2022版高考物理一轮复习课后集训30原子结构和原子核含解析202104071171

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1．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n。下列说法正确的有( )
A．上述裂变反应中伴随着中子放出
B．铀块体积对链式反应的发生无影响
C．铀核的链式反应可人工控制
D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响
AC [根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题。裂变反应式中的eq \\al(1,0)n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误。]
2．一个eq \\al(14, 6)C核经一次β衰变后，生成新原子核的质子数和中子数分别是( )
A．6和8B．5和9
C．8和6D．7和7
D [一个eq \\al(14, 6)C核经一次β衰变后，生成新原子核，质量数不变，电荷数增加1，质量数为14，电荷数为7，即新核的质子数为7，中子数也为7，故选D。]
3.某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线，让这三种射线进入磁场，运动情况如图所示。下列说法正确的是( )
A．该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大
B．C粒子是原子核的重要组成部分
C．A粒子一定带正电
D．B粒子的穿透性最弱
C [半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故A错误；由题图可知C粒子为电子，而原子核带正电，故B错误；由左手定则可知，A粒子一定带正电，故C正确；B粒子为γ射线，穿透性最强，故D错误。]
4．居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而一起获得1903年的诺贝尔物理学奖，下列关于放射性的叙述，正确的是( )
A．自然界中只有原子序数大于83的元素才具有放射性
B．三种天然放射线中，电离能力和穿透能力最强的是α射线
C．α衰变eq \\al(238, 92)U→X＋eq \\al(4,2)He的产物X由90个质子和144个中子组成
D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
C [原子序数大于83的元素都具有放射性，小于83的个别元素也具有放射性，故A错误；α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故B错误；根据电荷数和质量数守恒得，产物X为eq \\al(234, 90)X，则质子为90个，中子数为234－90＝144个，故C正确；放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故D错误。]
5．关于近代物理发展的成果，下列说法正确的是( )
A．只要增加入射光的强度，光电效应就可以发生
B．氢原子从激发态向基态跃迁时会辐射特定频率的光子
C．环境温度越高，原子核衰变的速度越快
D．任何核反应都遵从质量守恒定律
B [发生光电效应和入射光的强度没有关系，只要大于等于金属极限频率就可以发生光电效应，故A错误；根据玻尔氢原子模型的相关理论，电子轨道和能量都是量子化的，而在“跃迁”过程中要遵循hν＝Em－En，故只能辐射特定频率的光子，故B正确；衰变和元素本身有关，和温度无关，故C错误；爱因斯坦的质能方程表明核反应中存在质量亏损，故D错误。]
6．(2020·山东12月份模拟考试)2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年。1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为eq \\al(4,2)He＋eq \\al(14, 7)N→eq \\al(m,8)X＋eq \\al(1,n)Y。以下判断正确的是( )
A．m＝16，n＝1B．m＝17，n＝1
C．m＝16，n＝0D．m＝17，n＝0
B [根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知，2＋7＝8＋n,4＋14＝m＋1，解得m＝17，n＝1，故选项B正确。]
7．如图所示为查德威克发现中子的实验示意图，利用钋(eq \\al(210, 84)P)衰变放出的α粒子轰击铍(eq \\al(9,4)Be)，产生的粒子P能将石蜡中的质子打出来，下列说法正确的是( )
A．α粒子是氦原子
B．粒子Q的穿透能力比粒子P的强
C．钋的α衰变方程为eq \\al(210, 84)P→eq \\al(208, 82)Pb＋eq \\al(4,2)He
D．α粒子轰击铍的核反应方程为eq \\al(4,2)He＋eq \\al(9,4)Be→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n
D [α粒子是氦原子核，选项A错误；eq \\al(4,2)He＋eq \\al(9,4)Be→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n是查德威克发现中子的核反应方程，选项D正确；粒子P是中子，粒子Q是质子，由于质子带正电，所以当质子射入物体时受到的库仑力会阻碍质子的运动，而中子不带电，不受库仑力作用，故粒子P的穿透能力比粒子Q的强，选项B错误；在钋的α衰变中，根据质量数守恒和电荷数守恒可知产生的是eq \\al(206, 82)Pb和eq \\al(4,2)He，选项C错误。]
8.自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态。某些原子核的衰变情况如图所示(N表示中子数，Z表示质子数)，则下列说法正确的是( )
A．由eq \\al(228, 88)Ra到eq \\al(228, 89)Ac的衰变是α衰变
B．已知eq \\al(228, 88)Ra的半衰期是T，则8个eq \\al(228, 88)Ra原子核经过2T时间后还剩2个
C．从eq \\al(228, 90)Th到eq \\al(208, 82)Pb共发生5次α衰变和2次β衰变
D．图中原子核发生的α衰变和β衰变分别只能产生α射线和β射线
C [eq \\al(228, 88)Ra衰变为eq \\al(228, 89)Ac的过程中，放出负电子，则该衰变是β衰变，选项A错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适用，选项B错误；eq \\al(228, 90)Th衰变为eq \\al(208, 82)Pb的过程中，质量数减少20，由原子核衰变时质量数守恒可知，该过程中共发生了5次α衰变，又由原子核衰变时电荷数守恒有5×2－x＝8，知x＝2，则该过程中共发生了2次β衰变，选项C正确；发生α衰变和β衰变时，往往伴随γ射线产生，选项D错误。]
9．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋X，式中X是某种粒子。已知：eq \\al(2,1)H、eq \\al(3,1)H、eq \\al(4,2)He和粒子X的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知( )
A．粒子X是eq \\al(1,1)H
B．该反应中的质量亏损为0.028 9 u
C．该反应释放出的能量约为17.6 MeV
D．该反应中释放的全部能量转化为粒子X的动能
C [根据核反应前、后质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为中子，选项A错误；该反应中的质量亏损为Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u，故B错误；由爱因斯坦质能方程可知释放出的能量为ΔE＝0.018 9×931.5 MeV≈17.6 MeV，选项C正确；该反应中释放的能量一部分转化为粒子X的动能，一部分转化为eq \\al(4,2)He的动能，故D错误。]
10．2020年7月23日12时41分，“天问一号”火星探测器，在中国文昌航天发射场成功发射升空。因为火星大部分地区表面温度的昼夜差超过100 ℃，一般化学电池无法工作，因此探测器的工作电源是放射性同位素电池，即核电池。核电池将同位素在衰变过程中不断放出的核能转变为电能，核电池已成功用作航天器的电源。据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是( )
A．eq \\al(3,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)nB．eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
C．eq \\al(238, 94)Pu→eq \\al(234, 92)U＋eq \\al(4,2)HeD．eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n
C [eq \\al(3,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n为核聚变，eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n为核裂变；eq \\al(238, 94)Pu→eq \\al(234, 92)U＋eq \\al(4,2)He为α衰变；eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n为原子核的人工转变。故应选C。]
11．已知一核反应方程为eq \\al(15, 7)N＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(12, 6)C＋X＋ΔE，eq \\al(15, 7)N的质量为m1，eq \\al(1,1)H的质量为m2，eq \\al(12, 6)C的质量为m3，X的质量为m4，光在真空中的速度为c。则下列判断正确的是( )
A．X是eq \\al(3,2)He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
B．X是eq \\al(4,2)He，ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
C．X是eq \\al(3,2)He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2
D．X是eq \\al(4,2)He，ΔE＝(m3＋m4－m1－m2)c2
B [根据核反应方程中质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数A＝15＋1－12＝4，核电荷数Z＝7＋1－6＝2，所以X为氦核(eq \\al(4,2)He)，该核反应过程中质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，所以释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，B正确。]
12．(多选)(2017·江苏高考)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有( )
A．eq \\al(4,2)He核的结合能约为14 MeV
B．eq \\al(4,2)He核比eq \\al(6,3)Li核更稳定
C．两个eq \\al(2,1)H核结合成eq \\al(4,2)He核时释放能量
D．eq \\al(235, )92U核中核子的平均结合能比eq \\al(89,36)Kr核中的大
BC [eq \\al(4,2)He核有4个核子，由比结合能图线可知，eq \\al(4,2)He核的结合能约为28 MeV，A错；比结合能越大，原子核越稳定，B对；两个eq \\al(2,1)H核结合成eq \\al(4,2)He核时，核子的比结合能变大，结合时要放出能量，C对；由比结合能图线知，eq \\al(235, )92U核中核子比结合能比eq \\al(89,36)Kr核中的小，D错。]
13.一静止在匀强磁场中的原子核eq \\al(m,n)X，发生一次衰变，放出的粒子和新核都在磁场中做匀速圆周运动，运动径迹如图所示。下列判断正确的是( )
A．原子核发生了α衰变
B．新核在磁场中的运动径迹是图中的2
C．运动径迹1、2的半径之比为1∶(n＋1)
D．放出的粒子和新核的质量数之比为1∶(m－1)
C [原子核发生衰变的过程满足动量守恒，所以放出的粒子和新核的动量等大反向，运动方向相反，新核一定带正电，而运动轨迹为内切圆，根据左手定则可以判断出原子核发生了β衰变，根据洛伦兹力提供向心力可知r＝eq \f(mv,Bq)＝eq \f(p,Bq)，由于新核带电荷量大于电子，所以新核的半径小，是运动径迹1，A、B错误；因为原子核发生的是β衰变，所以衰变后新核带电荷量为(n＋1)，所以运动径迹1、2的半径之比等于新核和粒子电荷量的反比，即为1∶(n＋1)，C正确；原子核衰变放出的是电子，质量数是0，所以粒子和新核的质量数之比不是1∶(m－1)，D错误。]
14．轻核聚变的一个核反应方程为：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋X。若已知eq \\al(2,1)H的质量为m1，eq \\al(3,1)H的质量为m2，eq \\al(4,2)He的质量为m3，X的质量为m4，则下列说法中正确的是( )
A．eq \\al(2,1)H和eq \\al(3,1)H在常温下就能够发生聚变
B．X是质子
C．这个反应释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
D．我国大亚湾核电站是利用轻核的聚变释放的能量来发电的
C [该反应属于核聚变反应，故应在高温高压下才能反应，故A错误；根据质量数守恒可知x的质量数：m＝2＋3－4＝1；电荷数：z＝1＋1－2＝0，可知x是中子，故B错误；由质能方程可知：质量亏损为m1＋m2－m3－m4；释放的核能为：ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；我国大亚湾核电站是利用重核的裂变释放的能量来发电的，故D错误。故选C。]
15.(2019·沈阳检测)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．eq \\al(14, 6)C→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(10, 4)BeB．eq \\al(14, 6)C→eq \\al(0,1)e＋eq \\al(14, 5)B
C．eq \\al(14, 6)C→eq \\al( 0,－1)e＋eq \\al(14, 7)ND．eq \\al(14, 6)C→eq \\al(2,1)H＋eq \\al(12, 5)B
A [设时间为t，则eq \f(\f(1,2)a1t2,v1t)＝2 ①，eq \f(\f(1,2)a2t2,v2t)＝4 ②，而加速度a＝eq \f(qE,m)，则eq \f(①,②)得eq \f(q1,m1v1)∶eq \f(q2,m2v2)＝1∶2，又因为动量守恒m1v1＝m2v2，故q1∶q2＝1∶2，故只有A正确。]