2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 原子結(jié)構(gòu) 原子核 第2講 放射性元素的衰變、核能練習(xí).doc
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第2講 放射性元素的衰變、核能 板塊三限時(shí)規(guī)范特訓(xùn) 時(shí)間:45分鐘 滿分:100分 一、選擇題(本題共10小題,每小題6分,共60分。其中1~6為單選,7~10為多選) 1.關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法,正確的是( ) A.原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等 B.穩(wěn)定的重原子核里,質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多 C.原子核都是非常穩(wěn)定的 D.由于核力的作用范圍是有限的,以及核力的飽和性,如果不斷地增大原子核,形成的核也一定是不穩(wěn)定的 答案 D 解析 自然界中較輕的原子核,質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等,但對(duì)于較重的原子核,中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù),越重的元素,兩者相差越多,A、B錯(cuò)誤;天然放射性元素的原子核會(huì)衰變,并不穩(wěn)定,C錯(cuò)誤;核子間核力與電磁力都會(huì)隨核子間距離的增大而減小,但核力減小得更快,由于核力作用范圍有限,以及核力的飽和性,如果不斷地增大原子核,大到一定程度時(shí),相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子受到的核力不足以平衡它們之間的庫(kù)侖力,原子核就不穩(wěn)定了,D正確。 2.如圖所示,x為未知的放射源,L為薄鋁片,計(jì)數(shù)器對(duì)α粒子、β粒子、γ光子均能計(jì)數(shù)。若在放射源和計(jì)數(shù)器之間加上L后,計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率大幅度減小,在L和計(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率不變,則,x可能是( ) A.α、β和γ的混合放射源 B.純?chǔ)练派湓? C.α和γ的放射源 D.純?chǔ)梅派湓? 答案 C 解析 在放射源和計(jì)數(shù)器之間加上薄鋁片后,計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率大幅度減小,說明射線中有穿透力很弱的粒子,即α粒子;在鋁片和計(jì)數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)率不變,說明穿過鋁片的粒子中無帶電粒子,即只有γ射線;綜合可知放射源可能是α和γ的放射源,故選C。 3.[2017山東濰坊二模]下列說法正確的是( ) A.α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子的能量是量子化的 B.玻爾的氫原子軌道理論認(rèn)為電子運(yùn)動(dòng)的軌道是連續(xù)的 C.放射性元素的原子核能夠發(fā)出β射線,說明原子核內(nèi)有電子 D.兩輕核發(fā)生聚變釋放能量,生成核的比結(jié)合能增加 答案 D 解析 α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子的中央有一個(gè)原子核,集中了原子幾乎所有的質(zhì)量和全部的正電荷,不能說明原子的能量是量子化的,A錯(cuò)誤;玻爾的氫原子軌道理論認(rèn)為電子運(yùn)動(dòng)的軌道是量子化的,即不連續(xù)的,B錯(cuò)誤;放射性元素的原子核發(fā)出的β射線是中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子時(shí)產(chǎn)生的,C錯(cuò)誤,D正確。 4.某核反應(yīng)方程H+H→He+X。已知H的質(zhì)量為2.0136 u,H的質(zhì)量為3.0180 u,He的質(zhì)量為4.0026 u,X的質(zhì)量為1.0087 u。則下列說法中正確的是( ) A.X是質(zhì)子,該反應(yīng)釋放能量 B.X是中子,該反應(yīng)釋放能量 C.X是質(zhì)子,該反應(yīng)吸收能量 D.X是中子,該反應(yīng)吸收能量 答案 B 解析 由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒分別得X的電荷數(shù)Z=0,質(zhì)量數(shù)A=2+3-4=1,故X為n,即中子;由于反應(yīng)前的總質(zhì)量2.0136 u+3.0180 u=5.0316 u>4.0026 u+1.0087 u,因此,此反應(yīng)中會(huì)釋放能量。 5.[2017安徽十校聯(lián)考]鈾核(U)經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變變成鉛核(Pb),關(guān)于該過程,下列說法正確的是( ) A.m=5,n=4 B.鈾核(U)的比結(jié)合能比鉛核(Pb)的比結(jié)合能小 C.衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和小于鈾核(U)的結(jié)合能 D.鈾核(U)衰變過程的半衰期與溫度和壓強(qiáng)有關(guān) 答案 B 解析 此衰變方程可寫為U→Pb+mα+nβ,根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒有235=207+4m,得m=7,以及92=82+72-n,得n=4,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;衰變后的產(chǎn)物相對(duì)于衰變前要穩(wěn)定,所以鈾核(U)的比結(jié)合能比鉛核(Pb)的比結(jié)合能小,B正確;穩(wěn)定性更高,比結(jié)合能更大,核子總數(shù)不變,故衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于鈾核的結(jié)合能,C錯(cuò)誤;原子核的半衰期與環(huán)境的溫度、壓強(qiáng)等無關(guān),故D錯(cuò)誤。 6.如圖所示是原子核的平均核子質(zhì)量A與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖象,下列說法正確的是( ) A.若D、E能結(jié)合成F,結(jié)合過程一定要釋放能量 B.若D、E能結(jié)合成F,結(jié)合過程一定要吸收能量 C.若C、B能結(jié)合成A,結(jié)合過程一定要釋放能量 D.若F、C能結(jié)合成B,結(jié)合過程一定要釋放能量 答案 A 解析 由AZ圖象看出,D、E的平均核子質(zhì)量均大于F的平均核子質(zhì)量,結(jié)合會(huì)有質(zhì)量虧損,因此,D、E結(jié)合成F時(shí),要釋放能量,選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤;C、B的平均核子質(zhì)量均小于A的平均核子質(zhì)量,結(jié)合會(huì)質(zhì)量增加,因此,C、B結(jié)合成A時(shí)要吸收能量,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;F、C的平均核子質(zhì)量均小于B的平均核子質(zhì)量,因此,F(xiàn)、C結(jié)合成B時(shí)要吸收能量,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 7.用蓋革-米勒計(jì)數(shù)器測(cè)定放射源的放射強(qiáng)度為每分鐘405次,若將一張厚紙板放在計(jì)數(shù)器與放射源之間,計(jì)數(shù)器幾乎測(cè)不到射線。10天后再次測(cè)量,測(cè)得該放射源的放射強(qiáng)度為每分鐘101次,則下列關(guān)于射線性質(zhì)及它的半衰期的說法正確的是( ) A.放射源射出的是α射線 B.放射源射出的是β射線 C.這種放射性元素的半衰期是5天 D.這種放射性元素的半衰期是2.5天 答案 AC 解析 因厚紙板能擋住這種射線,可知這種射線是穿透能力最差的α射線,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;10天后測(cè)出放射強(qiáng)度為原來的四分之一,說明10天后放射性元素的原子核個(gè)數(shù)只有原來的四分之一,由半衰期公式知,已經(jīng)過了兩個(gè)半衰期,故半衰期是5天。 8.[2017福建廈門質(zhì)檢]靜止的Bi原子核在磁場(chǎng)中發(fā)生衰變后運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,大小圓半徑分別為R1、R2。則下列關(guān)于此原子核衰變方程和兩圓軌跡半徑比值判斷正確的是( ) A.Bi→Tl+He B.Bi→Po+e C.R1∶R2=84∶1 D.R1∶R2=207∶4 答案 BC 解析 原子核發(fā)生衰變時(shí),根據(jù)動(dòng)量守恒可知兩粒子的速度方向相反,由題圖知粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡在同一側(cè),根據(jù)左手定則可以得知,衰變后的粒子所帶的電性相反,所以放射的粒子應(yīng)該是電子,原子核發(fā)生的應(yīng)該是β衰變,衰變方程為Bi→Po+e,故A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)qvB=m得R=,兩粒子動(dòng)量等大,故R1∶R2=q2∶q1=84∶1,故C正確,D錯(cuò)誤。 9.[2017河南安陽(yáng)一模]根據(jù)下面所給圖片及課本中有關(guān)歷史事實(shí),結(jié)合有關(guān)物理知識(shí),判斷下列說法正確的是( ) A.圖甲是研究光電效應(yīng)的示意圖,發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的波長(zhǎng)大于金屬的“極限波長(zhǎng)” B.圖乙是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的示意圖,發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件之一是裂變物質(zhì)的體積大于或等于臨界體積 C.圖丙是氫原子的能級(jí)圖,一個(gè)處于n=4能級(jí)的氫原子,躍遷時(shí)可以產(chǎn)生6種光子 D.圖丁是衰變規(guī)律的示意圖,原子序數(shù)大于83的元素都具有放射性,小于83的個(gè)別元素,也具有放射性 答案 BD 解析 根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=h-h(huán),入射光的波長(zhǎng)必須小于金屬的極限波長(zhǎng)才能發(fā)生光電效應(yīng),故A錯(cuò)誤;當(dāng)裂變物質(zhì)的體積小于臨界體積時(shí),不會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),有利于裂變物質(zhì)的貯存,當(dāng)大于或等于臨界體積時(shí),則可發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),故B正確;處于n=4能級(jí)的氫原子向較低能級(jí)躍遷,最終躍遷到基態(tài),躍遷情況可能是4→1,釋放1種頻率的光子,4→3→1,4→2→1,釋放2種頻率的光子,4→3→2→1,釋放3種頻率的光子,故C錯(cuò)誤;原子序數(shù)大于83的元素都具有放射性,小于83的個(gè)別元素,也具有放射性,故D正確。 10.一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核,同時(shí)放出γ光子,核反應(yīng)方程是 H+n→H+γ,以下說法中正確的是( ) A.反應(yīng)后氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和 B.反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)不變,因而質(zhì)量不變 C.γ光子的能量為Δmc2,Δm為反應(yīng)中的質(zhì)量虧損,c為光在真空中的速度 D.因存在質(zhì)量虧損Δm,所以“物質(zhì)不滅”的說法不正確 答案 AC 解析 核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)及能量均守恒。由于反應(yīng)中要釋放核能,會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損,反應(yīng)中氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和,A正確;反應(yīng)前后質(zhì)量不守恒,但質(zhì)量數(shù)不變,B錯(cuò)誤;反應(yīng)中釋放的能量會(huì)以γ光子的形式向外釋放,質(zhì)量虧損和釋放的能量滿足愛因斯坦質(zhì)能方程,C正確;質(zhì)量虧損以能量的形式繼續(xù)存在,D錯(cuò)誤。 二、非選擇題(本題共3小題,共40分) 11.(10分)一靜止的238 92U核經(jīng)α衰變成為234 90Th核,釋放出的總動(dòng)能為4.27 MeV。問此衰變后234 90Th核的動(dòng)能為多少M(fèi)eV(保留一位有效數(shù)字)? 答案 0.07 MeV 解析 據(jù)題意知,此α衰變的衰變方程為: U→234 90Th+He 根據(jù)動(dòng)量守恒定律得 mαvα=mThvTh① 式中,mα和mTh分別為α粒子和Th核的質(zhì)量,vα和vTh分別為α粒子和Th核的速度,由題設(shè)條件知: mαv+mThv=Ek② =③ 式中Ek=4.27 MeV是α粒子與Th核的總動(dòng)能。 由①②③式得 mThv=Ek④ 代入數(shù)據(jù)得,衰變后234 90Th核的動(dòng)能 mThv=0.07 MeV。 12.(15分)在所有能源中核能具有能量密度大、區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),在核電站中,核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng),釋放出大量核能。 (1)核反應(yīng)方程式235 92U+n→141 56Ba+Kr+aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種,n為中子,X為待求粒子,a為X的個(gè)數(shù),則X為________,a=________。以mU、mBa、mKr分別表示235 92U、141 56Ba、Kr的質(zhì)量,mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量,c為光在真空中傳播的速度,則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE=________。 (2)有一座發(fā)電功率為P=1.00106 kW的核電站,核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η=40%。假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題(1)中的核反應(yīng),已知每次核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE=2.7810-11 J,鈾核的質(zhì)量mU=39010-27 kg,求每年(1年=3.15107 s)消耗的235 92U的質(zhì)量。 答案 (1)n 3 (mU-mBa-mKr-2mn)c2 (2)1104 kg 解析 (1)由反應(yīng)方程可知:X為n,a為3,釋放的能量為ΔE=(mU-mBa-mKr-2mn)c2。 (2)因核電站發(fā)電效率為40%,故核電站消耗235 92U的功率為P′== kW=2.5106 kW。 核電站每年消耗235 92U的能量為 W=P′t=2.51093.15107 J=7.8751016 J 產(chǎn)生這些能量消耗的鈾核的數(shù)目: n===2.831027(個(gè)) 每年消耗235 92U的質(zhì)量為 M=nmU=2.83102739010-27 kg=1104 kg。 13.(15分)氘對(duì)人類有很多用途,其中低氘水對(duì)人體健康有諸多好處,更有益于生命體的生存和繁衍。原子能核電站或制造原子彈的所謂重水反應(yīng)堆,用的重水就是氘水,其中兩個(gè)氘核可以聚變,其核反應(yīng)方程為:H+H→He+n,已知氘核的質(zhì)量mH=2.013 u,氦核(He)的質(zhì)量mHe=3.0150 u,中子的質(zhì)量mn=1.0087 u。 (1)求該核反應(yīng)中釋放的核能; (2)若兩個(gè)氘核以相等的動(dòng)能0.35 MeV發(fā)生正碰,核反應(yīng)中釋放的核能完全轉(zhuǎn)化為氦核與中子的動(dòng)能,則產(chǎn)生的中子和氦核的動(dòng)能分別為多少? 答案 (1)2.14 MeV (2)2.13 MeV 0.71 MeV 解析 (1)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為 Δm=2mH-mHe-mn=0.0023 u 由ΔE=Δmc2可知釋放的核能: ΔE=0.0023931.5 MeV=2.14 MeV。 (2)把兩個(gè)氘核作為一個(gè)系統(tǒng),碰撞過程系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,由于碰撞前兩氘核的動(dòng)能相等,其動(dòng)量等大反向,因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動(dòng)量都為零,即 mHevHe+mnvn=0 反應(yīng)前后系統(tǒng)的總能量守恒,即 mHev+mnv=ΔE+EkH 又因?yàn)閙He∶mn=3∶1,所以vHe∶vn=1∶3 由以上各式代入已知數(shù)據(jù)得: EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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