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微专题104 原子结构和原子核
1．掌握玻尔理论，会计算原子能级之间跃迁时放出(吸收)光子的频率和波长。2.掌握衰变规
律，会计算半衰期。3.能根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程。4.掌握核反应中核
能的计算方法。
1．(2024·黑龙江齐齐哈尔开学考试)下列说法不正确的是( )
A．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
B．卢瑟福通过α 粒子轰击氮核实验，证实了在原子核内部存在中子
C．一个U 原子核衰变为一个Pb 原子核的过程中，发生6 次β 衰变
D．大量处于基态的氢原子在单色光的照射下，发出多种频率的光子，其中一种必与入射光
频率相同
答案 B
解析 当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大，故A
正确，不符合题意；卢瑟福通过α 粒子轰击氮核实验，证实了在原子核内部存在质子，故B
错误，符合题意；一个U 原子核衰变为一个Pb 原子核的过程中，发生8 次α 衰变，6 次β 衰
变，故C 正确，不符合题意；处于基态的氢原子在某单色光束照射下，先吸收能量向高能
级跃迁，然后再从高能级向低能级跃迁，其中从吸收光子后的最高能级向基态跃迁时发出的
光子的能量与入射光能量相等，所以频率相同，故D 正确，不符合题意。
2．(2023·海南省华侨中学模拟)钴60(60Co)是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为
5.27 年。钴60 会通过发生β 衰变释放能量高达315 keV 的高速电子并衰变成为镍60，同时
会放出两束γ 射线，则下列说法正确的是( )
A．315 keV＝5.04×10－12J
B．24 个60Co 原子核经过两个半衰期后只剩下6 个
C．β 衰变释放的电子是由60Co 原子核内的中子转化为质子产生的
D．γ 射线是60Co 原子由激发态跃迁到基态辐射出来的
答案 C
解析 315 keV＝315×103×1.6×10－19 J＝5.04×10－14 J，故A 错误；半衰期是对大量原子
核的统计规律，少量原子核的衰变不能按照半衰期的定义计算，故B 错误；β 衰变释放的电
子是由60Co 原子核内的中子转化为质子产生的，故C 正确；γ 射线是60Co 原子核由激发态跃
迁到基态辐射出来的，故D 错误。
3．(多选)(2023·甘肃省统考)下列说法正确的是( )
A．核反应C→N＋e 属于β 衰变且能自发发生
B．核反应H＋H→He＋n 属于核聚变且能自发发生
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C．查德威克通过核反应He＋Be→C＋n 发现了中子
D．普朗克发现了电子
答案 AC
解析 C 自发地放射出β 粒子且形成N，这个过程属于β 衰变且能自发形成，故A 正确；核
反应H＋H→He＋n 属于核聚变但不能自发进行，故B 错误；查德威克用α 粒子轰击Be 原子
核发现中子，其核反应方程为He＋Be→C＋n，故C 正确；电子是汤姆孙在研究阴极射线时
发现的，故D 错误。
4．(2023·河北邯郸市质检)裂变核能燃料分为铀基和钍基，钍基核燃料中Th 类似于U，要通
过转换或增殖才能作为裂变核能燃料使用。中子轰击U 或U 发生裂变反应，产生的中子与
Th 反应生成Th，再经过两次β 衰变后生成U，达到增殖的目的。下列说法正确的是( )
A.U 比Th 的中子数少1
B.Th 比Th 的质子数多1
C．β 衰变的实质是n→H＋e
D. Th 转化成U 是化学变化
答案 C
解析 由质量数守恒和电荷数守恒可知，U 比Th 的中子数少2，故A 错误；Th 与Th 互为
同位素，质子数相同，故B 错误；β 衰变的实质是核内中子转化为一个质子和一个电子，电
子发射到核外，故C 正确；Th 转化成U 不是化学变化，故D 错误。
5．(2023·黑龙江省齐齐哈尔一中模拟)根据所学的物理知识，下列说法正确的是( )
A.U→Th＋He 是重核裂变
B．在核反应方程He＋N→O＋X 中，X 是质子
C．β 衰变的本质是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流
D．铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，要经过8 次α 衰变和4 次β 衰变
答案 B
解析 U→Th＋He 是α 衰变，故A 错误；根据质量数守恒、电荷数守恒可知，X 是质子，
故B 正确；β 衰变是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是
原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流，故C 错误；设该过程经历了x 次α 衰变
和y 次β 衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，解得x＝
8，y＝6，故D 错误。
6．(2023·广西南宁市模拟)氟是放射性物质，其半衰期为12.5 年。氚核(H)与其同位素氘核
(H)在一定条件下可以发生反应，反应方程是H＋H→He＋n。下列说法正确的是( )
A．氚核(H)和氦核(He)的中子数相同
B．100 g 氚经过25 年会全部衰变完
C．当氚核(H)发生β 衰变时，衰变产物有氘核(H)
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D.H＋H→He＋n 是α 衰变方程
答案 A
解析 氚核(H)有两个中子，氦核(He)也有两个中子，A 正确；根据m＝
，可得m
＝100×
＝25 g，B 错误；氚核(H)发生β 衰变的方程为H→He＋e，衰变产物有
He，C 错误；核反应方程式H＋H→He＋n，属于核聚变(或热核反应)不是α 衰变，D 错误。
7．(2023·陕西榆林市模拟)关于原子结构、原子核的组成与性质的认识，下列说法正确的是(
)
A. Th(钍核)经过6 次α 衰变和4 次β 衰变后变成Pb
B．太阳辐射的能量，主要来自太阳内部发生的重核裂变
C．比结合能越小的原子核越稳定
D. Bi 的半衰期为5 天，10 gBi 经过15 天后，发生衰变的Bi 的质量为1.25 g
答案 A
解析 Th(钍核)变成Pb 质量数减少24，α 衰变的次数为m＝＝6，β 衰变的次数为n＝2×6－
(90－82)＝4，故A 正确；太阳辐射的能量，主要来自太阳内部发生的轻核聚变，故B 错误；
比结合能越大的原子核越稳定，故C 错误；Bi 的半衰期为5 天，10 gBi 经过15 天后，没有
发生衰变的Bi 的质量为1.25 g，故D 错误。
8．(多选)(2023·辽宁大连市模拟)卢瑟福用α 粒子轰击氮核发现质子的核反应为：N＋He→O
＋H。已知氮核质量为mN＝14.007 53 u，氦核质量mHe＝4.003 87 u，氧核的质量为mO＝
17.004 54 u，质子(氢核)质量为mp＝1.008 15 u。(已知1 u 相当于931 MeV)；假设入射氦核
以v0＝3×107 m/s 的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核。反应生成的氧核和质子同方向
运动，且速度大小之比为1∶50。则( )
A．卢瑟福通过该反应发现了原子的核式结构
B．该反应吸收能量1.2 MeV
C．反应生成物的比结合能增大
D．反应后氧核的速率为1.8×106 m/s
答案 BD
解析 卢瑟福通过α 粒子散射实验发现了原子的核式结构，故A 错误；ΔE＝(mHe＋mN－mO
－mp)c2≈－1.2 MeV，说明该反应吸收能量，故B 正确；因为该反应吸收能量，生成物更不
稳定，比结合能更小，故C 错误；设反应后氧核的速率为v，则质子的速率为50v，质子质
量为m，根据动量守恒有4mv0＝17mv＋m×50v，解得v≈1.8×106 m/s，故D 正确。
9. (2023·河南郑州市模拟)如图所示为氢原子部分能级示意图。现有大量处于激发态n＝5 能
级的氢原子，向基态跃迁时，会放出不同频率的光子。已知可见光的光子能量范围介于1.63
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～3.10 eV 之间，某锌板发生光电效应的逸出功为3.34 eV。下列说法正确的是( )
A．最多有6 种不同频率的光子放出
B．所有放出的光子中，有3 种是可见光
C．所有放出的光子中，有3 种可以使该锌板发生光电效应
D．放出的所有光子照射该锌板，逸出光电子的初动能的最大值为9.41 eV
答案 B
解析 大量处于激发态n＝5 能级的氢原子向基态跃迁时，最多放出不同频率光子的种类为
C＝10，A 错误；根据能级跃迁满足hν＝Em－En可知，共可产生13.06 eV、12.75 eV、12.09
eV、10.2 eV、2.86 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.97 eV、0.66 eV、0.31 eV 十种能量的光子。因
为可见光的光子能量范围为1.63～3.10 eV，故有3 种是可见光，B 正确；由Ek＝hν－W0可
知要想使锌板发生光电效应，光子能量应该大于逸出功，故有4 种光子可以使该锌板发生光
电效应，并且光子能量为13.06 eV 的光子照射该锌板时，逸出光电子的初动能的值最大为
Ek＝hν－W0＝13.06 eV－3.34 eV＝9.72 eV，C、D 错误。
10．(多选)天然放射性元素镭放出的α 粒子动能约为Ekα＝4.793 MeV，用α 粒子轰击氮原子
核，核反应可能不止有一种，比如：①He＋N→O＋H；②He＋N→F＋n 等，可以通过计算
判断其是否有可能发生。已知：各原子核的相对原子质量如表所示，其中1 u 的质量对应
931.5 MeV 的能量，下列关于第②种核反应的说法中正确的是( )
He
N
F
n
M1＝4.002 603 u
M2＝14.003 074 u
M3＝17.002 095 u
M4＝1.008 665 u
A.第②种核反应为放能反应，一次核反应放出的能量约为4.735 MeV
B．第②种核反应为吸能反应，一次核反应吸收的能量约为4.735 MeV
C．用该α 粒子(Ekα＝4.793 MeV)轰击静止的靶核(N)，可能发生第②种核反应
D．若用Ekα＝6.173 MeV 的α 粒子轰击静止的靶核(N)，可能发生第②种核反应
答案 BD
解析 由于(M1＋M2)－(M3＋M4)＝－0.005 083 u，说明该反应为吸能反应，且ΔE＝0.005
083×931.5 MeV≈4.735 MeV，B 项正确，A 项错误；由反应前后动量守恒和能量守恒可知当
反应后共速时，用Ekα ＝4.793 MeV 的α 粒子实验，生成新核的总动能为Ek ＝
Ekα≈×4.793 MeV≈1.065 MeV，系统损失的动能最多为3.728 MeV，该能量小于发生核反
应所需要吸收的4.735 MeV，故不能发生第②种核反应，同理，初动能达到6.173 MeV，损
失动能最多为4.801 MeV，大于反应所需要的能量，该反应可能发生，D 项正确，C 项错误。
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