第16章　近代物理 第2讲　原子结构　原子核--2027全国版高考物理第一轮(含答案)

2027全国版高考物理第一轮
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.如图所示,α粒子散射实验中,移动显微镜M分别在a、b、c、d四个位置观察,则(　　)
A.在a处观察到的是金原子核
B.在b处观察到的是电子
C.在c处能观察到α粒子
D.在d处不能观察到任何粒子
2.(2024浙江1月选考)氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示,此四条谱线满足巴耳末公式=R(n=3,4,5,6),用Hδ和Hγ光进行如下实验研究,则(　　)
A.照射同一单缝衍射装置,Hδ光的中央亮条纹宽度宽
B.以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖,Hδ光的侧移量小
C.以相同功率发射的细光束,真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多
D.相同光强的光分别照射同一光电效应装置,Hγ光的饱和光电流小
题组二　玻尔理论　能级跃迁
3.(2026江苏南京模拟)氢原子的能级图如图所示。一群处于基态的氢原子受到激发后,会辐射出6种不同频率的光。已知可见光光子的能量范围为1.64~3.19 eV。下列说法正确的是(　　)
A.6种不同频率的光中包含有γ射线
B.基态的氢原子受激后跃迁到n=6的能级
C.从n=4能级跃迁到n=2能级发出的光是可见光
D.从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光波长最短
题组三　原子核的衰变及半衰期
4.(多选)(2025河北邢台模拟)医学中某型号心脏起搏器使用氚电池供电,氚电池可以将氚核衰变时产生的核能转化为电能。衰变方程为HHe+X+ΔE,当电池中氚的含量低于初始值的25%时便无法正常工作,氚电池大约能正常工作25年。下列说法正确的是(　　)
A.衰变方程中X为e
B.改变工作环境,会延长氚电池的工作寿命
C.氚核的半衰期约为12.5年
D.质量为1 kg的氚核经过37.5年将全部发生衰变
5.(2024山东卷)2024年是中国航天大年,神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天,部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知Sr衰变为Y的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约87年。现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池,下列说法正确的是(　　)
ASr衰变为Y时产生α粒子
BPu衰变为U时产生β粒子
C.50年后,剩余的Sr数目大于Pu的数目
D.87年后,剩余的Sr数目小于Pu的数目
题组四　核反应及核能的计算
6.(2025山东青岛检测)我国自主设计全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造了世界纪录,实现了1亿摄氏度稳态长脉冲高约束模等离子体运行1 066 s。该装置中的核反应方程为H+He+X,其中H可以用中子轰击Li得到,下列说法正确的是(　　)
A.该核反应方程中X是质子
B.该核反应满足电荷数守恒和质量守恒
CHe的比结合能大于H的比结合能
D.用中子轰击Li还能得到He,该反应属于核聚变
7.(2025四川泸州质量诊断)原子核的比结合能曲线如图所示,由图中信息可知(　　)
A.Li核比He核更稳定
B.两个H核聚变成He核会放出能量
CU核裂变成Ba核和Kr核要吸收能量
DKr核的结合能比U核的结合能大
综合提升练
8.(2026辽宁锦州模拟)太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由正、负电子和He等原子核组成,维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是HHe+e+E(释放的核能),这些核能最后转化为辐射能。已知质子质量mp=1.672 6×10-27 kg,He核质量mα=6.645 8×10-27 kg,电子质量me=0.9×10-30 kg,光速c=3×108 m/s,则每发生一次上述核聚变反应所释放的核能为(　　)
A.4×10-13 J B.4×10-12 J
C.4×10-11 J D.4×10-10 J
9.(2026河北秦皇岛模拟)某原子核X经过一系列的衰变达到稳定状态变成原子核Y,质量数与中子数的关系图像如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.X的质子数与Y的质子数之比为73∶62
B.Y的比结合能小于X的比结合能
C.X经过1次α衰变后新元素的质子数与中子数之比为5∶8
D.X变成Y的衰变方程为XY+He+e
10.(8分)(2025江苏常州模拟)一个氘核H)与一个氚核H)聚合成一个氦核He)的同时放出一个粒子,释放17.6 MeV的能量,不计生成物的动能。已知氘核、氚核的比结合能分别为1.09 MeV、2.78 MeV。
(1)请写出该核反应的方程。
(2)求氦原子核的比结合能。
培优拔高练
11.(12分)(2025江苏苏州模拟)用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应,测出光电流i随电压U的变化图像如图所示,已知普朗克常量为h,电子的质量m、电荷量为-e。
(1)求每秒内逸出的光电子数n。
(2)求逸出光电子的最大初动能和电子物质波的最短波长。
(3)该频率为ν0的光子是氢原子核外电子从n=4能级跃迁到基态放出来的,求基态氢原子的能级值。
答案：
1.C　解析 四个位置观察到的均为α粒子。故选C。
2.C　解析 根据巴耳末公式可知,Hγ光的波长较长,波长越长,越容易发生明显的衍射现象,故照射同一单缝衍射装置,Hγ光的中央亮条纹宽度宽,故A错误;Hγ光的波长较长,根据f=可知Hγ光的频率较小,则Hγ光的折射率较小,在平行玻璃砖中的偏折较小,Hγ光的侧移量小,故B错误;Hγ光的频率较小,Hγ光的光子能量较小,以相同功率发射的细光束,Hγ光的光子数较多,真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多,故C正确;若Hδ、Hγ光均能发生光电效应,相同光强的光分别照射同一光电效应装置,Hγ光的频率较小,Hγ光的光子能量较小,Hγ光的光子数较多,则Hγ光的饱和光电流大,Hδ光的饱和光电流小,故D错误。
3.C　解析 γ射线是具有高能量的电磁波,能量高于1.24 MeV,故6种不同频率的光中不可能包含有γ射线,A错误;一群氢原子从n能级自发向低能级跃迁能辐射出种不同频率的光,由于一群处于基态的氢原子受到激发后,会辐射出6种不同频率的光, 故基态的氢原子受激后跃迁到n=4能级,B错误;根据Em-En=hν,由n=4能级跃迁到n=2能级产生的光子的能量为E42=E4-E2=-0.85 eV-(-3.40 eV)=2.55 eV,在可见光范围内,C正确;从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光频率最小,波长最长,D错误。
4.AC　解析 根据核反应过程质量数和电荷数守恒知,X粒子为电子e,故A正确;放射性元素的半衰期由原子核自身决定,改变起搏器的工作环境,不会改变氚的半衰期,故B错误;电池中氚的含量等于初始值的25%时,即剩余的氚核为原来的四分之一,氚电池大约能正常工作25年,即t=25年,根据m=m0=m0=m0,可得T==12.5年,即半衰期约为12.5年,故C正确;根据m=m0可知,质量为1 kg的氚核经过37.5年后剩余为m=×1 kg=0.125 kg,故D错误。
5.D　解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可知Sr衰变为Y时产生电子,即β粒子,故A错误;同理可知Pu衰变为U时产生He,即α粒子,故B错误;根据题意可知Pu的半衰期大于Sr的半衰期,现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池,经过相同的时间Sr经过的半衰期的次数多,所以Sr数目小于Pu的数目,故D正确,C错误。
6.C　解析 由质量数和电荷数守恒得X的电荷数为0,质量数为1,所以X为中子,故A错误;核反应满足电荷数守恒,但由于核反应过程中有质量亏损,会以能量的形式释放出来,所以不满足质量守恒,而是满足质量数守恒,故B错误;生成物比反应物更加稳定,所以He的比结合能大于H的比结合能,故C正确;用中子轰击Li的反应属于人工核转变,核聚变是质量较小的核结合成质量较大的核的反应,故D错误。
7.B　解析 由题图可知Li核的比结合能比He核的小,故He核比Li核更稳定,故A错误;由题图可知He核比H核的比结合能大,则两个H核聚变成He核会放出能量,故B正确;由题图可知U核比Ba核和Kr核的比结合能小,即Ba核和Kr核比U核更稳定,反应后比结合能增大,则U核裂变成Ba核和Kr核要释放能量,故C错误;由于U核比Kr核的质量数大很多,且两核比结合能相差不大,故U核的结合能比Kr核的结合能大,故D错误。
8.B　解析 根据质能方程,可知每发生一次该核聚变反应所释放的核能ΔE=Δmc2=(4×1.672 6×10-27-6.645 8×10-27-2×0.9×10-30)×(3×108)2 J=4×10-12 J。故选B。
9.C　解析 设X经过a次α衰变,b次β衰变达到稳定状态,由题图分析可知,X的质量数为238,中子数为146,Y的质量数为206,中子数为124,则核反应方程可写为XY+He+e,故X的质子数与Y的质子数之比为92∶82=46∶41,由电荷数与质量数守恒可得238=206+4a,92=82+2a-b,解得a=8,b=6,核反应方程为XY+He+e,故A、D错误;由题意可知原子核Y比原子核X更稳定,故Y的比结合能大于X的比结合能,故B错误;X经过1次α衰变,衰变方程为XZHe,新元素Z的质子数与中子数之比为90∶(234-90)=5∶8,故C正确。
10.答案 (1HHen　(2)7.03 MeV
解析 (1)根据质量数守恒和电荷数守恒规律可知,该核反应方程为HHen。
(2)设氘核比结合能为E1,氚核比结合能为E2,氦核的比结合能为E3,释放的能量为ΔE,由能量守恒定律得2E1+3E2+ΔE=4E3
代入数据可得氦原子核的比结合能为E3=7.03 MeV。
11.答案 (1)　(2)eUc　　(3)-hν0
解析 (1)设单位时间内有n个光子照射在金属上,饱和电流为Im=ne
每秒内逸出的光电子数n=。
(2)由题图可知遏止电压为Uc,根据动能定理0-Ek=-eUc
逸出光电子的最大初动能Ek=eUc
物质波的波长公式为λ=,又电子动量p=
逸出光电子的物质波的最短波长为λ=。
(3)该频率为ν0的光子是氢原子核外电子从n=4能级跃迁到基态放出来的,则hν0=E4-E1
又E4=E1=E1
解得基态氢原子的能级值E1=-hν0。
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