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文档介绍
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:见解析查看更多