新课标高二物理下学期期末考试分类汇编原子结构和原子核

专题15原子结构和原子核1．（2024·河南濮阳·高二期末）一个氢原子中的电子从一半径为的轨道自发地干脆跃迁到另一半径为的轨道，已知，则在此过程中（）A．原子要放出某一频率的光子B．原子要汲取某一频率的光子C．原子可能要放出一系列频率的光子D．原子可能要汲取一系列频率的光子【答案】A【解析】【详解】依据题意有则一个氢原子中的电子从一半径为的轨道自发地干脆跃迁到另一半径为的轨道，能量减小，向外辐射光子，由于能级差固定，则只能放出某一频率的光子，故BCD错误A正确。故选A。2．（2024·河南濮阳·高二期末）依据α粒子散射试验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为α粒子散射图，图中实线表示α粒子的运动轨迹。则关于α粒子散射试验，下列说法正确的是（）A．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核发生了碰撞C．绝大多数α粒子沿原方向接着前进说明白带正电的原子核占据原子的空间很小D．依据α粒子散射试验，还可以知道原子核由质子和中子组成【答案】C【解析】【详解】A．图中大角度偏转的粒子受到的电场力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，故A错误；B．图中的粒子反弹是因为粒子与原子核之间的库仑斥力作用，并没有发生碰撞，故B错误；C．从绝大多数粒子几乎不发生偏转，可以推想使粒子受到排斥力的核体主动小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，故C正确；D．卢瑟福的粒子散射试验提出了原子的核式结构模型，不能证明原子核是由质子和中子组成的，故D错误。故选C。3．（2024·河南郑州·高二期末）假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的。现有k个氢原子被激发到量子数为5的能级上，若这些受激氢原子最终都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是（）A． B． C． D．【答案】C【解析】【详解】由题意知量子数为5的能级上的氢原子分别向量子数为4、3、2、1的能级上跃迁的氢原子数占总氢原子数的四分之一，产生总共产生k个光子。处于量子数为4的能级上氢原子总共有个，向量子数为3、2、1的能级上跃迁的氢原子数都为个，产生个光子；处于量子数为3的能级上氢原子总共有个，向量子数为2、1的能级上跃迁的氢原子数都为个，产生个光子；处于量子数为2的能级上氢原子向基态跃迁时辐射的光子个数为个。以此类推，可知总个数为故C正确，ABD错误。故选C。4．（2024·河南濮阳·高二期末）在元素周期表中查到铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，下列说法正确的是（）A．核外有82个电子，核内有207个质子B．核内有82个电子、125个中子C．核内有82个质子、207个中子D．核内有82个质子、207个核子【答案】D【解析】【详解】在元素周期表中查到铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，则核外电子数为82个。依据质量数（核子数）等于质子数与中子数之和可知，铅原子核的中子数为故D正确ABC错误。故选D。5．（2024·江苏·常州市第三中学高二期中）原子核的比结合能曲线如图所示。依据该曲线，下列推断正确的有（）A．He核的结合能约为7MeVB．Li核比He核更稳定C．两个H核结合成He核时释放的核能约为24MeVD．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大【答案】C【解析】【详解】A．He核的比结合能约为7MeV，结合能约为28MeV，故A错误；B．Li核比He核的比结合能小，所以Li核比He核更不稳定，故B错误；C．H核的比结合能约为1MeV，结合能为2MeV，所以两个H核结合成He核时释放的核能约为故C正确；D．U核中核子的平均结合能（即比结合能）比Kr核中的小，故D错误。故选C。二、多选题6．（2024·重庆巴蜀中学高二期中）丹麦物理学家玻尔提出的氢原子理论的基本假设中，关于氢原子能级跃迁，下列说法正确的是（）A．用能量为hv=5eV的光子，可使处于E2能级状态的氢原子电离B．用能量为hv=11eV的光子，可使处于基态氢原子跃迁到E2能级C．用能量为Ek=10eV的电子碰撞处于E2能级的氢原子，可使其到E4能级D．用能量为Ek=15eV的电子碰撞处于E1能级的氢原子，可使其到E2能级【答案】ACD【解析】【详解】A．由处于E2能级−3.4eV状态的氢原子可知，当汲取的能量大于等于3.4eV时，就会被电离，因此用能量为hv=5eV的光子，可使处于E2能级状态的氢原子电离，A正确；B．处于基态氢原子跃迁到E2能级时，需汲取的能量为∆E21=E2−E1=−3.4eV−（−13.6eV）=10.2eV能量为hv=11eV的光子大于10.2eV的能量，汲取光子的能量时，只有等于两能级差的能量，会被基态氢原子汲取跃迁到E2能级，B错误；C．处于E2能级的氢原子，跃迁到E4能级，需获得的能量为∆E42=E4−E2=−0.85eV−（−3.4eV）=2.55eV电子动能为EK=10eV大于处于E2能级的氢原子跃迁到E4能级的能量差，电子动能可以被氢原子部分汲取，因此用能量为Ek=10eV的电子碰撞处于E2能级的氢原子，可使其到E4能级，C正确；D．同理可知，处于E1能级的氢原子跃迁到E2能级，能量差为10.2eV，小于EK=15eV的电子动能，电子动能可以被氢原子部分汲取，因此用能量为Ek=15eV的电子碰撞处于E1能级的氢原子，可使其到E2能级，D正确。故选ACD。7．（2024·重庆巴蜀中学高二期中）放射性同位素衰变的快慢有肯定的规律，例如氡222经过一次衰变成为钋218，如图所示。结合这些信息可以判定下列说法正确的是（）A．若氡222衰变为钋218，衰变方式为α衰变B．若氡222衰变为钋218，衰变方式为β衰变C．当已生成的钋218数量是氡222剩余数量的7倍时，氡222衰变所经验时间为11.4天D．20个氡222原子核在经过一个半衰期后，肯定还剩10个【答案】AC【解析】【详解】AB．氡原子序数为86，钋原子序数为84，依据质量数守恒、电荷数守恒，氡222衰变为钋218，放出粒子质量数为4，电荷数为2，为α粒子，衰变方式为α衰变，故A正确，B错误；C．由图像知，当时，经验的时间为一个半衰期，则氡222半衰期为当已生成的钋218数量是氡222剩余数量的7倍时，即已经衰变的氡222是氡222剩余数量的7倍，此时依据解得t=11.4天故C正确；D．半衰期是对大量原子核的统计规律，对少数原子核不适用，故D错误。故选AC。三、解答题8．（2024·河南濮阳·高二期末）一个静止的铀核（原子质量为232.0372u）放出一个粒子（原子质量为4.0026u）后衰变成钍核（原子质量为228.0287u）。（已知原子质量单位，1u相当于931.5的能量）（1）写出铀核的衰变反应方程；（2）求出该衰变反应中释放出的核能；（3）若释放的核能全部转化为新核和粒子的动能，则粒子的动能为多少？【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）依据题意，由质量数守恒和质子数守恒可得，铀核的衰变反应方程为（2）依据题意，由（1）中衰变方程可知，质量亏损为依据爱因斯坦质能方程得，衰变反应中释放出的核能为（3）依据题意可知，衰变过程动量守恒，则衰变后钍核和粒子的动量大小相等，即又有动量和动能的关系又有代入数据解得1．（2024·湖南·长郡中学二模）一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出n种不同频率的光，将这些光分别照耀到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变更的图像，如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是（）A．n=6B．图乙中的a光是氢原子由第3能级向基态跃迁发出的C．图乙中的b光是氢原子由第3能级向基态跃迁发出的D．图乙中的c光光子能量为12.09eV【答案】AC【解析】A．一群处于第4能级的氢原子向低能级跃迁过程中能发出光子种类为故A正确；BC．由图乙可知，a光的遏止电压最大，其次是b和c，依据可知，三种光对应的跃迁是，，故B错误，C正确；D．c光光子能量为故C正确，D错误。故选AC。2．（2024·浙江·高考真题）秦山核电站生产的核反应方程为，其产物的衰变方程为。下列说法正确的是（）A．X是 B．可以用作示踪原子C．来自原子核外 D．经过一个半衰期，10个将剩下5个【答案】AB【解析】A．依据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质子数为1，中子数为1，即为，故A正确；B．常用的示踪原子有：，，，故B正确；C．由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被释放出来，所以来自原子核内，故C错误；D．半衰期是一个统计规律，对于大量原子核衰变是成立的，个数较少时规律不成立，故D错误。故选AB。3．（2024·浙江·高考真题）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照耀逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（）A．逸出光电子的最大初动能为10.80eVB．n=3跃迁到n=1放出的光子动量最大C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D．用0.85eV的光子照耀，氢原子跃迁到n=4激发态【答案】B【解析】A．从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，依据可得此时最大初动能为故A错误；B．依据又因为从n=3跃迁到n=1放出的光子能量最大，故可知动量最大，故B正确；C．大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；D．由于从n=3跃迁到n=4能级须要汲取的光子能量为所以用0.85eV的光子照耀，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。故选B。4．（2024·上海市复兴高级中学二模）下列现象中，属于原子核变更的是（

）A．光电效应 B．自然放射现象C．α粒子散射 D．阴极射线在磁场中发生偏转【答案】B【解析】A．光电效应是光照耀到金属表面产生光电子的现象，和原子核变更无关，故A错误；B．自然放射现象中放射出的三种射线均来自于原子核，属于原子核变更，故B正确；C．α粒子散射试验，是用α粒子轰击金属箔，探讨原子结构，与原子核变更无关，故C错误；D．阴极射线在磁场中发生偏转，是因为受到了洛伦兹力，与原子核变更无关，故D错误。故选B。5．（2024·广东·高考真题）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为，其中。图是按能量排列的电磁波谱，要使的氢原子汲取一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被汲取的光子是（）A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子【答案】A【解析】要使处于n=20的氢原子汲取一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子，则须要汲取光子的能量为则被汲取的光子是红外线波段的光子。故选A。6．（2024·湖南·高考真题）关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（

）A．卢瑟福的核式结构模型说明白原子光谱的分立特征B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C．光电效应揭示了光的粒子性D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性【答案】C【解析】A．波尔的量子化模型很好地说明白原子光谱的分立特征，A错误；B．玻尔的原子理论胜利的说明白氢原子的分立光谱，但不足之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，还不成完全揭示微观粒子的运动规律，B错误；C．光电效应揭示了光的粒子性，C正确；D．电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明白电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性，D错误。故选C。7．（2024·山西吕梁·二模）2024年5月28日，国家重大科技基础设施EAST人造太阳核聚变试验装置取得重大突破，实现了可重复的1.2亿度101秒等离子体运行，再次创建托卡马克试验装置运行新的世界纪录。“人造太阳”核反应的方程，下列说法正确的是（）A．核反应方程中的X为质子B．该反应须要汲取能量C．的比结合能大于的比结合能D．的平均核子质量大于的平均核子质量【答案】C【解析】A．依据核反应方程电荷数守恒和质量数守恒可知X的电荷数为0，质量数为1，即X为中子。故A错误；B．核聚变放出能量，的比结合能大于的比结合能。故B错误；C正确；D．由爱因斯坦的质能方程可知，该核反应有质量亏损，所以的平均核子质量小于的平均核子质量。故D错误。故选C。8．（2024·山东·高三学业考试）在超导托卡马克试验装置中，质量为m1的与质量为m2的发生核聚变反应，生成质量为m3的新核，同时放出质量为m4的X，若已知真空中的光速为c，下列说法正确的是（）A．该反应属于a衰变B．该反应释放的核能为（m1+m2-m3-m4）c2C．X为电子，最早由查德威克通过试验发觉的D．该核反应是目前利用核能的主要方式【答案】B【解析】A．该反应属于轻核的聚变，A错误；B．依据质能方程，该反应释放的核能为（m1+m2-m3-m4）c2，B正确；C．依据核反应方程X为中子，中子最早由查德威克通过试验发觉的，电子是汤姆生发觉的，C错误；D．该核反应不是目前利用核能的主要方式，目前利用核能的主要方式为核裂变，D错误。故选B