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第68 讲 原子结构和原子核
目录
01 模拟基础练
【题型一】原子的核式结构
【题型二】玻尔理论与能级跃迁 氢原子光谱
【题型三】原子核的衰变及半衰期
【题型四】核反应及核能的计算
02 重难创新练
【题型一】原子的核式结构
1.卢瑟福的α 粒子散射实验装置如图所示，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
【题型二】玻尔理论与能级跃迁 氢原子光谱
2.目前科学家已经能够制备出能量量子数n 较大的氢原子。氢原子第n 能级的能量为En＝，其中E1＝－
13.6 eV。图是按能量排列的电磁波谱，要使n＝20 的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离
子，被吸收的光子是( )
1
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A.红外线波段的光子
B.可见光波段的光子
C.紫外线波段的光子
D.X 射线波段的光子
3.(2023·新课标卷，16)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. 氢原子的能级图如图所示，大量处于n＝4 能级的氢原子向低能级跃迁时会辐射不同频率的光子，现用
这些光子照射逸出功为2.25 eV 的金属钾，会有光电子逸出。则( )
A.逸出的光电子的最大初动能为12.75 eV
B.这些光子中可能有7 种不同的频率
C.这些光子中能够从金属钾打出光电子的共有4 种
D.处于n＝3 能级的氢原子能够吸收n＝4 跃迁到n＝3 辐射的光子发生电离
【题型三】原子核的衰变及半衰期
5.(2023·广东卷，1)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。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.如图，一个原子核X 经图中所示的14 次衰变，其中有m 次α 衰变、n 次β 衰变，生成稳定的原子核Y，
则( )
2
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A.m＝8，n＝6
B.m＝6，n＝8
C.m＝4，n＝10
D.m＝2，n＝12
【题型四】核反应及核能的计算
7.(2023·北京卷，3)下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是( )
A.U＋n→Ba＋Kr＋( )
B.U→Th＋( )
C.N＋He→O＋( )
D.C→N＋( )
8.重核裂变和轻核聚变都释放出能量。如图所示为原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线，下列说
法正确的是( )
A.铀核裂变的一个重要核反应方程是U→Ba＋Kr＋2n
B.U 核的平均结合能大于Ba 核的平均结合能
C.三个中子和三个质子结合成Li 核时释放能量约为20 MeV
D.He 核的平均核子质量小于Li 核的平均核子质量
9.用中子轰击静止的锂核，核反应方程为n＋Li→He＋X＋γ。已知γ 光子的频率为ν，锂核的比结合能为
E1，氦核的比结合能为E2，X 核的比结合能为E3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法中正确的
是( )
A.X 核为H 核
B.γ 光子的动量p＝
C.释放的核能ΔE＝4E2＋3E3－6E1
D.质量亏损Δm＝
1．(2024 年1 月·江西高考适应性演练)在恒星演化末期会发生俗称“烧石头”的核聚变反应，其核反应方
程为Si＋7He―→Ni，下列选项正确的是( )
A．Z＝26，A＝52
B．Z＝26，A＝28
C．Z＝14，A＝52
D．Z＝14，A＝28
2．关于天然放射现象、射线的防止与应用，下列说法正确的是( )
3
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A．所有元素都能发生衰变
B．在α、β 和γ 三种射线中，α 射线穿透能力最强，γ 射线的电离能力最强
C．利用γ 射线可以为金属探伤或实现对流水线的自动控制，也可以用γ 射线照射食品杀死细菌
D．利用γ 射线可以有效消除静电积累，利用α 射线照射植物的种子，可以使产量显著增加
3．我国科研人员及合作者首次合成了新原子核Ac。原子核存在一种衰变链，其中第1 次由Ac 衰变成原子
核Fr，第2 次由Fr 衰变成原子核At。下列说法正确的是( )
A．两次均为α 衰变
B．两次均为β 衰变
C．第1 次为α 衰变，第2 次为β 衰变
D．第1 次为β 衰变，第2 次为α 衰变
4．(2023·山东高考)“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ν0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ν1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ν3的光子回到基态。
该原子钟产生的钟激光的频率ν2为( )
A．ν0＋ν1＋ν3
B．ν0＋ν1－ν3
C．ν0－ν1＋ν3
D．ν0－ν1－ν3
5．(2023·湖南高考)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＋H―→He＋e
C．核聚变的核反应燃料主要是铀235
D．核聚变反应过程中没有质量亏损
6．考古学家利用 C 技术测定了位于临淄的稷下学宫遗址下的土层，确定距今约2 400 年，这个年代略早
于春秋齐桓公时期。已知C 的半衰期为5 730 年，它很容易发生β 衰变，变成一个新核。下列说法正确的
是( )
A．骨骼中以碳酸钙(CaCO3)形式存在的C 的半衰期比单质C 的半衰期更长
B.C 发生β 衰变，其衰变方程为：C―→B＋e
C．β 衰变的实质是核内一个中子转化为一个质子和一个电子
D.C 经过2 400 年后，剩余的C 不到原来的一半
7．一群处于第4 能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6 种不同频率的光，将这些光分别照射到图(a)
4
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电路阴极K 的金属上，只能测得3 条电流随电压变化的图像如图(b)所示，已知氢原子的能级图如图(c)所示，
则下列推断正确的是( )
A．只有b 光照射时，仅增加其强度，则对应的遏止电压增大
B．阴极金属的逸出功可能为W0＝2.5 eV
C．图(b)中的a 光是氢原子由第2 能级向基态跃迁发出的
D．图(b)中的c 光光子能量为10.2 eV
8．(多选)a、b 两单色光在电磁波谱中的位置如图所示，下列说法正确的是( )
A．若a、b 光分别射入水中，a 光的光速比b 光小
B．若a、b 光分别照射同一小孔发生衍射，a 光的衍射现象更明显
C．若a、b 光分别照射同一光电管发生光电效应，a 光的遏止电压低
D．若a、b 光均由氢原子能级跃迁产生，产生a 光的能级差大
9．核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验
中，核反应方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3X，U 核的结合能为E1，Ba 核的结合能为E2，Kr 核的结合能为
E3。则( )
A．该核反应过程动量不守恒
B．该核反应方程中的X 为n
C．该核反应中释放的核能为
D．该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒
10．太阳发射出的高能带电粒子击穿大气层，并与大气中的分子和原子相碰撞，使被撞击的分子和原子处
于激发状态，恢复常态时，其激发的能量就以光能的形式发射出来，从而形成了绚丽多彩的极光。受大地
磁暴影响，2023 年12 月1 日北京上空罕见地出现了极光，已知此次出现的深红色极光波长约为630 nm，
真空中的光速为3×108 m/s，则( )
A．极光是由分子和原子从高能级向低能级跃迁时产生的
B．大气层中的分子和原子可以吸收任意大小的能量发生跃迁
C．深红色极光的频率约为4.8×1011 Hz
D．对极光进行光谱分析可以推测太阳的物质组成
11．(多选)硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内
的
硼
5
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核(B)吸收慢中子，转变成锂核(Li)和α 粒子，释放出γ 光子。已知核反应过程中质量亏损为Δm，γ 光子的
能量为E0，硼核的比结合能为E1，锂核的比结合能为E2，普朗克常量为h，真空中光速为c，正确的是(
)
A．核反应方程为B＋n―→Li＋He＋γ
B．γ 光子的波长λ＝
C．核反应放出的能量E＝Δmc2
D．氦核的比结合能E3＝
12．我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核(Mg)放出两个质子后变成氖核
(Ne)，并放出γ 射线，核反应方程为Mg―→Ne＋2H＋γ，氖核的速度大小为v1，质子的速度大小为v2，设
质子和γ 光子的运动方向相同。已知氖核、质子的质量分别为m1、m2，普朗克常量为h，不考虑相对论效
应，求：
(1)氖核的质量数A、电荷数Z 和物质波波长λ；
(2)γ 光子的动量大小p。
13．在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供
电(PuO2中的Pu 是Pu)。已知Pu 衰变后变为U 和α 粒子。若静止的Pu 原子核在匀强磁场中发生衰变，α 粒
子的动能为E，α 粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直，在磁场中做匀速圆周运动的周期为T0，衰变放
出的光子的动量可忽略，衰变释放的核能全部转化为U 和α 粒子的动能。已知光在真空中的传播速度为
c。求：
(1)Pu 衰变过程中的质量亏损Δm；
(2)从开始衰变到U 和α 粒子再次相遇的最短时间t。
6
