80 课下巩固精练卷(四十一) 原子结构和原子核(Word练习)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

[课下巩固精练卷(四十一)]　原子结构和原子核 ________________________________________________________________________ (每题5分，建议用时：50分钟) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 考点 基础题 综合题 氢原子光谱　玻尔理论 — 8，12，13，14 原子核的衰变　半衰期 2，4，6 9 核反应　核能 1，3，5，7 10，11，15 【基础落实练】 1．(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中X＋N―→Y＋O、Y＋Li―→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则(　　) A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2 C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4 解析：选D。设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知，第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，联立解得Z＝2，A＝4，故D正确。 2．日本政府将核废水排放到大海中，这引起了全球社会各界的高度关注和深切担忧。核废水中的多种放射性元素都有可能对人类和其他生物的DNA造成损害。现有一块质量为M的含铀矿石，其中铀的质量为m，铀经过一系列衰变后，最终会生成铅。已知铀的半衰期为T，下列说法正确的是(　　 ) A．经过T时间后，矿石的总质量变成0.5M B．对此矿石加热，分子热运动会加剧，所以衰变会加速，半衰期会变短 C．经过2T时间后，此矿石中铀的质量会变成0.25m D．在核聚变反应中，我们可以用石墨等慢化剂来控制聚变的反应速度 解析：选C。半衰期与外界因素无关，无论加热还是增加压强都不会改变半衰期的时长，经过2T时间后，此矿石中铀的质量会变成0.25M，铀会衰变成铅，整个矿石的质量几乎不变，故A、B错误、C正确；石墨可以作为裂变核反应堆中的慢化剂，将“快”中子变成“慢”中子，并不能控制核反应的快慢，镉棒可以吸收中子，从而控制核裂变的反应速度，故D错误。 3．(2023·天津高考)关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是(　　 ) A．核聚变需要在高温下进行 B．核聚变中电荷不守恒 C．太阳质量不变 D．太阳核反应方程式：U＋n→Ba＋Kr＋3n 解析：选A。因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短，才能发生聚变，故A正确；核聚变中电荷是守恒的，故B错误；因为太阳一直在发生核聚变，需要放出大量能量，根据质能方程可知是要消耗一定的质量的，故C错误；核聚变的方程为H＋H→He＋n，题中为核裂变方程，故D错误。 4．(2023·浙江1月高考)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：N＋n―→C＋H，产生的C能自发进行β衰变，其半衰期为5 730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。下列说法正确的是(　　) A．C发生β衰变的产物是N B．β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C．近年来由于地球的温室效应，引起C的半衰期发生微小变化 D．若测得一古木样品的C含量为活体植物的，则该古木距今约为11 460年 解析：选D。由题意可知C能自发进行β衰变，则其核反应方程为C―→e＋N，所以产物为N，A错误；β衰变辐射出的电子是核内的中子转变成质子的同时向外释放的，B错误；C的半衰期不受外界因素的影响，与环境的压强、温度等无关，因此温室效应不会引起C的半衰期发生变化，C错误；若测得一古木样品的C含量为活体植物的，由m＝m0·()n可知n＝2，则经过了两个半衰期，即11 460年，D正确。 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 解析：选A。相同质量的核燃料，轻核聚变要比重核裂变质量亏损更多，根据爱因斯坦质能方程可知，轻核聚变放出的核能更多，A正确，D错误；根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的产物之一为中子，而不是电子，B错误；铀235为核裂变的主要燃料，C错误。 6．(2023·浙江6月高考)“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。Pu的衰变方程为Pu―→U＋He，则(　　) A．衰变方程中的X等于233 B．He的穿透能力比γ射线强 C．Pu比U的比结合能小 D．月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大 解析：选C。由于核反应遵循质量数守恒、电荷数守恒，则X应为234，A错误；α射线的穿透能力比γ射线的穿透能力弱，B错误；比结合能越大，原子核越稳定，则U的比结合能比Pu的比结合能大，C正确；放射性元素的半衰期与物理状态以及化学状态均无关，所以月夜寒冷的天气中Pu的半衰期不会发生变化，D错误。 7．随着中国玉兔月球探测器成功着陆月球背面，世界上掀起了新一轮的月球探测热潮。月球表面蕴含丰富而地球却十分匮乏的氦3是一种非常理想的核聚变材料，月球氦3的开发对解决能源危机有着积极的意义。氦3与氘核的核反应方程为He＋H→He＋X＋ΔE，其中ΔE为释放的核能。且知氘核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2，则下列说法中正确的是(　　 ) A．X为中子 B．氦3的比结合能比氦核的比结合能大 C．氦3的比结合能为 D．氦3的比结合能为 解析：选C。根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为He＋H→He＋H＋ΔE，可知X为质子，故A错误；核反应放出能量，可知氦3的比结合能比氦核的比结合能小，故B错误；根据3E＋2E1＋ΔE＝4E2，可得氦3的比结合能为E＝，故C正确，D错误。 【综合提升练】 8．关于波粒二象性与原子结构，下列说法正确的是(　　 ) A．光电效应现象说明了光具有粒子性，康普顿效应说明了光具有波动性 B．德布罗意提出实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间关系为ν＝、λ＝ C．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验结果，同时玻尔理论也可以解释复杂一点的氦原子光谱的实验结果 D．英国物理学家G.P.汤姆孙在实验中让电子束通过多晶薄膜得到了电子衍射图样，从而证实了粒子具有波动性 解析：选D。光电效应现象与康普顿效应都说明了光具有粒子性，故A错误；德布罗意波的频率ν和波长λ之间关系为ν＝，λ＝，故B错误；玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但是玻尔理论无法解释复杂一点的氦原子光谱现象，故C错误；英国物理学家G·P汤姆孙在实验中让电子束通过多晶薄膜得到了电子衍射图样，从而证实了粒子具有波动性，故D正确。 9．(2024·江苏连云港统考)如图为铀238衰变为钍234过程中铀核质量随时间变化的图像，下列说法正确的是(　　 ) A．原子核衰变过程中不释放核能 B．铀238的半衰期为4.5×109年 C．铀238衰变为钍234同时放出电子 D．环境温度降低衰变速度将变慢 解析：选B。原子核衰变过程中有质量亏损，会释放核能，故A错误；由图可知铀238从m衰变到m的时间为4.5×109，则可知半衰期为4.5×109，故B正确；铀238衰变为钍234，质量数减少4，为α衰变，故C错误；外界因素不会影响半衰期大小，故D错误。 10．沂水跋山遗址的发现填补了山东及中国北方地区旧石器时代考古的空白。出土文物包括石制品、动物化石及一定数量的骨制品，在测定其年代时用14C断代法。某制品初步测年数据为距今6万至10万年，已知14C的半衰期为5 730年，该制品的14C原始质量为m0，则该制品中14C的剩余量不可能是(　　 ) A. m0 B．m0 C．m0 D．m0 解析：选D。根据半衰期计算公式m＝m0，t取6万至10万年，T＝5 730年，可得发生了半衰期的次数n满足10≤n≤17，显然，该制品中14C发生半衰期的次数n不可能为21次，则该制品中14C的剩余量不可能是m＝m0，故选D。 11.Cu原子核有40 %的可能发生β－衰变，方程为 Cu―→Zn＋e，衰变过程释放的核能是ΔE1；有19%的可能发生β＋衰变，方程为 Cu―→Ni＋e，衰变过程释放的核能是ΔE2，ΔE2>ΔE1。已知 Cu的比结合能为E，普朗克常量为h，真空中光速为c，正、负电子质量相等，下列说法正确的是(　　 ) A．由于释放核能，所以衰变过程质量数不守恒 B．Zn的质量比Ni质量小 C．Zn的比结合能为E－ D．Ni比结合能为E＋ 解析：选D。衰变过程一定遵循质量数守恒，电荷数守恒，A错误；由于ΔE2>ΔE1，所以β＋衰变质量亏损更多，即Ni质量比Zn小，B错误；Cu的比结合能为E，设Zn的比结合能为E1，则64E1－64E＝ΔE1，同理设Ni的比结合能为E2，则64E2－64E＝ΔE2，解得E1＝E＋，E2＝E＋，C错误，D正确。 12．(2023·辽宁高考)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Ek，则(　　) 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Ek 解析：选A。由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级，又释放的能量等于两能级的能量差，所以①和③的能量相等，A正确；由题图可知②的能量比④的能量小，由公式E＝hν可知②的频率小于④的频率，B错误；用①照射某金属表面时能发生光电效应现象，但由于②的能量小于①，所以用②照射该金属时不一定能发生光电效应，C错误；用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为Ek，由于④的能量大于①，则由Ek＝hν－W0可知，用④照射该金属时，逸出光电子的最大初动能一定大于Ek，D错误。 13．(多选)如图为氢原子的能级图。一群氢原子处于n＝3的激发态上，根据玻尔的原子模型理论下列说法正确的是(　　 ) A．原子从n＝3向n＝2的能级跃迁需要吸收能量 B．原子n＝3从向n＝2的能级跃迁后电子动能增大 C．原子向低能级跃迁只能发出2种不同频率的光子 D．原子至少需要吸收1.51 eV的能量才能发生电离 解析：选BD。从高能级向低能级跃迁时，释放能量，故A错误；根据行星模型，当原子跃迁到低能级后电子的轨迹半径减小，电场力做正功，电势能减小，动能增大，故B正确；一群氢原子处于n＝3的激发态上，向低能级跃迁可以发出C＝3种不同频率的光子，故C错误；根据能级图可知氢原子处于n＝3能级的能量为－1.51 eV，故要使其电离至少需要吸收1.51 eV的能量，故D正确。 14．(多选)图甲是研究光电效应的实验装置图，图乙是玻尔氢原子模型中的能级图，已知图乙巴尔末系中波长最长的四种光为可见光，用其中频率最高的可见光照射图甲中的光电管能发生光电效应。下列说法正确的是(　　 ) A．帕邢系中有可能存在紫外线 B．用赖曼系中的任意光照射图甲光电管都能发生光电效应 C．利用图甲装置研究光电管遏止电压应该变换电源的正负极 D．图甲中向右移动变阻器滑片时微安表中的电流一定会增大 解析：选BC。巴尔末系中波长最长的四种光为可见光，其中能量差最小对应能级间的跃迁为3→2，图乙帕邢系中所有跃迁对应的能量均小于3→2的能量差，频率低于可见光的频率，不可能存在紫外线，故A错误；赖曼系中最低频率(最低能量)的光对应的跃迁是2→1，该频率大于巴尔末系中的任意光，用来照射图甲光电管一定能发生光电效应，故B正确；研究光电管的遏止电压时，需让电子做减速运动，应该变换电源的正负极，故C正确；图甲中向右移动变阻器滑片，光电管两端的加速电压增大，在达到饱和电流前，电流随电压增大而增大，达到饱和电流后，电流保持不变，故D错误。 15．(多选)(2023·江西赣州二模)某空间为真空环境，存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的足够大的匀强磁场区域，一钚核Pu静止在磁场中的O点，某时刻发生衰变，生成新核U和α粒子，其中质量为4m、电荷量为2q的α粒子以动量大小p沿水平方向向右运动，若衰变释放的核能全部转化为两种粒子的动能，且两粒子运动中只受匀强磁场的洛伦兹力作用，下列说法正确的是(　　 ) A．钚衰变时的核反应方程式为Pu→U＋He B．衰变过程中质量亏损约为 C．新核和α粒子的运动半径之比约为46∶1 D．新核U与α粒子做匀速圆周运动的周期之比约为235∶184 解析：选AD。根据质量数守恒、电荷数守恒可知钚衰变时的核反应方程式为Pu→U＋He，A正确；根据动量守恒可知新核与α粒子动量大小均为p，利用动量和动能之间的关系可知EU＝·，Eα＝·，根据质能方程可知，亏损的质量Δm＝＝，B错误；根据qvB＝，可得r＝＝，由于新核与α粒子动量大小均为p，因此rU∶rα＝2q∶92q＝1∶46，C错误；根据T＝可知，新核U与α粒子做匀速圆周运动的周期之比＝＝，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$