2023年高考物理知识点复习：原子结构　原子核（附答案解析）

2023年高考物理热点复习：原子结构原子核

【2023高考课标解读】

1.知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱.

2.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题.

3.掌握原子核的衰变、半衰期等知识.

4.会书写核反应方程，并能根据质能方程求解核能问题.

[2023高考热点解读】

一、原子核的组成放射性同位素

1.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)基本关系

①核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数。

②质量数(A)=核子数=质子数+中子数。

(3)X元素的原子核的符号为2X,其中A表示质量数，Z表示核电荷数。

2.天然放射现象

(1)天然放射现象：元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发

现，说明原子核具有复杂的结构。

(2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素

叫放射性元素。

(3)三种射线：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.放射性同位素的应用与防护

(1)同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子核。

(2)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。

(3)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。

(4)防护：防止放射性对人体组织的伤害。

二、原子核的衰变和半衰期

1.原子核的衰变

(1)原子核放出a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。

(2)分类：α衰变：⅛X→Fn+lHe;

B衰变：⅛X→z^1Y+⅛o

2.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)影响因素：由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理化学状态无关。

三、核反应与核能

1.核力

(1)定义：原子核内部核子间特有的相互作用力。

(2)核力的特点

①是强相互作用的一种表现；

②是短程力，作用范围在1.5x10∣5nι之内；

③每个核子只能与其相邻的核子发生核力作用。

2.结合能

核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能,

也称核能。

3.比结合能

(1)定义：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。

(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，表示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=%/,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小△，〃，这就是质

量亏损。由质量亏损可求出释放的核能AE=Amc2O

5.核反应

在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。在核反应中,质量数守恒，

电荷数守恒。

6,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)典型的裂变反应方程：

镀U+∣n一然Kr+喇Ba+3H

(3)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。

(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、核反应堆。

(6)反应堆构造：核燃料、慢化剂、镉棒、防护层。

7.轻核聚变

(1)定义：两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。

⑵典型的聚变反应方程：τH+∣H→4He+in+17.6MeV

[2023高考押题】

1.一个钛原子核(234Th)可自发释放出一个较小质量的原子核4He并生成一个较大质量

902

的原子核镭(Ra)。已知杜核的质量为3.886448Xl(∕25kg,镭核的质量为3.819917Xl()25kg,4

He核的质量为6.64672Xl()27kg,取光速c=3XIθ8nι∕s,下列说法正确的是()

A.该反应属于核裂变

B.该反应过程前后电荷数、质量数不变

C.该反应约释放了5.74XltT"J的能量

D.加热可以使该反应速度加快

【分析】该反应自发释放出一个He核，属于a衰变，衰变过程中电荷数、质量数不变，根

据爱因斯坦质能方程求出核反应所释放的能量，半衰期与外界因素无关。

【解答】解：A、该反应自发释放出一个He核，即α粒子，属于a衰变，故A错误；

B、原子核发生衰变、聚变、裂变前后有质量变化，但电荷数、质量数不变，故B正确；

C、衰变后的质量亏损为Am=(3.886448×10^25kg-3.819917×10^25kg-6.64672×10^27kg)

=6.38XlθTθkg,根据爱因斯坦质能方程，释放的能量为AE=Amc2

解得：ΔE=5.74×1O^13J,故C错误;

D、加压、加热、化学反应均不会改变衰变速度，故D错误。

故选：Bo

2.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：3He+3He-4He+2X,下列说法正确的是()

222

A.X是中子

B.该反应有质量亏损

C.We比3He的质子数多

22

D.该反应是裂变反应

【分析】根据质量数守恒和电荷数守恒可判断X是何种微粒：该反应为聚变反应，释放能

量，有质量亏损；4He和3He的质子数均为2。

22

【解答】解：A、根据质量数守恒和电荷数守恒可得X为质子，故A错误；

BD、该反应为聚变反应，释放能量，故该反应有质量亏损，故B正确、D错误；

C、4比和3He的质子数均为2,一样多，故C错误。

22

故选：Bo

3.衰变亦称“蜕变”，指放射性元素放射出粒子而转变为另一种元素的过程。一个铀核（238

92

U）经过若干次α衰变和B衰变后变为铅核（206pb）,下列说法正确的是（）

82

A.放射性元素衰变的快慢会受到环境温度的影响

B.铀核变为铅核的过程中发生了6次a衰变

C.铀核变为铅核的过程中发生了8次B衰变

D.铀核变为铅核的过程中共有6个中子变为质子

【分析】A.放射性元素衰变的半衰期决定于元素本身，据此分析作答；

BC.根据铀238的衰变方程作答；

D.根据B衰变的实质作答。

【解答】解：A.放射性元素衰变的半衰期决定于元素本身，与环境温度、压力的大小等无关，

故A错误；

BC.铀238的衰变方程为238u-206pb+χ2H+yθθ

92824e—1

根据质量数守恒238=206+4x+0,解得x=8

根据电荷数守恒92=82+2x-y,解得y=6

所以一个铀核（238U）经过8次a衰变和6次β衰变后变为铅核（2Q6pb）,故BC错误;

9282

D.p衰变的实质OnflH+。p-因此6次B衰变就有6个中子变为6个质子，故D正确。

111ln-Ie

故选：Do

4.能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方

程中，表述正确的是（)

A.；H+；HfjHe+γ是核裂变反应

B.4He+27A-30p+ln是原子核的人工转变

213150

C.19F+lH-16o+4He是α衰变

9182

D.235ul-90sr+136χ10In是核聚变反应

92+0n3854e+0

【分析】核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，只有一些质量非常大的原子核才能

发生核裂变：核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程，只有较轻的

原子核才能发生核聚变；不稳定核自发地放出射线而转变为另一种原子核的现象，称为衰变。

【解答】解：A.反应方程属于氢核的聚变，不是人工核裂变，故A错误；

B.方程式为人工核转变的方程，在转化过程中有中子释放，故B正确；

C.用质子去轰击氟原子核，生成氧原子核是人工核转变，不是a衰变，故C错误；

D.核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化，质量非常大的原子核才能发生核裂变，故

D错误；

故选：B。

5.我国科研人员利用超高空间分辨率铀-铅定年技术，对''嫦娥五号”月球样品玄武岩岩

屑中的50余颗富铀矿物进行分析，确定月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，比以往月球限定的

岩浆活动停止时间推迟了约8亿年。已知铀一铅定年技术依赖的其中一种衰变链为235u经一系

92

列a、β衰变后形成稳定的207pb,则在该衰变过程中转变为质子的中子数为（）

82

A.4B.7C.10D.14

【分析】衰变过程中电荷数和质量数守恒，根据β衰变的实质分析解答。

【解答】解：衰变过程中电荷数和质量数守恒，235U衰变成207pb,质量数减少了235-207

9282

=28,说明发生了7次a衰变，则电荷数应减少14,但实际只减少了92-82=10,说明发生了

4次B衰变，每次β衰变都会有1个中子转变为质子，所以在该衰变过程中转变为质子的中子数

为4。

故A正确，BCD错误；

故选：Ao

6.下列关于原子、原子核物理的说法正确的是（）

A.能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体是存在的

B.由方程2；H+2；n-：He，说明α衰变的实质是原子核内2个质子和2个中子结合成一

个整体射出

C.光电效应中金属表面逸出的电子与阴极射线的性质不相同

D.B衰变的方程为;H-说明B衰变的实质是原子核内质子转化为中子和正电子

【分析】根据黑体的定义可判断；明确光电子和阴极射线的组成成分；根据a衰变和B衰

变的实质分析。

【解答】解：A、能够完全吸收入射的各种波长的电磁波面不发生反射的物体成为黑体，黑

体是理想化模型，不是真实存在，故A错误；

B、a衰变的实质是原子核内2个质子和2个中子能紧密结合在一起，在一定条件下以一个

整体从原子核中抛射出来，发生a衰变，故B正确；

C、光电效应中金属表面逸出的电子与阴极射线都是电子，其性质相同，故C错误；

D、B衰变的实质是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，故D错误。

故选：B0

7.已知四个氢核可聚变成一个氨核，同时放出两个正电子，若未来核电站能使氢完全聚变，

则一座100万千瓦的核电站每年(t=3.15×107s)大约需要消耗的氢的质量为(氢核的质量为

27231

1.0078u,氮核的质量为4.0026u,Iu⅛1.66×10'kg,NA=6.02×10mol-)()

A.20kgB.50kgC.150kgD.200kg

【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程，求出核反应中的质量亏损，结合爱

因斯坦质能方程求出在核反应中释放的核能，再根据能量守恒定律，即可求解.

【解答】解：该核聚变反应方程为41H-4He+2θe

121

其质量亏损为ʌm=4mH-mHe-2me=4×1.0078u-4.0026u=0.0286u

根据质能方程可得四个氢原子核聚变后释放的核能为ΔE=Δmc2=0.0286X931.5MeV=

26.6MeV=26.6×106×1.60×10'l9J=4.256×10^12J

核电站一年放出的热量为Q=Pt=IOOX107×3.15×107J=3.15×IO16J

由题意知：Q=——ɪɑ-∙NA∙-

l×10^34

代入数据解得m-50kg,故B正确，ACD错误。

故选：Bo

8.放射性同位素在工农业生产、医疗和现代科技中有广泛的应用，医生常利用放射性同位

素放出的射线治疗肿瘤，被利用的放射源必须具备以下两个条件：（1）放出的射线有较强的穿透

能力，能辐射到肿瘤所在处；（2）能在较长时间内提供较稳定的辐射强度。则下列说法正确的是

（）

A.治疗肿瘤应该用半衰期短的元素放出的Y射线

B.治疗肿瘤应该用半衰期长的元素放出的Y射线

C.治疗肿瘤应该用半衰期短的元素放出的β射线

D.治疗肿瘤应该用半哀期长的元素放出的0射线

【分析】三种射线中Y射线的穿透能力最大，医疗上使用时用考虑半衰期较长的治疗肿痛的

放射源。

【解答】解：三种射线中Y射线的穿透能力最强，治疗肿瘤应选用的半衰期较长、适合用做

医学的放射源，故B正确，ACD错误。

故选：Bo

9.自然界中含有少量具有放射性的碳14,利用碳14可以进行考古测年。静止的碳14能自

发地进行B衰变，其半衰期约为5730年，下列说法正确的是（）

A.碳14衰变后生成的新核与β粒子质量之和等于衰变前碳14的质量

B.碳14衰变后生成的新核的动量大于β粒子的动量

C.碳14衰变快慢除了与核内部自身因素有关外，还与温度、压强、存在形式等有关

D.若一古木中碳14的含量是现代植物的四分之一，则该古木距今大概11460年

【分析】根据质能方程分析衰变前后的质量变化情况；根据动量守恒定律分析生成物的动量

大小关系；半衰期仅与原子核自身因素有关；根据半衰期公式计算。

【解答】解：A、由于发生B衰变时要伴随释放一定的能量，由质能方程可知，衰变后产生

的新核与β粒子的质量之和小于衰变前碳核的质量，故A错误；

B、静止的碳14发生β衰变时，根据动量守恒可知新核的动量和β粒子的动量方向相反，

大小相等，故B错误；

C、碳14衰变快慢除了与核内部自身因素有关，与外界因素无关，故C错误；

D、设原来"C的质量为Mo,衰变后剩余质量为M则有：M=Mo（ɪ）n,其中n为发生

2

半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的工，故n=2,所以该古木生命活动结束的年代距

4

今约11460年，故D正确。

故选：D。

10∙1919年，英国物理学家卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一

种新t的粒子；通过测定其质量和电荷量，发现了质子(用P表示)。发现质子的核反应方程为

a+14Nt-mγ+p,其中m、n分别表示新核Y的质量数和核电荷数，贝IJ()

7n

A.m=17,n=8B.m=18,n=8C.m=17,n=9D.m=18,n=9

【分析】根据核反应过程中，质量数和电荷数守恒求解即可。

【解答】解：根据反应过程中，质量数和电荷数守恒可得：4+14=m+l,2+7=n+l,解得：

m=17,n=8,故A正确，BCD错误。

故选：Ao

11.关于原子与原子核，下列说法错误的是()

A.玻尔在巴尔末公式/=R(ɪ-ɪ)(n=3,4,5,6,•••)和普朗克黑体辐射、爱

λ22n2

因斯坦光子说的启发下，认为氢原子只能处于一些特定的能级状态

B.核裂变或核聚变都可以释放核能，因为中等大小的核最稳定，中等大小的核平均每个核

子的质量亏损最大，比结合能最大

C.卢瑟福为了研究原子核内部结构，用a粒子轰击氮原子核，从中打出了质子，这是人类

第一次实现原子核的人工转变

D.贝可勒尔发现天然铀矿石的衰变，让人们意识到原子有复杂的内部结构

【分析】熟悉近代物理学史的发展，结合选项逐一完成分析。

【解答】解：A、玻尔的原子理论就是在研究氢光谱的特征谱线过程中引入量子化观点提出

的，故A正确；

B、中等大小的核平均每个核子的质量亏损最大，比结合能最大，故B错误；

C、卢瑟福在用a粒子轰击氮原子核的实验中第一次发现质子，故C正确；

D、天然放射现象拉开了原子核内部结构研究的序幕，故D正确；

本题选错误的，故选：Bo

12.截至2021年12月31日，中国大陆运行核电机组共53台，运行核电机组累计发电量占

全国累计发电量的5.02%。核电站发电主要通过核裂变放出能量，下列核反应方程属于核裂变的

是()

A.2H+3H→4He÷l∏

1120

B.235Ul-140χ94Sr+2ɪn

92+On5438e+O

C.238u→234τh+4He

92902

D.24Na-24Mg+0e

1112-1

【分析】区分衰变和裂变的核反应式，结合选项完成分析。

【解答】解：A.该反应为轻核聚变反应，故A错误；

B.该反应为重核裂变反应，故B正确；

C.该反应为α衰变，故C错误；

D.该反应为B衰变，故D错误；

故选：Bo

13.大科学工程“人造太阳”主要是将气核聚变反应释放的能量用来发电。笊核聚变反应方

程是：2H+2Hf3He+%。已知2H的质量为2.0136u,?He的质量为3.0150u,In的质量为1.0087u,

112020

IU相当于931MeV。一次气核聚变反应中释放的核能约为（）

A.3.7MeVB.3.3MeVC.2.7MeVD.0.93MeV

【分析】根据题意可知质量亏损，再根据质能方程求出释放能量，即可求解。

【解答】解：笊核聚变反应中质量亏损为Am=2X2.0136u-3.0150u-L0087u=0.0035u

根据爱因斯坦质能方程可知笊核聚变反应中释放的核能E=AmC2=0.0035X931MeV≈⅛

3.3MeV;

故ACD错误，B正确；

故选：Bo

14.2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核污水，

消息一出，举世哗然。福岛核电站的裂变材料是铀235,核废水中含有大量的僦以及钢141、氟

92、锢90、钻60、碘129、钉106等放射性核素。其中铀235的半衰期大约为12.5年，其衰变

方程为235u-231τh+X+γ,下列观点正确的是（）

9290

A.衰变中产生的粒子X本质上是氯原子

B.铀235衰变后核子的总质量相比衰变前减少

C.衰变过程中释放核能，铀235的比结合能大于钻231的比结合能

D.如果日本政府在12.5年后再排放经过处理的核污水将不会对环境产生影响

【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程；根据能量的变化关系判断；根据半

衰期与剩余质量的关系判断。

【解答】解：A、根据衰变规律可知，X为α粒子，本质上是氢的原子核，不是氢原子，故

A错误；

BC、由于衰变过程中出现射线，可知会释放出核能，产生质量亏损，故反应后核子的总质

量会减少，衰变是不稳定的原子核向结构稳定的原子核的变化，故新核的比结合能大于核反应前

原子核的比结合能，故B正确，C错误；

D、铀235经过一个半衰期只是有半数发生衰变，还存在大量原子核没有衰变，所以此时核

污水还是具有放射性，仍然会对环境有污染，故D错误。

故选：Bo

15.四川省三星堆文物考古新发现再次引起世界轰动。考古工作者对新发现的4号坑用碳

14年代检测方法进行了初步判定一一属于商代晚期。碳14是碳最稳定的同位素,其半衰期为5730

年，假如碳14经过B衰变后变成氮14,下列说法正确的有（）

A.β射线是大量的原子核外电子电离形成的

B.人类能够通过高温高压来改变碳14的半衰期

C.B射线是高速电子流

D.100个碳14原子核，经过5730年一定剩下50个碳14原子核

【分析】理解B射线的本质和β粒子的来源；

理解半衰期的影响因素和适用条件。

【解答】解：AC、B射线是高速电子流，它是B衰变过程中原子核内一个中子转化为一个

质子同时放出一个电子形成的，故A错误，C正确；

B、半衰期是放射性物质固有属性，由原子核自身的因素决定，与原子所处的化学状态和物

理条件无关，不能够通过高温高压来改变碳14的半衰期，故B错误；

D、半衰期是大量原子核的统计学规律，对于少量原子核不成立，故D错误。

故选：C«

16.关于核反应的类型，下列表述正确的是（）

A.239—234∙∏+4He是α技变

929021

B.；4N+jHef?O+2H是B衰变

C.4He+27Alf30p+l是核聚变

21310011

D.82sef89κr+2θe是核裂变

3436-1

【分析】根据核反应式分析出对应的类型。

【解答】解：A、239ljf234τh+4He是a衰变，故A正确；

92902

B、14N+4He-17O+2H是原子核的人工核转变，故B错误；

7281

C、4He+27Al-30p+ln是原子核的人工核转变，故C错误：

213100

D、82se-89κr+2θe是B衰变，故D错误；

3436-1

故选：Ao

17.放射性同位素铀238经多次a、B衰变，其衰变方程为238u—206pb+χ4He+y0e,其

92822-1

中（）

A.x=8,y=6B.x=4,y=6C.x=6,y=4D.x=3,y=2

【分析】根据衰变过程中质量数与质子数守恒，即可求解。

【解答】解：铀（238）经过多次a、B衰变形成稳定的铅（2U6pb）的过程中，根据两种

92IJ82

衰变的特点可知，发生一次a衰变时，质量数减小4,质子数减小2,而经过一次β衰变，质量

数不变，质子数增加1;$8U衰变成稳定的铅含6pb,质量数减小32,则发生X普=8次a衰

变；根据电荷数守恒：92-2x+y=82,可得y=6,所以发生6次β衰变，故A正确，BCD错误。

故选：Ao

18.下列属于β衰变的是（）

A238Tj_234.4τj

A-92U→90Th+2He

B4417x1

N+He→O+H

28X1

C

234234PO

9O91a+Te

DTh

2351144891

U+nBa+Krn

92O5636+3O

【分析】根据α衰变和β衰变的特点分析判断，根据不同的核反应方程式分析判断。

【解答】解：A、核反应方程会8u-第4∙ph+jHe,放出的是α粒子，这是a衰变，故A

错误；

、核反应方程：90+1H，是原子核的人工转变，不是衰变，故错误；

B7N+23He-O1