人教版高中物理精讲精练-选择性必修35.1 原子核 解析版

5.1原子核【考点归纳】考点一：天然放射现象考点二：原子核的符号、质子数和中子数考点三：原子的质量数的计算考点四：原子核组成的综合问题考点五：α、β、γ三种射线性质的比较【知识归纳】考点一、天然放射现象1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线．2．物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象．3原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线．考点二、射线的本质1．α射线：(1)是高速粒子流，其组成与氦原子核相同．(2)速度可达到光速的eq\f(1,10).(3)电离作用强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住．2．β射线：(1)是高速电子流．(2)它的速度更大，可达光速的99%.(3)电离作用较弱，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．3．γ射线：(1)是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10m以下．(2)电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土．考点三、原子核的组成1．质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子.2．中子的发现：卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子，查德威克通过实验证实了中子的存在，中子是原子核的组成部分.3．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子.4．原子核的符号5．同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．例如，氢有三种同位素eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H.技巧归纳：α、β、γ三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)质量4mp(mp＝1.67×10－27kg)eq\f(mp,1836)静止质量为零带电荷量2e－e0速率0.1c0.99cc穿透能力最弱，用一张纸就能挡住较强，能穿透几毫米最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土厚的铝板电离作用很强较弱很弱在磁场中偏转偏转不偏转【题型归纳】题型一：天然放射现象1．（2023·湖北武汉·三模）下列哪些物理现象或物理实验能说明原子核内部有结构（）A．粒子散射实验 B．天然放射性现象C．氢原子光谱 D．光电效应【答案】B【详解】天然放射现象是原子核发生衰变而产生的，说明原子核内部是有结构的，故B正确ACD错误。故选B。2．（19-20高二·全国·课后作业）关于天然放射现象，下列说法中不正确的是（

）A．放射线是从原子核内释放出的看不见的射线B．放射性物质放出的射线共有三种C．放射线中有带负电的粒子，表明原子核内有负电荷D．放射线中有带正电的粒子必是氦核流【答案】C【详解】A．放射线是从原子核内释放出的看不见的射线，故A正确，不符合题意；B．放射性物质放出的射线有α射线、β射线、γ射线三种，故B正确，不符合题意；C．放射性物质放出的β射线是高速电子流，带负电，β射线是中子转变成质子时释放出的电子，原子核中原本并没有电子，故C错误，符合题意；D．放射线中带正电的是α射线，也即氦核流，故D正确，不符合题意。故选C。3．（21-22高二下·广东珠海·阶段练习）下列关于叙述符合事实的是（）A．爱因斯坦发现了光电效应现象，并提出光子学说成功解释了光电效应现象B．卢瑟福α粒子散射实验证明了原子核由质子和中子组成C．玻尔原子能级理论较好地解释氢原子的线状光谱D．居里夫妇发现了天然放射现象是原子核的衰变过程，原子核衰变有α、β、γ三种【答案】C【详解】A．赫兹发现了光电效应现象，爱因斯坦提出光子学说成功解释了光电效应现象，故A错误；B．卢瑟福α粒子散射实验证明了原子的核式结构，故B错误；C．玻尔原子能级理论认为氢原子跃迁时，辐射的能量是一份一份的，每一份都对应着一定的频率，所以是线状的，较好地解释氢原子的线状光谱，故C正确；D．贝克勒尔发现了天然放射现象是原子核的衰变过程，原子核衰变有α、β两种，故D错误。故选C。题型二：原子核的符号、质子数和中子数4．（2020·上海·模拟预测）核电荷数Z不能表示（）A．相应元素在周期表上的顺序编号 B．中性原子内电子的个数C．原子核内质子的个数 D．原子核内中子的个数【答案】D【详解】核电荷数等于原子核内的质子数，也等于元素周期表元素序数，对于中性原子来说，也等于核外电子数，但由于原子内质子和中子数并不一定相等，因此不能表示核内中子个数，故D不符合题意，ABC符合题意。故选D。5．（2023·全国·高考真题）在下列两个核反应方程中、，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则（

）A．， B．， C．， D．，【答案】D【详解】设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足，第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足，联立解得，故选D。【点睛】6．（2022·河南开封·模拟预测）我国正计划建造核动力航母，核动力航母的动力来自于核裂变释放的能量，有一种核裂变的方程为→X++10，则关于X，下列说法正确的是（）A．核子数为78 B．核子数为54C．中子数比质子数多24个 D．中子数比质子数多26个【答案】C【详解】AB．根据质量数守恒，可知X的核子数为故AB错误；CD．根据电荷数守恒可知X的质子数为则中子数为则中子数比质子数多24个，故C正确，D错误。故选C。题型三：原子的质量数的计算7．（22-23高二下·北京海淀）一个原子核为，关于这个原子核，下列说法正确的是（）A．核外有83个电子，核内有127个质子B．核外有83个电子，核内有83个质子C．核内有83个质子，210个中子D．核内有210个核子【答案】D【详解】根据质量数=质子数+中子数可知该原子核的质量数为210，质子数为83，则中子数为127，而质子与中子统称为核子，则核子数为210，但由于不知道该原子的电性，因此不能确定核外电子数。故选D。8．（21-22高二下·河南濮阳·期末）在元素周期表中查到铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，下列说法正确的是（）A．核外有82个电子，核内有207个质子B．核内有82个电子、125个中子C．核内有82个质子、207个中子D．核内有82个质子、207个核子【答案】D【详解】在元素周期表中查到铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，则核外电子数为82个。根据质量数（核子数）等于质子数与中子数之和可知，铅原子核的中子数为故D正确ABC错误。故选D。9．（20-21高三上·广东广州·阶段练习）俘获一个慢中子后发生裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：（x，y待求），则核反应方程中Sr的中子数为（）A．38 B．56 C．65 D．94【答案】B【详解】根据质量数守恒和电荷数守恒可得解得所以该核反应方程中Sr的中子数为故选B。题型四：原子核组成的综合问题10．（22-23高二下·北京海淀·期末）下列说法中正确的是（）A．电子的发现说明原子由电子和原子核组成B．α粒子散射实验的结果说明原子核由质子和中子组成C．天然放射现象说明原子核由质子和中子组成D．电子衍射实验图样和X射线衍射图样相似，说明电子有波动性【答案】D【详解】A．电子的发现说明原子是可分的，原子有较复杂的结构，故A错误；B．α粒子散射实验的结果说明原子具有核式结构，故B错误；C．天然放射现象说明原子核具有复杂结构，故C错误；D．电子衍射实验图样和X射线衍射图样相似，说明电子有波动性，故D正确。故选D。11．（22-23高二下·四川成都·期末）物理学是一门以实验为基础的科学，任何理论的建立都离不开实验，下面给出了几个在物理学发展史上有重要地位的物理实验，以及与之相关的物理学发展史的说法，其中正确的是（）A．光电效应实验表明光具有波动性B．粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础C．质子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒D．氢原子光谱的实验研究说明原子核有内部结构【答案】B【详解】A．光具有波粒二象性，光电效应实验证实了光具有粒子性，故A错误；B．α粒子散射实验表明了原子具有核式结构，故B正确；C．电子的发现表明了原子不是构成物质的最小微粒，故C错误；D．氢原子光谱的实验研究不能说明原子核有内部结构，放射性现象的发现才是，故D错误。故选B。12．（21-22高二下·陕西咸阳·期末）卢瑟福发现质子后，猜想原子核中还有中子的存在，他的主要依据是（

）A．原子核外电子数与质子数相等B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些D．质子和中子的质量几乎相等【答案】C【详解】当卢瑟福发现质子后，接着又发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或者更少一些，因此猜想在原子核内还存在有质量且不带电的中性粒子，即中子。故选C。题型五：α、β、γ三种射线性质的比较13．（19-20高二·全国）天然放射现象是1896年法国物理学家贝克勒尔发现的，该研究使人们认识到原子核具有复杂的结构。关于天然放射性，下列说法正确的是（）A．所以元素都具有天然放射性B．天然放射现象的发现有力证明了原子核内部有复杂的结构C．放射性元素与别的元素形成化合物后不再具有放射性D．、和三种射线中，射线的穿透能力最强【答案】B【详解】A．有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；B．天然放射现象的发现证明了原子核内部有复杂的结构，故B正确；C．放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故C错误；D．、和三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故D错误。故选B。14．（19-20高二下·宁夏银川·阶段练习）关于、、三种射线，下列说法正确的是（）A．射线是原子核发射出的氦核，它的穿透能力最强，电离本领最弱B．射线是电子流，它具有最强的穿透能力C．射线一般伴随着射线或射线产生，它的穿透能力最强，电离本领最弱D．射线是电磁波，它的穿透能力最弱，【答案】C【详解】A．射线是原子核发射出的氦核，它的电离作用最强，A错误；B．射线是原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出的一个电子，它具有中等的贯穿能力，B错误；C．射线一般伴随着射线或射线产生，它的穿透能力最强，电离本领最弱，D错误C正确。故选C。15．（2020高二上·广东深圳·学业考试）如图所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外。已知放射源放出α、β、γ三种射线，其中α粒子带正电荷，β粒子带负电荷，γ粒子不带电。则下列判断正确的是（）A．甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线B．甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线C．甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线D．以上说法均不正确【答案】B【详解】带电粒子在磁场中受到洛伦兹力发生偏转，根据左手定则结合粒子电性的正负可知甲是β射线，丙是α射线，γ射线不带电，所以在磁场中不发生偏转，则乙是γ射线。故选B。【高分精练】一、单选题16．（22-23高二下·黑龙江齐齐哈尔·期末）以下哪些实验现象可以说明原子核内部有复杂的结构（）A．α粒子散射实验B．伦琴射线的发现C．元素发光时产生明线光谱的现象D．天然放射现象【答案】D【详解】天然放射现象的发现说明原子核内部有复杂的结构。故选D。17．（21-22高二下·河南商丘·期末）下列有关原子物理的知识，说法错误的是（）A．氢原子发射光谱由氢原子核外电子的跃迁产生B．天然放射现象的发现揭示了原子有复杂的结构C．根据玻尔的原子模型，一个处于n=4能级上的氢原子在向基态跃迁过程中，最多可发射3种不同频率的光子D．只要光子的能量大于金属的逸出功，就可以使金属发生光电效应【答案】B【详解】A．氢原子发射光谱由氢原子核外电子的跃迁产生，故A正确，不符合题意；B．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，故B错误，符合题意；C．因只有一个原子跃迁，故最多可发射3种，即43、32、21，故C正确，不符合题意；D．光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，即光子的能量大于金属的逸出功，就可以使金属发生光电效应，故D正确，不符合题意。故选B。18．（22-23高二下·湖南长沙·期末）在近代物理学史上，下列关于科学家及其所做出的贡献中说法正确的是（

）A．汤姆孙提出原子的核式结构模型，并发现了质子和中子B．贝克勒尔最先发现天然放射现象并从沥青中分离出了钋C．玻尔的原子理论成功解释了氢原子光谱是分立的线状光谱D．在康普顿效应中，入射光子与晶体中的电子碰撞，有些光子散射后的波长变短【答案】C【详解】A．卢瑟福提出原子的核式结构模型，并发现了质子，同时预言了中子的存在，但发现中子的是查德威克，故A错误；B．贝克勒尔最先发现了天然放射现象，但是居里夫妇从沥青中分离出了钋，故B错误；C．玻尔借鉴普朗克的能量子假说提出氢原子理论，成功解释了氢原子光谱是线状谱，故C正确；D．在康普顿效应中，入射光子与晶体中的电子碰撞，把一部分动量转移给电子，光子动量变小，由可知光子散射后的波长变长，故D错误。故选C。19．（22-23高三下·江苏·阶段练习）宇宙射线轰击大气分子中的原子核，产生大量中子，中子与大气中的氮14反应，生成碳14，即。则X为（）A．质子 B．中子 C．正电子 D．电子【答案】A【详解】根据质量数和电荷数守恒可知，X的电荷数为1，质量数为1，故其为质子。故选A。20．（21-22高二下·北京海淀·期末）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是（）A．密立根通过油滴实验提出了原子的核式结构B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C．爱因斯坦为解释光电效应现象而提出了光子说D．卢瑟福通过粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子【答案】C【详解】A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值，故A错误；B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，揭示了原子核具有复杂的结构，故B错误；C．爱因斯坦为解释光电效应现象而提出了光子说，故C正确；D．卢瑟福通过粒子散射实验说明了原子核核式结构理论，故D错误。故选C。21．（21-22高三下·辽宁铁岭·阶段练习）在近代物理学发展过程中，许多物理学家都做出了贡献，我们在学习物理知识的同时，也应该以他们为榜样，继承并发扬科学探索精神。关于物理学家重要贡献的表述，正确的是（）A．密立根从实验上检验了光电效应方程的正确性B．居里夫妇最早发现了天然放射性现象C．康普顿通过研究石墨对X射线散射，证实了光具有波动性D．J·J·汤姆孙发现了阴极射线的本质是带负电的粒子流，并称之为射线【答案】A【详解】A．从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，从实验上检验了光电效应方程的正确性，故A正确；B．贝克勒尔最早发现了天然放射性现象，故B错误；C．康普顿通过研究石墨对X射线散射，证实了光具有粒子性，故C错误；D．J·J·汤姆孙发现了阴极射线的本质是带负电的粒子流，并未发现射线，故D错误。故选A。22．（21-22高三·全国·课时练习）卢瑟福预言原子核内除质子外还有中子的事实依据是（）A．电子数与质子数相等B．绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的质量与电荷量之比C．原子核的核电荷数等于质子数D．质子和中子的质量几乎相等【答案】B【详解】绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的质量与电荷量之比，故原子核内还存在不带电的中子。故选B。23．（2022·上海徐汇·一模）卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子（即中子）存在。他的主要依据是通过实验发现原子核（）A．核外电子数与核内质子数相等 B．核电荷数与核外电子数相等C．核电荷数与核内质子数相等 D．核电荷数约是质量数的一半【答案】D【详解】卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子（即中子）存在。他的主要依据是通过实验发现原子核的核电荷数约是质量数的一半，故D正确，ABC错误。故选D。24．（20-21高二下·四川遂宁·期末）在四个核反应方程中，、、、各代表一种粒子，①，②③④，下列判断正确的是（

）A．为质子 B．为正电子 C．为中子 D．为电子【答案】D【详解】A．x1的相对原子质量为2+2=4质子数为1+1=2所以x1为粒子，A错误；B．x2的相对原子质量为9+4-12=1质子数为4+2-6=0所以x2为中子，B错误；C．x3的相对原子质量为14+4-17=1质子数为2+7-8=1所以x3为质子，C错误；D．x4的相对原子质量为234-234=0质子数为90-91=-1所以x4为电子，D正确。故选D。25．（20-21高二下·山东菏泽·期末）下列说法正确的是（）A．射线、射线、射线均为带电粒子流B．电磁波的波长越长，其穿透能力越强C．贝克勒尔发现天然放射现象，揭示了原子内部存在复杂的结构D．各种原子吸收光谱中的每一条暗线与明线光谱中的每一条亮线一一对应，可用于光谱分析【答案】D【详解】A．射线是电磁波，不带电，故A错误；B．频率越高、能量越高的电磁波穿透能力越强，故B错误；C．天然放射现象是原子核内部发生的现象，所以贝克勒尔发现天然放射现象，揭示了原子核内部存在复杂的结构，故C错误；D．各种原子吸收光谱中的每一条暗线与明线光谱中的每一条亮线一一对应，都有各自的特征，可用于光谱分析，故D正确。故选D。26．（20-21高二下·四川眉山·阶段练习）物理学是一门以实验为基础的科学，任何理论和学说的建立都离不开实验。下面有关物理实验与物理理论或学说关系的说法中正确的是（）A．双缝干涉现象的发现表明光是电磁波B．德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在C．光的偏振说明了光是一种纵波D．天然放射现象的发现证实了玻尔原子理论【答案】B【详解】A．双缝干涉现象的发现表明光具有波动性，A错误；B．英国物理学家麦克斯韦建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在，德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，B正确；C．光的偏振现象说明光是一种横波，C错误；D．天然放射现象只证实了原子核内部有复杂结构，而玻尔理论研究的是原子的能量和核外电子的运动规律，D错误。故选B。27．（20-21高二下·山东菏泽·期中）人类在研究光、原子结构及核能利用等方面经历了漫长的过程，我国在相关研究领域虽然起步较晚，但是近年对核能的开发与利用却走在了世界的前列。有关原子物理的相关知识，下列说法正确的是（）A．汤姆孙发现电子并提出原子核式结构模型B．爱因斯坦的光电效应理论很好地解释了光的波动性C．玻尔原子理论成功解释了氢原子光谱的实验定律D．贝克勒耳发现天然放射现象说明原子核由质子和中子组成【答案】C【详解】A．汤姆孙发现电子并提出原子枣蛋糕模型，所以A错误；B．爱因斯坦的光电效应理论很好地解释了光的粒子性，所以B错误；C．玻尔原子理论成功解释了氢原子光谱的实验定律，所以C正确；D．贝克勒耳发现天然放射现象说明原子核内部有复杂结构，所以D错误；故选C。二、多选题28．（23-24高二下·全国·课后作业）1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，它能穿透黑纸使照相底版感光。如图所示，这种射线的粒子流进入磁场中分裂成①、②、③三束，则（）A．①一定带正电 B．②一定带正电C．③一定带负电 D．②一定带负电【答案】AC【详解】A．根据带点粒子在磁场中的偏转情况，结合左手定则，可知：①受力方向向左，故其带正电，A正确；BD．②在磁场中没有偏转，因此不带电，BD错误；C．③向右偏转，受到磁场力向右，根据左手定则可知其带负电,C正确；故选AC。29．（22-23高二下·全国·课前预习）用如图的装置可以判定放射源发出射线的带电性质。两块平行金属板A、B垂直纸面竖直放置，从放射源上方小孔发出的射线竖直向上射向两极板间。当在两板间加上垂直纸面方向的匀强磁场时，射线的偏转方向如图所示。如撤去磁场，将A、B两板分别与直流电源的两极连接，射线的偏转也如图。则（）A．若磁场方向垂直纸面向里，则到达A板的为带正电的粒子B．若磁场方向垂直纸面向外，则到达A板的为带正电的粒子C．若A接电源负极，则到达A板的为带正电的粒子D．若A接电源正极，则到达A板的为带正电的粒子【答案】AC【详解】A．若磁场方向垂直纸面向里，带正电的粒子在磁场中受到向左的洛伦兹力作用，向A板偏转，故A正确；B．若磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则可知，带负电的粒子受到向左的洛伦兹力作用，向A板偏转，故B错误；C．若A接电源负极，电场的方向向左，则到达A板的为带正电的粒子，故C正确；D．若A接电源正极，电场的方向向右，则到达A板的为带负电的粒子，故D错误。故选AC。30．（22-23高二下·山东威海·阶段练习）下列说法正确的是（）A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变短B．卢瑟福通过粒子散射实验提出原子的核式结构模型，同时粒子散射实验也是用来估算原子核半径最简单的办法C．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的“能量子”概念D．原子序数大于83的原子一定有天然放射现象，而小于83的原子部分也有天然放射现象【答案】BCD【详解】A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子动量减小，根据可知光子散射后波长变长，故A错误；B．卢瑟福通过粒子散射实验提出原子的核式结构模型，同时粒子散射实验也是用来估算原子核半径最简单的办法，故B正确；C．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的“能量子”概念，故C正确；D．原子序数大于83的原子一定有天然放射现象，而小于83的原子部分也有天然放射现象，故D正确。故选BCD。31．（22-23高二上·青海玉树·期末）关于原子和原子核，下列说法正确的有（）A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内B．粒子散射实验中少数粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一C．放射性元素发生衰变时，由于质量亏损，质量数不守恒D．物质波是一种概率波，在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动【答案】BD【详解】A．汤姆孙发现电子后猜想出原子核内的正电荷是均匀分布的，故A错误；B．粒子散射实验中少数粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，故B正确；C．放射性元素发生衰变时，虽然质量亏损，但是核反应中遵循质量数守恒，电荷数守恒，故C错误；D．物质波是一种概率波，在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动，粒子在空间各个点出现的几率符合波函数规律，故D正确。故选BD。32．（21-22高二下·重庆·期中）下列说法正确的是（）A．英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验结果，提出原子的核式结构模型B．法国物理学家德布罗意用晶体做了电子束衍射的实验，得到衍射图样