五年2024-2025高考物理真题专题点拨-专题13原子结构和原子核含解析

PAGEPAGE15专题13原子结构和原子核【2024年】1.（2024·新课标Ⅰ）下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表α粒子的有（）A. B.C. D.【答案】BD【解析】α粒子为氦原子核He，依据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，A选项中的X1为He，B选项中的X2为He，C选项中的X3为中子n，D选项中的X4为He。故选BD。2.（2024·新课标Ⅱ）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107J，1MeV=1.6×10–13J，则M约为（）A.40kg B.100kg C.400kg D.1000kg【答案】C【解析】氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式则平均每个氘核聚变释放的能量为1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，可以放出的总能量为由可得，要释放的相同的热量，须要燃烧标准煤燃烧的质量3.（2024·新课标Ⅲ）1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：。X会衰变成原子核Y，衰变方程为，则（）A.X的质量数与Y的质量数相等 B.X的电荷数比Y的电荷数少1C.X的电荷数比的电荷数多2 D.X的质量数与的质量数相等【答案】AC【解析】设和的质子数分别为和，质量数分别为和，则反应方程为，依据反应方程质子数和质量数守恒，解得，，解得，，，即的质量数与的质量数相等，电荷数比的电荷数多2，电荷数比的质量数多3，AC正确，BD错误。故选AC。4.（2024·浙江卷）太阳辐射的总功率约为，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为（c为真空中的光速）的氘核（）和一个质量为的氚核（）结合为一个质量为的氦核（），并放出一个X粒子，同时释放大约的能量。下列说法正确的是（）A.X粒子是质子B.X粒子的质量为C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为【答案】BC【解析】由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，A错误；依据能量关系可知，解得，B正确；太阳每秒放出的能量，损失的质量，C正确；因为，则太阳每秒因为辐射损失的质量为，D错误。故选BC。5.（2024·山东卷）氚核发生β衰变成为氦核。假设含氚材料中发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2104s时间内形成的平均电流为5.010-8A。已知电子电荷量为1.610-19C，在这段时间内发生β衰变的氚核的个数为（）A. B. C. D.【答案】B【解析】依据，可得产生的电子数为个，因在β衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.0×1016个。故选B。【2024年】1．（2024·新课标全国Ⅰ卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV~3.10eV的光为可见光。要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子供应的能量为A．12.09eV B．10.20eV C．1.89eV D．1.5leV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV的可见光。故。故本题选A。2．（2024·新课标全国Ⅱ卷）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，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为A．8MeV B．16MeV C．26MeV D．52MeV【答案】C【解析】由知，=，忽视电子质量，则：，故C选项符合题意；3．（2024·天津卷）如图为、、三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由、、组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是【答案】C【解析】由光电效应的方程，动能定理，两式联立可得，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率，则可知三种光的折射率的关系为，因此光穿过三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误。4．（2024·天津卷）我国核聚变反应探讨大科学装置“人造太阳”2024年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是A．核聚变比核裂变更为平安、清洁B．任何两个原子核都可以发生聚变C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加【答案】AD【解析】核聚变的最终产物时氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和平安，A正确；发生核聚变须要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，依据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确。5．（2024·江苏卷）100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击核也打出了质子：；该反应中的X是（选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反应的持续探讨为核能利用供应了可能．目前人类获得核能的主要方式是（选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。【答案】中子核裂变【解析】由质量数和电荷数守恒得：X应为：即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，核聚变目前还无法限制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变；6．（2024·江苏卷）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×107m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×l0-34J·s，光速c=3×108m/s．计算结果保留一位有效数字）【答案】光子能量，光子数目n=，代入数据得n=5×1016【解析】每个光子的能量为，每个激光脉冲的能量为E，所以每个脉冲中的光子个数为：，联立且代入数据解得：。7．（2024·浙江选考）处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时，能辐射出a、b两种可见光，a光照耀某金属表面时有光电子逸出，b光照耀该金属表面时没有光电子逸出，则A．以相同的入射角射向一平行玻璃砖，a光的侧移量小于b光的B．垂直入射到同一单缝衍射装置，a光的衍射中心亮条纹宽度小于b光的C．a光和b光的频率之比可能是20/27D．a光子的动量大于b光子的【答案】BD【解析】依据题意可知a光频率低于b光频率，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，b光的折射率较小，以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光的折射角较大，所以b光侧移量小，即a光的侧移量大于b光的，A错误；频率越大，波长越小，通过同一单缝衍射装置时，中心亮条纹宽度越小，B正确；a光的频率大，故频率之比不行能为，C错误；频率越大，波长越小，即，依据可知，D正确。8．（2024·浙江选考）一个铍原子核（）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）后发生衰变，生成一个锂核（），并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为已知铍原子的质量为MBe=7.016929u，锂原子的质量为MLi=7.016004u，1u相当于9.31×102MeV。下列说法正确的是A．中微子的质量数和电荷数均为零B．锂核（）获得的动能约为0.86MeVC．中微子与锂核（）的动量之和等于反应前电子的动量D．中微子与锂核（）的能量之和等于反应前电子的能量【答案】AC【解析】反应方程为，依据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A正确；依据质能方程，质量削减，为释放的核能，不是锂核获得的动能，B错误；衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核（）的动量之和等于反应前电子的动量，C正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核（）的能量之和小于反应前电子的能量，D错误。【2024年】1.（2024年全国Ⅲ卷）1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31【答案】B【解析】依据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2+13=15，质量数为4+27-1=30，依据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30，B正确。4.（2024年全国II卷）用波长为300nm的光照耀锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J。已知普朗克常量为6.63×10-34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（）A.1×1014HzB.8×1014HzC.2×1015HzD.8×1015Hz【答案】B【解析】知道光电效应方程Ek=hν-W由光电效应方程式得：Ek得：W0刚好发生光电效应的临界频率为ν0则W0代入数据可得：ν01.（2024年北京卷）在核反应方程中，X表示的是A.质子B.中子C.电子D.α粒子【答案】A【解析】设X为：，依据核反应的质量数守恒：，则：电荷数守恒：，则，即X为：为质子，故A正确，BCD错误。18.（2024年江苏卷）已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为_____．A.1:4B.1:2C.2:1D.4:1【答案】B【解析】依据半衰期公式，经过2T，A剩有的质量为,B剩有的质量为,故mA:mB=1:2，选项B正确。19.（2024年江苏卷）光电效应试验中，用波长为的单色光A照耀某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为的单色光B照耀该金属板时，光电子的最大初动能为______，A、B两种光子的动量之比为_____．（已知普朗克常量为h、光速为c）【答案】(1).(2).1:2【解析】依据光电效应方程，又，所以有，解得；又光子动量，所以A、B两种光子的动量之比为1:2.1.（2024年天津卷）国家大科学过程——中国散裂中子源（CSNS）于2024年8月28日首次打靶胜利，获得中子束流，可以为诸多领域的探讨和工业应用供应先进的探讨平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是A.俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子B.俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子C.俘获一个质子，产生并放出一个粒子D.俘获一个质子，产生并放出一个粒子【答案】B【解析】依据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为、、，，故只有B选项符合题意；5.（2024年天津卷）氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定A.对应的前后能级之差最小B.同一介质对的折射率最大C.同一介质中的传播速度最大D.用照耀某一金属能发生光电效应，则也肯定能【答案】A【解析】依据分析前后能级差的大小；依据折射率与频率的关系分析折射率的大小；依据推断传播速度的大小；依据发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于该光的极限频率推断是否会发生光电效应．波长越大，频率越小，故的频率最小，依据可知对应的能量最小，依据可知对应的前后能级之差最小，A正确；的频率最小，同一介质对应的折射率最小，依据可知的传播速度最大，BC错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照耀某一金属能发生光电效应，则不肯定能，D错误．【2024年】1．【2024·天津卷】我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上领先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是A．B．C．D．【答案】A【解析】是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；是卢瑟福发觉质子的核反应，他用α粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素——氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；是小居里夫妇用α粒子轰击铝片时发觉了放射性磷（磷30），属于人工核反应，故C错误；是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误。2．【2024·新课标Ⅰ卷】大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是。已知的质量为2.0136u，的质量为3.0150u，的质量为1.0087u，1u=931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为A．3.7MeVB．3.3MeVC．2.7MeVD．0.93MeV【答案】B【解析】依据质能方程，释放的核能，，则，故B正确，ACD错误。3．【2024·江苏卷】原子核的比结合能曲线如图所示，依据该曲线，下列推断中正确的有．（A）核的结合能约为14MeV（B）核比核更稳定（C）两个核结合成核时释放能量（D）核中核子的平均结合能比核中的大【答案】BC【解析】由图知核的比结合能约为7MeV，所以结合能约为4×7=28MeV，故A错误；核比核的比结合能大，所以核比核更稳定，B正确；两个核结合成核时，即由比结合能小的反应生成比结合能大的释放能量，C正确；由图知核中核子的平均结合能比核中的小，所以D错误．4．【2024·新课标Ⅲ卷】在光电效应试验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照耀到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是A．若νa>νb，则肯定有Ua<UbB．若νa>νb，则肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，则肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，则肯定有hνa–Eka>hνb–Ekb【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程，又由动能定理有，当时，，，A错误，B正确；若，则有，C正确；同种金属的逸出功不变，则不变，D错误。5．【2024·北京卷】2024年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm=10–9m）旁边连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的探讨中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此推断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.6×10–34J·s，真空光速c=3×108m/s）A．10–21JB．10–18JC．10–15JD．10–12J【答案】B【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量约为，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同，故选B。6．【2024·新课标Ⅱ卷】一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为。下列说法正确的是A．衰变后钍核的动能等于粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经验的时间D．衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量【答案】B【解析】依据动量守恒定律可知，生成的钍核的动量与粒子的动量等大反向，选项B正确；依据可知，衰变后钍核的动能小于粒子的动能，选项A错误；铀核的半衰期等于一半数量的铀核衰变须要的时间，而放出一个粒子所经验的时间是一个原子核衰变的时间，故两者不等，选项C错误；由于该反应放出能量，由质能方程可知，衰变后粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误；故选B。7．【2024·江苏卷】质子（）和α粒子（）被加速到相同动能时，质子的动量（选填“大于”、“小于”或“等于”）α粒子的动量，质子和α粒子的德布罗意波波长之比为．【答案】小于2:1【解析】动量与动能的关系：，又质子的质量小于α粒子的质量所以质子的动量小于α粒子的动量，且；依据，可得质子和α粒子的德布罗意波波长之比为2:1．【2024年】1.(2024·天津理综·6)物理学家通过对试验的深化视察和探讨，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是()A．赫兹通过一系列试验，证明了麦克斯韦关于光的电磁理论B．查德威克用α粒子轰击eq\o\al(14,7)N获得反冲核eq\o\al(17,8)O，发觉了中子C．贝可勒尔发觉的自然放射性现象，说明原子核有困难结构D．卢瑟福通过对阴极射线的探讨，提出了原子核式结构模型【答案】AC【解析】麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过试验证明了麦克斯韦的电磁理论，选项A正确；卢瑟福用α粒子轰击eq\o\al(14,7)N，获得反冲核eq\o\al(17,8)O，发觉了质子，选项B错误；贝可勒尔发觉的自然放射性现象，说明原子核具有困难结构，选项C正确；卢瑟福通过对α粒子散射试验的探讨，提出了原子的核式结构模型，选项D错误．2.(2024·全国Ⅱ·35(1))在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HE.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nF.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n【答案】CABEF【解析】α衰变是一种放射性衰变，α粒子(eq\o\al(4,2)He)会从原子核中射出，C项符合要求，β衰变是指自原子核内自发地放出一个电子(eq\o\al(0,－1)e)，同时原子序数加1的过程，A、B两项符合要求，裂变是指一些质量特别大的原子核，如铀、钍和钚等在汲取一个中子后分裂成两个或更多质量较小的原子核，同时放出多个中子和很大能量的