2025屆高考物理一輪復習專題重組卷第一部分單元十三波粒二象性原子結構原子核含解析

PAGE9-單元十三波粒二象性原子結構原子核考點1.氫原子光譜(Ⅰ)；2.氫原子的能級結構、能級公式(Ⅰ)；3.原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期(Ⅰ)；4.放射性同位素(Ⅰ)；5.核力、核反應方程(Ⅰ)；6.結合能、質量虧損(Ⅰ)；7.裂變反應和聚變反應、裂變反應堆(Ⅰ)；8.射線的危害和防護(Ⅰ)；9.光電效應(Ⅰ)；10.愛因斯坦光電效應方程(Ⅰ)學問點1.光電效應產(chǎn)生的條件以及愛因斯坦光電效應方程的應用；2.玻爾原子模型及能級躍遷；3.原子核的衰變、半衰期、核反應方程；4.裂變反應和聚變反應、核能的計算第Ⅰ卷(選擇題，共48分)一、選擇題(本題共12小題，每小題4分，共48分。在每小題給出的四個選項中，第1～7題只有一項符合題目要求，第8～12題有多項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分)1．(2024·廣東省梅州市興寧一中高三上期末)下列四幅圖涉及到不同的物理學問，其中說法正確的是()A．盧瑟福通過分析甲圖中的α粒子散射試驗結果，提出了原子的核式結構模型B．乙圖表明：只要有光射到金屬板上，就肯定有光電子射出C．丙圖表示的是磁場對α、β和γ射線的作用狀況，其中①是β射線，②是γ射線D．丁圖表示的核反應屬于重核裂變，是人工無法限制的核反應答案A解析盧瑟福通過分析α粒子散射試驗結果，提出了原子的核式結構模型，A正確；依據(jù)光電效應發(fā)生的條件可知，并不是全部光射到金屬板上，都肯定有光電子射出，B錯誤；磁場的方向向里，依據(jù)左手定則可知，射線①帶正電，所以①是α射線，②不偏轉，是γ射線，C錯誤；丁圖表示的核反應屬于重核裂變，是人工可以限制的核反應，D錯誤。2．(2024·四川宜賓第四中學高三上學期期末)對核反應的下列說法正確的是()A．核反應方程eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是屬于α衰變B．發(fā)生核反應eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n須要汲取能量C．核反應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是屬于裂變D．發(fā)生β衰變實質是質子向中子轉變答案C解析A中核反應屬于原子核的人工轉變，A錯誤；B中核反應是輕核聚變，放出能量，B錯誤；C中核反應是重核裂變，故正確；發(fā)生β衰變實質是中子向質子轉變，D錯誤。3．(2024·吉林省長春市二模)下列有關近代物理的說法正確的是()A．盧瑟福的α粒子散射試驗使人們相識到原子是可以再分的B．電子的發(fā)覺使人們相識到原子具有核式結構C．玻爾理論能勝利說明全部原子光譜的試驗規(guī)律D．自然放射現(xiàn)象說明白原子核內部是有結構的答案D解析電子的發(fā)覺使人們相識到原子是可以再分的，盧瑟福的α粒子散射試驗使人們相識到原子具有核式結構，故A、B錯誤；玻爾理論能勝利說明氫原子光譜的試驗規(guī)律，但不能說明其他原子光譜的試驗規(guī)律，故C錯誤；自然放射現(xiàn)象中的射線來自原子核，說明原子核內部有困難結構，故D正確。4．(2024·陜西漢中二模)關于近代原子物理，下列說法正確的是()A．依據(jù)玻爾理論可知，一個氫原子從n＝4能級向低能級躍遷最多可輻射6種頻率的光子B．放射性物質的半衰期受環(huán)境溫度的影響C．α粒子散射試驗揭示了原子核是可分的D．能量為30eV的光子照耀到某一金屬表面時從金屬表面逸出的電子最大初動能為15eV，為使該金屬發(fā)生光電效應，入射光子的能量至少為15eV答案D解析依據(jù)玻爾理論可知，一個氫原子從n＝4能級向低能級躍遷最多可輻射3種頻率的光子，A錯誤；放射性物質的半衰期由原子核內部因素確定，不受環(huán)境溫度的影響，B錯誤；盧瑟福通過α粒子散射試驗建立了原子的核式結構模型，C錯誤；能量為30eV的光子照耀到某一金屬表面時從金屬表面逸出的電子最大初動能為15eV，則該金屬的逸出功為15eV，為使該金屬發(fā)生光電效應，入射光子的能量至少為15eV，D正確。5．(2024·河南鄭州二模)1933年至1934年間，約里奧·居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔時，發(fā)生的核反應方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，反應生成物eq\o\al(30,15)P像自然放射性元素一樣衰變，放出正電子e，且伴隨產(chǎn)生中微子v，核反應方程為eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(A,Z)v。則下列說法正確的是()A．當溫度、壓強等條件變更時，放射性元素eq\o\al(30,15)P的半衰期隨之變更B．中微子的質量數(shù)A＝0，電荷數(shù)Z＝0C．正電子產(chǎn)生的緣由可能是核外電子轉變成的D．兩個質子和兩個中子結合成一個α粒子，則質子與中子的質量之和肯定等于α粒子的質量答案B解析放射性元素的半衰期與外界因素無關，A錯誤；依據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，中微子的質量數(shù)A＝0，電荷數(shù)Z＝0，B正確；正電子產(chǎn)生的緣由是核內的質子轉化為中子時放出的，C錯誤；兩個質子和兩個中子結合成一個α粒子要釋放能量，依據(jù)質能方程及質量虧損可知，兩個質子與兩個中子的質量之和大于α粒子的質量，故D錯誤。6．(2024·福建省泉州市一模)重核裂變的一個核反應方程為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的平均結合能分別為7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV，則()A．該核反應方程中x＝10B.eq\o\al(235,92)U的中子數(shù)為92C．該核反應釋放9.5MeV的能量D.eq\o\al(235,92)U的平均結合能比eq\o\al(136,54)Xe小，eq\o\al(235,92)U比eq\o\al(136,54)Xe更穩(wěn)定答案A解析依據(jù)質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，x＝10，A正確；eq\o\al(235,92)U的質子數(shù)為92，質量數(shù)為235，所以中子數(shù)為143，B錯誤；由題可知，該核反應釋放的能量為(8.4×136＋8.7×90－7.6×235)MeV＝139.4MeV，C錯誤；平均結合能越大，表示原子核越穩(wěn)定，eq\o\al(235,92)U的平均結合能比eq\o\al(136,54)Xe小，故eq\o\al(235,92)U比eq\o\al(136,54)Xe更不穩(wěn)定，D錯誤。7．(2024·黑龍江齊齊哈爾一模)用頻率為ν的單色光照耀陰極K時，能發(fā)生光電效應，變更光電管兩端的電壓，測得電流隨電壓變更的圖象如圖所示，U0為遏止電壓。已知電子的電荷量為e，普朗克常量為h，則陰極K的極限頻率為()A．ν＋eq\f(eU0,h) B．ν－eq\f(eU0,h)C.eq\f(eU0,h) D．ν答案B解析光電管加遏止電壓時，電場力對電子做負功，依據(jù)動能定理可知－eU0＝0－Ek，解得Ek＝eU0。依據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0，又W0＝hν0，解得ν0＝ν－eq\f(eU0,h)，B正確。8．(2024·江蘇宿遷一調)下列說法中正確的有()A．氡核的半衰期為3.8天，20個氡原子核經(jīng)7.6天后剩下5個氡原子核B．由質能方程可知，物體的能量發(fā)生變更時，物體的質量也相應變更C．鐳核發(fā)生一次α衰變時，產(chǎn)生的新核與原來的原子核相比，中子數(shù)削減了4D．釷核發(fā)生β衰變后，產(chǎn)生的新核的比結合能大于原來釷核的比結合能答案BD解析半衰期具有統(tǒng)計意義，對大量的原子核衰變適用，對少數(shù)的原子核衰變不適用，故A錯誤；由質能方程E＝mc2可知，物體的能量發(fā)生變更時，物體的質量也相應變更，故B正確；鐳核發(fā)生一次α衰變時，新核與原來的原子核相比，質量數(shù)削減了4，質子數(shù)削減了2，所以中子數(shù)削減了2，故C錯誤；釷核發(fā)生β衰變，要釋放能量，新核更穩(wěn)定，所以產(chǎn)生的新核的比結合能大于原來釷核的比結合能，故D正確。9．(2024·浙江省溫洲市二模)如圖所示，是一個靜止的放射性元素的原子核在勻強磁場中發(fā)生衰變時形成的兩條圓形徑跡，已知兩圓內切，半徑之比為1∶44，則()A．發(fā)生的是β衰變B．軌跡1是反沖核的徑跡C．反沖核沿逆時針運動D．該放射性元素的原子序數(shù)是88答案ABC解析由運動軌跡可知，靜止的原子核衰變產(chǎn)生的新粒子與新核所受洛倫茲力方向相同，而兩者運動方向相反，新粒子應當帶負電，故發(fā)生了β衰變，A正確；靜止原子核發(fā)生β衰變時，依據(jù)動量守恒定律得知，β粒子與反沖核的動量大小相等、方向相反，由半徑公式r＝eq\f(mv,qB)可知，兩粒子做圓周運動的半徑與電荷量成反比，β粒子的電荷量較小，則其軌跡半徑較大，即軌跡半徑較大的軌跡2是β粒子的徑跡，軌跡半徑比較小的軌跡1是反沖核的徑跡，B正確；衰變后新核所受的洛倫茲力方向向右，依據(jù)左手定則推斷得知，其速度方向向下，沿軌跡1做逆時針方向運動，C正確；兩圓半徑之比為44∶1由半徑公式r＝eq\f(mv,qB)得，β粒子與反沖核的電荷量之比為1∶44，所以該放射性元素的原子序數(shù)是n＝44－1＝43，D錯誤。10．(2024·天津高考)我國核聚變反應探討大科學裝置“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1億攝氏度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術基礎。下列關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．兩個輕核結合成質量較大的核，總質量較聚變前增加D．兩個輕核結合成質量較大的核，核子的比結合能增加答案AD解析核聚變沒有放射性污染，更平安、清潔，A正確；只有原子序數(shù)小的“輕”核才可能發(fā)生聚變，B錯誤；輕核聚變成質量較大的原子核，放出能量，總質量減小，比結合能增加，C錯誤，D正確。11．(2024·廣西桂林、賀州、崇左高三聯(lián)合調研)氫原子能級圖如圖所示，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級狀態(tài)躍遷輻射出的光子中，發(fā)覺有兩種頻率的光子能使金屬A產(chǎn)生光電效應，則下列說法正確的是()A．大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級狀態(tài)躍遷時，只輻射三種頻率的光子B．從n＝3激發(fā)態(tài)干脆躍遷到基態(tài)時放出的光子肯定能使金屬A發(fā)生光電效應C．一個氫原子從n＝3激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，該氫原子能量增大D．一個氫原子從n＝3激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，該氫原子核外電子動能減小答案AB解析大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級狀態(tài)躍遷時，有3→1、3→2和2→1共三種狀況，所以躍遷過程中將輻射出3種頻率的光子，A正確；由題可知，有兩種頻率的光子能使金屬A發(fā)生光電效應，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級狀態(tài)躍遷過程所放出的光子中，n＝3能級躍遷到n＝1能級輻射的光子頻率最大，則肯定能使金屬A發(fā)生光電效應，B正確；依據(jù)玻爾理論，氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，放出能量，電子的動能增大，電勢能減小，原子總能量減小，C、D錯誤。12．(2024·江蘇南京、鹽城二模)鈾核裂變的一種方程為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，已知原子核的比結合能與質量數(shù)的關系如圖所示，下列說法正確的有()A．X粒子是中子B．X粒子是質子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的比結合能最大，最穩(wěn)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的質量數(shù)最多，結合能最大，最穩(wěn)定答案AC解析依據(jù)質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得，X的電荷數(shù)為0，質量數(shù)為1，X為中子，故A正確，B錯誤；由圖可知，圖上在eq\o\al(56,26)Fe旁邊原子核的比結合能最大，然后隨質量數(shù)或核子數(shù)的增大，比結合能減小，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的比結合能最大，最穩(wěn)定，故C正確；重核裂變中，釋放核能，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的質量數(shù)最多，比結合能最小，最不穩(wěn)定，故D錯誤。第Ⅱ卷(非選擇題，共62分)二、填空題(本題共2小題，共14分)13．(2024·江蘇南通如皋高三上學期期末)(6分)太陽內部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個質子eq\o\al(1,1)H聚變?yōu)?個eq\o\al(4,2)He的熱核反應，核反應方程是：4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2X。已知質子、氦核、X的質量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c。方程中的X表示________，核反應中釋放的核能ΔE＝________。答案eq\o\al(0,1)e(4m1－m2－2m3)c2解析核反應方程是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2X，依據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可推斷，X的質量數(shù)是0、電荷數(shù)是1，則X是eq\o\al(0,1)e。據(jù)核反應方程可得，質量虧損Δm＝4m1－m2－2m3，核反應中釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2。14．(2024·江蘇省宿遷市沭陽縣高三上期末改編)(8分)靜止的電子經(jīng)電場加速后，撞擊氫原子使其由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，電子的加速電壓至少為________V；用大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷釋放的光子，照耀某種金屬，有兩種頻率的光子能使該金屬發(fā)生光電效應，則該金屬的逸出功W0肯定小于________eV。答案10.212.09解析使處于n＝1能級的氫原子躍遷到n＝2激發(fā)態(tài)，所須要的能量最小，即：eU＝W＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，則電子的加速電壓至少為：U＝10.2V；依據(jù)光電效應規(guī)律可知，氫原子從n＝4能級躍遷到n＝1能級和從n＝3能級躍遷到n＝1能級時釋放的兩種頻率的光子能使該金屬發(fā)生光電效應，從n＝3能級躍遷到n＝1能級時釋放出光子的能量為：ΔE＝12.09eV，則可知該金屬的逸出功W0肯定小于12.09eV。三、計算論述題(本題共4小題，共48分。解答時寫出必要的文字說明和重要的演算步驟，只寫出答案的不得分。有數(shù)值計算的題，答案中必需明確寫出數(shù)值的單位)15．(2024·江蘇揚州一模)(10分)假設兩個氘核在始終線上相碰發(fā)生聚變反應生成氦的同位素和中子，已知氘核的質量是m1，中子的質量是m2，氦的同位素的質量是m3，光在真空中速度為c。(1)寫出核聚變反應的方程；(2)求核聚變反應中釋放出的能量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)核反應方程為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)核反應過程中的質量虧損：Δm＝2m1－(m2＋m3氘核聚變時放出的能量：ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c216．(2024·江蘇海安高三上學期期末)(12分)如圖所示是氫原子的能級圖，氫原子從能級n＝4向n＝2躍遷所放出的光子剛好能使某種金屬材料發(fā)生光電效應。求：(1)該金屬的逸出功；(2)氫原子從能級n＝2向n＝1躍遷所放出的光子照耀該金屬，產(chǎn)生的光電子的最大初動能。答案(1)2.55eV(2)7.65eV解析(1)該金屬的逸出功等于氫原子從n＝4能級向n＝2能級躍遷所放出的光子的能量，即W0＝E4－E2＝－0.85eV＋3.4eV＝2.55eV。(2)從n＝2能級向n＝1能級躍遷所放出的光子的能量：hν＝－3.4eV＋13.6eV＝10.2eV光子照耀該金屬，產(chǎn)生的光電子的最大初動能：Ekm＝hν－W0＝10.2eV－2.55eV＝7.65eV。17．(2024·江蘇常州高三上學期期末)(12分)一個靜止的鈾核(eq\o\al(238,92)U)放出一個α粒子變成釷核(eq\o\al(234,90)Th)，設該核反應中釋放的能量全部轉化為兩個粒子的動能，已知α粒子動能為Ek1，真空中的光速為c。求：(1)釷核的動能；(2)該核反應中的質量虧損。答案(1)eq\f(2,117)Ek1(2)eq\f(119Ek1,117c2)解析(1)衰變過程系統(tǒng)動量守恒，依據(jù)動量守恒定律得：pHe－pTh＝0依據(jù)動能與動量的關系p＝eq\r(2mEk)可知eq\f(Ek2,Ek1)＝eq\f(mα,mTh)α粒子的質量數(shù)為4，釷核的質量數(shù)為234，則eq\f(Ek2,Ek1)＝eq\f(4,234)＝eq\f(2,117)故Ek2＝eq\f(2,117)Ek1。(2)依據(jù)能量守恒定律，釋放的總能量：ΔE＝Ek1＋Ek2＝Ek1＋eq\f(2,117)Ek1解得：ΔE＝eq\f(119,117)Ek1由質能方程：ΔE＝Δmc2解得：該核反應中的質量虧損Δm＝eq\f(119Ek1,117c2)。18．(2024·北京西城一模)(14分)可利用如圖1所示的電路探討光電效應中電子的放射狀況