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《原子结构　原子核》复习导学案
一、原子物理
1．电子的发现：英国物理学家
在研究阴极射线时发现了
，并提出了原子的“糟糕模型”。
2．原子的核式结构
(1)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
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方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。提出来
(如图所示)。
(2)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。
3．氢原子光谱
(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的
(频率)和强度分布的记录，即光谱。
(2)光谱分类
(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107
m－1)。
(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的
可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。
线状谱和吸收光谱都对应某种元素，都可以用来进行光谱分析。
4．玻尔理论的三条假设：
(1)定态：原子只能处于一系列
的能量状态中，在这些能量状态中原子是
的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。
(2)跃迁：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＝
。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34
J·s)
(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是
的，因此电子的可能轨道也是
的。
(4）几个概念
①能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫作能级。
②基态：原子能量
的状态。
③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他状态。
5．氢原子的能级、能级公式
(1)氢原子的能级
能级图如图所示
(2)氢原子的能级和轨道半径
①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中基态能量E1最低，其数值为E1＝－13.6
eV。
②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10
m。
(3)两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级(m)低能级(n)→放出能量，发射光子：
。
(2)受激跃迁：低能级(n)高能级(m)→吸收能量。
①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差
。
②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，
。
③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。
(4)电离
(1)电离态：
(2)电离能：指原子从
或
跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。
例如：对于氢原子①基态→电离态：E吸＝0－(－13.6
eV)＝13.6
eV，即为基态的电离能。
②n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4
eV，即为n＝2激发态的电离能。
如吸收能量足够大，克服电离能后，电离出的自由电子还具有动能。
(5)确定氢原子辐射光谱线的数量的方法
①一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)
②一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数
二、原子核
1．天然放射现象
元素自发地放出
的现象，首先由
发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。
2．原子核的组成：原子核是由
和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。
3．原子核的衰变
(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种
的变化。
(2)分类：α衰变：X→Y＋
，如：U→Th＋He
β衰变：X→Y＋
，如：Th→Pa＋e
平衡核反应方程：质量数守恒、电荷数守恒，但不是总质量守恒。
(3)半衰期：放射性元素的原子核有
发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。
4．放射性同位素的应用与防护
(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。
(2)应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等。
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
5．核反应的四种类型
类　型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
β衰变
自发
人工转变
人工控制
(卢瑟福发现质子)
(查德威克发现中子)
约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
重核裂变
比较容易进行人工控制
轻核聚变
很难控制
6．核力和核能
(1)核力
原子核内部，
所特有的相互作用力。
核子数越多，结合能越大，比结合能不一定越大。
(2)核能
①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝
。
②原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝
。
质能方程表明质量和能量有着紧密联系，但不能相互转化。
6．裂变反应和聚变反应
(1)重核裂变　
一些重核裂变的产物可能有多种组合。
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典型的裂变反应方程：
③链式反应：重核裂变产生的
使裂变反应一代接一代继续下去的过程。
④临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。
⑤裂变的应用：原子弹、核电站。
⑥反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、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反应过程。轻核聚变反应必须在
下进行，因此又叫热核反应。
②典型的聚变反应方程：
。
一、电子的发现
1．史实：英国物理学家汤姆孙通过气体放电管，发现了
，并测出其比荷；美国科学家
通过
首次测得电子
，并指出任何物体的带电量
。
二、原子核式结构
2.（多选）在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个α粒子(　　)
A．更接近原子核
B．更远离原子核
C．受到一个以上的原子核作用
D．受到原子核较大的冲量作用
3.如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)
A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转
4.在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是(　　)
A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B．正电荷在原子内是均匀分布的
C．原子中存在着带负电的电子
D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
5．如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(　　)
A．M点　　　　　　　　　　
B．N点
C．P点
D．Q点
三、氢原子光谱与波尔理论
6.如图为氢原子的能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是(　　)
A．最容易发生衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的
B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D．用由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光去照射逸出功为6.34
eV的金属铂能发生光电效应
[延伸思考]
(1)这群氢原子辐射出的光子的最大能量为多少？
(2)若要电离这群氢原子，至少需要吸收多少光子的能量？
(3)若一个处于n＝4能级的氢原子发生跃迁，发出的光谱线最多可能有几种？
7.处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去，这种辐射被称为受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理。发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量En、电子的电势能Ep、电子的动能Ek的变化情况是(　　)
A．En减小、Ep增大、Ek减小
B．En减小、Ep减小、Ek增大
C．En增大、Ep减小、Ek减小
D．En增大、Ep增大、Ek增大
8.(多选)如图3是氢原子能级图，大量处在激发态n＝5能级的氢原子向低能级跃迁，a是从n＝4能级跃迁到n＝2能级产生的光，b是从n＝5跃迁到n＝3能级产生的光。已知某金属的极限频率ν＝5.53×1014
Hz，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19
C，则(　　)
A．在相同的双缝干涉实验装置中，a光产生的干涉条纹比b光更宽
B．a光和b光的光子动量之比为255∶97
C．用a光照射该金属时，能产生最大初动能为0.27
eV的光电子
D．在同样的玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
9.处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有(　　)
A．1种　　　　　　　
B．2种
C．3种
D．4种
10.(多选)如图4所示为氢原子的能级图，一群处于n＝4的激发态的氢原子向低能级跃迁时可以辐射出多种不同频率的光子，其中两次跃迁分别辐射出a、b两种光子，若用a光照射x金属刚好能发生光电效应，则下列说法正确的是(　　)
A．氢原子辐射出a光子后，氢原子的能量减小了3.4
eV
B．a光子的波长比b光子的波长短
C．x金属的逸出功为2.55
eV
D．用b光光子照射x金属，打出的光电子的最大初动能为9.54
eV
原子核的衰变及半衰期
11．如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(　　)
A．①表示γ射线，③表示α射线
B．②表示β射线，③表示α射线
C．④表示α射线，⑤表示γ射线
D．⑤表示β射线，⑥表示α射线
12.(多选)日本福岛核电站发生核泄漏危机引起世界对安全利用核能的关注，泄漏的污染物中含有131I和137Cs
。131I发生衰变时会释放β
射线，137Cs发生衰变时会释放γ射线，过量的射线对人体组织有破坏作用。核泄露一旦发生，应尽量避免污染物的扩散。下列说法正确的是(　　)
A．γ射线穿透作用很强
B．β射线是高速电子流
C．目前世界上运行的核电站均采用轻核聚变
D．可以通过降低温度减小污染物的半衰期，从而减小危害
13.静止在匀强磁场中的U核发生α衰变后生成Th核，衰变后α粒子的速度方向垂直于磁场方向，则以下结论中正确的是(　　)
A．衰变方程可表示为U＝Th＋He
B．衰变后的Th核和α粒子的轨迹是两个内切圆，轨道半径之比为1∶45
C．Th核和α粒子的动能之比为2∶117
D．若α粒子转了117圈，则Th核转了90圈
14.(多选)Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成Pb(铅)。以下说法中正确的是(　　)
A．铅核比钍核少8个质子
B．铅核比钍核少16个中子
C．共经过4次α衰变和6次β衰变
D．共经过6次α衰变和4次β衰变
核反应与核能计算
15.(多选)静止在匀强磁场中的U核发生α衰变，产生一个未知粒子X，它们在磁场中的运动径迹如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．该核反应方程为U―→X＋He
B．α粒子和粒子X在磁场中做圆周运动时转动方向相同
C．轨迹1、2分别是α粒子、X粒子的运动径迹
D．α粒子、X粒子运动径迹半径之比为45∶1
16.(多选)(2020·福建厦门质检)静止的Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示，大、小圆半径分别为R1、R2。则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值的判断中正确的是(　　)
A．Bi→Tl＋He　　　　　
B.Bi→Po＋e
C．R1∶R2＝84∶1
D．R1∶R2＝207∶4
17.(多选)钍Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为Th→Pa＋X，钍的半衰期为24天。下列说法正确的是(　　)
A．X为质子
B．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的
C．γ射线是镤原子核放出的
D．1
g钍Th经过120天后还剩0.312
5
g
18.下列关于核反应的说法正确的是(　　)
A．U→Th＋He是铀核的裂变
B.H＋H→He＋n是核聚变反应
C．核反应Al＋He→P＋X中的X是质子
D．卢瑟福发现中子的核反应方程是：He＋N→O＋n
19.氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：H＋H→He＋X，式中X是某种粒子。已知：H、H、He和粒子X的质量分别为2.014
1
u、3.016
1
u、4.002
6
u和1.008
7
u；1
u＝931.5
MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知(　　)
A．粒子X是H
B．该反应中的质量亏损为0.028
9
u
C．该反应释放出的能量约为17.6
MeV
D．该反应中释放的全部能量转化为粒子X的动能
20.钴?60放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐照保藏与保鲜等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。一个钴?60原子核(60Co)放出一个β粒子后衰变成一个镍核(60Ni)，并伴随产生了γ射线。已知钴?60的半衰期为5.27年，该反应中钴核、β粒子、镍核的质量分别为m1、m2、m3。下列说法正确的是(　　)
A．核反应中释放的能量为(m1＋m2－m3)c2
B．核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强
C．若有16个钴?60原子核，经过5.27年后只剩下8个钴?60原子核
D．β粒子是钴原子核外的电子电离形成的
21.(多选)如图所示，静止的U核发生α衰变后生成反冲Th核，两个产物都在垂直于它们速度方向的匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　)
A．衰变方程可表示为U→Th＋He
B．Th核和α粒子的圆周轨道半径之比为1∶45
C．Th核和α粒子的动能之比为1∶45
D．Th核和α粒子在匀强磁场中旋转的方向相反
1、【2015重庆-1】.
题1图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的经迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里。以下判断可能正确的是
A.a、b为粒子的经迹
B.
a、b为粒子的经迹
C.
c、d为粒子的经迹
D.
c、d为粒子的经迹
2、【2015山东-39（1）】.【物理-物理3-5】
发生放射性衰变为，半衰期约为5700年。已知植物存活其间，其体内与的比例不变；生命活动结束后，的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是_____。（双选，填正确答案标号）
a.该古木的年代距今约为5700年[]
b.
、、具有相同的中子数
c.
衰变为的过程中放出β射线
d.
增加样品测量环境的压强将加速的衰变
3、【2015广东-18】18.科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚核反应获得能量，核反应方程分别为：
X
+
Y
+
+
4.9MeV和
+
+
X
+
17.6MeV，下列表述正确的有
A.X是中子
B.Y的质子数是3，中子数是6
C.两个核反应都没有质量亏损
D.氘和氚的核反应是核聚变反应
4、【2015北京-14】．下列核反应方程中，属于α衰变的是（
）
A.
B.
C.
D.
5、【2015北京-17】．
实验观察到，静止在匀强磁场中
A
点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图。则（
）
A.轨迹
1
是电子的，磁场方向垂直纸面向外
B.轨迹
2
是电子的，磁场方向垂直纸面向外
C.轨迹
1
是新核的，磁场方向垂直纸面向里
D.轨迹
2
是新核的，磁场方向垂直纸面向里
6、【2015安徽-14】．图示是α粒子（氦原子核）被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是
A．M点
B．N点
C．P点
D．Q点
7、【2015江苏-12】
C．【选修3-5】（12分）
（1）波粒二象性时微观世界的基本特征，以下说法正确的有_______
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波也相等
（2）核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，是常用的核燃料。受一个中子轰击后裂变成和两部分，并产生_____个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要_________（选填“大于”或者“小于”）它的临界体积。
（3）取质子的质量，中子的质量，粒子的质量，光速，请计算粒子的结合能，（计算结果保留两位有效数字）
8、【2015海南-17】17.模块3-5试题（12分）
（1）氢原子基态的能量为。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为0.96，频率最小的光子的能量为
eV（保留2位有效数字），这些光子可具有
种不同的频率。
9、【2015海南-17】（2）运动的原子核放出粒子后变成静止的原子核Y。已知X、Y和粒子的质量分别是M、和，真空中的光速为c，粒子的速度远小于光速。求反应后与反应前的总动能之差以及粒子的动能。
10、【2015天津-1】1．下列能揭示原子具有核式结构的实验是
A．光电效应实验
B．伦琴射线的发现
C．粒子散射实验
D．氢原子光谱的发现
11、【2015天津-1】1.物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上，下列说法正确的是
A
.天然放射现象说明原子核内部是有结构的
B
.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
C
.a粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的
D
.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
12、【2017·天津卷】我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是
A．
B．
C．
D．
13、(2018北京卷）在核反应方程中，X表示的是
A.
质子
B.
中子
C.
电子
D.
α粒子
14.（2018天津卷）国家大科学过程——中国散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是
A.
俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子
B.
俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子
C.
俘获一个质子，产生并放出一个粒子
D.
俘获一个质子，产生并放出一个粒子
15.（2018全国III卷）1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为
A.
15和28
B.
15和30
C.
16和30
D.
17和31
16.（2019·新课标全国Ⅰ卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63
eV~3.10
eV的光为可见光。要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为
A．12.09
eV
B．10.20
eV
C．1.89
eV
D．1.5l
eV
17、（2019·新课标全国Ⅱ卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为
A．8
MeV
B．16
MeV
C．26
MeV
D．52
MeV
（2019·天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
19、（2019·江苏卷）100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击核也打出了质子：；该反应中的X是
（选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是
（选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。
20、（2019·浙江选考）一个铍原子核（）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）后发生衰变，生成一个锂核（
），并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为已知铍原子的质量为MBe=7.016929u，锂原子的质量为MLi=7.016004u，1u相当于9.31×102MeV。下列说法正确的是
A．中微子的质量数和电荷数均为零
B．锂核（）获得的动能约为0.86MeV
C．中微子与锂核（）的动量之和等于反应前电子的动量
D．中微子与锂核（）的能量之和等于反应前电子的能量
21、（2020·新课标Ⅱ卷）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1
kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107
J，1
MeV=
1.6×10–13J，则M约为
A．40
kg
B．100
kg
C．400
kg
D．1
000
kg
22、（2020·山东卷）氚核发生β衰变成为氦核。假设含氚材料中发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2104
s时间内形成的平均电流为5.010-8
A。已知电子电荷量为1.610-19
C，在这段时间内发生β衰变的氚核的个数为（　　）
A．
B．
C．
D．
23、（2020·新课标Ⅰ卷）下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表α粒子的有
A．
B．
C．
D．
24、（2020·新课标Ⅲ卷）1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：。X会衰变成原子核Y，衰变方程为，则
A．X的质量数与Y的质量数相等
B．X的电荷数比Y的电荷数少1
C．X的电荷数比的电荷数多2
D．X的质量数与的质量数相等
25、（2020·浙江省1月学业水平测试选考）由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出射线
B．氢原子从的能级向的能级跃迁时会辐射出红外线
C．处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离
D．大量氢原子从能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光
26、（2020·浙江卷）太阳辐射的总功率约为，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为（c为真空中的光速）的氘核（）和一个质量为的氚核（）结合为一个质量为的氦核（），并放出一个X粒子，同时释放大约的能量。下列说法正确的是（　　）
A．X粒子是质子
B．X粒子的质量为
C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为
D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为
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《原子结构　原子核》复习导学案
一、原子物理
1．电子的发现：英国物理学家
汤姆孙
在研究阴极射线时发现了电子
，并提出了原子的“糟糕模型”。
2．原子的核式结构
(1)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方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。提出来核式结构模型(如图所示)
(2)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。
3．氢原子光谱
(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。
(2)光谱分类
(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107
m－1)。
(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。
线状谱和吸收光谱都对应某种元素，都可以用来进行光谱分析。
4．玻尔理论的三条假设：
(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。
(2)跃迁：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＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34
J·s)
(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。
(4）几个概念
①能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫作能级。
②基态：原子能量
处于最低
的状态。
③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他状态。
5．氢原子的能级、能级公式
(1)氢原子的能级
能级图如图所示
(2)氢原子的能级和轨道半径
①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中基态能量E1最低，其数值为E1＝－13.6
eV。
②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10
m。
(3)两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级(m)低能级(n)→放出能量，发射光子：hν＝Em－En。
(2)受激跃迁：低能级(n)高能级(m)→吸收能量。
①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差hν＝Em－En。
②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥Em－En。
③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。
(4)电离
(1)电离态：n＝∞，E＝0
(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。
例如：对于氢原子①基态→电离态：E吸＝0－(－13.6
eV)＝13.6
eV，即为基态的电离能。
②n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4
eV，即为n＝2激发态的电离能。
如吸收能量足够大，克服电离能后，电离出的自由电子还具有动能。
(5)确定氢原子辐射光谱线的数量的方法
①一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)
②一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数
二、原子核
1．天然放射现象
元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。
2．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。
3．原子核的衰变
(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化。
(2)分类：α衰变：X→Y＋He，如：U→Th＋He
β衰变：X→Y＋e，如：Th→Pa＋e
平衡核反应方程：质量数守恒、电荷数守恒，但不是总质量守恒。
(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。半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。
4．放射性同位素的应用与防护
(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。
(2)应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等。
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
5．核反应的四种类型
类　型
可控性
核反应方程典例
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
N＋He→O＋H
(卢瑟福发现质子)
He＋Be→C＋n
(查德威克发现中子)
Al＋He→P＋n
约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
P→Si＋e
重核裂变
比较容易进行人工控制
U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变
很难控制
H＋H→He＋n
6．核力和核能
(1)核力
原子核内部，核子间所特有的相互作用力。
核子数越多，结合能越大，比结合能不一定越大。
(2)核能
①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2。
②原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。
质能方程表明质量和能量有着紧密联系，但不能相互转化。
(3)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。
(4)比结合能
原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。中等大小的核的比结合能最大，最稳定。
6．裂变反应和聚变反应
(1)重核裂变　
一些重核裂变的产物可能有多种组合。
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典型的裂变反应方程：U＋n→Kr＋Ba＋3n。
③链式反应：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。
④临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。
⑤裂变的应用：原子弹、核电站。
⑥反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、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反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。
②典型的聚变反应方程：H＋H→He＋n＋17.6
MeV。
【对标对表练习题组】
一、电子的发现
1．史实：英国物理学家汤姆孙通过气体放电管，发现了
电子
，并测出其比荷；美国科学家
密立根
通过
油滴实验
首次测得电子
质量
，并指出任何物体的带电量
是电子电荷量的整数倍
。
二、原子核式结构
2.（多选）在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个α粒子(　　)
A．更接近原子核
B．更远离原子核
C．受到一个以上的原子核作用
D．受到原子核较大的冲量作用
答案：AD
3.如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)
A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转
答案：A
解析：卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确；卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，选项B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，几乎仍沿原方向前进，选项D错误。
4.在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是(　　)
A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B．正电荷在原子内是均匀分布的
C．原子中存在着带负电的电子
D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
答案：A
解析：卢瑟福α粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，A正确、B错误。α粒子能接近原子核的机会很小，大多数α粒子都从核外的空间穿过，而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生改变。C、D的说法没错，但与题意不符。
5．如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(　　)
A．M点　　　　　　　　　　
B．N点
C．P点
D．Q点
答案：C
解析：　α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同。带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向曲线的凹侧，故只有选项C正确。
三、氢原子光谱与波尔理论
6.如图为氢原子的能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是(　　)
A．最容易发生衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的
B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D．用由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光去照射逸出功为6.34
eV的金属铂能发生光电效应
答案：　D
[解析]　由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光，能量最小，波长最长，因此最容易发生衍射现象，故A错误；由能级差可知能量最小的光频率最小，是由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的，故B错误；大量处于n＝4能级的氢原子能发射＝6种频率的光，故C错误；由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光的能量为ΔE＝－3.4
eV－(－13.6)eV＝10.2
eV，大于6.34
eV，能使金属铂发生光电效应，故D正确。
[延伸思考]
(1)这群氢原子辐射出的光子的最大能量为多少？
(2)若要电离这群氢原子，至少需要吸收多少光子的能量？
(3)若一个处于n＝4能级的氢原子发生跃迁，发出的光谱线最多可能有几种？
[解析](1)由n＝4能级跃迁到n＝1能级，辐射的光子能量最大，ΔE＝－0.85
eV－(－13.6
eV)＝12.75
eV。
(2)若要电离至少需要吸收ΔE＝0.85
eV的能量。
(3)3种。
7.处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去，这种辐射被称为受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理。发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量En、电子的电势能Ep、电子的动能Ek的变化情况是(　　)
A．En减小、Ep增大、Ek减小
B．En减小、Ep减小、Ek增大
C．En增大、Ep减小、Ek减小
D．En增大、Ep增大、Ek增大
答案：　B
[解析]　原子发生受激辐射时，向外辐射能量，可知原子总能量En减小。根据玻尔理论可知，氢原子的高能级轨道距离原子核比较远，所以氢原子发生辐射时，电子的运动轨道半径变小。由于原子核对电子的库仑力做正功，故电子的电势能Ep减小、动能Ek增大，故B项正确。
8.(多选)如图3是氢原子能级图，大量处在激发态n＝5能级的氢原子向低能级跃迁，a是从n＝4能级跃迁到n＝2能级产生的光，b是从n＝5跃迁到n＝3能级产生的光。已知某金属的极限频率ν＝5.53×1014
Hz，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19
C，则(　　)
A．在相同的双缝干涉实验装置中，a光产生的干涉条纹比b光更宽
B．a光和b光的光子动量之比为255∶97
C．用a光照射该金属时，能产生最大初动能为0.27
eV的光电子
D．在同样的玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
答案：　BC
解析　根据Em－En＝ΔE＝hν可知，氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级的能级差大于从n＝5的能级跃迁到n＝3的能级时的能级差，那么a光的频率大于b光的频率。根据c＝λν，a光的波长小于b光的波长，根据干涉条纹公式Δx＝λ知，a光产生的干涉条纹比b光更窄，选项A错误；
根据光的能量公式E＝hν＝h与动量公式P＝mv＝可知，a光和b光的光子动量之比等于a光和b光的光子能量之比为255∶97，选项B正确；
根据Em－En＝ΔE，那么a光的能量为Ea＝(3.4－0.85)
eV＝2.55
eV。某金属的极限频率ν＝5.53×1014
Hz，则逸出功为W0＝hν＝
eV＝2.28
eV，用a光照射该金属时，能产生最大初动能为Ea－W0＝2.55
eV－2.28
eV＝0.27
eV，选项C正确；在同样的玻璃中，a光的频率高，折射率大。根据v＝可知，a光的传播速度小于b光的传播速度，选项D错误。
9.处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有(　　)
A．1种　　　　　　　
B．2种
C．3种
D．4种
答案：C
解析：　大量氢原子从n＝3能级向低能级跃迁时，能级跃迁图如图所示，有3种跃迁情况，故辐射光的频率有3种，选项C正确。
10.(多选)如图4所示为氢原子的能级图，一群处于n＝4的激发态的氢原子向低能级跃迁时可以辐射出多种不同频率的光子，其中两次跃迁分别辐射出a、b两种光子，若用a光照射x金属刚好能发生光电效应，则下列说法正确的是(　　)
A．氢原子辐射出a光子后，氢原子的能量减小了3.4
eV
B．a光子的波长比b光子的波长短
C．x金属的逸出功为2.55
eV
D．用b光光子照射x金属，打出的光电子的最大初动能为9.54
eV
答案：　CD
解析　氢原子从n＝4跃迁到n＝2放出光子a，所以氢原子减小的能量为ΔE＝E4－E2＝－0.85
eV－(－3.4)
eV＝2.55
eV，选项A错误，C正确；a光子是氢原子从n＝4跃迁到n＝2放出的，放出的能量为ΔE＝2.55
eV，b光子是氢原子从n＝3跃迁到n＝1放出的，放出的能量为ΔE＝－1.51
eV－(－13.6)
eV＝12.09
eV，根据光子的能量为E＝hν＝h可知，能量越大的光子，波长越小，所以a光子的波长比b光子的波长长，选项B错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝(12.09－2.55)
eV＝9.54
eV，选项D正确。
原子核的衰变及半衰期
11．如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(　　)
A．①表示γ射线，③表示α射线
B．②表示β射线，③表示α射线
C．④表示α射线，⑤表示γ射线
D．⑤表示β射线，⑥表示α射线
答案：C
解析：γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D项错；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C项对。
12.(多选)日本福岛核电站发生核泄漏危机引起世界对安全利用核能的关注，泄漏的污染物中含有131I和137Cs
。131I发生衰变时会释放β
射线，137Cs发生衰变时会释放γ射线，过量的射线对人体组织有破坏作用。核泄露一旦发生，应尽量避免污染物的扩散。下列说法正确的是(　　)
A．γ射线穿透作用很强
B．β射线是高速电子流
C．目前世界上运行的核电站均采用轻核聚变
D．可以通过降低温度减小污染物的半衰期，从而减小危害
答案　AB
解析　三种射线中，γ射线的电离作用最弱，穿透能力最强，选项A正确；β射线是高速的电子流，选项B正确；目前世界上运行的核电站均采用核裂变，选项C错误；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D错误。
13.静止在匀强磁场中的U核发生α衰变后生成Th核，衰变后α粒子的速度方向垂直于磁场方向，则以下结论中正确的是(　　)
A．衰变方程可表示为U＝Th＋He
B．衰变后的Th核和α粒子的轨迹是两个内切圆，轨道半径之比为1∶45
C．Th核和α粒子的动能之比为2∶117
D．若α粒子转了117圈，则Th核转了90圈
答案　CD
解析　根据电荷数守恒、质量数守恒
U→Th＋He，中间不是等于号，选项A错误；根据动量守恒定律得，Th核和α粒子的动量大小相等，方向相反，则r＝，知轨道半径等于两粒子的电荷量之反比，为1∶45，因为两粒子电性相同，速度方向相反，轨迹为两个外切圆，选项B错误；根据动量守恒定律知，Th核和α粒子的动量大小相等，则动能Ek＝，所以动能之比等于质量之反比，为2∶117，选项C正确；根据周期T＝，知周期比等于质量和电荷量比值之比，所以Th核和α粒子的周期之比为117∶90，所以α粒子转了117圈，则Th核转了90圈，选项D正确。
14.(多选)Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成Pb(铅)。以下说法中正确的是(　　)
A．铅核比钍核少8个质子
B．铅核比钍核少16个中子
C．共经过4次α衰变和6次β衰变
D．共经过6次α衰变和4次β衰变
答案：ABD
解析：　设α衰变次数为x，β衰变次数为y，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、钍核的质子数分别为82、90，故A对。
铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B对。
核反应与核能计算
15.(多选)静止在匀强磁场中的U核发生α衰变，产生一个未知粒子X，它们在磁场中的运动径迹如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．该核反应方程为U―→X＋He
B．α粒子和粒子X在磁场中做圆周运动时转动方向相同
C．轨迹1、2分别是α粒子、X粒子的运动径迹
D．α粒子、X粒子运动径迹半径之比为45∶1
答案：　ABD
解析：　显然选项A中核反应方程正确，A正确；U核静止，根据动量守恒可知α粒子和X新核速度方向相反，又都带正电，则转动方向相同，选项B正确；根据动量守恒可知α粒子和X新核的动量大小p相等，由带电粒子在磁场中运动半径公式R＝可知轨道半径R与其所带电荷量成反比，半径之比为45∶1，选项C错误，D正确。
16.(多选)(2020·福建厦门质检)静止的Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示，大、小圆半径分别为R1、R2。则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值的判断中正确的是(　　)
A．Bi→Tl＋He　　　　　
B.Bi→Po＋e
C．R1∶R2＝84∶1
D．R1∶R2＝207∶4
答案：BC　
解析：由动量守恒可知0＝mv－MV，由左手定则可知此核衰变为β衰变，故A错误，B正确；由qvB＝m可知R＝，所以R1∶R2＝84∶1，故C正确，D错误。
17.(多选)钍Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为Th→Pa＋X，钍的半衰期为24天。下列说法正确的是(　　)
A．X为质子
B．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的
C．γ射线是镤原子核放出的
D．1
g钍Th经过120天后还剩0.312
5
g
答案：BC　
解析：根据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X为电子，故A错误；发生β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的，故B正确；γ射线是镤原子核放出的，故C正确；钍的半衰期为24天，1
g钍Th经过120天即经过5个半衰期后还剩0.031
25
g，故D错误。
18.下列关于核反应的说法正确的是(　　)
A．U→Th＋He是铀核的裂变
B.H＋H→He＋n是核聚变反应
C．核反应Al＋He→P＋X中的X是质子
D．卢瑟福发现中子的核反应方程是：He＋N→O＋n
答案：B　
解析：U→Th＋He是衰变方程，选项A错误；H＋H→He＋n是核聚变反应，选项B正确；核反应Al＋He→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＋N→O＋H，选项D错误。
19.氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：H＋H→He＋X，式中X是某种粒子。已知：H、H、He和粒子X的质量分别为2.014
1
u、3.016
1
u、4.002
6
u和1.008
7
u；1
u＝931.5
MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知(　　)
A．粒子X是H
B．该反应中的质量亏损为0.028
9
u
C．该反应释放出的能量约为17.6
MeV
D．该反应中释放的全部能量转化为粒子X的动能
答案：C　
解析：根据核反应前、后质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为中子，选项A错误；该反应中的质量亏损为Δm＝2.014
1
u＋3.016
1
u－4.002
6
u－1.008
7
u＝0.018
9
u，故B错误；由爱因斯坦质能方程可知释放出的能量为ΔE＝0.018
9×931.5
MeV≈17.6
MeV，选项C正确；该反应中释放的能量一部分转化为粒子X的动能，一部分转化为He的动能，故D错误。
20.钴?60放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐照保藏与保鲜等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。一个钴?60原子核(60Co)放出一个β粒子后衰变成一个镍核(60Ni)，并伴随产生了γ射线。已知钴?60的半衰期为5.27年，该反应中钴核、β粒子、镍核的质量分别为m1、m2、m3。下列说法正确的是(　　)
A．核反应中释放的能量为(m1＋m2－m3)c2
B．核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强
C．若有16个钴?60原子核，经过5.27年后只剩下8个钴?60原子核
D．β粒子是钴原子核外的电子电离形成的
答案：B
解析：　根据爱因斯坦质能方程式，核反应中释放的能量为(m1－m2－m3)c2，选项A错误；核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强，选项B正确；半衰期是对大量原子核的统计得出的，对少量原子核不适用，因此若有16个钴?60原子核，经过5.27年后不一定只剩下8个钴?60原子核，选项C错误；衰变反应释放的β粒子是钴原子核内的中子转化为质子和电子形成的，选项D错误。
21.(多选)如图所示，静止的U核发生α衰变后生成反冲Th核，两个产物都在垂直于它们速度方向的匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　)
A．衰变方程可表示为U→Th＋He
B．Th核和α粒子的圆周轨道半径之比为1∶45
C．Th核和α粒子的动能之比为1∶45
D．Th核和α粒子在匀强磁场中旋转的方向相反
答案：选AB　
解析：已知α粒子为He，则由电荷数守恒及质量数守恒可知，衰变方程为：U→Th＋He，故A正确；Th核和α粒子都带正电荷，则在题图匀强磁场中都是逆时针旋转，故D错误；由动量守恒可得衰变后＝＝，则Th核和α粒子的动能之比＝×＝＝，故C错误；粒子在匀强磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，所以有Bvq＝，则R＝，所以Th核和α粒子的圆周轨道半径之比＝∶＝××＝，故B正确。
【高考真题演练】
1、【2015重庆-1】.
题1图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的经迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里。以下判断可能正确的是
A.a、b为粒子的经迹
B.
a、b为粒子的经迹
C.
c、d为粒子的经迹
D.
c、d为粒子的经迹
【答案】D
解析:射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，故选项B错。a粒子为核带正电，由左手定则知受到向上的洛伦兹力向上偏转，故选项A、C错误;B粒子是带负电的电子流，应向下偏转，选项D正确。故选D。
2、【2015山东-39（1）】.【物理-物理3-5】
发生放射性衰变为，半衰期约为5700年。已知植物存活其间，其体内与的比例不变；生命活动结束后，的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是_____。（双选，填正确答案标号）
a.该古木的年代距今约为5700年[]
b.
、、具有相同的中子数
c.
衰变为的过程中放出β射线
d.
增加样品测量环境的压强将加速的衰变
【答案】ac
【解析】
试题分析：因古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5700年，选项a正确；、、具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项b错误；根据核反应方程可知，衰变为的过程中放出电子，即发出β射线，选项c正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项d错误；故选ac./
3、【2015广东-18】18.科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚核反应获得能量，核反应方程分别为：
X
+
Y
+
+
4.9MeV和
+
+
X
+
17.6MeV，下列表述正确的有
A.X是中子
B.Y的质子数是3，中子数是6
C.两个核反应都没有质量亏损
D.氘和氚的核反应是核聚变反应
【答案】AD
【解析】本题中考查了原子物理的基础知识。题目中有原子物理的两个核反应方程，根据质量数和电荷数守恒规律，由第二个核反应方程得到X为中子()，选项A正确；再由第一个方程得到Y质子数为3，质量数为6，则中子数
=
质量数
–
质子数
=
3
，选项B错误；两个核反应都产生了能量，根据爱因斯坦质能方程可知一定有质量亏损，选项C错误；氘和氚的核反应是核聚变反应，选项D正确。
4、【2015北京-14】．下列核反应方程中，属于α衰变的是（
）
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】α
衰变是指某一原子核自发的变成另一种原子核，并放出α
粒子的过程。
可以很容易的选出
B
正确；A
选项为人工转变方程；C
选项为轻核聚变；D
选项
为β
衰变。
5、【2015北京-17】．
实验观察到，静止在匀强磁场中
A
点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图。则（
）
A.轨迹
1
是电子的，磁场方向垂直纸面向外
B.轨迹
2
是电子的，磁场方向垂直纸面向外
C.轨迹
1
是新核的，磁场方向垂直纸面向里
D.轨迹
2
是新核的，磁场方向垂直纸面向里
【答案】D
【解析】由动量守恒可知，原子核静止在磁场中，发生β衰变后的新核与电子的动量大小相等，方向相反。由
，得，粒子运动的半径与电荷量成反比。新核带电量大于电子，因此
R
较小，知轨迹
2
为新核轨迹，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里。
6、【2015安徽-14】．图示是α粒子（氦原子核）被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是
A．M点
B．N点
C．P点
D．Q点
【答案】C
【解析】由库仑定律，可得两点电荷间的库仑力的方向在两者的两线上，同种电荷相互排斥，由牛顿二定律，加速度的方向就是合外力的方向，故c正确，ABD错误。
7、【2015江苏-12】
C．【选修3-5】（12分）
（1）波粒二象性时微观世界的基本特征，以下说法正确的有_______
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波也相等
（2）核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，是常用的核燃料。受一个中子轰击后裂变成和两部分，并产生_____个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要_________（选填“大于”或者“小于”）它的临界体积。
（3）取质子的质量，中子的质量，粒子的质量，光速，请计算粒子的结合能，（计算结果保留两位有效数字）
【解析】（1）光电效应说明光的粒子性，所以A正确；热中子在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，即C错误；根据的德布罗意波长公式，，又质子的质量大于电子的质量，所以动能相等的质子和电子，质子的德布罗意波较短，所以D错误。
（2）由质量数和电荷数守可知：，可见产生了3个中子，链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积。
（3）根据爱因斯坦质能方程，可求：
8、【2015海南-17】17.模块3-5试题（12分）
（1）氢原子基态的能量为。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为0.96，频率最小的光子的能量为
eV（保留2位有效数字），这些光子可具有
种不同的频率。
【答案】，10
【解析】
频率最小的光子是从跃迁，即频率最小的光子的能量为
频率最大的光子能量为0.96，即，解得
即，从能级开始，共有，，，，，，，，，，10种不同频率的光子。
9、【2015海南-17】（2）运动的原子核放出粒子后变成静止的原子核Y。已知X、Y和粒子的质量分别是M、和，真空中的光速为c，粒子的速度远小于光速。求反应后与反应前的总动能之差以及粒子的动能。
【答案】，
【解析】反应后由于存在质量亏损，所以反应前后总动能之差等于质量亏损而释放出的能量，
故根据爱因斯坦质能方程可得
①
反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，故有，②
联立①②可得
10、【2015天津-1】1．下列能揭示原子具有核式结构的实验是
A．光电效应实验
B．伦琴射线的发现
C．粒子散射实验
D．氢原子光谱的发现
【答案】C
【解析】光电效应实验说明光具有粒子性；伦琴射线的发现说明原子核内也有结构；氢原子光谱的发现说明原子中的电子轨道量子化和定态，不同元素的原子具有不同的特征谱线。
粒子散射实验揭示原子具有核式结构。选项C正确。
11、【2015天津-1】1.物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上，下列说法正确的是
A
.天然放射现象说明原子核内部是有结构的
B
.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
C
.a粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的
D
.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
【答案】A
12、【2017·天津卷】我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【解析】是一个核与一个氖核结合成一个核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确，是卢福发现质子的核反应，他用粒子击氮原子核，产生氧的同位素一一氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误;是居里夫用a粒子击铝片时发现了放射性磷(30)，属于人工核反应，故错误是一种典型的核变，属于裂变反应，故D错误。
13、(2018北京卷）在核反应方程中，X表示的是
A.
质子
B.
中子
C.
电子
D.
α粒子
答案：A
14.（2018天津卷）国家大科学过程——中国散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是
A.
俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子
B.
俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子
C.
俘获一个质子，产生并放出一个粒子
D.
俘获一个质子，产生并放出一个粒子
【答案】
B
【解析】根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为、
、，，故只有B选项符合题意。
15.（2018全国III卷）1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为
A.
15和28
B.
15和30
C.
16和30
D.
17和31
【答案】
B
16.（2019·新课标全国Ⅰ卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63
eV~3.10
eV的光为可见光。要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为
A．12.09
eV
B．10.20
eV
C．1.89
eV
D．1.5l
eV
【答案】A
【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV的可见光。故。故本题选A。
17、（2019·新课标全国Ⅱ卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为
A．8
MeV
B．16
MeV
C．26
MeV
D．52
MeV
【答案】C
【解析】由知，=，忽略电子质量，则：，故C选项符合题意；
18、（2019·天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是
A．核聚变比核裂变更为安全、清洁
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
【答案】AD
【解析】核聚变的最终产物时氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确。
19、（2019·江苏卷）100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击核也打出了质子：；该反应中的X是
（选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是
（选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。
【答案】中子
核裂变
【解析】由质量数和电荷数守恒得：X应为：即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，核聚变目前还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变；
20、（2019·浙江选考）一个铍原子核（）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）后发生衰变，生成一个锂核（
），并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为已知铍原子的质量为MBe=7.016929u，锂原子的质量为MLi=7.016004u，1u相当于9.31×102MeV。下列说法正确的是
A．中微子的质量数和电荷数均为零
B．锂核（）获得的动能约为0.86MeV
C．中微子与锂核（）的动量之和等于反应前电子的动量
D．中微子与锂核（）的能量之和等于反应前电子的能量
【答案】AC
【解析】反应方程为，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A正确；根据质能方程，质量减少，为释放的核能，不是锂核获得的动能，B错误；衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核（）的动量之和等于反应前电子的动量，C正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核（）的能量之和小于反应前电子的能量，D错误。
21、（2020·新课标Ⅱ卷）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1
kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107
J，1
MeV=
1.6×10–13J，则M约为
A．40
kg
B．100
kg
C．400
kg
D．1
000
kg
【答案】C
【解析】氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
则平均每个氘核聚变释放的能量为
1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，可以放出的总能量为
由可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量
22、（2020·山东卷）氚核发生β衰变成为氦核。假设含氚材料中发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2104
s时间内形成的平均电流为5.010-8
A。已知电子电荷量为1.610-19
C，在这段时间内发生β衰变的氚核的个数为（　　）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【解析】根据，可得产生的电子数为个
因在β衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.0×1016个。故选B．
23、（2020·新课标Ⅰ卷）下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表α粒子的有
A．
B．
C．
D．
【答案】BD
【解析】α粒子为氦原子核He，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，A选项中的X1为He，B选项中的X2为He，C选项中的X3为中子n，D选项中的X4为He。故选BD。
24、（2020·新课标Ⅲ卷）1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：。X会衰变成原子核Y，衰变方程为，则
A．X的质量数与Y的质量数相等
B．X的电荷数比Y的电荷数少1
C．X的电荷数比的电荷数多2
D．X的质量数与的质量数相等
【答案】AC
【解析】设和的质子数分别为和，质量数分别为和，则反应方程为
，
根据反应方程质子数和质量数守恒，解得
，
，
解得
，
，
，
AC．的质量数（）与的质量数（）相等，比的质量数多3，故A正确，D错误；
BC．X的电荷数（）比Y的电荷数（）多1，比的电荷数多2，故B错误，C正确；故选AC。
25、（2020·浙江省1月学业水平测试选考）由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出射线
B．氢原子从的能级向的能级跃迁时会辐射出红外线
C．处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离
D．大量氢原子从能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光
【答案】CD
【解析】A．射线为重核衰变或裂变时才会放出，氢原子跃迁无法辐射射线，故A错误；
B．氢原子从的能级向的能级辐射光子的能量：
在可见光范围之内，故B错误；
C．氢原子在能级吸收的光子能量就可以电离，紫外线的最小频率大于，可以使处于能级的氢原子电离，故C正确；
D．氢原子从能级跃迁至能级辐射光子的能量：
在可见光范围之内；同理，从的能级向的能级辐射光子的能量也在可见光范围之内，所以大量氢原子从能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，故D正确。故选CD．
26、（2020·浙江卷）太阳辐射的总功率约为，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为（c为真空中的光速）的氘核（）和一个质量为的氚核（）结合为一个质量为的氦核（），并放出一个X粒子，同时释放大约的能量。下列说法正确的是（　　）
A．X粒子是质子
B．X粒子的质量为
C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为
D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为
【答案】BC
【解析】A．由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为中子，选项A错误；
B．根据能量关系可知
解得，选项B正确；
C．太阳每秒放出的能量
损失的质量
选项C正确；
D．因为
则太阳每秒因为辐射损失的质量为
选项D错误。故选BC。
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