五年2024-2025高考物理真題專題點撥-專題13原子結(jié)構(gòu)和原子核含解析

PAGEPAGE15專題13原子結(jié)構(gòu)和原子核【2024年】1.（2024·新課標(biāo)Ⅰ）下列核反應(yīng)方程中，X1，X2，X3，X4代表α粒子的有（）A. B.C. D.【答案】BD【解析】α粒子為氦原子核He，依據(jù)核反應(yīng)方程遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，A選項中的X1為He，B選項中的X2為He，C選項中的X3為中子n，D選項中的X4為He。故選BD。2.（2024·新課標(biāo)Ⅱ）氘核可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)式表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個，若全都發(fā)生聚變反應(yīng)，其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時釋放的熱量相等；已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107J，1MeV=1.6×10–13J，則M約為（）A.40kg B.100kg C.400kg D.1000kg【答案】C【解析】氘核可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量，其總效果可用反應(yīng)式則平均每個氘核聚變釋放的能量為1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個，可以放出的總能量為由可得，要釋放的相同的熱量，須要燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒的質(zhì)量3.（2024·新課標(biāo)Ⅲ）1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔，首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X，反應(yīng)方程為：。X會衰變成原子核Y，衰變方程為，則（）A.X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等 B.X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1C.X的電荷數(shù)比的電荷數(shù)多2 D.X的質(zhì)量數(shù)與的質(zhì)量數(shù)相等【答案】AC【解析】設(shè)和的質(zhì)子數(shù)分別為和，質(zhì)量數(shù)分別為和，則反應(yīng)方程為，依據(jù)反應(yīng)方程質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，解得，，解得，，，即的質(zhì)量數(shù)與的質(zhì)量數(shù)相等，電荷數(shù)比的電荷數(shù)多2，電荷數(shù)比的質(zhì)量數(shù)多3，AC正確，BD錯誤。故選AC。4.（2024·浙江卷）太陽輻射的總功率約為，其輻射的能量來自于聚變反應(yīng)。在聚變反應(yīng)中，一個質(zhì)量為（c為真空中的光速）的氘核（）和一個質(zhì)量為的氚核（）結(jié)合為一個質(zhì)量為的氦核（），并放出一個X粒子，同時釋放大約的能量。下列說法正確的是（）A.X粒子是質(zhì)子B.X粒子的質(zhì)量為C.太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為D.太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為【答案】BC【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，則X為中子，A錯誤；依據(jù)能量關(guān)系可知，解得，B正確；太陽每秒放出的能量，損失的質(zhì)量，C正確；因為，則太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量為，D錯誤。故選BC。5.（2024·山東卷）氚核發(fā)生β衰變成為氦核。假設(shè)含氚材料中發(fā)生β衰變產(chǎn)生的電子可以全部定向移動，在3.2104s時間內(nèi)形成的平均電流為5.010-8A。已知電子電荷量為1.610-19C，在這段時間內(nèi)發(fā)生β衰變的氚核的個數(shù)為（）A. B. C. D.【答案】B【解析】依據(jù)，可得產(chǎn)生的電子數(shù)為個，因在β衰變中，一個氚核產(chǎn)生一個電子，可知氚核的個數(shù)為1.0×1016個。故選B。【2024年】1．（2024·新課標(biāo)全國Ⅰ卷）氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV~3.10eV的光為可見光。要使處于基態(tài)（n=1）的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子供應(yīng)的能量為A．12.09eV B．10.20eV C．1.89eV D．1.5leV【答案】A【解析】由題意可知，基態(tài)（n=1）氫原子被激發(fā)后，至少被激發(fā)到n=3能級后，躍遷才可能產(chǎn)生能量在1.63eV~3.10eV的可見光。故。故本題選A。2．（2024·新課標(biāo)全國Ⅱ卷）太陽內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為，已知和的質(zhì)量分別為和，1u=931MeV/c2，c為光速。在4個轉(zhuǎn)變成1個的過程中，釋放的能量約為A．8MeV B．16MeV C．26MeV D．52MeV【答案】C【解析】由知，=，忽視電子質(zhì)量，則：，故C選項符合題意；3．（2024·天津卷）如圖為、、三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測得的光電流和電壓的關(guān)系。由、、組成的復(fù)色光通過三棱鏡時，下述光路圖中正確的是【答案】C【解析】由光電效應(yīng)的方程，動能定理，兩式聯(lián)立可得，故截止電壓越大說明光的頻率越大，則有三種光的頻率，則可知三種光的折射率的關(guān)系為，因此光穿過三棱鏡時b光偏折最大，c光次之，a光最小，故選C，ABD錯誤。4．（2024·天津卷）我國核聚變反應(yīng)探討大科學(xué)裝置“人造太陽”2024年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達到1億度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說法正確的是A．核聚變比核裂變更為平安、清潔B．任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變C．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加【答案】AD【解析】核聚變的最終產(chǎn)物時氦氣無污染，而核裂變會產(chǎn)生固體核廢料，因此核聚變更加清潔和平安，A正確；發(fā)生核聚變須要在高溫高壓下進行，大核不能發(fā)生核聚變，故B錯誤；核聚變反應(yīng)會放出大量的能量，依據(jù)質(zhì)能關(guān)系可知反應(yīng)會發(fā)生質(zhì)量虧損，故C錯誤；因聚變反應(yīng)放出能量，因此反應(yīng)前的比結(jié)合能小于反應(yīng)后的比結(jié)合能，故D正確。5．（2024·江蘇卷）100年前，盧瑟福用α粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子．后來，人們用α粒子轟擊核也打出了質(zhì)子：；該反應(yīng)中的X是（選填“電子”“正電子”或“中子”）．此后，對原子核反應(yīng)的持續(xù)探討為核能利用供應(yīng)了可能．目前人類獲得核能的主要方式是（選填“核衰變”“核裂變”或“核聚變”）?！敬鸢浮恐凶雍肆炎儭窘馕觥坑少|(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：X應(yīng)為：即為中子，由于衰變是自發(fā)的，且周期與外界因素?zé)o關(guān)，核聚變目前還無法限制，所以目前獲得核能的主要方式是核裂變；6．（2024·江蘇卷）在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中，所用激光的波長λ=6.4×107m，每個激光脈沖的能量E=1.5×10-2J．求每個脈沖中的光子數(shù)目．（已知普朗克常量h=6.63×l0-34J·s，光速c=3×108m/s．計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字）【答案】光子能量，光子數(shù)目n=，代入數(shù)據(jù)得n=5×1016【解析】每個光子的能量為，每個激光脈沖的能量為E，所以每個脈沖中的光子個數(shù)為：，聯(lián)立且代入數(shù)據(jù)解得：。7．（2024·浙江選考）處于較高能級的氫原子向較低能級躍遷時，能輻射出a、b兩種可見光，a光照耀某金屬表面時有光電子逸出，b光照耀該金屬表面時沒有光電子逸出，則A．以相同的入射角射向一平行玻璃磚，a光的側(cè)移量小于b光的B．垂直入射到同一單縫衍射裝置，a光的衍射中心亮條紋寬度小于b光的C．a(chǎn)光和b光的頻率之比可能是20/27D．a(chǎn)光子的動量大于b光子的【答案】BD【解析】依據(jù)題意可知a光頻率低于b光頻率，玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率，b光的折射率較小，以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，b光的折射角較大，所以b光側(cè)移量小，即a光的側(cè)移量大于b光的，A錯誤；頻率越大，波長越小，通過同一單縫衍射裝置時，中心亮條紋寬度越小，B正確；a光的頻率大，故頻率之比不行能為，C錯誤；頻率越大，波長越小，即，依據(jù)可知，D正確。8．（2024·浙江選考）一個鈹原子核（）俘獲一個核外電子（通常是最靠近原子核的K殼層的電子）后發(fā)生衰變，生成一個鋰核（），并放出一個不帶電的質(zhì)量接近零的中微子νe，人們把這種衰變稱為“K俘獲”。靜止的鈹核發(fā)生零“K俘獲”，其核反應(yīng)方程為已知鈹原子的質(zhì)量為MBe=7.016929u，鋰原子的質(zhì)量為MLi=7.016004u，1u相當(dāng)于9.31×102MeV。下列說法正確的是A．中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零B．鋰核（）獲得的動能約為0.86MeVC．中微子與鋰核（）的動量之和等于反應(yīng)前電子的動量D．中微子與鋰核（）的能量之和等于反應(yīng)前電子的能量【答案】AC【解析】反應(yīng)方程為，依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零，A正確；依據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)量削減，為釋放的核能，不是鋰核獲得的動能，B錯誤；衰變過程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，故反應(yīng)前后動量守恒，故中微子與鋰核（）的動量之和等于反應(yīng)前電子的動量，C正確；由于反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，所以中微子與鋰核（）的能量之和小于反應(yīng)前電子的能量，D錯誤?！?024年】1.（2024年全國Ⅲ卷）1934年，約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁核，產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X：。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31【答案】B【解析】依據(jù)核反應(yīng)遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的電荷數(shù)為2+13=15，質(zhì)量數(shù)為4+27-1=30，依據(jù)原子核的電荷數(shù)等于原子序數(shù)，可知X的原子序數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，B正確。4.（2024年全國II卷）用波長為300nm的光照耀鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10-19J。已知普朗克常量為6.63×10-34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s-1，能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為（）A.1×1014HzB.8×1014HzC.2×1015HzD.8×1015Hz【答案】B【解析】知道光電效應(yīng)方程Ek=hν-W由光電效應(yīng)方程式得：Ek得：W0剛好發(fā)生光電效應(yīng)的臨界頻率為ν0則W0代入數(shù)據(jù)可得：ν01.（2024年北京卷）在核反應(yīng)方程中，X表示的是A.質(zhì)子B.中子C.電子D.α粒子【答案】A【解析】設(shè)X為：，依據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)守恒：，則：電荷數(shù)守恒：，則，即X為：為質(zhì)子，故A正確，BCD錯誤。18.（2024年江蘇卷）已知A和B兩種放射性元素的半衰期分別為T和2T，則相同質(zhì)量的A和B經(jīng)過2T后，剩有的A和B質(zhì)量之比為_____．A.1:4B.1:2C.2:1D.4:1【答案】B【解析】依據(jù)半衰期公式，經(jīng)過2T，A剩有的質(zhì)量為,B剩有的質(zhì)量為,故mA:mB=1:2，選項B正確。19.（2024年江蘇卷）光電效應(yīng)試驗中，用波長為的單色光A照耀某金屬板時，剛好有光電子從金屬表面逸出．當(dāng)波長為的單色光B照耀該金屬板時，光電子的最大初動能為______，A、B兩種光子的動量之比為_____．（已知普朗克常量為h、光速為c）【答案】(1).(2).1:2【解析】依據(jù)光電效應(yīng)方程，又，所以有，解得；又光子動量，所以A、B兩種光子的動量之比為1:2.1.（2024年天津卷）國家大科學(xué)過程——中國散裂中子源（CSNS）于2024年8月28日首次打靶勝利，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的探討和工業(yè)應(yīng)用供應(yīng)先進的探討平臺，下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是A.俘獲一個α粒子，產(chǎn)生并放出一個粒子B.俘獲一個α粒子，產(chǎn)生并放出一個粒子C.俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個粒子D.俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個粒子【答案】B【解析】依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知四個核反應(yīng)方程分別為、、，，故只有B選項符合題意；5.（2024年天津卷）氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線，都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級躍遷到n=2的能級發(fā)出的光，它們在真空中的波長由長到短，可以判定A.對應(yīng)的前后能級之差最小B.同一介質(zhì)對的折射率最大C.同一介質(zhì)中的傳播速度最大D.用照耀某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則也肯定能【答案】A【解析】依據(jù)分析前后能級差的大??；依據(jù)折射率與頻率的關(guān)系分析折射率的大小；依據(jù)推斷傳播速度的大??；依據(jù)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的條件是入射光的頻率大于該光的極限頻率推斷是否會發(fā)生光電效應(yīng)．波長越大，頻率越小，故的頻率最小，依據(jù)可知對應(yīng)的能量最小，依據(jù)可知對應(yīng)的前后能級之差最小，A正確；的頻率最小，同一介質(zhì)對應(yīng)的折射率最小，依據(jù)可知的傳播速度最大，BC錯誤；的波長小于的波長，故的頻率大于的頻率，若用照耀某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則不肯定能，D錯誤．【2024年】1．【2024·天津卷】我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上領(lǐng)先通過權(quán)威機構(gòu)認(rèn)證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是A．B．C．D．【答案】A【解析】是一個氘核與一個氚核結(jié)合成一個氦核，同時放出一個中子，屬于聚變反應(yīng)，故A正確；是盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子的核反應(yīng)，他用α粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生氧的同位素——氧17和一個質(zhì)子，是人類第一次實現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變，屬于人工核反應(yīng)，故B錯誤；是小居里夫婦用α粒子轟擊鋁片時發(fā)覺了放射性磷（磷30），屬于人工核反應(yīng)，故C錯誤；是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應(yīng)，故D錯誤。2．【2024·新課標(biāo)Ⅰ卷】大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是。已知的質(zhì)量為2.0136u，的質(zhì)量為3.0150u，的質(zhì)量為1.0087u，1u=931MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為A．3.7MeVB．3.3MeVC．2.7MeVD．0.93MeV【答案】B【解析】依據(jù)質(zhì)能方程，釋放的核能，，則，故B正確，ACD錯誤。3．【2024·江蘇卷】原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示，依據(jù)該曲線，下列推斷中正確的有．（A）核的結(jié)合能約為14MeV（B）核比核更穩(wěn)定（C）兩個核結(jié)合成核時釋放能量（D）核中核子的平均結(jié)合能比核中的大【答案】BC【解析】由圖知核的比結(jié)合能約為7MeV，所以結(jié)合能約為4×7=28MeV，故A錯誤；核比核的比結(jié)合能大，所以核比核更穩(wěn)定，B正確；兩個核結(jié)合成核時，即由比結(jié)合能小的反應(yīng)生成比結(jié)合能大的釋放能量，C正確；由圖知核中核子的平均結(jié)合能比核中的小，所以D錯誤．4．【2024·新課標(biāo)Ⅲ卷】在光電效應(yīng)試驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照耀到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是A．若νa>νb，則肯定有Ua<UbB．若νa>νb，則肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，則肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，則肯定有hνa–Eka>hνb–Ekb【答案】BC【解析】由愛因斯坦光電效應(yīng)方程，又由動能定理有，當(dāng)時，，，A錯誤，B正確；若，則有，C正確；同種金屬的逸出功不變，則不變，D錯誤。5．【2024·北京卷】2024年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm（1nm=10–9m）旁邊連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的探討中發(fā)揮重要作用。一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據(jù)此推斷，能夠電離一個分子的能量約為（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】一個處于極紫外波段的光子的能量約為，由題意可知，光子的能量應(yīng)比電離一個分子的能量稍大，因此數(shù)量級應(yīng)相同，故選B。6．【2024·新課標(biāo)Ⅱ卷】一靜止的鈾核放出一個粒子衰變成釷核，衰變方程為。下列說法正確的是A．衰變后釷核的動能等于粒子的動能B．衰變后釷核的動量大小等于粒子的動量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個粒子所經(jīng)驗的時間D．衰變后粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量【答案】B【解析】依據(jù)動量守恒定律可知，生成的釷核的動量與粒子的動量等大反向，選項B正確；依據(jù)可知，衰變后釷核的動能小于粒子的動能，選項A錯誤；鈾核的半衰期等于一半數(shù)量的鈾核衰變須要的時間，而放出一個粒子所經(jīng)驗的時間是一個原子核衰變的時間，故兩者不等，選項C錯誤；由于該反應(yīng)放出能量，由質(zhì)能方程可知，衰變后粒子與釷核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，選項D錯誤；故選B。7．【2024·江蘇卷】質(zhì)子（）和α粒子（）被加速到相同動能時，質(zhì)子的動量（選填“大于”、“小于”或“等于”）α粒子的動量，質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長之比為．【答案】小于2:1【解析】動量與動能的關(guān)系：，又質(zhì)子的質(zhì)量小于α粒子的質(zhì)量所以質(zhì)子的動量小于α粒子的動量，且；依據(jù)，可得質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長之比為2:1．【2024年】1.(2024·天津理綜·6)物理學(xué)家通過對試驗的深化視察和探討，獲得正確的科學(xué)認(rèn)知，推動物理學(xué)的發(fā)展，下列說法符合事實的是()A．赫茲通過一系列試驗，證明了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論B．查德威克用α粒子轟擊eq\o\al(14,7)N獲得反沖核eq\o\al(17,8)O，發(fā)覺了中子C．貝可勒爾發(fā)覺的自然放射性現(xiàn)象，說明原子核有困難結(jié)構(gòu)D．盧瑟福通過對陰極射線的探討，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型【答案】AC【解析】麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲通過試驗證明了麥克斯韋的電磁理論，選項A正確；盧瑟福用α粒子轟擊eq\o\al(14,7)N，獲得反沖核eq\o\al(17,8)O，發(fā)覺了質(zhì)子，選項B錯誤；貝可勒爾發(fā)覺的自然放射性現(xiàn)象，說明原子核具有困難結(jié)構(gòu)，選項C正確；盧瑟福通過對α粒子散射試驗的探討，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項D錯誤．2.(2024·全國Ⅱ·35(1))在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號)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衰變是一種放射性衰變，α粒子(eq\o\al(4,2)He)會從原子核中射出，C項符合要求，β衰變是指自原子核內(nèi)自發(fā)地放出一個電子(eq\o\al(0,－1)e)，同時原子序數(shù)加1的過程，A、B兩項符合要求，裂變是指一些質(zhì)量特別大的原子核，如鈾、釷和钚等在汲取一個中子后分裂成兩個或更多質(zhì)量較小的原子核，同時放出多個中子和很大能量的