2022届高考物理联考模拟汇编专题三十九原子结构原子核含解析

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1．(北京高考)在核反应方程eq \\al(4,2)He＋eq \\al(14, 7)N→eq \\al(17, 8)O＋X中，X表示的是( )
A．质子 B．中子
C．电子 D．α粒子
解析：选A 核反应方程中，电荷数守恒和质量数守恒，X为eq \\al(1,1)H。
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，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．(多选)(2016·天津高考)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法符合事实的是( )
A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
B．查德威克用α粒子轰击eq \\al(14, 7)N获得反冲核eq \\al(17, 8)O，发现了中子
C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构
D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
解析：选AC 麦克斯韦曾提出光是电磁波，赫兹通过实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，选项A正确。查德威克用α粒子轰击eq \\al(9,4)Be，获得反冲核eq \\al(12, )6C，发现了中子，选项B错误。贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，选项C正确。卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，选项D错误。
4.eq \\al(232, 90)Th经过一系列α衰变和β衰变后变成eq \\al(208, 82)Pb，则eq \\al(208, 82)Pb比eq \\al(232, 90)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 eq \\al(208, 82)Pb比eq \\al(232, 90)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。
5．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，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。
6.根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为( )
A．12.75 eV B．13.06 eV
C．13.6 eV D．0.85 eV
解析：选A 受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，知跃迁到第4能级，则吸收的光子能量为ΔE＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，A正确，B、C、D错误。
7．(多选)14C发生放射性衰变变为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。
8.(2021·金华调研)如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若大量氢原子A处于激发态E2，大量氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是( )
A．原子A可能辐射出3种频率的光子
B．原子B可能辐射出3种频率的光子
C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4
D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4
解析：选B 原子A从激发态E2跃迁到E1，只辐射一种频率的光子，A错误；原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能辐射三种频率的光子，B正确；由原子能级跃迁理论可知，原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3，但不能跃迁到E4，C错误；A原子发出的光子能量ΔE＝E2－E1>E4－E3，故原子B不可能跃迁到能级E4，D错误。
9．四个核反应方程分别为：①eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(90,38)Sr＋eq \\al(136, 54)Xe＋10eq \\al(1,0)n；②eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He； ③eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)H＋4.9 MeV；④eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n＋17.6 MeV。下列说法正确的是( )
A．①②都是重核铀的同位素的核反应，故都是重核的裂变反应
B．①③反应前都有一个中子，故都是原子核的人工转变
C．②③④生成物中都有氦核，故都是α衰变反应
D．③比④放出的能量少，说明③比④质量亏损得少
解析：选D ①是重核的裂变反应，②是α衰变反应，选项A错误；③是原子核的人工转变，④是轻核的聚变反应，选项B、C错误；③比④放出的能量少，根据爱因斯坦质能方程可知，③比④质量亏损得少，故选项D正确。
10．(天津高考)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是( )
A.eq \\al(14, 7)N俘获一个α粒子，产生eq \\al(17, 8)O并放出一个粒子
B.eq \\al(27,13)Al俘获一个α粒子，产生eq \\al(30,15)P并放出一个粒子
C.eq \\al(11, 5)B俘获一个质子，产生eq \\al(8,4)Be并放出一个粒子
D.eq \\al(6,3)Li俘获一个质子，产生eq \\al(3,2)He并放出一个粒子
解析：选B 根据质量数守恒、电荷数守恒，各选项核反应方程如下：eq \\al(14,\a\vs4\al( 7))N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17,\a\vs4\al( 8))O＋eq \\al(1,1)H，故A错误。eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n，故B正确。eq \\al(11, 5)B＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(8,4)Be＋eq \\al(4,2)He，故C错误。eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(4,2)He，故D错误。
11．(多选)在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素eq \\al(24,11)Na发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一个新核，新核与放出粒子在磁场中运动的轨迹均为圆，如图所示。下列说法正确的是( )
A．新核为eq \\al(24,12)Mg
B．轨迹2是新核的径迹
C.eq \\al(24,11)Na发生的是α衰变
D．新核沿顺时针方向旋转
解析：选AB 根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒知，衰变方程为eq \\al(24,11)Na→eq \\al(24,12)Mg＋eq \\al(0,－1)e，可知新核为eq \\al(24,12)Mg，故A正确，C错误。由题意，静止的钠核eq \\al(24,11)Na发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子电荷量，由半径公式r＝eq \f(mv,qB)得知，新核的半径小于粒子的半径，所以轨迹2是新核的轨迹，故B正确。根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知，新核要沿逆时针方向旋转，故D错误。
12.(2021·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)Be B.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)N D.eq \\al(14, 6)C→eq \\al(2,1)H＋eq \\al(12, 5)B
解析：选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。
13．(北京高考)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(eq \\al(4,2)He)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eq \\al(A,Z)X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)eq \\al(A,Z)X―→eq \\al(A－4,Z－2)Y＋eq \\al(4,2)He。
(2)设α粒子的速度大小为v，
由qvB＝meq \f(v2,R)，T＝eq \f(2πR,v)，得
α粒子在磁场中运动周期T＝eq \f(2πm,qB)
环形电流大小I＝eq \f(q,T)＝eq \f(q2B,2πm)。
(3)由qvB＝meq \f(v2,R)，得v＝eq \f(qBR,m)
设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒
Mv′－mv＝0
v′＝eq \f(mv,M)＝eq \f(qBR,M)
由Δmc2＝eq \f(1,2)Mv′2＋eq \f(1,2)mv2
得Δm＝eq \f(M＋mqBR2,2mMc2)。
说明：若利用M＝eq \f(A－4,4)m解答，亦可。
答案：(1)eq \\al(A,Z)X―→eq \\al(A－4,Z－2)Y＋eq \\al(4,2)He (2)eq \f(2πm,qB) eq \f(q2B,2πm)
(3)eq \f(M＋mqBR2,2mMc2)