第41讲 原子结构和原子核 专项训练-2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 聚焦原子结构与原子核模块，以三级递进训练构建从基础概念到综合应用的知识网络，强化物理观念与科学推理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础对点练|8题|单一考点辨析|从α粒子散射实验（核式结构）→玻尔理论（能级跃迁）→衰变规律→核反应方程，形成微观结构认知链| |综合提升练|3选择+1计算|多考点综合应用|结合比结合能图像分析稳定性，通过衰变轨迹判断粒子性质，体现模型建构与科学论证| |培优加强练|1题|实际情境应用|以回旋加速器为载体，融合磁场中粒子运动与核反应能量分析，培养科学探究与社会责任|

第41讲 原子结构和原子核 专项训练 基础对点练 1． 选择题： 对点1　原子的核式结构 1.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粒子的加速度先减小后增大 D.沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减少后增加 2.(多选)如图甲所示是汤姆孙的原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地分布在整个球体内，电子镶嵌在其中。甲图中的小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。汤姆孙的原子模型无法解释α粒子散射实验。如图乙所示是卢瑟福为解释α粒子散射实验假设的情景：占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质应集中在很小的空间范围。下列说法中正确的是(　　) A.α粒子质量远大于电子质量，电子对α粒子速度的影响可以忽略 B.入射方向的延长线越接近原子核的α粒子发生散射时的偏转角越大 C.由不同元素原子核对α粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的质量 D.由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10-15 m 对点2　玻尔理论和能级跃迁 3.(2026·江苏南通期中)一束光照射大量处于n=2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出波长分别为λ1>λ2>λ3>λ4>λ5>λ6的六种光，则入射光子的能量为(　　) A.h B.h C.h D.h 4.如图所示为氢原子的最低五个能级，一束光子能量为12.09 eV的单色光入射到大量处于基态的氢原子上，产生的光谱线是(　　) 对点3　原子核的衰变及半衰期 5.(2026·江苏苏锡常镇期末)某放射性元素衰变放出三种射线的穿透能力如图所示，射线2是(　　) A.高速中子流 B.高速电子流 C.高速氦核粒子流 D.波长极短的电磁波 6.(2025·河南卷)由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素Be和Be。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比。可以研究大气环境的变化。已知Be和Be的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现Be和Be的总原子个数经过106天后变为原来的。则采集时该高度的大气中Be和Be的原子个数比约为(　　) A.1∶4 B.1∶2 C.3∶4 D.1∶1 对点4　核反应及核能的计算 7.(2025·湖北卷)PET(正电子发射断层成像)是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素(如F)的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的F的衰变方程为F→Xeν，其中ν是中微子。已知F的半衰期是110分钟。下列说法正确的是(　　) A.X为O B.该反应为核聚变反应 C.1克F经110分钟剩下0.5克F D.该反应产生的ν在磁场中会发生偏转 8.已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1，氘核摩尔质量为2 g·mol-1，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是(　　) A.核反应方程式为HHHen B.氘核的比结合能比氦核的大 C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变 D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV 综合提升练 1． 选择题： 9.(2025·上海卷)一群氢原子处于n=4能级的激发态，这些氢原子能够自发地跃迁到n=2的较低能量状态，R为里德伯常量，c为真空中的光速，则在此过程中(　　) A.吸收光子，且光子的频率ν=Rc B.放出光子，且光子的频率ν=Rc C.吸收光子，且光子的频率ν=Rc D.放出光子，且光子的频率ν=Rc 10.(2026·江苏徐州期末)如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的比结合能，如Mg的比结合能约为8.3 MeVO的比结合能约为8.0 MeVC的比结合能约为7.7 MeVHe的比结合能约为7.0 MeV，根据该图像判断下列说法正确的是(　　) A.随着原子核质量数的增加，原子核的比结合能增大 B.Kr核的比结合能比U核大，因此U核比Kr核更稳定 C.把O核分成4个He核要释放约16 MeV的能量 D.把Mg核分成2个C核要吸收约14.4 MeV的能量 11.在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核发生了某种衰变，已知放射出的粒子速度方向及反冲核N原子核的速度方向均与磁场方向垂直，如图所示。下列说法正确的是(　　) A.反冲核N原子核的动能更大 B.图中大圆为反冲核N原子核的运动轨迹 C.碳14发生α衰变 D.图中大圆与小圆直径之比为7∶1 二．计算题： 12.一个静止的钴60Co)在某条件下发生β衰变生成镍60(Ni)，放出动能为E1的电子，同时释放能量分别为E2、E3的两个γ光子，忽略镍60的动能，释放的核能全部转化为电子的动能和光子的能量。已知电子的质量为m，普朗克常量为h，真空中光速为c，不考虑相对论效应。 (1)写出该衰变方程式，并求电子的物质波波长λ; (2)有N个钴60发生了β衰变，求核反应中总的质量亏损Δm。 培优加强练 13.(2026·江苏南京期末)回旋加速器在放射性同位素生产、癌症治疗等领域应用广泛。如图所示的回旋加速器，D形盒置于匀强磁场中，两盒间高频电源的频率为f。一质子(电荷量为e，质量为m)从中心粒子源释放，多次经回旋加速后从D形盒边缘射出轰击镍核Ni)，产生不稳定的放射性同位素Cu)，该同位素可以发生β衰变，辐射杀伤肿瘤细胞。关于此过程下列说法正确的是(　　) A.Cu的比结合能比Ni的比结合能小 B.该回旋加速器也可直接用来给α粒子加速 C.所加匀强磁场的磁感应强度为 D.仅使高频交流电电压加倍，粒子最终获得的动能加倍 参考答案： 1.答案　B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错误;极少数粒子发生超过90°的大角度偏转，B正确;根据点电荷周围电场分布特点可知，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错误;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，静电力做负功，电势能增加，从b运动到c过程中，静电力做正功，电势能减少，D错误。 2.答案　ABD解析　α粒子质量远大于电子质量，电子对α粒子速度的影响可以忽略，故A正确；入射方向的延长线越接近原子核的α粒子，所受库仑力就越大，发生散射时的偏转角越大，故B正确；α粒子散射类似于碰撞，根据实验数据无法确定各种元素原子核的质量，故C错误；由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10-15 m，故D正确。 3.答案　B解析　氢原子吸收光子后发出六种波长的光，说明被激发到n=4能级，入射光子能量等于n=4跃迁到n=2的能级差，经分析可知从n=4跃迁到n=2的辐射光的波长为λ3，故入射光能量为ΔE=hν=h，故B正确。 4.答案　C解析　由题图得，能级3的激发态与基态的能级差ΔE=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV，所以用能量为12.09 eV的单色光去照射大量处于基态的氢原子，氢原子能从基态跃迁到能级3的激发态，能级3的氢原子向低能级跃迁时，任意两个能级之间发生一次跃迁，共发射=3种频率不同的光，故C正确，A、B、D错误。 5.答案　B解析　射线2能穿透铝板但不能穿透铅板，穿透能力介于1、3之间，可知该射线为β射线，为高速电子流，故B正确。 6.答案　B解析　 7.答案　C 解析　A=18，Z=8，O，A错误;核聚变反应是指两个或多个较轻的原子核结合成一个或多个较重的原子核的过程，故该反应不是核聚变反应，B错误;根据m=m0()可知，1克F经110分钟剩下0.5克F，C正确;中微子ν不带电荷，所以其在磁场中不会发生偏转，D错误。 8.答案　D解析　核反应方程式为HHHen，故A错误;氘核的比结合能比氦核的小，故B错误;氘核若与氚核发生核聚变，它们间的距离必达到10-15 m以内，故C错误;一个氘核与一个氚核聚变反应的质量亏损Δm=(2.014 1+3.016 1-4.002 6-1.008 7) u=0.018 9 u，聚变反应释放的能量ΔE=Δm×931.5 MeV≈17.6 MeV，4 g氘完全参与聚变释放出能量E=×6.0×1023×ΔE≈2.11×1025 MeV，数量级为1025 MeV，故D正确。 9.答案　D解析　一群氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁时向外放出光子，A、C错误;由巴耳末公式得=R，其中n=4，又c=λν，联立解得ν=Rc，D正确，B错误。 10.答案　D解析　由题图可知，原子核质量数比较小时，随着原子核质量数的增加，原子核的比结合能增大，质量数比较大时，随着质量数的增加，原子核的比结合能减小，故A错误;原子核的比结合能越大，原子核越稳定，而Kr核的比结合能比U核大，因此Kr核比U核更稳定，故B错误;把O分成8个中子和8个质子需要吸收的能量ΔE1=16×8 MeV=128 MeV，把2个质子与2个中子组合成一个氦核需要释放的能量ΔE1'=4×7 MeV=28 MeV，所以把O分成4个He要吸收的能量ΔE吸=ΔE-4ΔE'=16 MeV，故C错误;把Mg核分成12个中子和12个质子需要吸收的能量ΔE2=24×8.3 MeV=199.2 MeV，把6个质子与6个中子组合成一个碳核需要释放的能量ΔE2'=12×7.7 MeV=92.4 MeV，所以把Mg分成2个C要吸收的能量ΔE吸=ΔE-2ΔE'=14.4 MeV，故D正确。 11.答案　D解析　设放射出的粒子质量为m，反冲核N的质量为M，则由动量守恒定律可知p=mv1=Mv2，根据Ek=，可知反冲核N原子核的动能更小，选项A错误;根据r==，反冲核N带电荷量较大，可知半径较小，即小圆为反冲核N原子核的运动轨迹，选项B错误;因两轨迹圆内切，可知碳14发生β衰变，选项C错误;衰变方程为CNe，根据d=2r=可知，图中大圆与小圆直径之比等于电荷量的反比，即为7∶1，选项D正确。 12.答案　(1CoNie　 (2) 解析　(1)根据质量数守恒与电荷数守恒可得核反应方程为CoNie 电子的动量p=mv 电子的动能E1=mv2 电子的波长λ= 解得λ=。 (2)N个钴60发生衰变产生的能量ΔE=N(E1+E2+E3) 根据质能方程ΔE=Δmc2 解得Δm=。 13.答案　A解析　原子核越稳定，其比结合能越大，因Cu不稳定，所以Cu的比结合能比Ni的比结合能小，故A正确;粒子在匀强磁场中匀速圆周运动的周期T=，因α粒子与质子比荷不同，在匀强磁场中匀速圆周运动的周期不同，若用该回旋加速器直接给α粒子加速，不能保证α粒子每次运动到两D形盒之间时都被加速，所以该回旋加速器不能直接用来给α粒子加速，故B错误;质子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期等于高频电源变化的周期，即=，可得所加匀强磁场的磁感应强度B=，故C错误;粒子最终获得的动能Ekm=m，又evmB=m，联立得Ekm=，所以粒子最终获得的动能与高频交流电压无关，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $