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高中物理人教版(2019)选择性必修第三册第五章原子核测试卷（Word版附解析）
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这是一份高中物理人教版(2019)选择性必修第三册第五章原子核测试卷（Word版附解析），共7页。
第五章 原子核一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.下列核反应方程中,属于β衰变的是( )A.714N+24He→817O+11H B.90234Th→91234Pa+-10eC.12H+13H→24He+01n D.92238U→90234Th+24He2.我国目前拥有的核潜艇,特点为续航时间久,水下生存能力强,航速高。已知核反应堆中发生的核反应方程式是 92235U+01n→X+3890Sr+1001n,下列说法正确的是( )A.X的质子数为54 B.X的质子数为136C.X的质量数为141 D.该反应是核聚变反应3.1896年法国科学家贝克勒尔发现了放射性元素能够自发地发出射线的现象,即天然放射现象。让放射性元素镭衰变过程中释放出的α、β、γ三种射线,经小孔垂直进入匀强电场中,如图所示。下列说法正确的是( )A.③是α射线,α粒子的电离能力最强,穿透能力也最强B.①是β射线,是高速电子流,来自原子的核外电子C.原子核发生一次衰变的过程中,不可能同时产生α、β两种射线D.原子序数大于83的元素,都具有放射性,原子序数小于或等于83的元素,都不具有放射性4.2760Co发生衰变会释放β射线和γ射线,伽马刀是利用 2760Co发生衰变释放的某种射线工作的。利用中子照射稳定的 2759Co可以制备 2760Co,已知 2760Co的半衰期约为5.3年,则下列说法正确的是( )A.伽马刀是利用 2760Co发生β衰变释放的β射线工作的B.中子照射稳定的 2759Co制备 2760Co是原子核的聚变C.1 kg的 2760Co经10.6年有0.25 kg发生衰变D.2760Co发生β衰变时释放的γ射线可以用于工业探伤5.甲状腺痛患者手术切除甲状腺后,可以通过口服含有碘131的药物进一步进行放射性治疗,为避免患者体内的碘131产生的辐射对他人造成危害,应进行一段时间的隔离,碘131发生衰变的过程可以用方程 53131I→ 54131Xe+Z来表示,不考虑患者对放射性药物代谢的影响,下列说法正确的是( )A.该衰变为α衰变B.Z为电子C.该反应中的Xe的比结合能要比I的比结合能小D.如果碘131的半衰期为8天,服药后经过32天,10 g碘131中将有8.75 g发生衰变6.2022年1月1日,我国自主三代核电“华龙一号”示范工程第2台机组——中核集团福清核电6号机组首次并网成功,开始向电网送出第一度电。核反应堆中一种典型的核反应方程为 92235U+01n→x144Ba+3689Kr+y01n,下列说法正确的是( )A.方程中x=56,y=4B.铀核的链式反应中可用重水吸收中子控制反应速度C.一个 92235U原子核中中子比质子多143个D.三种原子核的结合能从大到小的顺序为 92235U、x144Ba、3689Kr7.两个轻核结合成质量较大的核称为核聚变,一个氘核和一个氚核的聚变方程为 12H+13H→24He+X,已知几种常见原子核质量:氘2.014 10 u、氚3.016 05 u、氦4.002 60 u、质子1.007 825 u、中子1.008 67 u,1 u=1.66×10-27 kg,光速c=3.0×108 m/s,以下说法正确的是( )A.X粒子带正电B.一次上述聚变反应亏损质量为1.027 55 uC.一次上述聚变反应放出能量约为2.8×10-12 JD.氘核的比结合能大于氦核的比结合能8.目前已知碳的同位素共有十五种,有碳8至碳22,其中碳12和碳13属于稳定型,碳14是一种放射性的元素,衰变为氮14,图中包含碳14衰变相关信息,结合这些信息可以判定下列说法正确的是( )A.碳14转变为氮14,衰变方式为α衰变B.100个碳14原子核在经过一个半衰期后,一定还剩50个C.若氮14生成碳14的核反应方程为 714N+X→614C+11H,则X为质子D.当氮14数量是碳14数量的7倍时,碳14衰变经历时间为17 190年二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求,全选对得4分,选对但不全的得2分,选错或不选得0分)9.太阳内部高温高压使三个氦核发生短暂的核反应,被称为氦闪。该核反应的方程式为324He→X,已知 24He核的比结合能为E1,X核的比结合能为E2,真空中的光速为c。下列说法正确的是( )A.该核反应又称热核反应B.X原子核中有8个中子C.该核反应释放的能量为12E2-4E1D.该核反应核子的质量亏损为12(E2-E1)c210.95241Am(镅)是一种半衰期长达433年的放射性金属,其通过衰变释放射线而被用于烟雾探测器,其衰变方程为 95241Am→X+Y(X为释放射线中的某种粒子,Y为产生的新核),在该烟雾探测器中装有大约0.3微克的镅241,其释放的射线可以使腔内空气电离,从而在探测腔内加有低压的电极间形成微小电流。由于该种射线在空气中只能前进几厘米,一张纸就能把它挡住,因此一旦烟雾进入探测器,就会阻挡部分射线而使电流减小引发警报。关于该探测器下列说法中正确的是( )A.烟雾颗粒阻挡的是由镅释放的β粒子B.95241Am发生一次衰变所产生的新核Y的中子数比质子数多51个C.0.3微克的镅241经过866年剩余的质量为0.075微克D.发生火灾时环境温度升高会使 95241Am的半衰期变短11.如图所示,静止的氡原子核(86222Rn)在垂直于纸面的匀强磁场中,由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核,新核和粒子的运动径迹是两个在纸面内的外切圆。已知大圆与小圆直径之比是85∶1。则( )A.该核反应方程是 86222Rn→87222Fr+-10eB.该核反应方程是 86222Rn→85222At+10eC.该核反应方程是 86222Rn→84218Po+24HeD.大圆轨迹是粒子的,磁场方向垂直纸面向里12.钚的放射性同位素 94239Pu静止时衰变为铀核 92235U和α粒子,并放出能量为0.097 MeV的γ光子。已知 94239Pu的质量为239.052 1 u,92235U的质量为235.043 9 u,α粒子的质量为4.002 6 u,且1 u相当于931.5 MeV的能量。若衰变放出光子的动量可忽略,下列说法正确的是( )A.94239Pu的衰变方程为 94239Pu→92235U+24He+γB.一个 94239Pu核发生衰变后质量亏损为4.008 2 uC.铀核 92235U的动能约为5.129 MeVD.α粒子的动能约为5.034 MeV三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)如图所示是原子核的平均结合能(也称比结合能)与质量数的关系图像,通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能,如 816O的核子平均结合能约为8 MeV,24He的核子平均结合能约为7 MeV。(1)随着质量数的增加,原子核的平均结合能 ; (2)平均结合能最大的是 ; (3)把 816O分成8个质子和8个中子比把 816O分成4个 24He要多提供约 MeV的能量。 14.(9分)(1)在下列核反应方程中,属于α衰变的是 ,属于核裂变的是 ,卢瑟福发现质子的核反应方程是 。(均填正确答案标号) A.614C→714N+-10eB.13H+12H→24He+01nC.714N+24He→817O+11HD.92235U+01n→54140Xe+3894Sr+201nE.92238U→90234Th+24HeF.1327Al+24He→1530P+01n(2)不同的原子核的比结合能是不一样的,比结合能 (填“越大”或“越小”)的原子核越稳定,氘核和氚核聚变的核反应方程为 12H+13H→24He+01n,已知 13H的比结合能是2.78 MeV,12H的比结合能是1.09 MeV,24He的比结合能是7.03 MeV,则该核反应所 (填“释放”或“吸收”)的能量为 MeV。 15.(9分)2023年5月5日,“华龙一号”核电机组全球首堆示范工程全面建成。用一个慢中子轰击 92235U后裂变为 3692Kr和 56141Ba。已知中子质量为m0,92235U的质量为m1,3692Kr的质量为m2,56141Ba的质量为m3,求总质量为m的铀235完全裂变产生的能量E。16.(10分)两个氘核结合成一个氦核。已知氘核的质量为m1,氦核的质量为m2,阿伏加德罗常数为NA,氘的摩尔质量为M,光速为c。(1)写出核反应方程,并求一次核反应亏损的质量;(2)总质量为m的氘完全结合成氦释放的能量。17.(12分)核电池又叫“放射性同位素电池”,是利用同位素在衰变过程中释放的核能转变为电能制造而成的。某核电池由放射性同位素 94238Pu制成,已知 94238Pu衰变为铀核(符号U)和α粒子,其半衰期为88年,光速c=3×108 m/s,不考虑其他衰变。(1)写出衰变方程;(2)若该电池在第1个88年内释放核能3×1011 J,求该过程亏损的质量(结果保留1位有效数字);(3)若核电池内放射性同位素 94238Pu的质量为2×10-4 kg,则经过176年后该电池内放射性同位素 94238Pu的质量约为多少kg?18.(14分)太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和 11H、24He等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核(11H)聚变成氦核(24He),同时放出两个正电子(10e)。已知光速c=3×108 m/s,氢核质量mp=1.672 6×10-27 kg,氦核质量mα=6.645 8×10-27 kg,正电子质量me=0.9×10-30 kg。要求计算结果保留1位有效数字。则:(1)请写出题中所述核聚变的核反应方程;(2)求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能;(3)已知地球的半径R=6.4×106 m,日地中心距离r=1.5×1011 m,忽略太阳的辐射能从太阳到地球的能量损失,每秒钟地球表面接收到的太阳辐射的总能量为E0=1.8×1017 J,求每秒钟太阳辐射的电子个数。 答案与解析 原子核1.B 由题可知,A是原子核的人工转变,B是β衰变,C是轻核聚变,D是α衰变,故选B。2.A 根据质量数守恒和电荷数守恒可知X为 54136X,质子数为54,质量数为136,选项A正确,B、C错误;该核反应属于核裂变,选项D错误。3.C 由射线的带电性质可知,①是β射线,②是γ射线,③是α射线,α粒子的电离能力最强,穿透能力最弱,A不符合题意;β射线是原子核发生β衰变时产生的,是高速电子流,来自原子核,B不符合题意;原子核发生一次衰变的过程中,只能发生α衰变或β衰变,不能同时发生α衰变和β衰变,故不可能同时产生α、β两种射线,C符合题意;原子序数大于83的元素,都具有放射性,原子序数小于或等于83的元素,有的也具有放射性,D不符合题意。故选C。4.D 伽马刀是利用 2760Co发生β衰变释放的γ射线工作的,选项A错误;中子照射稳定的 2759Co制备 2760Co是原子核的人工转变,选项B错误;1 kg的 2760Co经10.6年有0.75 kg发生衰变,选项C错误;2760Co发生β衰变时释放的γ射线可以用于工业探伤,选项D正确。5.B 根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变方程为 53131I→54131Xe+-10e,可知该衰变为β衰变,方程式中的Z为电子,选项A错误,B正确;该反应放出能量,Xe的比结合能要比I的比结合能大,选项C错误;患者服药后,碘131经过4个半衰期,10 g碘131中发生衰变的质量为m=m01-124=9.375 g,选项D错误。6.D 根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可得235+1=144+89+y×1,92+0=x+36+y×0,解得x=56,y=3,选项A错误;铀核的链式反应中,常用的慢化剂有石墨、重水和普通水,用镉棒吸收中子控制反应速度,选项B错误;一个 92235U原子核中中子数为235-92=143,则有143-92=51,可知一个 92235U原子核中中子比质子多51个,选项C错误;原子核中的核子数越多,原子核的结合能越大,则三种原子核的结合能从大到小的顺序为 92235U、x144Ba、3689Kr,选项D正确。7.C 根据质量数守恒、电荷数守恒,可知X的质量数与电荷数分别为2+3-4=1,1+1-2=0,可知X为中子,不带电,选项A错误;一次题述聚变反应亏损质量为Δm=2.014 10 u+3.016 05 u-4.002 60 u-1.008 67 u=0.018 88 u,选项B错误;一次题述聚变反应放出能量约为ΔE=Δmc2,解得ΔE=2.8×10-12 J,选项C正确;聚变过程释放出核能,说明氦核比氘核更加稳定,由于比结合能越大,原子核越稳定,可知,氘核的比结合能小于氦核的比结合能,选项D错误。8.D 碳14衰变为氮14,根据衰变过程中电荷数守恒和质量数守恒,可得其衰变方程为 614C→714N+-10e,则可知其为β衰变,选项A错误;半衰期针对大量的原子才有意义,选项B错误;根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒,可知X为中子,选项C错误;由图可知碳14的半衰期为5 730年,当氮14数量是碳14数量的7倍时,根据N余=N原12tT,可知tT=3,解得t=17 190年,选项D正确。9.AD 根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒,可知核反应方程为324He→612X,该核反应属于轻核聚变,需要超高温才能进行,又称热核反应,选项A正确;中子数等于质量数减去质子数,则X核中有6个中子,选项B错误;该核反应放出的能量等于反应前后结合能的增加值,释放的能量ΔE=12E2-3×4E1=12(E2-E1),选项C错误;根据爱因斯坦质能方程知,该核反应核子的质量亏损Δm=12(E2-E1)c2,选项D正确。10.BC 三种射线中,α射线容易使空气电离,穿透能力最弱,在空气中只能前进几厘米,可知镅发出的是α射线,通过镅释放出射线将空气电离,从而产生电流,选项A错误;新核质量数A=241-4=237,电荷数Z=95-2=93,所以中子数为237-93=144个,产生的新核的中子数比质子数多51个,选项B正确;已知镅的半衰期为433年,则经过866年是经过了两个半衰期,剩余的质量为m=122m0=0.075微克,选项C正确;半衰期与外界因素无关,选项D错误。11.BD 设新核和粒子的质量分别为m1、m2,速度大小分别为v1、v2,电荷量分别为q1、q2。新核做圆周运动过程中洛伦兹力提供向心力:q1v1B=m1v12r1,则新核做圆周运动的半径为r1=m1v1q1B,同理可得,粒子做圆周运动的半径为r2=m2v2q2B,静止的氡原子核由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核的过程动量守恒,则有m1v1=m2v2,联立可得r1r2=q2q1=185,由上述分析可知,轨迹半径与电荷量成反比,故小圆轨迹是新核的,大圆轨迹是粒子的,衰变后瞬间,新核与粒子受力方向相反,速度方向也相反,由左手定则可知,新核与粒子电性相同,故二者均带正电,且电荷量之比为85∶1,故A、C错误,B正确;由上述分析可知,小圆轨迹是新核的,大圆轨迹是粒子的,因为新核与粒子均带正电,由左手定则可知,磁场方向垂直纸面向里,D正确。故选B、D。12.AD 由题可知 94239Pu的衰变方程为 94239Pu→92235U+24He+γ,选项A正确;一个 94239Pu核发生衰变后质量亏损为Δm=239.052 1 u-235.043 9 u-4.002 6 u=0.005 6 u,选项B错误;由于 94239Pu静止时衰变为铀核 92235U和α粒子,满足动量守恒,则有mUvU-mαvα=0,由于放出能量为0.097 MeV的γ光子,结合上述质量亏损有0.005 6×931.5 MeV=12mUvU2+12mαvα2+0.097 MeV,结合动量与动能的关系:Ek=p2/2m,解得EkU=12mUvU2=0.085 7 MeV,Ekα=12mαvα2=5.034 MeV,选项C错误,D正确。13.答案 (1)先增大后减小(2分) (2)2656Fe(2分) (3)112(2分)解析 根据图像可知,随着质量数的增加,原子核的平均结合能先增大后减小;2656Fe核的平均结合能最大;把 816O分成8个质子和8个中子,需要提供的能量约为E1=16×8 MeV=128 MeV,把 816O分成4个 24He需要提供的能量约为E2=16×(8-7) MeV=16 MeV,多提供的能量为ΔE=E1-E2=112 MeV。14.答案 (1)E(1分) D(1分) C(1分) (2)越大(2分) 释放(2分) 17.6(2分)解析 (1)原子核自发地放出α粒子变成另一种原子核叫作α衰变,α衰变的重要特征为反应前只有一个原子核,反应后有一个α粒子和新核,故属于α衰变的是E。核裂变是质量数较大的原子核受到中子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核,属于核裂变的是D。卢瑟福发现质子的核反应方程是 714N+24He→817O+11H,故选C。(2)比结合能越大,原子核越稳定。聚变反应前的总结合能E1=(1.09×2+2.78×3) MeV=10.52 MeV,反应后生成的氦核的结合能E2=7.03×4 MeV=28.12 MeV,所以反应释放的核能ΔE=E2-E1=17.6 MeV。15.答案 mm1(m1-m2-m3-2m0)c2解析 核反应方程为 92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n(3分)一次核反应释放的核能为ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3-2m0)c2(3分)铀235完全裂变释放的核能E=mm1×ΔE=mm1(m1-m2-m3-2m0)c2(3分)16.答案 (1)12H+12H→24He,Δm=2m1-m2 (2)m2MNA(2m1-m2)c2解析 (1)核反应方程为 12H+12H→24He(2分)一次核反应亏损的质量为Δm=2m1-m2(2分)(2)一次核反应释放的能量为ΔE=Δmc2(2分)总质量为m的氘包含氘核数目为n总=mMNA(2分)完全结合成氦释放的能量为E=m2MNA(2m1-m2)c2(2分)17.答案 (1)94238Pu→92234U+24He (2)3×10-6 kg (3)5×10-5 kg解析 (1)根据质量数守恒与电荷数守恒写出核反应方程: 94238Pu→92234U+24He(3分)(2)由爱因斯坦质能方程得Δm=ΔEc2≈3×10-6 kg(3分)(3)总质量m0、衰变后剩余质量m、衰变时间t,半衰期T之间关系为m=m012tT(3分)代入数据解得m=5×10-5 kg(3分)18.答案 (1)411H→24He+210e (2)4×10-12 J (3)2×1038解析 (1)根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒,可得核反应方程为411H→24He+210e(2分)(2)每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能为ΔE=Δmc2=(4mp-mα-2me)c2(2分)代入数据可得ΔE=(4×1.672 6×10-27-6.645 8×10-27-2×0.9×10-30)×(3×108)2 J≈4×10-12 J(3分)(3)设每秒钟太阳辐射的正电子个数为N,则每秒钟发生核聚变的次数为N2,有E0·4πr2πR2=N2·ΔE(3分)可得N=2E0·4πr2πR2ΔE(2分)代入数据可得N≈2×1038(2分) 1.B2.A3.C4.D5.B6.D7.C8.D9.AD10.BC11.BD12.AD
第五章 原子核一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.下列核反应方程中,属于β衰变的是( )A.714N+24He→817O+11H B.90234Th→91234Pa+-10eC.12H+13H→24He+01n D.92238U→90234Th+24He2.我国目前拥有的核潜艇,特点为续航时间久,水下生存能力强,航速高。已知核反应堆中发生的核反应方程式是 92235U+01n→X+3890Sr+1001n,下列说法正确的是( )A.X的质子数为54 B.X的质子数为136C.X的质量数为141 D.该反应是核聚变反应3.1896年法国科学家贝克勒尔发现了放射性元素能够自发地发出射线的现象,即天然放射现象。让放射性元素镭衰变过程中释放出的α、β、γ三种射线,经小孔垂直进入匀强电场中,如图所示。下列说法正确的是( )A.③是α射线,α粒子的电离能力最强,穿透能力也最强B.①是β射线,是高速电子流,来自原子的核外电子C.原子核发生一次衰变的过程中,不可能同时产生α、β两种射线D.原子序数大于83的元素,都具有放射性,原子序数小于或等于83的元素,都不具有放射性4.2760Co发生衰变会释放β射线和γ射线,伽马刀是利用 2760Co发生衰变释放的某种射线工作的。利用中子照射稳定的 2759Co可以制备 2760Co,已知 2760Co的半衰期约为5.3年,则下列说法正确的是( )A.伽马刀是利用 2760Co发生β衰变释放的β射线工作的B.中子照射稳定的 2759Co制备 2760Co是原子核的聚变C.1 kg的 2760Co经10.6年有0.25 kg发生衰变D.2760Co发生β衰变时释放的γ射线可以用于工业探伤5.甲状腺痛患者手术切除甲状腺后,可以通过口服含有碘131的药物进一步进行放射性治疗,为避免患者体内的碘131产生的辐射对他人造成危害,应进行一段时间的隔离,碘131发生衰变的过程可以用方程 53131I→ 54131Xe+Z来表示,不考虑患者对放射性药物代谢的影响,下列说法正确的是( )A.该衰变为α衰变B.Z为电子C.该反应中的Xe的比结合能要比I的比结合能小D.如果碘131的半衰期为8天,服药后经过32天,10 g碘131中将有8.75 g发生衰变6.2022年1月1日,我国自主三代核电“华龙一号”示范工程第2台机组——中核集团福清核电6号机组首次并网成功,开始向电网送出第一度电。核反应堆中一种典型的核反应方程为 92235U+01n→x144Ba+3689Kr+y01n,下列说法正确的是( )A.方程中x=56,y=4B.铀核的链式反应中可用重水吸收中子控制反应速度C.一个 92235U原子核中中子比质子多143个D.三种原子核的结合能从大到小的顺序为 92235U、x144Ba、3689Kr7.两个轻核结合成质量较大的核称为核聚变,一个氘核和一个氚核的聚变方程为 12H+13H→24He+X,已知几种常见原子核质量:氘2.014 10 u、氚3.016 05 u、氦4.002 60 u、质子1.007 825 u、中子1.008 67 u,1 u=1.66×10-27 kg,光速c=3.0×108 m/s,以下说法正确的是( )A.X粒子带正电B.一次上述聚变反应亏损质量为1.027 55 uC.一次上述聚变反应放出能量约为2.8×10-12 JD.氘核的比结合能大于氦核的比结合能8.目前已知碳的同位素共有十五种,有碳8至碳22,其中碳12和碳13属于稳定型,碳14是一种放射性的元素,衰变为氮14,图中包含碳14衰变相关信息,结合这些信息可以判定下列说法正确的是( )A.碳14转变为氮14,衰变方式为α衰变B.100个碳14原子核在经过一个半衰期后,一定还剩50个C.若氮14生成碳14的核反应方程为 714N+X→614C+11H,则X为质子D.当氮14数量是碳14数量的7倍时,碳14衰变经历时间为17 190年二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求,全选对得4分,选对但不全的得2分,选错或不选得0分)9.太阳内部高温高压使三个氦核发生短暂的核反应,被称为氦闪。该核反应的方程式为324He→X,已知 24He核的比结合能为E1,X核的比结合能为E2,真空中的光速为c。下列说法正确的是( )A.该核反应又称热核反应B.X原子核中有8个中子C.该核反应释放的能量为12E2-4E1D.该核反应核子的质量亏损为12(E2-E1)c210.95241Am(镅)是一种半衰期长达433年的放射性金属,其通过衰变释放射线而被用于烟雾探测器,其衰变方程为 95241Am→X+Y(X为释放射线中的某种粒子,Y为产生的新核),在该烟雾探测器中装有大约0.3微克的镅241,其释放的射线可以使腔内空气电离,从而在探测腔内加有低压的电极间形成微小电流。由于该种射线在空气中只能前进几厘米,一张纸就能把它挡住,因此一旦烟雾进入探测器,就会阻挡部分射线而使电流减小引发警报。关于该探测器下列说法中正确的是( )A.烟雾颗粒阻挡的是由镅释放的β粒子B.95241Am发生一次衰变所产生的新核Y的中子数比质子数多51个C.0.3微克的镅241经过866年剩余的质量为0.075微克D.发生火灾时环境温度升高会使 95241Am的半衰期变短11.如图所示,静止的氡原子核(86222Rn)在垂直于纸面的匀强磁场中,由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核,新核和粒子的运动径迹是两个在纸面内的外切圆。已知大圆与小圆直径之比是85∶1。则( )A.该核反应方程是 86222Rn→87222Fr+-10eB.该核反应方程是 86222Rn→85222At+10eC.该核反应方程是 86222Rn→84218Po+24HeD.大圆轨迹是粒子的,磁场方向垂直纸面向里12.钚的放射性同位素 94239Pu静止时衰变为铀核 92235U和α粒子,并放出能量为0.097 MeV的γ光子。已知 94239Pu的质量为239.052 1 u,92235U的质量为235.043 9 u,α粒子的质量为4.002 6 u,且1 u相当于931.5 MeV的能量。若衰变放出光子的动量可忽略,下列说法正确的是( )A.94239Pu的衰变方程为 94239Pu→92235U+24He+γB.一个 94239Pu核发生衰变后质量亏损为4.008 2 uC.铀核 92235U的动能约为5.129 MeVD.α粒子的动能约为5.034 MeV三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)如图所示是原子核的平均结合能(也称比结合能)与质量数的关系图像,通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能,如 816O的核子平均结合能约为8 MeV,24He的核子平均结合能约为7 MeV。(1)随着质量数的增加,原子核的平均结合能 ; (2)平均结合能最大的是 ; (3)把 816O分成8个质子和8个中子比把 816O分成4个 24He要多提供约 MeV的能量。 14.(9分)(1)在下列核反应方程中,属于α衰变的是 ,属于核裂变的是 ,卢瑟福发现质子的核反应方程是 。(均填正确答案标号) A.614C→714N+-10eB.13H+12H→24He+01nC.714N+24He→817O+11HD.92235U+01n→54140Xe+3894Sr+201nE.92238U→90234Th+24HeF.1327Al+24He→1530P+01n(2)不同的原子核的比结合能是不一样的,比结合能 (填“越大”或“越小”)的原子核越稳定,氘核和氚核聚变的核反应方程为 12H+13H→24He+01n,已知 13H的比结合能是2.78 MeV,12H的比结合能是1.09 MeV,24He的比结合能是7.03 MeV,则该核反应所 (填“释放”或“吸收”)的能量为 MeV。 15.(9分)2023年5月5日,“华龙一号”核电机组全球首堆示范工程全面建成。用一个慢中子轰击 92235U后裂变为 3692Kr和 56141Ba。已知中子质量为m0,92235U的质量为m1,3692Kr的质量为m2,56141Ba的质量为m3,求总质量为m的铀235完全裂变产生的能量E。16.(10分)两个氘核结合成一个氦核。已知氘核的质量为m1,氦核的质量为m2,阿伏加德罗常数为NA,氘的摩尔质量为M,光速为c。(1)写出核反应方程,并求一次核反应亏损的质量;(2)总质量为m的氘完全结合成氦释放的能量。17.(12分)核电池又叫“放射性同位素电池”,是利用同位素在衰变过程中释放的核能转变为电能制造而成的。某核电池由放射性同位素 94238Pu制成,已知 94238Pu衰变为铀核(符号U)和α粒子,其半衰期为88年,光速c=3×108 m/s,不考虑其他衰变。(1)写出衰变方程;(2)若该电池在第1个88年内释放核能3×1011 J,求该过程亏损的质量(结果保留1位有效数字);(3)若核电池内放射性同位素 94238Pu的质量为2×10-4 kg,则经过176年后该电池内放射性同位素 94238Pu的质量约为多少kg?18.(14分)太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和 11H、24He等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核(11H)聚变成氦核(24He),同时放出两个正电子(10e)。已知光速c=3×108 m/s,氢核质量mp=1.672 6×10-27 kg,氦核质量mα=6.645 8×10-27 kg,正电子质量me=0.9×10-30 kg。要求计算结果保留1位有效数字。则:(1)请写出题中所述核聚变的核反应方程;(2)求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能;(3)已知地球的半径R=6.4×106 m,日地中心距离r=1.5×1011 m,忽略太阳的辐射能从太阳到地球的能量损失,每秒钟地球表面接收到的太阳辐射的总能量为E0=1.8×1017 J,求每秒钟太阳辐射的电子个数。 答案与解析 原子核1.B 由题可知,A是原子核的人工转变,B是β衰变,C是轻核聚变,D是α衰变,故选B。2.A 根据质量数守恒和电荷数守恒可知X为 54136X,质子数为54,质量数为136,选项A正确,B、C错误;该核反应属于核裂变,选项D错误。3.C 由射线的带电性质可知,①是β射线,②是γ射线,③是α射线,α粒子的电离能力最强,穿透能力最弱,A不符合题意;β射线是原子核发生β衰变时产生的,是高速电子流,来自原子核,B不符合题意;原子核发生一次衰变的过程中,只能发生α衰变或β衰变,不能同时发生α衰变和β衰变,故不可能同时产生α、β两种射线,C符合题意;原子序数大于83的元素,都具有放射性,原子序数小于或等于83的元素,有的也具有放射性,D不符合题意。故选C。4.D 伽马刀是利用 2760Co发生β衰变释放的γ射线工作的,选项A错误;中子照射稳定的 2759Co制备 2760Co是原子核的人工转变,选项B错误;1 kg的 2760Co经10.6年有0.75 kg发生衰变,选项C错误;2760Co发生β衰变时释放的γ射线可以用于工业探伤,选项D正确。5.B 根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变方程为 53131I→54131Xe+-10e,可知该衰变为β衰变,方程式中的Z为电子,选项A错误,B正确;该反应放出能量,Xe的比结合能要比I的比结合能大,选项C错误;患者服药后,碘131经过4个半衰期,10 g碘131中发生衰变的质量为m=m01-124=9.375 g,选项D错误。6.D 根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可得235+1=144+89+y×1,92+0=x+36+y×0,解得x=56,y=3,选项A错误;铀核的链式反应中,常用的慢化剂有石墨、重水和普通水,用镉棒吸收中子控制反应速度,选项B错误;一个 92235U原子核中中子数为235-92=143,则有143-92=51,可知一个 92235U原子核中中子比质子多51个,选项C错误;原子核中的核子数越多,原子核的结合能越大,则三种原子核的结合能从大到小的顺序为 92235U、x144Ba、3689Kr,选项D正确。7.C 根据质量数守恒、电荷数守恒,可知X的质量数与电荷数分别为2+3-4=1,1+1-2=0,可知X为中子,不带电,选项A错误;一次题述聚变反应亏损质量为Δm=2.014 10 u+3.016 05 u-4.002 60 u-1.008 67 u=0.018 88 u,选项B错误;一次题述聚变反应放出能量约为ΔE=Δmc2,解得ΔE=2.8×10-12 J,选项C正确;聚变过程释放出核能,说明氦核比氘核更加稳定,由于比结合能越大,原子核越稳定,可知,氘核的比结合能小于氦核的比结合能,选项D错误。8.D 碳14衰变为氮14,根据衰变过程中电荷数守恒和质量数守恒,可得其衰变方程为 614C→714N+-10e,则可知其为β衰变,选项A错误;半衰期针对大量的原子才有意义,选项B错误;根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒,可知X为中子,选项C错误;由图可知碳14的半衰期为5 730年,当氮14数量是碳14数量的7倍时,根据N余=N原12tT,可知tT=3,解得t=17 190年,选项D正确。9.AD 根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒,可知核反应方程为324He→612X,该核反应属于轻核聚变,需要超高温才能进行,又称热核反应,选项A正确;中子数等于质量数减去质子数,则X核中有6个中子,选项B错误;该核反应放出的能量等于反应前后结合能的增加值,释放的能量ΔE=12E2-3×4E1=12(E2-E1),选项C错误;根据爱因斯坦质能方程知,该核反应核子的质量亏损Δm=12(E2-E1)c2,选项D正确。10.BC 三种射线中,α射线容易使空气电离,穿透能力最弱,在空气中只能前进几厘米,可知镅发出的是α射线,通过镅释放出射线将空气电离,从而产生电流,选项A错误;新核质量数A=241-4=237,电荷数Z=95-2=93,所以中子数为237-93=144个,产生的新核的中子数比质子数多51个,选项B正确;已知镅的半衰期为433年,则经过866年是经过了两个半衰期,剩余的质量为m=122m0=0.075微克,选项C正确;半衰期与外界因素无关,选项D错误。11.BD 设新核和粒子的质量分别为m1、m2,速度大小分别为v1、v2,电荷量分别为q1、q2。新核做圆周运动过程中洛伦兹力提供向心力:q1v1B=m1v12r1,则新核做圆周运动的半径为r1=m1v1q1B,同理可得,粒子做圆周运动的半径为r2=m2v2q2B,静止的氡原子核由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核的过程动量守恒,则有m1v1=m2v2,联立可得r1r2=q2q1=185,由上述分析可知,轨迹半径与电荷量成反比,故小圆轨迹是新核的,大圆轨迹是粒子的,衰变后瞬间,新核与粒子受力方向相反,速度方向也相反,由左手定则可知,新核与粒子电性相同,故二者均带正电,且电荷量之比为85∶1,故A、C错误,B正确;由上述分析可知,小圆轨迹是新核的,大圆轨迹是粒子的,因为新核与粒子均带正电,由左手定则可知,磁场方向垂直纸面向里,D正确。故选B、D。12.AD 由题可知 94239Pu的衰变方程为 94239Pu→92235U+24He+γ,选项A正确;一个 94239Pu核发生衰变后质量亏损为Δm=239.052 1 u-235.043 9 u-4.002 6 u=0.005 6 u,选项B错误;由于 94239Pu静止时衰变为铀核 92235U和α粒子,满足动量守恒,则有mUvU-mαvα=0,由于放出能量为0.097 MeV的γ光子,结合上述质量亏损有0.005 6×931.5 MeV=12mUvU2+12mαvα2+0.097 MeV,结合动量与动能的关系:Ek=p2/2m,解得EkU=12mUvU2=0.085 7 MeV,Ekα=12mαvα2=5.034 MeV,选项C错误,D正确。13.答案 (1)先增大后减小(2分) (2)2656Fe(2分) (3)112(2分)解析 根据图像可知,随着质量数的增加,原子核的平均结合能先增大后减小;2656Fe核的平均结合能最大;把 816O分成8个质子和8个中子,需要提供的能量约为E1=16×8 MeV=128 MeV,把 816O分成4个 24He需要提供的能量约为E2=16×(8-7) MeV=16 MeV,多提供的能量为ΔE=E1-E2=112 MeV。14.答案 (1)E(1分) D(1分) C(1分) (2)越大(2分) 释放(2分) 17.6(2分)解析 (1)原子核自发地放出α粒子变成另一种原子核叫作α衰变,α衰变的重要特征为反应前只有一个原子核,反应后有一个α粒子和新核,故属于α衰变的是E。核裂变是质量数较大的原子核受到中子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核,属于核裂变的是D。卢瑟福发现质子的核反应方程是 714N+24He→817O+11H,故选C。(2)比结合能越大,原子核越稳定。聚变反应前的总结合能E1=(1.09×2+2.78×3) MeV=10.52 MeV,反应后生成的氦核的结合能E2=7.03×4 MeV=28.12 MeV,所以反应释放的核能ΔE=E2-E1=17.6 MeV。15.答案 mm1(m1-m2-m3-2m0)c2解析 核反应方程为 92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n(3分)一次核反应释放的核能为ΔE=Δmc2=(m1-m2-m3-2m0)c2(3分)铀235完全裂变释放的核能E=mm1×ΔE=mm1(m1-m2-m3-2m0)c2(3分)16.答案 (1)12H+12H→24He,Δm=2m1-m2 (2)m2MNA(2m1-m2)c2解析 (1)核反应方程为 12H+12H→24He(2分)一次核反应亏损的质量为Δm=2m1-m2(2分)(2)一次核反应释放的能量为ΔE=Δmc2(2分)总质量为m的氘包含氘核数目为n总=mMNA(2分)完全结合成氦释放的能量为E=m2MNA(2m1-m2)c2(2分)17.答案 (1)94238Pu→92234U+24He (2)3×10-6 kg (3)5×10-5 kg解析 (1)根据质量数守恒与电荷数守恒写出核反应方程: 94238Pu→92234U+24He(3分)(2)由爱因斯坦质能方程得Δm=ΔEc2≈3×10-6 kg(3分)(3)总质量m0、衰变后剩余质量m、衰变时间t,半衰期T之间关系为m=m012tT(3分)代入数据解得m=5×10-5 kg(3分)18.答案 (1)411H→24He+210e (2)4×10-12 J (3)2×1038解析 (1)根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒,可得核反应方程为411H→24He+210e(2分)(2)每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能为ΔE=Δmc2=(4mp-mα-2me)c2(2分)代入数据可得ΔE=(4×1.672 6×10-27-6.645 8×10-27-2×0.9×10-30)×(3×108)2 J≈4×10-12 J(3分)(3)设每秒钟太阳辐射的正电子个数为N,则每秒钟发生核聚变的次数为N2,有E0·4πr2πR2=N2·ΔE(3分)可得N=2E0·4πr2πR2ΔE(2分)代入数据可得N≈2×1038(2分) 1.B2.A3.C4.D5.B6.D7.C8.D9.AD10.BC11.BD12.AD
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