课时分层作业43 原子结构和原子核-【高考DNA解码】2026年高考物理一轮总复习学生用书word（江苏专用）

课时分层作业(四十三)　原子结构和原子核 说明：选择题每小题4分；本试卷共72分。 题组一　玻尔理论和能级跃迁 1．下列说法中不正确的是(　　) A．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷 B．卢瑟福α粒子散射实验结果表明电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破 C．氢原子从高能级跃迁到低能级，能量减小，动能增大 D．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的 2．(2024·江苏卷)在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种(　　) A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4 题组二　原子核的衰变及半衰期 3．核污水中含有放射性物质，其中氚的衰变反应为e，下列说法正确的是(　　) A．该核反应为α衰变 B．若海水升温，会加快氚核的衰变 H的比结合能大于的比结合能 H的质量大于与的质量之和 4．居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而一起获得1903年的诺贝尔物理学奖。下列关于放射性的叙述，正确的是(　　) A．自然界中只有原子序数大于83的元素才具有放射性 B．三种天然放射线中，电离能力和穿透能力最强的是α射线 C．α衰变U→XHe的产物X由90个质子和144个中子组成 D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关 5．自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态。某些原子核的衰变情况如图所示(N表示中子数，Z表示质子数)，则下列说法正确的是(　　) A．由Ra到Ac的衰变是α衰变 B．已知Ra的半衰期是T，则8个Ra原子核经过2T时间后还剩2个 C．从Th到Pb共发生5次α衰变和2次β衰变 D．图中原子核发生的α衰变和β衰变分别只能产生α射线和β射线 题组三　核反应方程及书写 6．我国自主研究制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是(　　) AHen BHeH CHeAln DBaKr＋n 7.(2024·广东卷)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YAmX＋n产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是 (　　) A.Y为Fe，A＝299 B.Y为Fe，A＝301 C.Y为Cr，A＝295 D.Y为Cr，A＝297 题组四　质量亏损及核能的计算 8．某静止的原子核发生核反应且放出能量Q，其核反应方程为Z，并假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能，测得其中Z的速度大小为v。以下结论正确的是(　　) A．Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能 B．Y原子核的动能是Z原子核的动能的倍 C．Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大(c为光速) D．Y原子核的速度大小为v 9．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为He＋X，式中X是某种粒子。已知、、和粒子X的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知(　　) A．粒子X是 B．该反应中的质量亏损为0.028 9 u C．该反应释放出的能量约为17.6 MeV D．该反应中释放的全部能量转化为粒子X的动能 10．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，根据玻尔理论，下列说法正确的是(　　) A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长 B．大量处于n＝4能级的电子向低能级跃迁时可放出4种频率的光子 C．从n＝4能级跃迁到n＝3能级，电子的电势能增大 D．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子可以使逸出功为2.5 eV的金属发生光电效应 11．(2024·无锡大桥实验中学高三检测)下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是(　　) 　 氢原子能级图　　　　α、β、γ穿透能力 　 氡的衰变　　　　　　原子弹的爆炸 A．氢原子辐射出一个光子后，电势能增大，动能减小 B．根据α、β、γ射线的特点可知，射线1是α射线，射线2是β射线，射线3是γ射线 C．天然放射性元素的半衰期与原子核内部自身的因素以及所处的化学状态和外部条件都有关 D．重核的裂变反应方程可以为Ba＋Kr＋n 12．太阳大约在几十亿年后，会逐渐进入红巨星时期，核心温度逐渐升高，当升至某一温度时，太阳内部的氦元素开始转变为碳，即氦闪。三个He生成一个C(称为3α反应)，核反应方程为He→C，瞬间释放大量的核能。如果太阳发生氦闪，对太阳系内的生命都是毁灭性的。下列说法不正确的是(已知 C 的质量是mC＝12.000 0 u，He的质量是mHe＝4.002 6 u，1 u的质量对应的能量是 931.5 MeV)(　　) A.氦闪发生的是人工转变 B.一次3α反应释放的核能为7.265 7 MeV C.一次3α反应亏损的质量为Δm＝0.007 8 u DC的比结合能比He的比结合能大，更稳定 13.由于放射性元素镎Np的半衰期很短，在自然界很难被发现，只有通过人工的方法制造，已知镎Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成铋Bi，下列说法正确的是(　　) A.镎Np原子核比铋Bi原子核多28个质子 B.发生了7次α衰变和6次β衰变 C.一定量的放射性元素，随着存放时间的推移，放出射线的穿透力越来越弱 D.镎Np原子核的比结合能小于衰变后生成的原子核的比结合能 14．(8分)海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应产生一个核和一个粒子，其中氘核的质量为2.013 0 u，氦核的质量为3.015 0 u，中子的质量为1.008 7 u。(1 u＝931.5 MeV)，求： (1)写出核反应方程； (2)核反应中释放的核能(结果保留3位有效数字)。 15．(12分)在方向垂直纸面的匀强磁场中，静止的Po 核沿与磁场垂直的方向放出e核后变成Pb的同位素粒子。已知Po原子核的质量为209.982 87 u，Pb的同位素粒子的质量为He原子核的质量为4.002 60 u，1 u 相当于931.5 MeV。(普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，1 eV＝1.6×10-19 J，真空中光速c＝3×108 m/s，计算结果均保留3位有效数字) (1)请写出核反应方程并计算该核反应释放的核能； (2)若释放的核能以电磁波的形式释放，求电磁波的波长； (3)若释放的核能全部转化为机械能，求Pb的同位素粒子和He核在磁场中运动的半径之比。 1 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 课时分层作业(四十三) 1．B　[汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷，故选项A正确，不符合题意；汤姆孙发现了电子的结果表明电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破，故选项B错误，符合题意；根据玻尔理论，当氢原子从高能级跃迁到低能级时，轨道半径减小，能量减小，动能增大，故选项C正确，不符合题意；氢原子光谱是一条一条的不连续的光谱线，它表明氢原子的能量是不连续的，故选项D正确，不符合题意。] 2．C　[根据光电效应方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据题中能级图可知跃迁时对应波长为λ3的光子能量最大，故选C。] 3．D　[根据核反应方程可知，该核反应为β衰变，A错误；氚核的半衰期由核内部自身的因素决定的，与原子所处的化学状态和外部条件无关，所以海水升温，不会加快氚核的衰变，B错误；衰变时放出核能，产生的新核的比结合能大，所以的比结合能小于的比结合能，C错误；衰变时放出核能，质量亏损，所以的质量大于与的质量之和，D正确。] 4．C　[原子序数大于83的元素都具有放射性，小于83的个别元素也具有放射性，故A错误；α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故B错误；根据电荷数和质量数守恒得，产物X为X，则质子数为90个，中子数为234－90＝144个，故C正确；放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故D错误。] 5．C　Ra衰变为Ac的过程中，放出电子，则该衰变是β衰变，选项A错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适用，选项B错误Th衰变为Pb的过程中，质量数减少20，由原子核衰变时质量数守恒可知，该过程中共发生了5次α衰变，又由原子核衰变时电荷数守恒，有5×2－x＝8，解得x＝2，则该过程中共发生了2次β衰变，选项C正确；发生α衰变和β衰变时，往往伴随γ射线产生，选项D错误。] 6．A　[A项为两个轻核结合成质量较大的原子核，是聚变反应，A正确；B、C项为原子核的人工转变，B、C错误；D项为重核裂变，D错误。] 7．C　[由题知核反应方程为YAmX＋n，设Y的电荷数为y，则根据电荷数守恒有y＋95＝119＋0，可得y＝24，即Y为Cr；根据质量数守恒有54＋243＝A＋2，可得A＝295，故选C。] 8．A　[因该反应放出核能，则Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能，选项A正确；根据动量守恒有Dm0vy＝Fm0v，则Y原子核的速度大小为vy＝v，Y原子核的动能与Z原子核的动能之比＝＝，选项B、D错误；该反应放出能量，有质量亏损，则Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小Δm＝，选项C错误。] 9．C　[根据核反应前、后质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为中子，故A错误；该反应中的质量亏损为Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u，故B错误；由爱因斯坦质能方程可知释放出的能量为ΔE＝0.018 9×931.5 MeV≈17.6 MeV，故C正确；该反应中释放的能量一部分转化为粒子X的动能，一部分转化为的动能，故D错误。] 10．A　[由题图可知，从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子能量小，则辐射的光子频率小，所以辐射出的电磁波的波长长，故A正确；大量处于n＝4能级的电子向低能级跃迁时可放出＝＝6种频率的光子，故B错误；从n＝4能级跃迁到n＝3能级，氢原子向外发射光子，总能量减小，根据＝可知，电子运动的半径减小，则电子的动能增大，所以电子的电势能减小，故C错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子的能量E32＝E3－E2＝－1.51－(－3.4) eV＝1.89 eV<2.5 eV，可知不能使逸出功为2.5 eV的金属发生光电效应，故D错误。] 11．B　[一个氢原子放出光子，原子能量减小，根据，得mv2＝，电子的动能增大，电势能减小，故A错误；三种射线的穿透本领不同，根据α、β、γ射线的特点可知，射线1的穿透本领最弱，是α射线，射线3的穿透本领最强，是γ射线，射线2是β射线，故B正确；天然放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件无关，故C错误；重核的裂变是重核俘获一个慢中子后才能发生的，所以核反应方程为BaKr＋n，故D错误。] 12．A　[核聚变，即轻原子核(例如氘和氚)结合成较重原子核(例如氦)时放出巨大能量，氦闪发生的是核聚变反应，故A错误；由核反应方程HeC，可知亏损的质量为Δm＝3×mHe－mC＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u，释放的能量为E＝Δmc2＝0.007 8×931.5 MeV＝7.265 7 MeV，故B、C正确；比结合能越大，越稳定He通过核聚变生成C释放巨大能量，说明C的比结合能更大，故D正确。本题选不正确的，故选A。] 13．D　Bi原子核比Np原子核少10个质子，质子数和中子数总共少28个，故A项错误；设Np 变为Bi需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据电荷数和质量数守恒有93＝2x－y＋83，4x＝237－209，解得x＝7，y＝4，故B项错误；衰变的种类不变，则释放出的射线不变，其穿透性也不变，故C项错误；由于衰变的过程中会释放一部分的能量，所以镎Np原子核的比结合能小于衰变后生成的原子核的比结合能，故D项正确。] 14．解析：(1)核反应方程为Hen。 (2)核反应中的质量亏损为Δm＝2mH－mHe－mn， 由ΔE＝Δmc2可知释放的核能ΔE＝(2mH－mHe－mn)×931.5 MeV≈2.14 MeV。 答案：(1Hen　(2)2.14 MeV 15．解析：(1)根据质量数和核电荷数守恒可知该核反应方程为 PoPbHe 该核反应的质量亏损为 Δm＝mPo－mPb－mHe＝0.005 67 u 根据爱因斯坦质能方程得释放的能量为 ΔE＝Δm×931.5 MeV≈5.28 MeV。 (2)若释放的核能以电磁波的形式释放，光子能量为ΔE＝hν＝h 代入数据得λ≈2.35×10-13 m。 (3)该衰变过程遵循动量守恒定律 mHevHe－mPbvPb＝0 洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得 qvB＝m 联立可得Pb的同位素粒子和He核在磁场中运动的半径之比为 rPb∶rHe＝1∶41。 答案：(1PoPbHe　5.28 MeV　(2)2.35×10-13 m (3)1∶41 1 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $$