2026年高考物理一轮专项练习(福建专用)第54讲原子结构原子核(专项训练)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮专项练习(福建专用)第54讲原子结构原子核(专项训练)(学生版+解析)，共2页。
\l "_Tc17943" 01 课标达标练TOC \ "1-2" \h \u \l "_Tc200568558" PAGEREF _Tc200568558 \h 2
\l "_Tc200568559" 题型01 α粒子散射实验及分析 PAGEREF _Tc200568559 \h 2
\l "_Tc200568561" 题型02 氢原子的能级跃迁问题 PAGEREF _Tc200568561 \h 3
\l "_Tc200568562" 题型03 谱线条数的确定 PAGEREF _Tc200568562 \h 4
\l "_Tc200568563" 题型04 受激跃迁与电离 PAGEREF _Tc200568563 \h 4
\l "_Tc200568564" 题型05 三种射线的性质和特点 PAGEREF _Tc200568564 \h 4
\l "_Tc200568565" 题型06 α、β衰变及衰变次数的确定 PAGEREF _Tc200568565 \h 5
\l "_Tc200568566" 题型07 半衰期的理解与计算 PAGEREF _Tc200568566 \h 6
\l "_Tc200568567" 题型08 核反应方程及应用 PAGEREF _Tc200568567 \h 8
\l "_Tc200568568" 题型09 核能的计算 PAGEREF _Tc200568568 \h 8
\l "_Tc20184" 02 核心突破练 \l "_Tc200568570" PAGEREF _Tc200568570 \h 9
\l "_Tc5699" 03 真题溯源练 \l "_Tc200568571" PAGEREF _Tc200568571 \h 11
01 α粒子散射实验及分析
1．（2024·福建宁德·模拟预测）下列四张图为对原子及原子核结构规律的研究：图①中穿透能力最强的射线是 （填“1”、“2”或“3”）；卢瑟福根据图③中的实验现象提出了原子的 模型；图④中的核反应属于原子核的 （填“裂变”、“衰变”或“人工转变”）。

2．（2024·福建福州·一模）在物理学发展过程中，许多物理学家做出了贡献，他们的科学发现和所采用的科学方法推动了人类社会的进步，以下说法正确的是（ ）
A．亚里士多德猜想自由落体运动的速度与下落时间成正比，并直通过实验进行了验证
B．牛顿根据行星运动的规律，并通过“月—地检验”，得出了万有引力定律
C．卢瑟福通过粒子散射实验，发现原子核是由质子和中子组成
D．爱因斯坦的相对论否定了牛顿力学理论，成功解决了宏观物体的高速运动问题
02 氢原子的能级跃迁问题
3．（2025·福建泉州·一模）我国首颗探日卫星“羲和号”获得太阳多种谱线，研究发现，太阳谱线包含氢原子光谱。氢原子能级如图，现有大量氢原子从能级自发向低能级跃迁。已知金属锡的逸出功为4.42eV。则大量氢原子（ ）
A．从向能级跃迁发出光的频率最大
B．从向能级跃迁发出光的频率最小
C．从向能级跃迁发出的光，能使锡发生光电效应
D．从向能级跃迁发出的光，不能使锡发生光电效应
4.（2024·福建福州·模拟预测）图示为氢原子的能级结构图。在某正四面体密闭容器的其中一个器壁上有一个红外光子接收仪，可以接收红外光子（能量范围在0.001eV~1.6eV）并计数。假设到达该器壁的所有红外光子均被接收仪吸收。现将容器内的氢原子全部激发到n=4的能级，接收仪在之后的较短时间内接收到1ml的红外光子，假定这段时间内每个氢原子只发生一次跃迁，且激发态的氢原子跃迁到每个能级的概率相同。能发射红外光子的能级跃迁是 （填“4→1”或“4→2”或“4→3”），该容器中氢原子的物质的量为 ml
03 谱线条数的确定
5．（2024·福建漳州·三模）氢原子的能级图如图所示。现有一群氢原子处在能级，向低能级跃迁的过程中最多能辐射出 种频率的光子，其中波长最长的光子能量为 ；用能级直接跃迁到能级时辐射出的光子照射金属钾（逸出功为），发生光电效应时光电子的最大初动能为 。
6．（2023·福建·模拟预测）一群氢原子处于量子数n=4能级状态，氢原子的能级图如图甲所示，氢原子可能发射 种频率的光子；用n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射的光子照射图乙表中金属，发生光电效应时，光电子的最大初动能最大为 eV。
几种金属的逸出功
乙
04 受激跃迁与电离
7．（2024·福建龙岩·三模）光电管中金属材料的极限波长为，现用一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光照射该光电管，只有一种频率的光能发生光电效应，其频率为，已知普朗克常量为h，真空中光速为c，则用该光照射时光电子的最大初动能为 ，氢原子基态能量为 （用题中所给物理量表示）。
8．（2024·福建三明·模拟预测）如图为氢原子在可见光区域的四条谱线、、、与能级图，可以判定（ ）
A．谱线对应的能级差为1.89eV
B．同一介质对光的折射率最小
C．同一介质中光的传播速度最大
D．用光照射某金属能发生光电效应则光照射该金属一定能发生光电效应
05 三种射线的性质和特点
9.（23-24高三上·福建·期末）烟草内含有较高的放射性元素钋、铅、镭等，其中钋元素在衰变过程中会释放射线，严重可致人肺癌。已知钋元素的衰变方程是，半衰期为138天，则下列说法正确的是（ ）
A．的衰变为α衰变
B．X的穿透能力比γ射线强
C．X的电离能力比γ射线弱
D．随着的不断衰变，其半衰期会变小
10．（24-25高三上·福建龙岩·开学考试）下列说法正确的是（ ）
A．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构
B．α、β和γ三种射线，α射线的穿透力最强
C．衰变成要经过5次β衰变和8次α衰变
D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能
06 α、β衰变及衰变次数的确定
11．（2023·福建厦门·二模）嫦娥五号月壤样品研究取得了最新成果，科研人员利用铀—铅（U—Pb）定年法，对样品中的富铀玄武岩矿物进行分析，证实了月球最“年轻”玄武岩年龄为20.30±0.04亿年。该定年法中的一个衰变链为经一系列α、β衰变后形成稳定的，此过程中衰变方程为，则x、y分别为（ ）
A．6，4B．5，8C．8，6D．8，10
12．（2023·福建漳州·模拟预测）我国科研人员利用铀-铅定年技术对“嫦娥五号”月球样品玄武岩岩屑中的富铀矿物进行分析，确定月球直到20亿年前仍存在岩浆活动。该技术依赖的其中一种衰变链为经一系列α、β衰变后形成稳定的，关于该衰变链下列说法正确的是（ ）
A．衰变成的过程中，不可能放出γ射线
B．衰变成需经8次α衰变和6次β衰变
C．的半衰期随外界环境温度的增大而变短
D．β衰变是原子核内一个质子转变成中子的结果
13．（24-25高三上·福建莆田·期中）由于放射性元素的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知经过一系列α衰变和β衰变后变成，下列判断中正确的是（ ）
A．的原子核比的原子核少28个中子
B．的原子核比的原子核少19个中子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
07 半衰期的理解与计算
14．（2024·福建龙岩·一模）自2023年8月以来，日本政府无视国际社会的强烈反对，单方面强行启动福岛核事故污染水排海，经检测福岛附近某鲈鱼体内的铯137含量严重超标，铯137衰变方程为，X的质量数和电荷数分别为 、 ，已知铯137的半衰期为30年，则从现在开始算起，60年后此鲈鱼体内已衰变与未衰变的铯137的质量比为 。
15．（2024·福建福州·二模）“玉兔二号”装有核电池，能将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为，其中x等于 ，的平均结合能 （选填“大于”、“等于”或“小于”）的平均结合能，从地球到月球，的半衰期 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。
08 核反应方程及应用
16．（2024·福建泉州·一模）“嫦娥六号”从月球背面南极的艾特肯盆地带回的月壤里富含氦3元素。氦3可与氘发生核反应，生成无害的氦气且不产生中子，因此被认为是非常完美的核燃料。该过程的核反应方程为 ，该核反应为 反应（选填“聚变”“裂变”或“衰变”），该核反应释放的总能量为18.5MeV，平均每个核子释放的能量为 MeV。
17.（2025·福建漳州·模拟预测）2024年12月报道，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”每次发生的主要核反应是两个结合成并放出一个新粒子即 （填“质子”“中子”或“电子”），同时释放出能量E。此核反应为 （填“核聚变”或“核裂变”）。若的质量为m1，的质量为m2，光在真空中的传播速度为c，则新粒子的质量为 （用题中物理量符号表示）。
09 核能的计算
18．（2024·福建泉州·模拟预测）全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程：，这个核反应方程中的表示 。这个核反应释放出大量核能；的比结合能 （选填“大于”“等于”或“小于”）的比结合能。已知、、、的质量分别为、、、，真空中的光速为，这个核反应中释放的核能ΔE= 。
19.（2024·福建·一模）中国的核聚变研究已进入世界前列，主要利用2个氘核聚变成，被称为人造太阳，已知氘核的质量为，的质量为，中子质量为，质子的质量为，α粒子的质量为，光在真空中的传播速度为c，该核反应中产生的新粒子为 ，该核反应中释放出的核能为 （用题中的字母表示）
1．（2025·福建·模拟预测）铀（）静止时衰变为和粒子，并放出能量为的光子。已知铀、和粒子的质量分别记为、和，衰变放出光子的动量可忽略且该过程释放的核能除去光子的能量外全部转化为和粒子的动能。静止的铀（）在匀强磁场中衰变产生的和粒子两者速度方向均与磁场垂直，做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A．和粒子在磁场中匀速圆周运动轨迹为内切圆
B．的比结合能大于的比结合能
C．1000个铀核（）经过2个半衰期衰变了250个
D．与粒子的动能之和为
2．（2025·福建厦门·二模）2025年1月20日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克实验装置首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”。实验装置内发生的核反应方程之一为，已知该反应过程中质量亏损为，则（ ）
A．为电子
B．该反应为衰变
C．该反应放出能量
D．的平均结合能大于的平均结合能
3．（2024·福建福州·模拟预测）一群处于能级的氢原子，向低能级跃迁的过程中能发出6种不同频率的光。将这些不同频率的光分别照射到图甲所示电路的阴极K表面的金属上，只能测得2条电流随电压变化的图像，如图乙所示。已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列说法正确的是（ ）

A．动能为1eV的电子能使处于能级的氢原子电离
B．图乙中的a光光子能量为12.75eV
C．图乙中的a光是氢原子从能级向基态跃迁发出的
D．阴极金属的逸出功可能为
4．（2025·福建·模拟预测）甲图，一群处于能级的氢原子受到动能为的自由电子碰撞 （填“能”或“不能”）跃迁至能级；从跃迁至能级释放出的谱线称为“巴尔末系”，现从、、三个能级跃迁至能级产生的光子照射至乙图的光电管，形成的图线如丙图所示，则从跃迁至所形成的图线为丙图中的 （填“a光”、“b光”或“c光”）。
5．（2025·福建福州·三模）2025年3月28日，我国自主研制的“中国环流三号”首次实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的参数水平，标志着中国核能开发迈出重要一步。该核反应方程为，方程式中的X为 （选填“电子”、“中子”或“质子”），该反应属于核 （选填“聚变”或“裂变”）；反应前后质量亏损约为0.02u，释放能量约为 MeV（质量亏损1u释放931.5MeV的核能）。
1．（2024·福建·高考真题）2024 年我国研发出一款安全性高、稳定发电时间长的新微型原子能电池。该电池将衰变释放的能量转化为电能，衰变方程为，式中，是质量可忽略不计的中性粒子，则 X 表示的是（ ）
A．B．C．D．
2．（2022·福建·高考真题）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为8天，已知，，，则下列说法正确的是（ ）
A．衰变产生的射线来自于原子的核外电子
B．该反应前后质量亏损
C．放射性元素发生的衰变为衰变
D．经过16天，75%的原子核发生了衰变
金属
钨
钙
钠
钾
铷
逸出功W0/eV
4.54
3.20
2.29
2.25
2.13
第54讲 原子结构 原子核
目录
\l "_Tc17943" 01 课标达标练TOC \ "1-2" \h \u \l "_Tc200568558" PAGEREF _Tc200568558 \h 2
\l "_Tc200568559" 题型01 α粒子散射实验及分析 PAGEREF _Tc200568559 \h 2
\l "_Tc200568561" 题型02 氢原子的能级跃迁问题 PAGEREF _Tc200568561 \h 3
\l "_Tc200568562" 题型03 谱线条数的确定 PAGEREF _Tc200568562 \h 4
\l "_Tc200568563" 题型04 受激跃迁与电离 PAGEREF _Tc200568563 \h 4
\l "_Tc200568564" 题型05 三种射线的性质和特点 PAGEREF _Tc200568564 \h 4
\l "_Tc200568565" 题型06 α、β衰变及衰变次数的确定 PAGEREF _Tc200568565 \h 5
\l "_Tc200568566" 题型07 半衰期的理解与计算 PAGEREF _Tc200568566 \h 6
\l "_Tc200568567" 题型08 核反应方程及应用 PAGEREF _Tc200568567 \h 8
\l "_Tc200568568" 题型09 核能的计算 PAGEREF _Tc200568568 \h 8
\l "_Tc20184" 02 核心突破练 \l "_Tc200568570" PAGEREF _Tc200568570 \h 9
\l "_Tc5699" 03 真题溯源练 \l "_Tc200568571" PAGEREF _Tc200568571 \h 11
01 α粒子散射实验及分析
1．（2024·福建宁德·模拟预测）下列四张图为对原子及原子核结构规律的研究：图①中穿透能力最强的射线是 （填“1”、“2”或“3”）；卢瑟福根据图③中的实验现象提出了原子的 模型；图④中的核反应属于原子核的 （填“裂变”、“衰变”或“人工转变”）。

【答案】 2 核式结构 衰变
【详解】[1]图①中射线1向左偏转，可知射线1为射线，射线2为电中性，可知射线2为射线，射线3向右偏转，可知射线3为射线，故射线2的穿透能力最强。
[2]卢瑟福根据图③中的实验现象提出了原子的核式结构。
[3]图④中的核反应是衰变，属于原子核的衰变。
2．（2024·福建福州·一模）在物理学发展过程中，许多物理学家做出了贡献，他们的科学发现和所采用的科学方法推动了人类社会的进步，以下说法正确的是（ ）
A．亚里士多德猜想自由落体运动的速度与下落时间成正比，并直通过实验进行了验证
B．牛顿根据行星运动的规律，并通过“月—地检验”，得出了万有引力定律
C．卢瑟福通过粒子散射实验，发现原子核是由质子和中子组成
D．爱因斯坦的相对论否定了牛顿力学理论，成功解决了宏观物体的高速运动问题
【答案】B
【详解】A．伽利略猜想自由落体运动的速度与下落时间成正比，并直通过实验进行了验证，故A错误；
B．牛顿根据行星运动的规律，并通过“月—地检验”，得出了万有引力定律，故B正确；
C．卢瑟福通过粒子散射实验，提出原子核式结构学说，故C错误；
D．爱因斯坦的相对论只是证明了牛顿力学理论的局限性，成功解决了宏观物体的高速运动问题，并没有否定牛顿力学理论，故D错误。
故选B。
02 氢原子的能级跃迁问题
3．（2025·福建泉州·一模）我国首颗探日卫星“羲和号”获得太阳多种谱线，研究发现，太阳谱线包含氢原子光谱。氢原子能级如图，现有大量氢原子从能级自发向低能级跃迁。已知金属锡的逸出功为4.42eV。则大量氢原子（ ）
A．从向能级跃迁发出光的频率最大
B．从向能级跃迁发出光的频率最小
C．从向能级跃迁发出的光，能使锡发生光电效应
D．从向能级跃迁发出的光，不能使锡发生光电效应
【答案】AD
【详解】AB． 根据氢原子的能级图，由
可知 到 的能级差最大，对应光子的能量最大为12.75 eV，因此其频率也最大，故A正确，B错误。
CD．从向能级跃迁发出的光子的能量为2.55eV，小于锡的逸出功4.42eV，所以从向能级跃迁发出的光，不能使锡发生光电效应，故C错误，D正确。
故选AD。
4.（2024·福建福州·模拟预测）图示为氢原子的能级结构图。在某正四面体密闭容器的其中一个器壁上有一个红外光子接收仪，可以接收红外光子（能量范围在0.001eV~1.6eV）并计数。假设到达该器壁的所有红外光子均被接收仪吸收。现将容器内的氢原子全部激发到n=4的能级，接收仪在之后的较短时间内接收到1ml的红外光子，假定这段时间内每个氢原子只发生一次跃迁，且激发态的氢原子跃迁到每个能级的概率相同。能发射红外光子的能级跃迁是 （填“4→1”或“4→2”或“4→3”），该容器中氢原子的物质的量为 ml
【答案】 4→3 12
【详解】[1]由频率条件
可知“4→1”、“4→2”、“4→3”发射光子能量分别为12.75eV、2.55eV、0.66eV。能发射红外光子的能级跃迁是4→3。
[2]该容器中氢原子的物质的量为
1ml×4×3=12ml
03 谱线条数的确定
5．（2024·福建漳州·三模）氢原子的能级图如图所示。现有一群氢原子处在能级，向低能级跃迁的过程中最多能辐射出 种频率的光子，其中波长最长的光子能量为 ；用能级直接跃迁到能级时辐射出的光子照射金属钾（逸出功为），发生光电效应时光电子的最大初动能为 。
【答案】 10 0.31 0.61
【详解】[1]根据
可得处在能级的氢原子向低能级跃迁最多能放出10种不同频率的光子，故填10；
[2]氢原子处于能级向低能级跃迁的过程中，当由能级跃迁至能级时，放出光子能量最小，波长最长，对应的光子能量为
故填；
[3]氢原子由能级跃迁到能级时，辐射的光子能量为
由
解得光电子的最大初动能为
故填。
6．（2023·福建·模拟预测）一群氢原子处于量子数n=4能级状态，氢原子的能级图如图甲所示，氢原子可能发射 种频率的光子；用n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射的光子照射图乙表中金属，发生光电效应时，光电子的最大初动能最大为 eV。
几种金属的逸出功
乙
【答案】 6 0.42
【详解】[1]根据
知，氢原子可能发射6种不同频率的光子，这6种分别是n=4的能级跃迁到n=3，2，1的能级时辐射的光子，n=3的能级跃迁到n=2，1的能级时辐射的光子，n=2的能级跃迁到n=1的能级时辐射的光子。
[2]用n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射的光子能量为
根据光电效应发生条件，入射光的频率大于极限频率，入射光的光子能量大于逸出功，因此有3种金属能发生光电效应现象，分别是钠钾铷。最大初动能为
Ek=2.55 eV -2.13 eV =0.42eV
04 受激跃迁与电离
7．（2024·福建龙岩·三模）光电管中金属材料的极限波长为，现用一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光照射该光电管，只有一种频率的光能发生光电效应，其频率为，已知普朗克常量为h，真空中光速为c，则用该光照射时光电子的最大初动能为 ，氢原子基态能量为 （用题中所给物理量表示）。
【答案】
【详解】[1]根据光电效应方程有
其中逸出功为
解得
[2] 一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光照射该光电管，只有一种频率的光能发生光电效应，可知，该光子为4能级跃迁至基态时辐射的光子，根据波尔理论有
其中
解得
8．（2024·福建三明·模拟预测）如图为氢原子在可见光区域的四条谱线、、、与能级图，可以判定（ ）
A．谱线对应的能级差为1.89eV
B．同一介质对光的折射率最小
C．同一介质中光的传播速度最大
D．用光照射某金属能发生光电效应则光照射该金属一定能发生光电效应
【答案】B
【详解】A．由图可知，谱线对应的能级差为
故A错误；
B．根据能级跃迁规律可知光的能量最小，则频率最小，同一介质对光的折射率最小，故B正确；
C．根据能级跃迁规律可知光的能量最大，则频率最大，同一介质对光的折射率最大，根据可知，同一介质中光的传播速度最小，故C错误；
D．根据能级跃迁规律可知光的能量大于光的能量，根据光电效应发生的条件可知，用光照射某金属能发生光电效应，光照射该金属不一定能发生光电效应，故D错误；
故选B
05 三种射线的性质和特点
9.（23-24高三上·福建·期末）烟草内含有较高的放射性元素钋、铅、镭等，其中钋元素在衰变过程中会释放射线，严重可致人肺癌。已知钋元素的衰变方程是，半衰期为138天，则下列说法正确的是（ ）
A．的衰变为α衰变
B．X的穿透能力比γ射线强
C．X的电离能力比γ射线弱
D．随着的不断衰变，其半衰期会变小
【答案】A
【详解】AC．根据质量数和电荷数守恒可知X是，故的衰变为衰变，X的电离能力比射线强，故A正确，C错误；
B．X是，因射线速度较小且有较大的体积，则X的穿透能力比γ射线弱，故B错误；
D．半衰期只由原子核内部结构决定，适应于大量原子核，随着的不断衰变，其半衰期会不会变化，故D错误。
故选A。
10．（24-25高三上·福建龙岩·开学考试）下列说法正确的是（ ）
A．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构
B．α、β和γ三种射线，α射线的穿透力最强
C．衰变成要经过5次β衰变和8次α衰变
D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能
【答案】AD
【详解】A．天然放射现象中，原子核发生衰变，生成新核，同时有α或β射线产生，因此说明了原子核有复杂的结构，故A正确；
B．γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，故B错误；
C．设铀核衰变为铅核要经过x次β衰变和y次α衰变，根据质量数和电荷数守恒可知
解得
，
即衰变成要经过6次β衰变和8次α衰变，故C错误；
D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故D正确。
故选AD。
06 α、β衰变及衰变次数的确定
11．（2023·福建厦门·二模）嫦娥五号月壤样品研究取得了最新成果，科研人员利用铀—铅（U—Pb）定年法，对样品中的富铀玄武岩矿物进行分析，证实了月球最“年轻”玄武岩年龄为20.30±0.04亿年。该定年法中的一个衰变链为经一系列α、β衰变后形成稳定的，此过程中衰变方程为，则x、y分别为（ ）
A．6，4B．5，8C．8，6D．8，10
【答案】C
【详解】由质量数守恒和电荷数守恒有
，
解得
，
故选C。
12．（2023·福建漳州·模拟预测）我国科研人员利用铀-铅定年技术对“嫦娥五号”月球样品玄武岩岩屑中的富铀矿物进行分析，确定月球直到20亿年前仍存在岩浆活动。该技术依赖的其中一种衰变链为经一系列α、β衰变后形成稳定的，关于该衰变链下列说法正确的是（ ）
A．衰变成的过程中，不可能放出γ射线
B．衰变成需经8次α衰变和6次β衰变
C．的半衰期随外界环境温度的增大而变短
D．β衰变是原子核内一个质子转变成中子的结果
【答案】B
【详解】A．α、β衰变过程中，产生的新核不稳定，会从高能级向低能级跃迁，放出γ射线，故A错误；
B．由
满足电荷数守恒和质量数守恒，得
解得，，故B正确；
C．半衰期与原子所处的物理状态无关，与温度和化学状态无关，所以衰变至的半衰期不会随外界环境温度的变化而变化，C错误；
D．β衰变是原子核内一个中子转变成质子的结果，故D错误。
故答案选B。
13．（24-25高三上·福建莆田·期中）由于放射性元素的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知经过一系列α衰变和β衰变后变成，下列判断中正确的是（ ）
A．的原子核比的原子核少28个中子
B．的原子核比的原子核少19个中子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
【答案】C
【详解】AB．的原子核比的原子核少的质子数
的质子数和中子数总共比的质子数和中子数少
的原子核比的原子核少的中子数
故AB错误；
CD．衰变过程中需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有，
解得，
故C正确，D错误。
故选C。
07 半衰期的理解与计算
14．（2024·福建龙岩·一模）自2023年8月以来，日本政府无视国际社会的强烈反对，单方面强行启动福岛核事故污染水排海，经检测福岛附近某鲈鱼体内的铯137含量严重超标，铯137衰变方程为，X的质量数和电荷数分别为 、 ，已知铯137的半衰期为30年，则从现在开始算起，60年后此鲈鱼体内已衰变与未衰变的铯137的质量比为 。
【答案】 0 -1
【详解】[1][2]根据质量数和电荷数守恒可知X为，故质量数为0，电荷数为-1；
[3]设对于质量为的铯137，60年后未衰变的铯137的质量为
故60年后此鲈鱼体内已衰变与未衰变的铯137的质量比为
15．（2024·福建福州·二模）“玉兔二号”装有核电池，能将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为，其中x等于 ，的平均结合能 （选填“大于”、“等于”或“小于”）的平均结合能，从地球到月球，的半衰期 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。
【答案】 234 小于 不变
【详解】[1]根据核反应的质量数守恒可得
[2]比结合能越大越稳定，由于衰变成为了，故比稳定，即的平均结合能小于的平均结合能。
[3]半衰期由原子核本身决定的，与温度、位置等外部因素无关。所以从地球到月球，的半衰期不变。
08 核反应方程及应用
16．（2024·福建泉州·一模）“嫦娥六号”从月球背面南极的艾特肯盆地带回的月壤里富含氦3元素。氦3可与氘发生核反应，生成无害的氦气且不产生中子，因此被认为是非常完美的核燃料。该过程的核反应方程为 ，该核反应为 反应（选填“聚变”“裂变”或“衰变”），该核反应释放的总能量为18.5MeV，平均每个核子释放的能量为 MeV。
【答案】 聚变 3.7
【详解】[1]根据核反应质量数和电荷数守恒，该过程的核反应方程为
[2]该核反应为聚变反应。
[3]平均每个核子释放的能量为
17.（2025·福建漳州·模拟预测）2024年12月报道，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”每次发生的主要核反应是两个结合成并放出一个新粒子即 （填“质子”“中子”或“电子”），同时释放出能量E。此核反应为 （填“核聚变”或“核裂变”）。若的质量为m1，的质量为m2，光在真空中的传播速度为c，则新粒子的质量为 （用题中物理量符号表示）。
【答案】 中子 核聚变
【详解】[1][2]根据质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方程为
则放出的新粒子为中子，此核反应为核聚变；
[3]设新粒子的质量为m3，核聚变是放能反应，反应前后质量减少，释放的能量
可得新粒子的质量
09 核能的计算
18．（2024·福建泉州·模拟预测）全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程：，这个核反应方程中的表示 。这个核反应释放出大量核能；的比结合能 （选填“大于”“等于”或“小于”）的比结合能。已知、、、的质量分别为、、、，真空中的光速为，这个核反应中释放的核能ΔE= 。
【答案】 （中子） 大于
【详解】[1]根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，的质量数为1，电荷数为0，则表示（中子）。
[2]核反应后生成物比反应物更稳定，所以的比结合能大于的比结合能。
[3]根据质能方程可得
19.（2024·福建·一模）中国的核聚变研究已进入世界前列，主要利用2个氘核聚变成，被称为人造太阳，已知氘核的质量为，的质量为，中子质量为，质子的质量为，α粒子的质量为，光在真空中的传播速度为c，该核反应中产生的新粒子为 ，该核反应中释放出的核能为 （用题中的字母表示）
【答案】 中子/
【详解】[1]根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，核反应中产生的新粒子为质量数为，电荷数为，则该核反应中产生的新粒子为中子。
[2]根据质能方程可知该核反应中释放出的核能为
1．（2025·福建·模拟预测）铀（）静止时衰变为和粒子，并放出能量为的光子。已知铀、和粒子的质量分别记为、和，衰变放出光子的动量可忽略且该过程释放的核能除去光子的能量外全部转化为和粒子的动能。静止的铀（）在匀强磁场中衰变产生的和粒子两者速度方向均与磁场垂直，做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A．和粒子在磁场中匀速圆周运动轨迹为内切圆
B．的比结合能大于的比结合能
C．1000个铀核（）经过2个半衰期衰变了250个
D．与粒子的动能之和为
【答案】B
【详解】A．衰变产生的和粒子都带正电，速度方向相反，在磁场中匀速圆周运动轨迹为外切圆，故A错误；
B．比结合能越大，原子核越稳定，由于衰变时放出核能，比结合能增大，所以的比结合能大于的比结合能，故B正确；
C．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，少数不适用，故C错误；
D．由能量守恒可知
结合质能方程
可知，故D错误。
故选B。
2．（2025·福建厦门·二模）2025年1月20日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克实验装置首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”。实验装置内发生的核反应方程之一为，已知该反应过程中质量亏损为，则（ ）
A．为电子
B．该反应为衰变
C．该反应放出能量
D．的平均结合能大于的平均结合能
【答案】D
【详解】A．根据电荷数和质量数守恒，X的质子数为
质量数为
可知X为中子，故A错误；
B．该反应为聚变反应，故B错误；
C．根据爱因斯坦的质能方程该反应放出能量，故C错误；
D．核聚变的生成物比反应物更稳定，所以比更稳定，即的平均结合能大于的平均结合能，故D正确。
故选D。
3．（2024·福建福州·模拟预测）一群处于能级的氢原子，向低能级跃迁的过程中能发出6种不同频率的光。将这些不同频率的光分别照射到图甲所示电路的阴极K表面的金属上，只能测得2条电流随电压变化的图像，如图乙所示。已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列说法正确的是（ ）

A．动能为1eV的电子能使处于能级的氢原子电离
B．图乙中的a光光子能量为12.75eV
C．图乙中的a光是氢原子从能级向基态跃迁发出的
D．阴极金属的逸出功可能为
【答案】AD
【详解】A．要使处于能级的氢原子电离，入射电子的能量应大于0.85eV，故动能为1eV的电子能使处于能级的氢原子电离，故A正确。
BC．跃迁产生的6种频率的光中只有2种能使阴极金属发生光电效应，说明这2种频率的光对应的能量最大，即分别是氢原子从能级向基态跃迁和从能级向基态跃迁发出的，由图乙可知，b光对应的遏止电压较大，根据爱因斯坦光电效应方程
动能定理
可知a光的频率较小，所以a光是氢原子从能级向基态跃迁发出的，对应的光子能量
故BC错误。
D．阴极金属的逸出功大于氢原子能级与基态的能量差，小于氢原子能级与基态的能量差，即
故D正确。
故选AD。
4．（2025·福建·模拟预测）甲图，一群处于能级的氢原子受到动能为的自由电子碰撞 （填“能”或“不能”）跃迁至能级；从跃迁至能级释放出的谱线称为“巴尔末系”，现从、、三个能级跃迁至能级产生的光子照射至乙图的光电管，形成的图线如丙图所示，则从跃迁至所形成的图线为丙图中的 （填“a光”、“b光”或“c光”）。
【答案】 能 c光
【详解】[1]自由电子
所以氢原子能跃迁至能级；
[2]由光电效应方程，从跃迁至的能量最小，则遏止电压最小，应是c光。
5．（2025·福建福州·三模）2025年3月28日，我国自主研制的“中国环流三号”首次实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的参数水平，标志着中国核能开发迈出重要一步。该核反应方程为，方程式中的X为 （选填“电子”、“中子”或“质子”），该反应属于核 （选填“聚变”或“裂变”）；反应前后质量亏损约为0.02u，释放能量约为 MeV（质量亏损1u释放931.5MeV的核能）。
【答案】 中子 聚变 18.63
【详解】[1]根据核反应方程前后质量数和核电荷数守恒可知X为中子。
[2]该反应属于核聚变。
[3]由质能方程
1．（2024·福建·高考真题）2024 年我国研发出一款安全性高、稳定发电时间长的新微型原子能电池。该电池将衰变释放的能量转化为电能，衰变方程为，式中，是质量可忽略不计的中性粒子，则 X 表示的是（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为0，电荷数，则X为。
故选B。
2．（2022·福建·高考真题）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为8天，已知，，，则下列说法正确的是（ ）
A．衰变产生的射线来自于原子的核外电子
B．该反应前后质量亏损
C．放射性元素发生的衰变为衰变
D．经过16天，75%的原子核发生了衰变
【答案】D
【详解】A．衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放出来形成射线，故A错误；
B．该反应前后质量亏损为
故B错误；
C．放射性元素发生的衰变为衰变，故C错误；
D．由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，75%的原子核发生了衰变，故D正确。
故选D。
金属
钨
钙
钠
钾
铷
逸出功W0/eV
4.54
3.20
2.29
2.25
2.13