高考物理一轮复习讲练测(全国通用)13.2原子结构原子核(讲)(原卷版+解析)

这是一份高考物理一轮复习讲练测(全国通用)13.2原子结构原子核(讲)(原卷版+解析)，共21页。


【网络构建】
专题13.2 原子结构 原子核
【网络构建】
考点一 原子的核式结构 玻尔理论
1．α粒子散射实验
(1)α粒子散射实验装置
(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”．
2．原子的核式结构模型
(1)α粒子散射实验结果分析
①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．
②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．
③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用．
(2)核式结构模型的局限性
卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性．
3．对氢原子能级图的理解
(1)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＝eq \f(1,n2)E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，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)能级图中相关量意义的说明．
4.两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．
光子的频率ν＝eq \f(ΔE,h)＝eq \f(E高－E低,h).
(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，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.
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≥ΔE.
③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．
考点二 氢原子的能量及变化规律
氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律
1．原子能量变化规律：En＝Ekn＋Epn＝eq \f(E1,n2)，随n增大而增大，随n的减小而减小，其中E1＝－13.6 eV.
2．电子动能变化规律
(1)从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力即keq \f(e2,r2)＝meq \f(v2,r)，所以Ek＝eq \f(ke2,2r)，随r增大而减小．
(2)从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子的动能增大．
3．原子的电势能的变化规律
(1)通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小．
(2)利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小．
考点三 原子核的衰变、半衰期
1．衰变规律及实质
(1)α衰变和β衰变的比较
(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．
2．三种射线的成分和性质
3.半衰期的理解
半衰期的公式：N余＝N原eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))t/τ，m余＝m原eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))t/τ.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．
考点四 核反应类型与核反应方程
1．核反应的四种类型
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(eq \\al(1,1)H)、中子(eq \\al(1,0)n)、α粒子(eq \\al(4,2)He)、β粒子(eq \\al( 0,－1)e)、正电子(eq \\al(0,1)e)、氘核(eq \\al(2,1)H)、氚核(eq \\al(3,1)H)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“→”表示反应方向．
(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒．
考点五 核能的计算
1．应用质能方程解题的流程图
(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．
(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE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×核子数．
3.核能释放的两种途径的理解
(1)使较重的核分裂成中等大小的核．
(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．
高频考点一 原子的核式结构 玻尔理论
例1、如图是氢原子的能级示意图．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，
辐射出光子a；从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出光子b.以下判断正确的是( )
在真空中光子a的波长大于光子b的波长
B．光子b可使氢原子从基态跃迁到激发态
C．光子a可能使处于n＝4能级的氢原子电离
D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射2种不同谱线
【变式训练】如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是( )
A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹
高频考点二 氢原子的能量及变化规律
例2、如图所示为氢原子的能级图，图中a、b、c、d对应氢原子的四次跃迁，已知可见光光子的能量范围为1.61～3.10 eV，关于四次跃迁，下列说法正确的是( )
A．经历a跃迁，氢原子吸收的光子能量为0.66 eV
B．经历b跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大
C．经历c跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子
D．经历d跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离
【变式训练】氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说明正确的是( )
A．电子旋转半径减小 B．氢原子能量增大
C．氢原子电势能增大 D．核外电子速率增大
高频考点三 原子核的衰变、半衰期
例3、国产科幻大片《流浪地球》讲述了太阳即将在未来出现“核燃烧”现象，从而导致人类无法生存，决定移民到半人马座比邻星的故事．据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其中“核燃烧”的核反应方程为eq \\al(4,2)He＋X→eq \\al(8,4)Be＋ν，方程中X表示某种粒子，eq \\al(8,4)Be是不稳定的粒子，其半衰期为T，则下列说法正确的是( )
A．X粒子是eq \\al(4,2)He
B．若使eq \\al(8,4)Be的温度降低，其半衰期会减小
C．经过2T，一定质量的eq \\al(8,4)Be占开始时的eq \f(1,8)
D．“核燃烧”的核反应是裂变反应
【变式训练】如图，匀强磁场中的O点有一静止的原子核eq \\al(234, 90)Th发生了某种衰变，衰变方程为eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(A,Z)Y＋eq \\al( 0,－1)e，反应生成的粒子eq \\al( 0,－1)e的速度方向垂直于磁场方向．关于该衰变，下列说法正确的是( )
A.eq \\al(234, 90)Th发生的是α衰变
B.eq \\al(234, 90)Th发生的是β衰变
C．A＝234，Z＝91
D．新核eq \\al(A,Z)Y和粒子eq \\al( 0,－1)e在磁场中的轨迹外切于O点
高频考点四 核反应类型与核反应方程
例4、1956年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用半衰期为5.27年的eq \\al(60,27)C放射源进行了实验验证，次年李、杨二人获得诺贝尔物理学奖.eq \\al(60,27)C的衰变方程式是：eq \\al(60,27)C→eq \\al(A,Z)Ni＋eq \\al( 0,－1)e＋eq \x\t(ν)e(其中eq \x\t(ν)e是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零)，衰变前eq \\al(60,27)C核静止，根据云室照片可以看到衰变产物eq \\al(A,Z)Ni和eq \\al( 0,－1)e不在同一条直线上的事实．根据这些信息可以判断( )
A.eq \\al(A,Z)Ni的核子数A是60，核电荷数Z是28
B. 此核反应为α衰变
C.eq \\al(A,Z)Ni与eq \\al( 0,－1)e的动量之和不可能等于零
D．衰变过程动量不守恒
【变式训练】下列核反应属于人工转变的是( )
A.eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e
B.eq \\al(4,2)He＋eq \\al(9,4)Be→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n
C.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋10eq \\al(1,0)n
D.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
高频考点五 核能的计算
例5、两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变，核反应方程为eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n，其中氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，中子的质量为m3.假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是( )
A．核反应后氮核与中子的动量相同
B．该核反应释放的能量为E＝(2m1－m2－m3)c2
C．核反应后氮核的动能为eq \f(E＋2Ek,4)
D．核反应后中子的动能为eq \f(E＋Ek,4)
【变式训练】轻核聚变的一个核反应方程为：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋X.若已知eq \\al(2,1)H的质量为m1，eq \\al(3,1)H的质量为m2，eq \\al(4,2)He的质量为m3，X的质量为m4，则下列说法中正确的是( )
A.eq \\al(2,1)H和eq \\al(3,1)H在常温下就能够发生聚变
B．X是质子
C．这个反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
D．我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
光电效应
Ⅰ
2021·海南卷·T3
2021·江苏卷·T8
原子结构原子核
Ⅱ
2022·重庆卷·T6
2022·北京卷·T1
2022·海南卷·T11
2022·海南卷·T2
2022·上海卷·T14
2022·上海卷·T5
2022·上海卷·T1
2022·辽宁卷·T2
2022·湖南卷·T1
2022·广东卷·T5
2022·山东卷·T1
2022·全国甲卷·T17
2022·浙江6月卷·T14
2022·浙江6月卷·T7
2022·浙江1月卷·T14
2021·重庆卷·T2
2021·浙江1月卷·T14
2021·浙江1月卷·T10
2021·浙江1月卷·T2
2021·北京卷·T14
2021·北京卷·T1
2021·全国甲卷·T17
2021·全国乙卷·T17
2021·广东卷·T1
2021·海南卷·T5
2021·河北卷·T1
2021·湖北卷·T1
2021·湖南卷·T1
2021·江苏卷·T1
2021·浙江省6月卷·T14
2021·山东卷·T1
2020·海南卷·T1
2020·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T19
2020·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T18
2020·全国 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T19
2020·天津卷·T1
2020·山东卷·T2
2020·北京卷·T2
2020·江苏卷·T13
2019·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T15
2019·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T14
2019·天津卷·T19
2019·江苏卷·T12
2019·浙江11月卷·T15
2019·浙江4月卷·T15
2018·北京卷·T13
2018·海南卷·T4
2018·江苏卷·T8
2018·全国 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T14
2018·天津卷·T14
2018·浙江4月卷·T14
2018·浙江4月卷·T15
核心素养
物理观念：1.了解光电效应、波粒二象性、原子的核式结构、放射性和核衰变、核反应；2.掌握光电效应方程、核衰变、核反应等规律；3.更好地形成物质观念、运动与相互作用观念及能量观念．
科学思维：1.运用光电效应方程、核衰变、核反应等规律求解问题；2.领会模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等在人类探索微观世界过程中的作用；3.运用电荷守恒和能量守恒思想分析求解原子物理问题．
科学态度与责任：关注核技术对人类生活及社会发展的影响．
命题规律
从内容来看，对于光电效应、氢原子的能级结构、核反应方程的书写、核能的计算问题的命题比较频繁。从整体命题趋势上看。
常考类型有：①光电效应现象与光电效应方程的应用；②原子核式结构；③氢原子光谱规律、能级跃迁；④核衰变与核反应方程；⑤核能与爱因斯坦质能方程。
备考策略
光电效应现象、爱因斯坦光电效应方程及其意义、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光谱、原子的能级结构、原子核的组成、核反应方程、放射性和原子核衰变、半衰期及其统计意义、放射性同位素的应用、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等．
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“－13.6，－3.4…”
表示氢原子的能量
相邻横线间的距离
表示相邻的能量差，量子数越大，相邻的能量差越小，距离越小
带箭头的竖线
表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
eq \\al(M,Z)X→eq \\al(M－4,Z－2)Y＋eq \\al(4,2)He
eq \\al(M,Z)X→ MZ＋1Y＋eq \\al( 0,－1)e
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一个整体射出
中子转化为质子和电子
2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He
eq \\al(1,0)n→eq \\al(1,1)H＋eq \\al( 0,－1)e
匀强磁场中轨
迹形状
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒
名称
构成
符号
电荷量
质量
电离能力
贯穿本领
α射线
氦核
eq \\al(4,2)He
＋2 e
4 u
最强
最弱
β射线
电子
eq \\al(0,－1)e
－e
eq \f(1,1 837)u
较强
较强
γ射线
光子
γ
0
0
最弱
最强
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
β衰变
自发
eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e
人工转变
人工控制
eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
(卢瑟福发现质子)
eq \\al(4,2)He＋eq \\al(9,4)Be→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n
(查德威克发现中子)
eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n
(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)
eq \\al(30,15)P→eq \\al(30,14)Si＋eq \\al( 0,＋1)e
重核裂变
比较容易进行人工控制
eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋10eq \\al(1,0)n
轻核聚变
很难控制
eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
第十三章 近代物理
【网络构建】
专题13.2 原子结构 原子核
【网络构建】
考点一 原子的核式结构 玻尔理论
1．α粒子散射实验
(1)α粒子散射实验装置
(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”．
2．原子的核式结构模型
(1)α粒子散射实验结果分析
①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变．
②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射．
③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用．
(2)核式结构模型的局限性
卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性．
3．对氢原子能级图的理解
(1)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＝eq \f(1,n2)E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，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)能级图中相关量意义的说明．
4.两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．
光子的频率ν＝eq \f(ΔE,h)＝eq \f(E高－E低,h).
(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，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.
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≥ΔE.
③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．
考点二 氢原子的能量及变化规律
氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律
1．原子能量变化规律：En＝Ekn＋Epn＝eq \f(E1,n2)，随n增大而增大，随n的减小而减小，其中E1＝－13.6 eV.
2．电子动能变化规律
(1)从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力即keq \f(e2,r2)＝meq \f(v2,r)，所以Ek＝eq \f(ke2,2r)，随r增大而减小．
(2)从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子的动能增大．
3．原子的电势能的变化规律
(1)通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小．
(2)利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大．反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小．
考点三 原子核的衰变、半衰期
1．衰变规律及实质
(1)α衰变和β衰变的比较
(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．
2．三种射线的成分和性质
3.半衰期的理解
半衰期的公式：N余＝N原eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))t/τ，m余＝m原eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))t/τ.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．
考点四 核反应类型与核反应方程
1．核反应的四种类型
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(eq \\al(1,1)H)、中子(eq \\al(1,0)n)、α粒子(eq \\al(4,2)He)、β粒子(eq \\al( 0,－1)e)、正电子(eq \\al(0,1)e)、氘核(eq \\al(2,1)H)、氚核(eq \\al(3,1)H)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“→”表示反应方向．
(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒．
考点五 核能的计算
1．应用质能方程解题的流程图
(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．
(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE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×核子数．
3.核能释放的两种途径的理解
(1)使较重的核分裂成中等大小的核．
(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．
高频考点一 原子的核式结构 玻尔理论
例1、如图是氢原子的能级示意图．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，
辐射出光子a；从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出光子b.以下判断正确的是( )
在真空中光子a的波长大于光子b的波长
B．光子b可使氢原子从基态跃迁到激发态
C．光子a可能使处于n＝4能级的氢原子电离
D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射2种不同谱线
答案: A
解析： 氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级的能级差小于从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时的能级差，根据Em－En＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，所以a光的频率小于b光的频率，光子a的波长大于光子b的波长，故A正确；光子b的能量小于基态与任一激发态的能级差，所以不能被基态的原子吸收，故B错误；根据Em－En＝hν可求光子a的能量小于n＝4能级的电离能，所以不能使处于n＝4能级的氢原子电离，C错误；大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射3种不同谱线，故D错误．
【变式训练】如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是( )
A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹
答案:C
解析：：.放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数应最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故B错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子库仑力作用，且金原子质量较大，从而出现的反弹，故D错误．
高频考点二 氢原子的能量及变化规律
例2、如图所示为氢原子的能级图，图中a、b、c、d对应氢原子的四次跃迁，已知可见光光子的能量范围为1.61～3.10 eV，关于四次跃迁，下列说法正确的是( )
A．经历a跃迁，氢原子吸收的光子能量为0.66 eV
B．经历b跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大
C．经历c跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子
D．经历d跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离
答案: D
解析： 经历a跃迁，氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出的光子的能量为0.66 eV，选项A错误；经历b跃迁，氢原子吸收能量，轨道半径增大，但核外电子的动能会减小，选项B错误；经历c跃迁，氢原子辐射出的光子的能量为0.97 eV，则该光子不是可见光光子，选项C错误；经历d跃迁后，跃迁后的氢原子的电离能为1.51 eV，因此用可见光光子照射可使其电离，选项D正确。
【变式训练】氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说明正确的是( )
A．电子旋转半径减小 B．氢原子能量增大
C．氢原子电势能增大 D．核外电子速率增大
答案:AD.
解析：：氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减小，根据keq \f(e2,r2)＝meq \f(v2,r)，得轨道半径减小，电子速率增大，动能增大，由于氢原子半径减小的过程中电场力做正功，则氢原子电势能减小，故A、D项正确，B、C项错误．
高频考点三 原子核的衰变、半衰期
例3、国产科幻大片《流浪地球》讲述了太阳即将在未来出现“核燃烧”现象，从而导致人类无法生存，决定移民到半人马座比邻星的故事．据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其中“核燃烧”的核反应方程为eq \\al(4,2)He＋X→eq \\al(8,4)Be＋ν，方程中X表示某种粒子，eq \\al(8,4)Be是不稳定的粒子，其半衰期为T，则下列说法正确的是( )
A．X粒子是eq \\al(4,2)He
B．若使eq \\al(8,4)Be的温度降低，其半衰期会减小
C．经过2T，一定质量的eq \\al(8,4)Be占开始时的eq \f(1,8)
D．“核燃烧”的核反应是裂变反应
答案: A
解析： 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X粒子的质量数为4，电荷数为2，为eq \\al(4,2)He，选项A正确；温度变化不能改变放射性元素的半衰期，选项B错误；经过2T，一定质量的eq \\al(8,4)Be占开始时的eq \f(1,4)，选项C错误；“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应，选项D错误．
【变式训练】如图，匀强磁场中的O点有一静止的原子核eq \\al(234, 90)Th发生了某种衰变，衰变方程为eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(A,Z)Y＋eq \\al( 0,－1)e，反应生成的粒子eq \\al( 0,－1)e的速度方向垂直于磁场方向．关于该衰变，下列说法正确的是( )
A.eq \\al(234, 90)Th发生的是α衰变
B.eq \\al(234, 90)Th发生的是β衰变
C．A＝234，Z＝91
D．新核eq \\al(A,Z)Y和粒子eq \\al( 0,－1)e在磁场中的轨迹外切于O点
答案: BC
解析： 衰变放出一个电子，所以为β衰变，故A错误，B正确；由质量数和电荷数守恒得：A＝234，Z＝91，故C正确；由于新核eq \\al(A,Z)Y和粒子eq \\al( 0,－1)e电性相反，由左手定则可知，新核eq \\al(A,Z)Y和粒子eq \\al( 0,－1)e在磁场中的轨迹内切于O点，故D错误．
高频考点四 核反应类型与核反应方程
例4、1956年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用半衰期为5.27年的eq \\al(60,27)C放射源进行了实验验证，次年李、杨二人获得诺贝尔物理学奖.eq \\al(60,27)C的衰变方程式是：eq \\al(60,27)C→eq \\al(A,Z)Ni＋eq \\al( 0,－1)e＋eq \x\t(ν)e(其中eq \x\t(ν)e是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零)，衰变前eq \\al(60,27)C核静止，根据云室照片可以看到衰变产物eq \\al(A,Z)Ni和eq \\al( 0,－1)e不在同一条直线上的事实．根据这些信息可以判断( )
A.eq \\al(A,Z)Ni的核子数A是60，核电荷数Z是28
B. 此核反应为α衰变
C.eq \\al(A,Z)Ni与eq \\al( 0,－1)e的动量之和不可能等于零
D．衰变过程动量不守恒
答案: AC
解析： 根据电荷数守恒、质量数守恒有：60＝A,27＝Z－1，解得A＝60，Z＝28，故A正确；此核反应放出电子，为β衰变，选项B错误；衰变前eq \\al(60,27)C核静止，动量为零，衰变时不受外力则动量守恒，因衰变产物eq \\al(A,Z)Ni和eq \\al( 0,－1)e不在同一条直线上且有反中微子eq \x\t(ν)e生成，则eq \\al(A,Z)Ni和eq \\al( 0,－1)e动量之和不可能为零，选项C正确，D错误．
【变式训练】下列核反应属于人工转变的是( )
A.eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e
B.eq \\al(4,2)He＋eq \\al(9,4)Be→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n
C.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋10eq \\al(1,0)n
D.eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
答案: B
解析： Th234变成Pa234，同时有一个电子产生，属于β衰变，故A错误；用α粒子轰击Be，产生了碳原子，属于原子核的人工转变，故B正确；C选项中反应方程为重核的裂变，故C错误；氘与氚反应生成氦核，属于轻核聚变反应，故D错误．
高频考点五 核能的计算
例5、两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变，核反应方程为eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n，其中氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，中子的质量为m3.假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是( )
A．核反应后氮核与中子的动量相同
B．该核反应释放的能量为E＝(2m1－m2－m3)c2
C．核反应后氮核的动能为eq \f(E＋2Ek,4)
D．核反应后中子的动能为eq \f(E＋Ek,4)
答案:BC.
解析：：核反应前后两氘核动量和为零，因而反应后氦核与中子的动量等大反向，故A错误；该核反应前后释放的能量ΔE＝(2m1－m2－m3)c2，故B正确；由能量守恒可得：核反应后的总能量为E＋2Ek，由动能与动量的关系Ek＝eq \f(p2,2m)，且mHe＝3mn可知，核反应后氦核的动能为eq \f(E＋2Ek,4)，核反应后中子的动能为eq \f(3（E＋2Ek）,4)，故C正确，D错误．
【变式训练】轻核聚变的一个核反应方程为：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋X.若已知eq \\al(2,1)H的质量为m1，eq \\al(3,1)H的质量为m2，eq \\al(4,2)He的质量为m3，X的质量为m4，则下列说法中正确的是( )
A.eq \\al(2,1)H和eq \\al(3,1)H在常温下就能够发生聚变
B．X是质子
C．这个反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
D．我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的
答案: C
解析： eq \\al(2,1)H和eq \\al(3,1)H在常温下不能发生聚变，只有在高温下才能发生聚变，故A错误；根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子，故B错误；该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；我国大亚湾核电站是利用重核的裂变释放的能量来发电的，故D错误．
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
光电效应
Ⅰ
2021·海南卷·T3
2021·江苏卷·T8
原子结构原子核
Ⅱ
2022·重庆卷·T6
2022·北京卷·T1
2022·海南卷·T11
2022·海南卷·T2
2022·上海卷·T14
2022·上海卷·T5
2022·上海卷·T1
2022·辽宁卷·T2
2022·湖南卷·T1
2022·广东卷·T5
2022·山东卷·T1
2022·全国甲卷·T17
2022·浙江6月卷·T14
2022·浙江6月卷·T7
2022·浙江1月卷·T14
2021·重庆卷·T2
2021·浙江1月卷·T14
2021·浙江1月卷·T10
2021·浙江1月卷·T2
2021·北京卷·T14
2021·北京卷·T1
2021·全国甲卷·T17
2021·全国乙卷·T17
2021·广东卷·T1
2021·海南卷·T5
2021·河北卷·T1
2021·湖北卷·T1
2021·湖南卷·T1
2021·江苏卷·T1
2021·浙江省6月卷·T14
2021·山东卷·T1
2020·海南卷·T1
2020·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T19
2020·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T18
2020·全国 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T19
2020·天津卷·T1
2020·山东卷·T2
2020·北京卷·T2
2020·江苏卷·T13
2019·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T15
2019·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T14
2019·天津卷·T19
2019·江苏卷·T12
2019·浙江11月卷·T15
2019·浙江4月卷·T15
2018·北京卷·T13
2018·海南卷·T4
2018·江苏卷·T8
2018·全国 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T14
2018·天津卷·T14
2018·浙江4月卷·T14
2018·浙江4月卷·T15
核心素养
物理观念：1.了解光电效应、波粒二象性、原子的核式结构、放射性和核衰变、核反应；2.掌握光电效应方程、核衰变、核反应等规律；3.更好地形成物质观念、运动与相互作用观念及能量观念．
科学思维：1.运用光电效应方程、核衰变、核反应等规律求解问题；2.领会模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等在人类探索微观世界过程中的作用；3.运用电荷守恒和能量守恒思想分析求解原子物理问题．
科学态度与责任：关注核技术对人类生活及社会发展的影响．
命题规律
从内容来看，对于光电效应、氢原子的能级结构、核反应方程的书写、核能的计算问题的命题比较频繁。从整体命题趋势上看。
常考类型有：①光电效应现象与光电效应方程的应用；②原子核式结构；③氢原子光谱规律、能级跃迁；④核衰变与核反应方程；⑤核能与爱因斯坦质能方程。
备考策略
光电效应现象、爱因斯坦光电效应方程及其意义、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光谱、原子的能级结构、原子核的组成、核反应方程、放射性和原子核衰变、半衰期及其统计意义、放射性同位素的应用、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等．
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“－13.6，－3.4…”
表示氢原子的能量
相邻横线间的距离
表示相邻的能量差，量子数越大，相邻的能量差越小，距离越小
带箭头的竖线
表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
eq \\al(M,Z)X→eq \\al(M－4,Z－2)Y＋eq \\al(4,2)He
eq \\al(M,Z)X→ MZ＋1Y＋eq \\al( 0,－1)e
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一个整体射出
中子转化为质子和电子
2eq \\al(1,1)H＋2eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He
eq \\al(1,0)n→eq \\al(1,1)H＋eq \\al( 0,－1)e
匀强磁场中轨
迹形状
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒
名称
构成
符号
电荷量
质量
电离能力
贯穿本领
α射线
氦核
eq \\al(4,2)He
＋2 e
4 u
最强
最弱
β射线
电子
eq \\al(0,－1)e
－e
eq \f(1,1 837)u
较强
较强
γ射线
光子
γ
0
0
最弱
最强
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He
β衰变
自发
eq \\al(234, 90)Th→eq \\al(234, 91)Pa＋eq \\al( 0,－1)e
人工转变
人工控制
eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
(卢瑟福发现质子)
eq \\al(4,2)He＋eq \\al(9,4)Be→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n
(查德威克发现中子)
eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n
(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)
eq \\al(30,15)P→eq \\al(30,14)Si＋eq \\al( 0,＋1)e
重核裂变
比较容易进行人工控制
eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋10eq \\al(1,0)n
轻核聚变
很难控制
eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n