专题12.1 原子结构 原子核
1.知道两种原子结构模型，会用玻尔理论解释氢原子光谱. 2.掌握氢原子的能级公式并能结合能级图求解原子的跃迁问题. 3.掌握原子核的衰变、半衰期等知识.
4.会书写核反应方程，并能根据质能方程求解核能问题．
知识点一 原子核的组成 放射性同位素 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。质子带正电，中子不带电。 (2)基本关系
①核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数。 ②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。
(3)X元素的原子核的符号为AZX，其中A表示质量数，Z表示核电荷数。 2．天然放射现象
(1)天然放射现象：元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。
(2)放射性和放射性元素：物质发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。 3．放射性同位素的应用与防护
(1)同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子核。
(2)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。 (3)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。 (4)防护：防止放射性对人体组织的伤害。 知识点二 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。
A－44
(2)分类：α衰变：AZX→Z－2Y＋2He；
A 0β衰变：AZX→Z＋1Y＋－1e。
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) 影响因素：由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理化学状态无关。 知识点三 核反应与核能 1．核力
(1)定义：原子核内部核子间特有的相互作用力。 (2)核力的特点
①是强相互作用的一种表现；
10－15 m之内； ②是短程力，作用范围在1.5×
③每个核子只能与其相邻的核子发生核力作用。 2．结合能
核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能，也称核能。3．比结合能
(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，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。
4．质能方程、质量亏损
爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然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。
5．核反应
在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。
6．重核裂变
(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 (2)典型的裂变反应方程：
2351891441 92U＋0n→36Kr＋ 56Ba＋30n
(3)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。
(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。 (5)裂变的应用：原子弹、核反应堆。
(6)反应堆构造：核燃料、慢化剂、镉棒、防护层。 7．轻核聚变
(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。
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(2)典型的聚变反应方程：21H＋1H→2He＋0n＋17.6 MeV
考点一 原子核的组成 放射性同位素
【典例1】（天津新华中学2019届模拟）人类认识到原子核的结构是复杂的，是从发现下列哪一现象开始的( )
A．阴极射线 【答案】C
【解析】天然放射性现象是原子核内部变化产生的，人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射性现象开始的，C正确。
【变式1】（湖南长郡中学2019届模拟）关于天然放射性，下列说法正确的是( ) A．所有元素都可能发生衰变
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．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线 【答案】BC
【解析】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；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D错误。
考点二 原子核的衰变
【典例2】（北京师范大学实验中学2019届模拟）某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线，让这三种射线进入磁场，运动情况如图所示，下列说法正确的是( )
B．光电效应 C．天然放射性现象 D．发现质子
A．该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大 B．C粒子是原子核的重要组成部分 C．A粒子一定带正电 D．B粒子的穿透性最弱 【答案】C
【解析】半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故A错误；由题图可知C粒子为电子，而原子核带正电，故B错误；由左手定则可知，A粒子一定带正电，故C正确；B粒子为γ射线，穿透性最强，故D错误。
232208
Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成 82Pb(铅)。以下【变式2】（安徽马鞍山二中2019届模拟） 90
说法中错误的是( )
A．铅核比钍核少8个质子 B．铅核比钍核少16个中子 C．共经过4次α衰变和6次β衰变 D．共经过6次α衰变和4次β衰变 【答案】C
【解析】设α衰变次数为x，β衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得232＝208＋4x,90＝82＋2x－y，解得x＝6，y＝4，C错误，D正确；铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A正确；铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B正确。
考点三 半衰期的理解与计算
【典例3】（浙江杭州外国语学校2019届模拟）14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )
A．该古木的年代距今约5 700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子数
C．14C衰变为14N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变 【答案】AC
【解析】古木样品中14C的比例正好是现代样品的二分之一，说明该古木恰好经历了一个半衰期的时间，
14 0
C→14故A正确.12C、13C、14C具有相同的质子数、不同的中子数，故B错.14C的衰变方程为： 6 7N＋－1e，可
见C正确．放射性元素的半衰期与外界因素无关，故D错．
234
Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤234【变式3】（黑龙江双鸭山一中2019届模拟）钍 90 91
234
Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为 90Th→234钍的半衰期为24天。则下列说法中正确的是( ) 91Pa＋X，
A．X为质子 B．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C．γ射线是镤原子核放出的 D．1 g钍234 90Th经过120天后还剩0.312 5 g 【答案】BC
【解析】根据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X为电子，故A错误；发生β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的，故B正确；γ射线是镤原子核放出的，
234
1 g钍 90Th经过120天即经过5个半衰期，故C正确；钍的半衰期为24天，故经过120天后还剩0.031 25 g，
故D错误。
考点四 衰变中的动量守恒
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Al俘获一速度为2.8×107 m/s的质子p后，【典例4】（辽宁抚顺一中2019届模拟）静止的铝原子核13
变为处于激发态的硅原子核2814Si。下列说法正确的是( )
A．核反应过程中系统动量守恒 B．俘获前质子的动能等于俘获后硅原子核的动能 C．硅原子核的速度为1.0×106 m/s D．硅原子核处于静止状态 【答案】AC
0＋m×2.8×107＝28mv，得碰后硅原子【解析】质子与铝原子核碰撞满足动量守恒，由动量守恒有27m×
106 m/s，碰撞是一个完全非弹性碰撞，机械能不守恒，A、C正确，B、D错误。 核速度v＝1.0×
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U发生α衰变，【变式4】（山西大同一中2019届模拟）实验观察到静止在匀强磁场中A点的原子核 92
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衰变方程为238 92U→ 90Th＋2He，两个新核的运动轨迹如图所示。则下列说法正确的是( )
A．钍核与α粒子半径之比是1∶45 B．钍核与α粒子半径之比是45∶1 C．钍核与α粒子半径之比是1∶46 D．两原子核的运动轨迹应是两圆内切
2020年高考物理一轮复习专题12.1 原子结构 原子核(讲)(解析版)
