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(共32張PPT)
專題十六 原子物理
考向二 原子核
2025年高考物理專題復習資料
考點切片
考點1 原子核組成與三種射線
1.（2023廣東卷）理論認為，大質量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應 的
影響。下列說法正確的是( )
D
A.是粒子，射線穿透能力比 射線強
B.是粒子，射線電離能力比 射線強
C.是粒子，射線穿透能力比 射線強
D.是粒子，射線電離能力比 射線強
【解析】 根據核反應方程滿足質量數和電荷數守恒可知,是粒子 ,三種射線的
穿透能力：射線最強,射線最弱。三種射線的電離能力：射線最強, 射線最弱,
故選D。
2.（2023全國甲卷）在下列兩個核反應方程中
和代表兩種不同的原子核，以和分別表示 的電荷數和質量數，則( )
D
A., B., C., D.,
【解析】 解法一
解法二
通過第二個核反應方程可知,,所以 ,排除A、B、C項,快速選出D項。
跳跳學長有話說
題目中第一個核反應方程為盧瑟福利用粒子轟擊 （氮）原子核發現質子的方
程,即。此外,盧瑟福的學生查德威克利用粒子轟擊 （鈹）
原子核發現中子,即 。
考點2 原子核的衰變與半衰期
3.（2024安徽安慶一中三模）居里夫婦和貝克勒爾由于對放射性的研究而一起獲得1903
年的諾貝爾物理學獎，他們發現自然界中很多元素具有放射性，其中金屬釷
具有放射性，它能放出一個新的粒子而變為鏷，同時伴隨有 射線產生，其
方程為 ，釷的半衰期為24天，下列說法正確的是( )
D
A. 是釷核中的一個質子轉化成一個中子時產生的
B. 為釷核外的電子
C. 射線的本質就是高速中子流
D. 釷經過96天后還剩
【解析】 根據核反應方程電荷數和質量數守恒可知,為電子 ,這個電子并
非原子核外的電子,而是由原子核內的一個中子變成一個質子的同時放出的。
射線的本質就是光子流。
根據知,剩余釷的質量 。
4.（2024山東濟南山師附中模擬預測）2024年1月天津大學
科研團隊攻克了長期以來阻礙石墨烯電子學發展的關鍵技
術難題，打開了石墨烯帶隙，開啟了石墨烯芯片制造領域
的“大門”。石墨烯是C的同素異形體，目前已知C的同位素
共有15種，其中是一種放射性的元素，可衰變為 ，圖
中包含 衰變相關信息，下列說法正確的是( )
D
A.當環境溫度變化時， 的半衰期會發生改變
B.轉變為，衰變方式為 衰變
C.32個 原子核在經過22 920年后還剩2個
D.當數量是數量的3倍時， 衰變經歷的時間為11 460年
【解析】 放射性元素的半衰期是由原子核內部自身因素決定的,跟原子所處的化學
狀態和外部條件沒有關系。
根據衰變過程中電荷數守恒和質量數守恒可得,其衰變方程為 ,則可
知其為 衰變。
衰變服從量子統計規律,只對大量的原子才有意義。
由題圖可知,的衰變周期為5 730年,當數量是 數量的3倍時,根據
,可知,解得 年。
5.（2023山東青島五十八中學期末）自然界中一些放射性重元素
往往會發生一系列連續的遞次衰變，又稱為放射系或衰變鏈。每
個放射性衰變鏈都有一個半衰期很長的始祖核素，經過若干次連
續衰變，直至生成一個穩定核素。已知 的衰變鏈如圖所示，
下列判斷正確的是( )
A
A.圖中的橫坐標表示核電荷數，縱坐標表示中子數
B.衰變最終生成的穩定核素為
C. 衰變最終生成穩定核素，共有兩種不同的衰變路徑
D.衰變最終生成穩定核素，共發生了7次衰變，2次 衰變
【解析】 的核電荷數為92,質量數為235,中子數為143,結合衰變鏈圖可知,題圖
中的橫坐標表示核電荷數,而縱坐標表示中子數。
由題圖可知,最終生成的穩定核素的核電荷數為82,核子數為 ,為
。
由題圖可知,衰變為后,接下來可能發生 衰變生成,亦可能發生 衰變生
成。而衰變至后亦存在兩條衰變路徑,所以衰變生成 ,共有四條不同
的衰變路徑。
由題圖結合前面對C項的分析可知,沿任何一條路徑,最終都是發生7次 衰變,4次
衰變。
考點3 核反應和核反應類型
6.（2024吉林長春市第二實驗中學期末）“玉兔二號”上裝配的放射性同位素電池，能將
衰變釋放的部分核能轉化成電能。發生的核反應方程為 ，
下列核反應與 發生的核反應屬于同一種類型的是( )
A
A. B.
C. D.
【解析】 根據核反應中質量數與電荷數守恒可知,為,為 衰變。
同理為,為衰變；為, 為原子核的
人工轉變；為,為衰變；為 ,
為重核裂變,A正確。
7.［多選］（2023重慶名校聯考）物質在 衰變過程中釋放出的電子只帶走了總能量的
一部分，還有一部分能量“失蹤”了，著名物理學家尼爾斯·玻爾據此認為在衰變過程中
能量守恒定律是失效的，后來中微子（一種電荷數和質量數都是零的微觀粒子）的發現
解釋了這一現象。20世紀40年代初，我國科學家，“兩彈一星功勛獎章”獲得者王淦昌先
生首先提出了證明中微子存在的實驗方案。我們可以對其進行如下描述：靜止原子核
俘獲一個粒子，可生成一個新原子核，并放出中微子（用“ ”表示），根據核
反應后原子核 的動能和動量，可以間接測量中微子的能量和動量，進而確定中微子
的存在。下列說法正確的是( )
AD
A.粒子是電子 B.粒子 是質子
C.核反應前、后的中子總數不變 D.這個實驗的思想是能量守恒和動量守恒
【解析】 該核反應方程為 ,由質量數守恒和電荷數守恒
有, （【點撥】核反應方程遵循兩個守恒：質量數守恒和電
荷數守恒）,解得,,所以粒子 是電子。
反應前中子總數,反應后中子總數 ,所以中子數增加1。
由前面分析可知,該實驗方案的思想是守恒思想,即利用能量守恒和動量守恒推出中
微子的能量和動量,從而證實它的存在。
. .
. .
考點4 質能方程、質量虧損和比結合能
8.（2023全國乙卷）2022年10月，全球眾多天文設施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中
我國的“慧眼”衛星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出了重要貢獻。由觀測
結果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內釋放的能量量級為 。假設釋放的能量來自物質
質量的減少，則每秒鐘平均減少的質量量級為（光速為 ）( )
C
A. B. C. D.
【解析】 由題意可知,伽馬射線暴每分鐘釋放的能量量級為 ,根據愛因斯坦質能方
程可知,每分鐘平均減少的質量為 ,則每秒鐘平均減少
的質量為,量級為 。故選C。
9.（2025河北衡水中學開學摸底）被國際原子能機構稱為“新興 核素”，
可以用于 成像和放射性治療，有望用于基于放射性核素的診療一體化研究。已知
的比結合能為，核反應方程中為新生成粒子， 為釋放的
核能。下列說法正確的是( )
C
A.是粒子 B.的結合能為
C.的比結合能為 D.的結合能比 的結合能小
【解析】 根據核反應滿足質量數守恒和電荷數守恒可知, 的質量數為0,電荷數為
,則 是電子。
核反應釋放核能為結合能之差,電子無結合能,有,則 的結合能為
。
共有64個核子,設比結合能為,有,則 的比結合能為
。
該核反應為放能反應,則生成物的結合能大于反應物的結合能,即 的結合能比
的結合能大。
覺醒集訓
1.（2025河北調研聯合測評）钷是第61號元素，元素符號為 ，钷147的衰變方程為
，其半衰期為2.6年，則下列說法正確的是( )
C
A.钷147發生的是 衰變
B.钷147的衰變產物中 來自钷原子核的外部
C.100克钷147經過5.2年還剩下25克钷147
D.用钷147制造出的一種化學“復合物”在高溫環境下半衰期可能變為3.6年
【解析】 根據質量數守恒和電荷數守恒可知,衰變的產物中的為 ,即為電
子,則發生的是衰變, 衰變產生的電子來自原子核的內部。
钷147的半衰期為年,經過 年,剩余的質量為
。
半衰期是由原子核內部自身的因素決定的,與原子所處的化學狀態和外部條件均無
關,所以半衰期不會變。
2.（2025浙江省慈溪中學一模）在核電站中，只要“燒”掉一支鉛筆那么多的核燃料，釋
放的能量就相當于 標準煤完全燃燒放出的能量。一座百萬千瓦級的核電站，每年只
消耗左右的濃縮鈾，而同樣功率的火電站，每年要燒煤 。關于重核裂變
反應 ，下列說法正確的是( )
B
A.重核裂變反應生成的中子被稱為熱中子
B.裂變反應產物的比結合能比 大
C.該核反應方程也可簡略寫為
D.核電站常用的慢化劑有石墨、重水和普通水，可以減慢鏈式反應
【解析】 重核裂變反應生成的中子被稱為快中子。
生成物的比結合能大于反應物的比結合能,故裂變反應產物的比結合能比
大。
核反應方程應表現為中子轟擊鈾核,故不可簡化。
核電站常用的慢化劑有石墨、重水和普通水,可以減慢中子的速度,而通過控制鎘棒
的插入深度來控制鏈式反應速率。
3.［多選］（2023廣東廣州華南師范附中三
模）1932年1月，約里奧·居里夫婦用 放出
的 射線轟擊鈹，打出了由粒子 組成的射
線。他們再用粒子 轟擊石蠟，打出了粒子
。約里奧·居里夫婦將粒子解釋為 射線。
AB
A.均不帶電 B.能量都比較大
C.均為電磁波 D.都是由于原子的核外電子躍遷時產生的
僅在一個月之后，查德威克通過實驗證實粒子 是中子，約里奧·居里夫婦與中子失之交
臂，這也成為科學史上的一大憾事。約里奧·居里夫婦之所以將中子流當成 射線，是
因為中子流與 射線( )
【解析】 中子不帶電, 射線的本質是光子,也不帶電。
中子轟擊石蠟可以使其發生核反應,可見中子的能量很大,而 射線的能量也比較大,
可以穿透鋼板。
中子是實物粒子, 射線是電磁波。
中子是從原子核中射出的, 射線是原子核反應在生成新核時產生的,不是核外電子
躍遷產生的。
4.（2023遼寧卷）原子處于磁場中，某些能級會發生劈裂。某種原子能級劈裂前后的部
分能級圖如圖所示，相應能級躍遷放出的光子分別設為①②③④。若用①照射某金屬表
面時能發生光電效應，且逸出光電子的最大初動能為 ,則( )
A
A.①和③的能量相等
B.②的頻率大于④的頻率
C.用②照射該金屬一定能發生光電效應
D.用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于
【解析】 由題圖可知,躍遷時放出的光子①和③均由同一高能級躍遷到同一低能級,
又因釋放的能量等于兩能級的能量差,所以①和③的能量相等。
由題圖可知,②的能量比④的能量小,由公式 可知,②的頻率小于④的頻率。
用①照射某金屬表面時能發生光電效應,但由于②的能量小于①,所以用②照射該金
屬時不一定能發生光電效應。
用①照射某金屬時逸出光電子的最大初動能為 ,由于④的能量大于①,則由
可知,用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能一定大于 。
5.（2024山東濰坊二模）圖甲為氫原子的能級
圖，大量處于第3能級的氫原子，向低能級躍
遷過程中能發出不同頻率的光，用這些光照
射圖乙中的光電管，有2種頻率的、 光可讓
光電管發生光電效應。圖丙為、 光單獨照
D
A.光照強度減小，光電子的最大初動能也減小
B.圖乙中滑片從向 端移動過程中，電流表示數逐漸減小
C.光光子的能量為
D.光電管中金屬的逸出功為
射光電管時產生的光電流與光電管兩端電壓 的關系圖線。下列說法正確的是( )
【解析】 光電子的最大初動能與光照強度無關。
滑片從向 端移動過程中,A板帶正電,電壓為正向電壓,增大電壓,電流達到飽和光
電流后不再增大,電流先增大后不變。
大量處于第3能級的氫原子,躍遷時能產生3種頻率的光,能使光電管發生光電效應的
應該是第3能級到第1能級和第2能級到第1能級發出的光, 光的遏止電壓大,光子能量高,
所以光光子的能量為 。
因為光的遏止電壓為,根據公式可得 ,
,解得 。
6.［多選］（2023年6月浙江卷）有一種新型光電效應量子材料,其逸出功為 。當紫外
光照射該材料時,只產生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為 的雙
縫,在與縫相距為的觀測屏上形成干涉條紋,測得條紋間距為,已知電子質量為 ,普朗
克常量為,光速為 ,則( )
AD
A.電子的動量 B.電子的動能
C.光子的能量 D.光子的動量
【解析】
A 由條紋間距、電子動量聯立解得 √
B 電子的動能,解得
C 光子的能量,故
D 光子的動量,解得 √
覺醒原創
1.2024年6月，科研人員通過分析我國首顆探日衛星“羲和號”對太陽光譜的觀測數據，
精確繪制出國際首個太陽大氣自轉的三維圖像。“羲和號”觀測的太陽光譜中有一條譜線，
該譜線所對應光子的頻率與氫原子從較高能級直接向 能級躍遷時發出的光子中能
量最小的那個光子的頻率相同。已知氫原子的能級為:， ，
，， ，則該譜線所對應光子的能量為( )
B
A. B. C. D.
【解析】 光子的能量為 ,光子能量最小時頻率最小,根據玻爾的頻率條件
可知,當從能級向 能級躍遷時發出的光子能量最小,最小能量為
。
2.2024年5月24日，《自然》雜志上發表了一項關于首次利用放射性元素钷制造出的一
種化學“復合物”（即钷與周圍的一些分子結合在一起的化合物）的成果，這一合成壯舉
填補了化學教科書中一個長期存在的空白。下列有關放射性元素的說法正確的是( )
D
A.利用放射性元素钷制造成“復合物”后钷的半衰期會發生變化
B.氡的半衰期為3.8天，4個氡原子核經過7.6天后就一定只剩下1個氡原子核
C.衰變成要經過8次衰變和6次 衰變
D.放射性元素發生 衰變時所釋放的電子是原子核內的中子轉化為質子時產生的
【解析】 半衰期是由原子核本身性質決定的,所以元素钷制造成“復合物”后钷的半
衰期不會發生變化。
半衰期是描述大量原子核衰變的統計學規律,對極少量原子核的衰變并不適用。
根據電荷數和質量數守恒可得,衰變成要經過 衰變的次數為
,要經過衰變的次數為 。
放射性元素發生 衰變時所釋放的電子是原子核內的中子轉化為質子時產生的。

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