高考物理總復(fù)習 3.2放射性元素的衰變 核能考題演練（含解析）（選修3-5）物理試題

1.(2014·福建高考)如圖,放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線,分別進入勻強電場和勻強磁場中,下列說法正確的是()A.①表示γ射線,③表示α射線B.②表示β射線,③表示α射線C.④表示α射線,⑤表示γ射線D.⑤表示β射線,⑥表示α射線【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下兩點：(1)三種射線的帶電特點。(2)帶電粒子在磁場或電場中的偏轉(zhuǎn)情況?！窘馕觥窟xC。由放射現(xiàn)象中α射線帶正電,β射線帶負電,γ射線不帶電,結(jié)合在電場與磁場中的偏轉(zhuǎn)可知②⑤是γ射線,③④是α射線,故選C。2.(2014·重慶高考)碘131的半衰期約為8天,若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131,經(jīng)過32天后,該藥物中碘131的含量大約還有()A. B. C. D.【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下兩點：(1)正確書寫原子核的衰變公式。(2)準確求解原子核衰變的次數(shù)?！窘馕觥窟xC。由原子核的衰變公式m余=m()n,其中n===4,為衰變的次數(shù),解得m余=,故選C。3.(2014·北京高考)質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3。當一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時,釋放的能量是(c表示真空中的光速)()A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)cC.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2【解題指南】解答本題可按以下思路進行：(1)確定質(zhì)量的變化量Δm。(2)根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2計算釋放的能量?！窘馕觥窟xC。由題意可知,質(zhì)量的變化量Δm=m1+m2-m3;根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2計算釋放的能量為E=(m1+m2-m3)c2。4.(2014·上海高考)核反應(yīng)方程BeHeQUOTEC+X中的X表示()A.質(zhì)子 B.電子C.光子 D.中子【解題指南】解答本題注意以下兩點：(1)核反應(yīng)方程的書寫滿足電荷數(shù)守恒。(2)核反應(yīng)方程的書寫滿足質(zhì)量數(shù)守恒?！窘馕觥窟xD。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知X的質(zhì)量數(shù)為1;根據(jù)電荷數(shù)守恒可知X的電荷數(shù)為0,所以X表示中子。5.(2014·西工大附中模擬)美國和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器,通過Ca(鈣48)轟擊Cf(锎249)發(fā)生核反應(yīng),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。實驗表明,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,則上述過程中的粒子x是()A.中子 B.質(zhì)子 C.電子 D.α粒子【解析】選A。第118號元素的原子核,三次α衰變后核電荷數(shù)變?yōu)?12,說明先前放出的3個相同的粒子x是不帶電的中子,故A正確。6.(2015·安溪模擬)下面關(guān)于結(jié)合能和平均結(jié)合能的說法中,正確的有()A.核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核分解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B.平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,因此它的結(jié)合能也一定越大C.重核與中等質(zhì)量原子核相比較,重核的結(jié)合能和平均結(jié)合能都大D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和平均結(jié)合能均比輕核的要大【解析】選D。核子結(jié)合成原子核放出的能量或原子核分解成核子吸收的能量稱為結(jié)合能,故A錯誤;平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,它的結(jié)合能還和核子的數(shù)量有關(guān),故B錯誤;重核與中等質(zhì)量原子核相比較,重核的結(jié)合能大,重核的核子平均結(jié)合能比中等核的小,故C錯誤;與輕核相比,中等質(zhì)量原子核中一個核子受到更多其他粒子的強作用力,所以平均結(jié)合能大,結(jié)合能就更大,故D正確。7.(1)關(guān)于天然放射現(xiàn)象,下列說法正確的是()A.α射線是由氦原子核衰變產(chǎn)生B.β射線是由原子核外電子電離產(chǎn)生C.γ射線是由原子核外的內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生D.通過化學(xué)反應(yīng)不能改變物質(zhì)的放射性(2)恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng),當溫度達到108K時,可以發(fā)生“氦燃燒”。①完成“氦燃燒”的核反應(yīng)方程He+Be+γ。Be是一種不穩(wěn)定的粒子,其半衰期為2.6×10-16s。一定質(zhì)量的Be,經(jīng)7.8×10-16s后所剩Be占開始時的?！窘馕觥?1)選D。α射線是在α衰變中產(chǎn)生的,本質(zhì)是氦核,A錯誤;β射線是在β衰變中產(chǎn)生的,本質(zhì)是高速電子束,B錯誤;γ射線是發(fā)生α衰變和β衰變時原子核發(fā)生能級躍遷而產(chǎn)生的電磁波,C錯誤;物質(zhì)的放射性由原子核內(nèi)部自身的因素決定,與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān),D正確。(2)①根據(jù)核反應(yīng)方程和電荷守恒定律可知,HeHeBe+γ。Be的半衰期為2.6×10-16s,經(jīng)過7.8×10-16s后,也就是經(jīng)過3個半衰期后剩余的質(zhì)量為m′=()nm=()3m,所剩Be占開始時的。答案：(1)D(2)He②或12.5%8.(1)(2013·重慶高考)鈾是常用的一種核燃料,若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng):Una+b+n,則a+b可能是()(2)已知氘核的質(zhì)量為2.0136u,中子質(zhì)量為1.0087u,氦3He)的質(zhì)量為3.0150u。①寫出兩個氘核聚變生成氦3的核反應(yīng)方程。②計算兩個氘核聚變所釋放出的核能。③若兩個氘核以相同的動能Ek=0.35MeV正碰而發(fā)生核聚變,同時釋放出一對向相反方向運動的光子,每個光子的能量為0.5MeV,試求生成的氦核的動能?！窘馕觥?1)選D。根據(jù)題中所給裂變反應(yīng)方程,質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒,故a+b的質(zhì)量數(shù)應(yīng)為235+1-2=234,電荷數(shù)應(yīng)為92,故只有D選項正確。(2)HHHen②ΔE=Δmc2=0.0035uc2=3.26MeV③0=mαvα-mnvnE′k=2Ek+ΔE-2hνE′k=Ekα+EknEkα=0.74MeVEkn=2.22MeV答案：(1)D(2)①見解析②3.26MeV③0.74MeV9.(1)放射性元素在衰變過程中,有些放出α射線,有些放出β射線,有些在放出α射線或β射線的同時,還以γ射線的形式釋放能量。例如QUOTETh核的衰變過程可表示為QUOTEThQUOTEPaQUOTE+e+γ,這個衰變()A.是β衰變,產(chǎn)生的QUOTEPa核從高能級向低能級躍遷,以γ射線的形式釋放能量B.是β衰變,產(chǎn)生的QUOTEPa核從低能級向高能級躍遷,以γ射線的形式釋放能量C.是α衰變,產(chǎn)生的QUOTEPa核從高能級向低能級躍遷,以γ射線的形式釋放能量D.是α衰變,產(chǎn)生的QUOTEPa核從低能級向高能級躍遷,以γ射線的形式釋放能量(2)完成下列核反應(yīng)方程：A.盧瑟福用α粒子轟擊氮核(N)發(fā)現(xiàn)質(zhì)子HeQUOTE+N→B.查德威克用α粒子轟擊鈹核Be)發(fā)現(xiàn)中子HeBe→C.約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核Al)發(fā)現(xiàn)放射性磷PHeAl→D.哈恩和他的助手發(fā)現(xiàn)鈾核(QUOTEU)裂變生成鋇QUOTE(Ba)和氪Kr)：【解析】(1)選A。衰變過程為QUOTEThQUOTEPaQUOTE+e+γ,知該反應(yīng)為β衰變,由于放出能量,知產(chǎn)生的QUOTEPa核從高能級向低能級躍遷,故A正確。(2)AHeQUOTEQUOTE+NHOBHeBenQUOTEQUOTE+CCHeAlPnD.鈾核(QUOTEU)裂變生成鋇QUOTE(Ba)和氪Kr):QUOTEUnQUOTEBaKr+n答案：(1)A(2)見解析10.(1)目前,在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝修材料,這些巖石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會釋放出放射性惰性氣體氡,而氡會發(fā)生放射性衰變,放出α、β、γ射線,這些射線會導(dǎo)致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病,根據(jù)有關(guān)放射性知識可知,下列說法正確的是()A.氡的半衰期為3.8天,若取4個氡原子核,經(jīng)7.6天后就一定剩下一個原子核了B.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的C.γ射線一般伴隨α或β射線產(chǎn)生,三種射線中,γ射線的穿透能力最強,電離能力也最強D.發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,核子數(shù)減少了2(2)如圖,R為一含有QUOTEU的放射源,它能放出α、β、γ三種射線變?yōu)镼UOTERn。LL′為一張厚報紙;MN為一光屏,虛線框內(nèi)存在著勻強磁場。在屏上只有O、P兩個亮點。則打在P點的是射線；QUOTEU衰變?yōu)镼UOTERn要經(jīng)過多次α衰變和β衰變,其中要經(jīng)過的α衰變次數(shù)為?！窘馕觥?1)選B。半衰期是對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律,對少數(shù)的原子核是不適用的,A錯誤;原子核內(nèi)沒有電子,發(fā)生β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的,B正確;三種射線中,穿透能力和電離能力強弱是相反的;γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生,γ射線的穿透能力最強,電離能力最弱,故C錯誤;發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各減少了2,質(zhì)量數(shù)減少4,故D錯誤。(2)由α射線的特點知,一張薄紙就能擋住α射線,而γ射線和β射線穿透能力都比α射線大,γ射線不帶電,磁場不會使γ射線偏轉(zhuǎn),而β射線帶負電,磁場對它有洛倫茲力,故打在P點的是β射線，QUOTEUQUOTERn+He+QUOTEe,由質(zhì)量數(shù)守恒得238=222+4m,m=4。答案：(1)B(2)β411.(1)(多選)盧瑟福通過實驗首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變,其核反應(yīng)方程為：QUOTEHeQUOTE+NQUOTEOH,下列說法正確的是()A.盧瑟福通過該實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型B.實驗中是用α粒子轟擊氮核的C.盧瑟福通過該實驗發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子D.原子核在人工轉(zhuǎn)變的過程中,電荷數(shù)一定守恒E.原子核在人工轉(zhuǎn)變的過程中,產(chǎn)生質(zhì)量虧損,能量不守恒(2)為確定愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE=Δmc2的正確性,設(shè)計了如下實驗：用動能為E1=0.60MeV的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核Li,生成兩個α粒子,測得兩個α粒子的動能之和為E2=19.9MeV,已知質(zhì)子、α粒子、鋰粒子的質(zhì)量分別取mp=1.0073u、mα=4.0015u、mLi=7.0160u,求：①寫出該反應(yīng)方程。②通過計算說明ΔE=Δmc2正確。(1u=1.6606×10-27kg)【解析】(1)選B、C、D。原子的核式結(jié)構(gòu)模型是盧瑟福在α粒子的散射實驗的基礎(chǔ)上提出的,A錯。1919年盧瑟福做了用α粒子轟擊氮原子核的實驗,用人工的方法使原子核發(fā)生變化從而發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,原子核在人工轉(zhuǎn)變過程中,電荷數(shù)一定守恒,選項B、C、D正確。原子核在人工轉(zhuǎn)變的過程中,雖產(chǎn)生質(zhì)量虧損,但能量仍守恒,選項E錯誤。(2)①核反應(yīng)方程為LiH→He。②核反應(yīng)的質(zhì)量虧損：Δm=mLi+mp-2mα=7.0160u+1.0073u-2×4.0015u=0.0203u由質(zhì)能方程可得與質(zhì)量虧損相當?shù)哪芰浚害=Δmc2=0.0203×931.5MeV=18.9MeV而系統(tǒng)增加的能量：ΔE′=E2-E1=19.3MeV這些能量來自核反應(yīng)中,在誤差允許的范圍內(nèi)可認為相等,所以ΔE=Δmc2正確。答案：(1)B、C、D(2)LiH→He②見解析12.一靜止的U核經(jīng)α衰變成為Th核,釋放出的總動能為4.27MeV。問此衰變后Th核的動能為多少MeV?(保留1位有效數(shù)字)【解析】據(jù)題意知,此α衰變的衰變方程為UThHe根據(jù)動量守恒定律得mαvα=mThvTh ①式中,mα和mTh分別為α粒子和Th核的質(zhì)量,vα和vT