（全國通用版）2019版高考物理一輪復習 第十二章 波粒二象性 原子結構 原子核 課時分層作業(yè) 三十五 12.3 放射性元素的衰變 核能.doc

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課時分層作業(yè) 三十五放射性元素的衰變　核能 (45分鐘　100分) 選擇題(本題共16小題,共100分。1～10題為單選題,11～16題為多選題,1～12題每小題6分,13～16題每小題7分) 1.關于原子核,下列說法中錯誤的是 (　　) A.原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子時所吸收的能量 B.所有核子之間都有核力 C.核子結合成原子核時會出現(xiàn)質(zhì)量虧損,質(zhì)量虧損所對應的能量即為核反應釋放的核能 D.比結合能越大原子核越穩(wěn)定 【解析】選B。原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子所需吸收的能量,故A項正確;核力是短程力,只有相鄰核子之間才有核力,故B項錯誤;自由核子組成原子核時,其質(zhì)量虧損所對應的能量等于該原子核的結合能,故C項正確;比結合能越大,原子核越穩(wěn)定,故D項正確。 2.(2018洛陽模擬)如圖所示為研究某未知元素放射性的實驗裝置,實驗開始時在薄鋁片和熒光屏之間有圖示方向的勻強電場E,通過顯微鏡可以觀察到,在熒光屏的某一位置上每分鐘閃爍的亮點數(shù)。若撤去電場后繼續(xù)觀察,發(fā)現(xiàn)每分鐘閃爍的亮點數(shù)沒有變化;如果再將薄鋁片移開,觀察到每分鐘閃爍的亮點數(shù)大大增加,由此可以判斷,放射源發(fā)出的射線可能為 (　　) A.β射線和γ射線　　　 B.α射線和β射線 C.β射線和X射線 D.α射線和γ射線 【解析】選D。三種射線中α射線和β射線帶電,進入電場后會發(fā)生偏轉(zhuǎn),而γ射線不帶電,不受電場力,電場對它沒有影響,在電場中不偏轉(zhuǎn)。由題,將電場撤去,從顯微鏡內(nèi)觀察到熒光屏上每分鐘閃爍亮點數(shù)沒有變化,可知射線中含有γ射線。再將薄鋁片移開,則從顯微鏡筒內(nèi)觀察到的每分鐘閃爍亮點數(shù)大為增加,根據(jù)α射線的特性:穿透本領最弱,一張紙就能擋住,分析得知射線中含有α射線,故放射源所發(fā)出的射線可能為α射線和γ射線,故D項正確。 【加固訓練】 (2018慶陽模擬)如圖甲是α、β、γ三種射線穿透能力的示意圖,圖乙是工業(yè)上利用射線的穿透性來檢查金屬內(nèi)部傷痕的示意圖,請問圖乙中的檢查利用的是 (　　) A.α射線　　　　 B.β射線 C.γ射線 D.三種射線都可以 【解析】選C。α、β、γ三種射線中α射線電離能力最強,γ射線穿透能力最強,因此用γ射線來檢查金屬內(nèi)部的傷痕,故選C。 3.(2018肇慶模擬U的衰變有多種途徑,其中一種途徑是先衰變成Bi,然后可以經(jīng)一次衰變變成X(X代表某種元素),也可以經(jīng)一次衰變變成Ti,最后都衰變變成Pb,衰變路徑如圖所示,下列說法中正確的是 (　　) A.過程①是β衰變,過程③是α衰變;過程②是β衰變,過程④是α衰變 B.過程①是β衰變,過程③是α衰變;過程②是α衰變,過程④是β衰變 C.過程①是α衰變,過程③是β衰變;過程②是β衰變,過程④是α衰變 D.過程①是α衰變,過程③是β衰變;過程②是α衰變,過程④是β衰變 【解析】選B。Bi經(jīng)過①變化為X,質(zhì)量數(shù)沒有發(fā)生變化,為β衰變,經(jīng)過③變化為Pb,質(zhì)量數(shù)少4,為α衰變,過程②變化為Ti,電荷數(shù)少2,為α衰變,過程④的電荷數(shù)增加1,為β衰變。故B項正確。 4.(2018長春模擬)2017年1月9日,大亞灣反應堆中微子實驗工程獲得國家自然科學一等獎。大多數(shù)原子核發(fā)生核反應的過程中都伴著中微子的產(chǎn)生,例如核裂變、核聚變、β衰變等。下列關于核反應的說法正確的是 (　　) A.Th衰變?yōu)镽n,經(jīng)過3次α衰變,2次β衰變 BHHHen是α衰變方程ThPae是β衰變方程 CUnBaKr+n是核裂變方程,也是氫彈的核反應方程 D.高速運動的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子,其核反應方程為HeNOn 【解析】選A。Th衰變?yōu)镽n,經(jīng)過3次α衰變,2次β衰變,故A正確; HHHen是核聚變方程,ThPae是β衰變方程,故B錯誤; UnBaKr+n是核裂變方程,不是氫彈的核反應方程,故C錯誤;高速運動的α粒子轟擊氮核可從氮核中打出質(zhì)子,其核反應方程為HeN OH,故D錯誤。 5.(2018衡水模擬)碳14可以用來作示蹤劑標記化合物,也常在考古學中測定生物死亡年代,在勻強電場中有一個初速度可以忽略的放射性碳14原子核,它所放射的粒子與反沖核經(jīng)過相等的時間所形成的徑跡如圖所示,a、b均表示長度,那么碳14的衰變方程可能為 (　　) ACHe + Be BCe + B CCe + N DCH +B 【解析】選A。對圖線分析,根據(jù)類平拋運動,對放射出的粒子1有v1t=b, t2=4b,對反沖核2有v2t=a,t2=2a,又根據(jù)動量守恒定律可得m1v1=m2v2,聯(lián)立解得q1=2q2,故A項正確。 6.輕核的聚變反應會釋放大量的能量,同時核聚變產(chǎn)物一般不會污染環(huán)境,是人類獲得能源的理想方式。核聚變反應過程主要是以下四種 HHHe+X1+3.27 MeV HHH+X2+4.04 MeV HHHe+X3+17.85 MeV HHeHe+X4+18.34 MeV 對上面的反應中的X1、X2、X3、X4,屬于中子的是 (　　) A.X1、X2、X3、X4 B.X2、X3、X4 C.X3、X4 D.X1、X3 【解析】選D。 HHHe+X1+3.27 MeV中,X1的質(zhì)量數(shù):A=2+2-3=1,電荷數(shù):Z=1+1-2=0,所以X1是中子HHH+X2+4.04 MeV,X2的質(zhì)量數(shù):A=2+2-3=1,電荷數(shù):Z=1+1-1=1,所以X2是質(zhì)子,不是中子HHHe+X3+17.85 MeV,X3的質(zhì)量數(shù):A=2+3-4=1,電荷數(shù):Z=1+1-2=0,所以X3是中子HHeHe+X4+ 18.34 MeV,X4的質(zhì)量數(shù):A=2+3-4=1,電荷數(shù):Z=1+2-2=1,所以X4不是中子,是質(zhì)子;故D項正確,A、B、C項錯誤。 7.(2018南昌模擬)一個靜止的放射性同位素的原子核P衰變?yōu)镾i,另一個靜止的天然放射性元素的原子核Th衰變?yōu)镻a,在同一磁場中,得到衰變后粒子的運動徑跡1、2、3、4,如圖所示,則這四條徑跡依次是 (　　) A.圖中1、2為Th衰變產(chǎn)生的Pa和e的軌跡,其中1是電子e的軌跡 B.圖中1、2為P衰變產(chǎn)生的Si和e的軌跡,其中2是正電子e的軌跡 C.圖中3、4是P衰變產(chǎn)生的Si和e的軌跡,其中3是正電子e的軌跡 D.圖中3、4軌跡中兩粒子在磁場中旋轉(zhuǎn)方向相反 【解題指導】解答本題應注意以下兩個方面: (1)原子核衰變過程產(chǎn)生的粒子和新核遵循動量守恒定律; (2)原子核衰變過程產(chǎn)生的粒子和新核在勻強磁場中做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得:qvB=m,則半徑r==。 【解析】選C。放射性元素放出正電子時,正粒子與反沖核的速度方向相反,而電性相同,則兩個粒子受到的洛倫茲力方向相反,兩個粒子的軌跡應為外切圓;而放射性元素放出β粒子時,β粒子與反沖核的速度方向相反,而電性相反,則兩個粒子受到的洛倫茲力方向相同,兩個粒子的軌跡應為內(nèi)切圓。放射性元素放出粒子時,兩帶電粒子的動量守恒。由半徑公式r==,可得軌跡半徑與動量成正比,與電量成反比,而正電子和β粒子的電量比反沖核的電量小,則正電子和β粒子的半徑比反沖核的半徑都大,故軌跡1、2、3、4依次是Pa、電子、正電子Si;由上分析,可知,故C項正確,A、B、D項錯誤。 8.某核反應方程為HHHe+X。已知(1 u=931 MeV)H的質(zhì)量為2.013 6 uH的質(zhì)量為3.018 0 uHe的質(zhì)量為4.002 6 u,X的質(zhì)量為1.008 7 u,則下列說法中正確的是 (　　) A.X是中子,該反應釋放能量,放出18.271016 J 能量 B.X是中子,該反應釋放能量,放出18.90 MeV能量 C.X是質(zhì)子,該反應吸收能量,吸收18.90 MeV能量 D.X是中子,該反應吸收能量,吸收18.271016 J 能量 【解析】選B。核反應方程為HHHe+X,根據(jù)核反應方程質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒得:X的質(zhì)量數(shù)為1,核電荷數(shù)為0。所以X是中子。反應前質(zhì)量為: 2.013 6 u+3.018 u=5.031 6 u,反應后質(zhì)量為:4.002 6 u+1.008 7 u=5.011 3 u,反應過程質(zhì)量虧損為:Δm=5.031 6 u-5.011 3 u=0.020 3 u,反應過程釋放的能量:ΔE=0.020 3931 MeV=18.899 3 MeV≈18.90 MeV,故A、C、D項錯誤,B項正確。 9.靜止的氡核Rn放出α粒子后變成釙核Po,α粒子動能為Eα。若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和α粒子的動能,真空中的光速為c,則該反應中的 質(zhì)量虧損為 (　　) A. B.0 C. D. 【解析】選C。設α粒子的質(zhì)量為m1,反沖核的質(zhì)量為m2,反沖核的速度大小為v′,則根據(jù)動量守恒定律可得:m1v=m2v′,得:==,α粒子動能為Eα= m1v2,反沖核的動能E′=m1(v)2=Eα,則釋放的總動能為:Eα+Eα =Eα,根據(jù)能量守恒,則釋放的核能E=Eα,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程:Eα= Δmc2,得:Δm=;故選C。 【加固訓練】 (2018撫州模擬)運動的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y。已知原子核X、α粒子的質(zhì)量分別是M、m,α粒子的動能為E,真空中的光速為c,α粒子的速度遠小于光速。則在上述核反應中的質(zhì)量虧損是 (　　) A.E　　　　　 B.E C.E D.E 【解析】選B。核反應中動量守恒,有:mvα=MvX,α粒子的動能為E=m,根據(jù)能量守恒得,ΔE=m-M,由愛因斯坦質(zhì)能方程得,ΔE=Δmc2,聯(lián)立解得 Δm=E,故B項正確,A、C、D項錯誤。 10.(2018龍巖模擬)原子核的平均結合能與原子序數(shù)有如圖所示的關系。下列關于原子核結構和核反應的說法中正確的是 (　　) A.原子核a和b聚變成原子核c時會有質(zhì)量虧損,要放出能量 B.原子核f裂變成原子核d和e時會有質(zhì)量增加,要吸收能量 C.原子核c中核子的平均質(zhì)量要比原子核b的大 D.原子核f中核子的平均質(zhì)量要比原子核e的小 【解析】選A。由圖可知,a、b的平均結合能小于c,原子核a和b聚變成原子核c時會有質(zhì)量虧損,要放出能量,故A項正確;原子核f裂變成原子核d和e時,有質(zhì)量虧損,放出能量,故B項錯誤;a、b聚變成c時有質(zhì)量虧損,可知原子核c中核子的平均質(zhì)量小于b,故C項錯誤;f裂變成d和e時,有質(zhì)量虧損,可知f中核子的平均質(zhì)量比原子核e的大,故D項錯誤。 【加固訓練】 如圖所示是描述原子核核子的平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關系曲線,由圖可知下列說法正確的是 (　　) A.將原子核A分解為原子核B、C可能吸收能量 B.將原子核D、E結合成原子核F可能吸收能量 C.將原子核A分解為原子核B、F一定釋放能量 D.將原子核F、C結合成原子核B一定釋放能量 【解析】選C。若原子核A分裂成原子核B、C,有質(zhì)量虧損,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,有能量釋放,故A項錯誤;由圖可知原子核D、E結合成原子核F,有質(zhì)量虧損,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,有能量釋放,故B項錯誤;將原子核A分解為原子核B、F,有質(zhì)量虧損,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,有能量釋放,故C項正確;F與C的平均質(zhì)量小于B的平均質(zhì)量,所以若原子核F、C結合成原子核B,則質(zhì)量增加,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,要吸收能量,故D項錯誤。 11.由于放射性元素Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被發(fā)現(xiàn),只是在使用人工的方法制造后才被發(fā)現(xiàn)。已知Np經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成Bi,下列論斷中正確的是 (　　) A.衰變過程中原子核的質(zhì)量和電荷量守恒 BBi的原子核比Np的原子核少18個中子 C.衰變過程中共發(fā)生了7次α衰變和4次β衰變 D.經(jīng)過兩個半衰期后含有Np的礦石的質(zhì)量將變?yōu)樵瓉淼乃姆种? 【解析】選B、C。衰變過程中原子核的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,質(zhì)量會有虧損,故A項錯誤Bi的中子數(shù)為209-83=126Np的中子數(shù)為237-93=144;故Bi的中子數(shù)比Np的中子數(shù)少144-126=18,故B正確;Np經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成Bi,設α衰變次數(shù)為m,β衰變次數(shù)為n;則4m=237-209, 2m-n=93-83,解得m=7,n=4,故C項正確;經(jīng)過兩個半衰期后礦石中Np的質(zhì)量將變?yōu)樵瓉淼乃姆种?故D項錯誤。 12.下列說法正確的是 (　　) AHHHen是α衰變 BUnXeSr+n是裂變 CRaRnHe是α衰變 DNaMge是裂變 【解題指導】解答本題應注意以下兩個方面: (1)掌握衰變的實質(zhì),裂變、聚變和原子核的人工轉(zhuǎn)變等方程式的特點。 (2)書寫核反應方程時應遵循質(zhì)量數(shù)、核電荷數(shù)守恒。 【解析】選B、C。此式是聚變反應,故A項錯誤;裂變是質(zhì)量較大的核裂變成質(zhì)量中等的核,故B項正確;α衰變生成氦原子核,故C項正確;β衰變生成電子,故D項錯誤。 13.(2018新余模擬)放射性物質(zhì)碘131的衰變方程為IXe+Y。根據(jù)有關放射性知識,下列說法正確的是 (　　) A.生成的Xe處于激發(fā)態(tài),放射γ射線。γ射線的穿透能力最強,電離能力也最強 B.若I的半衰期大約是8天,取4個碘原子核,經(jīng)16天就只剩下1個碘原子核了 C.Y粒子為β粒子 DI中有53個質(zhì)子和131個核子 【解析】選C、D。生成的Xe處于激發(fā)態(tài),還會放射γ射線。γ射線的穿透能力最強,γ射線是高能光子,即高能電磁波,它是不帶電的,所以γ射線的電離作用很弱,故A項錯誤;半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律,只對大量的原子核才適用,對少數(shù)原子核是不適用的。所以,若取4個碘原子核,經(jīng)16天剩下幾個碘原子核無法預測,故B項錯誤;反應方程中IXe+Y,根據(jù)衰變過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,Y粒子為β粒子,故C項正確;電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù),可知I中有53個質(zhì)子,131表示質(zhì)量數(shù)即核子數(shù),故D項正確。 14.PET(正電子發(fā)射型計算機斷層顯像)的基本原理是:將放射性同位素O注入人體,參與人體的代謝過程O在人體內(nèi)衰變放出正電子,與人體內(nèi)負電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子,被探測器探測到,經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生清晰的圖象。根據(jù)PET原理,下列說法正確的是 (　　) A.O衰變的方程式為ONe B.將放射性同位素O注入人體O的主要用途作為示蹤原子 C.一對正負電子湮滅后也可能只生成一個光子 D.PET中所選的放射性同位素的半衰期應較長 【解析】選A、B。由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得O的衰變的方程式是ONe,故A項正確;將放射性同位素O注入人體O的主要用途作為示蹤原子,故B項正確;正負電子湮滅生成兩個光子,故C項錯誤;氧在人體內(nèi)的代謝時間不長,因此PET中所選的放射性同位素的半衰期應較短,故D項錯誤。 15.一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0107 m/s 的質(zhì)子p后,變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si*,下列說法正確的是 (　　) A.核反應方程為pAlSi* B.核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒 C.核反應前后核子數(shù)相等,所以生成物的質(zhì)量等于反應物的質(zhì)量之和 D.硅原子核速度的數(shù)量級為105 m/s,方向與質(zhì)子初速度方向一致 【解析】選A、D。根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得核反應方程pAlSi*,A正確;核反應過程中系統(tǒng)能量守恒,B錯誤;由于反應過程中,要釋放大量的能量,即伴隨著質(zhì)量虧損,所以生成物的質(zhì)量小于反應物的質(zhì)量之和,C錯誤;由動量守恒可知mv=28mv′,解得v′=107 m/s,故數(shù)量級為105 m/s,D正確。 16.月球土壤里大量存在著一種叫作“氦3He)”的化學元素,是核聚變的重要原料之一?？茖W家初步估計月球上至少有100萬噸“氦3”,如果相關技術開發(fā)成功,將可為地球帶來取之不盡的能源。關于“氦3”與“氘核H)”聚變生成“氦4He)”,下列說法中正確的是 (　　) A.該核反應方程式為HeHHeH B.核反應生成物的質(zhì)量將大于參加的反應物的質(zhì)量 C.該核反應出現(xiàn)質(zhì)量虧損,釋放能量 D.因為“氦3”比“氦4”的比結合能小,所以“氦3”比“氦4”穩(wěn)定 【解析】選A、C。該核反應方程為HeHHeH,電荷數(shù)守恒,質(zhì)量數(shù)守恒,故A正確;關于“氦3He)”與“氘核H)”聚變生成“氦4He)”和質(zhì)子,有大量的能量放出,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,知有質(zhì)量虧損,生成物的質(zhì)量小于參加的反應物的質(zhì)量,故B錯誤,C正確;比結合能越大,原子核越穩(wěn)定,故D錯誤。