文档内容
第 2 讲 原子和原子核
时间：40分钟 满分：100分
一、选择题(本题共13小题，每小题6分，共78分。其中1～10题为单选，11～
13题为多选)
1．(2021·天津南开区高三上期末)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．玻尔原子理论证实了原子的核式结构模型
B．卢瑟福通过α粒子轰击氮核的实验，证实了在原子核内部存在中子
C．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，确定了原子核的存在
D．J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了原子内部存在电子
答案 D
解析 玻尔原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，卢瑟福根据 α粒
子散射实验，得到了原子的核式结构模型，故A错误；卢瑟福通过对α粒子轰击氮
核实验的研究，实现了原子核的人工转变，发现了质子，预言了中子的存在，查德
威克证实了中子的存在，故B错误；贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，提出了
原子核内部有复杂的结构，故C错误；J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了
原子内部存在电子，故D正确。
2．(2020·贵州省黔东南自治州模拟)一块含铀矿石的质量为M，其中铀的质量
为m，铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T，则经过时间T，
下列说法正确的是( )
A．这块矿石的质量为0.5M
B．这块矿石的质量为0.5(M－m)
C．这块矿石中铀的质量为0.5m
D．这块矿石中铅的质量为0.5m
答案 C
解析 根据题意，经过时间T，即经过1个铀的半衰期，则这块矿石中铀的质量还剩0.5m；因铀发生衰变最终生成了铅，根据衰变过程会发生质量亏损，可知生
成物铅的质量m′<0.5m；则经过时间T，这块矿石的质量M′＝(M－m)＋0.5m＋
m′＝M－0.5m＋m′。综上所述，A、B、D错误，C正确。
3．(2020·山东省泰安市一轮检测)下列说法，正确的是( )
A.Th→Pa＋e是β衰变方程，U→Th＋He是核裂变方程
B.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程
C.Th衰变为Rh，经过3次α衰变，2次β衰变
D．已知铝核 Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷P，则同时放出一个质
子
答案 C
解析 方程Th→Pa＋e放射出电子，是β衰变方程，U→Th＋He是α衰变方程
故A错误；核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变方程，也是原子弹的核反应
方程，但不是氢弹的核反应方程，故B错误；Th衰变为Rh，设经过了m次α衰变，
根据衰变过程质量数守恒，有4m＝234－222＝12，解得m＝3，设经过了n次β衰
变，则根据电荷数守恒有2m－n＝90－86＝4，解得n＝2，故C正确；铝核 Al被α
粒子击中后产生的反应生成物是磷 P，同时放出一种粒子，根据质量数守恒和电
荷数守恒可知放出的粒子质量数为1，电荷数为0，该粒子为中子，故D错误。
4. (2020·宁夏银川市一模)科学研究中需要精确的计时工具，如氢原子钟，它
的原理是用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟。如图所示为
氢原子的能级图，则( )
A．当氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
B．当用能量为11 eV的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子一定不能跃迁
到激发态
C．从n＝4能级跃迁到n＝2能级时释放的光子可以使逸出功为2.75 eV的金
属发生光电效应D．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射
出的电磁波的波长长
答案 D
解析 当氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同，故A错
误；当用能量为11 eV的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子可能吸收其中的
10.2 eV的能量跃迁到激发态，故B错误；从n＝4能级跃迁到n＝2能级时释放的
光子的能量为ε＝E －E ＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV＜2.75 eV，该光子不能
4 2
使逸出功为2.75 eV的金属发生光电效应，故C错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n
＝3能级辐射出的光子能量小于从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量，
由ε＝hν＝h可知，D正确。
5．(2020·陕西省榆林市模拟)下列说法正确的是( )
A．铀核裂变的核反应方程是U→Ba＋Kr＋2n
B．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性
C．原子从低能级向高能级跃迁，不吸收光子也能实现
D．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越长，光子的能量越大
答案 C
解析 铀核裂变需要用中子轰击，铀核裂变的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋
3n，故A错误；德布罗意根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具
有波动性，故B错误；受到电子或其他粒子的碰撞，原子也可从低能级向髙能级跃
迁，即不吸收光子也能实现，故C正确；根据ε＝hν＝h，可知光的波长越长，光子
的能量越小，故D错误。
6. (2021·江苏省连云港市高三上适应性演练模拟)如图中曲线a、b、c、d为气泡
室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直
纸面向里。以下判断可能正确的是( )
A．a、b为β粒子的径迹 B.a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹 D.c、d为β粒子的径迹答案 D
解析 γ射线是不带电的光子流，在磁场中不偏转，故B错误；α粒子为氦核，
带正电，由左手定则知，在图示磁场中逆时针偏转，故C错误；β粒子是带负电的
电子流，根据左手定则，在图示磁场中顺时针偏转，故A错误，D正确。
7．(2020·广东省佛山市二模)核能被视为人类解决能源问题的终极方案，我国
在核能应用和研究方面目前都处于国际一流水平。以下关于轻核聚变和重核裂变
的说法正确的是( )
A．经轻核聚变过程后核子的平均质量增大
B．经重核裂变过程后原子核的比结合能减小
C．经轻核聚变过程后原子核的比结合能增大
D．目前我国核电站还主要是利用轻核聚变释放的能量来发电
答案 C
解析 轻核聚变过程放出能量，有质量亏损，则经轻核聚变过程后核子的平均
质量减小，A错误；经重核裂变过程后，由于放出核能，则原子核的比结合能增大，
B错误；经轻核聚变过程后，由于放出核能，原子核的比结合能增大，C正确；目前
我国核电站还主要是利用重核裂变释放的能量来发电，D错误。
8．(2021·八省联考福建卷)已知某种核电池的电能由Pu衰变释放的能量提供，
该衰变方程形式上可表示为Pu→X＋He。某次由静止Pu衰变释放的能量为E，射
出的α粒子动能是E ，假定Pu衰变释放的能量全部转化为新核和α粒子的动能。
α
则( )
A．A＝234，Z＝92，E＝E
α
B．A＝234，Z＝92，E＝E
α
C．A＝236，Z＝94，E＝E
α
D．A＝236，Z＝94，E＝E
α
答案 B
解析 根据质量数守恒和电荷数守恒有：94＝Z＋2,238＝A＋4，解得A＝234，
Z＝92，C、D错误；由于衰变过程动量守恒，即p ＝p ，根据动量与动能的关系，E
α X α
＝，E ＝，又因为＝＝，联立上式可得E ＝E ，根据能量守恒定律，E＝E ＋E ＝
X X α α X
E ，故A错误，B正确。
α9．(2020·北京市朝阳区一模)下列说法正确的是( )
A．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前一定增加
B．稀薄气体发出的辉光经分光镜分析得到线状谱，说明原子的能量是量子化
的
C．α粒子轰击金箔发生散射现象，说明原子核存在复杂的内部结构
D．当放射性物质的温度升高后，其半衰期会变小
答案 B
解析 两个轻核结合成质量较大核的过程中释放大量能量，根据质能方程可
知总质量较聚变前减小，故A错误；稀薄气体发出的辉光经分光镜分析得到线状
谱，说明原子的能量是量子化的，故B正确；α粒子轰击金箔发生散射现象，说明
原子内部非常空旷，带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，故C错误；半
衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定的，跟原子所处的化学状态、温度、
压强等因素无关，故D错误。
10. 如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上
L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，
计数器的计数率不变，则x可能是( )
A．α射线和β射线的混合放射源
B．纯α射线放射源
C．纯γ射线放射源
D．α射线和γ射线的混合放射源
答案 D
解析 在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减
小，说明射线中含有穿透能力弱的α射线，在L和计数器之间再加竖直向下的匀
强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过L的射线不带电，即为γ射线，因此放射
源x可能是α射线和γ射线的混合放射源，故A、B、C错误，D正确。
11. (2020·河南省六市二调)μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用，如图所示为μ氢原子的能级示意图。假定
光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收
光子后，发出频率分别为ν 、ν 、ν 、ν 、ν 和ν 的光，且频率依次增大，若普朗克常
1 2 3 4 5 6
量为h，则( )
A．E＝h(ν ＋ν ) B.E＝h(ν －ν ＋ν )
1 2 1 4 5
C．E＝h(ν ＋ν ) D.E＝h(ν －ν )
2 4 6 3
答案 AB
解析 设大量μ氢原子吸收光子后从n＝2能级跃迁到能量较高的m能级，然
后从m能级向低能级跃迁时，发出的不同频率的光子种类有C＝＝6，解得m＝4，
即μ氢原子吸收光子后先从n＝2能级跃迁到n＝4能级，然后从n＝4能级向低能
级跃迁。由题意知，发出光子的频率对应的能级跃迁过程如图，由图可知E＝E －
4
E ＝h(ν ＋ν )＝h(ν －ν ＋ν )＝h(ν －ν )，故A、B正确，C、D错误。
2 1 2 1 4 5 6 4
12. (2020·浙江省东阳市模拟)氢原子的能级图如图所示，若大量氢原子处于n
＝4能级要向低能级跃迁，则下列说法正确的是( )
A．大量氢原子跃迁时可能发出6种不同频率的光B．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时氢原子能量减小，电子动能减小
C．用能量为0.70 eV和0.80 eV的两种光子同时照射大量氢原子，有可能使处
于n＝4能级的氢原子电离
D．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级释放的光子照射逸出功为2.25 eV的
金属时，产生的光电子最大初动能是0.30 eV
答案 AD
解析 大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时，可能发出的光子频率的种类
为C＝6，故A正确；氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，氢原子能量减小，电
子的运动半径减小，根据k＝m，可得电子的动能E
k
＝m
v
2＝k，由于轨道半径变小，
则电子的动能增大，故B错误；处于n＝4能级的氢原子电离时需要吸收的最小能
量为0－(－0.85 eV)＝0.85 eV，故C错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级释
放的光子能量为hν＝E －E ＝－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV，当用该光子照射
4 2
逸出功为W ＝2.25 eV的金属时，由爱因斯坦光电效应方程解得产生的光电子的
0
最大初动能E ＝hν－W ＝2.55 eV－2.25 eV＝0.30 eV，故D正确。
k 0
13．(2020·江苏省南京市六校联考)关于下列四幅图的说法中，正确的是( )
A．玻尔原子理论的基本假设认为，电子绕核运行轨道的半径是任意的
B．光电效应产生的条件为：入射光的频率大于金属的极限频率
C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了运动电子具有波动性
D．发现少数α粒子发生了较大偏转，说明金原子质量大而且很坚硬
答案 BC
解析 玻尔原子理论的基本假设认为，电子绕核运行的轨道是确定的，且轨道是量子化的，故A错误；发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频
率，故B正确；衍射是波特有的现象，电子束通过铝箔时的衍射图样证实了运动电
子具有波动性，故C正确；发现少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大
部分集中在很小空间范围内，且此部分带正电，故D错误。
二、非选择题(本题共2小题，共22分)
14．(2020·江苏省启东市模拟)(6分)氢原子第n能级的能量为E ＝，其中E 是
n 1
基态能量。若某氢原子发射能量为－E 的光子后处于比基态能量高－E 的激发态
1 1
则该氢原子发射光子前处于第________能级；发射光子后处于第________能级。
答案 4 2
解析 由题意可得发射光子后氢原子的能量为E＝E ＋＝E ；根据玻尔理论氢
1 1
原子发射光子的能量ΔE＝E －E (m＞n)，得到氢原子发射光子前的能量为E′＝
m n
E ＋＝；再根据氢原子第n能级的能量为E ＝，可知发射光子前氢原子处于第4能
1 n
级，发射光子后处于第2能级。
15．(2017·北京高考)(16分)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射
性原子核发生了一次α衰变。放射出的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周
运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。
(1)放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反
应方程。
(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电
流大小。
(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为
M，求衰变过程的质量亏损Δm。
答案 (1)X→Y＋He (2)
(3)
解析 (1)X→Y＋He。
(2)设α粒子的速度大小为v，
由q
v
B＝m，T＝，得
α粒子在磁场中运动周期T＝
环形电流大小I＝＝。(3)由q
v
B＝m，得v＝
设衰变后新核Y的速度大小为v ′，系统动量守恒
M
v
′－m v＝0
v
′＝＝
由Δmc2＝M
v
′2＋m
v
2
得Δm＝。
