2025學(xué)年高中物理必修78模塊測試卷：原子結(jié)構(gòu)與核反應(yīng)試題考試時間：______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選項中，只有一項是最符合題目要求的。）1.在學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)的時候，同學(xué)們常常會感到困惑，盧瑟福的α粒子散射實驗為什么能說明原子存在一個很小的核呢？以下哪個選項最準(zhǔn)確地描述了實驗的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)？A.α粒子大多數(shù)能夠穿過金箔，說明原子內(nèi)部是空曠的。B.少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子中存在一個很小但密度極大的核。C.α粒子全部被金箔反射回來，說明原子像個小鏡子一樣。D.α粒子與金箔發(fā)生碰撞，說明原子是實心球體。2.根據(jù)玻爾理論，電子在原子核外圍繞核做圓周運動時，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動。B.電子只能在特定的、不連續(xù)的軌道上運動，且這些軌道對應(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動，因為那里能量最低。3.當(dāng)氫原子從n=4的能級躍遷到n=2的能級時，它釋放出的光子能量是多少？已知氫原子能級公式為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)生衰變所需的時間。以下哪個說法是正確的？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。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。C.半衰期與放射性元素的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，因為半衰期是原子核的固有屬性。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，原子核會釋放出一個α粒子，以下哪個說法是正確的？A.α粒子是一個質(zhì)子。B.α粒子是一個中子。C.α粒子是一個氦核，包含2個質(zhì)子和2個中子。D.α粒子是一個電子。7.β衰變過程中，原子核會釋放出一個β粒子，以下哪個說法是正確的？A.β粒子是一個質(zhì)子。B.β粒子是一個中子。C.β粒子是一個電子，由一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子時釋放出來。D.β粒子是一個正電子，由一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€中子時釋放出來。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。以下哪個說法是正確的？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.增加中子的動能，使其更容易引發(fā)裂變。B.減少中子的動能，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，以下哪個說法是正確的？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，核聚變還在實驗研究階段。C.核聚變是目前主要的核能利用方式，核裂變還在實驗研究階段。D.核能的利用會導(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中，以下哪種材料最適合用來屏蔽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中，以下哪種材料最適合用來屏蔽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中，以下哪種材料最適合用來屏蔽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粒子散射實驗中，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔，說明原子大部分是________，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子中存在一個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動時，只能在特定的、不連續(xù)的軌道上運動，這些軌道對應(yīng)著特定的________，當(dāng)電子從較高能級躍遷到較低能級時，會釋放出光子，光子的能量等于兩個能級之間的________。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的原子核有一半會發(fā)生衰變，變成什么核？請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，核聚變還在實驗研究階段，但具有巨大的潛力，它通過輕核的________釋放出巨大的能量。三、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分。請將答案寫在答題卡相應(yīng)的位置。）1.簡述盧瑟福的α粒子散射實驗的主要步驟和關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。這個實驗為什么對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識產(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動時，只能在一些特定的軌道上運動，而不是在任意半徑的軌道上運動？這些特定軌道的能量有什么特點？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)無關(guān)？4.α衰變和β衰變有什么區(qū)別？請分別說明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)點和缺點？為什么說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？四、論述題（本大題共2小題，每小題10分，共20分。請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。核裂變和核聚變在哪些方面有similarities和differences？為什么說核聚變是未來核能利用的重要方向？2.舉例說明放射性元素在醫(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？為什么說核廢料的處理是一個非常重要的問題？五、計算題（本大題共2小題，每小題10分，共20分。請將答案寫在答題卡相應(yīng)的位置。）1.氫原子的能級公式為E_n=-13.6/n^2eV。一個氫原子從n=5的能級躍遷到n=2的能級，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區(qū)域？2.鈾-238的半衰期約為4.5億年。假設(shè)一個樣品中含有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粒子散射實驗中，絕大多數(shù)α粒子能夠穿過金箔，這說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，這說明原子中存在一個很小但密度極大的核，這個核就是原子核。所以選項B最準(zhǔn)確地描述了實驗的關(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動時，只能在特定的、不連續(xù)的軌道上運動，這些軌道對應(yīng)著特定的能量。當(dāng)電子從一個較高能級躍遷到較低能級時，會釋放出光子，光子的能量等于兩個能級之間的能量差。所以選項B是正確的。3.答案：C解析：根據(jù)氫原子能級公式E_n=-13.6/n^2eV，可以計算出n=4和n=2能級的能量分別為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，但這個反應(yīng)是α衰變，不是核反應(yīng)方程的典型形式；選項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)生衰變所需的時間。半衰期與放射性元素的物理狀態(tài)無關(guān)，因為半衰期是原子核的固有屬性。半衰期與放射性元素的質(zhì)量有關(guān)，但質(zhì)量越大并不意味著半衰期越長，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)境溫度無關(guān)，溫度升高不會影響半衰期。所以選項C是正確的。6.答案：C解析：α粒子是一個氦核，包含2個質(zhì)子和2個中子。在α衰變過程中，原子核釋放出一個α粒子，質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2。所以選項C是正確的。7.答案：C解析：β衰變過程中，原子核中的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子，同時釋放出一個電子和一個反電子中微子。釋放出的電子就是β粒子。所以選項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發(fā)生湮滅，產(chǎn)生兩個γ光子。所以選項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)，其中一個氘核和一個氚核聚變成一個氦核和一個中子，同時釋放出巨大的能量。所以選項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，核聚變還在實驗研究階段，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，但比γ射線弱，適合用鋁箔屏蔽。所以選項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，適合用水泥墻屏蔽。所以選項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粒子散射實驗中，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔，說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)，說明原子中存在一個很小的但密度極大的原子核。2.答案：能量；能級差解析：根據(jù)玻爾理論，電子在原子核外圍繞核做圓周運動時，只能在特定的、不連續(xù)的軌道上運動，這些軌道對應(yīng)著特定的能量。當(dāng)電子從較高能級躍遷到較低能級時，會釋放出光子，光子的能量等于兩個能級之間的能級差。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，但還在實驗研究階段。三、簡答題答案及解析1.答案：盧瑟福的α粒子散射實驗的主要步驟包括：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，說明原子中存在一個很小但密度極大的原子核。這個實驗對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識產(chǎn)生了革命性的影響，因為它推翻了湯姆孫的“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動時，只能在一些特定的軌道上運動，而不是在任意半徑的軌道上運動，這是因為電子在這些特定的軌道上運動時，不會發(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)電子從一個較高能級躍遷到較低能級時，會釋放出光子，光子的能量等于兩個能級之間的能量差。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)無關(guān)。半衰期是放射性元素的固有屬性，因為它是原子核的內(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，原子核中的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子，同時釋放出一個電子和一個反電子中微子，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，因為這是自然界的基本規(guī)律。5.答案：核能的利用的優(yōu)點是能量密度高，清潔無污染，可以替代化石燃料。缺點是核廢料處理困難，核事故風(fēng)險較高，核擴散問題。核能是一種清潔能源，因為核反應(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，以保護人員和環(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或多個較輕的核，同時釋放出中子和巨大的能量。核聚變的基本原理是兩個或多個輕核結(jié)合成一個較重的核，同時釋放出巨大的能量。核裂變和核聚變在simi