2023年高考物理考試易錯(cuò)題：原子 原子核（原卷版）

易錯(cuò)點(diǎn)29原子原子核

錯(cuò)題糾正

例題1.(2023?全國(guó)乙卷-17)醫(yī)學(xué)醫(yī)治中常用放射性核素⑴m產(chǎn)生丫射線，而⑴g是由半

衰期相對(duì)較長(zhǎng)的“3Sn衰變產(chǎn)生的.對(duì)于質(zhì)量為mo的”3Sn,經(jīng)過(guò)時(shí)間/后剩余的i"Sn質(zhì)

量為〃?，其七一/圖線如下圖.從圖中可以得到“Sn的半衰期為()

rn()

A.67.3dB.lOl.Od

C.115.1dD.124.9d

例題2.以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()

A.箍u-匈Th+X中X為中子，核反響類型為。衰變

B.*2H+JH-3He+Y中Y為中子，核反響類型為人工轉(zhuǎn)變

C.2S5U+?n-BM5Xe+9eSr+K,其中K為10個(gè)中子，核反響類型為重核裂變

D尸N+'He-WO+Z,其中Z為氫核，核反響類型為輕核聚變

知識(shí)總結(jié)

一、氫原子光譜、氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式

1.原子的核式結(jié)構(gòu)

(1)電子的發(fā)覺(jué)：英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)覺(jué)了電子。

(2)a粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909?1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用a粒子

轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)覺(jué)絕大多數(shù)a粒子穿過(guò)金箔后根本上仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，但有少

數(shù)a粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90。，也就是說(shuō)它們兒乎被"撞"了回

來(lái)。

(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)

量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。

2.光譜

(1)光譜

用光柵或棱鏡可以把光按波長(zhǎng)展開，獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。

⑵光譜分類

有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫做線狀譜。

有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜。

(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

巴耳末線系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)公式工=網(wǎng)=一2],("=3,4,5,…)，

A\22n2]

R是里德伯常量，R=1.10xl07mT,n為量子數(shù)。

3.玻爾理論

(1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)子是穩(wěn)定的，電子

雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。

(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或汲取肯定頻率的光子，光子的

能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即加=￡皿一￡"。(h是普朗克常量，h=6.63xl0-34J-s)

(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是

不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。

4.氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式

(1)氫原子的能級(jí)

能級(jí)圖如下圖

4

8E/eV

5

4利0.54

3--O.85

--I.51

2

-3.40

11ml----------------------------------13.60

(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑

1

①氫原子的能級(jí)公式：(n=l,2,3,…)，其中且為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1=—1

n2

3.6eVo

②氫原子的半徑公式：(n=l,2,3,…)，其中％為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其

數(shù)值為ri=0.53xl0T。m?

二、原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素

1.原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。

2.天然放射現(xiàn)象

(1)天然放射現(xiàn)象

元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)覺(jué)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)覺(jué)，說(shuō)明原子核具

有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

(2)放射性和放射性元素

物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。

(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是a射線、。射線、Y射線。

(4)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)

①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性

質(zhì)相同。

②應(yīng)用：排除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。

③防護(hù)：預(yù)防放射性對(duì)人體組織的損害。

3.原子核的衰變

(1)衰變：原子核放出a粒子或。粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。

(2)分類

a衰變：^X->i-JY+aHe

B衰變：EXfz*iY+P】e

(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。半衰期由原子核內(nèi)部的因

素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

三、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損

1.核力

(1)定義：

原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。

(2)特點(diǎn)：

①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；

②核力是短程力，作用范圍在1.5xlOT5m之內(nèi)；

③每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。

2.結(jié)合能

核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)汲取的能量，叫做原子核的結(jié)合

能，亦稱核能。

3.比結(jié)合能

(1)定義：

原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。

(2)特點(diǎn)：

不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，

原子核越穩(wěn)定。

4.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損

愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,原子核的質(zhì)量必定比組成它的核子的質(zhì)量和要小Am,這就是

質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能AE=Amc2。

四、裂變反響和聚變反響、裂變反響堆核反響方程

1.重核裂變

(1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的

過(guò)程。

(2)典型的裂變反響方程：

班U+5-8e|<r+B?Ba+30n。

(3)鏈?zhǔn)椒错懀河芍睾肆炎儺a(chǎn)生的中子使裂變反響一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程。

(4)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒错懙淖钚◇w積及其相應(yīng)的質(zhì)量。

(5)裂變的應(yīng)用：X、核反響堆。

(6)反響堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)層。

2.輕核聚變

(1)定義：兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反響過(guò)程。輕核聚變反響必須在高溫下進(jìn)行，因

此又叫熱核反響。

(2)典型的聚變反響方程：

%+3H玲aHe+@n+17.6MeV

易混點(diǎn):

I.三種射線，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是丫射線、0射線、a射線.

2.p衰變中的電子不是來(lái)源于原子核外電子，而是核內(nèi)一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子.

3.發(fā)生0衰變時(shí)，新核的電荷數(shù)增加I.

4.如果現(xiàn)在有100個(gè)某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后不肯定還剩50個(gè).

5.原子核的比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定.

6.核反響中，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，肯定有核能產(chǎn)生.

舉一反三

1.（多項(xiàng)選擇）（2023?全國(guó)卷IT9）以下核反響方程中，Xi、X2、X3、X4代表a粒子的有

（）

A.2H+2H-?n+X）

2J

B.H+H-?n+X2

C.255U+?n-156,Ba+8eKr+3X3

s1

D.?n+Li-H+X4

2.（2023?全國(guó)卷IIT5）太陽(yáng)內(nèi)部核反響的主要模式之一是質(zhì)子一質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表

33

示為4>H-He+20e+2v,已知>H和He的質(zhì)量分別為%=1.0078u和wa=4.0026u,lu

=931MeV/c2,c為光速.在4個(gè)轉(zhuǎn)變成1個(gè)aHe的過(guò)程中，釋放的能量約為（）

A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeV

3.（多項(xiàng)選擇）用中子（3）轟擊鈾核（亞⑺產(chǎn)生裂變反響，會(huì)產(chǎn)生鋼核（陽(yáng)Ba）和氟（gKr）并釋放

中子（3）,到達(dá)某些條件時(shí)可發(fā)生鏈?zhǔn)椒错?，一個(gè)鈾核（強(qiáng)⑺裂變時(shí)，釋放的能量約為200

MeV

（1eV=1.6X10-'9J）.以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是（）

A/?u裂變方程為3?U-B6,Ba+8eKr+20n

B平u裂變方程為豳Ba+8@Kr+3%

C.^U發(fā)生鏈?zhǔn)椒错懙臈l件與鈾塊的體積有關(guān)

D.一個(gè)強(qiáng)U裂變時(shí)，質(zhì)量虧損約為3.6X10-28kg

易錯(cuò)題通關(guān)

1.（2023?湖南卷-1）核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要妥善處理.以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是

（）

A.放射性元素經(jīng)過(guò)兩個(gè)完整的半衰期后，將完全衰變殆盡

B.原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒

C.改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期

D.過(guò)量放射性輻射對(duì)人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量?jī)?nèi)則沒(méi)有損害

2.2023年12月4日，新一代“人造太陽(yáng)”裝置——中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M裝置（HL—2M）在

成都建成并第一次完成利用核聚變放電.以下方程中，正確的核聚變反響方程是（）

A?H+}H-3He+?n

BFUf^Th+aHe

C.2?u+%f^Ba+^Kr+B%

D.3He+23Al^J6P+?n

3.(2023?河北卷-1)銀河系中存在大量的鋁同位素26A1,26Al核)3衰變的衰變方程為2認(rèn)1一

28Mg+?e,測(cè)得26Al核的半衰期為72萬(wàn)年，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()

A.26Al核的質(zhì)量等于26Mg核的質(zhì)量

B.26Al核的中子數(shù)大于26Mg核的中子數(shù)

C.將鋁同位素26Al放置在低溫低壓的環(huán)境中，其半衰期不變

D.銀河系中現(xiàn)有的鋁同位素26Al將在144萬(wàn)年后全部衰變?yōu)?6Mg

4.(多項(xiàng)選擇)(2023?浙江6月選考-14)對(duì)四個(gè)核反響方程(1嚴(yán)U-^Th+aHe；(2)酶Th一現(xiàn)

Pa+

切e；(3)mN+8He-B7O+1H；(4)1H+IH^aHe+?n+17.6MeV.

以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()

A.(1)(2)式核反響沒(méi)有釋放能量

B.(1)(2)⑶式均是原子核衰變方程

C.(3)式是人類第一次完成原子核轉(zhuǎn)變的方程

D.利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一

5.(2023?全國(guó)甲卷-17)如圖，一個(gè)原子核X經(jīng)圖中所示的一系列a、0衰變后，生成穩(wěn)定

的原子核Y,在此過(guò)程中放射出電子的總個(gè)數(shù)為()

A.6B.8C.10D.14

6.（多項(xiàng)選擇）鈾核裂變的一種方程為酶U+X-舞Sr+??Xe+3°n,己知原子核的比結(jié)合能

與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系如下圖，以下說(shuō)法中正確的有（）

比結(jié)合能/MeV

0一■H-卜卜-?)-!-(?十?

4016()2(X)24)質(zhì)量數(shù)A

A.X粒子是中子

B.X粒子是質(zhì)子

C.鰭U、9￡r、.Xe相比，9，Sr的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定

D.^U、9，Sr、融Xe相比，強(qiáng)U的質(zhì)量數(shù)最大，結(jié)合能最大，最穩(wěn)定

7.（2023?全國(guó)卷H78）笊核2H可通過(guò)一系列聚變反響釋放能量，其總效果可用反響式6?

H-

23He+2iH+20n+43.15MeV表示.海水中富含笊，已知1kg海水中含有的笊核約為

1.0X1022個(gè)，假設(shè)全都發(fā)生聚變反響，其釋放的能量與質(zhì)量為"的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱

量相等；已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9X107j/MeV=1.6X10-13J,則A/約

為（）

A.40kgB.100kg

C.400kgD.I000kg

8.（多項(xiàng)選擇）（2023?浙江7月選考-14）太陽(yáng)輻射的總功率約為4X1026w,其輻射的能量來(lái)

自于聚變反響.在聚變反響中，一個(gè)質(zhì)量為1876.1MeV/c2（c為真空中的光速）的笊核（田）

和一個(gè)質(zhì)量為2809.5MeV/c2的瓶核（咱）結(jié)合為一個(gè)質(zhì)量為3728.4MeV/c2的氫核-He）,并

放出一個(gè)X粒子，同時(shí)釋放大約17.6MeV的能量.以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是（）

A.X粒子是質(zhì)子

B.X