2022届全国新高考物理冲刺复习：原子结构与原子核

2022届全国新高考物理冲刺复习

原子结构与原子核

【知识网讲解】

一、原子结构

厂口粒子散射实验

O［原子核式结构）-小g抄会科用西珀I

1---------------）_______________的核式结构模型

原厂特点一②______________光谱

子o［氢原子光谱卜

结J公式f；=R（*_gn=3,4,5,…

A2n

［答案1：卢瑟福线状n2r§

二、原子核的衰变及核能

*由国和中子组成

核电荷数等于核内质子数,也等于核外②—

.［组成________数

--核质量数等于核内固数与中子数之和

「以衰变一氮核（；He）

（类型卜卜B衰变一电子（.?e）

1HL）衰变一高频电磁波

原

子Q国福广定义一原子核半数发生衰变所用

核的时间

"矶L由核⑷自身的因素决定，与

------物理化学状态无关

L公式—►7V=S,m={§］

-----L质能方程fE=mc

.核能］—

-----「获取途径一⑦裂变、E聚变

［答案］：质子电子质子内部

，如6y重核轻核

【考点回顾】

考点一玻尔理论和能级跃迁

i.对氢原子能级图的理解

(1)能级图如图所示

11---------------------------------------------13.6

(2)氢原子的能级和轨道半径

①氢原子的能级公式：E,=/EG=1,2,3,-),其中昌为基态能量，其数值为臼=-13.6

eV。

②氢原子的半径公式：r“="八("=1,2,3,­••).其中n为基态半径，又称玻尔半径，其数

值为八=0.53X1010m»

(3)能级图中相关量意义的说明

相关量意义

能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态

横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数

横线右端的数字“一13.6,-3.4-"表示氢原子的能量

表示相邻的能量差，量子数越大，相邻的能

相邻横线间的距离

量差越小，距离越小

表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子

带箭头的竖线

跃迁的条件为hv=Em-En

2.两类能级跃迁

(1)自发跃迁：高能级一低能级，释放能量，发出光子。

(2)受激跃迁：低能级~高能级，吸收能量。

①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰好等于能级差的=△E。

②碰撞、加热等:可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，

E外》AEo

③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。

的1(2021•广东省选择性考试模考)原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光

子汇聚可形成激光。下列说法正确的是()

A.频率相同的光子能量相同

B.原子跃迁发射的光子频率连续

C.原子跃迁只产生单一频率的光子

D.激光照射金属板不可能发生光电效应

［解析］根据£=切可知，频率相同的光子能量相同，故A正确；原子从一个定态跃迁到另

一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定。电子轨道是量

子化的，能量是量子化的，故而频率是不连续的。这也就成功解释了氢原子光谱不连续的特点一

—频率不连续特点，故B错误；原子在不同的就道之间跃迁产生不同频率的光子，故C错误；

根据Ek=hv-Wo可知，激光光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电效应，

故D错误。

［答案］A

【对点练1】（2020・石家庄市教学质量检测）金属钠的逸出功为2.49eV,氢原子的能级分

布如图所示，一群氢原子处于”=4的激发态,当它们向较低的能级跃迁时发出的光照射金属钠，

能使金属钠逸出光电子的光子频率有（）

nE/eV

8-------------------------0

4--------------------------0.85

3-------------------------1-51

2-------------------------3.40

1-13.60

A.1种B.2种

C.3种D.4种

［解析］：选D。根据C2=6可知，这群处于"=4激发态的氢原子共能辐射出6种不同频率

的光，由图可知，从〃=4到〃=3跃迁时放出的能量为0.66eV,小于金属钠的逸出功，不能使

金属钠逸出光电子，同理从〃=3到〃=2跃迁时放出的能量为1.89eV,小于金属钠的逸出功，

不能使金属钠逸出光电子，同理计算可得能使金属钠逸出光电子的光子频率有4种，故D正确。

【对点练2］（2020•泰安市一轮检测）已知氢原子基态的能量为Ei=13.6eV。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-0.9375E”（激

发态能量邑吟其中〃=2,3,…）则下列说法正确的是（）

A.这些氢原子中最高能级为5能级

B.这些氢原子中最高能级为6能级

C.这些光子可具有6种不同的频率

D.这些光子可具有4种不同的频率

［解析］：选C。羲原子基态的能量为-13.6eV,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-0.9375E”则有

△£=-0.9375Et=E„-Ei

解得£„=0.0625昌=一0.85eV=2

10

即处在〃=4能级；根据C2=6,所以这些光子可具有6种不同的频率，故C正确，A、B、

D错误。

【对点练3】（2020•江西省重点中学盟校第一次联考）如图所示，这是氢原子的能级分布图，

一群处于”=5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射不同频率的光子，将辐射出的光子照射到

逸出功为3.20eV某金属表面，下列说法正确的是（）

a

5E/eV

4-0.54

3-0.85

-1.51

2--------------------3.4

1--------------------13.6

A.可辐射4种不同频率的光子

B.氢原子从〃=5能级跃迁到"=4能级，辐射的光子频率最大

C.辐射出的所有光子照射到该金属表面，均能发生光电效应

D.从该金属表面逸出的光电子的最大初动能的最大值为9.86eV

［解析］：选D。根据Cg=10可知，一群处于〃=5能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出10

种不同频率的光，故A错误；由图可知，氢原子从〃=5能级跃迁到〃=4能级，能级差最小，

释放的能量最小，故辐射的光子频率最小，故B错误；根据能级差公式〃可知从〃=

5跃迁到〃=4辐射的光子能量为0.31eV,〃=4跃迁到〃=3辐射的光子能量为0.66eV,〃=3跃

迁到”=2辐射的光子能量为1.89eV,”=5跃迁到"=3辐射的光子能量为0.97eV等，由此分

析可知，当其他能级间发生跃迁辐射的能量小于逸出功3.20eV时，这些辐射出来光子照射到该

金属表面，不能发生光电效应，故C错误；当氯原子从〃=5能级跃迁到”=1能级，能级差最

大，根据能级差公式加=自一£=13.06eV,根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm=〃v-Wo，解得

E"=9.86eV,故D正确。

【对点练4】（2020•成都市第二次诊断）图为氢原子的能级示意图。处于〃=4能级的一群

氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光子再照射到逸出功为2.29eV的某金属板上，下列说法正确

几E/eV

80

5

4-0.54

3-0.85

-1.51

2-----------------3.40

1-----------------13.6

A.共有10种不同频率的光子辐射出来

B.共有6种不同频率的光子能使该金属发生光电效应现象

C.入射光子的频率越高，逸出光电子的最大初动能越大

D.从金属板中逸出的光电子就是a粒子

［解析］:选C。共有C5=6种不同频率的光子辐射出来，A错误；其中能级差大于2.29eV的

跃迁有：4—1、3-1、2-1、4-2,即共有4种不同频率的光子能使该金属发生光电效应现象,

B错误；根据光电效应规律可知，入射光子的频率越高，逸出光电子的最大初动能越大，C正确：

从金属板中逸出的光电子是0-ie,不是a粒子，D错误。

考点二原子核的衰变半衰期

1.衰变规律及实质

（l）a衰变、。衰变的比较

衰变类型a衰变。衰变

衰变方程9x-23Y+gHe夕X-zdiY+?e

2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子

衰变实质

2|H+2dnTHeAn-|H+?e

衰变类型a衰变。衰变

匀强磁场中轨迹形状及

衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒

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

a衰变或p衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量（原子核处于激发态）而辐射出光子。

2.三种射线的成分和性质

名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领

a射线氮核iHe+2e4u最强最弱

]

电子较强较强

B射线-?e—e1837u

Y射线光rY00最弱最强

3.半衰期

（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

（2）衰变规律：N=NO（T）、机=取（；）。

（3）影响因素：由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理化学状态无关。

圆（2020•皖南，、校4月联考）2019年9月10日，我国国产首批医用钻一60原料组件从

秦山核电站启运，这标志着我国国产伽马刀设备“中国芯”供应问题得到解决。核电站是利用中

子照射钻一59制备钻一60,伽马刀是利用钻一60发生。衰变释放的y射线工作的，已知钻一60

的半衰期约为5.3年，下列说法正确的是（）

A.秦山核电站制备钻一60的反应是重核衰变

B.钻一60发生［3衰变后产生的新核比钻一60少一个电子

C.钻一60发生P衰变后产生的新核比钻一60多一个中子

D.钻一60制成后，经过5.3年剩下的钻一60约有一半

［解析］利用中子照射钻一59制备钻一60是原子核的人工转变，重核裂变是质量较大的核

在中子轰击下分裂成两个（或多个）中等质量的核的反应，钻一60是中等核，故A错误；牯一60

发生。衰变释放的电子是钻一60原子核中的中子转变为质子，同时释放一个电子，新核比钻一

60少一个中子，而核中没有电子，故B、C错误；半衰期就是有一半原子核发生衰变所用的时

间，所以钻一60制成后，经过5.3年剩下的钻一60约有一半，故D正确。

［答案］D

【对点练5】（2020•天门市模拟）4月1日，由于太阳光不能照射到太阳能电池板上，“玉

兔二号”月球车开始进入第十六个月夜休眠期。在之后的半个月内，月球车采用同位素邠Pu电

池为其保暖供电，己知Pu238是人工放射性元素，可用中子辐照建Np得到。Pu238衰变时只放

出a射线，其半衰期为88年。则（）

A.用中子辐照Np237制造Pu238时将放出电子

B.Pu238经一次衰变会有两个质子转变为两个中子

C.Pu238经一次衰变形成的新核含有144个中子

D.当到达下个月昼太阳能电池板工作时，Pu238停止衰变不再对外供电

［解析］：选A。用中子辐照Np237时的核反应方程为和+解Npf贲Pu+%e根据核反应方程

可知，有电子放出，故A正确；Pu238经一次a衰变，衰变方程为错Puf锣U+?He

Pu238经一次a衰变会把2个质子和2个中子作为一个整体抛射出来，衰变后形成的新核中

中子数为234-92=142（个）

故B、C错误：放射性元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与外界环境无关，故D错

误。

【对点练6】（2020•辽南协作校第二次模拟）下列说法正确的是（）

A.光电效应现象说明光子既有能量也有动量

B.a、|3、丫射线都是高速带电粒子流，是原子核发生衰变产生的

C.查德威克发现中子的核反应方程为：虫e+汨e-&：+而

D.处于基态的氢原子可吸收任意能量的光子

［解析］;选C。光电效应现象只表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量还具

有动量，A错误；a射线是高速氧核流，带正电；。射线是高速的电子流，带负电；丫射线是电磁

波，不带电，B错误；用a粒子轰击钺原子核，能够产生中子，是发现中子的核反应方程，核反

应方程为扭e+汨e-翼+，n,C正确；处于基态的氢原子只吸收能量刚好等于激发态与基态两能

级之差的光子，也就是只吸收特定能量的光子，不是任意能量的光子都能吸收，D错误。

【对点练7］（2020•和平区第二次质量调查）2020年3月15日中国散列中子源（CSNS）利用

中子成像技术帮助中国科技大学进行了考古方面的研究。散射中子源是研究中子特性、探测物质

微观结构和运动的科研装置。下列关于中子研究的说法正确的是（）

A.a粒子轰击苧N,生成YO并产生了中子

B.锣U经过4次a衰变，2次p衰变后，新核与原来的原子核相比中子数少了10个

C.丫射线实质是高速中子流，可用于医学的放射治疗

D.核电站可通过“慢化剂”控制中子数目来控制核反应的速度

［解析］：选B。根据质量数守恒和电荷数守恒知，虫e+^Nf?O+|H,故A错误；每次a衰

变，质量数少4,电荷数少2,中子数少2;每次。衰变一个中子转化成一个质子和一个电子，

中子数少1;所以4次a衰变，2次B衰变，新核与原来的原子核相比，中子数少4X2+2X1=

10,故B正确；丫射线实质是光子流，故C错误；镐棒可以吸收中子，核反应堆中，通过改变镉

棒插入的深度，可以控制核反应的速度，故D错误。

考点三核反应类型与核反应方程

1.核反应的四种类型

类型可控性核反应方程典例

衰a衰变自发赞U-钳Th+§He

变B衰变自发掰Th-钾Pa+-9e

号N+夕He-PO+lH

（卢瑟福发现质子）

*He+?Be-咪C+Jn

（查德威克发现中子）

人工转变人工控制

召Al+lHe

—isP+An（约里奥一居里夫妇发现放射

四Pf褥i性同位素，同时发现正电子）

++?e

比较容易进费U+An—找Ba+瑞Kr+3An

重核裂变

行人工控制赞U+Jnf劈Xe+?§Sr+lOon

轻核聚变很难控制iH+|H^lHe+An

2.核反应方程式的书写

（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（旧）、中子"n）、a粒子

©He）、p粒子（一㈣、正电子信e）、笊核（田）、瓶核（田）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，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“一”表示反应方向。

（3）核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。

倾（多选）（2020・高考全国卷I汴列核反应方程中，*|、*2、*3、*4代表&粒子的有（）

A.?H+汨f，n+Xi

B*H+汨fn+X?

C.赞U+，nf弟Ba+器Kr+3X3

DM+?Lif汩+X4

［解析］根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知选项A中的Xi质量数是3,

电荷数是2,A错误；选项B中的X2质量数是4,电荷数是2,代表a粒子，B正确；选项C中

的X3质量数是1,电荷数是0,代表中子，C错误；选项D中的X4质量数是4,电荷数是2,代

表a粒子，D正确。

［答案］BD

［对点练8］（2021・湖南省适应性考试模考）2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置

—中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并首次实现利用核聚变放电。下列方程中，正

确的核聚变反应方程是（）

A.汨+汨fHe+Jn

B.赞Uf翎Th+MHe

C.熨U+血一嘴Ba+鹭Kr+34n

D?He+eAlTgP+2jn

［解析］:选A。核聚变反应是两轻核反应变成中等质量的核。iH+tHf?He+Jn是轻核聚变，

故A正确；提U-掰Th+3He,此核反应反应物只有一个原子核且生成物有氢核，属于a衰变，

故B错误；赞U+加一啸1Ba+瑞Kr+3，n,此反应反应物和生成物都有中子，构成链式反应，且生

成物至少有两个中等质量的核，故属于重核裂变，故C错误；扭e+召A1即+2加，此反应是用

a粒子轰击，生成了同位素磷，是人工核转变，发现同位素磷和正电子的方程，故D错误。

考点四质量亏损及核能的计算

1.应用质能方程解题的流程图

书写核反计算质量利用AE-Ame2

应方程亏损Am计算释放的核能

（1）根据计算,计算时A楸的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,△一的单位是“『'。

（2）根据AE=AffiX931.5MeV计算。因1原子质量单位（u）相当于931.5MeV的能量,所以

计算时△机的单位是“u”，AE的单位是“MeV”。

2.根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能=核子的比结合能X核子数。

◎特别提醒利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算。

倾（2020・高考全国卷II）笊核田可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式

6TH-*24He+2|H+2An+43.15MeV

表示。海水中富含笊，已知1kg海水中含有的笊核约为1.0义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；己知1kg标准煤燃烧释放的热量约

为2.9X10?J,1MeV=1.6X10「i3j,则仞约为（）

A.40kgB.100kg

C.400kgD.1000kg

I0X］。22

I解析］结合核反应方程知，1kg海水中的九核全部发生聚变反应放出的能量E=1—

E［15X］0i°

X43.15X1.6X1O-13J«1.15X10'°J,根据题意得c9X⑹〜1kg=400kg,故A、

B、D错误，C正确。

［答案］C

【对点练10］(2021•湖北省选择性考试模考)用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原

子核，生成两个动能均为8.919MeV的a粒子&He),其核反应方程式为：|H+3Lif?He+?He。

已知质子质量为1.007825u,锂原子核的质量为7.016004u,a粒子的质量为4.00260u,1u相

当于931MeV。若核反应释放的能量全部转化为a粒子的动能，则入射质子的动能约为()

A.0.5MeVB.8.4MeV

C.8.9MeVD.17.3MeV

［解析］:选A。该反应放出能量△E=(L007825u+7.016004u—2X4.00260u)X931MeV/u

=17.34MeV,入射质子的动能EkH=2Eka-AE=0.498MeV,故选A。

题组训练

小题练

题组一基础小题

1.现代技术的发展促进了人们对原子、原子核的认识，下列说法正确的是

()

A.电子的发现说明原子核内部有复杂结构

B.核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收能量

C.汤姆孙根据a粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型

D.卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为-He+

,417

7N-8O+IH

［答案］D

［解析］电子的发现说明原子具有复杂的结构，故A错误；根据爱因斯坦质

能方程后=m。2知，核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要放出能量，故

B错误；卢瑟福根据a粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故C错

误；卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为犯e+VN-9

O+IH,这也是发现质子的核反应，故D正确。

2.如图是卢瑟福的a粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射

性元素钵，它发出的a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■源

金箔

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.a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a粒子发生大角度偏转

1答案］A

［解析］卢瑟福根据a粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，否定了汤

姆孙的原子模型，A正确，B错误；电子质量太小，对a粒子的影响不大，C错

误；绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D错误。

3.（多选）下列说法中正确的是（）

A.一群氢原子由〃=3的激发态向低能级跃迁，最多可放出两种频率的光

子

B.一个氢原子由〃=3的激发态向低能级跃迁，最多可放出两种频率的光子

C.实际上，原子中的电子没有确定的轨道，所以玻尔的氢原子模型是没有

实际意义的

D.a粒子散射实验揭示了原子具有核式结构

［答案］BD

［解析］一群氢原子由〃=3的激发态向低能级跃迁，最多可放出C3=3种

不同频率的光子，A错误；一个氢原子由〃=3的激发态向低能级跃迁，最多可

放出两种频率的光子，分别为〃=3到〃=2,〃=2至B正确；实际上，原

子中的电子没有确定的轨道，但在空间各处出现的概率是不一样的，而玻尔的氢

原子模型作出的定态与跃迁的假设，成功解释了氢原子光谱的实验规律，有实际

意义，c错误；a粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，D正确。

4.下列说法正确的是（）

A.23&2Uf23#oTh+X中X为中子，核反应类型为p衰变

B.汨+泊f-He+Y中Y为中子，核反应类型为人工核转变

C.23肛5+任一i3Rxe+取Sr+K中K为10个中子，核反应类型为重核裂变

D.早N+,HefPO+Z中Z为氢核，核反应类型为轻核聚变

［答案］C

［解析］根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知，A反应中的X质量数

为4,电荷数为2,为a粒子，核反应类型为a衰变，A错误；B反应中的Y质

量数为1,电荷数为0,为中子，核反应类型为轻核聚变，B错误；C反应中的

K质量总数为10,电荷数为0,为10个中子，核反应类型为重核裂变，C正确；

D反应中的Z质量数为1,电荷数为1,为质子，核反应类型为人工核转变，D

错误。

5.如图所示，为a、0、丫三种射线的示意图。下列说法中正确的是（）

A.丫射线是电磁波，它的电离作用最强

B.丫射线一般伴随着a射线或0射线产生，它的贯穿能力最强

C.a射线是原子核自发射出的氮核流，它的电离作用最弱

D.0射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的贯穿能力

［答案］B

［解析］丫射线一般伴随着a射线或B射线产生，丫射线是电磁波，它的穿透

能力最强，电离作用最弱，故A错误，B正确；a射线是原子核自发放射出的氨

核流，它的穿透能力最弱，电离作用最强，故c错误；0射线是原子核内的中子

转变为质子时产生的，它具有中等的穿透能力，故D错误。

6.目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些材料都

不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法中正确的是（）

A.0射线与丫射线一样都是电磁波，但P射线穿透本领远比丫射线弱

B.氨的半衰期为3.8天，4个氯原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氨原

子核

C.23&U衰变成2%Pb要经过6次p衰变和8次a衰变

D.放射性元素发生p衰变时所释放的电子是原子核外的电子

［答案］C

［解析］B射线的实质是电子流，Y射线的实质是电磁波，丫射线的穿透本领

远比。射线强，故A错误；半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适

用，故B错误；因为P衰变不会导致原子核质量数变化，所以2382U衰变成2%2Pb

238-206

经过的a衰变的次数〃=—4—=8,在a衰变的过程中电荷数总共减少16,

16-（92-82）

则B衰变的次数加=-----j--------=6,故C正确；P衰变时，原子核中的一个中

子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D错误。

7.（多选）原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有

A.,He核的结合能约为14MeV

B.3He核比§Li核更稳定

C.两个汨核结合成3He核时释放能量

D.23aU核中核子的平均结合能比酷Kr核中的大

［答案1BC

［解析］3He核有4个核子，由比结合能图线可知，？He核的结合能约为28

MeV,A错误。比结合能越大，原子核越稳定，B正确。两个汨核结合成3He核

时，核子的比结合能变大，结合时要放出能量，C正确。由比结合能图线知，23%

U核中核子平均结合能比照Kr核中的小，D错误。

8.如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是（）

n©eV

8......................0

5-------------------0.54

4-------------------0.85

3-------------------1.51

2-------------------3.40

1-------------------13.60

A.处于基态的氢原子可以通过与能量为12.5eV的电子碰撞的方式跃迁

B.氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能增大，原子的电势能减小

C.大量处于〃=3激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出2种不同频

率的光

D.用氢原子从〃=2能级跃迁到〃=1能级辐射出的光照射金属粕（逸出功

为6.34eV）时不能发生光电效应

［答案］A

［解析］用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，氢原子可以吸收

其中的10.2eV或12.09eV的能量跃迁到〃=2或〃=3的能级，故A正确；氢

原子由基态跃迁到激发态后，核外电子轨道半径变大，根据5=3可知，核外

电子的动能减小，原子的总能量变大，电势能增大，B错误；大量处于〃=3激

发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出C3=3种不同频率的光，C错误；氢原

子从〃=2能级跃迁到〃=1能级辐射出的光子能量为-3.40eV-（-13.60eV）=

10.2eV,则照射金属粕（逸出功为6.34eV）时能发生光电效应，D错误。

9.（多选）钵的一种同位素23QPu衰变时能释放巨大能量，其衰变方程为

23&Puf23a2U+夕He+y,贝lj（）

A.核燃料总是利用比结合能小的核

B.衰变中丫光子的能量就是23?4PU的结合能

C.23之U核比23?4Pu核更稳定，说明23aU的结合能大

D.由于衰变时释放巨大能量，所以23册PU比23知5的比结合能小

［答案］AD

［解析］核燃料在反应过程中要释放巨大能量，则比结合能增大，所以总是

要利用比结合能小的核，A正确；衰变中因质量亏损释放的核能，表现为新核的

动能和丫光子的能量，而结合能等于把原子核拆分为核子需要的能量，两者是不

同的，衰变中Y光子的能量远小于费Pu的结合能，B错误；原子核的比结合能越

大越稳定，由于衰变时释放巨大能量，所以赞U核比锣Pu核更稳定，说明钳U的

比结合能大，但它的核子数小，故结合能小，C错误，D正确。

10.下列说法中正确的是（）

A.a粒子散射实验证明原子内部的正电荷是均匀分布的

B.氢原子的发射光谱是连续谱

C.轻核的聚变和重核的裂变都可以放出核能

D.镉棒在裂变反应堆中使快中子变为慢中子

［答案］C

［解析］卢瑟福的a粒子散射实验可以证明原子内部是十分“空旷”的，正

电荷集中在原子内很小的空间范围，A错误；由实验观测知氢原子只能发射特定

频率的光子，所以氢原子的发射光谱是线状谱，B错误；轻核的聚变和重核的裂

变都存在质量亏损，都可以放出核能，C正确；镉棒在裂变反应堆中的作用是吸

收中子，而不是将快中子变为慢中子，D错误。

H.一个质子和一个中子聚变结合成一个气核，同时辐射一个Y光子。已知

质子、中子、气核的质量分别为如、〃及、m3,普朗克常量为肌真空中的光速为

Co假设丫光子携带该聚变释放的所有能量。下列说法正确的是（）

A.核反应方程是iH+SnfiH+y

B.聚变反应中的质量亏损△加+〃22-加

C.辐射出的了光子的能量E=（侬-如-侬）。

h

D.丫光子的波长％=（如+侬—Me?

［答案］B

［解析］根据核反应过程质量数守恒和电荷数守恒可知，得到的气核为彳H,

故A错误；聚变反应过程中的质量亏损=+/W2-加3,故B正确；Y光子携

带该聚变释放的所有能量，根据质能方程，辐射出的Y光子的能量E=△/«/=(如

h

+m2-mi)(r,故C错误；由c=&及E=加得,y光子的波长2=~,

(7771+m2—m3)C

故D错误。

12.(多选)图1所示为氢原子能级图，大量处于〃=4激发态的氢原子向低

能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从〃=4能级向〃=2能级跃迁时

辐射的光照射图2所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，贝女)

A.若将滑动变阻器的滑片左移，电路中光电流可能会减小

B.若将电源反接，电路中不可能出现光电流

C.若阴极K的逸出功为1.05eV,则逸出的光电子最大初动能为2.4X10-

19J

D.若阴极K的逸出功为1.05eV,大量处于〃=4激发态的氢原子向低能级

跃迁时辐射的光中只有4种光子能使阴极K发生光电效应

［答案］AC

［解析］若将滑片左移，加在光电管上的正向电压变小，故光电流可能会减

小，A正确；若将电源反接，加在光电管上的电压变成反向电压，若反向电压小

于遏止电压，则电路中也会有光电流产生，故B错误；氢原子从〃=4能级向〃

=2能级跃迁时辐射的光子的能量为：S=(-0.85eV)-(-3.40eV)=2.55eV,若

阴极K的逸出功为1.05eV,则逸出的光电子最大初动能为：&=(2.55-1.05)eV

=1.50X1.6X10-|9J=2.4X10-19J,故C正确；大量处于〃=4激发态的氢原子

向低能级跃迁时辐射的光有6种，其中只有从〃=4能级向〃=3能级跃迁放出的

光子能量（0.66eV）小于阴极K逸出功的数值1.05eV,所以有5种光子能使阴极

K发生光电效应，故D错误。

13.一静止的铀核放出一个a粒子衰变成社核，衰变方程为避U-翎Th+3

Heo下列说法正确的是（）

A.衰变后社核的动能等于a粒子的动能

B.衰变后社核的动量大小等于a粒子的动量大小

C.铀核的半衰期等于其放出一个a粒子所经历的时间

D.衰变后a粒子与社核的质量之和等于衰变前铀核的质量

1答案］B

［解析］衰变过程中满足动量守恒定律，所以衰变后社核的动量与a粒子的

动量等大反向，B正确；由动能和动量的关系式及=亍而2=*可知，由于社核

的质量大于a粒子的质量，所以社核的动能小于a粒子的动能，A错误；半衰期

的定义是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，并不是其放出一个a

或B粒子所经历的时间，C错误；由于该反应放出能量，所以一定会发生质量亏

损，衰变后a粒子与社核的质量之和小于衰变前铀核的质量，D错误。

题组二高考小题

14.（2020•全国卷1）（多选）下列核反应方程中,XuX2、X3、X4代表a粒子

的有（）

A.TH+rH->6n+Xi

B.TH+ta-An+X2

C.黄U+6nf%Ba+黎Kr+3X3

D.Jn+§Li7H+X4

［答案］BD

［解析］a粒子为氯原子核夕He,根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守

恒，可知A选项中的Xi为汨e,B选项中的X2为拓e,C选项中的X3为中子曲，

D选项中的X4为夕He。故B、D正确。

15.（2020.全国卷HI）（多选）1934年，约里奥一居里夫妇用a粒子轰击铝箔，

首次产生了人工放射性同位素X,反应方程为犯e+召Al-X+任。X会衰变成原

子核Y,衰变方程为XfY+怛。贝女）

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的电荷数比召A1的电荷数多2

D.X的质量数与召A1的质量数相等

［答案］AC

［解析］设X和Y的电荷数分别为m和〃2,质量数分别为如和机2,则反

应方程和衰变方程分别为夕He+招Al-mlnlX+6n,m\"IX一根2〃2Y+9e。根据

电荷数守恒和质量数守恒，有2+13=,n\=〃2+1,4+27=mi+1,mi=m2+0,

解得〃1=15,«2=14,m\=30,加2=30。X的质量数（，"i=30）与Y的质量数。〃2

=30）相等，比召A1的质量数多3,故A正确，D错误；X的电荷数⑺=15）比Y

的电荷数（〃2=14）多1,比召A1的电荷数多2,故B错误，C正确。

16.（2020・全国卷H）气核田可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可

用反应式6汨f2犯e+2］H+28n+43.15MeV表示。海水中富含气，已知1kg海

水中含有的气核约为1.0X1022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1kg标准煤燃烧释放的热量约为

2.9X107J,1MeV=1.6X10-13J,则M约为（）

A.40kgB.100kg

C.400kgD.1000kg

［答案］c

［解析］定核彳H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6?

E

H-2,He+2lH+23n+43.15MeV表示，则平均每个气核聚变释放的能量为£=不

4315

=—^~MeV,lkg海水中含有的气核约为N=1.0X1022个，全部发生聚变反应

释放的总能量为a=9,由。=/可得，要释放相同的热量，需要燃烧标准煤

1.0X1022X^^X1.6X10-13

的质量=---------2§xd---------kg=400kg,C正确。

17.（2020.山东高考）旅核也发生p衰变成为氮核汨e。假设含笳材料中汨发

生P衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2X104s时间内形成的平均电流为

5.0X10-8A。已知电子电荷量为1.6X10-19。在这段时间内发生0衰变的笳核

加的个数为（）

A.5.0X1014B.1.0X1016

C.2.0X1016D.1.0X1018

［答案］B

aneIt5.0X1Q-8X3.2X104

［解析］根据/=系=7,可得产生的电子数为〃=/=----------------=

1.0X1016个，因一个抗核汨发生B衰变产生一个电子，可知在这段时间内发生

P衰变的瓶核加的个数为1.0义1。16个，故选B。

18.（2020•北京高考）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3能级

上，下列说法正确的是（）

nE/eN

8♦…,......................…0

5-0.54

4---------------------------0.85

3--------------------------1.51

2---------------------------3.4

I---------------------------13.6

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〃=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〃=3能级跃迁到〃=4能级需吸收0.66eV的能量

D.〃=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量

［答案］C

［解析］大量处于〃=3能级上的氢原子跃迁过程中最多可辐射出C3=3种

频率的光子，故A错误；根据能级图可知，从〃=3能级跃迁到〃=1能级辐射

的光子能量比从«=3能级跃迁到«=2能级辐射的光子能量高，根据E=hv可

知，从〃=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到〃=2能级辐射的光子频率高，故B

错误；根据能级图可知，从〃=3能级跃迁到〃=4能级需吸收的能量为AE=E4

-4=-0.85eV-（-1.51eV）=0.66eV,故C正确；根据能级图可知，处于“=

3能级的氢原子能量为-L51eV,故要使其电离，至少需要吸收1.51eV的能量，

故D错误。

19.（2020•浙江7月选考）（多选