2025届高考物理一轮复习专题重组卷第一部分单元十三波粒二象性原子结构原子核含解析

PAGE9-单元十三波粒二象性原子结构原子核考点1.氢原子光谱(Ⅰ)；2.氢原子的能级结构、能级公式(Ⅰ)；3.原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期(Ⅰ)；4.放射性同位素(Ⅰ)；5.核力、核反应方程(Ⅰ)；6.结合能、质量亏损(Ⅰ)；7.裂变反应和聚变反应、裂变反应堆(Ⅰ)；8.射线的危害和防护(Ⅰ)；9.光电效应(Ⅰ)；10.爱因斯坦光电效应方程(Ⅰ)学问点1.光电效应产生的条件以及爱因斯坦光电效应方程的应用；2.玻尔原子模型及能级跃迁；3.原子核的衰变、半衰期、核反应方程；4.裂变反应和聚变反应、核能的计算第Ⅰ卷(选择题，共48分)一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)1．(2024·广东省梅州市兴宁一中高三上期末)下列四幅图涉及到不同的物理学问，其中说法正确的是()A．卢瑟福通过分析甲图中的α粒子散射试验结果，提出了原子的核式结构模型B．乙图表明：只要有光射到金属板上，就肯定有光电子射出C．丙图表示的是磁场对α、β和γ射线的作用状况，其中①是β射线，②是γ射线D．丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工无法限制的核反应答案A解析卢瑟福通过分析α粒子散射试验结果，提出了原子的核式结构模型，A正确；依据光电效应发生的条件可知，并不是全部光射到金属板上，都肯定有光电子射出，B错误；磁场的方向向里，依据左手定则可知，射线①带正电，所以①是α射线，②不偏转，是γ射线，C错误；丁图表示的核反应属于重核裂变，是人工可以限制的核反应，D错误。2．(2024·四川宜宾第四中学高三上学期期末)对核反应的下列说法正确的是()A．核反应方程eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是属于α衰变B．发生核反应eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n须要汲取能量C．核反应eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3eq\o\al(1,0)n是属于裂变D．发生β衰变实质是质子向中子转变答案C解析A中核反应属于原子核的人工转变，A错误；B中核反应是轻核聚变，放出能量，B错误；C中核反应是重核裂变，故正确；发生β衰变实质是中子向质子转变，D错误。3．(2024·吉林省长春市二模)下列有关近代物理的说法正确的是()A．卢瑟福的α粒子散射试验使人们相识到原子是可以再分的B．电子的发觉使人们相识到原子具有核式结构C．玻尔理论能胜利说明全部原子光谱的试验规律D．自然放射现象说明白原子核内部是有结构的答案D解析电子的发觉使人们相识到原子是可以再分的，卢瑟福的α粒子散射试验使人们相识到原子具有核式结构，故A、B错误；玻尔理论能胜利说明氢原子光谱的试验规律，但不能说明其他原子光谱的试验规律，故C错误；自然放射现象中的射线来自原子核，说明原子核内部有困难结构，故D正确。4．(2024·陕西汉中二模)关于近代原子物理，下列说法正确的是()A．依据玻尔理论可知，一个氢原子从n＝4能级向低能级跃迁最多可辐射6种频率的光子B．放射性物质的半衰期受环境温度的影响C．α粒子散射试验揭示了原子核是可分的D．能量为30eV的光子照耀到某一金属表面时从金属表面逸出的电子最大初动能为15eV，为使该金属发生光电效应，入射光子的能量至少为15eV答案D解析依据玻尔理论可知，一个氢原子从n＝4能级向低能级跃迁最多可辐射3种频率的光子，A错误；放射性物质的半衰期由原子核内部因素确定，不受环境温度的影响，B错误；卢瑟福通过α粒子散射试验建立了原子的核式结构模型，C错误；能量为30eV的光子照耀到某一金属表面时从金属表面逸出的电子最大初动能为15eV，则该金属的逸出功为15eV，为使该金属发生光电效应，入射光子的能量至少为15eV，D正确。5．(2024·河南郑州二模)1933年至1934年间，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发生的核反应方程为eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，反应生成物eq\o\al(30,15)P像自然放射性元素一样衰变，放出正电子e，且伴随产生中微子v，核反应方程为eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(A,Z)v。则下列说法正确的是()A．当温度、压强等条件变更时，放射性元素eq\o\al(30,15)P的半衰期随之变更B．中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0C．正电子产生的缘由可能是核外电子转变成的D．两个质子和两个中子结合成一个α粒子，则质子与中子的质量之和肯定等于α粒子的质量答案B解析放射性元素的半衰期与外界因素无关，A错误；依据质量数和电荷数守恒可知，中微子的质量数A＝0，电荷数Z＝0，B正确；正电子产生的缘由是核内的质子转化为中子时放出的，C错误；两个质子和两个中子结合成一个α粒子要释放能量，依据质能方程及质量亏损可知，两个质子与两个中子的质量之和大于α粒子的质量，故D错误。6．(2024·福建省泉州市一模)重核裂变的一个核反应方程为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋xeq\o\al(1,0)n，已知eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(136,54)Xe、eq\o\al(90,38)Sr的平均结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，则()A．该核反应方程中x＝10B.eq\o\al(235,92)U的中子数为92C．该核反应释放9.5MeV的能量D.eq\o\al(235,92)U的平均结合能比eq\o\al(136,54)Xe小，eq\o\al(235,92)U比eq\o\al(136,54)Xe更稳定答案A解析依据质量数守恒和电荷数守恒可知，x＝10，A正确；eq\o\al(235,92)U的质子数为92，质量数为235，所以中子数为143，B错误；由题可知，该核反应释放的能量为(8.4×136＋8.7×90－7.6×235)MeV＝139.4MeV，C错误；平均结合能越大，表示原子核越稳定，eq\o\al(235,92)U的平均结合能比eq\o\al(136,54)Xe小，故eq\o\al(235,92)U比eq\o\al(136,54)Xe更不稳定，D错误。7．(2024·黑龙江齐齐哈尔一模)用频率为ν的单色光照耀阴极K时，能发生光电效应，变更光电管两端的电压，测得电流随电压变更的图象如图所示，U0为遏止电压。已知电子的电荷量为e，普朗克常量为h，则阴极K的极限频率为()A．ν＋eq\f(eU0,h) B．ν－eq\f(eU0,h)C.eq\f(eU0,h) D．ν答案B解析光电管加遏止电压时，电场力对电子做负功，依据动能定理可知－eU0＝0－Ek，解得Ek＝eU0。依据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，又W0＝hν0，解得ν0＝ν－eq\f(eU0,h)，B正确。8．(2024·江苏宿迁一调)下列说法中正确的有()A．氡核的半衰期为3.8天，20个氡原子核经7.6天后剩下5个氡原子核B．由质能方程可知，物体的能量发生变更时，物体的质量也相应变更C．镭核发生一次α衰变时，产生的新核与原来的原子核相比，中子数削减了4D．钍核发生β衰变后，产生的新核的比结合能大于原来钍核的比结合能答案BD解析半衰期具有统计意义，对大量的原子核衰变适用，对少数的原子核衰变不适用，故A错误；由质能方程E＝mc2可知，物体的能量发生变更时，物体的质量也相应变更，故B正确；镭核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，质量数削减了4，质子数削减了2，所以中子数削减了2，故C错误；钍核发生β衰变，要释放能量，新核更稳定，所以产生的新核的比结合能大于原来钍核的比结合能，故D正确。9．(2024·浙江省温洲市二模)如图所示，是一个静止的放射性元素的原子核在匀强磁场中发生衰变时形成的两条圆形径迹，已知两圆内切，半径之比为1∶44，则()A．发生的是β衰变B．轨迹1是反冲核的径迹C．反冲核沿逆时针运动D．该放射性元素的原子序数是88答案ABC解析由运动轨迹可知，静止的原子核衰变产生的新粒子与新核所受洛伦兹力方向相同，而两者运动方向相反，新粒子应当带负电，故发生了β衰变，A正确；静止原子核发生β衰变时，依据动量守恒定律得知，β粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反，由半径公式r＝eq\f(mv,qB)可知，两粒子做圆周运动的半径与电荷量成反比，β粒子的电荷量较小，则其轨迹半径较大，即轨迹半径较大的轨迹2是β粒子的径迹，轨迹半径比较小的轨迹1是反冲核的径迹，B正确；衰变后新核所受的洛伦兹力方向向右，依据左手定则推断得知，其速度方向向下，沿轨迹1做逆时针方向运动，C正确；两圆半径之比为44∶1由半径公式r＝eq\f(mv,qB)得，β粒子与反冲核的电荷量之比为1∶44，所以该放射性元素的原子序数是n＝44－1＝43，D错误。10．(2024·天津高考)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1亿摄氏度，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解析核聚变没有放射性污染，更平安、清洁，A正确；只有原子序数小的“轻”核才可能发生聚变，B错误；轻核聚变成质量较大的原子核，放出能量，总质量减小，比结合能增加，C错误，D正确。11．(2024·广西桂林、贺州、崇左高三联合调研)氢原子能级图如图所示，大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁辐射出的光子中，发觉有两种频率的光子能使金属A产生光电效应，则下列说法正确的是()A．大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时，只辐射三种频率的光子B．从n＝3激发态干脆跃迁到基态时放出的光子肯定能使金属A发生光电效应C．一个氢原子从n＝3激发态跃迁到基态时，该氢原子能量增大D．一个氢原子从n＝3激发态跃迁到基态时，该氢原子核外电子动能减小答案AB解析大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时，有3→1、3→2和2→1共三种状况，所以跃迁过程中将辐射出3种频率的光子，A正确；由题可知，有两种频率的光子能使金属A发生光电效应，大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级状态跃迁过程所放出的光子中，n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子频率最大，则肯定能使金属A发生光电效应，B正确；依据玻尔理论，氢原子从激发态跃迁到基态时，放出能量，电子的动能增大，电势能减小，原子总能量减小，C、D错误。12．(2024·江苏南京、盐城二模)铀核裂变的一种方程为eq\o\al(235,92)U＋X→eq\o\al(94,38)Sr＋eq\o\al(140,54)Xe＋2eq\o\al(1,0)n，已知原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，下列说法正确的有()A．X粒子是中子B．X粒子是质子C.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(140,54)Xe相比，eq\o\al(94,38)Sr的比结合能最大，最稳定D.eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(140,54)Xe相比，eq\o\al(235,92)U的质量数最多，结合能最大，最稳定答案AC解析依据质量数守恒和电荷数守恒可得，X的电荷数为0，质量数为1，X为中子，故A正确，B错误；由图可知，图上在eq\o\al(56,26)Fe旁边原子核的比结合能最大，然后随质量数或核子数的增大，比结合能减小，eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(140,54)Xe相比，eq\o\al(94,38)Sr的比结合能最大，最稳定，故C正确；重核裂变中，释放核能，eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(94,38)Sr、eq\o\al(140,54)Xe相比，eq\o\al(235,92)U的质量数最多，比结合能最小，最不稳定，故D错误。第Ⅱ卷(非选择题，共62分)二、填空题(本题共2小题，共14分)13．(2024·江苏南通如皋高三上学期期末)(6分)太阳内部持续不断地发生着4个质子eq\o\al(1,1)H聚变为1个eq\o\al(4,2)He的热核反应，核反应方程是：4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2X。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。方程中的X表示________，核反应中释放的核能ΔE＝________。答案eq\o\al(0,1)e(4m1－m2－2m3)c2解析核反应方程是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2X，依据质量数和电荷数守恒可推断，X的质量数是0、电荷数是1，则X是eq\o\al(0,1)e。据核反应方程可得，质量亏损Δm＝4m1－m2－2m3，核反应中释放的核能ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2。14．(2024·江苏省宿迁市沭阳县高三上期末改编)(8分)静止的电子经电场加速后，撞击氢原子使其由基态跃迁到激发态，电子的加速电压至少为________V；用大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁释放的光子，照耀某种金属，有两种频率的光子能使该金属发生光电效应，则该金属的逸出功W0肯定小于________eV。答案10.212.09解析使处于n＝1能级的氢原子跃迁到n＝2激发态，所须要的能量最小，即：eU＝W＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，则电子的加速电压至少为：U＝10.2V；依据光电效应规律可知，氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级和从n＝3能级跃迁到n＝1能级时释放的两种频率的光子能使该金属发生光电效应，从n＝3能级跃迁到n＝1能级时释放出光子的能量为：ΔE＝12.09eV，则可知该金属的逸出功W0肯定小于12.09eV。三、计算论述题(本题共4小题，共48分。解答时写出必要的文字说明和重要的演算步骤，只写出答案的不得分。有数值计算的题，答案中必需明确写出数值的单位)15．(2024·江苏扬州一模)(10分)假设两个氘核在始终线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是m1，中子的质量是m2，氦的同位素的质量是m3，光在真空中速度为c。(1)写出核聚变反应的方程；(2)求核聚变反应中释放出的能量ΔE。答案(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)(2m1－m2－m3)c解析(1)核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。(2)核反应过程中的质量亏损：Δm＝2m1－(m2＋m3氘核聚变时放出的能量：ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c216．(2024·江苏海安高三上学期期末)(12分)如图所示是氢原子的能级图，氢原子从能级n＝4向n＝2跃迁所放出的光子刚好能使某种金属材料发生光电效应。求：(1)该金属的逸出功；(2)氢原子从能级n＝2向n＝1跃迁所放出的光子照耀该金属，产生的光电子的最大初动能。答案(1)2.55eV(2)7.65eV解析(1)该金属的逸出功等于氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁所放出的光子的能量，即W0＝E4－E2＝－0.85eV＋3.4eV＝2.55eV。(2)从n＝2能级向n＝1能级跃迁所放出的光子的能量：hν＝－3.4eV＋13.6eV＝10.2eV光子照耀该金属，产生的光电子的最大初动能：Ekm＝hν－W0＝10.2eV－2.55eV＝7.65eV。17．(2024·江苏常州高三上学期期末)(12分)一个静止的铀核(eq\o\al(238,92)U)放出一个α粒子变成钍核(eq\o\al(234,90)Th)，设该核反应中释放的能量全部转化为两个粒子的动能，已知α粒子动能为Ek1，真空中的光速为c。求：(1)钍核的动能；(2)该核反应中的质量亏损。答案(1)eq\f(2,117)Ek1(2)eq\f(119Ek1,117c2)解析(1)衰变过程系统动量守恒，依据动量守恒定律得：pHe－pTh＝0依据动能与动量的关系p＝eq\r(2mEk)可知eq\f(Ek2,Ek1)＝eq\f(mα,mTh)α粒子的质量数为4，钍核的质量数为234，则eq\f(Ek2,Ek1)＝eq\f(4,234)＝eq\f(2,117)故Ek2＝eq\f(2,117)Ek1。(2)依据能量守恒定律，释放的总能量：ΔE＝Ek1＋Ek2＝Ek1＋eq\f(2,117)Ek1解得：ΔE＝eq\f(119,117)Ek1由质能方程：ΔE＝Δmc2解得：该核反应中的质量亏损Δm＝eq\f(119Ek1,117c2)。18．(2024·北京西城一模)(14分)可利用如图1所示的电路探讨光电效应中电子的放射状况