16.2 原子结构与原子核 专项训练 -2026届高三物理一轮复习考点题组分层练

16.2 原子结构与原子核 考点一　原子结构 1 题组1：原子结构模型 1 题组2：α粒子散射实验 1 考点二　氢原子能级与能级跃迁 2 题组1：氢原子能级跃迁 2 题组2：谱线条数的确定 4 题组3：受激辐射与电离 5 考点三　原子核的衰变及半衰期 6 题组1：射线及其性质 6 题组2：衰变次数的确定 7 题组3：半衰期的计算 8 题组4：衰变与动量守恒 9 考点四　核反应与核能 9 题组1：核反应方程 9 题组2：核反应类型 9 题组3：结合能与比结合能 10 题组4：核能的计算 11 16.2 原子结构与原子核 考点一　原子结构 题组1：原子结构模型 1.（单选）下列叙述符合史实的是(    ) A. J.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现电子，并提出了原子的核式结构模型 B. 卢瑟福猜想原子核内存在不带电的中子，查德威克通过粒子轰击铍原子核实验证明了这个猜想 C. 居里夫人用粒子轰击氮原子核，打出氧原子核和一种粒子，这种粒子为质子 D. 卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核内部具有复杂结构 题组2：α粒子散射实验 2.（单选）粒子散射实验被评为世界十大经典物理实验之一，此实验开创了原子结构研究的先河，为建立现代原子核理论打下了基础。关于粒子散射实验，下列说法正确的是(    ) A. 汤姆孙的粒子散射实验结果表明原子具有核式结构 B. 该实验的数据否定了卢瑟福的“西瓜模型”，并估算了原子的大小 C. 该实验表明原子中心有一个极大的核，它占有原子体积极大的部分 D. 该实验表明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量 3. （单选）一束粒子撞击一静止的金原子核，它们的运动轨迹如图所示。图中虚线是以金原子核为圆心的圆。已知静电力常量，元电荷，金原子序数为，不考虑粒子间的相互作用，则(    ) A. 沿轨迹运动的粒子受到的库仑力先做正功，后做负功 B. 沿轨迹运动的粒子到达时动能为零、电势能最大 C. 位于图中虚线圆周上的个粒子的电势能不相等 D. 若粒子与金原子核距离为，则库仑力数量级为 4. （单选）分析物理学发展史中实验的关键作用，考察不同时期的经典实验及其对物理学的贡献，探讨实验是如何推动理论发展，能够为解决现代实验中的物理学难题提供思路和方法。下列叙述不符合物理学史实的是(    ) A. 卡文迪什通过在实验室中测量几个铅球之间的万有引力，比较准确地测出引力常量的数值，引力常量的普适性为证明万有引力定律的正确性提供了有力的证据 B. 通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，汤姆孙发现阴极射线由带负电的粒子组成，并成功测量了这种粒子的比荷，这一实验结果为我们理解基本粒子的性质提供了关键信息 C. 法拉第于年首次观察到了电磁感应现象，他发现只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流，电磁感应现象的发现是法拉第通过理想实验法得到的 D. 开普勒在哥白尼日心说观点和第谷对行星运动观测数据的基础上，通过数学推导发现了开普勒行星运动定律，提出所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 考点二　氢原子能级与能级跃迁 题组1：氢原子能级跃迁 1. （单选）玻尔在他提出的原子模型中所作的假设不包括(    ) A. 原子处于称为定态的能量状态时，电子在轨道上绕核转动，但并不向外辐射能量 B. 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的 C. 电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射或吸收一定频率的光子 D. 电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率 2. （单选）玻尔原子理论描述的氢原子的电子轨道示意图如图所示，、、分别表示电子处于轨道、、时原子具有的能量，、、分别表示电子处于轨道、、时具有的动能，则(    )    A.              B. C.           D. 3. （单选）氢原子光谱是由氢原子的核外电子从高能级向低能级跃迁产生的。如图所示是氢原子电子轨道示意图，、两束光分别由处在能级和能级的氢原子跃迁到能级时产生，下列说法错误的是(    ) A. 氢原子的光谱是分立谱 B. 大量处于能级的氢原子向能级跃迁时，能产生种不同频率的光子 C. 氢原子不可以自发地从基态向能级跃迁 D. 已知光是蓝光，则光可能是红光 题组2：谱线条数的确定 4. （单选）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是(    ) A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出种频率的光子 B. 从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低 C. 从能级跃迁到能级需吸收的能量 D. 能级的氢原子电离至少需要吸收的能量 5. （单选）如图为氢原子能级的示意图，现有一个氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是(    ) A. 该氢原子最多可辐射出种不同频率的光 B. 用能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为的金属铂能发生光电效应 C. 波长最大的光是由能级跃迁到能级产生的 D. 频率最小的光是由能级跃迁到能级产生的 6. （多选）为了解决光信号长距离传输中的衰减问题，常常在光纤中掺入铒元素。如图所示的是铒离子的能级示意图，标识为的铒离子处在亚稳态，不会立即向下跃迁：如果用光子能量约为的激光把处于基态能级的铒离子激发到能级，再通过“无辐射跃迁”跃迁到能级，从而使该能级积聚的离子数远超过处于基态的离子数。当光纤中传输某波长的光波时，能使处在亚稳态能级的离子向基态跃迁，产生大量能量约为的光子，于是输出的光便大大加强了。根据上述资料你认为下列说法正确的是(    ) A. 无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为 B. 这种光纤传输任何频率的光信号衰减都能得到有效补偿 C. 大量处在能级的铒离子向下跃迁能产生种频率的光子 D. 上述情景发生时，光纤中传输的光信号波长约为 题组3：受激辐射与电离 7. （单选）如图为氢原子的能级示意图，已知可见光光子能量范围为，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，会产生三种波长为的光，下标数字表示相应的能级，下列说法正确的是(    ) A. B. 这群氢原子自发向低能级跃迁时能辐射出种可见光 C. 用能量为的电子轰击氢原子，可以使氢原子发生电离 D. 金属钠的逸出功为，这三种光都可以使金属钠发生光电效应 8. （单选） 子与氢原子核质子构成的原子称为氢原子 ，它在原子核物理的研究中有重要作用．右图为氢原子的能级示意图，假定光子能量为的一束光照射容器中大量处于能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为、、、、、和的光，且频率依次增大，则等于(    ) A. B. C. D. 9. （多选）波长为和的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为的光的条纹间距大于波长为的条纹间距。则下列表述中，脚标“”和“”分别代表波长为和的光所对应的物理量(    ) A. 这两束光的光子的动量 B. 这两束光从玻璃射向真空时，其临界角 C. 这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压 D. 这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到能级时产生，则相应激发态的电离能 考点三　原子核的衰变及半衰期 题组1：射线及其性质 1. （单选）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法正确的是(    ) A. 查德威克用粒子轰击铍原子核，发现了质子 B. 卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，揭示了原子核有复杂的结构 C. 汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现阴极射线是原子核中的中子变为质子时产生的射线 D. 居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素 2. （单选）天然放射现象放出的三种射线的穿透能力如图所示下列说法中正确的是(    ) A. 三种射线的本质都是电磁波 B. 射线通过气体时很难把气体分子中的电子剥离 C. 射线是高速运动的电子，速度可以接近光速 D. 射线是原子内层电子跃迁时发射的波长很短的电磁波 3. （多选）根据相对论效应，运动粒子的质量，为粒子的静止质量。把放射源铀、钋或镭放入用铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。已知粒子的速度约为光速的，粒子的速度接近光速。若在射线经过的空间施加匀强磁场，可观察到分裂成三束的实际射线轨迹，如图所示，设粒子的偏转半径为，粒子的偏转半径为。若不考虑相对论效应，只根据经典物理学理论计算出粒子的偏转半径为，计算出粒子的偏转半径为，以下说法正确的是(    ) A. 向左偏转的是射线 B. 向左偏转的是射线 C. D. 题组2：衰变次数的确定 4.（单选）年月，江南造船集团有限责任公司正式发布全球首型、世界最大核动力集装箱船船型设计，它采用了第四代钍基堆型熔盐反应堆，具有更高的安全性、更少的核废料、更长的使用寿命和更广泛的能源应用前景。在该反应堆中，钍核经过一系列的衰变最终变成了铅核，下列说法正确的是(    ) A. 钍核包含有个质子和个中子 B. 钍核的结合能小于铅核的结合能 C. 钍核衰变为铅核经历了次衰变和次衰变 D. 钍核衰变为铅核需要吸收能量 5. （单选）放射性同位素的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。钴的半衰期为年，它发生衰变变成镍，而钍则会经一系列、衰变后生成氡。下列说法正确的是(    ) A. 钴经过年全部发生衰变 B. 钴可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 C. 钍原子核比氡原子核的中子数多 D. 钍衰变成氡一共经过次衰变和次衰变 6. （单选）自然界里有一些放射性元素会发生一系列连续衰变，形成放射系。如图所示为锕系图的一部分，纵坐标表示中子数，横坐标表示质子数。则图中衰变成的过程中经历衰变和衰变的次数分别为(    ) A. ， B. ， C. ， D. ， 题组3：半衰期的计算 7. （单选）一物理学习小组研究可作为核电池材料的衰变为的过程，根据测量数据，用横坐标表示时间，用纵坐标表示任意时刻的质量与初始时刻时的质量的比值，得出的图像如图所示。下列说法正确的是(    ) A. 衰变为释放的射线电离作用很弱 B. 衰变为释放的射线在电场中不会偏转 C. 图像中的 D. 图像中的 8. （单选）碳是碳的一种放射性同位素，在多个领域有重要应用，如呼气试验、标记化合物、测量生物基含量等，碳的衰变方程为 ，半衰期为年，下列说法正确的是(    ) A. 为来自原子核外的电子 B. 比结合能大 C. 该衰变为衰变 D. 年后，个碳原子只剩个 题组4：衰变与动量守恒 9. （单选）实验观察到，静止在匀强磁场中点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图。则  (    ) A. 轨迹是电子的，磁场方向垂直纸面向外 B. 轨迹是电子的，磁场方向垂直纸面向外 C. 轨迹是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D. 轨迹是新核的，磁场方向垂直纸面向里 10. （单选）一个原子序数为的静止的放射性原子核，在垂直纸面方向的匀强磁场中发生了衰变，衰变出的粒子可能是粒子，也可能是正电子，衰变后产生的粒子和新核都在纸面内做匀速圆周运动，其运转方向如图中的箭头所示。若衰变产生的新核与射出的粒子圆周运动半径之比为，下列判断正确的是(    ) A. 甲图可能符合事实，且 B. 乙图可能符合事实，且 C. 丙图可能符合事实，且 D. 丁图可能符合事实，且 考点四　核反应与核能 题组1：核反应方程 1.（单选）常被作为示踪原子，在医疗诊断等方面有很多的应用。获得的核反应方程为：，已知的半衰期为。下列说法正确的是(    ) A. 获得的核反应为核聚变 B. 是中子 C. 的电离作用比射线强 D. 经过，会全部发生衰变 2. （单选）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用表示，式中、的值分别为(    ) A. ， B. ， C. ， D. ， 题组2：核反应类型 3. （单选）下列核反应中属于核裂变的是(    ) A. B. C.   D. 4. （单选）太阳是一个巨大的热核反应堆，通过质子质子链反应实现如图，第二步核反应方程为。下列说法正确的是(    ) A. 该反应为衰变，是核 B. 该反应为聚变，是核 C. 该反应为衰变，是核 D. 该反应为聚变，是核 题组3：结合能与比结合能 5. （单选）温州三澳核电站是浙江省首个采用“华龙一号”三代核电技术的项目，核电站是利用重核裂变发电的，其中一种裂变方程是，还可以自发进行衰变，已知、、的相对原子质量分别为、、，相当于的能量，下列关于这两个核反应的说法正确的是(    ) A. 衰变中的比结合能大于的比结合能 B. 裂变反应中的结合能大于的结合能 C. 升高环境温度，可使的半衰期变短 D. 个发生一次衰变，其释放的能量约 6. （单选）钇具有放射性，其原子核发生衰变后能生成无辐射的锆。时钇的质量为，经时间后剩余钇的质量为，其图线如图所示。已知光在真空中的速度为，下列说法正确的是(    ) A. 中的 B. 若，则 C. 的比结合能大于的比结合能 D. 质量为的钇在时间内放出的核能为 题组4：核能的计算 7. （单选）太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和，，为光速。在个转变成个的过程中，释放的能量约为(    ) A. B. C. D. 8. （单选）中国核工业集团有限公司研发的“华龙一号”主要是利用重核的裂变释放出大量的能量，其中一个典型的核反应方程为。已知铀、钡、氪的比结合能分别为、、，下列说法正确的是(    ) A. 等于 B. 具有天然放射性，可以通过升高温度缩短其半衰期 C. 该反应过程释放的能量为 D. 在中子的轰击下发生裂变反应的过程中有质量亏损 学科网（北京）股份有限公司 $ 16.2 原子结构与原子核 考点一　原子结构 1 题组1：原子结构模型 1 题组2：α粒子散射实验 2 考点二　氢原子能级与能级跃迁 4 题组1：氢原子能级跃迁 4 题组2：谱线条数的确定 5 题组3：受激辐射与电离 8 考点三　原子核的衰变及半衰期 9 题组1：射线及其性质 10 题组2：衰变次数的确定 11 题组3：半衰期的计算 13 题组4：衰变与动量守恒 14 考点四　核反应与核能 15 题组1：核反应方程 15 题组2：核反应类型 16 题组3：结合能与比结合能 17 题组4：核能的计算 18 16.2 原子结构与原子核 考点一　原子结构 题组1：原子结构模型 1.（单选）下列叙述符合史实的是(    ) A. J.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现电子，并提出了原子的核式结构模型 B. 卢瑟福猜想原子核内存在不带电的中子，查德威克通过粒子轰击铍原子核实验证明了这个猜想 C. 居里夫人用粒子轰击氮原子核，打出氧原子核和一种粒子，这种粒子为质子 D. 卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核内部具有复杂结构 【答案】B  【解析】A.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现电子，而提出原子的核式结构模型的是卢瑟福，A错误； B.卢瑟福猜想原子核内存在不带电的中子，查德威克通过粒子轰击铍原子核实验证明了这个猜想，B正确； C.卢瑟福用粒子轰击氮原子核，打出氧原子核和一种粒子，这种粒子为质子，不是居里夫人，C错误； D.卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，天然放射现象的发现表明原子核内部具有复杂结构，D错误。 故选B。 题组2：α粒子散射实验 2.（单选）粒子散射实验被评为世界十大经典物理实验之一，此实验开创了原子结构研究的先河，为建立现代原子核理论打下了基础。关于粒子散射实验，下列说法正确的是(    ) A. 汤姆孙的粒子散射实验结果表明原子具有核式结构 B. 该实验的数据否定了卢瑟福的“西瓜模型”，并估算了原子的大小 C. 该实验表明原子中心有一个极大的核，它占有原子体积极大的部分 D. 该实验表明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量 【答案】D  【解答】A、卢瑟福的粒子散射实验结果表明原子具有核式结构，故A错误； B、卢瑟福用粒子散射实验的数据否定了汤姆孙的“西瓜模型”，并估算了原子核的大小，故B错误； C、从绝大多数粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积极小的部分，故C错误； D、该实验表明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量，故D正确。 3. （单选）一束粒子撞击一静止的金原子核，它们的运动轨迹如图所示。图中虚线是以金原子核为圆心的圆。已知静电力常量，元电荷，金原子序数为，不考虑粒子间的相互作用，则(    ) A. 沿轨迹运动的粒子受到的库仑力先做正功，后做负功 B. 沿轨迹运动的粒子到达时动能为零、电势能最大 C. 位于图中虚线圆周上的个粒子的电势能不相等 D. 若粒子与金原子核距离为，则库仑力数量级为 【答案】D  【解析】A.沿轨迹运动的  粒子受到的库仑力先做负功，后做正功，A错误； B.沿轨迹运动的  粒子因为做曲线运动，则到达时动能不为零，因距离原子核最近，则电势能最大，B错误； C.位于图中虚线圆周上各点的电势都相等，可知虚线圆周上的个  粒子的电势能相等，C错误； D.若  粒子与金原子核距离为  ，则根据库仑定律可知库仑力 ，即数量级为  ，D正确。 故选D。 4. （单选）分析物理学发展史中实验的关键作用，考察不同时期的经典实验及其对物理学的贡献，探讨实验是如何推动理论发展，能够为解决现代实验中的物理学难题提供思路和方法。下列叙述不符合物理学史实的是(    ) A. 卡文迪什通过在实验室中测量几个铅球之间的万有引力，比较准确地测出引力常量的数值，引力常量的普适性为证明万有引力定律的正确性提供了有力的证据 B. 通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，汤姆孙发现阴极射线由带负电的粒子组成，并成功测量了这种粒子的比荷，这一实验结果为我们理解基本粒子的性质提供了关键信息 C. 法拉第于年首次观察到了电磁感应现象，他发现只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流，电磁感应现象的发现是法拉第通过理想实验法得到的 D. 开普勒在哥白尼日心说观点和第谷对行星运动观测数据的基础上，通过数学推导发现了开普勒行星运动定律，提出所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 【答案】C  【解答】A、卡文迪什在实验室里通过对几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量的数值，引力常量的普适性成了万有引力定律正确性的有力证据，故A正确，不符合题意 B、汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转实验发现了阴极射线由带负电的粒子组成，并测出了这种粒子的比荷，故B正确，不符合题意 C、法拉第发现电磁感应现象，这是在大量的实验基础上总结得出的结论，而不是通过理想实验得出的，故C错误，符合题意； D、开普勒在哥白尼日心说观点和第谷对行星运动观测数据的基础上，通过数学推导发现了开普勒行星运动定律，提出所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，故D正确，不符合题意。 故选C。 考点二　氢原子能级与能级跃迁 题组1：氢原子能级跃迁 1. （单选）玻尔在他提出的原子模型中所作的假设不包括(    ) A. 原子处于称为定态的能量状态时，电子在轨道上绕核转动，但并不向外辐射能量 B. 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的 C. 电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射或吸收一定频率的光子 D. 电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率 【答案】D  【解析】选项A、、三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念。原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，电子跃迁时辐射光子的频率由前后两个能级的能量差决定，即，故选D。 2. （单选）玻尔原子理论描述的氢原子的电子轨道示意图如图所示，、、分别表示电子处于轨道、、时原子具有的能量，、、分别表示电子处于轨道、、时具有的动能，则(    )    A.              B. C.           D. 【答案】C  【解析】根据玻尔原子模型，轨道量子数越大能量越大，且 为负值，能级越高，能极差越小，即， 故A错误，C正确； 根据正负电荷间的作用力提供向心力，有 所以 可知，轨道半径越小动能越大，差值越小，即 故BD错误。 故选C。 3. （单选）氢原子光谱是由氢原子的核外电子从高能级向低能级跃迁产生的。如图所示是氢原子电子轨道示意图，、两束光分别由处在能级和能级的氢原子跃迁到能级时产生，下列说法错误的是(    ) A. 氢原子的光谱是分立谱 B. 大量处于能级的氢原子向能级跃迁时，能产生种不同频率的光子 C. 氢原子不可以自发地从基态向能级跃迁 D. 已知光是蓝光，则光可能是红光 【答案】D  【解析】A.由于原子能级具有分立性，可知，氢原子的光谱是分立谱，故A正确，不符合题意； B.大量处于  能级的氢原子向  能级跃迁时，能产生不同频率的光子为能级到能级、能级到能级与能级到能级，可知，能产生种不同频率的光子，故B正确，不符合题意； C.氢原子由低能级跃迁至高能级需要吸收能量，可知，氢原子不可以自发地从基态向  能级跃迁，故C正确，不符合题意； D.结合题意可知，光的光子能量大于光的光子能量，根据  可知，光的频率大于光的频率，由于蓝光的频率大于红光的频率，可以判定，若光是蓝光，则光不可能是红光，故D错误，符合题意。 故选D。 题组2：谱线条数的确定 4. （单选）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是(    ) A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出种频率的光子 B. 从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低 C. 从能级跃迁到能级需吸收的能量 D. 能级的氢原子电离至少需要吸收的能量 【答案】C  【解析】解：大量氢原子处于能级跃迁到多可辐射出种不同频率的光子，故A错误； B.根据能级图可知从能级跃迁到能级辐射的光子能量为： 从能级跃迁到能级辐射的光子能量为： 比较可知从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率高，故B错误； C.根据能级图可知从能级跃迁到能级，需要吸收的能量为：，故C正确； D.根据能级图可知氢原子处于能级的能量为，故要使其电离至少需要吸收的能量，故D错误。 故选：。 5. （单选）如图为氢原子能级的示意图，现有一个氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是(    ) A. 该氢原子最多可辐射出种不同频率的光 B. 用能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为的金属铂能发生光电效应 C. 波长最大的光是由能级跃迁到能级产生的 D. 频率最小的光是由能级跃迁到能级产生的 【答案】B  【解析】A.一个氢原子处于  的激发态，当向低能级跃迁时，可能的跃迁路径为  、  ，  ，  ，则该氢原子最多可辐射出种不同频率的光，故A错误； B.  能级跃迁到  能级辐射出的光子能量，大于金属铂的逸出功，能发生光电效应，故B正确； C.根据图示可知，由  能级跃迁到  能级产生的光子的能量最大，即频率最大，则波长最短，故C错误； D.根据波尔理论，辐射出光子的能量是跃迁两轨道能级之差，结合图示可知，由  能级跃迁到  能级产生的光子的能量最小，即频率最小，故D错误。 故选B。 6. （多选）为了解决光信号长距离传输中的衰减问题，常常在光纤中掺入铒元素。如图所示的是铒离子的能级示意图，标识为的铒离子处在亚稳态，不会立即向下跃迁：如果用光子能量约为的激光把处于基态能级的铒离子激发到能级，再通过“无辐射跃迁”跃迁到能级，从而使该能级积聚的离子数远超过处于基态的离子数。当光纤中传输某波长的光波时，能使处在亚稳态能级的离子向基态跃迁，产生大量能量约为的光子，于是输出的光便大大加强了。根据上述资料你认为下列说法正确的是(    ) A. 无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为 B. 这种光纤传输任何频率的光信号衰减都能得到有效补偿 C. 大量处在能级的铒离子向下跃迁能产生种频率的光子 D. 上述情景发生时，光纤中传输的光信号波长约为 【答案】AD  【解析】A.设处于能级的电子能量为，能级的电子能量为，能级的电子得能为，则有，，解得无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量为，故A正确； B.由，可得这种光纤传输只有频率为的光信号衰减才能得到有效补偿，故B错误； C.因为能级跃迁到能级是无辐射跃迁，所以不会放出光子，故处在能级的铒离子即向下跃迁能产生种频率的光子，故C错误； D.由，可得带入数据可解得光纤中传输的光信号波长约为，故D正确。 故选AD。 题组3：受激辐射与电离 7. （单选）如图为氢原子的能级示意图，已知可见光光子能量范围为，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，会产生三种波长为的光，下标数字表示相应的能级，下列说法正确的是(    ) A. B. 这群氢原子自发向低能级跃迁时能辐射出种可见光 C. 用能量为的电子轰击氢原子，可以使氢原子发生电离 D. 金属钠的逸出功为，这三种光都可以使金属钠发生光电效应 【答案】C  【解析】A.由跃迁规律可知，即，即，选项A错误； B.这群氢原子自发向低能级跃迁时能辐射出种可见光，对应于从到的跃迁，选项B错误； C.处于  能级的氢原子发生电离至少需要的能量为，则用能量为  的电子轰击氢原子，可以使氢原子发生电离，选项C正确； D.从到的跃迁辐射出的光子的能量为小于金属钠的逸出功  ，则不可以使金属钠发生光电效应，选项D错误。 故选C。 8. （单选） 子与氢原子核质子构成的原子称为氢原子 ，它在原子核物理的研究中有重要作用．右图为氢原子的能级示意图，假定光子能量为的一束光照射容器中大量处于能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为、、、、、和的光，且频率依次增大，则等于(    ) A. B. C. D. 【答案】C  【解答】、子吸收能量后从能级跃迁到较高能级，然后从能级向较低能级跃迁，若从能级向低能级跃迁时如果直接跃迁到基态能级，则辐射的能量最大，否则跃迁到其它较低的激发态时子仍不稳定，将继续向基态和更低的激发态跃迁，即、、任意两个轨道之间都可以产生一种频率的辐射光，故总共可以产生的辐射光子的种类为，解得，即子吸收能量后先从能级跃迁到能级，然后从能级向低能级跃迁，辐射光子的按能量从小到大的顺序排列为能级到能级，能级到能级，能级到能级，能级到能级，能级到能级，能级到能级，所以能量与相等。故C正确，ABD错误。 9. （多选）波长为和的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为的光的条纹间距大于波长为的条纹间距。则下列表述中，脚标“”和“”分别代表波长为和的光所对应的物理量(    ) A. 这两束光的光子的动量 B. 这两束光从玻璃射向真空时，其临界角 C. 这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压 D. 这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到能级时产生，则相应激发态的电离能 【答案】BD  【解析】由可知，波长，频率，折射率。 A、由可知，，A错误； B、由可知，，B正确； C、由光电效应方程可知，频率越大的光对应光电子的最大初动能越大；又，则频率越大，遏止电压越大，故遏止电压，C错误； D、根据玻尔理论，当发生跃迁时辐射出的光子的能量；都是跃迁到能级，则相同，越大，则放射出的光子的能量值越大，由于，故能级，即的能级更大。结合氢原子电离时需要的能量为能级对应能量值的负值可知，相应激发态的电离能D正确。 故选BD。 考点三　原子核的衰变及半衰期 题组1：射线及其性质 1. （单选）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法正确的是(    ) A. 查德威克用粒子轰击铍原子核，发现了质子 B. 卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，揭示了原子核有复杂的结构 C. 汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现阴极射线是原子核中的中子变为质子时产生的射线 D. 居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素 【答案】D  【解析】A.查德威克用粒子轰击铍原子核，发现了中子。卢瑟福用粒子轰击氮原子核，发现了质子，故A错误； B.贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，故B错误； C.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，但阴极射线不是原子核中的中子变为质子时产生的射线，故C错误； D.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，故D正确。 故选D。 2. （单选）天然放射现象放出的三种射线的穿透能力如图所示下列说法中正确的是(    ) A. 三种射线的本质都是电磁波 B. 射线通过气体时很难把气体分子中的电子剥离 C. 射线是高速运动的电子，速度可以接近光速 D. 射线是原子内层电子跃迁时发射的波长很短的电磁波 【答案】C  【解析】根据穿透能力强弱可知，为射线、为射线、为射线 A、、和三种射线中，射线是氦核，射线是电子流，射线是电磁波，故A错误； B、射线的电离本领比较强，可以用射线使气体带电，故B错误； C、射线是高速电子流，其速度可以接近光速，故C正确； D、射线是原子核受激跃迁时发射的波长极短的电磁波，故D错误。 3. （多选）根据相对论效应，运动粒子的质量，为粒子的静止质量。把放射源铀、钋或镭放入用铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。已知粒子的速度约为光速的，粒子的速度接近光速。若在射线经过的空间施加匀强磁场，可观察到分裂成三束的实际射线轨迹，如图所示，设粒子的偏转半径为，粒子的偏转半径为。若不考虑相对论效应，只根据经典物理学理论计算出粒子的偏转半径为，计算出粒子的偏转半径为，以下说法正确的是(    ) A. 向左偏转的是射线 B. 向左偏转的是射线 C. D. 【答案】AC  【解析】根据左手定则可判断，带正电的粒子受到向左的洛伦兹力，向左偏转，带负电的射线受到向右的洛伦兹力，向右偏转， A正确，B错误； 不考虑相对论时，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，由 考虑相对论效应 得 粒子的速度约为光速的，粒子的速度接近光速。 则有， 联立解得 C正确，D错误。 故选AC。 题组2：衰变次数的确定 4.（单选）年月，江南造船集团有限责任公司正式发布全球首型、世界最大核动力集装箱船船型设计，它采用了第四代钍基堆型熔盐反应堆，具有更高的安全性、更少的核废料、更长的使用寿命和更广泛的能源应用前景。在该反应堆中，钍核经过一系列的衰变最终变成了铅核，下列说法正确的是(    ) A. 钍核包含有个质子和个中子 B. 钍核的结合能小于铅核的结合能 C. 钍核衰变为铅核经历了次衰变和次衰变 D. 钍核衰变为铅核需要吸收能量 【答案】C  【解答】A.钍核包含有个质子和个中子，故 A错误 B.钍核的核子数多于铅核，故钍的结合能更大，故 B错误 C.钍核变为铅核，核子总数减少了，说明发生了次衰变，同时将导致质子数减少，实际质子数减少了，说明还发生了次衰变，故 C正确 D.自发进行的衰变反应都是释放核能的反应，故 D错误。 5. （单选）放射性同位素的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。钴的半衰期为年，它发生衰变变成镍，而钍则会经一系列、衰变后生成氡。下列说法正确的是(    ) A. 钴经过年全部发生衰变 B. 钴可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 C. 钍原子核比氡原子核的中子数多 D. 钍衰变成氡一共经过次衰变和次衰变 【答案】C  【解析】A.年为两个半衰期，则剩下的钴为原来的，没有全部衰变，故A错误； B.钴半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子，故B错误； C.原子核的质量数为，质子数为，则中子数为，原子核的质量数为，质子数为，则中子数为，可知钍原子核比氡原子核的中子数多，故C正确； D.钍衰变成氡，质量数减少，电荷数减少，则经过次衰变，次衰变，故D错误。 故C正确。 6. （单选）自然界里有一些放射性元素会发生一系列连续衰变，形成放射系。如图所示为锕系图的一部分，纵坐标表示中子数，横坐标表示质子数。则图中衰变成的过程中经历衰变和衰变的次数分别为(    ) A. ， B. ， C. ， D. ， 【答案】B  【解析】从，质子数少，中子数少，则质量数少， 对于一次衰变，质量数少，质子数少，对于一次衰变，质量数不变，质子数加， 设经过次衰变，次衰变，有，，解得，． 故选B。 题组3：半衰期的计算 7. （单选）一物理学习小组研究可作为核电池材料的衰变为的过程，根据测量数据，用横坐标表示时间，用纵坐标表示任意时刻的质量与初始时刻时的质量的比值，得出的图像如图所示。下列说法正确的是(    ) A. 衰变为释放的射线电离作用很弱 B. 衰变为释放的射线在电场中不会偏转 C. 图像中的 D. 图像中的 【答案】C  【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变释放的粒子为氦核粒子，其射线为射线，带两个单位的正电荷，电离作用强，在电场中一定会偏转，、项错误 C.由题图可知，年时的质量与初始时刻的质量的比值为，年时的质量与年时的质量的比值为，由此可知，项正确 D.年时，的质量为初始时质量的，即，项错误。 8. （单选）碳是碳的一种放射性同位素，在多个领域有重要应用，如呼气试验、标记化合物、测量生物基含量等，碳的衰变方程为 ，半衰期为年，下列说法正确的是(    ) A. 为来自原子核外的电子 B. 比结合能大 C. 该衰变为衰变 D. 年后，个碳原子只剩个 【答案】B  【解析】根据质量数、电荷数守恒可知，为由原子核中的中子变成质子释放的电子，该衰变为衰变，、项错误； 比比结合能大，由于核子数相同，因此结合能也大，项正确 半衰期是统计规律，对少数原子不适用，项错误。 题组4：衰变与动量守恒 9. （单选）实验观察到，静止在匀强磁场中点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图。则  (    ) A. 轨迹是电子的，磁场方向垂直纸面向外 B. 轨迹是电子的，磁场方向垂直纸面向外 C. 轨迹是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D. 轨迹是新核的，磁场方向垂直纸面向里 【答案】D  【解答】原子核发生衰变时，根据动量守恒定律可知新核和电子的速度方向相反，动量的方向相反，大小相等．由轨迹半径公式可知，与电荷量成反比，电子与新核的电荷量大小分别为和为新核的电荷数，则电子与新核的轨迹半径之比为，所以半径大的轨迹是衰变后电子的轨迹，轨迹是新核的。 新核沿逆时针方向运动，在点受到的洛伦兹力提供向心力，由左手定则可知，磁场的方向垂直纸面向里。由以上分析可知，选项D正确。 故选D。 10. （单选）一个原子序数为的静止的放射性原子核，在垂直纸面方向的匀强磁场中发生了衰变，衰变出的粒子可能是粒子，也可能是正电子，衰变后产生的粒子和新核都在纸面内做匀速圆周运动，其运转方向如图中的箭头所示。若衰变产生的新核与射出的粒子圆周运动半径之比为，下列判断正确的是(    ) A. 甲图可能符合事实，且 B. 乙图可能符合事实，且 C. 丙图可能符合事实，且 D. 丁图可能符合事实，且 【答案】B  【解析】由于原子核静止，根据动量守恒定律可知，新核与射出的粒子动量大小相等，运动方向相反，则新核的轨迹为小圆，结合左手定则可判断甲和丁不符合事实； 对于丙图，如果射出的是粒子，则新核的质子数为，根据左手定则，两粒子运动轨迹内切，运动轨迹符合动量守恒，根据洛伦兹力提供向心力有，解得：，所以，故C错误； 对于乙图，如果放射出的是正电子，则新核的质子数为，根据左手定则，两粒子运动轨迹外切，运动轨迹符合动量守恒，根据洛伦兹力提供向心力有，解得：，所以，故乙符合事实。 故B正确，ACD错误。 考点四　核反应与核能 题组1：核反应方程 1.（单选）常被作为示踪原子，在医疗诊断等方面有很多的应用。获得的核反应方程为：，已知的半衰期为。下列说法正确的是(    ) A. 获得的核反应为核聚变 B. 是中子 C. 的电离作用比射线强 D. 经过，会全部发生衰变 【答案】C  【解析】A、此反应为人工转变，项错误 、根据质量数及电荷数守恒，可知是，故电离作用比射线强，项错误，项正确 D、是两个半衰期，余下的的质量应是原来的，不能全部衰变，项错误。 故选C。 2. （单选）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用表示，式中、的值分别为(    ) A. ， B. ， C. ， D. ， 【答案】C  【解析】根据反应前后质量数和电荷数守恒可得：    解得： ，  故选C。 题组2：核反应类型 3. （单选）下列核反应中属于核裂变的是(    ) A. B. C.   D. 【答案】B  【解析】A.  转变为  ，同时释放出一个电子，这是  衰变，不是核裂变，故A不符合题意； B.  核在中子的轰击下，裂变为较小的  核和  核，同时释放出两个中子，这是原子核的裂变，故B符合题意； C.  核在  的轰击下转变为  ，同时释放出一个质子，这是人工转变原子核，不是核裂变，故C不符合题意； D.该核反应是轻核结合成较重的原子核，属于聚变，故D不符合题意。 故选B。 4. （单选）太阳是一个巨大的热核反应堆，通过质子质子链反应实现如图，第二步核反应方程为。下列说法正确的是(    ) A. 该反应为衰变，是核 B. 该反应为聚变，是核 C. 该反应为衰变，是核 D. 该反应为聚变，是核 【答案】B  【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知为，该反应为聚变。 故选B。 题组3：结合能与比结合能 5. （单选）温州三澳核电站是浙江省首个采用“华龙一号”三代核电技术的项目，核电站是利用重核裂变发电的，其中一种裂变方程是，还可以自发进行衰变，已知、、的相对原子质量分别为、、，相当于的能量，下列关于这两个核反应的说法正确的是(    ) A. 衰变中的比结合能大于的比结合能 B. 裂变反应中的结合能大于的结合能 C. 升高环境温度，可使的半衰期变短 D. 个发生一次衰变，其释放的能量约 【答案】D  【解析】A.衰变后放出能量，生成的  核更加稳定，则衰变中  的比结合能小于  的比结合能，选项A错误； B.裂变反应放出能量，则  的比结合能大于  的比结合能，但是由于  核子数远小于  的核子数，可知  的结合能小于  的结合能，选项B错误； C.外部因素不会影响半衰期，选项C错误； D.个  发生一次衰变，其释放的能量约 ，选项D正确。 故选D。 6. （单选）钇具有放射性，其原子核发生衰变后能生成无辐射的锆。时钇的质量为，经时间后剩余钇的质量为，其图线如图所示。已知光在真空中的速度为，下列说法正确的是(    ) A. 中的 B. 若，则 C. 的比结合能大于的比结合能 D. 质量为的钇在时间内放出的核能为 【答案】B  【解析】A.原子核发生衰变的方程为， 根据电荷数和质量数守恒可得，A错误； B.从到恰好衰变一半，根据半衰期的定义可得半衰期， 若，根据半衰期公式有， 解得，B正确； C.衰变过程中会释放能量，原子核变得更稳定，比结合能越大的原子核越稳定，所以的比结合能小于的比结合能，C错误； D.根据爱因斯坦质能方程反应释放的核能， 但的质量亏损并不是反应前后的质量亏损，该质量变化没有考虑到新生成的锆质量，D错误。 故选：。 题组4：核能的计算 7. （单选）太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和，，为光速。在个转变成个的过程中，释放的能量约为(    ) A. B. C. D. 【答案】C  【解析】解：反应过程中的质量亏损约为： ， 由于， 根据爱因斯坦质能方程可得：，故C正确，ABD错误。 故选：。 8. （单选）中国核工业集团有限公司研发的“华龙一号”主要是利用重核的裂变释放出大量的能量，其中一个典型的核反应方程为。已知铀、钡、氪的比结合能分别为、、，下列说法正确的是(    ) A. 等于 B. 具有天然放射性，可以通过升高温度缩短其半衰期 C. 该反应过程释放的能量为 D. 在中子的轰击下发生裂变反应的过程中有质量亏损 【答案】D  【解析】A.根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知，等于，故A错误； B.半衰期只由原子核自身决定，所以升高温度不能缩短半衰期，故B错误； C.该反应过程释放的能量为，故C错误； D.裂变反应会释放能量，所以  在中子的轰击下发生裂变反应的过程中有质量亏损，故D正确。 故选D。 学科网（北京）股份有限公司 $