原子结构和原子核（习题课） 解析版

12.2原子结构和原子核

崖础知识过关）

1.（2021全国I卷高考仿真模拟1）下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是（）

A.y射线是高速运动的电子流

B.氢原子辐射光子后，其统核运动的电子动能增大

C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变

D.谡Bi的半衰期是5天,10（）克那Bi经过1（）天后还剩下5（）克

【参考答案】B

【名师解析】

。射线是高速电子流，而y射线是一种电磁波，选项A错误.氢原子辐射光子后，绕核运

动的电子距核更近，动能增大，选项B正确.太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚

1L1

变，选项C错误.10天为两个半衰期，剩余的避Bi为100x（_）rg=100x（-）2g=25g,选项

D错误.

238TTV234TL.

2.（2021年4月贵州模拟）核反应方程为92U->-90口+13,根据方程提供的信息，下例说法

中正确的是（）

A.方程中的X3表示的是电子

B.方程表示的是原子的裂变

C.这种核反应的变化是自发的，与原子所处的物理化学状态无关

D.这种核反应没有质量亏损

【参考答案】C

【命题意图】考查原子核的衰变规律和核反应方程等必备知识。

【解题分析】根据核反应方程满足电荷守恒和质量数守恒，可知核反应方程为膘Uf

2^Th+\HeX3表示的是a粒子，是原子核的。衰变，选项A、B错误；放射性元素衰变

的快慢是由原子核内部因素决定的，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，选项C正确；a衰变时放出7射线能量减小，有质量亏损，选

项D错误。

3.（2021湖南长郡中学三模）如图10所示，在真空云室中的矩形ABCD区域内存在方向

垂直纸面向外的匀强磁场，静止放置在O点的铀238原子核（3U）发生衰变，放出射线后变

成某种新的原子核，两段曲线是反冲核（新核）和射线的径迹，曲线OP为！圆弧，x轴过

4

O点且平行于AB边。下列说法正确的是

图10

A.铀238原子核发生的是0衰变，放出的射线是高速电子流

B.曲线OP是射线的径迹，曲线OQ是反冲核的径运

C.改变磁感应强度的大小，反冲核和射线圆周运动的半径关系随之改变

D.曲线OQ是a射线的径迹，其圆心在x轴上，半径是曲线OP半径的45倍

【参考答案】D

【名师解析】根据图中反冲核（新核）和射线的径迹，可知铀238原子核发生的是a衰变，

放出的射线是高速象核粒子流，选项A错误；放射性衰变，动量守恒，mvi=Mv2,由r=mv/qB

可知曲线OP是反冲核的径迹，曲线OQ是a射线的径迹，其圆心在x轴上，选项B错误；

改变磁感应强度的大小，由r=mv/qB可知，反冲核和射线圆周运动的半径关系不变改变，

选项C错误；由于反冲核的电荷量是a粒子电荷量的45倍，由r=mv/qB可知曲线OQ是a

射线的径迹，其圆心在x轴上，半径是曲线OP半径的45倍，选项D正确。

4.（2021河北保定一模）下列关于天然放射现象的叙述中正确的是

A.人类揭开原子核的秘密，是从发现质子开始的

B.p衰变的实质是原子核内一个质子转化成一个中子和一个电子

C.一种放射性元素，当对它施加压力、提高温度时，其半衰期不变

D.a、|3、7三种射线中，a射线穿透能力最强，y射线电离作用最强

【参考答案】C

【命题意图】本题以天然放射现象切入，考查衰变、半衰期、三种射线的特性的理解及

其相关知识点。

【解题思路】天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构，人类揭开原子核的秘密，

是从天然放射现象的发现开始的，选项A错误；。衰变的实质是原子核内一个中子转化成

一个质子和一个电子，选项B错误；根据放射性元索的半袤期与元素所处的物理化学状态

无关，所以一种放射性元素，当对它施加压力、提高温度时，其半袤期不变，选项C正确；

a、0、y三种射线，a射线电离能力最强，y电离能力最弱，而a射线穿透能力最弱，一张

纸就可挡住，y射线穿透能力最强，可穿透铝板，选项D错误。

【易错警示】解答此题常见错误主要有：一是对天然放射现象的发现的意义不了解，导致

错选A；二是对p衰变的实质理解掌握不到位，导致错选B：三是对半衰期的理解掌握不

到位，导致漏选C;四是对a、。、y三种射线特性理解掌握不到位，导致错选D。

（重难考点提高）

5.（2021）为针218（TP。）的半衰期为3.8天，则氢222衰变释放出的粒子和密闭房间中氧

气浓度减小87.5%需要的时间分别为

A.电子，11.4天B.质子，7.6天

C.中子，19天D.。粒子，11.4天

【参考答案】D

【名师解析】氧222衰变为针218的过程，质量数减少4,质子数减少2,可判断发生了a

衰变，放出的粒子为a粒子；

:心=,“犷浮=12.5%

根据半衰期公式方程-，氯气浓度减小87.5%时有‘%，解得：I=3T=11.4

天，故ABC错误，D正确：

【关键点拨】

根据衰变过程的质量数变化和质子数变化判断衰变过程释放的粒子，根据半衰期公式判断

衰变所需的时间；

本题考查了半衰期的定义以及有关半衰期运算，对于基本概念要深刻理解其含义，同时理

解有关半衰期公式中各个物理量的含义。

6.（2021江苏高考仿真模拟3）（1）（4分）关于近代物理，下列叙述正确的是

A.玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氮原子光谱的特征

B.放射性元素发生。衰变时所释放的电子是原子内层电子放射出来的

C.核反应的实质是粒子对核撞击而打出新粒子使核变为新核

D.自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能

【参考答案】AD（4分，漏选得2分）；

【名师解析】玻尔将量子观点引入原子领域，很好她解释了氢原子光谱，但由于其理论还

包含有经典电磁学的成份，因此只能解释氯原子光谱，选项A正确；。衰变时，原子核中

的一个中子转变为一个质子和一个电子，然后释放出来，选项B错误；核反应是原子核在

其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，并不一定打出新粒子，选项C错误：自由核子组

成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项D正确。

7.（2021河南天一大联考期末考试）赞U是核电站的重要核燃料，赞U+1-i给8+装r+k'

是铀核裂变形式之一，裂变生成物肝Xe、歌*的比结合能分别为8.4MeK8.7MW,则下列

说法正确的是（）

A.^=3

B.：9

C.黑S厂比宣Xe更稳定

D.益勿的结合能比省肾X©的结合能大

.【参考答案】c

13690

【名师解析】根据质量数加电荷数守恒可知，：10,故AR错误。裂变生成物54X2、38.S,.

9013690136

的比结合能分别为8.4MW、SJMeVt则38$「比54Xe的比结合能大,则38s•比54Xe更稳定，

90136

故C正确。核子数与比结合能的乘积为原子核的结合能，由此可知，38sz•的结合能比省54Xc

的结合能小,故。错误。

【关键点拨】

根据根据质量数和电荷数守恒，可知女的数值。

比结合能大的原子核稳定，核子数多的原子核结合能大。

本题考查了原子核的结合能，解题的关键是明确比结合能大的原子核稳定。

8.（多选）原子核的比结合能随质量数的变化图象如图所示，下列判断正确的是

A.比结合能越大，原子核越稳定

B.汨核比§Li核更稳定

C.赞U核裂变成两个中等质量的核时释放能量

D.相Kr核的结合能比钳U核的大

【参考答案】AC

【名师解析】比结合能越大原子核越稳定，故A正确。由题图可知泊核比§Li核的比结

合能小，故彳H核比兜i核更不稳定，故B错误；重核裂变成中等质量的核，有质量亏损，

释放能量，故C正确；由图可知，然Kr核的比结合能比黄U核的大，但是煞Kr核的结合能

小于黄U核的结合能，故D错误，故选AC。

9.（6分）（2021湖北黄冈三模）某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q,其方程为：

[X一&Y+（Z,并假设释放的能量全部转化为新核Y和Z的动能，测得其中Z的速度为

v,以下结论正确的是（）

A.Y原子核的速度大小为£v

C

B.Y原子核的动能是Z原子核的动能的?倍

F

C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大鸟（ci为光速）

C1

D.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能

【参考答案】D

【名师解析】静止的原子核发生衰变的过程中动量守恒，设Y的速度为质量为Dm,Z

的质量为Fm,以Y的方向为正方向，则：Fmv-Dmv，=0,所以：v'=-E上，即大小为业，

DD

2

负号表示方向与Z的方向相反，故A错误；由动能公式：E-lrov,可得Y原子核的动

k2

能与Z原子核的动能关系为：巴二型二二艮■吟二二E.故B错误；由于该反应的过程

EzFv2D尸2V2D

中释放能量，有质量亏损，所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小，故

C错误；由于该反应的过程中释放能量，所以Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能，

故D正确。

10.静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与

电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图中虚线所示3、c表示长度）。那么碳

14的核反应方程可能是（）

A.用C->?He+»BeB.¥C-?e+甘B

C¥C-9e+VND.肾C-汨+?B

【参考答案】A

【名师解析】由题意可知一-=2,一1=4,而〃=必，故有&-：0-=1：2,又因为

vi/'V2tmwnvi，n2V2

动量守恒，有“7|片=机2也，可知S：S=1：2,故只有A正确。

11.（6分）（2021湖北武汉武昌5月调研）用中子轰击原子核产生裂变反应，其可能

的裂变方程为若U+,一丫+器Kr+3Jn,2a/丫、器心的质量分别为mi、nu、

2

m3、m4,^U原子核的半衰期为T,其比结合能小于Y原子核的比结合能，光在真空中的

传播速度为c,下列叙述正确的是（）

A.2；；u原子核中含有56个中子

B.若提高%U的温度，空u的半衰期将会小于T

C.裂变时释放的能量为（rm-2m2-m3-m。c?

D.2；；u原子核比Y原子核更稳定

【参考答案】c

【命题意图】本题考查电磁感应、能量守恒定律及其相关知识点。

【解题思路】u原子核中电荷数为92,质量数为235,则中子数为235-92=143,选项A

错误；放射性元素的半衰期的大小与温度、压强等因素无关，由原子核内部因素决定，选

项B错误；根据爱因斯坦质能方程知，裂变时释放的能量△E=z\mc2=（mi-2m2-m3-

22

m4）c,选项C正确；^U原子核的比结合能小于Y原子核的比结合能，可知y原子核比

23

925U原子核更稳定，选项D错误。

【关键点拨】解决本题的关键知道质量数、电荷数、中子数之间的关系，掌握爱因斯坦质

能方程，根据爱因斯坦质能方程，结合质量亏损求出核裂变反应时释放的能量.知道比结

合能越大，原子核越稳定.知道放射性元素的半衰期的大小与原子核所处的物理环境和化

学状态无关.

12.（多选）原子核的比结合能随质量数的变化图象如图所示，下列判断正确的是

A.比结合能越大，原子核越稳定

B.汨核比§Li核更稳定

C.赞U核裂变成两个中等质量的核时释放能量

D.狷Kr核的结合能比赞U核的大

【参考答案】AC

【名师解析】比结合能越大原子核越稳定，故A正确。由题图可知泊核比§Li核的比结

合能小，故彳H核比§Li核更不稳定，故B错误；重核裂变成中等质量的核，有质量亏损，

释放能量，故C正确；由图可知，然Ki■核的比结合能比赞U核的大，但是狷Kr核的结合能

小于黄U核的结合能，故D错误，故选AC。

13.（6分）（2021湖北黄冈三模）某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q,其方程为：

斜，并假设释放的能量全部转化为新核Y和Z的动能，测得其中Z的速度为

v,以下结论正确的是（）

A.Y原子核的速度大小为wV

C

B.Y原子核的动能是Z原子核的动能的1•倍

F

C.Y原子核和Z原子核6勺质量之和比X原子核的质量大鸟（C1为光速）

D.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能

【参考答案】D

【名师解析】静止的原子核发生衰变的过程中动量守恒，设Y的速度为质量为Dm,Z

的质量为Fm,以Y的方向为正方向，则：Fmv-DmU=O,所以：力=-红，即大小为业，

能与z原子核的动能关系为：巴二亚WJ.D'Y'，』.故B错误；由于该反应的过程

Ez-Fv2—DF2V2"D

中释放能量，有质量亏损，所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小，故

C错误：由于该反应的过程中释放能量，所以Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能，

故D正确。

14.静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与

电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图中虚线所示S、C表示长度）。那么碳

14的核反应方程可能是（）

A.】KTHe+*BeB.PC-YC+^B

C4Ce+VND.？CTH+?B

【参考答案】A

【名师解析】由题意可知大了=2,==4,而。=筹，故有焉：焉=1：2,又因为

动量守恒，有机|0=加2也，可知s：q2=l：2,故只有A正确。

15.（6分）（2021湖北武汉武昌5月调研）用中子轰击空U原子核产生裂变反应，其可能

的裂变方程为*U+，一丫十器Kr+3；n,2a,、Y、缴丁的质量分别为mi、m2、

2

m3、m4,^U原子核的半衰期为T,其比结合能小于Y原子核的比结合能，光在真空中的

传播速度为C,下列叙述正确的是（）

A.原子核中含有56个中子

B.若提高%U的温度，2；沙的半衰期将会小于T

C.裂变时释放的能量为（mi-2m?-m3-m4）c2

D.原子核比Y原子核更稳定

【参考答案】c

【命题意图】本题考查电磁感应、能量守恒定律及其相关知识点。

【解题思路】原子核中电荷数为92,质量数为235,则中子数为235-92=143,选项A

错误；放射性元素的半衰期的大小与温度、压强等因素无关，由原子核内部因素决定，选

项B错误；根据爱因斯坦质能方程知，裂变时释放的能量△E=Zkm（?=（mi-2m2-1113-

22

m4）c,选项C正确；^U原子核的比结合能小于Y原子核的比结合能，可知y原子核比

第5U原子核更稳定，选项D错误。

【关键点拨】解决本题的关键知道质量数、电荷数、中子数之间的关系，掌握爱因斯坦质

能方程，根据爱因斯坦质能方程，结合质量亏损求出核裂变反应时释放的能量.知道比结

合能越大，原子核越稳定.知道放射性元素的半衰期的大小与原子核所处的物理环境和化

学状态无关.

15.［多选］（2021・南昌模拟）月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的gHe含量

十分丰富。科学家认为，汨e是发生核聚变的极好原料，将来?He也许是人类重要的能源，

所以探测月球意义十分重大。关于汨e,下列说法正确的是（）

A.^He的原子核内有三个中子两个质子

B.^He的原子核内有一个中子两个质子

C.汩e发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损

DgHe原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起

【参考答案】BC

【名师解析】SHe是氯元素的一种同位素，质量数是3,电荷数是2,原子核内有两个质

子一个中子，故A错误、B正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，故C正确；原子

核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起的，故D错误。

16.［多选］（2021•浙江金华期末）下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是（）

.a、B、丫穿透能力

D.反子弹的爆炸

A.处于〃=3能级的氯原子吸收的能量只要大于1.51eV就能发生电离

B.根据a、。、丫射线的特点射线1是a射线，射线2是。射线，射线3是丫射线

C.天然放射性元素的半衰期与原子核内部的结构以及其化学状态都有关

D.重核的裂变反应方程可以有黄U一国Ba+然Kr+20n

【参考答案】AB

【名师解析】处于〃=3能级的氢原子吸收的能量大于1.51eV就能发生电离，故A正确；

三种射线的穿透本领不同，根据a、。、y射线的特点可知，射线1的穿透本领最弱，是a

射线，射线3的穿透本领最强，是丁射线，射线2是。射线，故B正确；半衰期与其化学

性质与化学状态无关，故C错误；重核的裂变是重核俘获一个慢中子后才能发生的，所以

核反应方程有：道U+dn—密Ba+弟Kr+3jn,故D错误。

17.图中曲线〃、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中

磁感应强度方向垂直于纸面向里。以下判断可能正确的是（）

A.a、b为B粒子的径迹

B.a、b为丫粒子的径迹

C.c、,/为a粒子的径迹

D.c、d为B粒子的径迹

【参考答案】D

【名师解析】Y粒于不带电，不会发生偏转，故B错；由左孑定则可判定，°、。粒子带

正电，c、d粒子带负电，又知a粒子带正电，。粒子带负电，故A、C均错，D正确。

18.用a粒子照射充氮的云室，摄得如图所示的照片，下列说法中正确的是（）

A.A是a粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹

B.3是a粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹

C.C是a粒子的径迹，A是质子的径迹，3是新核的径迹

D.4是a粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹

【参考答案】D

【名师解析】a粒子轰击氮的核反应方程为犯e+VNO+IH,入射的是a粒子，所以

8是a粒子产生的径迹，质量大电离作用强的新核90,径迹粗而短，故A是新核径迹，质

子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹，所以正确选项为D。

19.（2021•河北衡水模拟）一个质子和一个中子聚变结合成一个鼠核，同时辐射一个7光子.已

知质子、中子、泉核的质量分别为〃2|、机2、加3,普朗克常量为〃，真空中的光速为C.下列

说法正确的是（）

A.核反应方程是|H+Jn—+>

B.聚变反应中的质量亏损\m=my—tm—m\

C.辐射出的y光子的能量E=（〃73—〃力一机2）c

D.y光子的波长-----

〃7|十阳2一m3c

【参考答案】D

【名师解析】根据电荷数守恒、质量数守恒知，该核反应方程为：|H+An-¥H+y,故A项

错误；聚变反应中的质量亏损="2|+〃22—，〃3,根据爱因斯坦质能方程知，辐射的光子能

chehe

量AE=A/m?2=（/?n+加2—次3）/,故B、C项错误；根据AE=/rr得，波长―V-------7

X△七〃力十〃”一团3c

=~7~,故D项正确.

"2|十"22一〃23c

20.（2021山西浑源中学复习测试）14c是碳元素的一种具有放射性的同位素，衰变方式为

B衰变，其半衰期约为573（）年.已知一个14c原子核由6个质子和8个中子组成.下列说

法正确的是（）

A.14c衰变后转变为MN

B.14c衰变过程中发出的p射线是由核外电子电离产生的

C.14c原子发生化学反应后，其半衰期不会发生改变

D.14c样品经历3个半衰期后，样品中14c的质量只有原来的g

【参考答案】AC

【名师解析】"C衰变方式为p衰变，则放出一个负曲于后，质量数不变，电荷数增加1,

变为I4N,选项A正确；14c衰变过程中发出的0射线是由核内的中子转化为质子时放出的

负电子，选项B错误；半衰期与化学状态无关，则14c原子发生化学反应后，其半衰期不

会发生改变，选项C正确；14c样品经历3个半衰期后，样品中14c的质量只有原来的右）3

=1,选项D错误.

O

21.在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳14,它所放射的粒子与反冲核的轨迹是两个

相切的圆，圆的半径之比为5：1,如图所示.那么碳的袤变方程是（）

A.用CTHe+lpBeB.<C—Ye+兜

C.印C-J?e+苧ND.WC—*+?B

【参考答案】D

【名师解析】由于两个轨迹为外切圆，放出的粒子和反冲核的速度方向相反，由左手定则

可知，它们必均为正电荷；根据动量守恒定律，衰变过程中两者动量大小相等，方向相反，

/nirmv

由于夕8口=方，则/?=下，因半径之比为5：1,所以它们的电荷量之比为1：5,由此可

ACjn

知选项D确.

22.（2021・长沙模拟）图甲是a、0、y三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线

的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图。图乙中检查所利用的射线是

甲乙

A.a射线B.0射线

C.了射线D.三种射线都可以

【参考答案］C

【名师解析】能够穿过钢板的射线是了射线，选项C正确。

23.（2021•广西桂林市、贺州市期末联考）下列关于核反应的说法正确的是（）

A.赞U一掰Th+?He是铀核的裂变

B^H+iHTHe+An是核聚变反应

C.核反应召A1+拍c-QP+X中的X是质子

D.卢瑟福发现中子的核反应方程是：拍e+VN-9O+，n

【参考答案】B

【名师解析】赞U-＞掰Th+?He是衰变方程，选项A错误；+H+fHTHe+而是核聚变反

应，选项B正确；核反应不Al+?He-次P+X中的X质量数为1,电荷数为零，则X是中子，

选项C错误；卢瑟福发现质子的核反应方程是：？He+耳NT?O+|H,选项D错误.

24.（2021•安徽省池州市上学期期末）有关核反应方程，下列说法正确的是（）

A.赞U-钳Th+?He属于a衰变

B#N+?He-＞?O+|H是［3衰变

C.核反应方程僦Po-»X+?He中的y=206,X的中子个数为128

D.铀核裂变的核反应为赞U—娱Ba+^Kr+2in

【参考答案】A

【名师解析】a衰变是重核自发地放出a粒子的天然放射现象，其中a粒子是3He,故A

正确；号N+NHe-MO+lH是发现质子的原子核人工转变，故B错误；根据质量数守恒：），

=210-4=206,X的中子个数为206—82=124,故C错误；铀核裂变属于重核裂变，不

能自发进行，铀核裂变的核反应为%芋U+An—＞累Ba+然Kr+3An,故D错误.

25.（2021・湖北茂冈模拟）下列说法中正确的是（）

A.卢瑟福的a粒子散