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第67 讲 原子结构和原子核
目录
01 课标达标练............................................................................................................................................1
题型01 波尔理论的应用.................................................................................................................1
题型02 原子核的衰变和半衰期....................................................................................................4
题型03 核反应方程与核能的计算................................................................................................5
02 核心突破练............................................................................................................................................7
03 真题溯源练.........................................................................................................................................11
01 波尔理论的应用
1．（2025·湖南·一模）氢原子的能级图如图所示，大量处于
能级的氢原子向低能级跃迁，用跃迁时辐
射出的光照射金属钙表面，已知钙金属的逸出功为3.20eV，则跃迁时辐射出的光子中可以使金属钙发生光
电效应的种类为（ ）
A．6 种
B．3 种
C．2 种
D．1 种
2．（2025·河南·三模）我国自主研发的氢原子钟已成功应用于北斗卫星的导航系统。氢原子钟是利用氢原
子跃迁频率稳定的特性来获取精准时间频率信号的设备，对提高导航的精度极为重要。氢原子的部分能级
图如图所示，已知可见光的光子能量范围为1.62~3.11eV，当大量处于
能级的氢原子向低能级跃迁时，
根据玻尔原子理论，下列说法正确的是（ ）
1
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A．最多可辐射出5 种频率的光子
B．最多可辐射出2 种频率的可见光光子
C．氢原子由
能级跃迁到
能级，电子的动能减小
D．氢原子由
能级跃迁到
能级辐射出的光子动量最小
3．（2025·贵州贵阳·模拟预测）大量处于
能级的氢原子向低能级跃迁过程中，能发出
种不同频率的
光，将这些光分别照射到图甲电路中的光电管
极上，只有两种光能在电路中形成光电流，其形成的电流
随电压变化的图像如图乙所示。已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列说法正确的是（ ）
A．
B．电极
金属的逸出功可能为
C．图乙中a 光是氢原子从
能级跃迁到基态发出的光
D．图乙中b 光的光子能量为
4．（2025·甘肃平凉·模拟预测）氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于
能级，
、
、
是氢原子跃迁过程中所产生的光，
、
、三种光在真空中的波长分别为
、
、
。下列说法正确
的是（ ）
2
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A．大量处于
能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生4 种不同频率的光
B．
C．
D．与光相比，
光光子能量更大
5．（2025·四川巴中·三模）某高校开展氢谱实验，研究团队利用不同能量的电子与光子轰击基态氢原子以
观察能级跃迁现象。氢原子能级如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．用光子能量为13.2eV 的光照射基态氢原子，光子能被吸收使其跃迁到n=2 能级
B．动能为13.2eV 的电子轰击氢原子时，原子不可能发生跃迁
C．用光子能量为1.75eV 的光照射n=3 状态的氢原子时，氢原子不能电离
D．氢原子越高，电子动能越小，轨道半径越大
6．（2025·湖北十堰·模拟预测）如图所示为氢原子能级的示意图。现有大量处于
能级的氢原子向低能
级跃迁并辐射出光子。已知紫外线的光子的能量大于
，金属钠的逸出功为
。下列说法正确
的是（ ）
3
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A．氢原子从
能级跃迁到基态辐射出的光波长最长
B．氢原子从
能级跃迁到
能级辐射出的光属于紫外线
C．氢原子从
能级跃迁到
能级辐射出的光照射金属钠时能发生光电效应
D．氢原子从
能级跃迁到
能级辐射出的光照射处于
能级的氢原子，可使其发生电离
02 原子核的衰变和半衰期
7．（2025·河北邯郸·模拟预测）2025 年6 月，中国科学院近代物理研究所甘再国研究员团队合成了新核素
镤210 并精确测量其衰变特性。下列关于原子核衰变的说法正确的是（ ）
A．半衰期是指一个原子核衰变至稳定状态所需时间的一半
B．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将会明显缩短
C．β 衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子
D．镤210（
）发生α 衰变后，生成的新核质量数为208
8．（2025·河南南阳·模拟预测）下列说法正确的是（ ）
A．水中的气泡看起来很明亮是因为光射入气泡衍射形成“亮斑”
B．氡-222 的半衰期为3.8 天，若有100 个氢原子，经过7.6 天就剩下25 个氡-222 原子
C．
的衰变方程为
，
的比结合能大于
的比结合能
D．用一束绿光照射光电管金属时不能发生光电效应，若改用蓝光照射该光电管则可能发生光电效应
9．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）中国月球车“玉兔二号”安装有核电池，该核电池利用的是
衰变
释放的核能。
的衰变方程为
，
衰变为
的半衰期约为88 年。下列说法正确
的是（ ）
A．衰变方程中的X 为
粒子
4
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B．
的比结合能比
的比结合能大
C．1g 的
经过176 年约有
发生了衰变
D．随着衰变的持续，
的半衰期越来越小
10．（2025·湖南湘潭·模拟预测）2024 年12 月，我国南华大学团队从稀土矿物“独居石”中成功提取出可
用于恶性肿瘤治疗的高纯医用同位素铅212（
）。已知铅212 的半衰期为10.6 小时，通过
衰变生成
铋212（
）。下列关于铅212 的说法正确的是（ ）
A．衰变过程中，衰变产物的质量数比铅212 少4
B．若有10g 铅212，经过21.2 小时后剩余质量为2.5g
C．衰变释放的
射线穿透能力比
射线弱
D．衰变释放的
粒子来源于铅212 原子核外电子
11．（2025·安徽合肥·模拟预测）我国第一颗原子弹核反应物的主要成分是
。
是不稳定的，它经
过若干次α 衰变和β 衰变最终成为稳定的元素Pb。已知Pb 的同位素种类如下表所示，则
衰变成Pb 需
要的α 衰变和β 衰变次数为（ ）
A．6 次α 衰变，2 次β 衰变
B．7 次α 衰变，4 次β 衰变
C．8 次α 衰变，6 次β 衰变
D．9 次α 衰变，8 次β 衰变
12．（2024·辽宁·二模）香烟燃烧能产生的有害成分达3000 余种，其中会释放一种危险的放射性元素钋
，
发生m 次
衰变和n 次
衰变后产生新核铋
，下列说法正确的是（ ）
A．
5
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B．
的比结合能大于
的比结合能
C．新核铋
的中子数比质子数多
D．
衰变产生的
射线可以穿透1cm 厚的铅板
03 核反应方程与核能的计算
13．（2025·海南海口·模拟预测）海南昌江核电站采用的是我国自主研发的华龙一号三代核电技术，该技
术具有更高的安全性和经济性，可以显著降低核电站的建设和运营成本，同时提高了核电站的发电效率和
安全性。关于核电站的说法正确的是（ ）
A．该核电站的核反应方程可能为
B．该核电站的核反应方程可能为
C．该核电站的核反应方程可能为
D．该核电站的核反应方程可能为
14．（25-26 高三上·广西柳州·阶段练习）我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”.其科学目
标之一是探寻神秘的“119 号”元素， 科学家尝试使用核反应
产生该元素。关于原
子核X 和质量数A，下列选项正确的是（ ）
A．X 为
，
B．X 为
，
C．X 为
，
D．X 为
，
15．（2025·浙江·一模）在一次核反应中，铀核
变成了氙核
和锶核
，同时放出若干中子。
的比结合能约为
，
的比结合能约为
，
的比结合能约为
，下列说法正
确的是（ ）
A．核反应出现质量亏损，质量数减少
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B．若把
全部分解为核子，将吸收能量约
C．该核反应中铀核结合能最大，原子核结合的最牢固
D．核反应放出的能量约
16．（25-26 高三上·四川绵阳·开学考试）“双亿度”！2025 年3 月28 日消息，我国新一代人造太阳“中
国环流三号”首次实现原子核和电子温度均突破一亿度，可控核聚变技术取得重大进展，走向应用核心环
节。核聚变反应是
和
聚变生成
释放能量，下列说法正确的是（ ）
A．
中子数为3
B．该聚变的核反应方程是
C．
的质量小于组成它的核子的质量之和
D．
的比结合能大于
的比结合能
17．（2025·浙江湖州·一模）我国自主研发的“玲龙一号”，是全球首个陆上商用模块化小堆，这表明我
国的核电技术已处于世界先进水平。其中的一种核反应方程式甲为
，
可
以进一步发生衰变，核反应方程式乙为
。则（ ）
A．
，Y 粒子是
B．甲为聚变反应，乙为核衰变反应
C．
的比结合能小于
的比结合能D．乙中
的动量等于
与Y 的动量之和
18．（2025·福建福州·模拟预测）2025 年5 月10 日，中国自主研发的“人造太阳”装置“中国环流三号”
首次在实验室里实现了1.17 亿度的原子核温度和1.6 亿度的电子温度，并直接输出了电力。这一成就意味
着在直径不到10 米的装置中，造出了一个比太阳核心温度还高8 倍的“小太阳”，并且发电成本接近煤电
水平，仅为0.18 元/度。这一知识涉及高中物理课本中的“核聚变”，属于《原子物理》相关知识。下列
关于原子物理相关知识说法正确的是（ ）
A．
为“核聚变”的核反应方程式
B．在反应
中，钡核的比结合能比铀核的比结合能大
C．核反应
属于α 衰变
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D．目前世界上主流的核电站都利用了“核聚变”的原理
19．（多选）（2025·黑龙江齐齐哈尔·模拟预测）我国自主研发的氢原子钟已成功应用于北斗卫星导航系
统，氢原子钟是利用氢原子跃迁频率稳定的特性来获取精准时间频率信号的设备，对提高导航的精度极为
重要。氢原子的部分能级图如图所示，已知可见光的光子能量范围为
，根据玻尔原子理论，
当大量处于
能级的氢原子向低能级跃迁时，下列说法正确的是（ ）
A．最多可辐射出5 种频率的光子
B．最多可辐射出2 种频率的可见光光子
C．氢原子由
能级跃迁到
能级辐射出的光子能量最小
D．氢原子由
能级跃迁到
能级辐射出的光子动量最大
20．（多选）（2025·宁夏吴忠·二模）1885 年巴尔末对可见光区的四条光谱线进行研究并最终得到了如下
公式
，式子中的
为里德伯常量，
为辐射出的光的波长。如图所示为氢原
子的能级图，氢原子第
能级的能量为
，其中
是基态能量，
。现对大量处于同一激发
态的氢原子研究，已知此类氢原子能够辐射出六种不同频率的光子，普朗克常量为，真空中光速为，
则下列说法中正确的是（ ）
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A．该类氢原子处于
的激发态
B．其中光子频率最大的为
C．若用上述六种光子照射某一金属板时，有两种光子不能使其发生光电效应，则逸出电子的最大初动
能之差可能为
D．里德伯常量为
21．（多选）（2025·陕西咸阳·模拟预测）如图所示为氢原子的能级图，在某次实验中，电子能够无初速
进入回旋加速器，经过10 次加速后撞击氢原子靶。已知回旋加速器中两个半圆金属盒间的电势差为U，则
以下说法正确的是（ ）
A．若基态氢原子跃迁到能级2，则电子能量可能等于10.2eV
B．若基态氢原子跃迁到能级2，则U 一定等于1.02V
C．若基态氢原子跃迁到能级2，则U 可能大于1.02V
D．若U 大于1.36V，一定能使基态氢原子发生电离
22．（多选）（2025·青海·模拟预测）光刻机是生产芯片的核心设备，目前世界上生产的光刻机主要利用
紫外线作为光源，紫外线的光子能量范围为3eV~12.4eV，现有一群处于n=3 能级的氢原子向低能级跃迁时
向外辐射光子，氢原子的能级图如图所示，则下列说法正确的是（ ）
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A．辐射的光子中有2 种不同频率的紫外线
B．辐射的光子中有3 种不同频率的紫外线
C．紫外线从真空进入某种液体后，波长变小
D．紫外线从真空进入某种液体后，光子能量变小
23．（多选）（2025·浙江·模拟预测）太阳发射连续的光谱，部分频率的光被大气中的原子吸收，从而使
地面上接收到的太阳光谱中存在多条暗线，这些暗线被称为夫琅禾费暗线。夫琅禾费暗线中部分暗线对应
如图甲所示氢原子光谱中的巴耳末系（从左至右波长依次增大），氢原子能级图如图乙所示，则（ ）
A．四种光线中
光的衍射现象最明显
B．用相同功率发射图甲中的四种细光束，单位时间发射的
光的平均光子数最多
C．用
光照射逸出功为2.8eV 的金属，不能发生光电效应
D．大量处于
能级的氢原子向基态跃迁时，会产生1 条巴耳末系谱线和3 条赖曼系谱线
24．（多选）（2025·海南·模拟预测）PET−CT 是医学影像仪器，其原理是将放射性同位素
注入人体，
衰变（核反应方程为
）放出的X 粒子和人体内的负电子发生核反应放出能量，被探测器
10
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探测后经计算机处理，形成清晰的图像。下列说法正确的是（ ）
A．X 是
B．X 是
C．X 是原子核中一个中子转化成质子时释放的
D．X 是原子核中一个质子转化成中子时释放的
25．（多选）（2025·河北秦皇岛·模拟预测）考古鉴定古木的年代通常采用的是碳14 测年法，植物存活期
间，其体内
与
的比例不变，生命活动结束后，
的比例会持续减少。已知
发生衰变后变为
，
半衰期约为5730 年。现测量某古木样品中
的比例，发现其正好是现代植物样品中
比例的四分之一。
下列说法正确的是（ ）
A．再过约5730 年，该样品中的
将全部衰变
B．该古木生命活动结束的年代距今约11460 年
C．
衰变为
是衰变
D．随着环境和气候的变迁，
的半衰期可能会发生变化
26．（多选）（2025·浙江宁波·模拟预测）太阳内部的核反应非常复杂，我们将其简化为氢转变为氦，即
质子和电子结合成一个
粒子，同时放出质量可视为零的两个中微子
。已知电子质量
，质子质量
，α 粒子质量
（c 为光速），太阳辐射的总功率
，太阳质量
（其中氢约
占70%），则（ ）
A．太阳内部核反应属于裂变反应
B．α 粒子的动能小于
C．α 粒子和中微子的动量之和小于质子和电子的动量之和
D．若太阳中现有氢的10%发生聚变，大约需要
27．（多选）（2025·吉林长春·模拟预测）2025 年5 月1 日，“下一代人造太阳”BEST 装置在安徽合肥启
动总装，为实现可控核聚变的实际运用又迈进一步，BEST 装置实现核聚变需要将燃料加热到极高温度（约
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1 亿摄氏度）。下列说法正确的是（ ）
A．若反应物为
和
，生成物为
，则聚变反应方程为
B．需要将燃料加热到极高温度说明聚变反应吸收能量而不是放出能量
C．高温的目的是使原子核具有足够大的动能，能够克服库仑斥力进而发生核聚变
D．高温的目的是促使燃料发生链式反应
28．（多选）（2025·黑龙江哈尔滨·三模）2025 年双中子星合并事件中，科学家首次探测到快中子俘获过
程（r-process）。该过程产生大量重元素，其中一个典型反应为：
，每次中子俘
获均伴随
射线释放。已知单个
核的质量为
，单个
核的质量为
，单个中子
的质量为
，
单个电子
的质量为
，光速为c。则下列说法正确的是（ ）
A．单次核反应的质量亏损为
B．单个
核发生核反应时，核反应释放的能量为
C．该反应是恒星氢聚变的主要途径
D．释放的
射线可穿透几厘米厚的铅板
29．（2025·湖北·高考真题） PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原
理是将含放射性同位素（如：
）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。
的衰变方程
为
，其中
是中微子。已知
的半衰期是110 分钟。下列说法正确的是（ ）
A． X 为
B．该反应为核聚变反应
C．1 克
经110 分钟剩下0.5 克
D．该反应产生的
在磁场中会发生偏转
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30．（2025·海南·高考真题）海南昌江核电示范项目“玲珑一号”是中国自主研发的全球首个陆上商用模
块化小型核反 应堆，其中发生的一个核反应方程核反应方程为
，则
为（
）
A．
B．
C．
D．
31．（2024·江苏·高考真题）如图所示，纳原子在几个能级间跃迁时辐射的光的波长分别为
、
、
和
。其中只有一种波长的光能使某种金属发生光电效应，该光的波长为（ ）
A．λ1
B．λ2
C．λ3
D．λ4
32．（2023·山东·高考真题）“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升
我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为
的光子从基态能级I 跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为
的光子，跃迁到钟跃迁的上能级
2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为
的光子
回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率
为（ ）
A．
B．
C．
D．
13
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33．（多选）（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）某理论研究认为，
原子核可能发生双
衰变，衰变方程
为
。处于第二激发态的
原子核先后辐射能量分别为
和
的
、
两光子后回到基态。下列说法正确的是（ ）
A．
B．
C．
的频率比
的大
D．
的波长比
的大
14
