第56讲 原子和原子核2024年高考一轮复习精细讲义

第56讲原子和原子核

——划重点之精细讲义系列

原子结构

i.原子的核式结构

(1)1909〜19n年，英国物理学家卢瑟福进行了a粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型.

(2)a粒子散射实验

①实验装置：如下图所示；②实验结果：a粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进,少数发生

较大角度偏转，极少数偏转角度大于90。，甚至被弹回.

(3)核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质

量都集中在原子核里,带负电的电壬在核外空间绕核旋转.

2.氢原子光谱

氢原子光谱线是最早被发现、研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的公式表示：

3.玻尔的原子模型

(1)玻尔理论

①轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能

轨道是不连续的;

②定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态.因而具有不同的能量，即原

子的能量是不连续的.这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，处于基态的原子是

稳定的，不向外辐射能量；

③跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要放出或吸收一定频率的光子，光

子的能量等于这两个状态的能量差，即hv=Em-En.

(2)几个概念

①能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值；

②基态：原子能量最低的状态:

③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态；

④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数.

(3)氢原子的能级和轨道半径

①氢原子的半径公式：%=&!(〃=1,2,3,­••)＞其中n为基态半径，nXICTiOm；

②氢原子的能级公式：1,2,3,…)，其中Ei为基态能量，£i=-13.6eV.

nz

原子核

1.原子核的组成

⑴原子核由质子和中子组成,两者统称为核子.

(2)原子核常用夕X表示，X为元素符号，上角标/表示核的质量数，下角标Z表示核的电荷数(原

子序数).

(3)同位素是具有相同的质子数而中子数不同的原子核,在元素周期表中处于同一位置.

2.天然放射现象

(1)天然放射现象：某些元素自发放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性

兀素.

(2)三种射线的本质：a射线是氮核,6射线是电子,丫射线是光子.

3.原子核的衰变

(1)衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化.可分为a衰变、B衰变,并伴随着了

射线放出.

(2)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间.

4.放射性同位素的应用

(1)利用射线：放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等.

(2)作示踪原子.

5.核反应、核力与核能

(1)核反应规律：在核反应中，质量数守恒,电荷数守恒.

⑵核力

①概念：组成原子核的核子之间存在的作用力.

②核力特点

a.核力是强相互作用(强力)的一种表现,在它的作用范围内，核力比库仑力大得多.

b.核力是短程Xl()r5m之内.

c.每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性.

(3)质量亏损

①爱因斯坦质能方程：E=m±.

②质量亏损：原子核的质量上壬组成它的核子的质量之和的现象.

(4)结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量,或若干个核子在核力作用

下结合成原子核时需要的能量.

6.核裂变和核聚变

(1)重核裂变

①定义：使重核分裂成几个质量较小的原子核的核反应.

②铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钢和氟，同时放出三

个中子，核反应方程为：2/u+Jn-嘿Ba+股Kr+3dn.

③链式反应：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫做核裂变的链式反

应.

⑷2前大于临界体积,或铀块质量大于临界质量.

(2)轻核聚变

①定义：两个轻核结合成较重的核,这样的核反应叫聚变.

②聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温.

考点一氢原子能级及能级跃迁

1.对氢原子的能级图的理解

(1)氢原子的能级图(如下图).

(2)氢原子能级图的意义：

①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态一定态.

②横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数，右端的数字“…”表示氢原子的能级.

③相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小.

④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：

2.关于能级跃迁的三点说明

(1)当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处

于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV,氢原子电离后，电子具有一定的初动能.

(2)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小，

反之.轨道半径增大时，原子电势能增大、电子动能减小，原子能量增大.

(3)一群氢原子处于量子数为〃的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：N=C2=的

氢原子能级图与原子跃迁问题的解答技巧

(1)能级之间跃迂时放出的光子频率是不连续的.

(2)能级之间发生跃迂时放出(吸收)光子的频率由九=&—瓦求得.若求波长可由公式c=加求

得.

(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为("一1).

(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法.①用数学中的组合知识求解：N=

口"一1)•

2

②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迂的各种可能情况一一画出，然后相加.

【典例1】(多选)如图所示为氢原子能级图.下列说法正确的是()

A.一个处于〃=3能级的氢原子，可以吸收一个能量为0.7eV的光子

B.一个处于〃=3能级的氢原子，可以吸收一个能量为2eV的光子

C.大量处于〃=3能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出3种频率的光子

D.氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量不可能大于13.6eV

解析根据AE=Em—E”,可知0.76丫不在公£范围内，人错误.〃=3能级的氢原子，£3=—1.51

eV,当吸收能量为2eV的光子时，出现电离现象，B正确.根据Cg=3知，这些〃=3能级的氢原

子可以辐射出三种不同频率的光子，C正确.根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，

从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量最大值小于13.6eV,D正确.

答案BCD

【典例2】(多选)如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34eV,下列对氢原子在能级跃

迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是()

A.用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能发生光电效应现象

B.一群处于〃=3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光

C.一群处于〃=3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子

的最大初动能为8.75eV

D.用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

解析：选BC.从高能级向基态跃迁最小能量值为10.2eV>3.34eV一定能产生光电效应，A错；

"=3向基态跃迁时，辐射的光子频率种类为C4=3种，B对；从〃=3跃迁到〃=1辐射光子的能量

为A£=E3-Ei=12.09eV,照射锌板最大初动能Ek=（12.09—3.34）eV=8.75eV,C对；10.3eV的光

子能量不满足能级差公式，不会使基态的氢原子跃迁，D错.

【典例31（多选）如图所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从“=4到”=1能级辐射的

电磁波的波长为小，从〃=4到n=2能级辐射的电磁波的波长为右,从〃=2到«=1能级辐射的电磁

波的波长为心，则下列关系式中正确的是（）

A.九<23B.23<22

C.九3>%2D.L=」--1--L

%3A12.2

解析：〃=4到«=1能级辐射的电磁波的波长为21,从”=4到〃=2能级辐射的电磁波的波长为

22,从〃=2到n—I能级辐射的电磁波的波长为23,则九、九2、%的关系为h~>>h~,即

九力3力2力3

11rcr111111

九〈心，/I3V/I2,义即，=工+工，则上='一'，即正确选项为A、B.

42/12342九力342力3%1

【典例4】（多选）氢原子核外电子发生了两次跃迁，第一次从外层轨道跃迁到〃=3轨道；第二

次核外电子再从〃=3轨道跃迁到〃=2轨道，下列说法中正确的是（）

A.两次跃迁原子的能量增加相等

B.第二次跃迁原子的能量减小量比第一次的大

C.两次跃迁原子的电势能减小量均大于电子的动能增加量

D.两次跃迁原子均要放出光子，第一次放出的光子能量要大于第二次放出的光子能量

解析：选BC.氢原子核外电子从外层轨道跃迁到内层轨道这一过程中，原子的能量减小，原子

要放出光子，由能量守恒定律可知原子的电势能减小量大于电子的动能增加量.又由氢原子能级图

知因跃迁到"=3轨道放出的光子能量（或原子的能量减小量）最多为1.51eV,而氢原子核外电子从力

=3轨道跃迁到力=2轨道放出的光子的能量（或原子的能量减小量）为1.89eV,B、C正确.

【典例5】（1）（多选）用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数

目的光谱线，如图.调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条.用A〃表

示两次观测中最高激发态的量子数"之差，E表示调高后电子的能量.根据图所示的氢原子的能级

图可以判断，A〃和E的可能值为（）

A.A/7=1,13.22eV<£<13.32eV

B.AM=2,13.22eV<£,<13.32eV

C.Aw=1,12.75€¥<£,<13.06eV

D.An=2,12.75eV<£<13.06eV

(2)如图所示为氢原子的能级图.用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能

观测到氢原子发射的不同波长的光有种，其中最短波长为m(已知普朗克常量

AXIO^34Js).

解析：(1)由原子在某一级级跃迁最多发射谱线数Ca可知C3=l,3=3,C?=6,Cg=10,CV=

15.

由题意可知比原来增加5条光谱线，则调高电子能量前后，最高激发态的量子数分别可能为2

4口4,5才口6......A〃=2和△"=1.

当A〃=2时：

原子吸收了实物粒子(电子)的能量，则调高后电子的能量后》反一百，E<ELEI

所以E》[-0.85-(-13.60)]eV=12.75eV

£<[-0.54-(-13.60)]eV=13.06eV

所以12.75eVW£V13.06eV

故D正确.

同理当时，使调高后电子的能量满足

E6-El^E<E1-El

[-0.38—(一13.60)]eVWEV[—0.28—(—13.60)]eV

13.22eV^£<13.32eV

故A正确.

(2)13.6eV-13.06eV=0.54eV,可见用光子能量为13.06eV的光照射氢原子可使氢原子由基态

跃迁到第5能级，氢原子由第5能级跃迁到低能级，能够辐射的频率种类为Cg=10种，由

=〃，知，能级差最大对应波长最短，最大能级差为13.06eV,则幺='c=错误!XlO^m.

2AE

答案：X10-8

考点二原子核与原子核的衰变

1.衰变规律及实质

(1)两种衰变的比较

衰变类型a衰变。衰变

衰变方程夕XT?Y+iHe夕X-z+lY+^e

2个质子和2个中子结合成一个整体中子转化为质子和电

衰变实质

射出子

2|H+2|n-,HeJn-]H+_9e

衰变规律质量数守恒、电荷数守恒

(2为射线：丫射线经常是伴随着a衰变或0衰变同时产生的.其实质是放射性原子核在发生a衰变

或B衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子.

2.原子核的人工转变

用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程.

(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：号N+ftle-VO+IH.

(2)查德威克发现中子的核反应方程为：

?Be+夕He-%C+Jn.

(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：召Al+3He-积P+尿

那一褥i+Me.

3.确定衰变次数的方法

因为P衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定a衰变的次数，然后再根据衰变规律确定p

衰变的次数.

4.半衰期

T

(1)公式：7¥东="原@'m^=mSE)

(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态

(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关.

【典例6】在下列描述核过程的方程中，属于a衰变的是,属于B衰变的是,

属于裂变的是,属于聚变的是________.(填正确答案标号)

AJK一号N+Le

B.否P-招S+°ie

CP馥U-2的Th+9He

DMN+洱e-RO+lH

E.2的U+Jn-哦Xe+器Sr+2Jn

F6H+汨f-He+Jn

解析：a衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出a粒子的现象，选项C为a衰变；P衰变

为衰变过程中释放出p粒子的现象，选项A、B均为p衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小

的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F

是典型的核聚变过程.

答案：CABEF

【典例7](1)原子核2弱U经放射性衰变①变为原子核碟Th,继而经放射性衰变②变为原子核置Pa,

再经放射性衰变③变为原子核曜①、②和③依次为()

A.a衰变、0衰变和B衰变B.p衰变、a衰变和|3衰变

C.p衰变、p衰变和a衰变D.a衰变、p衰变和a衰变

(2)法国科学家贝可勒尔(H.A.Becquerel)在1896年发现了天然放射现象.如图反映的是放射性元

素铀核衰变的特性曲线.由图可知，铀的半衰期为年；请在下式的括号中，填入铀在衰变

过程中原子核放出的粒子的符号.

2谖U-288Th+()

解析(1)衰变过程中电荷数、质量数守恒，由题意可得衰变方程分别为：

2朗U-2觥Th+夕He,2觥Th-2ma+de,Wa->W+-?e,所以A对.

(2)根据半衰期的定义，由题图坐标轴数据可知，铀的半衰期为1620年；由核反应所遵循的电

荷数守恒和质量数守恒可知，衰变过程中放出的粒子的电荷数为Z=92-90=2,质量数为/=238

-234=4,符号为夕He.

答案（1）A（2）16204He

【典例8】（多选）放射性元素在衰变过程中，有些放出a射线，有些放出［3射线，有些在放出a射

线或B射线的同时，还以射线的形式释放能量.例如磷Th核的衰变过程可表示为镯Th-2,pa+_?e

+丫，关于此衰变，下列说法正确的是（）

A/MTh核的质量等于2轴a核的质量

B.Wh核的质量大于2国Pa核的质量

C.一个葡Th核衰变成一个喇Pa核后，中子数减少了1

D.丫射线是由Th原子的外层电子从高能级向低能级跃迁时释放出的

解析：选BC.衰变前后有质量亏损，因为有能量释放，Th核的质量大于2钟Pa核的质量，故A

错误，B正确.一个碟Th核有234—90=144个中子，一个领Pa核有234—91=143个中子，中子

数减少了1,故C正确.放射性物质衰变时放出来的丫光子，来自原子核，D错误.

【典例9】（多选）静止的镭原子核2懿Ra经一次a衰变后变成一个新核Rn,则下列相关说法正确

的是（）

A.该衰变方程为2熊Ra-循Rn+3He

B.若该元素的半衰期为了，则经过2r的时间，2kg的%Ra中有1.5kg已经发生了衰变

C.随着该元素样品的不断衰变，剩下末衰变的原子核哪Ra越来越少，其半衰期也变短

D.若把该元素放到密闭的容器中，则可以减慢它的衰变速度

t

阵

解析：2ilRa-2^Rn+^He,可判断A正确.由"尸加obJ,可知，/=2?•时，"z=0.5kg,则已衰

变的镭为加表=2kg—0.5kg=1.5kg,B正确.放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定

的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，C、D错误.

【典例10］（1）（多选¥弱Th（针）经过一系歹皈衰变和0衰变，变成2毁Pb（铅）.以下说法正确的是（）

A.铅核比铉核少8个质子

B.铅核比牡核少16个中子

C.共经过4次a衰变和6次B衰变

D.共经过6次a衰变和4次|3衰变

（2）约里奥一居里夫妇发现放射性元素WP衰变成君Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是

罟P是否P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1mg的罟P随时间衰变的关系如图所示，请

估算4mg的窗经多少天的衰变后还剩0.25mg?

解析：（1）设ci衰变次数为x,B衰变次数为乃由质量数守恒和电荷数守恒得232=208+4x,90=

82+2x-y,解得x=6,y=4,C错、D对.铅核、包核的质子数分别为82、90,故A对.铅核、

牡核的中子数分别为126、142,故B对.

（2）写出衰变方程为四P--49Si+*ie,故这种粒子为be（正电子）

tJ_

由加一f图知否P的半衰期为14天，由机余=加腐（；广得0.25mg=4mgxg）14,故f=56天.

答案：（l）ABD（2）正电子56天

考点三核反应类型、核能

1.核反应类型

(1)核反应的四种类型：衰变、人工转变、裂变和聚变.

(2)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能

用等号连接.

(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反

应方程.

(4)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化.

(5)核反应遵循电荷数守恒.

2.计算核能的几种方法

(1)根据公£=公加。2计算，计算时△加的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，△£的单位是“J”.

(2)根据"1=公加义931.5]\16丫计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，所以计算

时A加的单位是“u”，A£■的单位是“MeV”.

(3)根据平均结合能来计算核能

原子核的结合能=平均结合能义核子数.

(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02=2m£k的应

用.

(1)核反应方程的书写方法

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(m)、中子(质)、a粒子(iHe)、

P粒子(一怛)、正电子㈣、笊核(汨)、氤核(汨)等.

②掌握核反应方程遵守的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，

所以要理解并应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律.

③熟悉核反应的四种基本类型，可以帮助我们理清思路，很快写出正确的核反应方程.

(2)核能释放的两种途径的理解

中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定.

①使较重的核分裂成中等大小的核.

②使较小的核结合成中等大小的核.两种途径都可以使核子的比结合能增加，都可以释放能量.

【典例111笊核和氤核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：汨+归一加e+x,

式中x是某种粒子.已知:汨、汨、夕He和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.008

7u；1u=931.5MeV/c?,c是真空中的光速.由上述反应方程和数据可知，粒子x是,该

反应释放出的能量为MeV(结果保留三位有效数字).

解析：根据质量数和电荷数守恒得：x的电荷数为0,质量数为(2+3—4)=1,可知x为中子.由

爱因斯坦质能方程得AE=A〃?C2=(2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u)c2=0.0189uX931.5

MeV=17.6MeV.

答案：(1"

【典例12](多选)我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：

(1)2/U+ln-毁Sr+1就Xe+瓦n

(2)汨+汨一扭e+如1

关于这两个方程的下列说法正确的是()

A.方程(1)属于a衰变

B.方程(1)属于重核裂变

C.方程(2)属于轻核聚变

D.方程(1)中左=10,方程(2)中d=l

解析：选BCD.方程(1)属于重核裂变，选项A错误，B正确；方程(2)属于轻核聚变，选项C正

确；由质量数守恒和电荷数守恒知，235+1=90+136+左，方程(1)中左=10,2+3=4+4,方程(2)中

d=l,选项D正确.

【典例13](多选)核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能F啦U+dn-嗤Ba

+器Kr+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，。是X粒子的个数，用加u、

〃?Ba、加Kr分别表示2/U、嗤Ba、貂Kr核的质量，SX表示X粒子的质量，C为真空中的光速，以下说

法正确的是()

A.X为中子，a=2

B.X为中子，。=3

C.上述核反应中放出的核能A£uQwu—〃?Ba—-2〃?x)c2

D.上述核反应中放出的核能AE=(mu—〃?Ba—SKr—3加X)c2

解析：选BC.核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，则知2/U+山一嗤Ba+貂Kr+aX中X为山，

a=3,则A错，B对.

由可得：A£=(加u+mx—%Ba—AWKT-3mx)c2—(mv-"?Ba一加Kr-2/HX)C2,则C正确，D

错误.

【典例14】2015年诺贝尔物理学奖在瑞典皇家科学院揭晓，日本科学家樨田隆章和加拿大科学

家阿瑟，因发现中微子振荡，证明中微子有质量而获得了诺贝尔物理学奖.核聚变电站被称为“人

造太阳”，它来自下面的反应：4个质子(氢核)聚变成1个a粒子，同时释放2个正电子和2个中微

子，质子、氢核、正电子、中微子的质量分别为如、m2、加3、机4,真空中的光速为C,此聚变的核

反应方程是(中微子可略去不写)，核反应过程中释放的能量A£=.

解析：根据参与反应的粒子种类及生成粒子的种类，根据质量数守恒与电荷数守恒写出核反应

方程式，即4|H—?He+2丽=(4加一加2—2g—2比4),根据爱因斯坦质能方程Afi'nAwjc?可知，核反

应过程中释放的能量A£=(4加1—m2—21n3—2m4)c2.

答案：4|Hf夕He+2?e(4mi—mi—2加3—2/M4)C2

【典例15】一静止的硬U核经a衰变成为2的Th核，释放出的总动能为4.27MeV.问：此衰变后

2MTh核的动能为多少MeV?(保留1位有效数字)

解析：根据题意知：此a衰变的衰变方程为

2第U-2觥Th+夕He

根据动量守恒定律得mava=m-nVTh®

式中，冽a和冽Th分别为a粒子和Th核的质量，％和。Th分别为a粒子和Th核的速度的大小，由

题设条件知

-mVa+济h=Ek②

2a2

也=工③

加Th234

式中£k=4.27MeV,是a粒子与Th核的总动能.

由①②③式得，相Th济h=也Ek@

2ma+mih

代入数据得，衰变后2^Th核的动能

L"Tho}h=0.07MeV⑤

2

答案：0.07MeV

1.（2023・湖北•统考高考真题）2022年10月，我国自主研发的"夸父一号"太阳探测卫星成功发射。

该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6nm的氢原子谱线（对应的光子能量

为10.2eV）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（）

A.n=2和n=1能级之间的跃迁B.n=3和n=1能级之间的跃迁

C.n=3和n=2能级之间的跃迁D.n=4和n=2能级之间的跃迁

【答案】A

【详解】由图中可知n=2和n=l的能级差之间的能量差值为

△£1=E2-Ei=-3.4eV-（-13.6eV）=10.2eV

与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子〃=2和,1=1能级之间的跃迁。

故选Ao

2.（2023・重庆•统考高考真题）原子核2款J可以经过多次a和产衰变成为稳定的原子核喝Pb,在该过

程中，可能发生的£衰变是（）

A.2彳汨-2ggRa+_°e

B-2推i-2鼾o+_；e

C.2瓢a》需AC+%

D-2群。-2飘+%

【答案】A

【详解】原子核畤yzU衰变成为oz稳定的原子核组Pb质量数减小了28,则经过了7次a衰变，中间生成

的新核的质量数可能为231,227,223,219,215,211,则发生£衰变的原子核的质量数为上述各

数，则BCD都不可能，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，选项A反应正确。

故选Ao

3.（2020・北京•统考高考真题）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于几=3能级上，下列说法

正确的是（）

A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子

B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低

C.从?1=3能级跃迁到n-4能级需吸收0.66eV的能量

D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量

【答案】C

【详解】A.大量氢原子处于n=3能级跃迁到n=1最多可辐射出髭=3种不同频率的光子，故A

错误；

B.根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为

hvt=13.6eV-l.51eV

从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量为

hv2=3.4eV-1.51eV

比较可知从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率高，故B错误；

C.根据能级图可知从n=3能级跃迁到几=4能级，需要吸收的能量为

E=1.51eV-0.85eV=0.66eV

故C正确；

D.根据能级图可知氢原子处于n=3能级的能量为1.51eV,故要使其电离至少需要吸收1.51eV的

能量，故D错误；

故选Co

4.（2022・广东•高考真题）目前科学家已经能够制备出能量量子数〃较大的氢原子。氢原子第〃能级

的能量为扁=今，其中Ei=-13.6eV。图是按能量排列的电磁波谱，要使几=20的氢原子吸收一

个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（）

A.红外线波段的光子B.可见光波段的光子

C.紫外线波段的光子D.X射线波段的光子

【答案】A

【详解】要使处于〃=20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子，则需要吸收光子的

能量为

-13.6

F=0-（——z-）eV=0.034eV

i202J

因为

lO^eV>0.034eV>10-2eV

则被吸收的光子是红外线波段的光子。

故选Ao

5.（2022・浙江•统考高考真题）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于"=3的激发态，在向低能级

跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（）

B.〃=3跃迁到〃=1放出的光子动量最大

C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应

D.用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到〃=4激发态

【答案】B

【详解】A.从力=3跃迁到"=1放出的光电子能量最大，根据

Ek=E-W0

可得此时最大初动能为

Ek=9.8eV

故A错误；

B.根据

h.hv

P=厂"

E=hv

又因为从〃=3跃迁到”=1放出的光子能量最大，故可知动量最大，故B正确；

C.大量氢原子从〃=3的激发态跃迁基态能放出C：=3种频率的光子，其中从〃=3跃迁到〃=2放出

的光子能量为

^Ek=3.4eV-1.51eV=1.89eV<2.29eV

不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；

D.由于从〃=3跃迁到〃=4能级需要吸收的光子能量为

△E=1.51eV-0.85eV=0.66eV丰0.85eV

所以用0.85eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到,7=4激发态，故D错误。

故选Bo

6.（2022・重庆•高考真题）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53~2.76eV,

紫光光子的能量范围为2.76~3.10eV。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光,

则激发氢原子的光子能量为（）

【答案】C

【详解】由题知使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围

可知从氢原子从〃=4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光（即从"=4,跃迁到〃=2辐射

蓝光），则需激发氢原子到〃=4能级，则激发氢原子的光子能量为

AE=E4-Ei=

故选Co

7.（2022・福建•高考真题）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污

染物中含有大量放射性元素*1,其衰变方程为*1-喝Xe+°e,半衰期为8天，已知g=

131.03721U,mXe=131.03186u,me=0.000549u,则下列说法正确的是（）

A.衰变产生的0射线来自于原子的核外电子

B.该反应前后质量亏损0.00535u

C.放射性元素噜I发生的衰变为a衰变

D.经过16天，75%的11I原子核发生了衰变

【答案】D

【详解】A.1眈衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放出来形成0射线，

故A错误；

B.该反应前后质量亏损为

△m=771]-7nxe~me=131,03721u—131.03186u—0.000549u=0.004801u

故B错误；

c.放射性元素i常发生的衰变为B衰变，故c错误；

D.由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，75%的原子核发生了衰变，故D

正确。

故选D。

8.（2022・天津•高考真题）从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年

10月，我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星"羲和号"顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中

一种反应序列包含核反应：pie+9He-fHe+ZX,下列说法正确的是（）

A.X是中子B.该反应有质量亏损

C.；He比弭e的质子数多D.该反应是裂变反应

【答案】B

【详解】A.根据核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1,可知X

是质子，故A错误；

BD.两个轻核结合成质量较大的核，核反应属于聚变反应，反应过程存在质量亏损，释放能量，故

B正确，D错误；

C.：He与狙e的质子数相同，均为2个质子，故C错误。

故选Bo

9.（2023・浙江•高考真题）宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14

会产生以下核反应：LN+/七冤+担，产生的看气能自发进行.衰变，其半衰期为5730年，利

用碳14的衰变规律可推断古木的年代.下列说法正确的是（）

A.3c发生0衰变的产物是SN

B.0衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子

c.近年来由于地球的温室效应，引起3c的半衰期发生微小变化

D.若测得一古木样品的3c含量为活体植物的1则该古木距今约为11460年

o4

【答案】D

【详解】A.根据

-C/4N+?e

67—1

即，久发生S衰变的产物是14Nr选项A错误；

B.0衰变辐射出的电子来自于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；

C.半衰期是核反应，与外界环境无关，选项C错误；

D.若测得一古木样品的3c含量为活体植物的;，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5730x2

年=11460年，选项D正确。

故选D。

10.（2023•湖南•统考高考真题）2023年4月13日，中国“人造太阳"反应堆中科院环流器装置（EAST）

创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出

了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（）

A.相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多

B.笊京核聚变的核反应方程为洱+；H-2He+_?e

C.核聚变的核反应燃料主要是铀235

D.核聚变反应过程中没有质量亏损

【答案】A

【详解】A.相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；

B.根据质量数守恒和核电荷数守恒可知，笊敬核聚变的核反应方程为

：H+；H闿He+jn

B错误；

C.核聚变的核反应燃料主要是笊核和旅核，C错误；

D.核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D错误。

故选Ao

11.（2023•浙江•统考高考真题）"玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变

释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为^Pu-^U+fHe,则（）

A.衰变方程中的X等于233B.fHe的穿透能力比y射线强

C.2j：Pu比的比结合能小D.月夜的寒冷导致2脚Pu的半衰期变大

【答案】C

【详解】A.根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为

2^Put2款j+：He

即衰变方程中的X=234,故A错误；

B.科e是a粒子，穿透能力比v射线弱，故B错误；

C.比结合能越大越稳定,由于嗡Pu衰变成为了嚼U,故29J比嘴Pu稳定,即嘴Pu比曦U的比结

合能小，故C正确；

D.半衰期由原子核本身决定的，与温度等外部因素无关，故D错误。

故选Co

12.（2023•天津•统考高考真题）关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（）

A.核聚变需要在高温下进行B.核聚变中电荷不守恒

C.太阳质量不变D.太阳核反应方程式：235l^14192l

yzu+un5oBa+3。Kr+3un

【答案】A

【详解】A.因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得

它们间的距离缩短，才能发生聚变，故A正确；

B.核聚变中电荷是守恒的，故B错误；

C.因为太阳一直在发生核聚变，需要放出大量能量，根据质能方程可知是要消耗一定的质量的，故

C错误；

D.核聚变的方程为

^H+^H^He+Jn

题中为核裂变方程，故D错误。

故选Ao

13.（2023•广东•统考高考真题）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应，2C+Y-；6。

的影响。下列说法正确的是（）

A.Y是0粒子，£射线穿透能力比y射线强

B.Y是8粒子,0射线电离能力比y射线强

c.Y是a粒子，a射线穿透能力比y射线强

D.Y是a粒子，a射线电离能力比y射线强

【答案】D

【详解】根据受核反应满足质量数和电荷数守恒可知，Y是a粒子6He）,三种射线的穿透能力，y

射线最强，a射线最弱；三种射线的电离能力，a射线最强，y射线最弱。

故选Do

14.（2023•山东•统考高考真题）"梦天号"实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，

对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原

子吸收频率为V。的光子从基态能级I跃迁至激发态能级II,然后自发辐射出频率为Vi的光子，跃迁到

钟跃迁的上能级2,并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1,实现受激辐射，发出钟激光，最后

辐射出频率为V3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率V2为（）

A.V0+V1+V3B.Vo+V]—V3C.v0—V1+V3D.v0—V1一V3

【答案】D

【详解】原子吸收频率为V。的光子从基态能级I跃迁至激发态能级H时有

-E]=丽

且从激发态能级II向下跃迁到基态I的过程有

EII—=九1V+九2V+九”3

联立解得

V2=VO-V1-v3

故选D。

15.（2023・辽宁•统考高考真题）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民,则（）

A.①和③的能量相等

B.②的频率大于④的频率

C.用②照射该金属一定能发生光电效应

D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于&

【答案】A

【详解】A.由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；

B.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E=加可知②的

频率小于④的频率，选项B错误；

C.因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用

①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项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，即④的频率大于①，因用

①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为反,根据

Ekm=hv~勿逸出功

则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek,选项D错误。

故选Ao

16.（多选）（2022•海南・高考真题）一群处于n=4激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子,

则（）

A.需要向外吸收能量

B.共能放出6种不同频率的光子

C.n=4向？1=3跃迁发出的光子频率最大

D.71=4向71=1跃迁发出的光子频率最大

【答案】BD

【详解】A.高能级向低能级跃迁向外放出能量，以光子形式释放出去，故A错误；

B.最多能放不同频率光子的种数为

⑨=6

故B正确；

CD.从最高能级向最低能级跃迁释放的光子能量最大，对应的频率最大，波长最小，则71=4向?1=1

跃迁发出的光子频率最大，故D正确，C错误。

故选BDo

L（多选）下列说法正确的是（）

A.天然放射性现象说明原子核内部具有复杂的结构

B.a粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构

C.原子核发生。衰变生成的新核原子序数增加

D.氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光

子的波长

解析：选AC.天然放射性现象说明原子核内部具有复杂的结构，选项A正确；a粒子散射实验

说明原子具有核式结构，选项B错误；根据电荷数守恒和质量数守恒知，p衰变放出一个电子，新

核的电荷数增加1,即原子序数增加，故C正确；氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的能

量小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的能量，故从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长

大于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的波长，选项D错误.

2.（多选）下列说法中正确的是（）

A.p衰变现象说明电子是原子核的组成部分

B.目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变

C.一个氢原子从〃=3的激发态跃迁到基态时，能辐射3种不同频率的光子