2027届高考物理一轮复习专项训练-第十六章　原子结构与原子核

**基本信息** 聚焦原子结构与原子核两大模块，通过各地模拟题构建从基础概念到综合应用的知识网络，强化科学思维与物理观念的融合。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |原子结构|4题（含3道图像题）|以氢原子能级跃迁为主线，结合光电效应、光谱分析，突出图像信息解读|从能级概念→跃迁规律→光子能量计算→光电效应条件，形成完整推理链| |原子核|5题（含2道实际应用题）|涵盖衰变方程、半衰期、结合能计算，融入钴60应用、核聚变等真实情境|从衰变规律→核反应守恒→能量计算→实际应用，体现模型建构与科学论证|

原子结构 (分值：20分) 1~4题每题5分 1.(2025·北京市通州区一模)如图所示为玻尔模型中氢原子能级示意图，一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁时会发出频率不同的光。下列关于这群氢原子的发射光谱的说法中，正确的是(　　) A.是连续谱 B.最多有3种频率 C.波长最长的是从n=4能级跃迁到n=1能级所发出的光 D.只有3种不同频率的光能使逸出功为3.34 eV的锌板发生光电效应 2.(2026·福建南平市检测)氢原子核外电子可在不同的轨道围绕原子核高速旋转。取无穷远处为零电势能点，氢原子核外电子在半径为r的轨道上电势能Ep=-，e为电子电荷量，k为静电力常量。如图所示，氢原子核外电子从半径为r1的轨道1跃迁到半径为r2的轨道2，需要吸收的能量为E，则(　　) A.E=-) B.E=ke2(-) C.E=-) D.E=2ke2(-) 3.(多选)(2025·重庆市北碚区模拟)巴耳末系是指氢原子从n=3，4，5，6能级跃迁到n=2能级时发出的光谱线系，如图甲所示。图乙中给出了巴耳末谱线对应的波长，其中Hα、Hβ、Hγ谱线均在可见光区，可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则下列说法正确的是(　　) A.Hα谱线对应光子的能量大于Hβ谱线对应光子的能量 B.Hβ、Hγ谱线分别用于同一套双缝干涉仪器，屏上观察到的Hβ谱线的条纹间宽更大 C.巴耳末系可见光区的三条谱线中，Hα谱线在水中传播速度最大 D.Hγ谱系的光照射逸出功为4.56 eV的钨，能发生光电效应现象 4.(多选)(2025·浙江金华市三模)一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁过程中发出不同频率的光，照射图乙所示的光电管阴极K，只有频率为νa和νb的光能使它发生光电效应。分别用频率为νa、νb的两个光源照射光电管阴极K，测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是(　　) A.图甲中，这群氢原子向低能级跃迁一共发出6种不同频率的光 B.图乙中，用频率νb的光照射时，将滑片P向右滑动，电流表示数一定增大 C.图丙中，图线a所表示的光的光子能量为12.09 eV D.a光和b光照射K极产生的光电子的德布罗意波长，必有a大于b 原子核 (分值：30分) 1~5题每题6分 1.(2025·河北省A9联盟联考三模)钴60(Co)是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。它发生β衰变变成镍60(Ni)同时放出能量高达315 keV 的高速电子和两束γ射线。钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于人体肿瘤的放射治疗。关于钴60，下列说法正确的是(　　) A.钴60的氧化物中的钴半衰期比其单质钴的半衰期要小 B.钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 C.发生β衰变的衰变方程为 CoNie D.5 g钴60经过10.54年全部发生衰变 2.(2025·浙江温州市三模)中国的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)首次实现了1亿摄氏度条件下1 000秒的等离子体运行。该装置内部发生的核反应方程为HHHe+X，此反应会释放核能，伴随γ光子放出。下列说法正确的是(　　) A.该核反应方程中的X是质子 BHe的比结合能小于H的比结合能 C.核聚变反应所释放的γ光子可能来源于氢原子能级跃迁 D.该反应需要原子核具有足够的动能以克服库仑斥力才能发生 3.某种原子核X经过一系列的衰变变成原子核Y，衰变过程中质量数与中子数的关系图像如图所示，下列说法正确的是(　　) A.X比Y更稳定 B.X的质子数比Y多23个 C.X变成Y经历了6次α衰变，8次β衰变 D.X经过1次α衰变形成新元素的中子数与质子数的差值为54 4.(2026·江西省赣抚吉十二校联考)钇90具有放射性，其原子核Y发生β衰变后能生成无辐射的Zr(锆90)。t=0时钇90的质量为m0，经时间t后剩余钇90的质量为m，其-t图线如图所示。已知光在真空中的速度为c，下列说法正确的是(　　) A.Zr中的Z=38 B.若=，则t=192.3 h C.Y的比结合能大于Zr的比结合能 D.质量为m0的钇90在时间t内放出的核能为(m0-m)c2 5.(2026·江西新余市模拟)彭泽帽子山核电站是国务院决定兴建的中国内陆首座大型商用核电站，是鄱阳湖生态经济区头号重点工程。其中发生的一种核反应方程是U+n→Nd+Zr+n+e+γ。已知铀235的平均结合能为7.60 MeV，钕143的平均结合能为8.14 MeV，锆90的平均结合能为8.51 MeV，1 MeV≈1.602×10-13 J。则下列说法正确的是(　　) A.在该反应中，一个铀核裂变放出的核能约为2.31×10-11J B.x的值为3，y的值为6 C.Nd不稳定，会通过α衰变和γ衰变生成Pm，并释放出电子 D.假设裂变前铀原子静止，若γ光子的能量占总释放能量的10%，剩余能量全部转化为碎片和中子的动能，且不计电子和光子的动量，若每个中子动能相同，则每个中子的动能约为2.0 MeV 参考答案 原子结构 (分值：20分) 1~4题每题5分 1.(2025·北京市通州区一模)如图所示为玻尔模型中氢原子能级示意图，一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁时会发出频率不同的光。下列关于这群氢原子的发射光谱的说法中，正确的是(　　) A.是连续谱 B.最多有3种频率 C.波长最长的是从n=4能级跃迁到n=1能级所发出的光 D.只有3种不同频率的光能使逸出功为3.34 eV的锌板发生光电效应 答案　D 解析　氢原子的发射光谱是线状光谱，A错误； 氢原子从n=4能级向低能级跃迁时，最多有=6种频率，B错误； 根据h=Em-En ，可知波长最长的是从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光，C错误； 只有从n=4能级跃迁到n=1能级、从n=3能级跃迁到n=1能级、从n=2能级跃迁到n=1能级发出的光子的能量大于3.34 eV，所以只有3种不同频率的光能使逸出功为3.34 eV的锌板发生光电效应，D正确。 2.(2026·福建南平市检测)氢原子核外电子可在不同的轨道围绕原子核高速旋转。取无穷远处为零电势能点，氢原子核外电子在半径为r的轨道上电势能Ep=-，e为电子电荷量，k为静电力常量。如图所示，氢原子核外电子从半径为r1的轨道1跃迁到半径为r2的轨道2，需要吸收的能量为E，则(　　) A.E=-) B.E=ke2(-) C.E=-) D.E=2ke2(-) 答案　A 解析　核外电子绕原子核做匀速圆周运动，有= 得动能为Ek= 电子在轨道r上的能量E'=Ep+Ek=-+=- 从半径为r1的轨道1跃迁到半径为r2的轨道2，吸收的能量为E=E2-E1=--(-)=-) 故选A。 3.(多选)(2025·重庆市北碚区模拟)巴耳末系是指氢原子从n=3，4，5，6能级跃迁到n=2能级时发出的光谱线系，如图甲所示。图乙中给出了巴耳末谱线对应的波长，其中Hα、Hβ、Hγ谱线均在可见光区，可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则下列说法正确的是(　　) A.Hα谱线对应光子的能量大于Hβ谱线对应光子的能量 B.Hβ、Hγ谱线分别用于同一套双缝干涉仪器，屏上观察到的Hβ谱线的条纹间宽更大 C.巴耳末系可见光区的三条谱线中，Hα谱线在水中传播速度最大 D.Hγ谱系的光照射逸出功为4.56 eV的钨，能发生光电效应现象 答案　BC 解析　Hα谱线的波长大于Hβ谱线的波长，则Hα谱线的频率小于Hβ谱线的频率，根据ε=hν可知，Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量，故A错误； Hβ、Hγ谱线分别用于同一套双缝干涉仪器，根据Δx=λ，由于Hβ谱线的波长大于Hγ谱线的波长，则屏上观察到的Hβ谱线的条纹间宽更大，故B正确； 巴耳末系可见光区的三条谱线中，Hα谱线的波长最大，频率最小，在水中的折射率最小，根据v=可知，Hα谱线在水中传播速度最大，故C正确； 由题意可知其中Hα、Hβ、Hγ谱线均在可见光区，可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则Hγ谱系的光子能量一定小于钨的逸出功，所以Hγ谱系的光照射逸出功为4.56 eV的钨，不能发生光电效应现象，故D错误。 4.(多选)(2025·浙江金华市三模)一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁过程中发出不同频率的光，照射图乙所示的光电管阴极K，只有频率为νa和νb的光能使它发生光电效应。分别用频率为νa、νb的两个光源照射光电管阴极K，测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是(　　) A.图甲中，这群氢原子向低能级跃迁一共发出6种不同频率的光 B.图乙中，用频率νb的光照射时，将滑片P向右滑动，电流表示数一定增大 C.图丙中，图线a所表示的光的光子能量为12.09 eV D.a光和b光照射K极产生的光电子的德布罗意波长，必有a大于b 答案　AC 解析　一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时最多可产生=6种光子，故A正确； 题图乙中不知道电源正负极，没办法判断在光电管A、K之间加的正向还是反向电压，所以滑片P向右滑动时，电流变化情况无法判断，故B错误； 只有频率为νa和νb的光能使它发生光电效应，那么这两种光子必定是n=4能级向n=1能级跃迁和n=3能级向n=1能级跃迁产生的，由题图丙可知b光的频率较大，则a光为n=3能级向n=1能级跃迁产生的，所以a光的光子能量Ea=E3-E1=12.09 eV，故C正确； 由题图丙可知，遏止电压Uc2<Uc1，由eUc=Ek，可知b光打出的光电子的最大初动能比a光打出的光电子大，根据p=，可知b光打出的光电子的最大动量比a光打出的光电子大，根据德布罗意波长λ=，可知在打出的光电子均为最大初动能的条件下，a光打出的光电子的德布罗意波长比b光打出大，但是用a、b光打出来的光电子并非全是最大初动能，所以没办法判断a光打出的光电子的德布罗意波长和b光打出的光电子的德布罗意波长的大小关系，故D错误。 原子核 (分值：30分) 1~5题每题6分 1.(2025·河北省A9联盟联考三模)钴60(Co)是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。它发生β衰变变成镍60(Ni)同时放出能量高达315 keV 的高速电子和两束γ射线。钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于人体肿瘤的放射治疗。关于钴60，下列说法正确的是(　　) A.钴60的氧化物中的钴半衰期比其单质钴的半衰期要小 B.钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 C.发生β衰变的衰变方程为 CoNie D.5 g钴60经过10.54年全部发生衰变 答案　C 解析　放射性元素的半衰期仅由原子核内部结构决定，与化学状态无关，则钴60的氧化物中的钴半衰期与其单质相同，故A错误； 钴60半衰期长(5.27年)，且释放高能β射线和γ射线，对人体有害，不适合作为示踪原子，故B错误； 根据电荷数守恒、质量数守恒，可知钴60发生β衰变的衰变方程为CoNie，故C正确； 10.54年为两个半衰期，剩余钴60质量约为5×()2 g=1.25 g，未全部衰变，故D错误。 2.(2025·浙江温州市三模)中国的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)首次实现了1亿摄氏度条件下1 000秒的等离子体运行。该装置内部发生的核反应方程为HHHe+X，此反应会释放核能，伴随γ光子放出。下列说法正确的是(　　) A.该核反应方程中的X是质子 BHe的比结合能小于H的比结合能 C.核聚变反应所释放的γ光子可能来源于氢原子能级跃迁 D.该反应需要原子核具有足够的动能以克服库仑斥力才能发生 答案　D 解析　根据质量数和电荷数守恒得该核反应方程为HHHen，故A错误； 核反应中生成物比反应物更加稳定，所以He的比结合能大于H的比结合能，故B错误； 原子能级跃迁仅涉及电子在原子轨道间的跃迁，释放低能光子(如可见光、紫外线)，与核反应无直接关联，核聚变反应释放的光子主要来源于核反应本身，而非氢原子能级跃迁，故C错误； 要使核聚变发生，原子核必须首先接近到约10-15 m以内，强核力才能主导结合过程，原子核带正电，根据库仑定律，它们之间的斥力随距离减小而急剧增大，这要求原子核需要足够的动能才能克服库仑斥力作用，因此，核聚变反应需要原子核具有足够的动能以克服库仑斥力才能发生，故D正确。 3.某种原子核X经过一系列的衰变变成原子核Y，衰变过程中质量数与中子数的关系图像如图所示，下列说法正确的是(　　) A.X比Y更稳定 B.X的质子数比Y多23个 C.X变成Y经历了6次α衰变，8次β衰变 D.X经过1次α衰变形成新元素的中子数与质子数的差值为54 答案　D 解析　衰变过程放出能量，产物比反应物稳定，则Y比X稳定，故A错误； 由图像可得原子核X为X，原子核Y为Y，X的质子数比Y多92-82=10个，故B错误； 根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，有238=206+4m，92=82+2m-n，求得m=8，n=6，可知X变成Y经历了8次α衰变、6次β衰变，故C错误； X发生1次α衰变的核反应方程为XZHeZ的质子数为90，中子数为234-90=144，则中子数与质子数的差值为144-90=54，故D正确。 4.(2026·江西省赣抚吉十二校联考)钇90具有放射性，其原子核Y发生β衰变后能生成无辐射的Zr(锆90)。t=0时钇90的质量为m0，经时间t后剩余钇90的质量为m，其-t图线如图所示。已知光在真空中的速度为c，下列说法正确的是(　　) A.Zr中的Z=38 B.若=，则t=192.3 h C.Y的比结合能大于Zr的比结合能 D.质量为m0的钇90在时间t内放出的核能为(m0-m)c2 答案　B 解析　原子核Y发生衰变的方程为Y→e，根据电荷数和质量数守恒可得Z=40，故A错误； 由题图可知，从=到=恰好衰变一半，根据半衰期的定义可得半衰期T=84.7 h-20.6 h=64.1 h，若=，根据半衰期公式有m=m0(，可得t=3T=192.3 h，故B正确； 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Y的比结合能小于Zr的比结合能，故C错误； 根据质能方程ΔE=Δmc2，其中Δm=m0-m-mZr，则ΔE<(m0-m)c2，故D错误。 5.(2026·江西新余市模拟)彭泽帽子山核电站是国务院决定兴建的中国内陆首座大型商用核电站，是鄱阳湖生态经济区头号重点工程。其中发生的一种核反应方程是U+n→Nd+Zr+n+e+γ。已知铀235的平均结合能为7.60 MeV，钕143的平均结合能为8.14 MeV，锆90的平均结合能为8.51 MeV，1 MeV≈1.602×10-13 J。则下列说法正确的是(　　) A.在该反应中，一个铀核裂变放出的核能约为2.31×10-11J B.x的值为3，y的值为6 C.Nd不稳定，会通过α衰变和γ衰变生成Pm，并释放出电子 D.假设裂变前铀原子静止，若γ光子的能量占总释放能量的10%，剩余能量全部转化为碎片和中子的动能，且不计电子和光子的动量，若每个中子动能相同，则每个中子的动能约为2.0 MeV 答案　A 解析　一个铀核裂变放出的核能约为ΔE=143×8.14 MeV+90×8.51 MeV-235×7.60 MeV=143.92 MeV≈2.31×10-11 J，故A正确； 根据质量数守恒235+1=143+90+x，解得x=3，根据质子数守恒92=60+40-y，解得y=8，故B错误； 根据核反应方程Nd→Pm+e+γ，不稳定，会通过β衰变和γ衰变生成Pm，并释放出电子，故C错误； 令碎片和中子的质量分别为M、m，=，M远大于m，碎片动能可忽略，结合上述与题意有(1-10%)ΔE=2Ek2，解得Ek2=71.96 MeV，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $