2023年高考物理考试易错题：原子 原子核（原卷版）

易错点29原子原子核

错题纠正

例题1.(2023•全国乙卷-17)医学医治中常用放射性核素⑴m产生丫射线，而⑴g是由半

衰期相对较长的“3Sn衰变产生的.对于质量为mo的”3Sn,经过时间/后剩余的i"Sn质

量为〃?，其七一/图线如下图.从图中可以得到“Sn的半衰期为()

rn()

A.67.3dB.lOl.Od

C.115.1dD.124.9d

例题2.以下说法正确的选项是()

A.箍u-匈Th+X中X为中子，核反响类型为。衰变

B.*2H+JH-3He+Y中Y为中子，核反响类型为人工转变

C.2S5U+®n-BM5Xe+9eSr+K,其中K为10个中子，核反响类型为重核裂变

D尸N+'He-WO+Z,其中Z为氢核，核反响类型为轻核聚变

知识总结

一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式

1.原子的核式结构

(1)电子的发觉：英国物理学家汤姆孙发觉了电子。

(2)a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a粒子

轰击金箔的实验，实验发觉绝大多数a粒子穿过金箔后根本上仍沿原来方向前进，但有少

数a粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90。，也就是说它们儿乎被"撞"了回

来。

(3)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。

2.光谱

(1)光谱

用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。

⑵光谱分类

有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。

有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。

(3)氢原子光谱的实验规律

巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式工=网=一2],("=3,4,5,…)，

A\22n2]

R是里德伯常量，R=1.10xl07mT,n为量子数。

3.玻尔理论

(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，它辐射或汲取肯定频率的光子，光子的

能量由这两个定态的能量差决定，即加=£皿一£"。(h是普朗克常量，h=6.63xl0-34J-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.氢原子的能级、能级公式

(1)氢原子的能级

能级图如下图

4

8E/eV

5

4利0.54

3--O.85

--I.51

2

-3.40

11ml----------------------------------13.60

(2)氢原子的能级和轨道半径

1

①氢原子的能级公式：(n=l,2,3,…)，其中且为基态能量，其数值为E1=—1

n2

3.6eVo

②氢原子的半径公式：(n=l,2,3,…)，其中％为基态半径，又称玻尔半径，其

数值为ri=0.53xl0T。m»

二、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素

1.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。

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，首先由贝克勒尔发觉。天然放射现象的发觉，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a射线、。射线、Y射线。

(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：排除静电、工业探伤、作示踪原子等。

③防护：预防放射性对人体组织的损害。

3.原子核的衰变

(1)衰变：原子核放出a粒子或。粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。

(2)分类

a衰变：^X->i-JY+aHe

B衰变：EXfz*iY+P】e

(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。

三、核力、结合能、质量亏损

1.核力

(1)定义：

原子核内部，核子间所特有的相互作用力。

(2)特点：

①核力是强相互作用的一种表现；

②核力是短程力，作用范围在1.5xlOT5m之内；

③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。

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汲取的能量，叫做原子核的结合

能，亦称核能。

3.比结合能

(1)定义：

原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，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=mc2,原子核的质量必定比组成它的核子的质量和要小Am,这就是

质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能AE=Amc2。

四、裂变反响和聚变反响、裂变反响堆核反响方程

1.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)典型的裂变反响方程：

班U+5-8e|<r+B»Ba+30n。

(3)链式反响：由重核裂变产生的中子使裂变反响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响的最小体积及其相应的质量。

(5)裂变的应用：X、核反响堆。

(6)反响堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。

2.轻核聚变

(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反响过程。轻核聚变反响必须在高温下进行，因

此又叫热核反响。

(2)典型的聚变反响方程：

%+3H玲aHe+@n+17.6MeV

易混点:

I.三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是丫射线、0射线、a射线.

2.p衰变中的电子不是来源于原子核外电子，而是核内一个中子变成一个质子和一个电子.

3.发生0衰变时，新核的电荷数增加I.

4.如果现在有100个某放射性元素的原子核，那么经过一个半衰期后不肯定还剩50个.

5.原子核的比结合能越大，原子核越稳定.

6.核反响中，出现质量亏损，肯定有核能产生.

举一反三

1.（多项选择）（2023•全国卷IT9）以下核反响方程中，Xi、X2、X3、X4代表a粒子的有

（）

A.2H+2H-®n+X）

2J

B.H+H-®n+X2

C.255U+®n-156,Ba+8eKr+3X3

s1

D.®n+Li-H+X4

2.（2023•全国卷IIT5）太阳内部核反响的主要模式之一是质子一质子循环，循环的结果可表

33

示为4>H-He+20e+2v,已知>H和He的质量分别为%=1.0078u和wa=4.0026u,lu

=931MeV/c2,c为光速.在4个转变成1个aHe的过程中，释放的能量约为（）

A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeV

3.（多项选择）用中子（3）轰击铀核（亚⑺产生裂变反响，会产生钢核（阳Ba）和氟（gKr）并释放

中子（3）,到达某些条件时可发生链式反响，一个铀核（强⑺裂变时，释放的能量约为200

MeV

（1eV=1.6X10-'9J）.以下说法正确的选项是（）

A/®u裂变方程为3®U-B6,Ba+8eKr+20n

B平u裂变方程为豳Ba+8@Kr+3%

C.^U发生链式反响的条件与铀块的体积有关

D.一个强U裂变时，质量亏损约为3.6X10-28kg

易错题通关

1.（2023・湖南卷-1）核废料具有很强的放射性，需要妥善处理.以下说法正确的选项是

（）

A.放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽

B.原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒

C.改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期

D.过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有损害

2.2023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

成都建成并第一次完成利用核聚变放电.以下方程中，正确的核聚变反响方程是（）

A?H+}H-3He+®n

BFUf^Th+aHe

C.2®u+%f^Ba+^Kr+B%

D.3He+23Al^J6P+®n

3.(2023•河北卷-1)银河系中存在大量的铝同位素26A1,26Al核)3衰变的衰变方程为2认1一

28Mg+®e,测得26Al核的半衰期为72万年，以下说法正确的选项是()

A.26Al核的质量等于26Mg核的质量

B.26Al核的中子数大于26Mg核的中子数

C.将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变

D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg

4.(多项选择)(2023•浙江6月选考-14)对四个核反响方程(1严U-^Th+aHe；(2)酶Th一现

Pa+

切e；(3)mN+8He-B7O+1H；(4)1H+IH^aHe+®n+17.6MeV.

以下说法正确的选项是()

A.(1)(2)式核反响没有释放能量

B.(1)(2)⑶式均是原子核衰变方程

C.(3)式是人类第一次完成原子核转变的方程

D.利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一

5.(2023•全国甲卷-17)如图，一个原子核X经图中所示的一系列a、0衰变后，生成稳定

的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为()

A.6B.8C.10D.14

6.（多项选择）铀核裂变的一种方程为酶U+X-舞Sr+®»Xe+3°n,己知原子核的比结合能

与质量数的关系如下图，以下说法中正确的有（）

比结合能/MeV

0一■H-卜卜-•)-!-(•十•

4016()2(X)24)质量数A

A.X粒子是中子

B.X粒子是质子

C.鳍U、9£r、.Xe相比，9，Sr的比结合能最大，最稳定

D.^U、9，Sr、融Xe相比，强U的质量数最大，结合能最大，最稳定

7.（2023•全国卷H78）笊核2H可通过一系列聚变反响释放能量，其总效果可用反响式6?

H-

23He+2iH+20n+43.15MeV表示.海水中富含笊，已知1kg海水中含有的笊核约为

1.0X1022个，假设全都发生聚变反响，其释放的能量与质量为"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/MeV=1.6X10-13J,则A/约

为（）

A.40kgB.100kg

C.400kgD.I000kg

8.（多项选择）（2023•浙江7月选考-14）太阳辐射的总功率约为4X1026w,其辐射的能量来

自于聚变反响.在聚变反响中，一个质量为1876.1MeV/c2（c为真空中的光速）的笊核（田）

和一个质量为2809.5MeV/c2的瓶核（咱）结合为一个质量为3728.4MeV/c2的氢核-He）,并

放出一个X粒子，同时释放大约17.6MeV的能量.以下说法正确的选项是（）

A.X粒子是质子

B.X