第68講 原子結(jié)構(gòu)和原子核（練習(xí)）（原卷版）-2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測（新教材新高考）

第68講原子結(jié)構(gòu)和原子核目錄01模擬基礎(chǔ)練【題型一】原子的核式結(jié)構(gòu)【題型二】玻爾理論與能級躍遷氫原子光譜 【題型三】原子核的衰變及半衰期【題型四】核反應(yīng)及核能的計算02重難創(chuàng)新練【題型一】原子的核式結(jié)構(gòu)1.盧瑟福的α粒子散射實驗裝置如圖所示，在一個小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點。下列說法正確的是()A.該實驗是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)B.該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性C.α粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D.絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)【題型二】玻爾理論與能級躍遷氫原子光譜 2.目前科學(xué)家已經(jīng)能夠制備出能量量子數(shù)n較大的氫原子。氫原子第n能級的能量為En＝eq\f(E1,n2)，其中E1＝－13.6eV。圖是按能量排列的電磁波譜，要使n＝20的氫原子吸收一個光子后，恰好失去一個電子變成氫離子，被吸收的光子是()A.紅外線波段的光子 B.可見光波段的光子C.紫外線波段的光子 D.X射線波段的光子3.(2023·新課標(biāo)卷，16)銫原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間躍遷發(fā)射的光子具有穩(wěn)定的頻率，銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級為10－5eV，躍遷發(fā)射的光子的頻率量級為(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，元電荷e＝1.60×10－19C)()A.103Hz B.106HzC.109Hz D.1012Hz4.氫原子的能級圖如圖所示，大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時會輻射不同頻率的光子，現(xiàn)用這些光子照射逸出功為2.25eV的金屬鉀，會有光電子逸出。則()A.逸出的光電子的最大初動能為12.75eVB.這些光子中可能有7種不同的頻率C.這些光子中能夠從金屬鉀打出光電子的共有4種D.處于n＝3能級的氫原子能夠吸收n＝4躍遷到n＝3輻射的光子發(fā)生電離【題型三】原子核的衰變及半衰期5.(2023·廣東卷，1)理論認(rèn)為，大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應(yīng)eq\o\al(12,6)C＋Y→eq\o\al(16,8)O的影響。下列說法正確的是()A.Y是β粒子，β射線穿透能力比γ射線強B.Y是β粒子，β射線電離能力比γ射線強C.Y是α粒子，α射線穿透能力比γ射線強D.Y是α粒子，α射線電離能力比γ射線強6.如圖，一個原子核X經(jīng)圖中所示的14次衰變，其中有m次α衰變、n次β衰變，生成穩(wěn)定的原子核Y，則()A.m＝8，n＝6 B.m＝6，n＝8C.m＝4，n＝10 D.m＝2，n＝12【題型四】核反應(yīng)及核能的計算7.(2023·北京卷，3)下列核反應(yīng)方程中括號內(nèi)的粒子為中子的是()A.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋()B.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋()C.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋()D.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋()8.重核裂變和輕核聚變都釋放出能量。如圖所示為原子核的平均結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系圖線，下列說法正確的是()A.鈾核裂變的一個重要核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(235,92)U核的平均結(jié)合能大于eq\o\al(144,56)Ba核的平均結(jié)合能C.三個中子和三個質(zhì)子結(jié)合成eq\o\al(6,3)Li核時釋放能量約為20MeVD.eq\o\al(4,2)He核的平均核子質(zhì)量小于eq\o\al(6,3)Li核的平均核子質(zhì)量9.用中子轟擊靜止的鋰核，核反應(yīng)方程為eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(6,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋X＋γ。已知γ光子的頻率為ν，鋰核的比結(jié)合能為E1，氦核的比結(jié)合能為E2，X核的比結(jié)合能為E3，普朗克常量為h，真空中的光速為c。下列說法中正確的是()A.X核為eq\o\al(2,1)H核B.γ光子的動量p＝eq\f(hc,ν)C.釋放的核能ΔE＝4E2＋3E3－6E1D.質(zhì)量虧損Δm＝eq\f(4E2＋3E3－6E1＋hν,c2)1．(2024年1月·江西高考適應(yīng)性演練)在恒星演化末期會發(fā)生俗稱“燒石頭”的核聚變反應(yīng)，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(A,Z)Si＋7eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(56,28)Ni，下列選項正確的是()A．Z＝26，A＝52 B．Z＝26，A＝28C．Z＝14，A＝52 D．Z＝14，A＝282．關(guān)于天然放射現(xiàn)象、射線的防止與應(yīng)用，下列說法正確的是()A．所有元素都能發(fā)生衰變B．在α、β和γ三種射線中，α射線穿透能力最強，γ射線的電離能力最強C．利用γ射線可以為金屬探傷或?qū)崿F(xiàn)對流水線的自動控制，也可以用γ射線照射食品殺死細(xì)菌D．利用γ射線可以有效消除靜電積累，利用α射線照射植物的種子，可以使產(chǎn)量顯著增加3．我國科研人員及合作者首次合成了新原子核eq\o\al(205,89)Ac。原子核存在一種衰變鏈，其中第1次由eq\o\al(205,89)Ac衰變成原子核eq\o\al(201,87)Fr，第2次由eq\o\al(201,87)Fr衰變成原子核eq\o\al(197,85)At。下列說法正確的是()A．兩次均為α衰變B．兩次均為β衰變C．第1次為α衰變，第2次為β衰變D．第1次為β衰變，第2次為α衰變4．(2023·山東高考)“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發(fā)射升空，對提升我國導(dǎo)航定位、深空探測等技術(shù)具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ，然后自發(fā)輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，實現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài)。該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率ν2為()A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν35．(2023·湖南高考)2023年4月13日，中國“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀(jì)錄，實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行，為可控核聚變的最終實現(xiàn)又向前邁出了重要的一步，下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是()A．相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多B．氘氚核聚變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(0,－1)eC．核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235D．核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損6．考古學(xué)家利用eq\o\al(14,6)C技術(shù)測定了位于臨淄的稷下學(xué)宮遺址下的土層，確定距今約2400年，這個年代略早于春秋齊桓公時期。已知eq\o\al(14,6)C的半衰期為5730年，它很容易發(fā)生β衰變，變成一個新核。下列說法正確的是()A．骨骼中以碳酸鈣(CaCO3)形式存在的eq\o\al(14,6)C的半衰期比單質(zhì)eq\o\al(14,6)C的半衰期更長B.eq\o\al(14,6)C發(fā)生β衰變，其衰變方程為：eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,5)B＋eq\o\al(0,1)eC．β衰變的實質(zhì)是核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子D.eq\o\al(14,6)C經(jīng)過2400年后，剩余的eq\o\al(14,6)C不到原來的一半7．一群處于第4能級的氫原子，向低能級躍遷過程中能發(fā)出6種不同頻率的光，將這些光分別照射到圖(a)電路陰極K的金屬上，只能測得3條電流隨電壓變化的圖像如圖(b)所示，已知氫原子的能級圖如圖(c)所示，則下列推斷正確的是()A．只有b光照射時，僅增加其強度，則對應(yīng)的遏止電壓增大B．陰極金屬的逸出功可能為W0＝2.5eVC．圖(b)中的a光是氫原子由第2能級向基態(tài)躍遷發(fā)出的D．圖(b)中的c光光子能量為10.2eV8．(多選)a、b兩單色光在電磁波譜中的位置如圖所示，下列說法正確的是()A．若a、b光分別射入水中，a光的光速比b光小B．若a、b光分別照射同一小孔發(fā)生衍射，a光的衍射現(xiàn)象更明顯C．若a、b光分別照射同一光電管發(fā)生光電效應(yīng)，a光的遏止電壓低D．若a、b光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級差大9．核能是蘊藏在原子核內(nèi)部的能量，合理利用核能，可以有效緩解常規(guī)能源短缺問題。在鈾核裂變實驗中，核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3X，eq\o\al(235,92)U核的結(jié)合能為E1，eq\o\al(144,56)Ba核的結(jié)合能為E2，eq\o\al(89,36)Kr核的結(jié)合能為E3。則()A．該核反應(yīng)過程動量不守恒B．該核反應(yīng)方程中的X為eq\o\al(1,0)nC．該核反應(yīng)中釋放的核能為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(E1－E2－E3))D．該核反應(yīng)中電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒10．太陽發(fā)射出的高能帶電粒子擊穿大氣層，并與大氣中的分子和原子相碰撞，使被撞擊的分子和原子處于激發(fā)狀態(tài)，恢復(fù)常態(tài)時，其激發(fā)的能量就以光能的形式發(fā)射出來，從而形成了絢麗多彩的極光。受大地磁暴影響，2023年12月1日北京上空罕見地出現(xiàn)了極光，已知此次出現(xiàn)的深紅色極光波長約為630nm，真空中的光速為3×108m/s，則()A．極光是由分子和原子從高能級向低能級躍遷時產(chǎn)生的B．大氣層中的分子和原子可以吸收任意大小的能量發(fā)生躍遷C．深紅色極光的頻率約為4.8×1011HzD．對極光進行光譜分析可以推測太陽的物質(zhì)組成11．(多選)硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù)，其原理是進入癌細(xì)胞內(nèi)的硼核(eq\o\al(10,5)B)吸收慢中子，轉(zhuǎn)變成鋰核(eq\o\al(7,3)Li)和α粒子，釋放出γ光子。已知核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損為Δm，γ光子的能量為E0，硼核的比結(jié)合能為E1，鋰核的比結(jié)合能為E2，普朗克常量為h，真空中光速為c，正確的是()A．核反應(yīng)方程為eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)He＋γB．γ光子的波長λ＝eq\f(E0,h)C．核反應(yīng)放出的能量E＝Δmc2D．氦核的比結(jié)合能E3＝eq\f(10E1－Δmc2－7E2,4)12．我國科學(xué)家在蘭州重離子加速器上開展的實驗中發(fā)現(xiàn)，靜止的鎂核(eq\o\al(22,12)Mg)放出兩個質(zhì)子后變成氖核(Ne)，并放出γ射線，核反應(yīng)方程為eq\o\al(22,12)Mg→eq\o\al(A,Z)Ne＋2eq\o\al(1,1)H＋γ，氖核的速度大小為v1，質(zhì)子的速度大小為v2，設(shè)質(zhì)子和γ光子的運動方向相同。已知氖核、質(zhì)子的質(zhì)量分別為m1、m2，普朗克常量為h，不考慮相對論效應(yīng)，求：(1)氖核的質(zhì)量數(shù)A、電荷數(shù)Z和物質(zhì)波波長λ；(2)γ光子的動量大小p。13．在火星上太陽能電池板發(fā)電能力有限，因此科學(xué)家們用放射性材料——PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電(PuO2中的Pu是eq\o\al(238,94)Pu)。已知eq\o\al(238,94)