第42讲 原子结构和原子核 跟踪训练 -2027届高三物理一轮复习

**基本信息** 聚焦原子结构与原子核专项，以"概念辨析-规律应用-综合计算"三级训练体系构建物理观念，通过守恒定律与能量观点培养科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |原子的核式结构|2题|α粒子散射实验现象分析|从实验现象推导核式结构模型| |玻尔理论与能级跃迁|2题|能级跃迁能量公式应用|能级差与光子频率的对应关系| |原子核的衰变及半衰期|2题|半衰期计算与衰变规律|衰变方程的电荷数和质量数守恒| |核反应及核能的计算|5题|质能方程与比结合能计算|核反应中的质量亏损与能量释放| |综合提升练|3题|聚变反应能量分析|结合能与反应稳定性的关系| |培优加强练|1题|动量能量守恒综合应用|核反应中的动量分配与能量转化|

第42讲 原子结构和原子核 跟踪训练 基础对点练 1． 选择题： 对点1　原子的核式结构 1.(多选)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法中正确的是(　　) A.绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹3，说明原子中心存在原子核 B.发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的 C.沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小 D.沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大 对点2　玻尔理论与能级跃迁　氢原子光谱 2.在某原子发生的跃迁中，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(　　) A.λ1 B.λ2 C.λ3 D.λ4 3.如图所示，氢原子在可见光区的4条谱线(记作Hα、Hβ、Hγ和Hδ)分别对应氢原子从n＝3、4、5、6能级向n＝2能级的跃迁，下面4幅光谱图中，合理的是(选项图中标尺的刻度均匀分布，刻度尺从左至右增大)(　　) 对点3　原子核的衰变及半衰期 4.关于原子核衰变，下列说法正确的是(　　) A.100个铀核U)经一个半衰期后一定剩50个铀核U)未发生衰变 B.原子核的半衰期在高温高压下会变短 C.放射性元素发生β衰变时所放出的电子来源于原子核外 D.一个铀核U)衰变为铅核Pb)，要经过8次α衰变和6次β衰变 5.天津大学科研团队攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题，打开了石墨烯带隙，开启了石墨烯芯片制造领域“大门”。石墨烯是C的同素异形体，目前已知C的同位素共有15种，其中14C是一种放射性的元素，可衰变为14N，如图所示为包含14C衰变相关信息，下列说法正确的是(　　) A.当环境温度变化时，14C的半衰期会发生改变 B.14C转变为14N，衰变方式为α衰变 C.32个14C原子核在经过22 920年后还剩2个 D.当14N数量是14C数量的3倍时，14C衰变经历的时间为11 460年 对点4　核反应及核能的计算 6.锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明，锂元素主要来自宇宙高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为CHLi＋H＋X，式中的X为(　　) An Be Ce DHe 7.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 8.发现中子的核反应方程为HeBe→Xn，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为PuU＋Y，下列说法正确的是(　　) A.核反应方程中的X为C B.衰变方程中的Y为He C.中子n的质量数为零 D.钚238的衰变吸收能量 9.(多选)太阳辐射的总功率约为4×1026 W，其辐射的能量来自聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1 876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核H)和一个质量为2 809.5 MeV/c2的氚核H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c2的氦核He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是(　　) A.X粒子是质子 B.X粒子的质量为939.6 MeV/c2 C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2 综合提升练 1． 选择题： 10.嫦娥五号带回的月壤中蕴藏着非常稀有的能源物质HeHe是一种清洁的可控核聚变燃料。已知He与H聚变时的核反应方程为HHeHeH。已知H的比结合能为1.09 MeVHe的比结合能为2.57MeVHe的比结合能为7.07 MeV。则该核聚变反应释放的核能约为(　　) A.3.3 MeV B.4.0 MeV C.17.6 MeV D.18.4 MeV 11.中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造了新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过某种方法产生等离子体，等离子体满足一定条件就会发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量。关于氢的同位素氘或氚的核聚变，其核反应方程为HHHe＋X＋17.6 MeV，光速c＝3.0×108 m/s，则下列说法正确的是(　　) A.H的比结合能大于He的比结合能 B.粒子X具有较强的电离能力 C.一个氘核和一个氚核发生核聚变，质量亏损约为3.1×10－29 kg D.提升等离子体的密度，在常温常压下也能发生聚变反应 12.氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图甲所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象，得到如图乙和图丙所示的干涉条纹，用这两种光分别照射如图丁所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是(　　) A.图甲中的Hα对应的是Ⅱ B.图乙中的干涉条纹对应的是Ⅱ C.Ⅰ的光子动量小于Ⅱ的光子动量 D.P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的小 培优加强练 13.掌握并采用核聚变产生能源是核物理中最具有前景的研究方向之一。太阳上的一种核反应为两个氘核H)聚变成一个He核。已知氘核的质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 uHe核的质量为3.015 0 u。1 u相当于931.5 MeV。 (1)写出该核反应方程; (2)计算上述核反应中释放的核能ΔE(保留3位有效数字); (3)若两个氘核以相等的动能0.45 MeV做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化成动能，则反应中生成的He核和中子的动能各是多少? 参考答案： 1.答案　BC解析　在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹如轨迹1所示，说明原子中绝大部分是空的，A项错误;极少数粒子发生超过90°的大角度偏转，B项正确;根据点电荷周围电场分布情况可知，距离原子核近的地方电场强度大，故越靠近原子核α粒子的加速度越大，因此沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，C项正确;沿轨迹2运动的α粒子从a运动到b过程中受到斥力作用，根据电场力做功特点可知，电场力做负功，电势能增大，从b运动到c过程中，电场力做正功，电势能减小，D项错误。 2.答案　C解析　结合爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若只有一种光子可以使某金属发生光电效应，则该光子的能量最大，又由题图可知辐射的λ3光子的能量最大，所以只有λ3光子可以使该金属发生光电效应，C正确。 3.答案　D解析　光谱图中谱线位置表示相应光子的波长，氢原子从n＝3、4、5、6能级分别向n＝2能级跃迁时，发射的光子能量增大，所以光子频率增大，光子波长减小，在标尺上Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线应从右向左排列。由于氢原子从n＝3、4、5、6能级分别向n＝2能级跃迁释放光子能量的差值越来越小，所以从右向左4条谱线排列越来越紧密，故D正确。 4.答案　D解析　放射性元素的半衰期是大量的放射性元素的原子核衰变的统计规律，对个别的原子核没有意义，故A错误;放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，与外界的温度无关，与化学状态也无关，故B错误;放射性元素发生β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，故C错误;令铀核U)衰变为铅核(Pb)的核反应方程为UPb+He+n e，根据质量数守恒和电荷数守恒得238=206+4m，92=82+2m－n，解得m=8，n=6，故D正确。 5.答案　D解析　放射性元素的半衰期是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故A错误;根据衰变过程中电荷数守恒和质量数守恒，可得其衰变方程为CNe，则可知其为β衰变，故B错误;衰变服从量子统计规律，只对大量的原子才有意义，故C错误;由题图可知14C的衰变周期T为5 730年，当14N数量是14C数量的3倍时，根据N余＝N原知＝2，解得t＝11 460年，故D正确。6.答案　D解析　设X的质量数为A，电荷数为Z，根据核反应前、后质量数和电荷数守恒得A＝12＋1－7－2×1＝4，Z＝6＋1－3－2×1＝2，则X为He，D正确。 7.答案　C解析　核反应方程为YAmX+n，设Y的电荷数为y，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C正确。 8.答案　A解析　根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为12，电荷数为6，故X为C，Y的质量数为4，电荷数为2，故Y为He，A正确，B错误;中子n的电荷数为0，质量数为1，C错误;衰变过程中质量亏损，释放能量，D错误。 9.答案　BC解析　由题中信息知核反应方程为HHHe+n，X粒子为中子，A错误;由质量守恒可知，X粒子的质量m＝(1 876.1＋2 809.5－3 728.4－17.6) MeV/c2＝939.6 MeV/c2，B正确;由质能方程可知，太阳每秒因辐射损失的质量Δm＝ kg＝4.4×109 kg，C正确;太阳每秒放出的能量ΔE＝Pt＝4×1026×1 J＝ eV＝2.5×1045 eV，则太阳每秒因为辐射损失的质量Δm＝＝2.5×1039 MeV/c2，D错误。 10.答案　D解析　聚变反应前H的比结合能为E1＝1.09 MeV×2＝2.18 MeV，聚变反应前He的比结合能为E2＝2.57 MeV×3＝7.71 MeV，聚变反应后He的比结合能为E3＝7.07 MeV×4＝28.28 MeV，聚变过程释放出的能量为ΔE＝E3－E1－E2＝18.39 MeV≈18.4 MeV，故D正确。 11.答案　C解析H和H聚变为He会放出能量，可知生成物比反应物更加稳定，即H的比结合能小于He的比结合能，故A错误;根据电荷数和质量数守恒可知，此反应中的X电荷数为0，质量数为1，即粒子是中子，中子的穿透能力强，电离能力弱，故B错误;根据质能方程有ΔE＝Δmc2，则一个氘核和一个氚核发生核聚变，质量亏损为Δm＝ kg＝3.1×10－29 kg，故C正确;目前轻核聚变只能在高温高压的环境下进行，故D错误。 12.答案　A解析　由题意可知，氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，故可见光Ⅰ的能量大于可见光Ⅱ的能量，可见光Ⅰ的频率大于可见光Ⅱ的频率，故可见光Ⅰ是紫光，可见光Ⅱ是红光，题图甲中的Hα对应的是Ⅱ，故A正确;因可见光Ⅱ的频率小，故可见光Ⅱ的波长大，其条纹间距较大，根据Δx＝λ可知题图丙中的干涉条纹对应的是Ⅱ，故B错误;根据p＝可知Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，－eUc＝0－Ek，可得eUc＝hν－W0，可知发生光电效应时Ⅰ对应的遏止电压大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D错误。 13.答案　(1HHHen　(2)3.26 MeV　(3)1.04 MeV　3.12 MeV 解析　(1)由质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方程为HHHen。 (2)设核反应的质量亏损为Δm，则有 Δm＝2.013 6 u×2－(3.015 0＋1.008 7)u＝0.003 5 u 释放的核能 ΔE＝0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。 (3)设核反应后He核和中子的动量分别为p1、p2，动能分别为Ek1、Ek2，则根据动量守恒定律有p1＋p2＝0 Ek1＝，Ek2＝ 根据能量守恒定律有2Ek0＋ΔE＝Ek1＋Ek2 解得Ek1＝1.04 MeV，Ek2＝3.12 MeV。 学科网（北京）股份有限公司 $