文档内容
考向 23 原子物理-备战 2022 年高考一轮复习考点微专题
解决目标及考点:
1.原子物理学史
2.氢原子能级图
3.核子、衰变与射线
4.核力、核能
【例题1】如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射
出若干不同频率的光，下列说法正确的是
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
【例题2】(多选)由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法
制造后才被发现。已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列论断中正确的是
A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
B.Bi的原子核比Np的原子核少18个中子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
一、物理学史年份 人物 实验/现象 成就/成果
1858年 普里克 低压气体放电研究 发现阴极射线
1897年 汤姆孙 利用阴极射线发现电子 说明原子有内部结构，提出枣糕模型
1896年 贝克勒尔 天然放射现象 说明原子核内部有复杂结构
1909年 卢瑟福 α粒子散射实验 提出原子的核式结构
测定元电荷的电荷量，且带电物体的电荷量都是e的整数
1913年 密立根 油滴实验
倍
α粒子轰击氮核，实现原
1919年 卢瑟福 发现质子，并预言还有一种不带电的粒子在核内
子核人工转变
1932年 查德威克 α粒子轰击铍核 发现中子
提炼沥青铀矿石的发射成
1911年 居里夫妇 发现放射性强的新元素镭、钋
分
用钋放射出的α粒子轰击
1933年 居里夫妇 发现正电子
铝和钠元素
二、波尔理论
(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运
动，但并不向外辐射能量.
(2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子
的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝E － E .(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)
m n
(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.
三、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(Z)＝质子数＝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X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数.
四、原子核的衰变、半衰期
1.原子核的衰变
①原子核放出α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：X→Y＋He
β衰变：X→Y＋
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.
③两个典型的衰变方程
α衰变：U→ Th＋Heβ衰变：Th→Pa＋
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：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件
没有关系.
(3) 公式：N ＝N · ，m ＝m · .
余 原 余 原
3.核力和核能
(1)原子核内部，核子间所特有的相互作用力.
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝ Δ m c 2.
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝ Δ m c 2.
考点: 物理学史
【例题3】(多选)下列说法中正确的是
A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构
B.Th衰变成Pb要经过6次α衰变和4次β衰变
C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
D．升高放射性物质的温度，不可缩短其半衰期
E．对于某种金属，超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
【对点练习】
．下列说法中正确的是
为了解释光电效应规律，爱因斯坦提出了光子说
1 ( )
在完成 粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的能级结构
A.
玛丽居里首先发现了放射现象
B. a
在原子核人工转变的实验中，查德威克发现了质子
C. ·
．下列说法不正确的是（ ）
D.
密立根通过对阴极射线研究发现了电子
2
卢瑟福通过 粒子散射实验的研究发现了原子的核式结构；
A.
普朗克在研究黑体辐射问题提出了能量子假说；
B. a
玻尔的理论假设之一是原子能量的量子化；
C.
．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。下列说法与历史事实不符的
D.
3是（ ）
密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值
康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
A.
居里夫妇从沥青铀矿中分离出钋（ ）和镭（ ）两种新元素
B.
爱因斯坦在光电效应的基础上，提出了光子说
C. Po Ra
考点: 波尔能级图
D.
【例题4】如图所示，为氢原子能级图，A、B、C分别表示电子三种不同能级跃迁时放出的光子，其中（
）
A．频率最大的是B
B．波长最长的是C
C．频率最大的是A
D．波长最长的是B
光速=波长*频率。所有光的光速不变，波长越长，其频率越低，反之，频率越高，波长越短。频率
越高，光的能量越大。
两个能级的能级差就是所需要吸收或者所要释放的能量。并且只吸收或只释放对应的能量。
需要注意的点：
1、若是一个电子往下跃迁，则最多n-1种光线。
2、若是一群电子往下跃迁，则有 种光线。
【对点练习】
1.如图所示是氢原子的能级图，现有大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁，所辐射的光子中只有一
种能使某金属产生光电效应.以下判断正确的是( )
A.该光子一定是氢原子从激发态n＝3跃迁到基态时辐射的光子
B.若大量氢原子从激发态n＝3跃迁到低能级，可辐射出3种频率的光子
C.若氢原子从激发态n＝4跃迁到基态，辐射出的光子一定能使该金属产生光电效应
D.若大量氢原子从激发态n＝4跃迁到低能级，则会有3种光子使该金属产生光电效应
2.(多选)如图是氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝3能级，下列说法中正确的是( )
A.这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的波B.这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eV
C.从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出的光波长最长
D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁
3.(1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有________. (2)现有四个核反应：
A.U→Th＋He是重核裂变 A.H＋H→He＋n
B.N＋He→O＋H是轻核聚变 B.U＋n→X＋Kr＋3n
C.H＋H→He＋n是α衰变
C.Na→Mg＋
D.Se→Kr＋2e是β衰变
D.He＋Be→C＋n
①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的
基本核反应方程.
②B项中X的质量数为________，中子数为________.
考点: 核子、衰变、射线
【例题5】碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含
量大约还有（ ）
A. B. C. D.
(1)α衰变、β衰变的比较
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变过程 X→Y＋He X→Y＋e
2个质子和2个中子结合 1个中子转化为1个质子
衰变实质 成一个整体射出 和1个电子
2H＋2n→He n→H＋e
匀强磁场中轨迹形状
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
(2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或
β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子.
2.确定衰变次数的方法
因为β衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定 α衰变的次数，然后再根据衰变规律确
定β衰变的次数.
3.半衰期(1)公式：N ＝N ，m ＝m .
余 原 余 原
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如
温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关.
【对点练习】
1.一个静止的铀核，放在匀强磁场中，它发生一次α衰变后变为钍核，α粒子和钍核都在匀强磁场中做
匀速圆周运动.某同学作出如图6所示运动径迹示意图，以下判断正确的是( )
A.1是α粒子的径迹，2是钍核的径迹
B.1是钍核的径迹，2是α粒子的径迹
C.3是α粒子的径迹，4是钍核的径迹
D.3是钍核的径迹，4是α粒子的径迹
2.两种放射性元素的原子 和 ，其半衰期分别为T和 。若经过2T后两种元素的核的质量相等，则
开始时两种核的个数之比为________________；若经过2T后两种核的个数相等，则开始时两种核的质量
之比为_________________。
考点: 核力、结合能、核能
【例题6】(多选)原子核的比结合能曲线如图8所示.根据该曲线，下列判断正确的有( )
A.He核的结合能约为14 MeV
B.He核比Li核更稳定
C.两个H核结合成He核时释放能量
D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大
【例题7】已知氦原子的质量为Mu，电子的质量为mu，质子的质量为mu，中子的质量为mu，u为原子
He e p n
质量单位，且由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知：1u对应于931.5 MeV的能量，若取光速c＝3×108 m/s，
则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为（ ）
A．[2×（m＋m）－M]×931.5 MeV B．[2×（m＋m＋m）－M]×931.5 MeV
p n He p n e He
C．[2×（m＋m＋m）－M]×c2 J D．[2×（m＋m）－M]×c2 J
p n e He p n He
1.利用质能方程计算核能
(1)根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm.
(2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.
质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”.
(3)ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算ΔE，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，相当于931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用.
2.利用比结合能计算核能
原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数.
核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核
反应所释放(或吸收)的核能.
3、图像问题的技巧
① 当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能。（换言之，比结
合能较小的核结合成比结合能较大的核，是轻核聚变，需要释放能量；比较核能较小的重核分裂成
比结合能较大的中等核，是重核裂变，也释放核能。）
② 比结合能越大的核，越稳定
③ 核子平均质量越小，原子核越稳定，比结合能越大。（比结合能图与平均质量图对比可知）
【对点练习】
1.大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电.氘核聚变反应方程是：H＋H→He
＋n.已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚
变反应中释放的核能约为( )
A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV
2.用放射源钋放出的 α射线轰击铍 Be 时，能放出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓的铍“辐
射”.1932年，英国物理学家查德威克用铍“辐射”分别照射(轰击)氢和氮(氢和氮可视为静止)，测得照射
后沿铍“辐射”方向高速运动的氢核和氮核的速度之比为7∶1.查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为
零的中性粒子构成的，从而通过上述实验在历史上首次发现了中子，为人类确定原子核的结构做出了重要
贡献.若已知α粒子的质量为4.001 509 u，中子的质量为1.008 665 u，铍核的质量为9.012 19 u，碳
核的质量为12.000 00 u，试确定核反应中所释放的核能为多少？
3.已知氘核的比结合能为1.1 MeV，氦核的比结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时( )
A.释放出4.9 MeV的能量
B.释放出6.0 MeV的能量
C.释放出24.0 MeV的能量
D.吸收4.9 MeV的能量
4.如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象。下列说法正确的是( )A.若D、E能结合成F,结合过程一定要释放能量
B.若D、E能结合成F,结合过程一定要吸收能量
C.若C、B能结合成A,结合过程一定要释放能量
D.若F、C能结合成B,结合过程一定要释放能量
1.下列说法中正确的是（ ）
A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构
B.Th衰变成Pb要经过6次α衰变和4次β衰变
C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
D．对于某种金属，超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
2.下列说法正确的是（ ）
A．Th核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4
B．太阳辐射的能量最主要来自太阳内部的热核反应
C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小
D．用14 eV的光子照射处于基态的氢原子，可使其电离
3.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，表述正确的
有（ ）
A.H＋H→He＋n是核聚变反应
B.H＋H→He＋n是β衰变
C.92U＋n→56Ba＋Kr＋3n是核裂变反应
D.92U＋n→54Xe＋Sr＋2n是α衰变
4.如图为氢原子的能级示意图，则下列对氢原子跃迁的理解正确的是（ ）
A．由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光电子一定不能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应
B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，向外辐射6种不同频率的光子
C．大量处于n＝3级级的氢原子向n＝1能级跃迁时，用发出的光照射逸出功为3.34 eV的金属，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 eV
D．如果用光子能量为10.3 eV的光照射处于n＝1能级的氢原子，则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级
5.一中子与一质量数为A（A>1）的原子核发生弹性正碰。若碰前原子核静止，则碰撞前与碰撞后中子的速
率之比为（ ）
A. B.
C. D.
6.核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设。核泄漏
中的钚（Pu）是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险。已知钚的一种同
位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu→X＋He＋γ，下列说法中正确的是（ ）
A．X原子核中含有92个中子
B．100个Pu经过24 100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
7.(多选)关于核反应方程Th→Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放的核能，X为新生成的粒子)，已知Th的半衰期为1.2
min，则下列说法正确的是( )
A.此反应为β衰变
B.Pa核和Th核具有相同的质量
C.Pa具有放射性
D.64 g的Th经过6 min还有1 g Th尚未衰变
8.用频率为ν的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν、ν和ν
0 1 2 3
的三条谱线，且ν＞ν＞ν，则( )
3 2 1
A.ν＜ν B.ν＝ν＋ν
0 1 3 2 1
C.ν＝ν＋ν＋ν D.＝＋
0 1 2 3
9.处于激发状态的原子，在入射光的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，两个状态之间的能量差以
辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射.原子发生受激辐射时，发出的光子频率、发射方向等
都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理.那么，发生受激辐射时，产生激光
的原子的总能量E、电势能E、电子动能E的变化情况是( )
p k
A.E增大、E减小，E减小
p k
B.E减小、E增大，E减小
p k
C.E增大、E增大，E增大
p k
D.E减小、E增大，E不变
p k
10.(多选)以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是( )
A.紫外线照射到金属锌板表面时能发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电
子的最大初动能也随之增大B.玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的
C.光子不仅具有能量，也具有动量
D.根据玻尔能级理论，氢原子辐射出一个光子后，将由高能级向较低能级跃迁，核外电子的动能增加
1．科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→He＋H＋4.9
MeV和H＋H→He＋X＋17.6 MeV，下列表述正确的有（ ）
A．X是中子
B．Y的质子数是3，中子数是6
C．两个核反应都没有质量亏损
D．氘和氚的核反应是核聚变反应
2.用速度大小为v的中子轰击静止的锂核(Li)，发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与
中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看做m，
光速为c.
(1)写出核反应方程.
(2)求氚核与α粒子的速度大小.
(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损.
【例题1】【答案】D
【解析】这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C＝＝6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级
产生的光子能量最小，所以频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，
频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，选项C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV，所以能使金属铂发生光电效应，选项D正确。
【例题2】【答案】BC
【解析】Bi的中子数为209－83＝126，Np的中子数为237－93＝144，Bi的原子核比Np的原子核少18个
中子，A错、B对；衰变过程中共发生了α衰变的次数为＝7次，β衰变的次数是2×7－(93－83)＝4(次)，
C对、D错。
【例题3】【答案】BDE [来源:学*科*网]
【解析】卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，但并不能说明原子核有复杂的结构，A错；
据α衰变、β衰变的实质可知Th―→Pb＋nHe＋me，得n＝6，m＝4，故B正确；β衰变中β射线是由原
子核中的中子转变形成的，C错；放射性物质的半衰期只由其本身决定，与外界环境无关，D正确；据光电
效应方程E＝hν－ W得入射光频率ν越高，所产生的光电子的最大初动能E就越大，E正确。
k 0 k
【对点练习】
【答案】 【解析】 、爱因斯坦通过光电效应现象，提出了光子说，故 正确； 、卢瑟福通过 粒子
散射实验，提出原子的核式结构，而玻尔提出原子的能级结构，故 错误； 、贝克勒尔首先发现了放射
1. A A A B α
现象，故 错误； 、原子核人工转变的实验中，查德威克发现了中子，故 错误；
B C
【答案】 【解析】 、汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，而密立根测出了电子电量，故 错误；
C D D
、卢瑟福通过 粒子散射实验的研究发现了原子的核式结构，故 正确； 、普朗克在研究黑体辐射问题
2. A A A
提出了能量子假说，认为能量是一份份的，故 正确； 、玻尔的理论假设之一包括：轨道半径的量子化
B a B C
和原子能量的量子化，故 正确
C D
【答案】 【解析】康普顿效应表明光子只具有能量，还具有动量
D
【例题4】【解析】根据hν＝ΔE和c＝λν可知，ΔE大，频率就大，波长就小。【答案】AB
3. B
【对点练习】
1.【答案】 ABC
2.【答案】AC
【解析】根据C＝3知，这群氢原子能够发出3种不同频率的光子，故A正确；由n＝3跃迁到n＝1，辐射
的光子能量最大，ΔE＝(13.6－1.51) eV＝12.09 eV，故B错误；从n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量最
小，频率最小，则波长最长，故C正确；一群处于n＝3能级的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能
级的能级差，故D错误.
3.【答案】 (1)D (2)①D B A ②144 88
【解析】 (1)A为α衰变，B为原子核的人工转变，C为轻核聚变，D为β衰变，故只有D正确.
(2)①D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反
应方程；C是一种衰变反应.
②X的质量数为(235＋1)－(89＋3)＝144
X的质子数为92－36＝56
X的中子数为144－56＝88.
【例题5】【解析】由半衰期公式m′＝m（）可知，m′＝m（）＝m，故选项C正确。【答案】C【对点练习】
1.【答案】B【解析】由动量守恒可知，静止的铀核发生α衰变后，生成的均带正电的α粒子和钍核的动
量大小相等，但方向相反，由左手定则可知它们的运动轨迹应为“外切”圆，又R＝＝，在p和B大小相
等的情况下，R∝，因q >q，则R
