2020届高考物理一轮复习 第12章 近代物理 第二节 原子与原子核达标诊断高效训练

2020届高考物理一轮复习 第12章 近代物理 第二节 原子与原子核达标诊断高效训练

1 第二节 原子与原子核 (建议用时：60 分钟) 一、单项选择题 1．(2018·南昌十所省重点中学模拟)下列说法正确的是(　　) A．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量 B．比结合能越大，原子核越不稳定 C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期 D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损 解析：选 A.光子像其他粒子一样，不但具有粒子性，而且也有波动性，则不但具有能量， 也具有动量，故 A 正确；比结合能越大的原子核越稳定，B 错误；放射性元素的半衰期与外 界因素没有任何关系，只和本身性质有关，C 错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量 之和，这个现象叫做质量亏损，故 D 错误． 2．铀核可以发生衰变和裂变，铀核的(　　) A．衰变和裂变都能自发发生 B．衰变和裂变都不能自发发生 C．衰变能自发发生而裂变不能自发发生 D．衰变不能自发发生而裂变能自发发生 解析：选 C.铀是天然放射性元素，所以铀核的衰变是能自发发生的，而铀核的裂变是人工 实现的，是用中子轰击铀核实现的，所以铀核的裂变，不能自发发生，故 A、B、D 错误，C 正确． 3.23290 Th 经过一系列α衰变和 β 衰变后变成 20882 Pb，则 20882 Pb 比 23290 Th 少(　　) A．16 个中子，8 个质子　　　 B．8 个中子，16 个质子 C．24 个中子，8 个质子 D．8 个中子，24 个质子 解析：选 A.20882 Pb 比 23290 Th 质子数少(90－82)＝8 个，核子数少(232－208)＝24 个，所以中子 数少(24－8)＝16 个，故 A 正确，B、C、D 错误． 4.(2018·哈尔滨六中模拟)静止在匀强电场中的碳 14 原子核，某时 刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过 相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b 表示长度)．那么碳 14 的核 反应方程可能是(　　) A.146 C→42He＋104 Be B．146 C→01e＋145 B C.146 C→ 0－1e＋147 N D．146 C→21H＋125 B 解析：选 A.由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向 相同，均带正电，且由水平位移可得两者电荷量之比为 1∶2；所以放出的粒子为α粒子， 2 即发生 α 衰变，则核反应方程是 146 C→42He＋104 Be，故 A 正确． 5.在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的 带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中 a、b 所示，由图可以判定(　　) A．该核发生的是α衰变 B．该核发生的是β衰变 C．磁场方向一定垂直纸面向里 D．磁场方向一定垂直纸面向外 解析：选 B.本题考查对α粒子及 β 粒子的性质的了解，对动量守恒定律以及左手定则的应 用能力．原来静止的核，放出粒子后，总动量守恒，所以粒子和反冲核的速度方向一定相反， 根据题图所示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷， 故应为 β 衰变；由于不知它们的旋转方向，因而无法判定磁场是向里还是向外，即都有可 能． 6．(2015·高考北京卷)下列核反应方程中，属于α衰变的是(　　) A.147 N＋42He→178 O＋11H B．23892 U→23490 Th＋42He C.21H＋31H→42He＋10n D．23490 Th→23491 Pa＋ 0－1e 解析：选 B.α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(42He)的核反应，选项 B 正确． 7．(2018·四川遂宁模拟)不同色光的光子能量如下表所示； 色光 红 橙 黄 绿 蓝－靛 紫 光子能量 范围(eV) 1.61～ 2.00 2.00～ 2.07 2.07～ 2.14 2.14～ 2.53 2.53～ 2.76 2.76～ 3.10 氢原子部分能级的示意图如图所示． 大量处于 n＝4 能级的氢原子，发射出的光的谱线在可见光范围内，其颜色分别为(　　) A．红、蓝－靛 B．红、紫 C．橙、绿 D．蓝－靛、紫 解析：选 A.计算出各种光子能量，然后和表格中数据进行对比，便可解决本题．氢原子处 于第四能级，能够发出 12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV 的六种光 子，1.89 eV 和 2.55 eV 属于可见光，1.89 eV 的光子为红光，2.55 eV 的光子为蓝－靛． 二、多项选择题 8．14C 发生放射性衰变为 14N，半衰期约为 5 700 年．已知植物存活期间，其体内 14C 与 12C 的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中 14C 3 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是(　　) A．该古木的年代距今约为 5 700 年 B．12C、13C、14C 具有相同的中子数 C．14C 衰变为 14N 的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速 14C 的衰变 解析：选 AC.因古木样品中 14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的 时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为 5 700 年，选项 A 正确；12C、13C、14C 具有相 同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项 B 错误；根据核反应方程可知，14C 衰 变为 14N 的过程中放出电子，即发出β射线，选项 C 正确；外界环境不影响放射性元素的半 衰期，选项 D 错误． 9．(2015·高考广东卷)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反 应方程分别为：X＋Y→42He＋31H＋4.9 MeV 和 21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV，下列表述正确的有 (　　) A．X 是中子 B．Y 的质子数是 3，中子数是 6 C．两个核反应都没有质量亏损 D．氘和氚的核反应是核聚变反应 解析：选 AD.核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由 21H＋31H→42He＋X＋17.6 MeV 知 X 为 10n，由 X＋Y→42He＋31H＋4.9 MeV 知 Y 为 63Li，其中 Y 的质子数是 3，中子数也是 3， 选项 A 正确，选项 B 错误；两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项 C 错误；X＋Y→ 42He＋31H＋4.9 MeV 是原子核的人工转变，21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV 为轻核聚变，选项 D 正 确． 10．在花岗岩、大理石等装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素 的说法中正确的是(　　) A．β射线与γ射线一样都是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱 B．氡的半衰期为 3.8 天，4 个氡原子核经过 7.6 天后就一定只剩下 1 个氡原子核 C.23892 U 衰变成 20682 Pb 要经过 6 次β衰变和 8 次α衰变 D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的 解析：选 CD.β射线是电子流，γ射线才是电磁波，选项 A 错误；半衰期的意义只有对大量 原子核才成立，选项 B 错误；23892 U 衰变成 20682 Pb，质量数减少了 32，因此发生了 32 4 ＝8 次α衰 变，α衰变 8 次则核电荷数要减少 16，实际核电荷数减少 10，因此发生了 16－10＝6 次β 衰变，C 正确；β 衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，D 正确． 三、非选择题 4 11.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果 得到一张两个相切圆的径迹照片(如图所示)，今测得两个相切圆半径之比 r1∶r2＝1∶44.则： (1)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由) (2)这个原子核原来所含的质子数是多少？ 解析：(1)因为动量守恒，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道 2 是α粒子的 径迹，圆轨道 1 是新生核的径迹，两者电性相同，运动方向相反． (2)设衰变后新生核的电荷量为 q1，α粒子的电荷量为 q2＝2e，它们的质量分别为 m1 和 m2， 衰变后的速度分别为 v1 和 v2，所以原来原子核的电荷量 q＝q1＋q2. 根据轨道半径公式有 r1 r2＝ m1v1 Bq1 m2v2 Bq2 ＝ m1v1q2 m2v2q1， 又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则 m1v1＝m2v2， 以上三式联立解得 q＝90e. 即这个原子核原来所含的质子数为 90. 答案：(1)圆轨道 2 是α粒子的径迹　理由见解析　(2)90 12．(2017·高考北京卷)在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了 一次α衰变．放射出的α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为 R.以 m、q 分别表示α粒子的质量和电荷量． (1)放射性原子核用 AZX 表示，新核的元素符号用 Y 表示，写出该α衰变的核反应方程． (2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小． (3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，新核的质量为 M，求衰变过程 的质量亏损Δm. 解析：(1)AZX―→A－4Z－2Y＋42He. (2)设α粒子的速度大小为 v， 由 qvB＝m v2 R ，T＝ 2πR v ，得 α粒子在磁场中运动周期 T＝ 2πm qB 环形电流大小 I＝ q T＝ q2B 2πm. (3)由 qvB＝m v2 R ，得 v＝ qBR m 5 设衰变后新核 Y 的速度大小为 v′，系统动量守恒 Mv′－mv＝0 v′＝ mv M ＝ qBR M 由Δmc2＝ 1 2Mv′2＋ 1 2mv2 得Δm＝ （M＋m）（qBR）2 2mMc2 . 答案：见解析