文档内容
2025人教版新教材物理高考第一轮
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.(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 Hz B.106 Hz
C.109 Hz D.1012 Hz
4.(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 C+Y O的影响。
12
6
下列说法正确的是( )
A.Y是β粒子,β射线穿透能力比γ射线强
B.Y是β粒子,β射线电离能力比γ射线强
C.Y是α粒子,α射线穿透能力比γ射线强
D.Y是α粒子,α射线电离能力比γ射线强
6.(2023全国卷)2022年10月,全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴,其中我国的
“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果
推断,该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048 J。假设释放的能量来自物质质量
的减少,则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108 m/s)( )
A.1019 kg B.1024 kg
C.1029 kg D.1034 kg
7.(2023湖南卷)2023年4月13日,中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创
下新纪录,实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,为可控核聚变的最终实现又向
前迈出了重要的一步,下列关于核反应的说法正确的是( )
A.相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B.氘氚核聚变的核反应方程为 H He e
2H+3 + 0
1 1 -1
C.核聚变的核反应燃料主要是铀235D.核聚变反应过程中没有质量亏损
综合提升练
8.(2023浙江卷)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜。核电池将 Pu衰变释放
238
94
的核能一部分转化成电能。 Pu的衰变方程为 Pu U He,则( )
238 238 +4
94 94 2
A.衰变方程中的X等于233
B He的穿透能力比γ射线强
.4
2
C Pu比 U的比结合能小
.238 X
94 92
D.月夜的寒冷导致 Pu的半衰期变大
238
94
9.(2023辽宁卷)原子处于磁场中,某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能
级图如图所示,相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时
能发生光电效应,且逸出光电子的最大初动能为E ,则( )
k
A.①和③的能量相等
B.②的频率大于④的频率
C.用②照射该金属一定能发生光电效应
D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于E
k
10.氢原子的能级图如图甲所示,一群处于n=4能级的氢原子,用其向低能级跃迁过程中发
出的光照射图乙电路中的阴极 K,其中只有a、b两种频率的光能使之发生光电效应。分
别用这两种频率的光照射阴极K,测得图乙中电流表示数随电压表示数变化的图像如图丙
所示。下列说法正确的是( )
A.题中的氢原子跃迁共能发出3种不同频率的光B.a光是从n=4能级向n=1能级跃迁产生的
C.a光的波长大于b光的波长
D.b光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能比a光照射时的小
11.A、B是两种放射性元素的原子核,原来都静止在同一匀强磁场中,其中一个放出α粒子,
另一个放出β粒子,运动方向都与磁场方向垂直,图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动
轨迹,下列说法正确的是( )
A.A放出的是α粒子,B放出的是β粒子
B.a为α粒子的运动轨迹,d为β粒子的运动轨迹
C.a轨迹中的粒子比b轨迹中的粒子动量小
D.磁场方向一定垂直纸面向外
12.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 He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨迹半径为R。以m、q分别表示α
(4
2
粒子的质量和电荷量。
(1)放射性原子核用 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;
A
Z
(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(光速为c)。
参考答案
第2讲 原子结构 原子核
1.C 解析 卢瑟福的核式结构模型解释了α粒子散射实验,故A错误;玻尔的原子理论解
释了氢原子光谱,故B错误;光电效应揭示了光的粒子性,故C正确;电子的衍射揭示了电
子的波动性,故D错误。
2.B 解析 由于原子中大部分是空的,故大部分α粒子会沿直线通过,所以在位置3接收
到的α粒子最多,故A错误;在位置1接收到α粒子,说明α粒子发生了大角度偏折,可以推
出正电荷不可能均匀分布在原子内,故B正确;由图看出,位置2接收到的α粒子偏折程度
没有位置1的大,所以位置1接收到的α粒子比位置2接收到的α粒子所受金原子核斥力
的冲量大,故C错误;若正电荷均匀分布在原子内,则1、2位置几乎接收不到α粒子,3位置接收得最多,故D错误。
3.C 解析 铯原子钟利用的两能级的能量差量级对应的能量为 ε=10-5 eV=10-5×1.6×10-19
J=1.6×10-24 J,由光子能量的表达式 ε=hν 可得,跃迁发射的光子的频率量级为 ν=
ε 1.6×10-24 Hz≈2.4×109 Hz,跃迁发射的光子的频率量级为109 Hz。故选C。
=
ℎ
6.63×10-34
4.D 解析 这群氢原子自发跃迁时能发出光子频率的种类为 =6,即能辐射出6种不同
C2
4
频率的光子,而这6种光子中从n=4能级跃迁到n=3能级、从n=4能级跃迁到n=1能级、
从n=3能级跃迁到n=1能级、从n=2能级跃迁到n=1能级时辐射出的能量不在可见光
光子能量范围之内,A错误;氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级时辐射出的光的光子能量
为12.75 eV,不在可见光光子能量范围之内,B错误;辐射出的光中从n=4能级跃迁到n=1
能级发出光的频率最大,C错误;氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光的光子
能量为2.55 eV,小于金属钙的逸出功3.2 eV,所以不能使金属钙发生光电效应,D正确。
5.D 解析 根据质量数守恒、电荷数守恒可判断 Y粒子质量数为4,电荷数为2,故为α粒
子。三种射线中,α射线电离能力最强、穿透能力最弱。故D正确。
6.C 解析 由爱因斯坦质能方程 E=mc2可得 Δm ΔE 1048 kg/s≈2×1029
= =
Δt c2Δt (3×108)2×60
kg/s,选项C正确。
7.A 解析 核聚变是轻核的聚变,相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变释放的核能更
多,A正确,C错误;氘氚核聚变反应遵守电荷数守恒和质量数守恒,B错误;核聚变反应有质
量亏损,D错误。
8.C 解析 根据质量数守恒,得238=X+4,解得X=234,选项A错误 He为α射线,α射线比
;4
2
γ射线的穿透能力弱,选项B错误;该核反应为放能反应 Pu比 U的比结合能小,选项C
,238 X
94 92
正确;半衰期不随元素所处的物理状态和化学状态的变化而变化,选项D错误。
9.A 解析 ①和③光子跃迁能级差相等,故①和③的能量相等,选项A正确;②光子跃迁能
级差小于④光子跃迁能级差,根据E=hν,可得②的频率小于④的频率,选项B错误;同理②
光子的频率小于①光子的频率,用②照射该金属不一定能发生光电效应,选项C错误;④光
子的频率大于①光子的频率,用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于E ,选项D错
k
误。10.C 解析 一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁过程中,共能发出 =6种不同频
C2
4
率的光,故A错误;依题意,6种不同频率的光中只有 2种能够使阴极K发生光电效应,可知
这两种光的光子能量是较大的,那么这两种光是n=3能级向n=1能级跃迁和n=4能级向
n=1能级跃迁产生的。图丙中的图线a所对应的遏止电压较小,则光电子的最大初动能较
小,根据E =hν-W ,可知对应的光子能量较小,原子跃迁对应的能级差较小,即a光是氢原
km 0
子从n=3能级向n=1能级跃迁产生的,故B错误;根据上述分析,a光的光子能量小于b光
c
的光子能量,根据E=hν=h ,可知a光的波长大于b光的波长,故C正确;根据E =hν-W ,由
km 0
λ
于b光的光子能量大于a光的光子能量,则b光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能
比a光照射时的大,故D错误。
11.A 解析 放射性元素放出α粒子时,α粒子与反冲核的速度方向相反,但电性相同,则两
个粒子受到的洛伦兹力方向相反,两个粒子的运动轨迹应为外切圆;而放射性元素放出 β
粒子时,β粒子与反冲核的速度方向相反,且电性相反,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相
同,两个粒子的运动轨迹应为内切圆,所以B放出的是β粒子,A放出的是α粒子,故A正确;
mv
根据带电粒子在磁场中的运动半径 r= ,放出的粒子与反冲核的动量相等,而反冲核的
qB
电荷量大,故轨迹半径小,故b为α粒子的运动轨迹,c为β粒子的运动轨迹,故B、C错误;
粒子在磁场中做匀速圆周运动,磁场方向不同,粒子运动的方向相反,由于α粒子和β粒子
的速度方向未知,不能判断磁场的方向,故D错误。
12.答案 (1 X Y He
)A +4
Z 2
2πm q2B
(2)
qB 2πm
(3)q2B2R2(m'+m)
2m'mc2
解析 (1)由题意可知,α衰变的核反应方程为 X Y He。
A +4
Z 2
(2)洛伦兹力提供向心力,有qv B=mv 2
α α
R
qBR 2πR 2πm
所以v = ,T= =
α m v qB
αq q2B
环形电流大小I= = 。
T 2πm
(3)衰变过程动量守恒,有0=p +p
Y α
所以p =-p ,“-”表示方向相反
Y α
1 p2
因为p=mv,E = mv2,所以E =
k 2 k 2m
即E ∶E =m∶m'
kY kα
由能量守恒得Δmc2=E +E
kY kα
Δm=E kα(m'+m),其中E
kα
=1m
v 2
=q2B2R2
c2 m' 2 α 2m
所以Δm=q2B2R2(m'+m)。
2m'mc2
