2022-2023學(xué)年高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)第五章 原子核 章末培優(yōu)訓(xùn)練

《第五章原子核》章末培優(yōu)訓(xùn)練一、單項(xiàng)選擇題1.如圖所示,曲線(xiàn)a、b、c、d為氣泡室中某放射物質(zhì)發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡,氣泡室中磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里。以下判斷可能正確的是()A.a、b為β粒子的徑跡B.a、b為γ粒子的徑跡C.c、d為α粒子的徑跡D.c、d為β粒子的徑跡2.如圖所示,X為未知放射源。若將由N、S磁極產(chǎn)生的強(qiáng)力磁場(chǎng)M移開(kāi),發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)器單位時(shí)間接收到的射線(xiàn)粒子數(shù)保持不變;若再將鋁薄片也移開(kāi),發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)器單位時(shí)間接收到的射線(xiàn)粒子數(shù)大幅度上升。則X為()A.α射線(xiàn)、β射線(xiàn)混合放射源B.α射線(xiàn)、γ射線(xiàn)混合放射源C.純?chǔ)律渚€(xiàn)放射源D.純?chǔ)蒙渚€(xiàn)放射源3.一放射性原子核X靜止在與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,衰變后產(chǎn)生的原子核Y及粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖,則()A.此次衰變可能為β衰變B.Y的質(zhì)子數(shù)比X的質(zhì)子數(shù)小4C.Y的中子數(shù)比X的中子數(shù)小4D.軌跡2為Y的運(yùn)動(dòng)軌跡4.一靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的原子核X發(fā)生一次衰變,放出的粒子和新核都在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。下列判斷正確的是()A.原子核發(fā)生了α衰變B.新核在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是圖中的2C.運(yùn)動(dòng)軌跡1、2的半徑之比為1∶(n+1)D.放出的粒子和新核的質(zhì)量數(shù)之比為1∶(m-1)5.某靜止的原子核發(fā)生核反應(yīng)且釋放出能量Q,其方程為XZ,假設(shè)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為新核Y和Z的動(dòng)能,測(cè)得Z的速度為v,以下結(jié)論正確的是()A.Y原子核的速度大小為vB.Y原子核的動(dòng)能是Z原子核的動(dòng)能的倍C.Y原子核和Z原子核的質(zhì)量之和比X原子核的質(zhì)量大(c為光速)D.Y和Z的結(jié)合能之和一定大于X的結(jié)合能6.在火星上,太陽(yáng)能電池板的發(fā)電能力有限,因此科學(xué)家用放射性材料PuO2作為發(fā)電能源為火星車(chē)供電。PuO2中的Pu元素是Pu,具有天然放射性,半衰期為87.7年P(guān)u發(fā)生α衰變的核反應(yīng)方程為PuXHe,則下列說(shuō)法正確的是()A.X原子核的中子數(shù)為141BPu原子核發(fā)生α衰變后產(chǎn)生的新核的比結(jié)合能比Pu核的比結(jié)合能小C.10個(gè)Pu原子核經(jīng)過(guò)87.7年后一定還會(huì)剩余5個(gè)DPu的半衰期是由核內(nèi)部自身的因素決定,跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系7.2021年4月,日本政府決定將福島核廢水排放入海,引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。核廢水即使經(jīng)處理,但還是含有氚、鍶90、銫137、碘129等放射性元素。其中Cs是最具危害的放射性元素,半衰期為30年。它能通過(guò)β衰變放射出β射線(xiàn),衰變得到的新核用X表示。則下列說(shuō)法正確的是()A.銫核發(fā)生β衰變的衰變方程為CsXeB.20個(gè)銫核經(jīng)過(guò)60年,一定還有5個(gè)銫核未發(fā)生衰變C.銫核發(fā)生β衰變時(shí),β射線(xiàn)來(lái)自原子核外的電子電離D.新核X的比結(jié)合能比Cs小8.山東海陽(yáng)核電站建成并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電,有效緩解了山東電力不足的情況,為建設(shè)生態(tài)山東做出了貢獻(xiàn)。核電站核反應(yīng)堆中,用中子轟擊U原子核的核反應(yīng)方程為UnBa+X+nU、nBa、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4,其中Ba是不穩(wěn)定的,其半衰期為T(mén),真空中的光速為c,以下說(shuō)法正確的是()A.X原子核中含有的中子數(shù)為50B.該反應(yīng)屬于人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)C.該反應(yīng)中釋放的能量為(m1-2m2-m3-m4)c2D.經(jīng)過(guò)2T,一定質(zhì)量的Ba原子核衰變了的質(zhì)量占開(kāi)始時(shí)的9.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)靜止的原子核,由于衰變放射出某種粒子,結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓1和2的徑跡照片如圖所示,已知兩個(gè)相切圓半徑分別為r1、r2。下列說(shuō)法正確的是()A.原子核可能發(fā)生的是α衰變,也可能發(fā)生的是β衰變B.徑跡2可能是衰變后新核的徑跡C.若是α衰變,則1和2的徑跡均是逆時(shí)針?lè)较駾.若衰變方程是UThHe,則r1∶r2=1∶45二、多項(xiàng)選擇題10.某醫(yī)院利用放射線(xiàn)治療腫瘤,被利用的放射源必須具備以下兩個(gè)條件:(1)放出的射線(xiàn)有較強(qiáng)的穿透能力,能輻射到體內(nèi)腫瘤所在處;(2)能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)提供比較穩(wěn)定的輻射強(qiáng)度?，F(xiàn)有四種放射性同位素的放射線(xiàn)及半衰期如表所示。關(guān)于在表中所列的四種同位素,下列說(shuō)法正確的是()同位素 鈷60 鍶90 锝99 氡222放射線(xiàn) γ射線(xiàn) β射線(xiàn) γ射線(xiàn) α射線(xiàn)半衰期 5年 28年 6小時(shí) 3.8天A.最適宜作為放療使用的放射源應(yīng)是鈷60B.最適宜作為放療使用的放射源應(yīng)是鍶90C.放射線(xiàn)的電離能力最強(qiáng)的放射源是锝99D.放射線(xiàn)的電離能力最強(qiáng)的放射源是氡22211.反粒子就是質(zhì)量與正粒子相等,帶電荷量與正粒子相等但電性相反的粒子,例如,反質(zhì)子為H。假若分別使一束質(zhì)子、反質(zhì)子、α粒子和反α粒子以相同速度v沿OO'方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2,形成圖中的4條徑跡,則()A.1、2是反粒子徑跡 B.3、4為反粒子徑跡C.2為反α粒子徑跡 D.1為反α粒子徑跡12.2021年12月15日秦山核電站迎來(lái)了安全發(fā)電30周年,核電站累計(jì)發(fā)電約6.9×1011kW·h,相當(dāng)于減排二氧化碳六億多噸。為了提高能源利用率,核電站還將利用冷卻水給周?chē)用窆?。下列說(shuō)法正確的是()A.秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量B.秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為27.6kgC.核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度D.反應(yīng)堆中存在UnBaKr+n的核反應(yīng)三、非選擇題13.一個(gè)靜止的鈾核U)衰變成釷核Th)時(shí),放出一個(gè)α粒子。(1)寫(xiě)出鈾核發(fā)生衰變的核反應(yīng)方程;(2)假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能E全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動(dòng)能,釷核的質(zhì)量為M,α粒子的質(zhì)量為m,則釷核和α粒子的動(dòng)能各為多大?(3)衰變過(guò)程一般都有γ光子放出。一個(gè)高能γ光子經(jīng)過(guò)重核附近時(shí),在原子核場(chǎng)的作用下,能產(chǎn)生一對(duì)正負(fù)電子,已知電子質(zhì)量me=9.1×10-31kg,光在真空中的傳播速度c=3×108m/s,請(qǐng)寫(xiě)出相應(yīng)的核反應(yīng)方程,并計(jì)算一個(gè)高能γ光子的能量。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.Dγ粒子是不帶電的光子,在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;α粒子為氦核,帶正電,由左手定則知受到向上的洛倫茲力向上偏轉(zhuǎn),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;β粒子是帶負(fù)電的電子,由左手定則知應(yīng)向下偏轉(zhuǎn),A錯(cuò)誤,D正確。2.B將磁鐵移開(kāi)后,計(jì)數(shù)器所得計(jì)數(shù)率保持不變,說(shuō)明穿過(guò)鋁片的粒子中無(wú)帶電粒子,故只有γ射線(xiàn);將薄鋁片移開(kāi),計(jì)數(shù)率大幅上升,說(shuō)明射線(xiàn)中有穿透力很弱的粒子,因此放射源可能是α射線(xiàn)和γ射線(xiàn)的混合放射源。故B正確,ACD錯(cuò)誤。3.D衰變瞬間粒子和原子核Y速度方向相反,根據(jù)軌跡圖可知,兩者在切點(diǎn)處受到的洛倫茲力方向相反,而兩者處于同一磁場(chǎng)中,根據(jù)左手定則可判斷出兩者帶同種電荷,即X發(fā)生的是α衰變,A錯(cuò)誤;Y的質(zhì)子數(shù)比X的質(zhì)子數(shù)小2,Y的中子數(shù)比X的中子數(shù)小2,BC錯(cuò)誤;衰變過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律,可得粒子和Y的動(dòng)量大小相等,方向相反,結(jié)合qvB=m可得電荷量越大,運(yùn)動(dòng)半徑越小,故軌跡2為Y的運(yùn)動(dòng)軌跡,D正確。4.C發(fā)生衰變的過(guò)程滿(mǎn)足動(dòng)量守恒,所以末態(tài)粒子和新核的動(dòng)量等大反向,運(yùn)動(dòng)方向相反,新核一定帶正電,運(yùn)動(dòng)軌跡為內(nèi)切圓,根據(jù)左手定則可以判斷出放出的粒子帶負(fù)電,則發(fā)生的是β衰變,根據(jù)洛倫茲力提供向心力可知r=,由于新核帶電荷量大于電子,所以新核半徑小,是軌跡1,AB錯(cuò)誤;因?yàn)榘l(fā)生的是β衰變,所以衰變后新核帶電荷量為(n+1),所以半徑比等于帶電荷量的反比,為1∶(n+1),C正確;放出的是電子,質(zhì)量數(shù)是0,所以質(zhì)量數(shù)之比為0∶m,D錯(cuò)誤。5.D靜止的原子核發(fā)生衰變的過(guò)程中動(dòng)量守恒,設(shè)Y的速度為v',以Z的速度方向?yàn)檎较?則有Fv+Dv'=0,所以v'=-,即大小為,負(fù)號(hào)表示方向與Z的速度方向相反,故A錯(cuò)誤;動(dòng)能Ek=mv2,所以Y原子核的動(dòng)能與Z原子核的動(dòng)能關(guān)系,故B錯(cuò)誤;由于該反應(yīng)過(guò)程中釋放能量,所以Y原子核和Z原子核的質(zhì)量之和比X原子核的質(zhì)量小,故C錯(cuò)誤;由于該反應(yīng)過(guò)程中釋放能量,所以Y和Z的結(jié)合能之和一定大于X的結(jié)合能,故D正確。6.D根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,X原子核的中子數(shù)為(238-4)-(94-2)=142,故A錯(cuò)誤Pu原子核發(fā)生α衰變后產(chǎn)生的新核更穩(wěn)定,所以新核的比結(jié)合能比Pu核的比結(jié)合能大,故B錯(cuò)誤;半衰期是針對(duì)大量原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)少量原子核不適用,故C錯(cuò)誤;半衰期由原子核內(nèi)部自身的因素決定,跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系,故D正確。7.Aβ射線(xiàn)是高速電子流,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得銫的衰變方程為Cse,故A正確;半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)大量的原子核適用,對(duì)少量原子核不適用,故B錯(cuò)誤;β衰變是原子核內(nèi)部的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子同時(shí)生成一個(gè)電子,這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外形成β射線(xiàn),故C錯(cuò)誤;衰變后的產(chǎn)物更穩(wěn)定,其原子核比結(jié)合能更大,即新核X的比結(jié)合能比Cs的大,故D錯(cuò)誤。8.D根據(jù)核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可寫(xiě)出該核反應(yīng)方程為UnBaX+n,可知X原子核中含有的中子數(shù)為53,故A錯(cuò)誤;該核反應(yīng)為重核裂變反應(yīng),故B錯(cuò)誤;該核反應(yīng)中釋放的能量為ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c2,故C錯(cuò)誤;根據(jù)半衰期公式m余=m(可知,經(jīng)過(guò)2T,則=()2=,所以一定質(zhì)量的Ba原子核衰變了的質(zhì)量占開(kāi)始時(shí)的,故D正確。9.D原子核衰變過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒,由動(dòng)量守恒定律可知,衰變生成的兩粒子動(dòng)量方向相反,粒子速度方向相反,由左手定則知,若生成的兩粒子電性相反,則在磁場(chǎng)中的軌跡為內(nèi)切圓,若電性相同,則在磁場(chǎng)中的軌跡為外切圓,所以?xún)闪Ｗ与娦韵嗤?可能發(fā)生的是α衰變,不是β衰變;若是α衰變,生成的兩粒子電性相同,由左手定則可知,兩粒子都沿順時(shí)針?lè)较蜃鰣A周運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)AC錯(cuò)誤;核反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒,原子核原來(lái)靜止,初動(dòng)量為零,由動(dòng)量守恒定律可知,原子核衰變后生成的兩粒子動(dòng)量大小相等、方向相反,粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由洛倫茲力提供向心力,qvB=m,解得r=,則粒子電荷量q越大,其軌道半徑r越小,由于新核的電荷量大于α粒子的電荷量,則新核的軌道半徑小于α粒子的軌道半徑,則半徑為r1的圓為新核的運(yùn)動(dòng)軌跡,半徑為r2的圓為α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,且r1∶r2=2∶90=1∶45,選項(xiàng)D正確,B錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)選擇題10.AD鈷60放出的γ射線(xiàn)穿透能力強(qiáng),半衰期較長(zhǎng),選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;α射線(xiàn)電離能力最強(qiáng),γ射線(xiàn)的電離能力最弱,氡222放出的是α射線(xiàn),選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。11.AC由左手定則判定質(zhì)子、α粒子受到洛倫茲力向右偏轉(zhuǎn),反質(zhì)子、反α粒子向左偏轉(zhuǎn),故A正確,B錯(cuò)誤;進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2的粒子具有相同的速度,由偏轉(zhuǎn)半徑r=知,反α粒子、α粒子在磁場(chǎng)中的半徑大,故C正確,D錯(cuò)誤。12.CD秦山核電站利用的是重核裂變釋放的能量,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;如果不考慮核能與電能的轉(zhuǎn)化效率,則根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2可以推算出,原子核虧損的質(zhì)量約為m=kg=27.6kg,但核能轉(zhuǎn)化為電能的效率不可能達(dá)到100%,所以質(zhì)量虧損應(yīng)該超過(guò)27.6kg,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;鎘吸收中子的能力強(qiáng),因此在核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒調(diào)節(jié)中子的數(shù)