2025學(xué)年高中物理必修78模塊測(cè)試卷：原子結(jié)構(gòu)與核反應(yīng)試題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（本大題共15小題，每小題4分，共60分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是最符合題目要求的。）1.在學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)的時(shí)候，同學(xué)們常常會(huì)感到困惑，盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)為什么能說(shuō)明原子存在一個(gè)很小的核呢？以下哪個(gè)選項(xiàng)最準(zhǔn)確地描述了實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)？A.α粒子大多數(shù)能夠穿過金箔，說(shuō)明原子內(nèi)部是空曠的。B.少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明原子中存在一個(gè)很小但密度極大的核。C.α粒子全部被金箔反射回來(lái)，說(shuō)明原子像個(gè)小鏡子一樣。D.α粒子與金箔發(fā)生碰撞，說(shuō)明原子是實(shí)心球體。2.根據(jù)玻爾理論，電子在原子核外圍繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下哪種情況是可能發(fā)生的？A.電子可以在任意半徑的軌道上運(yùn)動(dòng)。B.電子只能在特定的、不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng)，且這些軌道對(duì)應(yīng)著特定的能量。C.電子可以在軌道之間隨意躍遷，沒有能量限制。D.電子只能在最靠近原子核的軌道上運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槟抢锬芰孔畹汀?.當(dāng)氫原子從n=4的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)時(shí)，它釋放出的光子能量是多少？已知?dú)湓幽芗?jí)公式為E_n=-13.6/n^2eV。A.2.55eVB.10.2eVC.12.75eVD.15.8eV4.在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒是非常重要的原則。以下哪個(gè)核反應(yīng)方程是正確的？A._6^12C+_2^4He→_7^14N+_0^1nB._92^238U→_90^234Th+_2^4HeC._1^2H+_1^3H→_2^4He+_0^1nD._7^14N+_4^2He→_8^17O+_1^1H5.放射性元素的半衰期是指其原子核有一半發(fā)生衰變所需的時(shí)間。以下哪個(gè)說(shuō)法是正確的？A.半衰期與放射性元素的物理狀態(tài)有關(guān)，固態(tài)放射性元素的半衰期通常比氣態(tài)長(zhǎng)。B.半衰期與放射性元素的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大的放射性元素半衰期越長(zhǎng)。C.半衰期與放射性元素的化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，因?yàn)榘胨テ谑窃雍说墓逃袑傩?。D.半衰期與放射性元素所處的環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越高半衰期越短。6.在α衰變過程中，原子核會(huì)釋放出一個(gè)α粒子，以下哪個(gè)說(shuō)法是正確的？A.α粒子是一個(gè)質(zhì)子。B.α粒子是一個(gè)中子。C.α粒子是一個(gè)氦核，包含2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子。D.α粒子是一個(gè)電子。7.β衰變過程中，原子核會(huì)釋放出一個(gè)β粒子，以下哪個(gè)說(shuō)法是正確的？A.β粒子是一個(gè)質(zhì)子。B.β粒子是一個(gè)中子。C.β粒子是一個(gè)電子，由一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子時(shí)釋放出來(lái)。D.β粒子是一個(gè)正電子，由一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中子時(shí)釋放出來(lái)。8.正電子發(fā)射斷層掃描（PET）是一種常用的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它利用了正電子的湮滅現(xiàn)象。以下哪個(gè)說(shuō)法是正確的？A.正電子和電子是同一粒子，只是帶相反電荷。B.正電子和電子是同一粒子，只是質(zhì)量不同。C.正電子和電子是不同的粒子，正電子帶正電荷，電子帶負(fù)電荷。D.正電子和電子是不同的粒子，正電子質(zhì)量比電子大。9.在核反應(yīng)堆中，中子減速劑的作用是什么？A.增加中子的動(dòng)能，使其更容易引發(fā)裂變。B.減少中子的動(dòng)能，使其更容易被核燃料吸收引發(fā)裂變。C.吸收中子，防止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生。D.產(chǎn)生更多的中子，增強(qiáng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。10.重水（D?O）在核反應(yīng)堆中有何重要作用？A.作為冷卻劑，吸收反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量。B.作為中子減速劑，減少中子的動(dòng)能。C.作為核燃料，參與核裂變反應(yīng)。D.作為moderator，增加反應(yīng)堆的效率。11.在核聚變反應(yīng)中，以下哪種反應(yīng)是典型的氘氚聚變反應(yīng)？A._1^2H+_1^2H→_2^3He+_0^1nB._1^2H+_1^3H→_2^4He+_0^1nC._1^3H+_1^3H→_2^6He+_2^1nD._1^2H+_1^1H→_1^3H+_0^1n12.在核能的利用過程中，以下哪個(gè)說(shuō)法是正確的？A.核裂變和核聚變都是目前主要的核能利用方式。B.核裂變是目前主要的核能利用方式，核聚變還在實(shí)驗(yàn)研究階段。C.核聚變是目前主要的核能利用方式，核裂變還在實(shí)驗(yàn)研究階段。D.核能的利用會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，應(yīng)該被禁止。13.在原子核的放射線防護(hù)中，以下哪種材料最適合用來(lái)屏蔽α射線？A.鋁箔B.鈣片C.鉛板D.玻璃紙14.在原子核的放射線防護(hù)中，以下哪種材料最適合用來(lái)屏蔽β射線？A.鋁箔B.鈣片C.鉛板D.石棉板15.在原子核的放射線防護(hù)中，以下哪種材料最適合用來(lái)屏蔽γ射線？A.鋁箔B.鈣片C.鉛板D.水泥墻二、填空題（本大題共5小題，每小題4分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在答題卡相應(yīng)的位置。）1.盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔，說(shuō)明原子大部分是________，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明原子中存在一個(gè)很小的但密度極大的________。2.根據(jù)玻爾理論，電子在原子核外圍繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，只能在特定的、不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道對(duì)應(yīng)著特定的________，當(dāng)電子從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，會(huì)釋放出光子，光子的能量等于兩個(gè)能級(jí)之間的________。3.在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒是非常重要的原則。例如，在核反應(yīng)方程_92^238U→_90^234Th+X中，X表示的粒子是什么？請(qǐng)寫出該核反應(yīng)方程的完整形式。4.放射性元素的半衰期是指其原子核有一半發(fā)生衰變所需的時(shí)間。例如，鈾-238的半衰期約為4.5億年，這意味著經(jīng)過4.5億年，鈾-238的原子核有一半會(huì)發(fā)生衰變，變成什么核？請(qǐng)寫出該衰變的核反應(yīng)方程。5.在核能的利用過程中，核裂變和核聚變都是重要的核能利用方式。核裂變是目前主要的核能利用方式，它通過重核的裂變釋放出巨大的能量，核聚變還在實(shí)驗(yàn)研究階段，但具有巨大的潛力，它通過輕核的________釋放出巨大的能量。三、簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分。請(qǐng)將答案寫在答題卡相應(yīng)的位置。）1.簡(jiǎn)述盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)的主要步驟和關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)為什么對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了革命性的影響？2.根據(jù)玻爾理論，解釋為什么電子在原子核外圍繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，只能在一些特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，而不是在任意半徑的軌道上運(yùn)動(dòng)？這些特定軌道的能量有什么特點(diǎn)？3.什么是半衰期？半衰期的大小與放射性元素的哪些因素有關(guān)？為什么半衰期是放射性元素的固有屬性，與放射性元素所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)？4.α衰變和β衰變有什么區(qū)別？請(qǐng)分別說(shuō)明α衰變和β衰變過程中，原子核的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)是如何變化的？為什么說(shuō)核反應(yīng)方程必須滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒？5.核能的利用有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？為什么說(shuō)核能是一種清潔能源？在核能的利用過程中，如何進(jìn)行放射線防護(hù)？四、論述題（本大題共2小題，每小題10分，共20分。請(qǐng)將答案寫在答題卡相應(yīng)的位置。）1.詳細(xì)論述核裂變和核聚變的基本原理。核裂變和核聚變?cè)谀男┓矫嬗衧imilarities和differences？為什么說(shuō)核聚變是未來(lái)核能利用的重要方向？2.舉例說(shuō)明放射性元素在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。在核能的利用過程中，如何進(jìn)行核廢料的處理？為什么說(shuō)核廢料的處理是一個(gè)非常重要的問題？五、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題10分，共20分。請(qǐng)將答案寫在答題卡相應(yīng)的位置。）1.氫原子的能級(jí)公式為E_n=-13.6/n^2eV。一個(gè)氫原子從n=5的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)，求它釋放出的光子的能量是多少？這些光子在電磁波譜中屬于哪個(gè)區(qū)域？2.鈾-238的半衰期約為4.5億年。假設(shè)一個(gè)樣品中含有1克鈾-238，經(jīng)過15億年后，樣品中還有多少克鈾-238沒有發(fā)生衰變？本次試卷答案如下一、選擇題答案及解析1.答案：B解析：盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子能夠穿過金箔，這說(shuō)明原子大部分是空曠的；少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至有的幾乎被反彈回來(lái)，這說(shuō)明原子中存在一個(gè)很小但密度極大的核，這個(gè)核就是原子核。所以選項(xiàng)B最準(zhǔn)確地描述了實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。2.答案：B解析：根據(jù)玻爾理論，電子在原子核外圍繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，只能在特定的、不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道對(duì)應(yīng)著特定的能量。當(dāng)電子從一個(gè)較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，會(huì)釋放出光子，光子的能量等于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。所以選項(xiàng)B是正確的。3.答案：C解析：根據(jù)氫原子能級(jí)公式E_n=-13.6/n^2eV，可以計(jì)算出n=4和n=2能級(jí)的能量分別為E_4=-13.6/4^2=-0.85eV，E_2=-13.6/2^2=-3.4eV。釋放出的光子能量為E_photon=E_4-E_2=-0.85eV-(-3.4eV)=2.55eV。所以選項(xiàng)C是正確的。4.答案：C解析：核反應(yīng)方程必須滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。選項(xiàng)A中，左邊質(zhì)量數(shù)為12+4=16，右邊質(zhì)量數(shù)為14+1=15，不守恒；選項(xiàng)B中，左邊質(zhì)量數(shù)為238，右邊質(zhì)量數(shù)為234+4=238，守恒，但電荷數(shù)左邊為92，右邊為90+2=92，也守恒，但這個(gè)反應(yīng)是α衰變，不是核反應(yīng)方程的典型形式；選項(xiàng)C中，左邊質(zhì)量數(shù)為2+3=5，右邊質(zhì)量數(shù)為4+1=5，守恒；電荷數(shù)左邊為1+1=2，右邊為2+1=3，不守恒，所以選項(xiàng)C是正確的。5.答案：C解析：半衰期是指放射性元素的原子核有一半發(fā)生衰變所需的時(shí)間。半衰期與放射性元素的物理狀態(tài)無(wú)關(guān)，因?yàn)榘胨テ谑窃雍说墓逃袑傩浴０胨テ谂c放射性元素的質(zhì)量有關(guān)，但質(zhì)量越大并不意味著半衰期越長(zhǎng)，半衰期是由原子核的性質(zhì)決定的。半衰期與放射性元素所處的環(huán)境溫度無(wú)關(guān)，溫度升高不會(huì)影響半衰期。所以選項(xiàng)C是正確的。6.答案：C解析：α粒子是一個(gè)氦核，包含2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子。在α衰變過程中，原子核釋放出一個(gè)α粒子，質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2。所以選項(xiàng)C是正確的。7.答案：C解析：β衰變過程中，原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)釋放出一個(gè)電子和一個(gè)反電子中微子。釋放出的電子就是β粒子。所以選項(xiàng)C是正確的。8.答案：C解析：正電子和電子是不同的粒子，正電子帶正電荷，電子帶負(fù)電荷。正電子是電子的反粒子。在PET中，正電子與電子相遇會(huì)發(fā)生湮滅，產(chǎn)生兩個(gè)γ光子。所以選項(xiàng)C是正確的。9.答案：B解析：中子減速劑的作用是減少中子的動(dòng)能，使其更容易被核燃料吸收引發(fā)裂變。中子減速劑通常是一些輕元素，如氫、硼、碳等。所以選項(xiàng)B是正確的。10.答案：B解析：重水（D?O）在核反應(yīng)堆中有重要作用，它作為中子減速劑，減少中子的動(dòng)能，使其更容易被核燃料吸收引發(fā)裂變。重水中的氘核（2H）可以有效地減速中子。所以選項(xiàng)B是正確的。11.答案：B解析：氘氚聚變反應(yīng)是典型的核聚變反應(yīng)，其中一個(gè)氘核和一個(gè)氚核聚變成一個(gè)氦核和一個(gè)中子，同時(shí)釋放出巨大的能量。所以選項(xiàng)B是正確的。12.答案：B解析：核裂變是目前主要的核能利用方式，核聚變還在實(shí)驗(yàn)研究階段，但具有巨大的潛力。核裂變通過重核的裂變釋放出巨大的能量，核聚變通過輕核的聚變釋放出巨大的能量。所以選項(xiàng)B是正確的。13.答案：C解析：α射線是氦核，帶正電荷，穿透能力最弱，適合用鉛板屏蔽。所以選項(xiàng)C是正確的。14.答案：A解析：β射線是電子，穿透能力比α射線強(qiáng)，但比γ射線弱，適合用鋁箔屏蔽。所以選項(xiàng)A是正確的。15.答案：D解析：γ射線是高能光子，穿透能力最強(qiáng)，適合用水泥墻屏蔽。所以選項(xiàng)D是正確的。二、填空題答案及解析1.答案：空曠的空間；原子核解析：盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔，說(shuō)明原子大部分是空曠的空間；少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明原子中存在一個(gè)很小的但密度極大的原子核。2.答案：能量；能級(jí)差解析：根據(jù)玻爾理論，電子在原子核外圍繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，只能在特定的、不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道對(duì)應(yīng)著特定的能量。當(dāng)電子從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，會(huì)釋放出光子，光子的能量等于兩個(gè)能級(jí)之間的能級(jí)差。3.答案：_2^4He；_92^238U→_90^234Th+_2^4He解析：在核反應(yīng)方程_92^238U→_90^234Th+X中，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，X的質(zhì)量數(shù)為4；根據(jù)電荷數(shù)守恒，X的電荷數(shù)為2，所以X是_2^4He。完整的核反應(yīng)方程為_92^238U→_90^234Th+_2^4He。4.答案：_90^234Th；_92^238U→_90^234Th+_0^1n解析：鈾-238經(jīng)過α衰變，變成釷-234和一個(gè)α粒子（_2^4He）。衰變的核反應(yīng)方程為_92^238U→_90^234Th+_2^4He。5.答案：聚變解析：核裂變是通過重核的裂變釋放出巨大的能量，核聚變是通過輕核的聚變釋放出巨大的能量。核聚變具有巨大的潛力，但還在實(shí)驗(yàn)研究階段。三、簡(jiǎn)答題答案及解析1.答案：盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)的主要步驟包括：將金箔制成薄片，用α粒子轟擊金箔，觀察α粒子的散射情況。關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔，說(shuō)明原子大部分是空曠的空間；少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，甚至有的幾乎被反彈回來(lái)，說(shuō)明原子中存在一個(gè)很小但密度極大的原子核。這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了革命性的影響，因?yàn)樗品藴穼O的“葡萄干布丁模型”，提出了原子核模型。2.答案：根據(jù)玻爾理論，電子在原子核外圍繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，只能在一些特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，而不是在任意半徑的軌道上運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)殡娮釉谶@些特定的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)發(fā)生能量輻射。這些特定軌道的能量是量子化的，即不連續(xù)的。當(dāng)電子從一個(gè)較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，會(huì)釋放出光子，光子的能量等于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。3.答案：半衰期是指放射性元素的原子核有一半發(fā)生衰變所需的時(shí)間。半衰期的大小與放射性元素的原子核的性質(zhì)有關(guān)，與放射性元素的質(zhì)量、物理狀態(tài)、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。半衰期是放射性元素的固有屬性，因?yàn)樗窃雍说膬?nèi)在性質(zhì)，不受外界條件的影響。4.答案：α衰變和β衰變的主要區(qū)別在于衰變過程中釋放的粒子不同。α衰變過程中，原子核釋放出一個(gè)α粒子（_2^4He），質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2。β衰變過程中，原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)釋放出一個(gè)電子和一個(gè)反電子中微子，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1。核反應(yīng)方程必須滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，因?yàn)檫@是自然界的基本規(guī)律。5.答案：核能的利用的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，清潔無(wú)污染，可以替代化石燃料。缺點(diǎn)是核廢料處理困難，核事故風(fēng)險(xiǎn)較高，核擴(kuò)散問題。核能是一種清潔能源，因?yàn)楹朔磻?yīng)過程中不產(chǎn)生溫室氣體。在核能的利用過程中，需要進(jìn)行放射線防護(hù)，以保護(hù)人員和環(huán)境免受輻射傷害。四、論述題答案及解析1.答案：核裂變的基本原理是重核在中子的轟擊下分裂成兩個(gè)或多個(gè)較輕的核，同時(shí)釋放出中子和巨大的能量。核聚變的基本原理是兩個(gè)或多個(gè)輕核結(jié)合成一個(gè)較重的核，同時(shí)釋放出巨大的能量。核裂變和核聚變?cè)趕imi