高考物理一轮复习 原子结构和原子核全章训练(含解析)新人教版

第2讲原子和原子核时间：45分钟总分为：100分一、选择题(此题共14小题，每一小题6分，共84分。

其中1～11题为单项选择，12～14题为多项选择)1．(2019·广东揭阳一模)如下列图，x为未知的放射源，L为薄铝片，假设在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，如此x可能是()A．α射线和β射线的混合放射源B．纯α射线放射源C．纯γ射线放射源D．α射线和γ射线的混合放射源答案 D解析在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减小，说明射线中含有穿透能力弱的α射线，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明没有射线或剩下的射线不带电，即为γ射线，因此放射源x可能是α射线或它和γ射线的混合放射源，故A、B、C错误，D正确。

2．(2019·江西高三九校3月联考)如下说法中正确的答案是()A．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的B．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子理论C．天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线都是高能量的电磁波D．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构答案 B解析天然放射现象的发现，揭示了原子核有复杂的结构，故A错误；玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说的根底上引入了量子理论，故B正确；天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线，其中α射线是氦原子核，β射线是电子流，只有γ射线是高能量的电磁波，故C错误；卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子有复杂结构，在此根底上，他建立了原子的核式结构模型，故D错误。

3．(2020·安徽省A10联盟高三摸底)据报道，香烟会释放一种危险的放射性元素“钋(210 84 Po)〞，如果每天抽1.5包香烟，一年后累积的辐射相当于300次胸透的辐射。

210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变后产生了新核，新核的中子数比质子数多()A．38个B．40个C．42个D．44个答案 B解析210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变产生的新核为206 83X，其中子数为206－83＝123，中子数比质子数多123－83＝40，B正确。

考点40 原子结构原子核题组一根底小题1．如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。

如下说法正确的答案是( )A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转答案 A解析卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，A正确，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，根本上仍沿原方向前进，D错误。

2．(多项选择)如下说法中正确的答案是( )A．一群氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁，最多可放出两种频率的光子B．一个氢原子由n＝3的激发态向低能级跃迁，最多可放出两种频率的光子C．实际上，原子中的电子没有确定的轨道，所以玻尔的氢原子模型是没有实际意义的D．α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构答案BD解析一群氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁，最多可放出C23＝3种不同频率的光子，A错误；一个氢原子由n＝3的激发态向低能级跃迁，最多可放出两种频率的光子，分别为n＝3到n＝2，n＝2到n＝1，B正确；原子中的电子没有确定的轨道，在空间各处出现的概率是不一样的，而玻尔的氢原子模型作出的定态与跃迁的假设，成功解释了氢原子光谱的实验规律，C错误；α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，D正确。

3．如下列图是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的3种波长的光。

在如下该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，如此正确的答案是( )答案 C解析从能级图可知，E3－E1>E2－E1>E3－E2，根据E m－E n＝h cλ知，λa<λc<λb，C正确。

4．如图是氢原子四个能级的示意图。

当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射出a光。

第2讲 原子结构与原子核一、选择题(本题共13小题，1～7题为单选，8～13题为多选)1．关于光电效应，下列表述正确的是( B )A ．光照时间越长，光电流越大B ．入射光频率大于极限频率时就能产生光电子C ．入射光足够强，就可以有光电流D ．不同的金属逸出功都是一样的[解析] 光电流的大小与入射光的强度有关，与光照射的时间长短无关，故A 错误；发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，故B 正确；能否发生光电效应与入射光的强度无关，入射光足够强，不一定能产生光电流，故C 错误；不同的金属逸出功是不同的，故D 错误。

故选B 。

2．(2023·辽宁凤城月考)如图所示，氢原子在不同能级间发生a 、b 、c 三种跃迁时，释放光子的频率分别是νa 、νb 、νc ，下列关系式正确的是( A )A ．νb ＝νa ＋νcB ．νa ＝νb νc νb ＋νcC ．νb ＝νa νc νa ＋νcD ．νc ＝νb νa νb ＋νa [解析] 本题考查氢原子能级跃迁与光子能量的表达式．因为E m －E n ＝hν，知E b ＝E a ＋E c ，即hνb ＝hνa ＋hνc ，解得νb ＝νa ＋νc ，故选A 。

3．(2023·宁夏银川月考)国产科幻大片《流浪地球》中讲述了太阳即将在未来出现“氦燃烧”现象，从而导致人类无法生存，决定移民到半人马座比邻星的故事，据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“氦燃烧”，其中“氦燃烧”的核反应方程为42 He ＋X→84 Be ＋γ，方程中X 表示某种粒子，84 Be 是不稳定的粒子，其半衰期为T ，则下列说法正确的是( A )A ．X 粒子是42 HeB ．若使84 Be 的温度降低，其半衰期会减小C ．经过2T ，一定质量的84 Be 剩余量为开始时的18D ．“氦燃烧”的核反应是裂变反应[解析] 本题考查核反应方程及半衰期。

第2讲原子结构原子核基础对点练题组一原子结构和氢原子光谱1.(2022湖南卷)关于原子结构和微观粒子波粒二象性,下列说法正确的是()A.卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B.玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C.光电效应揭示了光的粒子性D.电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性2.α粒子散射实验的示意图如图所示,放射源发出α射线打到金箔上,带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察,图中1、2、3为其中的三个位置。

下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是()A.在位置2接收到的α粒子最多B.在位置1接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内C.位置2接收到的α粒子一定比位置1接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大D.若正电荷均匀分布在原子内,则1、2、3三个位置接收到α粒子的比例应相差不多题组二玻尔理论能级跃迁3.(2023山西卷)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率,铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10-5 eV,跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,元电荷e=1.60×10-19 C)()A.103 HzB.106 HzC.109 HzD.1012 Hz4.(2024辽宁沈阳模拟)霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色,氢原子的能级示意图如图所示,已知可见光光子能量范围为1.63~3.10 eV,若一群氢原子处于n=4能级,则下列说法正确的是()A.这群氢原子自发跃迁时能辐射出6种不同频率的可见光B.氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁过程中发出的光为可见光C.辐射出的光中从n=2能级跃迁到n=1能级发出光的频率最大D.用氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁过程中发出的光照射逸出功为3.2 eV的金属钙,不能使金属钙发生光电效应题组三原子核的衰变及半衰期5.(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612C+Y O的影响。

原子结构和原子核李仕才考纲要求：原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期；放射性同位素；核力、核反应方程；结合能、质量亏损；裂变反应和聚变反应、裂变反应堆；放射性的防护；氢原子光谱；氢原子的能级结构、能级公式；（全部要求为Ⅰ级）。

一、原子的核式结构模型1.汤姆生的“枣糕”模型（1）1897年汤姆生发现了电子，使人们认识到原子．．有复杂结构，揭开了研究原子的序幕．(2)“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在原子里．2.卢瑟福的核式结构模型（1）α粒子散射实验的结果：α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，但有少数发生大角度偏转，偏转的角度甚至大于900，有的几乎达到1800．（2）核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转．原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是呈电中性的．电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的库伦引力．（3）从α粒子散射实验的数据估算出原子核核半径的数量级为10－15 m，而原子半径的数量级为 10—10 m。

【例1】在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（）A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中解析：α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了较大偏转．这说明了这些α粒子受到很大的库伦力，施力物体应是体积甚小的带电实体。

根据碰撞知识，我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时，较小的球才被弹回去，这说明被反弹回去的α粒子碰上了质量比它大得多的物质实体，即集中了全部质量和正电荷的原子核．答案：A【练习1】关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是（）A．绝大多数α粒子经过重金属箔后，发生了角度不太大的偏转B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能增大D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小解析：“由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转”。

第2节　原子结构与原子核1.(2019·贵州安顺模拟)根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型.如图表示了原子核式结构模型的α粒子散射图景.图中实线表示α粒子的运动轨迹.其中一个α粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近),下列判断正确的是(　B　)A.α粒子的动能先增大后减小B.α粒子的电势能先增大后减小C.α粒子的加速度先变小后变大D.电场力对α粒子先做正功后做负功解析:α粒子受到斥力作用,根据电场力做功特点可知从a运动到b过程中电场力做负功,电势能增加,动能减小,从b运动到c过程中,电场力做正功,电势能减小,动能增加,A,D错误,B正确;根据点电荷周围电场可知,距离原子核近的地方电场强度大,故越靠近原子核加速度越大,因此α粒子加速度先增大后减小,故C错误.2.(2018·广东肇庆三模)如图所示为1934年约里奥居里夫妇用α粒子轰击铝箔时的实验示意图,他们除探测到预料中的中子外,还发现拿走α粒子放射源以后,铝箔仍继续发射出一种神奇的粒子.下列说法中正确的是(　B　)A.α粒子轰击铝箔的核反应方程为Al He P HB.轰击铝箔后的生成物是磷P),它的衰变方程为P Si e+γC.拿走α粒子放射源以后,铝箔继续发射出的神奇粒子实际上是中子D.磷P)也具有放射性,只是它不像天然放射性元素那样有一定的半衰期解析:α粒子轰击铝箔的核反应方程为Al He P n,轰击铝箔后的生成物是P,是磷的一种同位素,它具有放射性,跟天然放射性元素一样发生衰变,也有一定的半衰期,衰变时放出正电子,衰变方程为P→Si e+γ,故选B.3.(2019·湖南常德模拟)(多选)有关氢原子光谱的说法正确的是(　BCD　)A.氢原子的发射光谱是连续谱B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D.巴耳末公式反映了氢原子辐射光子频率的分立特性解析:由于氢原子发射的光子的能量E=E m-E n,所以发射的光子的能量值E是不连续的,只能是一些特定频率的谱线,故A错误,B正确;由于氢原子的轨道是不连续的,故氢原子的能级是不连续的即是分立的,故C正确;由于跃迁时吸收或发射的光子的能量是两个能级的能量差,所以氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差有关,巴耳末公式反映了氢原子辐射光子频率的分立特性,故D正确.4.(2019·河南安阳模拟)一群处于基态的氢原子吸收某种光子后,向外辐射了a,b,c三种光,其波长分别为λa,λb,λc,且λa>λb>λc,三种光子的能量分别为E a,E b,E c,若a光恰能使某金属产生光电效应,则(　D　)A.被氢原子吸收的光子的能量为hB.E a=E b+E cC.=+D.b光一定能使该金属发生光电效应解析:根据能级间跃迁辐射或吸收的光子的能量等于两能级间的能级差,且E=及λa>λb>λc,知E c=E a+E b,氢原子吸收的光子的能量为h,A,B错误;根据光子能量与波长的关系有,h=h+h,即=+,故C错误;b光的光子能量大于a光的光子能量,a光恰好能使某金属发生光电效应,则b光一定能使该金属发生光电效应.故D正确.5.(2019·河北保定模拟)氢原子能级的示意图如图所示,大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a,从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b,则(　C　)A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线B.大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时能够辐射出6种频率的光子C.a光子能量比b光子的能量大D.氢原子在n=2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离解析:因为γ射线是原子核变化时辐射的,因此氢原子从高能级向低能级跃迁时,不会辐射γ射线,故A错误;大量的氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时释放3种频率的光子,故B 错误;从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出的光子能量大于从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出的光子能量,则a光子能量比b光子的能量大,故C正确;氢原子在n=2能级时,吸收的能量需大于等于3.4 eV,才能发生电离,故D错误.6.(2019·湖北宜昌质检)关于天然放射现象,下列说法正确的是(　B　)A.放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期B.放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时,辐射出γ射线C.当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时,将发生β衰变D.放射性物质放出的射线中,α粒子动能很大,因此贯穿物质的本领很强解析:放射性元素的半衰期是有一半该元素的原子核发生衰变所用的时间,故A错误;放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时,辐射出γ射线,故B正确;β衰变的实质是核内的中子可以转化成质子和电子,产生的电子从核内发射出来,当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时将向低能级跃迁,不是发生衰变,故C错误;α粒子动能很大,但是贯穿物质的本领很弱,故D错误.7.(2018·安徽安庆二模)2017年9月29日世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通,我国科学家成功实现了世界上首次洲际量子保密通信.下列有关量子化学说的叙述中正确的是(　A　)A.爱因斯坦根据光电效应的实验规律,提出了“光子说”B.库仑通过对油滴实验的分析,发现“电荷是量子化”的C.汤姆孙根据原子核式结构理论,提出了“原子轨道量子化”的假说D.卢瑟福根据原子光谱的实验规律,提出了“原子能量量子化”的假说解析:爱因斯坦通过对光电效应现象的研究提出了“光子说”,A对;密立根通过油滴实验发现了电荷是量子化的,B错;玻尔提出了原子轨道量子化及原子能量量子化假说,C,D错误. 8.(2018·江西上饶六校第一次联考)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是:将放射性同位素O注入人体,参与人体的代谢过程O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像.根据PET 原理,下列说法正确的是(　B　)A.O衰变的方程为O F eB.将放射性同位素O注入人体O的主要用途是作为示踪原子C.一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子D.PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长解析:由质量数守恒和电荷数守恒得O的衰变方程是O N e,故A错误;将放射性同位素O注入人体,其主要用途是作为示踪原子,故B正确;由动量守恒定律可知,正负电子湮灭一定生成两个光子,故C错误;氧在人体内的代谢时间不长,因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短,故D错误.9.(2019·安徽宿州模拟)铀核U)经过m次α衰变和n次β衰变变成铅核Pb),关于该过程,下列说法中正确的是(　B　)A.m=5,n=4B.铀核U)的比结合能比铅核Pb)的比结合能小C.衰变产物的结合能之和小于铀核U)的结合能D.铀核U)衰变过程的半衰期与温度和压强有关解析:核反应方程为U Pb+He+e根据质量数守恒和电荷数守恒,有235=207+4m,92=82+2m-n,解得m=7,n=4,故A错误;比结合能越大,原子核结合得越牢固,原子核越稳定,所以铀核的比结合能比铅核的比结合能小,故B正确;铀核U衰变成原子核Pb,根据爱因斯坦质能方程知,有质量亏损,释放能量,则衰变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能,故C错误;放射性元素的半衰期与温度、压强无关,故D错误.10.(2019·浙江宁波质检)静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po,α粒子动能为Eα.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能,真空中的光速为c,则该反应中的质量亏损为(　C　)A.·B.0C.·D.·解析:设α粒子的质量为m1,速度大小为v,反冲核的质量为m2,速度大小为v′.根据动量守恒定律可得,m1v=m2v′,则==;α粒子动能为Eα=m1v2,反冲核的动能E′=m2v′2,则E′=Eα,释放的总动能为Eα+Eα=Eα,根据能量守恒知,释放的核能E=Eα,根据爱因斯坦质能方程E=Δmc2得,Δm=,C正确.11.(2019·辽宁营口模拟)一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为U n→X Sr+n,则下列叙述正确的是(　A　)A.X原子核中含有54个质子B.X原子核中含有141个核子C.因为裂变时释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质量数增加D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少解析:设X的原子核中含有x个质子,质量数为y,根据电荷数和质量数守恒有,92=x+38,235+1=y+94+2,解得x=54,y=140,故质子数为54个,而核子数为140个,故A正确,B错误;因为裂变时出现质量亏损,从而释放出能量,所以裂变后的总质量减少,但总的质量数是不变的,故C,D错误.12.(2019·陕西吴起高中月考)(多选)在花岗岩、大理石等装饰材料中,都不同程度地含有放射性元素,下列有关放射性元素的说法中正确的是(　CD　)A.β射线与γ射线一样都是电磁波,但穿透本领远比γ射线弱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 U衰变成Pb要经过8次α衰变和6次β衰变D.放射性元素发生β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:β射线的实质是电子流,γ射线的实质是电磁波,γ射线的穿透本领比较强,故A项错误.半衰期对大量的原子核适用,对少量的原子核不适用,故B项错误.经过一次β衰变,原子核的质量数不变,电荷数增加1,经过一次α衰变,原子核的质量数减少4,电荷数减少2,则92-82=2n1-n2,238-206=4n1,α衰变的次数n1=8,β衰变的次数n2=6,故C项正确.发生β衰变时,原子核中的一个中子,转变为一个质子和一个电子,电子释放出来.故D项正确.13.(2019·福建龙岩模拟)日本9.0级大地震导致福岛核电站发生核泄漏事故,引起周边国家的关注和恐慌.核反应会产生许多放射性的副产品如碘131和铯137,由于发生核泄漏,许多国家都已检测出这两种元素.有关核反应及其产物,以下说法正确的是(　D　)A.日本福岛核电站是采用可控聚变反应技术,将产生的核能转化为电能B.反应堆可能发生的一种核反应方程是U n Xe Sr+nC.已知铯137的半衰期为30年,现有100个原子核铯137经过60年将剩下25个D.若核反应中质量亏损了Δm,则将释放Δmc2的核能.解析:日本福岛核电站是采用可控裂变反应技术,将产生的核能转化为电能,故A错误;核反应方程要满足质量数和电荷数守恒,故该反应产生2个中子,故B错误;半衰期是对大量放射性元素的统计规律,对少量原子核是无意义的,故C错误;根据质能方程可知,若核反应中质量亏损了Δm,则将释放E=Δmc2的核能,故D正确.14.(2019·湖北武汉模拟)(多选)一种典型的铀核裂变是生成钡和氪,同时放出3个中子,核反应方程是U+X→Ba+Kr+n;已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示,下列说法正确的是(　AD　)A.核反应方程中,X粒子是中子B.核反应方程中,X粒子是质子C U Ba和Kr相比Ba核的比结合能最大,它最稳定D U Ba和Kr相比U核的核子数最多,它的结合能最大解析:根据核反应方程结合质量数和电荷数守恒可知,X粒子是中子,故A正确,B错误;根据比结合能的曲线可知,在Fe附近原子核的比结合能最大,然后随核子数的增大,比结合能减小,所以U Ba和Kr相比Kr核的比结合能最大,它最稳定,故C错误;由于在核反应的过程中释放核能,可知U Ba和Kr相比U核的核子数最多,它的结合能最大,故D正确.15.(2019·山东烟台模拟)某实验室工作人员,用初速度v0=0.09c(c为真空中的光速)的α粒子轰击静止的氮原子核N,产生了质子H.若某次碰撞可看做对心正碰,碰后新核与质子同方向运动,垂直磁场方向射入磁场,通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1∶20,已知质子质量为m,则(　B　)A.该核反应方程为He N O HB.质子的速度v约为0.19cC.若用两个上述质子发生对心弹性碰撞,则每个质子的动量变化量是0.19mcD.若用两个上述质子发生对心弹性碰撞,则每个质子的动量变化量方向与末动量方向相反解析:由题意可知,该核反应方程为He N O H,故A错误;设α粒子、新核的质量分别为4m,17m,质子的速度为v,由题意可知,新核的速度为,选取α粒子运动的方向为正方向,由动量守恒定律得,4mv0=+mv,解得,v≈0.19c,故B正确;两质子质量相等且发生对心弹性碰撞,则碰撞后两质子交换速度.对某一质子,选其末动量方向为正方向,则p2=mv,p1=-mv,又Δp=p2-p1,故解出Δp=0.38mc,方向与末动量方向一致,故C,D错误.16.用速度大小为v的中子轰击静止的锂核Li),发生核反应后生成氚核和α粒子.生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反,氚核与α粒子的速度之比为7∶8,中子的质量为m,质子的质量可近似看成m,光速为c.(1)写出核反应方程;(2)求氚核和α粒子的速度大小;(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能,求出质量亏损.解析:(1n Li H He.(2)由动量守恒定律得m n v=-m H v1+m He v2.由题意得v1∶v2=7∶8,解得v1=,v2=.(3)氚核和α粒子的动能之和为E k=·3m+·4m=mv2.释放的核能为ΔE=E k-E kn=mv2-mv2=mv2.由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为Δm==.答案:(1n Li H He　(2) (3)。

一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。

1～6小题为单选,7、8小题为多选)1．下列对物理现象的说法中不正确的是( ) A ．α粒子散射实验现象说明原子核是可以再分的 B ．压强和温度对放射性元素衰变的快慢都没有影响 C ．光电效应实验显示了光的粒子性D ．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大【解析】选A 。

α粒子散射实验现象说明了原子的核式结构模型，天然放射性现象才说明原子核是可以再分的，选项A 错误；压强和温度对放射性元素衰变的快慢都没有影响，选项B 正确；光电效应实验显示了光的粒子性，选项C 正确；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大，选项D 正确，故该题A 符合题意。

2．下列说法正确的是( )A ．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长B ．γ射线是频率极高的电磁波，其在云室中穿过会留下清晰的径迹C ．根据玻尔原子模型，氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能将增大D ．天然放射现象与原子内部变化有关【解析】选C 。

根据德布罗意波长公式，λ＝hp可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，选项A 错误；γ射线是频率极高的电磁波，电离作用很弱，云室是依赖带电粒子电离作用留下径迹的，所以γ射线在云室中穿过不会留下清晰的径迹，选项B 错误；根据玻尔原子模型，氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子的运动半径将减小，电势能减小，总能量减小，但运动速度增大，电子动能将增大，选项C 正确；天然放射现象是原子核内部发生变化自发的放射出α粒子或电子，从而发生α衰变或β衰变，选项D 错误。

3．(2020·宜宾模拟)某同学在研究光电效应时测得不同光照射到同一光电管时得到的光电流与电压的关系图象如图所示。

则下列有关说法中正确的是( )A.光线1、3为同一色光，光线3的光强更强 B ．光线1、2为同一色光，光线1的光强更强 C ．光线1、2为不同色光，光线2的频率较大D ．保持光线1的强度不变，光电流强度将随加速电压的增大一直增大 【解析】选C 。

2020届高考物理人教版第一轮专题复习强化练原子结构原子核一、选择题1、下列关于核反应方程及描述正确的是( )A.31H＋21H→42He＋10n是α衰变方程B.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210n是核聚变方程C.42He＋2713Al→3015P＋10n是居里夫妇发现人工放射性同位素的核反应方程D.14 7N＋42He→17 8O＋11H是α衰变方程答案：C解析：A项是轻核聚变反应，故A错误；B项是核裂变方程，故B错误；D项是卢瑟福发现质子的核反应方程，故D错误；故本题选C.2、一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为238 92 U→234 90Th＋42He.下列说法正确的是( )A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析：衰变过程满足动量守恒定律，所以衰变后钍核的动量与α粒子的动量等大反向，B 正确；由动能和动量的关系式可知E k ＝12mv2＝p 22m，由于钍核的质量大于α粒子的质量，所以钍核的动能小于α粒子的动能，A 错误；半衰期的定义是大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，并不是其放出一个α粒子所经历的时间，C 错误；由于该反应放出能量，所以一定会发生质量亏损，衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，D 错误．3．如图为氢原子能级示意图，则氢原子( )A ．从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级比从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级辐射出电磁波的波长长B ．从n ＝5能级跃迁到n ＝1能级比从n ＝5能级跃迁到n ＝4能级辐射出电磁波的速度大C ．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D ．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量解析：光子能量E ＝hν＝hcλ，而E 4－3<E 3－2，故λ4－3>λ3－2，A 项正确．不同频率的电磁波在真空中传播时速度均相等，故B 错误．电子在核外不同能级出现的概率是不同的，故C 错误．能级跃迁是核外电子在不同轨道间的跃迁，与原子核是否放出能量无关，故D 错误．4.如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点．下列说法正确的是( )A ．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B ．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C ．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D ．绝大多数的α粒子发生大角度偏转 答案：A解析：卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，A 项正确，B 项错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，C 项错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D 项错误．5．氡222经过α衰变变成钋218，t ＝0时氡的质量为m 0，任意时刻氡的质量为m ，下列四幅图中正确的是( )答案：B解析：每经过一个半衰期有一半质量发生衰变，则剩余质量m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t T，解得m m 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12t T ，T 为半衰期，可知mm 0与t 成指数函数关系，故B 项正确，A 、C 、D 项错误．6．如图所示为氢原子的能级图，当一群氢原子从n ＝3能级向低能级跃迁时，共辐射出三种不同频率的光子，光子的频率分别为ν1、ν2、ν3，且ν1>ν2>ν3，则下列说法正确的是( )A.1ν1＋1ν2＝1ν3 B ．ν1＝ν2＋ν3C ．从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级，辐射出的光子频率为ν1D ．辐射出频率为ν1的光子后的氢原子的电势能比辐射出频率为ν2的光子后的氢原子的电势能大答案：B解析：由题意及玻尔理论可知，E 3－E 1＝hν1，E 2－E 1＝hν2，E 3－E 2＝hν3，因此有hν1＝hν2＋hν3，即ν1＝ν2＋ν3，选项A 错误，B 正确；从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级，辐射出的光子频率为ν3，选项C 错误；辐射出的频率为ν1的光子后的氢原子处于基态，辐射出频率为ν2的光子后氢原子也处于基态，因此氢原子的电势能相同，选项D 错误．7.(多选)氢原子能级如图所示，已知可见光光子的能量在1.61～3.10 eV 范围内，则下列说法正确的是( )A ．氢原子能量状态由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级，放出的光子为可见光B．大量氢原子处于n＝4能级时，向低能级跃迁能发出6种不同频率的光子C．处于基态的氢原子电离需要释放13.6eV的能量D．氢原子处于n＝2能级时，可吸收2.86 eV能量的光子跃迁到高能级答案：BD解析：由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量为E＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV，不在可见光的能量范围内，故放出的光子不是可见光，故A错误；大量处于n＝4能级的激发态氢原子向低能级跃迁时，能产生C24＝6种不同频率的光子，故B正确；处于基态的氢原子电离需要吸收13.6eV的能量，故C错误；氢原子处于n＝2能级吸收能量为2.86 eV的光子，能量变为－0.54 eV，即将跃迁到n＝5能级，故D正确．8.近几年中国等许多国家积极发展“月球探测计划”，该计划中的科研任务之一是探测月球上氦3的含量．氦3是一种清洁、安全和高效的核发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电．若已知氘核的质量为2.0136u，氦3的质量为3.0150u，氦核的质量为4.00151u，质子质量为1.00783 u，中子质量为1.008 665u,1 u相当于931.5 MeV.则下列说法正确的是( )A．一个氘和一个氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9 MeV B．氘和氦3的核聚变反应方程式：21H＋32He→42He＋X，其中X是中子C．因为聚变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少D．目前我国的泰山、大亚湾等核电站广泛使用氦3进行核聚变反应发电答案：A解析：氘和氦3的核聚变反应方程式：21H＋32He→42He＋11H，可知X 为质子，B项错误．释放的核能ΔE＝Δmc2＝(2.0136＋3.0150－4.00151－1.00783)×931.5 MeV≈17.9 MeV，所以A项正确．因为聚变时释放能量，出现质量亏损，则反应后的总质量小于反应前的总质量，但是在核反应中质量数守恒，故C项错误．现在的核电站均使用核裂变反应发电，故D项错误．9.如图所示为氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝4的激发态，在向低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光子照射逸出功为1.90eV的金属铯，下列说法正确的是( )A．这群氢原子能发出6种频率不同的光，其中从n＝4能级跃迁到n＝3能级所发出的光波长最短B．这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n＝4能级跃迁到n＝1能级所发出的光频率最高C．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75 eVD．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.85 eV答案：D解析：这群氢原子能发出C24＝6种频率的光子，从n＝4能级跃迁到n＝3能级所发出的光的频率最小，波长最长，从n＝4能级跃迁到n＝1能级所发出的光的频率最高，波长最短，选项A、B错误；光电子的初动能最大值对应入射光子的频率最高，ΔE＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，由光电效应方程知E k＝ΔE－W0＝10.85 eV，选项C错误，D正确．10.2017年，量子通信卫星“墨子号”首席科学家潘建伟获得“物质科学奖”．对于有关粒子的研究，下列说法正确的是( ) A．在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应B．当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化C．轻核聚变的过程质量增大，重核裂变的过程有质量亏损D．比结合能小的原子核结合成(或分裂成)比结合能大的原子核时一定吸收能量答案：A解析：在铀核的裂变中，当铀块的体积小于“临界体积”时，不能发生链式反应，故A正确；半衰期由原子核内部因素决定，与温度等环境因素无关，故B错误；裂变和聚变都有质量亏损，故C错误；比结合能小的原子核结合成(或分裂成)比结合能大的原子核时有质量亏损，释放能量，故D错误．11、2018年8月23日,国家重大科技基础设施中国散裂中子源项目在东莞顺利通过国家验收,正式投入运行.对于有关中子的研究,下面说法正确的是( )A.中子和其他微观粒子,都具有波粒二象性B.一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应C.卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,发现了质子和中子D.核反应方程Po X He中的y=206,X的中子个数为128答案：A解析:所有粒子都具有波粒二象性,A正确;裂变是较重的原子核分裂成较轻原子核的反应,而B项中的核反应是较轻的原子核的聚变反应,B错误;卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型,查德威克通过α粒子轰击铍核Be)获得碳核C)的实验发现了中子,C错误;y=210-4=206,X的中子个数为206-82=124,D错误.12、原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有 ( )A.42He核的结合能约为14 MeVB.42He核比63Li核更稳定C．两个21H核结合成42He核时释放能量D. 235 92U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大答案：BC解析由题图可知，42He的比结合能为7MeV，因此它的结合能为7 MeV×4＝28 MeV，选项A错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知，选项B正确；两个比结合能小的21H核结合成比结合能大的42He时，会释放能量，选项C正确；由题图可知，235 92U的比结合能(即平均结合能)比8936Kr的小，选项D错误．二、非选择题13、太阳中含有大量的氘核，氘核不断发生核反应放出核能，以光和热的形式向外辐射．已知两个氘核发生核反应可以产生一个新核，并放出一个中子．该新核质量为3.0150u，氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u,1u的质量相当于931.5 MeV的能量．(1)写出该核反应方程式；(2)求核反应中释放的核能；(结果保留三位有效数字)(3)若两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，假设核能全部转化为机械能，求反应后新核的动能．(结果保留两位有效数字) 解析 (1)由质量数和核电荷数守恒，写出核反应方程为21H＋21H→32 He＋10n.(2)反应过程中质量减少了Δm＝2×2.013 6u－1.008 7u－3.015 0u＝0.003 5u，反应过程中释放的核能ΔE＝0.003 5×931.5MeV＝3.26MeV.(3)设10n核和32He的动量分别为p1和p2，由动量守恒定律得0＝p1＋p2，由此得p1和p2大小相等，由动能和动量关系E＝p22m及32He核和10n质量关系得，中子的动能E1是32He核动能E2的3倍，即E1∶E2＝3∶1，由能量守恒定律得E1＋E2＝ΔE＋2×0.35，由以上可以算出E2＝0.99 MeV.答案 (1)21H＋21H→32He＋10n(2)3.26 MeV(3)0.99 MeV14．在某些恒星内部，3个α粒子可以结合成一个12 6C核，已知12 6C 核的质量为m1＝1.993 02×10－26 kg，α粒子的质量为m2＝6.646 72×10－27 kg，真空中光速c＝3×108 m/s，求：(1)写出这个核反应方程．(2)这个核反应中释放的核能(保留一位有效数字)．试比较α粒子的比结合能与12 6C的比结合能哪个大？解析：(1)3个α粒子可以结合成一个12 6C核，这个核反应方程是342He→12 6C.(2)由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，有：ΔE＝Δmc2＝(3×6.646 72×10－27－1.993 02×10－26)×(3×108)2 J＝9×10－13 J结合能与核子数的比值即为比结合能，因此可知，α粒子的比结合能小于12 6C的比结合能．答案：(1)342He→12 6C(2)9×10－13 J 12 6C的比结合能大15．在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m 、q 分别表示α粒子的质量和电荷量．(1)放射性原子核用A Z X 表示，新核的元素符号用Y 表示，写出该α衰变的核反应方程；(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流的大小；(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M ，求衰变过程的质量亏损Δm.解析：(1)A Z X→A －4Z －2Y ＋42He(2)洛伦兹力提供向心力，有qvB ＝m v 2R所以v ＝qBR m ，T ＝2πR v ＝2πmqB等效电流I ＝q T ＝q 2B2πm.(3)衰变过程动量守恒，有0＝p Y ＋p α 所以p Y ＝－p α，“－”表示方向相反． 因为p ＝mv ，E k ＝12mv 2 所以E k ＝p 22m即E kY E kα＝由能量守恒Δmc 2＝E kY ＋E kαΔm＝E kαc 2⎝ ⎛⎭⎪⎫M ＋m M ，其中E kα＝12mv 2＝q 2B 2R 22m ，所以Δm＝q 2B 2R 2M ＋m 2Mmc 2.答案：(1)A Z X→A －4Z －2Y ＋42He(2)2πm qB q 2B 2πm(3)q 2B 2R 2M ＋m 2Mmc 216、一个静止的铀核23292U(原子质量为232.037 2u)放出一个α粒子(原子质量为 4.002 6u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7u)．已知：原子质量单位1u ＝1.67×10－27kg,1u 相当于931 MeV(计算结果均保留两位小数)．(1)写出核衰变反应方程并计算该核反应释放出的核能； (2)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，请计算钍核的动能大小．解析 (1)232 92U→228 90Th ＋42He ，质量亏损Δm＝0.005 9u ，由爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc 2，ΔE ≈ 5.50 MeV.(2)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即p Th ＝p α， 由E kTh ＝p 2Th 2m Th ，E kα＝p 2α2m α，得E kTh ＋E kα＝ΔE，所以钍核获得的动能E kTh ＝m αm α＋m Th ΔE＝4ΔE4＋228≈0.09 MeV.答案 (1)5.50 MeV (2)0.09 MeV17、在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m 、q 分别表示α粒子的质量和电荷量．(1)放射性原子核用A Z X 表示，新核的元素符号用Y 表示，写出该α衰变的核反应方程；(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为M ，求衰变过程的质量亏损Δm.解析 (1)A Z X→A －4Z －2Y ＋42He.(2)设α粒子的速度大小为v ，由qvB ＝m v 2R ，T ＝2πRv，得α粒子在磁场中运动周期T ＝2πmqB ，环形电流大小I ＝q T ＝q 2B2πm .(3)由qvB ＝m v 2R ，得v ＝qBRm，设衰变后新核Y 的速度大小为v′，系统动量守恒 Mv′－mv ＝0， 解得v′＝mv M ＝qBRM ，由Δmc 2＝12Mv′2＋12mv 2，得Δm＝＋22mMc 2.(若利用M ＝A －44m 解答，亦可) 答案 (1)A Z X→A －4Z －2Y ＋42He(2)2πm qB q 2B 2πm(3)＋22mMc 2。

原子核及核反应1.(衰变、结合能、半衰期、玻尔理论)(2020湖北荆门高三元月调考)下列说法正确的是( )A.β衰变所释放的电子来源于原子的最内层电子B.结合能越大,原子中核子结合得越牢固,原子核越稳定C.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关D.根据玻尔理论,氢原子核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能减小,电势能增大2.(核反应方程)2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年。

1919年,卢瑟福用氦核轰击氮原子核,发现产生了另一种元素,该核反应方程可写为:24He +714N→8m X +m 1Y 。

以下判断正确的是( )A.m=16,n=1B.m=17,n=1C.m=16,n=0D.m=17,n=03.(多选)(聚变反应)(2020河南洛阳高三一模)“东方超环”是我国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。

2018年11月,有“人造太阳”之称的东方超环实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破,获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件,朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步,已知“人造太阳”核聚变的反应方程为 12H +13H→24He +m m X +17.6 MeV,关于此核聚变,以下说法正确的是( ) A.要使轻核发生聚变,就要利用粒子加速器,使轻核拥有很大的动能B.Z=0,M=1C.1 mol 氘核和1 mol 氚核发生核聚变,可以放出17.6 MeV 的能量D.聚变比裂变更安全、清洁4.(衰变)(2020山东德州一模)2019年1月3日,“玉兔二号”月球车与“嫦娥四号”着陆器分离,实现月球背面着陆。

“玉兔二号”搭载了一块核电池,利用94238Pu 衰变为 92234U 释放能量,可在月夜期间提供一定的电能。

已知94238Pu 的质量为m Pu ,92234U 的质量为m U ,真空中的光速为c ,下列说法正确的是( )A .94238Pu 发生β衰变后产生的新核为92234U B .94238Pu 衰变为 92234U,中子数减少2238Pu的衰变会加快C.温度升高时,94D.94238Pu衰变为92234U释放的能量为(m Pu-m U)c2素养综合练5.(2020湖南永州高三三模)烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镅95241Am来探测烟雾。