考向二 原子核

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专题十六 原子物理
考向二 原子核
2025年高考物理专题复习资料
考点切片
考点1 原子核组成与三种射线
1.（2023广东卷）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应 的
影响。下列说法正确的是( )
D
A.是粒子，射线穿透能力比 射线强
B.是粒子，射线电离能力比 射线强
C.是粒子，射线穿透能力比 射线强
D.是粒子，射线电离能力比 射线强
【解析】 根据核反应方程满足质量数和电荷数守恒可知,是粒子 ,三种射线的
穿透能力：射线最强,射线最弱。三种射线的电离能力：射线最强, 射线最弱,
故选D。
2.（2023全国甲卷）在下列两个核反应方程中
和代表两种不同的原子核，以和分别表示 的电荷数和质量数，则( )
D
A., B., C., D.,
【解析】 解法一
解法二
通过第二个核反应方程可知,,所以 ,排除A、B、C项,快速选出D项。
跳跳学长有话说
题目中第一个核反应方程为卢瑟福利用粒子轰击 （氮）原子核发现质子的方
程,即。此外,卢瑟福的学生查德威克利用粒子轰击 （铍）
原子核发现中子,即 。
考点2 原子核的衰变与半衰期
3.（2024安徽安庆一中三模）居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而一起获得1903
年的诺贝尔物理学奖，他们发现自然界中很多元素具有放射性，其中金属钍
具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤，同时伴随有 射线产生，其
方程为 ，钍的半衰期为24天，下列说法正确的是( )
D
A. 是钍核中的一个质子转化成一个中子时产生的
B. 为钍核外的电子
C. 射线的本质就是高速中子流
D. 钍经过96天后还剩
【解析】 根据核反应方程电荷数和质量数守恒可知,为电子 ,这个电子并
非原子核外的电子,而是由原子核内的一个中子变成一个质子的同时放出的。
射线的本质就是光子流。
根据知,剩余钍的质量 。
4.（2024山东济南山师附中模拟预测）2024年1月天津大学
科研团队攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技
术难题，打开了石墨烯带隙，开启了石墨烯芯片制造领域
的“大门”。石墨烯是C的同素异形体，目前已知C的同位素
共有15种，其中是一种放射性的元素，可衰变为 ，图
中包含 衰变相关信息，下列说法正确的是( )
D
A.当环境温度变化时， 的半衰期会发生改变
B.转变为，衰变方式为 衰变
C.32个 原子核在经过22 920年后还剩2个
D.当数量是数量的3倍时， 衰变经历的时间为11 460年
【解析】 放射性元素的半衰期是由原子核内部自身因素决定的,跟原子所处的化学
状态和外部条件没有关系。
根据衰变过程中电荷数守恒和质量数守恒可得,其衰变方程为 ,则可
知其为 衰变。
衰变服从量子统计规律,只对大量的原子才有意义。
由题图可知,的衰变周期为5 730年,当数量是 数量的3倍时,根据
,可知,解得 年。
5.（2023山东青岛五十八中学期末）自然界中一些放射性重元素
往往会发生一系列连续的递次衰变，又称为放射系或衰变链。每
个放射性衰变链都有一个半衰期很长的始祖核素，经过若干次连
续衰变，直至生成一个稳定核素。已知 的衰变链如图所示，
下列判断正确的是( )
A
A.图中的横坐标表示核电荷数，纵坐标表示中子数
B.衰变最终生成的稳定核素为
C. 衰变最终生成稳定核素，共有两种不同的衰变路径
D.衰变最终生成稳定核素，共发生了7次衰变，2次 衰变
【解析】 的核电荷数为92,质量数为235,中子数为143,结合衰变链图可知,题图
中的横坐标表示核电荷数,而纵坐标表示中子数。
由题图可知,最终生成的稳定核素的核电荷数为82,核子数为 ,为
。
由题图可知,衰变为后,接下来可能发生 衰变生成,亦可能发生 衰变生
成。而衰变至后亦存在两条衰变路径,所以衰变生成 ,共有四条不同
的衰变路径。
由题图结合前面对C项的分析可知,沿任何一条路径,最终都是发生7次 衰变,4次
衰变。
考点3 核反应和核反应类型
6.（2024吉林长春市第二实验中学期末）“玉兔二号”上装配的放射性同位素电池，能将
衰变释放的部分核能转化成电能。发生的核反应方程为 ，
下列核反应与 发生的核反应属于同一种类型的是( )
A
A. B.
C. D.
【解析】 根据核反应中质量数与电荷数守恒可知,为,为 衰变。
同理为,为衰变；为, 为原子核的
人工转变；为,为衰变；为 ,
为重核裂变,A正确。
7.［多选］（2023重庆名校联考）物质在 衰变过程中释放出的电子只带走了总能量的
一部分，还有一部分能量“失踪”了，著名物理学家尼尔斯·玻尔据此认为在衰变过程中
能量守恒定律是失效的，后来中微子（一种电荷数和质量数都是零的微观粒子）的发现
解释了这一现象。20世纪40年代初，我国科学家，“两弹一星功勋奖章”获得者王淦昌先
生首先提出了证明中微子存在的实验方案。我们可以对其进行如下描述：静止原子核
俘获一个粒子，可生成一个新原子核，并放出中微子（用“ ”表示），根据核
反应后原子核 的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子
的存在。下列说法正确的是( )
AD
A.粒子是电子 B.粒子 是质子
C.核反应前、后的中子总数不变 D.这个实验的思想是能量守恒和动量守恒
【解析】 该核反应方程为 ,由质量数守恒和电荷数守恒
有, （【点拨】核反应方程遵循两个守恒：质量数守恒和电
荷数守恒）,解得,,所以粒子 是电子。
反应前中子总数,反应后中子总数 ,所以中子数增加1。
由前面分析可知,该实验方案的思想是守恒思想,即利用能量守恒和动量守恒推出中
微子的能量和动量,从而证实它的存在。
. .
. .
考点4 质能方程、质量亏损和比结合能
8.（2023全国乙卷）2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中
我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出了重要贡献。由观测
结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为 。假设释放的能量来自物质
质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为 ）( )
C
A. B. C. D.
【解析】 由题意可知,伽马射线暴每分钟释放的能量量级为 ,根据爱因斯坦质能方
程可知,每分钟平均减少的质量为 ,则每秒钟平均减少
的质量为,量级为 。故选C。
9.（2025河北衡水中学开学摸底）被国际原子能机构称为“新兴 核素”，
可以用于 成像和放射性治疗，有望用于基于放射性核素的诊疗一体化研究。已知
的比结合能为，核反应方程中为新生成粒子， 为释放的
核能。下列说法正确的是( )
C
A.是粒子 B.的结合能为
C.的比结合能为 D.的结合能比 的结合能小
【解析】 根据核反应满足质量数守恒和电荷数守恒可知, 的质量数为0,电荷数为
,则 是电子。
核反应释放核能为结合能之差,电子无结合能,有,则 的结合能为
。
共有64个核子,设比结合能为,有,则 的比结合能为
。
该核反应为放能反应,则生成物的结合能大于反应物的结合能,即 的结合能比
的结合能大。
觉醒集训
1.（2025河北调研联合测评）钷是第61号元素，元素符号为 ，钷147的衰变方程为
，其半衰期为2.6年，则下列说法正确的是( )
C
A.钷147发生的是 衰变
B.钷147的衰变产物中 来自钷原子核的外部
C.100克钷147经过5.2年还剩下25克钷147
D.用钷147制造出的一种化学“复合物”在高温环境下半衰期可能变为3.6年
【解析】 根据质量数守恒和电荷数守恒可知,衰变的产物中的为 ,即为电
子,则发生的是衰变, 衰变产生的电子来自原子核的内部。
钷147的半衰期为年,经过 年,剩余的质量为
。
半衰期是由原子核内部自身的因素决定的,与原子所处的化学状态和外部条件均无
关,所以半衰期不会变。
2.（2025浙江省慈溪中学一模）在核电站中，只要“烧”掉一支铅笔那么多的核燃料，释
放的能量就相当于 标准煤完全燃烧放出的能量。一座百万千瓦级的核电站，每年只
消耗左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤 。关于重核裂变
反应 ，下列说法正确的是( )
B
A.重核裂变反应生成的中子被称为热中子
B.裂变反应产物的比结合能比 大
C.该核反应方程也可简略写为
D.核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，可以减慢链式反应
【解析】 重核裂变反应生成的中子被称为快中子。
生成物的比结合能大于反应物的比结合能,故裂变反应产物的比结合能比
大。
核反应方程应表现为中子轰击铀核,故不可简化。
核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水,可以减慢中子的速度,而通过控制镉棒
的插入深度来控制链式反应速率。
3.［多选］（2023广东广州华南师范附中三
模）1932年1月，约里奥·居里夫妇用 放出
的 射线轰击铍，打出了由粒子 组成的射
线。他们再用粒子 轰击石蜡，打出了粒子
。约里奥·居里夫妇将粒子解释为 射线。
AB
A.均不带电 B.能量都比较大
C.均为电磁波 D.都是由于原子的核外电子跃迁时产生的
仅在一个月之后，查德威克通过实验证实粒子 是中子，约里奥·居里夫妇与中子失之交
臂，这也成为科学史上的一大憾事。约里奥·居里夫妇之所以将中子流当成 射线，是
因为中子流与 射线( )
【解析】 中子不带电, 射线的本质是光子,也不带电。
中子轰击石蜡可以使其发生核反应,可见中子的能量很大,而 射线的能量也比较大,
可以穿透钢板。
中子是实物粒子, 射线是电磁波。
中子是从原子核中射出的, 射线是原子核反应在生成新核时产生的,不是核外电子
跃迁产生的。
4.（2023辽宁卷）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部
分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表
面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为 ,则( )
A
A.①和③的能量相等
B.②的频率大于④的频率
C.用②照射该金属一定能发生光电效应
D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于
【解析】 由题图可知,跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级,
又因释放的能量等于两能级的能量差,所以①和③的能量相等。
由题图可知,②的能量比④的能量小,由公式 可知,②的频率小于④的频率。
用①照射某金属表面时能发生光电效应,但由于②的能量小于①,所以用②照射该金
属时不一定能发生光电效应。
用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为 ,由于④的能量大于①,则由
可知,用④照射该金属逸出光电子的最大初动能一定大于 。
5.（2024山东潍坊二模）图甲为氢原子的能级
图，大量处于第3能级的氢原子，向低能级跃
迁过程中能发出不同频率的光，用这些光照
射图乙中的光电管，有2种频率的、 光可让
光电管发生光电效应。图丙为、 光单独照
D
A.光照强度减小，光电子的最大初动能也减小
B.图乙中滑片从向 端移动过程中，电流表示数逐渐减小
C.光光子的能量为
D.光电管中金属的逸出功为
射光电管时产生的光电流与光电管两端电压 的关系图线。下列说法正确的是( )
【解析】 光电子的最大初动能与光照强度无关。
滑片从向 端移动过程中,A板带正电,电压为正向电压,增大电压,电流达到饱和光
电流后不再增大,电流先增大后不变。
大量处于第3能级的氢原子,跃迁时能产生3种频率的光,能使光电管发生光电效应的
应该是第3能级到第1能级和第2能级到第1能级发出的光, 光的遏止电压大,光子能量高,
所以光光子的能量为 。
因为光的遏止电压为,根据公式可得 ,
,解得 。
6.［多选］（2023年6月浙江卷）有一种新型光电效应量子材料,其逸出功为 。当紫外
光照射该材料时,只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为 的双
缝,在与缝相距为的观测屏上形成干涉条纹,测得条纹间距为,已知电子质量为 ,普朗
克常量为,光速为 ,则( )
AD
A.电子的动量 B.电子的动能
C.光子的能量 D.光子的动量
【解析】
A 由条纹间距、电子动量联立解得 √
B 电子的动能,解得
C 光子的能量,故
D 光子的动量,解得 √
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1.2024年6月，科研人员通过分析我国首颗探日卫星“羲和号”对太阳光谱的观测数据，
精确绘制出国际首个太阳大气自转的三维图像。“羲和号”观测的太阳光谱中有一条谱线，
该谱线所对应光子的频率与氢原子从较高能级直接向 能级跃迁时发出的光子中能
量最小的那个光子的频率相同。已知氢原子的能级为:， ，
，， ，则该谱线所对应光子的能量为( )
B
A. B. C. D.
【解析】 光子的能量为 ,光子能量最小时频率最小,根据玻尔的频率条件
可知,当从能级向 能级跃迁时发出的光子能量最小,最小能量为
。
2.2024年5月24日，《自然》杂志上发表了一项关于首次利用放射性元素钷制造出的一
种化学“复合物”（即钷与周围的一些分子结合在一起的化合物）的成果，这一合成壮举
填补了化学教科书中一个长期存在的空白。下列有关放射性元素的说法正确的是( )
D
A.利用放射性元素钷制造成“复合物”后钷的半衰期会发生变化
B.氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核
C.衰变成要经过8次衰变和6次 衰变
D.放射性元素发生 衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
【解析】 半衰期是由原子核本身性质决定的,所以元素钷制造成“复合物”后钷的半
衰期不会发生变化。
半衰期是描述大量原子核衰变的统计学规律,对极少量原子核的衰变并不适用。
根据电荷数和质量数守恒可得,衰变成要经过 衰变的次数为
,要经过衰变的次数为 。
放射性元素发生 衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的。