵州·T8、安徽·T1、湖南·T1、天津·T2、河南·T6、福建·T6、云南·T1、黑吉辽蒙·T8、湖北·T1、海南·T1、 天津·T6、海南·T2、北京·T1、广东·T2、广西·T4、全国甲卷·T1、浙江(6月)·T4、河北·T1、山东·T1、湖北·T2、江苏·T3、福建·T1、 考情分析 题型与考向： 安徽新高考以选择题为主，难度基础，常拼盘式考查多个小知识点。 高频考点：能级跃迁光子能量、吸收辐射判断；三种射线性质辨析；半衰期理解。重点：核反应方程正误判断、区分裂变与聚变；质量亏损结合质能方程简单计算。易混点：β衰变电子来源于原子核内中子转化，不是核外电子；半衰期由原子核本身决定，不受温度、压强、化学状态影响。 易错坑：能级差等于光子能量只适用于光子吸收；实物粒子碰撞跃迁可以部分吸收能量；质量亏损不是质量消失，是转化为能量。 常见情境 1．实验情境：α 粒子散射实验、威尔逊云室观测射线。 2．技术情境：核反应堆、氢弹、放疗探伤、放射性示踪、碳 14 测年。 3．模型情境：玻尔能级图、原子核衰变模型。 4．前沿情境：可控核聚变、核能发电。 命题立意 1．物理观念：建立原子、原子核微观结构模型，认识核力、核能。 2．科学思维：利用守恒规律（电荷数、质量数）分析核反应；用能级模型推理光子能量。 3．科学辨析：区分经典原子模型、玻尔模型的局限；厘清半衰期、质量亏损常见误区。 4．STSE 观念：辩证认识核能、放射性的利弊，树立核安全意识。 复习目标 1．掌握卢瑟福 α 粒子散射实验与原子核式结构模型；理解玻尔理论、能级跃迁、光子吸收与辐射，会计算跃迁光子能量。 2．分清天然放射现象、三种射线（α、β、γ 射线）的本质、电离与穿透能力；掌握衰变规律、半衰期概念。 3．理解核反应方程书写原则（质量数守恒、电荷数守恒），区分衰变、人工核转变、重核裂变、轻核聚变。 4．掌握质能方程E＝mc2、质量亏损，会简单核能计算；了解放射性同位素应用与辐射防护。 巩固·知识解构 知识点1 原子结构 光谱和能级跃迁 1．原子的核式结构 (1)电子的发现：英国物理学家____________在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。 (2)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家________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________方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数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________和几乎全部________都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。 2．光谱 (1)光谱 用棱镜或光栅可以把各种颜色的光按波长(频率)展开，获得_______(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_______，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱。有的光谱是连在一起的_______，叫作连续谱。 (3)氢原子光谱的实验规律 1885年，巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线作了分析，发现这些谱线的波长满足公式＝______________(n＝3，4，5，…)，R∞叫作里德伯常量，实验测得的值为R∞＝1.10×107 m－1。这个公式称为巴耳末公式，它确定的这一组谱线称为巴耳末系。 3．氢原子的能级跃迁 (1)玻尔理论 ①轨道量子化与定态：电子的轨道是_______的。电子在这些轨道上绕核的运动是_______的，不产生电磁辐射。因此，原子的能量也只能取一系列_______的值，这些量子化的能量值叫作_______。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作_______，其他的状态叫作_______。 ②频率条件：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＝__________(m＜n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)。 (2)氢原子的能级图 知识点2 天然放射性、原子核的组成 1．天然放射现象 (1)放射性与放射性元素：物质发出_______的性质称为放射性，具有_______的元素称为放射性元素。 (2)放射性首先由__________发现。放射性的发现，说明_______内部是有结构的。放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线。 (3)三种射线的比较 射线名称比较项目 α射线 β射线 γ射线 组成 高速氦核流　 ______________ 光子流(高频电磁波) 电荷量 _______ －e 0 质量 4mp 静止质量为零 符号 _______ e γ 速度 可达c 可以接近c c 垂直进入电场或磁场的偏转情况 偏转 偏转 _______ 穿透能力 最弱 较强 _______ 对空气的 电离作用 很强 较弱 _______ 2．原子核的组成 (1)原子核由_______和_______组成，质子和中子统称为_______。质子带正电，中子不带电。 (2)原子核常用符号X表示，X为元素符号，A表示核的_______，Z表示核的_______。 (3)原子核的电荷数＝核内的_______数＝元素的原子序数＝_______的核外电子数，原子核的质量数＝核内的核子数＝______________，质子和中子都为一个单位质量。 (4)同位素：核中_______相同而_______不同的原子，在元素周期表中处于_______位置，因而互称同位素，具有相同的_______性质。 知识点3 放射性元素的衰变 1．原子核的衰变 (1)原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种_______的变化，称为原子核的衰变。原子核衰变时_______数和_______数都守恒。 (2)分类 α衰变：X→Y＋_______； β衰变：X→Y＋_______。 注：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射线辐射。 (3)两个典型的衰变 ①U→Th＋He； ②Th→Pa＋e。 2．α衰变、β衰变和γ辐射的实质 (1)α衰变：原子核中的两个中子和两个质子结合起来形成_______，并被释放出来。 (2)β衰变：核内的一个_______转化成一个_______和一个电子，电子发射到核外。 (3)γ辐射：原子核的能量不能连续变化，存在着能级。放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出_______。因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。 3．半衰期 放射性元素的原子核有_______发生衰变所需的时间。 4．放射性的应用与防护 (1)放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。 例如：Al＋He→P＋n，P→Si＋e。 有_______放射性同位素和_______放射性同位素两类。 (2)应用：工业测厚，放射治疗，培优、保鲜，作为____________等。 (3)防护：防止过量射线对人体组织的破坏。 知识点4 核反应、核能 1．核反应 (1)原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程，称为核反应。 (2)核反应中遵循两个守恒规律，即______________和______________。 2．衰变及核反应的三种类型的比较 类型 可控性 方程典例 衰 变 α衰变 自发 U→Th＋_______ β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工 控制 147N＋He→O＋_______ (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋_______ (查德威克发现中子) 重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋_______ 轻核聚变 较难进行人工控制 H＋H→He＋_______ 1．核力 (1)定义：原子核中的核子之间存在的一种很强的相互作用力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。 (2)特点 ①核力是强相互作用的一种表现。 ②核力是短程力，作用范围只有约10－15 m，即原子核的大小。 2．结合能 原子核是核子凭借_______结合在一起构成的，要把它们分开，也需要_______，这就是原子核的结合能。 3．比结合能 (1)定义：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。 (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，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 4．质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E＝_______。原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这就是质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的_______。 知识点5 重核裂变与轻核聚变 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)特点 ①核裂变过程中能够放出巨大的能量。 ②核裂变的同时能够放出2或3个中子。 ③核裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变，有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率非常小。 (3)典型的核裂变反应方程 U＋n→Kr＋Ba＋3n。 (4)链式反应：由重核裂变产生的_______使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 (5)临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生______________的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 (6)核裂变的应用：_______、核反应堆。 (7)反应堆构造：核燃料、慢化剂(如重水、石墨)、_______(也叫控制棒，它可以吸收中子，用于调节中子数目以控制反应速度)、防护层。 2．轻核聚变 (1)定义 两个轻核结合成____________的核的核反应。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫____________。 (2)特点 ①核聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大3～4倍。 ②核聚变反应比核裂变反应更剧烈。 ③核聚变反应比核裂变反应更安全、清洁。 ④自然界中核聚变反应原料丰富。 (3)典型的核聚变反应方程 H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 模拟·基础演练 考查重点：原子结构、玻尔理论；原子核的衰变；核反应、核能 ⏳题型01 原子结构 玻尔理论 1．α粒子散射实验装置如图所示，下列说法正确的是（　　） A．实验现象可用汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释 B．在c处可观察到绝大多数α粒子 C．在b、d两处，打在荧光屏上的α粒子数几乎相同 D．统计散射到各个方向的α粒子所占比例，卢瑟福提出了原子的核式结构模型 2．（25-26高二下·全国·课后作业）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 3．（26-27高三上·安徽芜湖·阶段检测）如图为氢原子的能级图，已知红光光子的能量范围为，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，能辐射出的红光光子能量为（　　） A．1.91eV B．1.89eV C．1.76eV D．1.64eV 4．氢原子的可见光谱线图如图所示，氢原子的发射光谱只有一些分立的亮线，氢原子只能释放或吸收特定频率的光子，玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律。和氢原子一样，各种原子都有其独特的光谱，在研究太阳光谱时，发现它的连续光谱中有许多暗线，这是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱，吸收光谱中的暗线对应发射光谱中的亮线。下列说法正确的是（　　） A．玻尔理论可以解释各种原子的光谱 B．大量氢原子发出的光谱为连续光谱 C．光谱分析不能鉴别物质和确定物质的组成成分 D．同一元素的发射光谱和吸收光谱的特征谱线相同 5．如图所示为氢原子的能级示意图，若大量的氢原子从某一激发态向基态跃迁时能发射波长为、、的三种光，已知，三种光子对应动量分别为、、，下列说法正确的是（　　） A．该氢原子处于能级 B．该氢原子可以吸收能量为的光子 C．三种光子的动量关系为 D．三种光波长关系为 6．▶新情境◀（25-26高二下·全国·课后作业）（多选）中国“北斗三号”使用的氢原子钟技术指标达到国际先进水平，它是利用氢原子能级跃迁时辐射出的电磁波来计时的。氢原子处于能级的能量值，已知点电荷电势公式（为场源电荷电量，为距场源电荷的距离），电子绕氢原子核转圈的半径，原子分别处于第2、3能级时对应能量分别为、；电子对应动能分别为、；电子电势能分别为、；等效环形电流强度分别为、，下列说法正确的是（　　） A． B． C． D． ⏳题型02 原子核的衰变 7．如图所示，在牛奶灌装生产线上，传送带一侧设置一个放射源，另一侧放置射线接收器，调整放射源和接收器之间的距离，使得射线刚好不能穿透装满牛奶的纸盒。每当传送带上的纸盒经过放射源位置时，若接收器检测不到射线，说明牛奶已经灌满；若接收器仍能检测到射线，说明牛奶未灌满，不合格。使用的射线是（　　） A．射线 B．射线 C．射线 D．紫外线 8．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场B，LL′是一厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏O、P两处有亮斑，则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断，与实验相符的是（　　） A．竖直向上、β射线、α射线 B．竖直向下、α射线、β射线 C．垂直纸面向内、γ射线、β射线 D．垂直纸面向外、β射线、γ射线 9．（25-26高二下·全国·课后作业）我国嫦娥五号探测器成功取回月壤样本后，科学家通过分析钾 及其衰变产物氩的比例测定月球岩石年龄。已知钾40发生衰变的核反应方程为，若某岩石中钾40与氩40的质量比为1:7（假设最开始时岩石中不含有氩40且衰变生成的氩40全部保留在岩石中）。钾40的半衰期为1.2×109年，则该岩石的年龄约为（　　） A．年 B．3.0×109年 C．年 D．年 10．▶新考法◀（25-26高二下·全国·课后作业）一物理学习小组研究可作为核电池材料的衰变为的过程，根据测量数据，用横坐标表示时间，用纵坐标表示任意时刻的质量与初始时刻（时）的质量的比值，得出的图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A．衰变为释放的射线电离作用很弱 B．衰变为释放的射线在电场中不会偏转 C．图像中的 D．图像中的 11．如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（ ） A．6 B．8 C．10 D．14 12．原子核可以发生α衰变或β衰变，如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，静止的原子核发生了α衰变或β衰变，衰变结束时，α粒子或β粒子与反冲核（新核）的速度与磁场垂直，将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，轨迹的半径一大一小，轨迹的形式分为内切和外切，下列说法正确的是（    ） A．新核的轨迹半径大，α粒子或β粒子的轨迹半径小 B．α衰变对应的轨迹是内切圆，β衰变对应的轨迹是外切圆 C．若静止的在匀强磁场中发生α衰变，α粒子与反冲核的轨迹半径之比为45：2 D．若静止的在匀强磁场中发生α衰变，当α粒子转520圈，则反冲核转400圈 ⏳题型03 核反应、核能 13．（26-27高三上·安徽·开学考试）我国第四代核能系统——“钍基熔盐堆”在全球首次实现堆内钍铀核燃料转换。钍-232本身不能裂变，吸收中子后生成易裂变的铀-233，铀-233裂变释放核能，释放中子继续轰击钍-232，形成反应闭环。主要核反应有：①；②；③。下列说法正确的是（      ） A．①属于核聚变反应 B．②中产生的电子来自原子核外 C．钍基熔盐堆是利用③的链式反应来释放核能的 D．反应堆的温度升高时，的半衰期变长 14．（26-27高三上·安徽马鞍山·阶段检测）中国“人造太阳”——全超导托卡马克装置EAST（东方超环）位于安徽合肥科学岛。其工作原理是利用强磁场将上亿摄氏度的等离子体约束在真空室内，使和发生核反应。下列说法正确的是（      ） A．该反应是核电站工作的基本原理 B．洛伦兹力对带电粒子做正功，使粒子的动能增大 C．生成物的比结合能大于反应物和的比结合能 D．升高等离子体温度可使反应物的比结合能增大，从而释放更多核能 15．（25-26高二下·全国·课后作业）发生衰变后生成新核和，其衰变方程为，已知的质量为238.0508u、质量为234.0433u、的质量为4.0015u，且1u相当于931.5MeV的能量，下列说法正确的是（　　） A．原子核衰变时电荷数和质量都守恒 B．的比结合能是 C．的平均核子质量小于 D．衰变过程放出的核能约为 16．（25-26高二下·全国·课后作业）原子核的比结合能如图所示。下列说法正确的是（　　） A．核比核更稳定 B．核比核核子数多，比结合能大 C．核比核结合能大，比结合能小 D．两个核结合成核，需要吸收能量 17．（25-26高二下·全国·课后作业）核能是比较清洁的能源，利用核能发电时既不会向外排放污染物质，也不会产生温室效应，而且核燃料的能量密度远远高于普通能源。核电站的主要燃料之一是，其核反应方程式为，已知、、的比结合能分别为、、。下列说法正确的是（　　） A． B．比多35个中子 C． D．该反应释放的核能为 18．（25-26高二下·安徽阜阳·期末）在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变，放射出的α粒子He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。 (1)若该放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程。 (2)α粒子的圆周运动可以等效成环形电流，求该等效环形电流的大小。 (3)若该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，且新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。 重难·创新演练 设题创新:能级劈裂、定态与跃迁（T1）、定态与能级跃迁（T2）、α和β、γ三种射线的性质（T3）、核聚变、结合能与比结合能（T4） 1．▶新情境◀（25-26高二下·全国·课后作业）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为，则（　　） A．①的能量大于③的能量 B．②的波动性比④明显 C．经同一障碍物时，④比③更容易发生明显衍射 D．用④照射该金属，逸出光电子的最大初动能小于 2．（25-26高二下·全国·课后作业）如图甲所示是弗兰克―赫兹实验，该实验为能量量子化假设提供了直接证据。实验前，装置内仅充满汞原子，实验中，灯丝发射出初速度可忽略的电子，先经过阴极K与栅极G之间的电场加速，再经过栅极G与集电极A之间的反向电场减速。电子在整个运动过程中会和汞原子碰撞，实验中记录了栅极G到阴极K的电压大小，以及通过集电极A的电流I，电流越大说明单位时间到达集电极A的电子越多。实验结果如图乙所示，电流I的极大值呈周期性出现，峰值的水平间距为4.9V从中得出汞原子能量具有量子化的结论。由于电子质量远远小于汞原子质量，通过弹性碰撞转移给汞原子的动能可以忽略不计。结合以上内容判断下列说法错误的是（ ） A．时，电子与汞原子碰撞不会使处于基态的汞原子激发 B．峰值的水平间距为4.9V，说明汞原子第一激发态与基态的能量差为4.9 C．只有当电子的动能等于4.9或其整数倍才能使汞原子从基态跃迁到第一激发态 D．时，有大量电子两次与汞原子碰撞，使汞原子从基态跃迁到第一激发态 3．如图所示，x为未知放射源，它向右方发射放射线，p为一张厚度为0.5mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为（　　）    A．和的混合放射源 B．和的混合放射源 C．和的混合放射源 D．、和的混合放射源 4．（多选）在太阳内部不停地发生核聚变，给地球带来光和热；太阳内部发生的聚变反应可简化为4个氢原子核（）融合成一个氮原子核（），大约释放出28MeV的能量。人类一直在努力尝试实现可控核聚变，这个目标一旦实现将从根本上解决能源供给问题。如果要实现人工核聚变，首先要克服原子核间巨大的库仑斥力，使两氢原子核（）间距离达到以内，才能实现原子核融合。方法是将核燃料加热到极高温度，使氢原子核（）具有足够大的动能，两氢原子核对心碰撞进而发生核聚变。根据热学理论，粒子的平均动能，其中k为玻尔兹曼常数，，T为热力学温度。理论计算表明，当氢核（）的平均动能达到约时，容易发生聚变反应，电子电量。根据以上信息，下列说法正确的是（　　） A．在核聚变过程中，由于满足质量数守恒，因而核反应前后总质量也保持不变 B．氮原子核的比结合能约为7MeV C．要使氢核燃料发生核聚变，需要将燃料温度加热到约 D．若两个氢原子核以相同初动能相向运动发生正碰而恰好融合，则一个氢原子核从远处以初动能与另一个静止的氢原子核发生正碰，也能恰好融合 真题·实战演练 高频考点：核反应方程的书写；原子核的衰变、半衰期；核裂变与核聚变 1．（2026·福建·高考真题）我国科学家在钍基熔盐堆中成功实现了钍—铀核燃料循环，该成果入选“2025年度中国科学十大进展”。循环涉及的核反应方程包含：①②③。式中是质量可忽略不计的中性粒子，则（　　） A．X是 B．Y是 C．方程②属于衰变 D．方程③属于衰变 2．（2026·江西·高考真题）东华加速器中子源科学装置通过射线与钨核反应产生中子，其方程为，其中光子的静质量为零。关于方程中与的值，下列选项正确的是（　　） A．， B．， C．， D．， 3．（2026·海南·高考真题）放射性同位素碘131常作为放射性示踪剂，用于甲状腺病的诊断。碘131发生衰变的方程为，则（　　） A．， B．， C．， D．， 4．（2026·甘肃·高考真题）铅（Pb）205放射性核素的半衰期约为1700万年，对其丰度的研究为推断太阳的形成时间提供了重要的科学依据。天体环境中，形成铅205的重要机制之一是铊（）核的束缚态衰变，其方程为。下列说法正确的是（　　） A． B． C．核的中子数为124 D．核与核质量数不同 5．（2026·浙江·高考真题）卢瑟福用粒子轰击氮原子核，其核反应方程为，这是人类第一次实现原子核的人工转变。方程中X是（　　） A． B． C． D． 6．（2026·北京·高考真题）氟18是正电子发射断层成像（PET）中常用的放射性核素，可通过核反应制备，括号内的粒子为（　　） A． B． C． D． 7．（2026·全国卷·高考真题）自由中子可以衰变，其衰变方程为，其中为反中微子（质量近似为零）。由中子的衰变方程可知（　　） A．质子的质量小于中子的质量 B．中子的质量小于质子和电子的质量之和 C．反中微子的电荷量与质子的电荷量相等 D．反中微子的电荷量与电子的电荷量相等 8．（2026·广西·高考真题）我国科学家首次合成的新核素与核素具有相同的（　　） A．核电荷数 B．质量数 C．原子质量 D．中子数 9．（2026·江苏·高考真题）利用氪81测定南极冰芯年龄约为13万年。已知氪81的半衰期为23万年，冰芯形成时冰芯中氪81的质量为m0，a点表示现在冰芯中氪81的质量。下列图像中能反映冰芯中氪81的质量m随时间t的变化关系且a点标注正确的是（　　） A． B． C． D． 10．（2026·湖北·高考真题）2025年6月，我国成功掌握商用堆生产钇90（）玻璃微球的技术，可实现批量化生产。在核反应堆中，由核反应生成、则（　　） A．X是质子 B．X是电子 C．a = 90 D．b = 0 11．（2026·山东·高考真题）我国钍资源丰富并成功实现了钍-铀核燃料转换，开辟了核燃料供应的新途径。转换过程的中间核素可能会经历两种核反应，反应式为，，则X、Y分别是（　　） A．、 B．、 C．、 D．、 12．（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 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $函学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 第41讲原子结构和原子核（专项训练） 模拟•基础演练 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D D B D D BD B C A C 题号 11 12 13 14 15 16 17 答案 A D C C D C B 18 【答案】)2X→2Y+He R)qB 2πm 3 (M+mqBRy 2mMe2 【详解】(1)根据核反应中质量数与电荷数守恒可知，该a衰变的核反应方程为X→Y+H© （②)设a粒子在磁场中做圆周运动的周期为工，则有T-2 gB 根据电流的定义式，可得环形电流的大小1=9=9B T2πm (3)根据洛伦兹力提供向心力，有qB=m R 解得=9BR m 设衰变后新核Y的速度大小为v',核反应前后系统动量守恒，有=0 可得'=mgBR 根据漫因新担质能方程利能量守恒定律，有心-w+心 解得△m=M+mgBR2 2mMc2 112 函学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 重难·创新演练 题号 y 2 4 答案 B B BCD 真题•实战演练 题号 1 2 3 6 7 8 9 10 答案 D C A A D D 题号 11 12 答案 C D 212 第41讲 原子结构和原子核（专项训练） 目 录 研判·考情前瞻 1 巩固·知识解构 2 知识点1 原子结构 光谱和能级跃迁 2 知识点2 天然放射性、原子核的组成 3 知识点3 放射性元素的衰变 4 知识点4 核反应、核能 4 知识点5 重核裂变与轻核聚变 5 模拟·基础演练 6 题型01 原子结构 玻尔理论 6 题型02 原子核的衰变 10 题型03 核反应、核能 15 重难·创新演练 18 真题·实战演练 21 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 研判·考情前瞻 核心考点 2026年 2025年 2024年 原子结构、玻尔理论 浙江(6月)·T13、广东·T1、江苏·T3、 甘肃·T1、北京·T20、 重庆·T8、安徽·T1、 浙江(6月)·T10、 江苏·T5、 原子核、核反应与核能 福建·T1、江西·T1、甘肃·T1、北京·T2、广西·T1、海南·T2、全国卷·T2、 浙江(6月)·T3、四川·T8、江苏·T5、湖北·T1、山东·T1、湖南·T2、 贵州·T8、安徽·T1、湖南·T1、天津·T2、河南·T6、福建·T6、云南·T1、黑吉辽蒙·T8、湖北·T1、海南·T1、 天津·T6、海南·T2、北京·T1、广东·T2、广西·T4、全国甲卷·T1、浙江(6月)·T4、河北·T1、山东·T1、湖北·T2、江苏·T3、福建·T1、 考情分析 题型与考向： 安徽新高考以选择题为主，难度基础，常拼盘式考查多个小知识点。 高频考点：能级跃迁光子能量、吸收辐射判断；三种射线性质辨析；半衰期理解。重点：核反应方程正误判断、区分裂变与聚变；质量亏损结合质能方程简单计算。易混点：β衰变电子来源于原子核内中子转化，不是核外电子；半衰期由原子核本身决定，不受温度、压强、化学状态影响。 易错坑：能级差等于光子能量只适用于光子吸收；实物粒子碰撞跃迁可以部分吸收能量；质量亏损不是质量消失，是转化为能量。 常见情境 1．实验情境：α 粒子散射实验、威尔逊云室观测射线。 2．技术情境：核反应堆、氢弹、放疗探伤、放射性示踪、碳 14 测年。 3．模型情境：玻尔能级图、原子核衰变模型。 4．前沿情境：可控核聚变、核能发电。 命题立意 1．物理观念：建立原子、原子核微观结构模型，认识核力、核能。 2．科学思维：利用守恒规律（电荷数、质量数）分析核反应；用能级模型推理光子能量。 3．科学辨析：区分经典原子模型、玻尔模型的局限；厘清半衰期、质量亏损常见误区。 4．STSE 观念：辩证认识核能、放射性的利弊，树立核安全意识。 复习目标 1．掌握卢瑟福 α 粒子散射实验与原子核式结构模型；理解玻尔理论、能级跃迁、光子吸收与辐射，会计算跃迁光子能量。 2．分清天然放射现象、三种射线（α、β、γ 射线）的本质、电离与穿透能力；掌握衰变规律、半衰期概念。 3．理解核反应方程书写原则（质量数守恒、电荷数守恒），区分衰变、人工核转变、重核裂变、轻核聚变。 4．掌握质能方程E＝mc2、质量亏损，会简单核能计算；了解放射性同位素应用与辐射防护。 巩固·知识解构 知识点1 原子结构 光谱和能级跃迁 1．原子的核式结构 (1)电子的发现：英国物理学家J.J.汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。 (2)α粒子散射实验：1909～1911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，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数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．光谱 (1)光谱 用棱镜或光栅可以把各种颜色的光按波长(频率)展开，获得波长(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，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱。有的光谱是连在一起的光带，叫作连续谱。 (3)氢原子光谱的实验规律 1885年，巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线作了分析，发现这些谱线的波长满足公式＝R∞(n＝3，4，5，…)，R∞叫作里德伯常量，实验测得的值为R∞＝1.10×107 m－1。这个公式称为巴耳末公式，它确定的这一组谱线称为巴耳末系。 3．氢原子的能级跃迁 (1)玻尔理论 ①轨道量子化与定态：电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。因此，原子的能量也只能取一系列特定的值，这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。 ②频率条件：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＝En－Em(m＜n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)。 (2)氢原子的能级图 知识点2 天然放射性、原子核的组成 1．天然放射现象 (1)放射性与放射性元素：物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素。 (2)放射性首先由贝克勒尔发现。放射性的发现，说明原子核内部是有结构的。放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线。 (3)三种射线的比较 射线名称比较项目 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) 电荷量 2e －e 0 质量 4mp 静止质量为零 符号 He e γ 速度 可达c 可以接近c c 垂直进入电场或磁场的偏转情况 偏转 偏转 不偏转 穿透能力 最弱 较强 最强 对空气的 电离作用 很强 较弱 最弱 2．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)原子核常用符号X表示，X为元素符号，A表示核的质量数，Z表示核的电荷数。 (3)原子核的电荷数＝核内的质子数＝元素的原子序数＝中性原子的核外电子数，原子核的质量数＝核内的核子数＝质子数＋中子数，质子和中子都为一个单位质量。 (4)同位素：核中质子数相同而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素，具有相同的化学性质。 知识点3 放射性元素的衰变 1．原子核的衰变 (1)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。原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 (2)分类 α衰变：X→Y＋He； β衰变：X→Y＋e。 注：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射线辐射。 (3)两个典型的衰变 ①U→Th＋He； ②Th→Pa＋e。 2．α衰变、β衰变和γ辐射的实质 (1)α衰变：原子核中的两个中子和两个质子结合起来形成α粒子，并被释放出来。 (2)β衰变：核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，电子发射到核外。 (3)γ辐射：原子核的能量不能连续变化，存在着能级。放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。 3．半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 4．放射性的应用与防护 (1)放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。 例如：Al＋He→P＋n，P→Si＋e。 有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类。 (2)应用：工业测厚，放射治疗，培优、保鲜，作为示踪原子等。 (3)防护：防止过量射线对人体组织的破坏。 知识点4 核反应、核能 1．核反应 (1)原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程，称为核反应。 (2)核反应中遵循两个守恒规律，即质量数守恒和电荷数守恒。 2．衰变及核反应的三种类型的比较 类型 可控性 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 147N＋He→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋n (查德威克发现中子) 重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n 轻核聚变 较难进行人工控制 H＋H→He＋n 1．核力 (1)定义：原子核中的核子之间存在的一种很强的相互作用力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。 (2)特点 ①核力是强相互作用的一种表现。 ②核力是短程力，作用范围只有约10－15 m，即原子核的大小。 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，也需要能量，这就是原子核的结合能。 3．比结合能 (1)定义：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。 (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，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 4．质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E＝mc2。原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这就是质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。 知识点5 重核裂变与轻核聚变 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)特点 ①核裂变过程中能够放出巨大的能量。 ②核裂变的同时能够放出2或3个中子。 ③核裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变，有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率非常小。 (3)典型的核裂变反应方程 U＋n→Kr＋Ba＋3n。 (4)链式反应：由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。 (5)临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。 (6)核裂变的应用：原子弹、核反应堆。 (7)反应堆构造：核燃料、慢化剂(如重水、石墨)、镉棒(也叫控制棒，它可以吸收中子，用于调节中子数目以控制反应速度)、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核反应。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 (2)特点 ①核聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比核裂变反应中平均每个核子放出的能量大3～4倍。 ②核聚变反应比核裂变反应更剧烈。 ③核聚变反应比核裂变反应更安全、清洁。 ④自然界中核聚变反应原料丰富。 (3)典型的核聚变反应方程 H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 模拟·基础演练 考查重点：原子结构、玻尔理论；原子核的衰变；核反应、核能 ⏳题型01 原子结构 玻尔理论 1．α粒子散射实验装置如图所示，下列说法正确的是（　　） A．实验现象可用汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释 B．在c处可观察到绝大多数α粒子 C．在b、d两处，打在荧光屏上的α粒子数几乎相同 D．统计散射到各个方向的α粒子所占比例，卢瑟福提出了原子的核式结构模型 【答案】D 【详解】A．该实验中绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，极个别α粒子甚至被反弹回来，此实验现象不可用汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释，故A错误； B．在a处可观察到绝大多数α粒子，在c处可观察到少数α粒子，故B错误； C．在d处打在荧光屏上的α粒子数比在b处打在荧光屏上的α粒子数少，故C错误； D．统计散射到各个方向的α粒子所占比例，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，故D正确。 故选D。 2．（25-26高二下·全国·课后作业）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。 3．（26-27高三上·安徽芜湖·阶段检测）如图为氢原子的能级图，已知红光光子的能量范围为，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，能辐射出的红光光子能量为（　　） A．1.91eV B．1.89eV C．1.76eV D．1.64eV 【答案】B 【详解】根据 从跃迁到能级时 从跃迁到能级时 从跃迁到能级时 从跃迁到能级时 从跃迁到能级时 从跃迁到能级时 所以，只有从跃迁到能级时，辐射出光子的能量处于红光光子的能量范围，则该光子能量为。 故选B。 4．氢原子的可见光谱线图如图所示，氢原子的发射光谱只有一些分立的亮线，氢原子只能释放或吸收特定频率的光子，玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律。和氢原子一样，各种原子都有其独特的光谱，在研究太阳光谱时，发现它的连续光谱中有许多暗线，这是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱，吸收光谱中的暗线对应发射光谱中的亮线。下列说法正确的是（　　） A．玻尔理论可以解释各种原子的光谱 B．大量氢原子发出的光谱为连续光谱 C．光谱分析不能鉴别物质和确定物质的组成成分 D．同一元素的发射光谱和吸收光谱的特征谱线相同 【答案】D 【详解】A．玻尔理论只能解释氢原子光谱，选项A错误； B．大量氢原子发出的光谱为线状光谱，选项B错误； C．光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分，选项C错误； D．同一元素的发射光谱和吸收光谱的特征谱线相同，选项D正确。 故选D。 5．如图所示为氢原子的能级示意图，若大量的氢原子从某一激发态向基态跃迁时能发射波长为、、的三种光，已知，三种光子对应动量分别为、、，下列说法正确的是（　　） A．该氢原子处于能级 B．该氢原子可以吸收能量为的光子 C．三种光子的动量关系为 D．三种光波长关系为 【答案】D 【详解】A．大量氢原子从某一激发态向基态跃迁时能发射三种光，则有 解得，故A错误； B．根据，没有对应的能级，故该氢原子不能吸收能量为0.67eV的光子，故B错误； C．根据可得，故C错误； D．根据，可知能级差越大放出的光子的波长越短，可得是向跃迁放出的光子波长，是向跃迁放出的光子波长，是向跃迁放出的光子波长，由能级差关系可知 即 解得，故D正确。 故选D。 6．▶新情境◀（25-26高二下·全国·课后作业）（多选）中国“北斗三号”使用的氢原子钟技术指标达到国际先进水平，它是利用氢原子能级跃迁时辐射出的电磁波来计时的。氢原子处于能级的能量值，已知点电荷电势公式（为场源电荷电量，为距场源电荷的距离），电子绕氢原子核转圈的半径，原子分别处于第2、3能级时对应能量分别为、；电子对应动能分别为、；电子电势能分别为、；等效环形电流强度分别为、，下列说法正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】BD 【详解】A．根据可得，，故A错误； B．由库仑力提供向心力得 可得动能为 可知，故B正确； C．根据，可得电势能为 可得，故C错误； D．由库仑力提供向心力得 可得 等效环形电流强度为 则，故D正确。 故选BD。 ⏳题型02 原子核的衰变 7．如图所示，在牛奶灌装生产线上，传送带一侧设置一个放射源，另一侧放置射线接收器，调整放射源和接收器之间的距离，使得射线刚好不能穿透装满牛奶的纸盒。每当传送带上的纸盒经过放射源位置时，若接收器检测不到射线，说明牛奶已经灌满；若接收器仍能检测到射线，说明牛奶未灌满，不合格。使用的射线是（　　） A．射线 B．射线 C．射线 D．紫外线 【答案】B 【详解】α射线穿透能力最弱，用纸就能挡住但对空气的电离能力很强；β射线能穿透几毫米的铝板；γ射线穿透能力最强，能穿透几厘米的铅板，且对食品的破坏能力也最强，紫外线更不能穿透纸盒，则该生产线使用的射线是β射线。 故选B。 8．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场B，LL′是一厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏O、P两处有亮斑，则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断，与实验相符的是（　　） A．竖直向上、β射线、α射线 B．竖直向下、α射线、β射线 C．垂直纸面向内、γ射线、β射线 D．垂直纸面向外、β射线、γ射线 【答案】C 【详解】由三种射线的本质知，γ射线在磁场中不偏转，O处亮斑为γ射线；能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线，即到达P点的射线为β射线，因为电子带负电，根据偏转方向，结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向内。 故选C。 9．（25-26高二下·全国·课后作业）我国嫦娥五号探测器成功取回月壤样本后，科学家通过分析钾 及其衰变产物氩的比例测定月球岩石年龄。已知钾40发生衰变的核反应方程为，若某岩石中钾40与氩40的质量比为1:7（假设最开始时岩石中不含有氩40且衰变生成的氩40全部保留在岩石中）。钾40的半衰期为1.2×109年，则该岩石的年龄约为（　　） A．年 B．3.0×109年 C．年 D．年 【答案】A 【详解】钾40衰变为氩40的核反应中，每个钾40原子衰变生成一个氩40原子。设初始钾40的原子数为，经过时间后，剩余钾40的原子数为 其中为半衰期，解得衰变生成的氩40原子数为 根据题意，钾40与氩40的质量比为1:7，由于两者的摩尔质量均为40g/mol，则质量比等于原子数之比，即有 代入半衰期年，解得岩石年龄为年 故选A。 10．▶新考法◀（25-26高二下·全国·课后作业）一物理学习小组研究可作为核电池材料的衰变为的过程，根据测量数据，用横坐标表示时间，用纵坐标表示任意时刻的质量与初始时刻（时）的质量的比值，得出的图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A．衰变为释放的射线电离作用很弱 B．衰变为释放的射线在电场中不会偏转 C．图像中的 D．图像中的 【答案】C 【详解】A．α射线穿透能力较弱，但电离作用较强，故A错误； B．α射线为氦核，带正电，所以在电场中会偏转，故B错误； C．由题图可知，衰变从到经过一个半衰期，则衰变的半衰期 由题图可知，a对应 即经过一个半衰期，则a=87.7，故C正确； D．由题图可知，b对应 即经过两个半衰期，则有 故D错误。 故选C。 11．如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（ ） A．6 B．8 C．10 D．14 【答案】A 【详解】由题图可知，这一系列衰变前后的原子核分别为X和Y，设此过程共经过a次α衰变，b次β衰变，由衰变过程中电荷数与质量数守恒可得238＝206＋4a，92＝82＋2a－b，解得a＝8，b＝6，故此过程中共放射出6个电子，A正确。 12．原子核可以发生α衰变或β衰变，如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，静止的原子核发生了α衰变或β衰变，衰变结束时，α粒子或β粒子与反冲核（新核）的速度与磁场垂直，将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，轨迹的半径一大一小，轨迹的形式分为内切和外切，下列说法正确的是（    ） A．新核的轨迹半径大，α粒子或β粒子的轨迹半径小 B．α衰变对应的轨迹是内切圆，β衰变对应的轨迹是外切圆 C．若静止的在匀强磁场中发生α衰变，α粒子与反冲核的轨迹半径之比为45：2 D．若静止的在匀强磁场中发生α衰变，当α粒子转520圈，则反冲核转400圈 【答案】D 【详解】A．静止的原子核发生这两种衰变，满足动量守恒，有，总动量为0，衰变刚结束时，动量等大反向，洛伦兹力充当向心力可得 结合 综合可得 反冲核（新核）的电荷量大，半径小，α粒子或β粒子的电量小，半径大，A错误； B．对于α衰变，衰变后的两种粒子都带正电，若为内切圆，两粒子的运动方向必须相同，与动量反向相矛盾，则必须为外切圆，同理β衰变后的两种粒子新原子核带正电，β粒子带负电，动量方向相反，根据左手定则可知轨迹是内切圆，B错误； C．发生α衰变的方程式为 由 可得，C错误； D．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期公式为 则有 当α粒子转520圈，设反冲核转了n圈，根据时间相等，则有 计算可得，D正确。 故选D。 ⏳题型03 核反应、核能 13．（26-27高三上·安徽·开学考试）我国第四代核能系统——“钍基熔盐堆”在全球首次实现堆内钍铀核燃料转换。钍-232本身不能裂变，吸收中子后生成易裂变的铀-233，铀-233裂变释放核能，释放中子继续轰击钍-232，形成反应闭环。主要核反应有：①；②；③。下列说法正确的是（      ） A．①属于核聚变反应 B．②中产生的电子来自原子核外 C．钍基熔盐堆是利用③的链式反应来释放核能的 D．反应堆的温度升高时，的半衰期变长 【答案】C 【详解】A．核聚变是轻核结合成质量较大的核的反应，反应①是钍核吸收中子生成新核同时释放γ光子，属于中子俘获反应，并非核聚变，故A错误； B．β衰变（反应②放出电子的过程）中的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，并非来自原子核外的电子，故B错误； C．反应③为铀-233的裂变反应，裂变释放的3个中子可继续引发后续裂变或钍的俘获反应，形成链式反应释放核能，钍基熔盐堆正是利用该链式反应释放核能，故C正确； D．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，温度升高时的半衰期不变，故D错误。 故选C。 14．（26-27高三上·安徽马鞍山·阶段检测）中国“人造太阳”——全超导托卡马克装置EAST（东方超环）位于安徽合肥科学岛。其工作原理是利用强磁场将上亿摄氏度的等离子体约束在真空室内，使和发生核反应。下列说法正确的是（      ） A．该反应是核电站工作的基本原理 B．洛伦兹力对带电粒子做正功，使粒子的动能增大 C．生成物的比结合能大于反应物和的比结合能 D．升高等离子体温度可使反应物的比结合能增大，从而释放更多核能 【答案】C 【详解】A．该反应是轻核聚变，而目前核电站工作的基本原理是重核裂变，故A错误； B．洛伦兹力方向始终与带电粒子的速度方向垂直，洛伦兹力不做功，不能使粒子的动能增大，故B错误； C．该聚变反应释放核能，生成物比反应物和更稳定，因此的比结合能大于反应物的比结合能，故C正确； D．升高等离子体温度可以增大粒子的热运动动能，使粒子更容易克服库仑斥力而发生聚变，但比结合能由原子核本身决定，不会因温度升高而增大，故D错误。 故选C。 15．（25-26高二下·全国·课后作业）发生衰变后生成新核和，其衰变方程为，已知的质量为238.0508u、质量为234.0433u、的质量为4.0015u，且1u相当于931.5MeV的能量，下列说法正确的是（　　） A．原子核衰变时电荷数和质量都守恒 B．的比结合能是 C．的平均核子质量小于 D．衰变过程放出的核能约为 【答案】D 【详解】A．原子核衰变时电荷数守恒，但质量不守恒（存在质量亏损），故A错误； B．比结合能是结合能除以核子数。结合能是原子核静止质量与组成它的核子总静止质量之差对应的能量，是衰变过程释放的能量，并非的比结合能，故B错误； C．衰变释放能量，说明生成物总能量更低，系统更稳定。对于原子序数大于82的重核，其比结合能随核子数的减小而增大，故的比结合能大于的比结合能，故C错误； D．衰变过程的质量亏 释放的核能 ，故D正确。 故选D。 16．（25-26高二下·全国·课后作业）原子核的比结合能如图所示。下列说法正确的是（　　） A．核比核更稳定 B．核比核核子数多，比结合能大 C．核比核结合能大，比结合能小 D．两个核结合成核，需要吸收能量 【答案】C 【详解】A．由图像可知，质量数居中时，比结合能越大，原子核越稳定，但是核比结合能显然小于核，所以核更稳定，故A错误。 B．核比核更靠近中等核，所以核比结合能大，故B错误。 C．核比核更靠近中等核，所以核比结合能小，但是核核子更多，结合能大，故C正确。 D．两个核结合成核有质量损失，释放能量，故D错误。 故选C。 17．（25-26高二下·全国·课后作业）核能是比较清洁的能源，利用核能发电时既不会向外排放污染物质，也不会产生温室效应，而且核燃料的能量密度远远高于普通能源。核电站的主要燃料之一是，其核反应方程式为，已知、、的比结合能分别为、、。下列说法正确的是（　　） A． B．比多35个中子 C． D．该反应释放的核能为 【答案】B 【详解】A．核反应方程中质量数和电荷数守恒可知，故A错误； B．由质量数等于质子数加中子数可知，比多35个中子，故B正确； C．核反应释放核能的过程，比结合能一定增大，肯定小于，故C错误； D．由结合能知识可知，该反应释放的核能为 故选B。 18．（25-26高二下·安徽阜阳·期末）在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变，放射出的α粒子He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。 (1)若该放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程。 (2)α粒子的圆周运动可以等效成环形电流，求该等效环形电流的大小。 (3)若该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，且新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据核反应中质量数与电荷数守恒可知，该α衰变的核反应方程为 （2）设α粒子在磁场中做圆周运动的周期为T，则有 根据电流的定义式，可得环形电流的大小 （3）根据洛伦兹力提供向心力，有 解得 设衰变后新核Y的速度大小为v'，核反应前后系统动量守恒，有Mv'-mv=0 可得 根据爱因斯坦质能方程和能量守恒定律，有 解得 重难·创新演练 设题创新:能级劈裂、定态与跃迁（T1）、定态与能级跃迁（T2）、α和β、γ三种射线的性质（T3）、核聚变、结合能与比结合能（T4） 1．▶新情境◀（25-26高二下·全国·课后作业）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为，则（　　） A．①的能量大于③的能量 B．②的波动性比④明显 C．经同一障碍物时，④比③更容易发生明显衍射 D．用④照射该金属，逸出光电子的最大初动能小于 【答案】B 【详解】A．由题图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，故A错误； BC．因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据可知②的频率小于④的频率，②的波长大于④的波长，则②的波动性比④明显，同理可得③的波长大于④的波长，经同一障碍物时，③比④更容易发生明显衍射，故B正确，C错误； D．因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①的能量，即④的频率大于①的频率，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为，根据，则用④照射该金属，逸出光电子的最大初动能大于，故D错误。 故选B。 2．（25-26高二下·全国·课后作业）如图甲所示是弗兰克―赫兹实验，该实验为能量量子化假设提供了直接证据。实验前，装置内仅充满汞原子，实验中，灯丝发射出初速度可忽略的电子，先经过阴极K与栅极G之间的电场加速，再经过栅极G与集电极A之间的反向电场减速。电子在整个运动过程中会和汞原子碰撞，实验中记录了栅极G到阴极K的电压大小，以及通过集电极A的电流I，电流越大说明单位时间到达集电极A的电子越多。实验结果如图乙所示，电流I的极大值呈周期性出现，峰值的水平间距为4.9V从中得出汞原子能量具有量子化的结论。由于电子质量远远小于汞原子质量，通过弹性碰撞转移给汞原子的动能可以忽略不计。结合以上内容判断下列说法错误的是（ ） A．时，电子与汞原子碰撞不会使处于基态的汞原子激发 B．峰值的水平间距为4.9V，说明汞原子第一激发态与基态的能量差为4.9 C．只有当电子的动能等于4.9或其整数倍才能使汞原子从基态跃迁到第一激发态 D．时，有大量电子两次与汞原子碰撞，使汞原子从基态跃迁到第一激发态 【答案】C 【详解】AB．由乙图可知，电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，说明汞原子基态和第一激发态之间的能极之差等于4.9eV。当时，电子与汞原子碰撞不会使处于基态的汞原子激发。故AB正确，与题意不符； C．根据玻尔的跃迁条件可知，当电子的动能等于或者大于4.9都可能使汞原子从基态跃迁到第一激发态。故C错误，与题意相符； D．电子运动过程中有可能与汞原子发生一次，也有可能没发生碰撞，还可能发生多次碰撞，所以当时，有大量电子两次与汞原子碰撞，使汞原子从基态跃迁到第一激发态。故D正确，与题意不符。 本题选错误的，故选C。 3．如图所示，x为未知放射源，它向右方发射放射线，p为一张厚度为0.5mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为（　　）    A．和的混合放射源 B．和的混合放射源 C．和的混合放射源 D．、和的混合放射源 【答案】B 【详解】将强磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数没有变化，说明磁场对射线粒子没有影响，可知射到屏上的是不带电的射线；再将厚0.5mm左右的薄铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明除接收到射线外，又接收到了原来被薄铝箔p挡住的射线，而厚度为0.5mm左右的铝箔能挡住的只有射线，所以此放射源应是和的混合放射源。 故选B。 4．（多选）在太阳内部不停地发生核聚变，给地球带来光和热；太阳内部发生的聚变反应可简化为4个氢原子核（）融合成一个氮原子核（），大约释放出28MeV的能量。人类一直在努力尝试实现可控核聚变，这个目标一旦实现将从根本上解决能源供给问题。如果要实现人工核聚变，首先要克服原子核间巨大的库仑斥力，使两氢原子核（）间距离达到以内，才能实现原子核融合。方法是将核燃料加热到极高温度，使氢原子核（）具有足够大的动能，两氢原子核对心碰撞进而发生核聚变。根据热学理论，粒子的平均动能，其中k为玻尔兹曼常数，，T为热力学温度。理论计算表明，当氢核（）的平均动能达到约时，容易发生聚变反应，电子电量。根据以上信息，下列说法正确的是（　　） A．在核聚变过程中，由于满足质量数守恒，因而核反应前后总质量也保持不变 B．氮原子核的比结合能约为7MeV C．要使氢核燃料发生核聚变，需要将燃料温度加热到约 D．若两个氢原子核以相同初动能相向运动发生正碰而恰好融合，则一个氢原子核从远处以初动能与另一个静止的氢原子核发生正碰，也能恰好融合 【答案】BCD 【详解】A．在核聚变过程中，质量数是守恒的，但出现了质量亏损，亏损的质量转化为能量，故A错误； B．4个氢原子核（）融合成一个氮原子核（），大约释放出28MeV的能量，氮原子核的比结合能约为，故B正确； C．当氢核（）的平均动能达到约时，容易发生聚变反应，即 又， 解得 故C正确； D．若两个质子以相同初动能E0相向运动正碰而恰好结合，由动量和能量守恒可知，质子结合能为2E0，则一个质子从远处以初动能4E0与另一个静止的质子发生正碰，设 初动能4E0质子的初速度为，则 则 设两质子融合后的速度为，由动量守恒 则 损失的动能 也能恰好结合，故D正确。 故选BCD。 真题·实战演练 高频考点：核反应方程的书写；原子核的衰变、半衰期；核裂变与核聚变 1．（2026·福建·高考真题）我国科学家在钍基熔盐堆中成功实现了钍—铀核燃料循环，该成果入选“2025年度中国科学十大进展”。循环涉及的核反应方程包含：①②③。式中是质量可忽略不计的中性粒子，则（　　） A．X是 B．Y是 C．方程②属于衰变 D．方程③属于衰变 【答案】D 【详解】A．对反应①，设X的质量数为A、电荷数为Z，由， 解得 因此X是中子，故A错误； B．反应②中质量可忽略、电荷为0，设Y的质量数为、电荷数为N，由， 解得 因此Y是电子，故B错误； C．α衰变的本质是放出α粒子（），但反应②放出的是电子，不属于α衰变，故C错误； D．反应③中母核质量数不变、电荷数增加1，同时放出电子，符合β衰变的特征（中子转化为质子放出电子），属于β衰变，故D正确。 故选D。 2．（2026·江西·高考真题）东华加速器中子源科学装置通过射线与钨核反应产生中子，其方程为，其中光子的静质量为零。关于方程中与的值，下列选项正确的是（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【详解】核反应过程遵循电荷数守恒和质量数守恒：根据电荷数守恒：反应前总电荷数为钨核的电荷数74，光子不带电，反应后中子电荷数为0，有 得 质量数守恒：反应前总质量数为钨核的质量数184，光子静质量为0，反应后中子质量数为1，因此 得 故选C。 3．（2026·海南·高考真题）放射性同位素碘131常作为放射性示踪剂，用于甲状腺病的诊断。碘131发生衰变的方程为，则（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】A 【详解】由质量数守恒得，解得 由电荷数守恒得，解得 故选A。 4．（2026·甘肃·高考真题）铅（Pb）205放射性核素的半衰期约为1700万年，对其丰度的研究为推断太阳的形成时间提供了重要的科学依据。天体环境中，形成铅205的重要机制之一是铊（）核的束缚态衰变，其方程为。下列说法正确的是（　　） A． B． C．核的中子数为124 D．核与核质量数不同 【答案】C 【详解】ABD．根据题意，由质量数守恒和电荷数守恒可得， 则核与核质量数相同，故ABD错误； C．核的中子数为，故C正确。 故选C。 5．（2026·浙江·高考真题）卢瑟福用粒子轰击氮原子核，其核反应方程为，这是人类第一次实现原子核的人工转变。方程中X是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】核反应过程遵循电荷数守恒、质量数守恒： 1. 计算反应前总电荷数和总质量数：总电荷数为，总质量数为 2. 设X的电荷数为，质量数为，由守恒关系得：，，即X为电荷数1、质量数1的粒子，对应质子。 故选A。 6．（2026·北京·高考真题）氟18是正电子发射断层成像（PET）中常用的放射性核素，可通过核反应制备，括号内的粒子为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据题意，设括号内未知粒子为，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，， 则括号内未知粒子为中子。 故选D。 7．（2026·全国卷·高考真题）自由中子可以衰变，其衰变方程为，其中为反中微子（质量近似为零）。由中子的衰变方程可知（　　） A．质子的质量小于中子的质量 B．中子的质量小于质子和电子的质量之和 C．反中微子的电荷量与质子的电荷量相等 D．反中微子的电荷量与电子的电荷量相等 【答案】A 【详解】AB．中子衰变过程释放能量，存在质量亏损，即衰变前中子的质量大于衰变后所有产物（质子、电子、反中微子，反中微子质量近似为0）的质量之和，因此中子的质量大于质子与电子的质量之和，质子的质量必然小于中子的质量，故A正确，B错误； CD．根据衰变方程的电荷数守恒，左侧总电荷数为0，右侧质子电荷数为、电子电荷数为，因此反中微子的电荷数为0，既不等于质子的电荷量也不等于电子的电荷量，故CD错误。 故选A。 8．（2026·广西·高考真题）我国科学家首次合成的新核素与核素具有相同的（　　） A．核电荷数 B．质量数 C．原子质量 D．中子数 【答案】B 【详解】原子符号左上角的数值代表质量数，根据题意可知核素与核素质量数相等，质子数（核电荷数）不同；根据“中子数=质量数-质子数”，二者质子数不同、质量数相同，因此中子数也不同；原子质量由原子核内所有质子、中子的质量和核外电子质量共同决定，二者质子、中子总数相同但质子和中子的各自数量不同，因此原子质量不相等。 故选B。 9．（2026·江苏·高考真题）利用氪81测定南极冰芯年龄约为13万年。已知氪81的半衰期为23万年，冰芯形成时冰芯中氪81的质量为m0，a点表示现在冰芯中氪81的质量。下列图像中能反映冰芯中氪81的质量m随时间t的变化关系且a点标注正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据半衰期公式 这是一个以为底的指数函数，图像是一条单调递减、下凸的曲线。且由题知元素的半衰期T = 23万年，则23万年时 冰芯年龄约为13万年，a点表示现在冰芯中氪81的质量，则 故选A。 10．（2026·湖北·高考真题）2025年6月，我国成功掌握商用堆生产钇90（）玻璃微球的技术，可实现批量化生产。在核反应堆中，由核反应生成、则（　　） A．X是质子 B．X是电子 C．a = 90 D．b = 0 【答案】D 【详解】核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，对反应式分析如下 由质量数守恒a＋1 = 90 解得a = 89 由电荷数守恒39＋b = 39 解得b = 0 可知X是中子。 故选D。 11．（2026·山东·高考真题）我国钍资源丰富并成功实现了钍-铀核燃料转换，开辟了核燃料供应的新途径。转换过程的中间核素可能会经历两种核反应，反应式为，，则X、Y分别是（　　） A．、 B．、 C．、 D．、 【答案】C 【详解】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子；Y的质量数为0，电荷数为-1，则电子。 故选C。 12．（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。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $