1、专题 13 原子结构和原子核【2020 年】1.（2020新课标）下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表 粒子的有（）A.2211101H+Hn+X B.2311102H+Hn+X C.23511448992056363U+nBa+Kr+3X D.1630314n+LiH+X【答案】BD【解析】粒子为氦原子核42 He，根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 32 He，B 选项中的 X2为42 He，C 选项中的 X3为中子10 n，D 选项中的 X4为42 He。故选 BD。2.（2020新课标）氘核21H 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式24
2、1112106 H2 He2 H+2 n+43.15MeV表示。海水中富含氘，已知 1kg 海水中含有的氘核约为1.01022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 1 kg 标准煤燃烧释放的热量约为 2.9107 J，1 MeV=1.61013J，则 M 约为（）A.40 kg B.100 kg C.400 kg D.1 000 kg【答案】C【解析】氘核21H 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式 241112106 H2 He2 H+2 n+43.15MeV 则平均每个氘核聚变释放的能量为 43.15=MeV66E 1kg 海水中
3、含有的氘核约为 1.01022个，可以放出的总能量为 0EN 由Qmq可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量 0400kgEQmqq 3.（2020新课标）1934 年，约里奥居里夫妇用 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：42712130He+AlX+n。X 会衰变成原子核 Y，衰变方程为XY+e，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 1 C.X 的电荷数比 2713Al 的电荷数多 2 D.X 的质量数与 2713Al 的质量数相等【答案】AC【解析】设X 和Y 的质子数分别为1n 和2n，质量数分别为1m 和2m
4、，则反应方程为 1142712130He+AlX+nmn，121201XY+mmnne 根据反应方程质子数和质量数守恒，解得 12+13=n ，121nn 14+27=1m ，120mm 解得115n ，214n ，130m ，230m 即 X 的质量数与Y 的质量数相等，3015X 电荷数比2713Al 的电荷数多 2，3015X 电荷数比2713Al的质量数多 3，AC 正确，BD 错误。故选 AC。4.（2020浙江卷）太阳辐射的总功率约为264 10 W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为21876.1MeV/c（c 为真空中的光速）的氘核（21 H）和一个质量为22
5、809.5MeV/c 的氚核（31 H）结合为一个质量为23728.4MeV/c 的氦核（42He），并放出一个 X 粒子，同时释放大约17.6MeV 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2939.6MeV/c C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为9 4.4 10 kg D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为217.6MeV/c 【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；根据能量关系可知21876.1 2809.5 3728.4 17.6nm c，解得2939.6MeV/nmc，B 正确；太阳每秒放出的能量
6、 264 10 JEPt，损失的质量2692164 10kg4.4 10 kg9 10Emc，C 正确；因为26264539194 104 10 J=eV2.5 10 eV=2.5 10 MeV1.6 10E，则太阳每秒因为辐射损失的质量为 39222.5 10 MeV/cEmc，D 错误。故选 BC。5.（2020山东卷）氚核31H 发生 衰变成为氦核32He。假设含氚材料中31H 发生 衰变产生的电子可以全部定向移动，在 3.2104 s 时间内形成的平均电流为 5.010-8 A。已知电子电荷量为 1.610-19 C，在这段时间内发生 衰变的氚核31H 的个数为（）A.145.0 10
7、 B.161.0 10 C.162.0 10 D.181.0 10【答案】B【解析】根据qneItt，可得产生的电子数为8416195.0 103.2 10101.6 10Itne个，因在 衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为 1.01016个。故选 B。【2019 年】1（2019新课标全国卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV3.10 eV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，最少应给氢原子提供的能量为 A12.09 eV B10.20 eV C1.89 eV D1.5l eV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激
8、发后，至少被激发到 n=3 能级后，跃迁才可能产生能量在 1.63eV3.10eV 的可见光。故1.51(13.60)eV12.09eVE 。故本题选 A。2（2019新课标全国卷）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1401214 HHe+2 e+2v，已知 11H 和 42He 的质量分别为P1.0078um 和4.0026um，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个 11H 转变成1个 42He 的过程中，释放的能量约为 A8 MeV B16 MeV C26 MeV D52 MeV【答案】C【解析】由2EmC 知242peEmmmc，2Emc=6191693
9、1 101.6 10J9 1027311.7 10kg0.9 10kg，忽略电子质量，则：24 1.00784.0026MeV26Euuc，故 C 选项符合题意；3（2019天津卷）如图为 a、b、c 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a、b、c 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kEhv W，动能定理keUE，两式联立可得hvWUee，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率bcavvv，则可知三种光的折射率的关系为bcannn，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（2
10、019天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018 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安全、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安全，A 正确；发生核聚变需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，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故
11、 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（2019江苏卷）100年前，卢瑟福用粒子轰击氮核打出了质子后来，人们用粒子轰击 6028Ni 核也打出了质子：460621228291He+NiCu+HX；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研究为核能利用提供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：10n 即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，核聚变目前还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变；6
12、（2019江苏卷）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长=6.4107 m，每个激光脉冲的能量E=1.510-2 J求每个脉冲中的光子数目（已知普朗克常量h=6.63l0-34 Js，光速c=3108 m/s计算结果保留一位有效数字）【答案】光子能量hc，光子数目 n=E，代入数据得 n=51016【解析】每个光子的能量为0cEhvh ，每个激光脉冲的能量为 E，所以每个脉冲中的光子个数为：0ENE，联立且代入数据解得：165 10N 个。7（2019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 光照射某金属表面时有光电子逸出，b 光照射该金属表面时没
13、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 光的衍射中央亮条纹宽度小于 b 光的 Ca 光和 b 光的频率之比可能是 20/27 Da 光子的动量大于 b 光子的【答案】BD【解析】根据题意可知 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，中央亮条纹宽度越小，B 正确；a 光的频率大，故频率之比不可能为
14、 2027，C 错误；频率越大，波长越小，即ab，根据hp 可知abpp，D 正确。8（2019浙江选考）一个铍原子核（74Be）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（73Li ），并放出一个不带电的质量接近零的中微子 e，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 707413eBeeLiv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 9.31102MeV。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（73Li）获得的动能约为 0.86MeV C
15、中微子与锂核（73Li）的动量之和等于反应前电子的动量 D中微子与锂核（73Li）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 7074-13eBe+eLi+v，根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；根据质能方程，质量减少27.0169297.0160049.31 10 MeV0.86MeVemum，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（73Li）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（73Li）的能量之和小于反应前电子的能量，D 错误
16、。【2018 年】1.（2018 年全国卷）1934 年，约里奥-居里夫妇用 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 28 B.15 和 30 C.16 和 30 D.17 和 31【答案】B【解析】根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，根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.（2018 年全国 II 卷）用波长为 300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.2810-19 J。已知普朗克常量为 6.631
17、0-34 Js，真空中的光速为 3.00108 ms-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（）A.11014 Hz B.81014 Hz C.21015 Hz D.81015 Hz【答案】B【解析】知道光电效应方程；知道逸出功并结合两个公式求解。由光电效应方程式得：得：刚好发生光电效应的临界频率为 则 代入数据可得：，故 B 正确。1.（2018 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.粒子【答案】A【解析】设 X 为：，根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.（2018 年江苏卷）已知 A
18、 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.1:4 B.1:2 C.2:1 D.4:1【答案】B【解析】根据半衰期公式，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.（2018 年江苏卷）光电效应实验中，用波长为 的单色光 A 照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出当波长为 的单色光 B 照射该金属板时，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】根据光电效应方程，又，所
19、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.（2018 年天津卷）国家大科学过程中国散裂中子源（CSNS）于 2017 年 8 月 28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是 A.俘获一个 粒子，产生并放出一个粒子 B.俘获一个 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】根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.（2018 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
20、电子从量子数n2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.用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能【答案】A【解析】根据分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系分析折射率的大小；根据判断传播速度的大小；根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判断是否会发生光电效应波长越大，频率越小，故的频率最小，根据可知对应的能量最小，根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，根据可知的传播速度最大，BC 错误；的波长小于的波长，故
21、的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能，D 错误【2017 年】1【2017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率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 A23411120HHHen B1441717281NHeOH C427301213150HeAlPn D235114489192056360UnBaKr3 n【答案】A【解析】23411120HHHen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；1441717281NHeOH是卢瑟福发现质子的核反应，他用 粒子轰
22、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；427301213150HeAlPn是小居里夫妇用 粒子轰击铝片时发现了放射性磷（磷 30），属于人工核反应，故 C 错误；235114489192056360UnBaKr3 n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故 D 错误。2【2017新课标卷】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 22311120HHHen。已知21 H 的质量为 2.013 6 u，32He的质量为 3.015 0 u，10n 的质量为 1.008 7 u，1 u
23、=931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为 A3.7 MeV B3.3 MeV C2.7 MeV D0.93 MeV【答案】B【解析】根据质能方程，释放的核能2mcE，HHen20.0035ummmm，则 220.0035u 931MeV/3.2585MeV3.3MeVEcc，故 B 正确，ACD 错误。3【2017江苏卷】原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有 （A）42He 核的结合能约为 14 MeV（B）42He 核比63Li 核更稳定（C）两个21H 核结合成42He 核时释放能量（D）23592U 核中核子的平均结合能比8936Kr 核中的大【答案】
24、BC【解析】由图知 42He 核的比结合能约为 7 MeV，所以结合能约为 47=28 MeV，故 A 错误；42He 核比 63Li 核的比结合能大，所以 42He 核比 63Li 核更稳定，B 正确；两个 21H 核结合成 42He 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 23592U 核中核子的平均结合能比 8936Kr 核中的小，所以 D 错误 4【2017新课标卷】在光电效应实验中，分别用频率为 a、b的单色光 a、b 照射到同种金属上，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
25、 A若 ab，则一定有 Uab，则一定有 EkaEkb C若 UaUb，则一定有 Ekab，则一定有 haEkahbEkb【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程mkEhW，又由动能定理有mkEeU，当ab时，kkabEE，abUU，A 错误，B 正确；若abUU，则有kkabEE，C 正确；同种金属的逸出功不变，则kmWhE不变，D 错误。5【2017北京卷】2017 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 100 nm（1 nm=109 m）附近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、雾霾治理等领域的研究
26、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。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量 h=6.61034 Js，真空光速 c=3108 m/s）A1021 J B1018 J C1015 J D1012 J【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【2017新课标卷】一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核，衰变方程为238234492902UThHe。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
27、铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间 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】根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；根据2k2pEm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需要的时间，而放出一个 粒子所经历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【2017江苏卷】质子（11H）和 粒子（42H）被加速到相同动能时，质子的动量 （选填“大于”、
28、“小于”或“等于”）粒子的动量，质子和 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：2k2pmE，又质子的质量小于 粒子的质量所以质子的动量小于 粒子的动量，且112212pmpm；根据hp，可得质子和 粒子的德布罗意波波长之比为 2:1【2016 年】1.(2016天津理综6)物理学家通过对实验的深入观察和研究，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赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论 B查德威克用 粒子轰击147 N 获得反冲核178 O，发现了中子 C贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D卢瑟福通过对阴
29、极射线的研究，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，赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论，选项 A 正确；卢瑟福用 粒子轰击147 N，获得反冲核178 O，发现了质子，选项 B 错误；贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构，选项 C 正确；卢瑟福通过对 粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，选项 D 错误 2.(2016全国35(1)在下列描述核过程的方程中，属于 衰变的是_，属于 衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号)A.146 C147 N 01e B.3215P3216S 01e C.23892 U23490
30、Th42He D.147 N42He178 O11H E.23592 U10n14054 Xe9438Sr210n F.31H21H42He10n【答案】C AB E F【解析】衰变是一种放射性衰变，粒子(42He)会从原子核中射出，C 项符合要求，衰变是指自原子核内自发地放出一个电子(01e)，同时原子序数加 1 的过程，A、B 两项符合要求，裂变是指一些质量非常大的原子核，如铀、钍和钚等在吸收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过程，只有 E 项符合要求聚变是指由两个轻原子核(一般是氘核和氚核)结合成较重原子核(氦核)并放出大量能量的过程，F 项符合要求
31、 3.(2016全国35(1)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0107m/s 的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是()A核反应方程为 p2713Al2814Si*B核反应过程中系统动量守恒 C核反应过程中系统能量不守恒 D核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和【答案】AB【解析】根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为 p2713Al2814Si*，A 正确；核反应过程中释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B 正确；核反应过程中系统能量守恒，C 错误；由于反应过程中，要释放大量的能量，伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物
32、的质量之和，D 错误 4(2016北京理综13)处于n3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有()A1种 B2种 C3种 D4种【解析】处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为C2n，所以处于n3能级的大量氢原子向低能级跃迁，辐射光的频率有C233种，故C项正确。【答案】C 52016浙江自选，14(1)以下说法正确的是()A氢原子的能量是量子化的 B在核反应过程中，质子数守恒 C半衰期越大，原子核衰变越快 D如果一个系统不受外力，系统的总动量一定为零【解析】根据玻尔原子理论，氢原子的能量是量子化的，A项正确；核反应中电荷数守恒、质量数守恒，质子数不一定守恒，B项错误；半衰期是指大量原子核衰变时，有半数原子核发生衰变所用的时间，半衰期越大，原子核衰变越慢，C项错误；系统不受外力或所受合外力为零，系统总动量保持不变，D项错误。【答案】A
