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专题六 原子物理与物理学史
第15 讲 原子与原子核 题型总结
一．原子核的衰变及半衰期、衰变速度
1．（2024•青羊区校级模拟）下列四幅图分别对应四种说法，其中说法正确的是（ ）
A．图甲中，当滑片P 向右滑到一定程度时，电流表没有示数
B．图乙中，氢原子从n＝2 能级跃迁到n＝1 能级辐射出一个光子后，电势能减小，动能增大，总能量增
大
C．图丙中，说明氢原子核衰变时，每过3.8 天，发生衰变的原子核数目保持不变
D．图丁中，可以推断出，氧原子核（
）比锂原子核（
）更稳定
2．（2024•南宁一模）医学影像诊断设备PET/CT 是借助于示踪剂可以聚集到病变部位的特点来发现疾病
的。示踪剂常利用同位素
作示踪原子标记，其半衰期为20min。小型回旋加速器输出的高速质子轰击
获得
，同时还释放一种粒子的射线。则下列说法正确的是（ ）
A．用高速质子轰击
，生成
的同时释放的粒子是中子
B．用高速质子轰击
，生成
的同时释放的粒子是α 粒子
C．当
聚集到病变部位时，其半衰期会发生变化
D．用高速质子轰击
，在一次核反应过程中，核反应前
和质子的质量之和，一定与核反应后
与
所释放的这种粒子的质量之和完全相同
3．（2024•天心区校级模拟）14C﹣尿素呼气试验是现在医院检测病人有没有感染幽门螺杆菌（Hp）的重
要手段之一。病人服用的被碳14 标记的药物，会在幽门螺杆菌分泌物的作用下转变成被碳14 标记的二氧
化碳经呼吸作用排出。若检测过程中药物中的碳14 在单位时间内衰变的次数为n，被碳14 标记的二氧化
1
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碳会在病人服药1 小时之后的7 个小时内均匀排出，现采集病人服用药物2 小时后在三分钟内呼出的气
体。已知碳14 的半衰期足够长，则采集到的病人呼出的气体中碳14 在单位时间内衰变的次数约为
（ ）
A．
B．
C．
D．
4．（2024•重庆模拟）自然界中的放射性原子核
经过多次α 和β 衰变，最终衰变成稳定的原子核
，在这一过程中，可能发生的衰变是（ ）
A．
Po→
+
B．
→
+
C．
→
+
D．
→
+
二．原子核的人工转变
5．（2024•海南）2023 年6 月7 日，国家核安全局给予中国科学院上海应用物理研究所核反应堆运行许可
证，世界首个钍基反应堆在甘肃省武威市正式运行，钍总储量够全球用2 万年．钍原子核反应过程为
，下列说法正确的是（ ）
A．三个核反应都是衰变反应
B．X 为中子
C．Y 是来自于原子核外的电子D．针原子核
有142 个中子
6．（2024•成都模拟）下列说法正确的是（ ）
A．居里夫人最早发现了天然放射现象
B．卢瑟福依据α 粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论
C．爱因斯坦最先提出了微观领域的能量量子化概念
D．查德威克通过核反应
+
→
+
发现了质子
三．结合能与比结合能
7．（2024•宁波模拟）2023 年8 月24 日，日本福岛第一核电站启动核污染水排海，引起了全球社会各界
的高度关注和深切担忧。核污染水中含有的氚、锶﹣90、铯﹣137、碘﹣129 等放射性元素，都有可能对人
类和自然界造成损害。其中锶（
Sr）半衰期为30 年，它经β 衰变转变为钇核。下列说法正确的是（
2
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）
A．钇原子核内有52 个中子
B．钇核的比结合能比锶核大
C．100 个锶原子核经过30 年，还剩50 个
D．锶经通过β 衰变产生的电子来自锶原子的核外电子
8．（2024•江苏模拟）在恒星内部发生的核反应
和
中，X、Y 代表两种不同的原
子核，则（ ）
A．X、Y 是同位素
B．X 的结合能比Y 的大
C．Y 的核子数与
相等
D．X 的中子数为7
9．（2024•徐州二模）吸烟有害健康，烟草中含有放射性元素钋210，衰变方程为
→X+
，衰
变产生的α 粒子对肺组织会造成损伤。下列说法正确的是（ ）
A．α 粒子很容易从肺穿到体外B．X 核的核子数是82 个
C．X 核的比结合能比
的大
D．升高温度可以加快
的衰变
10．（2024•吕梁一模）在物理学中图像可以直观地反映物理量之间的关系，如图所示，甲图是光电管中
光电流与电压关系图像，乙图是c、d 两种金属遏止电压与入射光频率之间的关系图像，丙图是放射性元素
氡的质量和初始时质量比值与时间之间的关系图像，丁图是原子核的比结合能与质量数之间关系图像，下
列判断正确的是（ ）
A．甲图中，a 光的频率大于b 光的频率B．乙图中，金属c 的逸出功大于金属d 的逸出功
C．丙图中，每过3.8 天要衰变掉质量相同的氡
D．丁图中，质量数越大比结合能越大
11．（2024•长安区一模）本地时间2023 年8 月24 日下午1 点，日本政府正式开始向太平洋排放处理过的
福岛第一核电站“核污水”。“核污水”中含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90 等几十种放射性元素，
其中
的半衰期为28 年，衰变方程为
。下列说法正确的是（ ）
A．衰变方程中释放出电子，说明
原子核中存在电子
3
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B．100 个
原子核经过56 年，还将剩余25 个
原子核未衰变
C．随着海水温度的变化，
原子核的半衰期会发生变化
D．
的比结合能比
的比结合能小
四．质量亏损与质能方程
12．（2024•兴庆区校级一模）研究表明原子核核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数
有如图所示的关系。一般认为大于铁原子核质量数（56）的为重核，小于则是轻核。下列对该图像的理解
正确的是（ ）
A．从图中可以看出，Fe 原子核核子平均质量最小，Fe 原子核最不稳定
B．从图中可以看出，重核A 裂变成原子核B 和C 时，需要吸收能量
C．从图中可以看出，轻核D 和E 发生聚变生成原子核F 时，需要释放能量
D．从图中可以看出，重核随原子序数的增加，比结合能变大
13．（2024•济南模拟）2024 年2 月22 日，我国科研人员利用矿物原位锂同位素分析法，在大陆地幔中发
现了来自海洋的锂元素，为研究地质历史时期青藏高原不同圈层的相互作用提供了新思路。锂的一种同位
素Li 的衰变方程为Li→Be+X。下列说法正确的是（ ）
A．衰变方程中的X 是电子 B．升高温度可以加快Li 的衰变
C．Li 与Be 的质量差等于衰变的质量亏损 D．方程中的X 来自Li 内质子向中子的转化
14．（2024•潍坊一模）核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，能有效缓解能源短缺问题。在
核聚变实验中，核反应方程是H+ H→He+X，H 核的结合能为E1，H 核的结合能为E2，He 核的结
合能为E3。则一次核反应过程中（ ）
A．反应前后的动量不守恒 B．X 为
4
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C．释放的核能大小为E3﹣E2﹣E1
D．电荷数守恒，质量数不守恒
15．（2024•天心区校级一模）一个静止的铀核（
）发生α 衰变，释放的核能全部转化为新核和α
粒子的动能。已知真空中光速为c，衰变瞬间α 粒子的动能为Ek，则此过程中的质量亏损Δm 为（ ）
A．
B．
C．
D．
16．（2024•岳阳二模）现在地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分来自太阳，即太阳内部核聚变时释
放的核能。已知氘氚核聚变方程为
，其中
的比结合能为E1，
的比结合能
为E2，
的比结合能为E3，则一个氘核与一个氚核发生这样的核反应释放的能量为（ ）
A．E3﹣E1﹣E2
B．E1+E2﹣E3
C．4E3﹣2E1﹣3E2
D．2E1+3E2﹣4E3
五．天然放射现象
17．（2023•广州二模）如图所示的火灾自动报警器具有稳定性好、安全性高的特点，应用非常广泛，其
工作原理为：放射源处的镅
放出的α 粒子，使壳内气室空气电离而导电，当烟雾进入壳内气室
时，α 粒子被烟雾颗粒阻挡，导致工作电路的电流减小，于是锋鸣器报警。则（ ）
A．发生火灾时温度升高，
的半衰期变短
B．这种报警装置应用了α 射线贯穿本领强的特点
C．
发生α 衰变的核反应方程是
Pu→
Am+
e
5
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D．
发生α 衰变的核反应方程是
Am→
Np+ He
六．α、β、γ 射线及特点
18．（2024•海安市校级模拟）如图所示是自然界的一颗“磁星”，“磁星”（Magnetar）是中子星的一
种，拥有极强的磁场，通过磁场的衰减，使之能源源不绝地释放出以X 射线及γ 射线为主的高能量电磁辐
射，下列说法正确的是（ ）
A．X 射线是高速电子流
B．X 射线的波长小于γ 射线的波长
C．X 射线可以消毒
D．γ 射线可以摧毁病变的细胞
19．（2024•石景山区一模）工业部门可以使用放射性同位素发出的射线来测厚度。某轧钢厂的热轧机上
安装的射线测厚装置如图所示，让γ 射线穿过钢板，探测器探测到的γ 射线强度与钢板的厚度有关，将射
线强度的信号输入计算机，可对钢板的厚度进行自动控制。下列说法正确的是（ ）
A．若钢板变厚，则探测到γ 射线变弱
B．若钢板内部有裂缝，则探测到γ 射线变弱
C．该装置主要利用γ 射线的电离能力
D．若仅把γ 射线换为α 射线，该装置仍正常运行
20．（2023•呼伦贝尔一模）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，
获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（ ）
A．
α 粒子轰击金箔多角度观察B．
紫外线照射锌板，观察验电器
C．
放射源射线在电场中偏转 D．
放射源射线与氮原子碰撞显微镜观察
七．放射性同位素及其应用
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21．（2024•普陀区二模）1934 年，约里奥﹣居里夫妇用α 粒子轰击铝箔
，获得了中子和
，放
射性同位素
又衰变产生
和正电子。磷30 是首个通过人工方法获得的放射性同位素。
（1）同位素具有相同的 ；
A.核子数 B.中子数 C.质子数
（2）磷30 具有放射性，其衰变方程为
。
的半衰期是
2.5min，
经过10min 后还剩 g。
（3）如图所示，将α 粒子、中子、正电子，以及离子P3﹣和Si4+等五种粒子一起注入到加速电场的中心P
（忽略各粒子的初速度），部分粒子经电场加速从加速电场负极板上的小孔N 射出；然后沿以O1为圆心、
R 为半径的圆弧通过静电分析器，再经速度选择器筛选后，某种粒子进入磁分析器中，在磁场中偏转后被
磁场边界处的探测板收集。设原子核中每个核子的质量均为m0，已知元电荷为e（整个系统处于真空中，
不计粒子重力和粒子间的相互作用力）。
①经电场加速从加速电场负极板上的小孔N 射出的粒子有 。
②若加速电场两极板间的电压大小为U，两极板间距为L；静电分析器中与圆心O1等距离的各点场强大小
相等，方向指向圆心。则Si4+在加速电场中所受电场力大小为 。
静电分析器中，与圆心O1距离为R 处的电场强度的大小为 。
③（论证）在②的条件下，若粒子进入速度选择器后，它们的运动轨迹如图中虚线①、②、③所示，
分析说明到达探测板的粒子是Si4+。
④（计算）在②③的条件下，若磁分析器中以O2为圆心的足够大半圆形区域内，分布着方向垂直于纸面
向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，求Si4+在磁分析器中运动的时间和位移大小。
八．核力与四种基本相互作用
22．（2024•南京模拟）下列说法正确的是（ ）
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A．重核分裂成中等大小的原子核，或者较小的核合并成中等大小的原子核，比结合能均增大
B．γ 射线是由于原子核外电子跃迁而产生的
C．核力也叫做强相互作用，发生与原子核与原子核之间
D．放射性元素的半衰期将随着时间的推移，不断减小
九．重核的裂变
23．（2024•顺德区二模）在2023 年10 月28 日举行的首届国际天然铀产业发展论坛中，我国宣布，通过
“天空地深”一体化勘查技术发现了一批万吨至十万吨级铀矿床．天然铀中主要有铀238 和铀235，其
中，铀235 的裂变方程为：
U+ n→
Kr+ Ba+3 n，下列说法正确的是（ ）
A．铀235 裂变可以自发进行
B．反应方程中A＝144，Z＝53
C．
Kr 的比结合能大于
U 的比结合能
D．离地表越深，温度越高，铀235 的半衰期也越大
24．（2024•碑林区校级模拟）铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变方程为
U+X→
Kr+
Xe+3 n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．X 粒子是电子 B．X 粒子是质子
C．
U、
Kr、
Xe 相比，
Kr 的比结合能最大，最稳定
D．
U、
Kr、
Xe 相比，
U 的质量数最大，最稳定
25．（2024•武汉模拟）1947 年，中国科学家钱三强、何泽慧夫妇在实验中发现铀核也可能分裂为三部分
或四部分。如图是铀核俘获中子后，裂变成三个质量较大的核和一个质量较小的核时产生的径迹。下列说
法不正确的是（ ）
A．铀核裂变过程质量数守恒
B．铀核裂变过程电荷数守恒
C．铀核裂变过程如果生成物不同，释放的能量会有差异
D．铀核中使核子紧密结合在一起的作用是弱相互作用
26．（2023•西城区校级模拟）作为我国核电走向世界的“国家名片”，华龙一号是当前核电市场上接受
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度最高的三代核电机型之一，是我国核电创新发展的重大标志性成果，其国内外示范工程按期成功的建
设，对我国实现由核电大国向核电强国的跨越具有重要意义。已知发电站的核能来源于
的裂变，现有
四种说法①
原子核中有92 个质子，143 个中子；
②
的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为：
；
③
是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45 亿年，升高温度半衰期缩短；
④一个
裂变能放出200MeV 的能量，合3.2×10﹣11J。以上说法中完全正确的是（ ）
A．①②③
B．②③④
C．①③④
D．①②④
十．反应堆与核电站
27．（2023•蚌埠模拟）核电站发电原理是核裂变反应所释放的能量通过热力产生电能．铀235 是核电站的
主要核燃料，核反应堆在工作时，铀235 既发生裂变，也发生衰变．铀235 裂变方程为：
U
n→X+
Kr
n，衰变方程为：
U→Y+ He，则下列说法正确的是（ ）
A．衰变产生的新核Y 不再具有放射性
B．
U 的比结合能小于
Kr 的比结合能
C．衰变过程是通过吸收裂变过程释放的能量进行的
D．反应堆中镉棒插入深一些将会加快核反应速度
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28．（2023•枣强县校级模拟）关于下列四幅图，说法正确的是（ ）
A．图甲中，核子分开时吸收的能量称为比结合能
B．图乙中，镉棒插入深一些，核反应速度会变慢
C．图丙中，电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有粒子性
D．图丁中，入射光子与静止电子碰撞后，光子波长变短
十一．轻核的聚变
29．（2024•平谷区模拟）2023 年8 月25 日，新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100 万安培等离
子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。核聚变是一种核反应的形式。下
列关于核反应的说法中正确的是（ ）
A．要使轻核发生聚变，一种可行的方法是将物质加热到几百万开尔文的高温
B．氘氚核聚变的核反应方程为：
H+
H→
He+
e
C．相同质量的核燃料，重核裂变比轻核聚变释放的核能更多
D．核聚变反应过程中没有质量亏损
（多选）30．（2024•日照一模）2023 年8 月25 日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100 万安培
等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。下列关于核反应方程
H+
H→
He+X 的说法，正确的是（ ）
A．X 是中子 B．该核反应属于原子核的人工转变
C．该核反应过程电荷数和质量均守恒
D．
He 的比结合能大于
H 的比结合能
（多选）31．（2024•重庆模拟）2023 年8 月25 日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100 万安培
等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。该模式下的核反应方程之一为
，反应中释放出γ 光子，下列说法正确的是（ ）
A．该核反应属于裂变反应
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B．该核反应方程中的X 为质子
C．
的比结合能大于
的比结合能
D．γ 光子的静止质量为0，所以它的动量也为0
十二．基本粒子
32．（2023•海淀区校级三模）2016 年8 月，我国的量子卫星“墨子号”发射成功，为实现远距离量子通
信提供了有利条件。2020 年3 月，我国科学家创造了509 公里光纤量子通信新纪录。2020 年12 月，中国
科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76 个光子的量子计算原型机“九章”，这一突破使我国成为全
球第二个实现“量子优越性”的国家。量子通信和量子计算都用到了量子力学里有趣的“量子纠缠”现
象。该理论认为，两个有量子特性的微观粒子相互作用后，共同处于一个确定的量子态上。如果观察者对
其中一个进行测量，可以立即对另一个的状态做出推测。一对处于纠缠态的微观粒子，即使分离很远的空
间距离，只要它们都不与周围其他粒子发生相互作用，那么这对粒子将一直处于纠缠态。根据以上材料，
下列说法错误的是（ ）
A．在宏观世界，不容易观察到量子纠缠现象，是因为粒子容易与环境发生相互作用，导致纠缠很快消失
B．用光子构建量子计算原型机，是因为光子比电子具有更显著的粒子性
C．借助卫星进行通信，可以减少光子在大气中的有效传播距离，从而减少大气带来的不利影响
D．要想实现量子计算，并不一定要借助于光子，其他微观粒子也有可能成为量子计算机的载体
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