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第三节 原子与原子核
一、原子的核式结构
1．α粒子散射试验的结果
绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示．
2．原子的核式结构
在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．
1.下列说法正确的是( )
A．汤姆孙首先发觉了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型
B．卢瑟福做α粒子散射试验时发觉绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转
C．α粒子散射试验说明白原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
D．卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并解释了α粒子发生大角度偏转的缘由
答案：BCD
二、玻尔理论
1．定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．
2．跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸取确定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差打算．即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s)
3．轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．
4．氢原子的能级、能级公式
(1)氢原子的能级图(如图所示)
(2)氢原子的能级和轨道半径
①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.
②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.
2.依据玻尔理论，下列说法正确的是( )
A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波
B．处于定态的原子，其电子绕核运动，但它并不向外辐射能量
C．原子内电子的可能轨道是不连续的
D．原子能级跃迁时，辐射或吸取光子的能量取决于两个轨道的能量差
答案：BCD
三、自然 放射现象、原子核的组成
1．自然 放射现象
(1)自然 放射现象
元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发觉．自然 放射现象的发觉，说明原子核具有简洁的结构．
(2)放射性和放射性元素：物质放射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．
(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线．
2．原子核
(1)原子核的组成
①原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．
②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝质子数＋中子数．
(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．
3.(2022·高考福建卷)如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是( )
A．①表示γ射线，③表示α射线
B．②表示β射线，③表示α射线
C．④表示α射线，⑤表示γ射线
D．⑤表示β射线，⑥表示α射线
答案：C
四、原子核的衰变和半衰期
1．原子核的衰变
(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．
(2)分类
α衰变：X→Y＋He
β衰变：X→Y＋e
2．半衰期
(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．
(2)衰变规律：N＝N0t/τ、m＝m0t/τ
(3)影响因素：由原子核内部因素打算，跟原子所处的物理化学状态无关．
4.关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有( )
A．是原子核质量削减一半所需的时间
B．是原子核有半数发生衰变所需的时间
C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减小放射性元素的半衰期
D．可以用来测定地质年月、生物年月等
答案：BD
五、核力、结合能、质量亏损、核反应
1．核力
(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．
(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；
②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内；
③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．
2．核能
(1)结合能
核子结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸取的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．
(2)比结合能
①定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能．
②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．
3．质能方程、质量亏损
爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必定比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.
4．获得核能的途径：(1)重核裂变；(2)轻核聚变．
5．核反应
(1)遵守的规律：电荷数守恒、质量数守恒．
(2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变．
5.(2021·扬州中学模拟)依据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变试验装置，又称“人造太阳”，已完成了首次工程调试，下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )
A．“人造太阳”的核反应方程是H＋H→He＋n
B．“人造太阳”的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n
C．“人造太阳”释放的能量大小计算公式是ΔE＝Δmc2
D．“人造太阳”核能大小计算公式是E＝Δmc2
答案：AC
考点一 氢原子能级及能级跃迁
1．原子跃迁的条件
(1)原子跃迁条件hν＝Em－En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的状况．
(2)当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸取，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸取的光子能量大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有确定的初动能．
(3)原子还可吸取外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸取，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁．
2．跃迁中两个易混问题
(1)一群原子和一个原子：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的状况只有一种，但是假如容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种状况毁灭了．
(2)直接跃迁与间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时．有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种状况下辐射(或吸取)光子的能量是不同的．直接跃迁时辐射(或吸取)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸取)的全部光子的能量和．
(2022·高考山东卷)氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下推断正确的是( )
A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm
B．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级
C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
D．用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级
[解析] 依据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长确定小于656 nm，因此A选项错误；依据发生跃迁只能吸取和辐射确定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确．
[答案] CD
[总结提升] (1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的．
(2)能级之间发生跃迁时放出(吸取)光子的频率由hν＝Em－En求得．若求波长可由公式c＝λν求得．
(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．
(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：
①用数学中的组合学问求解：N＝C＝.
②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能状况一一画出，然后相加．
1.如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是( )
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最简洁表现出衍射现象
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
解析：选D.这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C＝＝6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不简洁表现出衍射现象，选项C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV，所以能使金属铂发生光电效应，选项D正确．
考点二 氢原子的能量及其变化
1．原子能量：En＝Ekn＋Epn＝，随n(r)增大而增大，其中E1＝－13.6 eV.
2．电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力供应向心力，即k＝m，所以Ekn＝k，随n(r)增大而减小．
3．电势能：通过库仑力做功推断电势能的增减．当n减小，即轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，n增大，即轨道半径增大时，电势能增加．
氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10 m，能量E1＝－13.6 eV，求氢原子处于基态时：
(1)电子的动能；
(2)原子的电势能；
(3)用波长是多少的光照射可使其电离？
[解析] (1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v1，则：k＝.
所以电子动能Ek1＝mv＝
＝ eV＝13.6 eV.
(2)由于E1＝Ek1＋Ep1，
所以Ep1＝E1－Ek1
＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV.
(3)设用波长为λ的光照射可使氢原子电离：
＝0－E1.
所以λ＝－＝ m
＝9.14×10－8 m.
[答案] (1)13.6 eV (2)－27.2 eV (3)9.14×10－8 m
2.依据玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸取一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h)．
解析：电子离原子核越远电势能越大，原子能量也就越大；依据动能定理有，hν＋E1＝mv2，所以电离后电子速度为 .
答案：越大
考点三 原子核的衰变 半衰期 [同学用书P260]
1．衰变规律及实质
(1)两种衰变的比较
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
X→Y＋He
X→Y＋e
衰变实质
2个质子和2个中子
结合成一个整体射出
中子转化为
质子和电子
2H＋2n→He
n→H＋e
衰变规律
质量数守恒、电荷数守恒
(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．
2．确定衰变次数的方法
由于β衰变对质量数无影响，先由质量数的转变确定α衰变的次数，然后再依据衰变规律确定β衰变的次数．
3．半衰期
(1)公式：N余＝N原t/τ，m余＝m原t/τ
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素打算的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．
(2022·高考江苏卷)氡222是一种自然 放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤．它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是Rn→Po＋________. 已知Rn的半衰期约为 3.8 天，则约经过________天，16 g 的Rn衰变后还剩 1 g.
[解析] 依据质量数、电荷数守恒得
衰变方程为Rn→Po＋He.
依据衰变规律及半衰期公式可得m＝m0，
代入数值解得t＝15.2天．
[答案] He 15.2
3.目前，在居室装潢中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素．下列有关放射性学问的说法中正确的是( )
A.U衰变成Pb要经过6次β衰变和8次α衰变
B．氡的半衰期为3.8天，若有16个氡原子核，经过7.6天后确定只剩下4个氡原子核
C．放射性元素发生β衰变时所释放出的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
D．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本事远比γ射线弱
解析：选AC.发生α衰变的次数为＝8(次)，发生β衰变的次数为8×2－(92－82)＝6(次)，故A正确．半衰期是对大量放射性原子核而言，对少数放射性原子核并不适用，故B错误．中子衰变方程为：n→H＋e，故C正确．β射线是电子流，D错．
考点四 核反应类型与核反应方程
1．核反应的四种类型：衰变、人工转变、裂变和聚变．
2．核反应过程一般都是不行逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．
3．核反应的生成物确定要以试验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰诞生成物来写核反应方程．
4．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化．
5．核反应遵循电荷数守恒．
(1)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( )
A.U→Th＋He 是α衰变
B.N＋He→O＋H 是β衰变
C.H＋H→He＋n 是轻核聚变
D.Se→Kr＋2e 是重核裂变
(2)现有四个核反应：
A.H＋H→He＋n
B.U＋n→X＋Kr＋3n
C.Na→Mg＋e
D.He＋Be→C＋n
①________是发觉中子的核反应方程，________是争辩原子弹的基本核反应方程，________是争辩氢弹的基本核反应方程．
②求B中X的质量数和中子数．
[解析] (1)A为α衰变，B为原子核的人工转变，C为轻核聚变，D为β衰变，故A、C正确．
(2)①D为查德威克发觉中子的核反应方程；B是争辩原子弹的基本核反应方程；A是争辩氢弹的基本核反应方程．
②X的质量数为：(235＋1)－(89＋3)＝144
X的质子数为：92－36＝56
X的中子数为：144－56＝88.
[答案] (1)AC (2)①D B A ②144 88
4.能源是社会进展的基础，进展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有( )
A.H＋H→He＋n是核聚变反应
B.H＋H→He＋n是β衰变
C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应
D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变
解析：选AC.H＋H→He＋n是核聚变反应，不是β衰变，A正确，B错误；C、D中都是核裂变反应，C正确，D错误．
考点五 有关核能的计算
1．应用质能方程解题的流程图
→→
(1)依据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．
(2)依据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．
2．利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．
氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：H＋H→He＋x，式中x是某种粒子．已知：H、H、He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子x是____，该反应释放出的能量为________MeV(结果保留三位有效数字)．
[解析] 依据反应方程H＋H→He＋x，并结合质量数守恒和电荷数守恒知x为n；反应释放出的能量由质能方程ΔE＝Δmc2计算，其中质量亏损
Δm＝m(H)＋m(H)－m(He)－m(n)，
所以有ΔE＝Δmc2＝(2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u)c2＝0.018 9×931.5 MeV＝17.6 MeV.
[答案] n(中子) 17.6
5.(2022·高考北京卷)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( )
A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c
C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2
解析：选C.由质能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确，A、B、D错误．
物理思想——守恒思想在核反应中的应用
(9分)一个静止的氡核Rn放出一个α粒子后衰变为钋核Po，同时放出能量为E＝0.09 MeV的光子．假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能，不计光子的动量．已知M氡＝222.086 63 u、mα＝4.002 6 u、M钋＝218.076 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量．
(1)写出上述核反应方程；
(2)求动身生上述核反应放出的能量；
(3)确定钋核与α粒子的动能．
[审题点睛] (1)质量亏损放出的能量等于新核动能、α粒子动能与光子能量之和．
(2)不计光子的动量，新核与α粒子总动量等于衰变前氡核的动量．
—————————该得的分一分不丢！
(1)Rn→Po＋He＋γ.(2分)
(2)质量亏损Δm＝222.086 63 u－4.002 6 u－218.076 6 u＝0.007 43 u(1分)
ΔE＝Δmc2＝0.007 43×931.5 MeV
＝6.92 MeV.(1分)
(3)设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得：ΔE＝Ekα＋Ek钋＋E(1分)
不计光子的动量，由动量守恒定律得：
0＝pα＋p钋(1分)
又Ek＝，故Ekα∶Ek钋＝218∶4(2分)
联立解得Ek钋＝0.12 MeV，Ekα＝6.71 MeV.(1分)
[答案] (1)Rn→Po＋He＋γ (2)6.92 MeV
(3)0.12 MeV 6.71 MeV
[总结提升] (1)在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示．
(2)只有利用ΔE＝Δmc2时，才考虑质量亏损，在动量和能量守恒方程中，不考虑质量亏损．
(3)留意比例运算求解．
1．(2021·天津十二区县重点中学联考)下列说法正确的是( )
A．依据自然 放射现象，卢瑟福提出了原子的核式结构
B．一个氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级，该氢原子吸取光子，能量增加
C．铀(U)经过多次α、β衰变形成稳定的铅(Pb)的过程中，有6个中子转变成质子
D．机场、车站等地进行平安检查时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了γ射线较强的穿透力气
解析：选C.卢瑟福提出原子的核式结构的试验依据是α粒子散射试验，A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，氢原子要放出光子，能量减小，B错误；机场、车站等地进行平安检查，利用的是X射线的穿透本事，D错误．
2．(2021·江西景德镇第一次质检)下列说法中正确的是( )
A．卢瑟福通过试验发觉了质子的核反应方程为He＋N→O＋H
B．铀核裂变的核反应是：U→Ba＋Kr＋2n
C．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
D．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时放射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸取波长为λ2的光子，已知λ1>λ2，那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸取波长为的光子
解析：选ACD.发觉质子的核反应方程为He＋N→O＋H，A正确；用中子轰击铀核才能发生裂变反应，B错误；由质能方程，知质子和中子结合成一个α粒子，质量亏损为(2m1＋2m2－m3)，释放的能量为(2m1＋2m2－m3)c2，C正确；原子从a能级状态跃迁到b能级状态放射波长为λ1的光子，则a能级比b能级能量高hc/λ1，原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸取波长为λ2的光子，则c能级比b能级的能量高hc/λ2，则a能级比c能级的能量低hc/λ2－hc/λ1，从a能级跃迁到c能级要吸取的光子波长为λ，能量为hc/λ＝hc/λ2－hc/λ1，吸取光子的波长为，D正确．
3．(2021·武汉武昌区调研)一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)．u为原子质量单位．该核衰变反应方程式为________________________________________________________；
该反应中的质量亏损为______u；释放的核能为____MeV.
解析：依据质量数守恒和核电荷数守恒可知核反应方程式为U→Th＋He.
质量亏损为Δm＝mU－mTh－mα＝(232.037 2－228.028 7－4.002 6)u＝0.005 9 u
释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV＝5.5 MeV.
答案：U→Th＋He 0.005 9 5.5
4．氢原子的能级图如图所示，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁过程中可以辐射出光子，则( )
A．最多能辐射出6种频率的光子
B．辐射出的波长最大的光子最简洁使某种金属发生光电效应
C．辐射出的光子最大能量为12.75 eV
D．一群处于n＝1能级的氢原子吸取11.0 eV的光子，确定有氢原子可以跃迁到n＝2能级
E．从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子频率最低
解析：选ACE.由n＝4能级向低能级跃迁过程中可以辐射出的不同频率的光子种数为C＝6，A正确；光子的能量ΔE＝Em－En，所以最大能量为ΔE＝E4－E1＝12.75 eV，C正确；由c＝λν和E＝hν可知，频率越大的光子能量越大，波长越短，故应当是波长越短的光子越简洁使某种金属发生光电效应，B错误；11.0 eV的光子，其能量值不能满足ΔE＝Em－En，D错误；从n＝4能级跃迁到n＝3能级时ΔE＝E4－E3＝0.66 eV，最小，故辐射出的光子频率最低，E正确．
5．(2021·南京模拟)钚的一种同位素Pu衰变时释放巨大能量，其衰变方程为Pu→U＋He＋γ，则( )
A．核燃料总是利用比结合能小的核
B．核反应中γ光子的能量就是结合能
C.U核比Pu核更稳定，说明U的结合能大
D．由于衰变时释放巨大能量，所以Pu比U的比结合能小
答案：AD
6．为应对月球表面夜晚的－150 ℃以下的低温，“嫦娥三号”接受了放射性同位素热源(RHU)．放射性同位素热源一般利用半衰期较长的同位素，比如钚238(半衰期约为90年)，放射性同位素放射高能量的α射线，在热电元件中将热量转化成电流．一种得到钚238的核反应为U＋H→X＋yn；X→Pu＋e，由反应式可知，新核X的中子数为________，y＝________；10 g钚238经过180年大约还剩下________g.
解析：由X→Pu＋e可知新核的电荷数为93，质子数为93，质量数为238，则中子数为145，由U＋H→X＋yn，可知y＝2；由半衰期的概念知经过180年大约还剩下2.5 g钚238.
答案：145 2 2.5
一、选择题
1．(2021·南京模拟)以下说法中正确的是( )
A．汤姆孙通过试验发觉了质子
B．贝克勒尔通过试验发觉了中子
C．卢瑟福通过试验提出了原子的核式结构模型
D．查德威克发觉了自然 放射现象，说明原子具有简洁的结构
解析：选C.汤姆孙通过试验发觉了电子而不是质子，A错误；贝克勒尔发觉了自然 放射现象，揭示了原子核的简洁性，而中子是由英国物理学家查德威克发觉的，所以B、D错误；卢瑟福通过α粒子散射试验提出了原子的核式结构模型，C正确．
2．(2022·高考新课标全国卷Ⅰ)关于自然 放射性，下列说法正确的是( )
A．全部元素都有可能发生衰变
B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透力气最强
E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
解析：选BCD.自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；α、β和γ三种射线电离力气依次减弱，穿透力气依次增加，选项D正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线伴随这两种衰变产生，故选项E错误．
3．(2021·高考上海卷)在一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为( )
A．6次 B．10次
C．22次 D．32次
解析：选A.一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A正确．
4．自然 放射性元素放出的三种射线的穿透力气试验结果如图所示，由此可推知( )
A．②来自于原子核外的电子
B．①的电离作用最强，是一种电磁波
C．③的电离作用较强，是一种电磁波
D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子
解析：选D.由图知三种射线的穿透力气由弱到强是①<②<③，故①是α射线，实质是He，不是电磁波；②是β射线，实质是高速电子流；③是γ射线，其电离作用最弱，故只有D项对．
5．(2022·高考重庆卷)碘131的半衰期约为8天．若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( )
A. B.
C. D.
解析：选C.经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m′＝＝，C项正确．
6．(2021·东北三校联考)如图所示为氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV，镁板的电子逸出功为5.9 eV，以下说法正确的是( )
A．用氢原子从高能级向基态跃迁时放射的光照射镁板确定不能产生光电效应现象
B．用能量为11.0 eV的自由电子轰击处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态
C．处于n＝2能级的氢原子可以吸取任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
D．处于n＝4能级的氢原子可以吸取任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
解析：选BD.氢原子从高能级向基态跃迁放出的光子能量E≥10.2 eV>5.9 eV，故A错；由于11.0 eV>10.2 eV，故通过碰撞的方式可使基态氢原子跃迁，B正确；使n＝2能级的氢原子电离所需最小能量为3.4 eV，但有的紫外线光子能量小于3.4 eV，故C错；使n＝4能级的氢原子电离所需最小能量为0.85 eV，紫外线光子能量大于3.11 eV，故D正确．
7．放射性元素X的衰变反应是X→Y＋N，其中N是未知的射线，则下列说法正确的是( )
A．若此衰变为β衰变，则b＝d＋1
B．若此衰变为α衰变，则a＝c＋4
C．射线N是从Y核中放出的
D．若放射性元素X经过6 h还剩下1/8没有衰变，则它的半衰期为2 h
E．用射线N照射锌板确定可使锌板带电
解析：选BDE.核反应遵循质量数守恒与电荷数守恒，若此衰变为β衰变，则b＝d－1，A错误；若此衰变为α衰变，则a＝c＋4，B正确；若N为α或β射线，则其是从X核中放出的，C错误；X经过6 h还剩下1/8没有衰变，则它的半衰期是2 h，D正确；N可能是α射线或β射线或γ射线，其中α射线与β射线是由带电粒子组成的，γ射线虽不带电，但它能使锌板发生光电效应，故E正确．
8．(2021·高考重庆卷)铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：
U＋n→a＋b＋2n
则a＋b可能是( )
A. 54Xe＋Kr B.Ba＋Kr
C.Ba＋Sr D.Xe＋Sr
解析：选D.利用质量数守恒和电荷数守恒可以推断出可能的核反应方程．选项A不满足电荷数守恒也不满足质量数守恒，选项C不满足电荷数守恒；选项B不满足质量数守恒；只有选项D正确．
9.Co发生一次β衰变后变为Ni核，在该衰变过程中还发出两个频率为ν的光子，假如衰变前Co的质量为MCo，衰变后产生的Ni核质量为MNi，β粒子的质量为m，则下列说法中正确的是( )
A．衰变反应方程为Co→Ni＋e
B．衰变过程的质量亏损为Δm＝MCo－(MNi＋m)
C．光子能量E＝hν＝Δmc2
D．两个光子的总能量为E总＝2hν＝Δmc2
解析：选AB.由核反应过程的质量数守恒和电荷数守恒可知，A正确；质量亏损就是反应后的总质量与反应前的总质量的差值，故B正确；依据质能方程可知，亏损的质量全部转化成能量即核反应释放的核能，但产生的核能还要供应反应后新核和β粒子的动能，故C、D错误．
☆10.(2021·湖北八市联考)人们发觉，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系．下列说法正确的是( )
A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸取能量
B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能
C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出的光电子的最大初动能增大
D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了把握核反应速度
E．在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏
解析：选BDE.原子核D和E聚变成原子核F时会放出能量，A错；由Ek＝hν－W知增加射线强度，逸出光电子的最大初动能不变，只是单位时间内逸出光电子的个数增多，C错.
二、非选择题
11．(2021·福建福州模拟)宇宙射线每时每刻都在地球上引起核反应．自然界的14C大部分是宇宙射线中的中子轰击“氮－14”产生的，核反应方程式为N＋n→C＋H.若中子的速度为v1＝8×106 m/s，反应前“氮－14”的速度认为等于零．反应后生成的14C粒子的速度为v2＝2.0×105 m/s，其方向与反应前中子的运动方向相同．
(1)求反应中生成的另一粒子的速度；
(2)假设此反应中放出的能量为0.9 MeV，求质量亏损．解析：(1)轰击前后系统动量守恒，选中子速度方向为正方向，m1v1＝m2v2＋m3v3
解得氢核速度为v3＝5.2×106 m/s，方向与中子原速度方向相同．
(2)由质能方程ΔE＝Δmc2，
得Δm＝1.6×10－30 kg.
答案：(1)5.2×106 m/s，方向与中子原速度方向相同
(2)1.6×10－30 kg
☆12.(2021·石家庄模拟)试验室考查氢原子跃迁时的微观效应．已知氢原子能级图如图所示，氢原子质量为mH＝1.67×10－27 kg.设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n＝5的能级状态．
(1)求氢原子由高能级向低能级跃迁时，可能放射出多少种不同频率的光；
(2)若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用p＝表示(h为普朗克常量，ν为光子频率，c为真空中光速)，求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率．(保留三位有效数字)
解析：(1)不同频率的光的种类为
N＝C＝＝10(种)．
(2)由动量守恒
mHvH＝p光子＝知：
当ν最大时，反冲速率vH最大．
又hν＝E5－E1＝－0.54 eV－(－13.6)eV＝13.06 eV
＝2.090×10－18 J.
故vH＝＝m/s
＝4.17 m/s.
答案：(1)10种 (2)4.17 m/s
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