2023版高考物理一輪復習第13章原子結構原子核第2講放射性元素的衰變核能課后限時訓練新人教版選修3-5

PAGEPAGE2放射性元素的衰變核能一、選擇題(此題共10小題，1～4題為單項選擇，5～10題為多項選擇)1．(2022·江蘇物理)貝克勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如今原子核的放射性在眾多領域中有著廣泛應用。以下屬于放射性衰變的是eq\x(導學號51343315)(A)A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,53)I＋eq\o\al(95,39)Y＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n[解析]一個放射性原子核自發(fā)地放出一個粒子變成新的原子核的過程為原子核的衰變，A項為原子核衰變，B項為重核的裂變，C項為輕核的聚變，D項為原子核的人工轉(zhuǎn)變，因此A項正確。2．(2022·湖南省五市十校高三聯(lián)考)放射性原子核eq\o\al(234,91)Pa經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變，最終變?yōu)榉€(wěn)定的原子核eq\o\al(206,82)Pb，那么eq\x(導學號51343316)(A)A．n＝7，m＝5 B．n＝5，m＝7C．n＝9，m＝7 D．n＝7，m＝9[解析]此題中放射性原子核eq\o\al(234,91)Pa經(jīng)過衰變，最終變?yōu)樵雍薳q\o\al(206,82)Pb；可知質(zhì)量數(shù)減少28，質(zhì)子數(shù)減少9；在衰變過程中根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒有4n＝28,2n－m＝9，得n＝7，m＝5，所以選項A正確。3．(2022·吉林省重點中學第二次模擬考試)以下說法正確的選項是eq\x(導學號51343317)(B)A．原子核的結合能是組成原子核的所有核子的能量總和B．在所有核反響中，都遵從“質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒〞的規(guī)律C．在天然放射現(xiàn)象中放出的β射線就是電子流，該電子是原子的內(nèi)層電子受激發(fā)后輻射出來的D．鐳226衰變?yōu)殡?22的半衰期為1620年，也就是說，100個鐳226核經(jīng)過1620年后一定還剩下50個鐳226沒有發(fā)生衰變[解析]原子核的結合能是組成原子核的所有核子結合成原子核時釋放出來的能量，選項A錯誤；在所有核反響中，都遵從“質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒〞的規(guī)律，選項B正確；在天然放射現(xiàn)象中放出的β射線就是電子流，該電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子，從原子核中輻射出來的，選項C錯誤；半衰期是對大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，少量原子核衰變不能運用半衰期的統(tǒng)計規(guī)律，所以選項D錯誤。4．美國和俄羅斯的科學家利用盤旋加速器，通過鈣48轟擊锎249發(fā)生核反響，成功合成了第118號元素，這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素。實驗說明，該元素的原子核先放出3個相同的粒子x，再連續(xù)經(jīng)過3次α衰變后，變成質(zhì)量數(shù)為282的第112號元素的原子核，那么上述過程中的粒子x是eq\x(導學號51343318)(A)A．中子 B．質(zhì)子C．電子 D．α粒子[解析]根據(jù)衰變中電荷數(shù)守恒得118－3×2－112＝0，所以x粒子的電荷量為零，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒48＋249－4×3－282＝3，所以x粒子的質(zhì)量數(shù)為1，該粒子為中子，A正確。5．钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu衰變時釋放巨大能量，其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，那么eq\x(導學號51343319)(AD)A．核燃料總是利用比結合能小的核B．核反響中γ的能量就是eq\o\al(239,94)Pu的結合能C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說明eq\o\al(235,92)U的結合能大D．由于衰變時釋放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的比結合能小[解析]比結合能越小，原子核越不穩(wěn)定，蘊藏的核能越多，A正確；核反響中γ的能量不是eq\o\al(239,94)Pu的結合能，B錯誤；eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說明eq\o\al(235,92)U的比結合能大，C錯誤；比結合能越小越不穩(wěn)定，D正確。6．地震和海嘯有可能會引發(fā)核電站放射性物質(zhì)泄漏，其中放射性物質(zhì)碘131的衰變方程為eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋Y。根據(jù)有關放射性知識，以下說法正確的選項是eq\x(導學號51343320)(AE)A．Y粒子為β粒子B.eq\o\al(131,53)I的半衰期大約是8天，假設取4個碘原子核，經(jīng)16天就可能剩下1個碘原子核了C．生成的eq\o\al(131,54)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D.eq\o\al(131,53)I中有53個質(zhì)子和131個中子E.eq\o\al(131,53)I的質(zhì)量與eq\o\al(131,54)Xe和Y粒子的質(zhì)量之和不相等[解析]eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋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A正確。半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對大量的原子核才適用，對少數(shù)原子核不適用，故B錯誤。生成的eq\o\al(131,54)Xe處于激發(fā)狀，還會放射γ射線，γ射線的穿透能力最強，γ射線是高能光子流即高能電磁波，它不帶電，所以γ射線的電離作用很弱，故C錯誤。eq\o\al(131,53)I中有53個質(zhì)子，131表示質(zhì)量數(shù)，所以有78個中子，故D錯誤。根據(jù)質(zhì)量虧損及質(zhì)能方程可知，eq\o\al(131,53)I的質(zhì)量與eq\o\al(131,54)Xe和Y粒子的質(zhì)量之和不相等，故E正確。7．關于核反響方程eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X＋ΔE(ΔE為釋放出的核能，X為新生成的粒子)，eq\o\al(234,90)Th的半衰期為T，那么以下說法正確的選項是eq\x(導學號51343321)(BCE)A．原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于83的元素那么不能發(fā)出射線B.eq\o\al(234,91)Pa比eq\o\al(234,90)Th少1個中子，X粒子是從原子核中射出的，此核反響為β衰變C．N0個eq\o\al(234,90)Th經(jīng)2T時間因發(fā)生上述核反響而放出的核能為eq\f(3,4)N0ΔE(N0數(shù)值很大)D.eq\o\al(234,90)Th的比結合能為eq\f(ΔE,234)E．該放射性元素(eq\o\al(234,90)Th)與其他元素形成化合物的半衰期仍等于T[解析]原子序數(shù)小于83的元素，有些元素的同位素也能發(fā)出射線，故A錯誤；由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知X的質(zhì)量數(shù)是0，電荷數(shù)是－1，為電子，是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時釋放出來的，故B正確；經(jīng)2T時間還剩余四分之一沒衰變，核反響放出的核能為eq\f(3,4)N0ΔE，故C正確；eq\o\al(234,90)Th的結合能是234個核子結合成eq\o\al(234,90)Th時放出的能量，該能量不是它衰變時放出的能量ΔE，所以eq\o\al(234,90)Th的結合能不是ΔE，eq\o\al(234,90)Th的比結合能也不是eq\f(ΔE,234)，故D錯誤；半衰期與原子核所處狀態(tài)無關，故E正確。8．一個質(zhì)子和一個中子聚變結合成一個氘核，同時輻射一個γ光子。質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c。以下說法正確的選項是eq\x(導學號51343322)(AB)A．核反響方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γB．聚變反響中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2D．γ光子的波長λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c2)E．在真空中γ光子的速度小于c[解析]輻射出光子的能量為E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，C錯誤；因為hν＝heq\f(c,λ)＝(m1＋m2－m3)c2，所以λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，因此D錯誤；在真空中γ光子的速度等于c，E錯誤。9．(2022·山東理綜，39)14C發(fā)生放射性衰變成為14N，半衰期約5700年。植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動結束后，14C的比例持續(xù)減少?，F(xiàn)通過測量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。以下說法正確的選項是eq\A．該古木的年代距今約5700年B．12C、13C、C．14C衰變?yōu)?4N的過程中放出βD．增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速14C[解析]因古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，那么可知經(jīng)過的時間為一個半衰期，即該古木的年代距今約為5700年，選項A正確；12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù)，由于質(zhì)量數(shù)不同，故中子數(shù)不同，選項B錯誤；根據(jù)核反響方程可知，14C10．(2022·重慶九龍坡期中)鋅對人體的新陳代謝起著重要作用，在兒童生長發(fā)育時期測量體內(nèi)含鋅量已成為體格檢查的重要內(nèi)容之一。取兒童的頭發(fā)約50mg，放在反響堆中經(jīng)中子照射后，頭發(fā)中的鋅元素與中子反響生成具有放射性的同位素鋅，其核反響方程式為：eq\o\al(64,30)Zn＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(65,30)Zn，eq\o\al(65,30)Zn衰變放出能量為1115eV的γ射線，通過γ射線強度的測定可以計算出頭發(fā)中鋅的含量。關于以上表達，以下說法正確的選項是eq\x(導學號51343324)(BDE)A.eq\o\al(64,30)Zn和eq\o\al(65,30)Zn有相同的核子數(shù)B.eq\o\al(64,30)Zn和eq\o\al(65,30)Zn有相同的質(zhì)子數(shù)C．γ射線是由鋅原子的內(nèi)層電子激發(fā)的D．γ射線在真空中傳播的速度是3×108E．γ射線其實是光子流(高頻電磁波)[解析]核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，eq\o\al(64,30)Zn和eq\o\al(65,30)Zn核子數(shù)不同，質(zhì)子數(shù)相同，故A錯誤，B正確；γ射線是在α、β衰變過程中釋放出來的，它是光子流，以光速傳播，故C錯誤，D、E正確。二、非選擇題11．(2022·江蘇鹽城南洋中學第二次段考)根據(jù)核反響方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(m,n)X，完成填空：eq\o\al(m,n)X粒子中含有__2__個中子；物理學家盧瑟福用該粒子轟擊氮核(eq\o\al(14,7)N)，發(fā)現(xiàn)了__質(zhì)子__，該核反響方程是__eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H__。eq\x(導學號51343325)[解析]根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知m＝4，n＝2，中子數(shù)＝4－2＝2；物理學家盧瑟福用該粒子轟擊氮核(eq\o\al(14,7)N)，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，該核反響方程是：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。12．在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于放出一個α粒子，結果得到一張兩個相切圓的徑跡照片，如下圖，今測得兩個相切圓的半徑之比r1∶r2＝44∶1。那么：eq\x(導學號51343326)(1)這個原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)是多少？(2)圖中哪一個圓是α粒子的徑跡？(說明理由)[答案](1)90(2)軌道1[解析](1)設衰變后α粒子的電荷量q1＝2e，新生核的電荷量為q2，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，衰變后兩粒子的速度分別為v1和v2，那么原來原子核的電荷量q＝q1＋q2根據(jù)軌道半徑公式有eq\f(r1,r2)＝eq\f(\f(m1v1,Bq1),\f(m2v2,Bq2))＝eq\f(m1v1q2,m2v2q1)又由衰變過程中遵循動量守恒定律得m1v1＝m2v2以上三式聯(lián)立解得q＝90e。即這個原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)為90。(2)由于動量大小相等，所以軌道半徑與粒子的電荷量成反比，即圓軌道1是α粒子的徑跡，圓軌道2是新生核的徑跡，兩者電性相同，運動方向相反。13．盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反響為：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。氮核質(zhì)量為mN＝14.00753u，氧核的質(zhì)量為mO＝17.00454u，氦核質(zhì)量mHe＝4.00387u，質(zhì)子(氫核)質(zhì)量為mp＝1.00815u。(：1U＝931MeV，結果保