05-第五章原子核

第五章原子核一、單項選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。每小題只有一個選項符合題目要求)1.下列核反應方程中,屬于β衰變的是()A.714N+24He→817O+1C.12H+13H→24He+01n2.我國目前擁有的核潛艇,特點為續(xù)航時間久,水下生存能力強,航速高。已知核反應堆中發(fā)生的核反應方程式是

92235U+01n→X+38A.X的質子數為54B.X的質子數為136C.X的質量數為141D.該反應是核聚變反應3.1896年法國科學家貝克勒爾發(fā)現了放射性元素能夠自發(fā)地發(fā)出射線的現象,即天然放射現象。讓放射性元素鐳衰變過程中釋放出的α、β、γ三種射線,經小孔垂直進入勻強電場中,如圖所示。下列說法正確的是()A.③是α射線,α粒子的電離能力最強,穿透能力也最強B.①是β射線,是高速電子流,來自原子的核外電子C.原子核發(fā)生一次衰變的過程中,不可能同時產生α、β兩種射線D.原子序數大于83的元素,都具有放射性,原子序數小于或等于83的元素,都不具有放射性4.2760Co發(fā)生衰變會釋放β射線和γ射線,伽馬刀是利用

2760Co發(fā)生衰變釋放的某種射線工作的。利用中子照射穩(wěn)定的

2759Co可以制備

2760Co,已知A.伽馬刀是利用

2760Co發(fā)生β衰變釋放的B.中子照射穩(wěn)定的

2759Co制備

C.1kg的

2760Co經10.6年有0.25D.2760Co發(fā)生β衰變時釋放的5.甲狀腺痛患者手術切除甲狀腺后,可以通過口服含有碘131的藥物進一步進行放射性治療,為避免患者體內的碘131產生的輻射對他人造成危害,應進行一段時間的隔離,碘131發(fā)生衰變的過程可以用方程

53131I→

54131Xe+Z來表示,A.該衰變?yōu)棣了プ傿.Z為電子C.該反應中的Xe的比結合能要比I的比結合能小D.如果碘131的半衰期為8天,服藥后經過32天,10g碘131中將有8.75g發(fā)生衰變6.2022年1月1日,我國自主三代核電“華龍一號”示范工程第2臺機組——中核集團福清核電6號機組首次并網成功,開始向電網送出第一度電。核反應堆中一種典型的核反應方程為

92235U+01n→x144BaA.方程中x=56,y=4B.鈾核的鏈式反應中可用重水吸收中子控制反應速度C.一個

92235U原子核中中子比質子多D.三種原子核的結合能從大到小的順序為

92235U、x7.兩個輕核結合成質量較大的核稱為核聚變,一個氘核和一個氚核的聚變方程為

12H+13H→24He+X,已知幾種常見原子核質量:氘2.01410u、氚3.01605u、氦4.00260u、質子1.007825u、中子1.00867u,1u=1.66×1027kg,光速c=3.0×A.X粒子帶正電B.一次上述聚變反應虧損質量為1.02755uC.一次上述聚變反應放出能量約為2.8×1012JD.氘核的比結合能大于氦核的比結合能8.目前已知碳的同位素共有十五種,有碳8至碳22,其中碳12和碳13屬于穩(wěn)定型,碳14是一種放射性的元素,衰變?yōu)榈?4,圖中包含碳14衰變相關信息,結合這些信息可以判定下列說法正確的是()A.碳14轉變?yōu)榈?4,衰變方式為α衰變B.100個碳14原子核在經過一個半衰期后,一定還剩50個C.若氮14生成碳14的核反應方程為

714N+X→614C+D.當氮14數量是碳14數量的7倍時,碳14衰變經歷時間為17190年二、多項選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。每小題有多個選項符合題目要求,全選對得4分,選對但不全的得2分,選錯或不選得0分)9.太陽內部高溫高壓使三個氦核發(fā)生短暫的核反應,被稱為氦閃。該核反應的方程式為324He→X,已知

24He核的比結合能為E1,X核的比結合能為E2,A.該核反應又稱熱核反應B.X原子核中有8個中子C.該核反應釋放的能量為12E24E1D.該核反應核子的質量虧損為12(10.95241Am(镅)是一種半衰期長達433年的放射性金屬,其通過衰變釋放射線而被用于煙霧探測器,其衰變方程為

95241Am→X+Y(X為釋放射線中的某種粒子,Y為產生的新核),在該煙霧探測器中裝有大約0.3微克的镅241,其釋放的射線可以使腔內空氣電離,從而在探測腔內加有低壓的電極間形成微小電流。由于該種射線在空氣中只能前進幾厘米,一張紙就能把它擋住,A.煙霧顆粒阻擋的是由镅釋放的β粒子B.95241Am發(fā)生一次衰變所產生的新核Y的中子數比質子數多微克的镅241經過866年剩余的質量為0.075微克D.發(fā)生火災時環(huán)境溫度升高會使

9524111.如圖所示,靜止的氡原子核(86222Rn)在垂直于紙面的勻強磁場中,由于衰變放出某種粒子而生成一個新的原子核,新核和粒子的運動徑跡是兩個在紙面內的外切圓。已知大圓與小圓直徑之比是85∶1A.該核反應方程是

86222Rn→87B.該核反應方程是

86222Rn→85C.該核反應方程是

86222Rn→84D.大圓軌跡是粒子的,磁場方向垂直紙面向里12.钚的放射性同位素

94239Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤?/p>

92235U和α粒子,并放出能量為0.097MeV的γ光子。已知

94239Pu的質量為239.0521u,92235U的質量為235.0439u,α粒子的質量為4.0026u,且1uA.94239Pu的衰變方程為

94239PuB.一個

94239Pu核發(fā)生衰變后質量虧損為4.0082C.鈾核

92235U的動能約為5.129D.α粒子的動能約為5.034MeV三、非選擇題(本題共6小題,共60分)13.(6分)如圖所示是原子核的平均結合能(也稱比結合能)與質量數的關系圖像,通過該圖像可以得出一些原子核的平均結合能,如

816O的核子平均結合能約為8MeV,24He的核子平均結合能約為(1)隨著質量數的增加,原子核的平均結合能;

(2)平均結合能最大的是;

(3)把

816O分成8個質子和8個中子比把

816O分成4個

2414.(9分)(1)在下列核反應方程中,屬于α衰變的是,屬于核裂變的是,盧瑟福發(fā)現質子的核反應方程是。(均填正確答案標號)

A.614C→7B.13H+12HC.714N+24HeD.92235U+01n→54E.92238U→90F.1327Al+24He(2)不同的原子核的比結合能是不一樣的,比結合能(填“越大”或“越小”)的原子核越穩(wěn)定,氘核和氚核聚變的核反應方程為

12H+13H→24He+01n,已知

13H的比結合能是2.78MeV,12H的比結合能是1.09MeV,215.(9分)2023年5月5日,“華龍一號”核電機組全球首堆示范工程全面建成。用一個慢中子轟擊

92235U后裂變?yōu)?/p>

3692Kr和

56141Ba。已知中子質量為m0,92235U的質量為m1,3692Kr的質量為m2,5614116.(10分)兩個氘核結合成一個氦核。已知氘核的質量為m1,氦核的質量為m2,阿伏加德羅常數為NA,氘的摩爾質量為M,光速為c。(1)寫出核反應方程,并求一次核反應虧損的質量;(2)總質量為m的氘完全結合成氦釋放的能量。17.(12分)核電池又叫“放射性同位素電池”,是利用同位素在衰變過程中釋放的核能轉變?yōu)殡娔苤圃於傻?。某核電池由放射性同位?/p>

94238Pu制成,已知

94238Pu衰變?yōu)殁櫤?符號U)和α粒子,其半衰期為88年,光速c=3×10(1)寫出衰變方程;(2)若該電池在第1個88年內釋放核能3×1011J,求該過程虧損的質量(結果保留1位有效數字);(3)若核電池內放射性同位素

94238Pu的質量為2×104kg,則經過176年后該電池內放射性同位素

9418.(14分)太陽現正處于主序星演化階段。它主要是由電子和

11H、24He等原子核組成。維持太陽輻射的是它內部的核聚變反應,這些核能最后轉化為輻射能?，F將太陽內部的核聚變反應簡化為4個氫核(11H)聚變成氦核(24He),同時放出兩個正電子(10e)。已知光速c=3×108m/s,氫核質量mp=1.6726×1027kg,氦核質量mα=6.6458×1027kg,正電子質量me(1)請寫出題中所述核聚變的核反應方程;(2)求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應所釋放的核能;(3)已知地球的半徑R=6.4×106m,日地中心距離r=1.5×1011m,忽略太陽的輻射能從太陽到地球的能量損失,每秒鐘地球表面接收到的太陽輻射的總能量為E0=1.8×1017J,求每秒鐘太陽輻射的電子個數。

答案與解析原子核1.B2.A3.C4.D5.B6.D7.C8.D9.AD10.BC11.BD12.AD1.B由題可知,A是原子核的人工轉變,B是β衰變,C是輕核聚變,D是α衰變,故選B。2.A根據質量數守恒和電荷數守恒可知X為

54136X,質子數為54,質量數為136,選項A正確,B、C錯誤;該核反應屬于核裂變,選項3.C由射線的帶電性質可知,①是β射線,②是γ射線,③是α射線,α粒子的電離能力最強,穿透能力最弱,A不符合題意;β射線是原子核發(fā)生β衰變時產生的,是高速電子流,來自原子核,B不符合題意;原子核發(fā)生一次衰變的過程中,只能發(fā)生α衰變或β衰變,不能同時發(fā)生α衰變和β衰變,故不可能同時產生α、β兩種射線,C符合題意;原子序數大于83的元素,都具有放射性,原子序數小于或等于83的元素,有的也具有放射性,D不符合題意。故選C。4.D伽馬刀是利用

2760Co發(fā)生β衰變釋放的γ射線工作的,選項A錯誤;中子照射穩(wěn)定的

2759Co制備

2760Co是原子核的人工轉變,選項B錯誤;1kg的

2760Co經10.6年有0.75kg發(fā)生衰變,選項C錯誤;27605.B根據質量數守恒和電荷數守恒可知衰變方程為

53131I→54131Xe+-10e,可知該衰變?yōu)棣滤プ?方程式中的Z為電子,選項A錯誤,B正確;該反應放出能量,Xe的比結合能要比I的比結合能大,選項C錯誤;患者服藥后,碘131經過4個半衰期,10g碘131中發(fā)生衰變的質量為m=m01?6.D根據核反應中質量數守恒和電荷數守恒可得235+1=144+89+y×1,92+0=x+36+y×0,解得x=56,y=3,選項A錯誤;鈾核的鏈式反應中,常用的慢化劑有石墨、重水和普通水,用鎘棒吸收中子控制反應速度,選項B錯誤;一個

92235U原子核中中子數為23592=143,則有14392=51,可知一個

92235U原子核中中子比質子多51個,選項C錯誤;原子核中的核子數越多,原子核的結合能越大,則三種原子核的結合能從大到小的順序為

92235U、7.C根據質量數守恒、電荷數守恒,可知X的質量數與電荷數分別為2+34=1,1+12=0,可知X為中子,不帶電,選項A錯誤;一次題述聚變反應虧損質量為Δm=2.01410u+3.01605u4.00260u1.00867u=0.01888u,選項B錯誤;一次題述聚變反應放出能量約為ΔE=Δmc2,解得ΔE=2.8×1012J,選項C正確;聚變過程釋放出核能,說明氦核比氘核更加穩(wěn)定,由于比結合能越大,原子核越穩(wěn)定,可知,氘核的比結合能小于氦核的比結合能,選項D錯誤。8.D碳14衰變?yōu)榈?4,根據衰變過程中電荷數守恒和質量數守恒,可得其衰變方程為

614C→714N+-10e,則可知其為β衰變,選項A錯誤;半衰期針對大量的原子才有意義,選項B錯誤;根據核反應過程中電荷數守恒和質量數守恒,可知X為中子,選項C錯誤;由圖可知碳14的半衰期為5730年,當氮14數量是碳14數量的7倍時,根據N余=N原12tT,可知tT9.AD根據核反應中質量數守恒和電荷數守恒,可知核反應方程為324He→612X,該核反應屬于輕核聚變,需要超高溫才能進行,又稱熱核反應,選項A正確;中子數等于質量數減去質子數,則X核中有6個中子,選項B錯誤;該核反應放出的能量等于反應前后結合能的增加值,釋放的能量ΔE=12E23×4E1=12(E2E1),選項C錯誤;根據愛因斯坦質能方程知,該核反應核子的質量虧損10.BC三種射線中,α射線容易使空氣電離,穿透能力最弱,在空氣中只能前進幾厘米,可知镅發(fā)出的是α射線,通過镅釋放出射線將空氣電離,從而產生電流,選項A錯誤;新核質量數A=2414=237,電荷數Z=952=93,所以中子數為23793=144個,產生的新核的中子數比質子數多51個,選項B正確;已知镅的半衰期為433年,則經過866年是經過了兩個半衰期,剩余的質量為m=122m0=0.075微克,選項C正確;半衰期與外界因素無關,選項11.BD設新核和粒子的質量分別為m1、m2,速度大小分別為v1、v2,電荷量分別為q1、q2。新核做圓周運動過程中洛倫茲力提供向心力:q1v1B=m1v12r1,則新核做圓周運動的半徑為r1=m1v1q1B,同理可得,粒子做圓周運動的半徑為r2=m2v2q2B,靜止的氡原子核由于衰變放出某種粒子而生成一個新的原子核的過程動量守恒,則有m1v1=m2v2,聯立可得r1r2=q2q1=185,由上述分析可知,軌跡半徑與電荷量成反比,故小圓軌跡是新核的,大圓軌跡是粒子的,衰變后瞬間,新核與粒子受力方向相反,速度方向也相反,由左手定則可知,新核與粒子電性相同,故二者均帶正電,且電荷量之比為85∶1,12.AD由題可知

94239Pu的衰變方程為

94239Pu→92235U+24He+γ,選項A正確;一個

94239Pu核發(fā)生衰變后質量虧損為Δm=239.0521u235.0439u4.0026u=0.0056u,選項B錯誤;由于

94239Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤?/p>

92235U和α粒子,滿足動量守恒,則有mUvUmαvα=0,由于放出能量為0.097MeV的γ光子,結合上述質量虧損有0.0056×931.5MeV=12mUvU2+12mαvα2+0.097MeV,結合動量與動能的關系:Ek=p2/2m,解得EkU=12m13.答案(1)先增大后減小(2分)(2)2656Fe(2分)(3)112(2解析根據圖像可知,隨著質量數的增加,原子核的平均結合能先增大后減小;2656Fe核的平均結合能最大;把

816O分成8個質子和8個中子,需要提供的能量約為E1=16×8MeV=128MeV,把

816O分成4個

24He需要提供的能量約為E2=16×(87)MeV=16MeV,多提供的能量為14.答案(1)E(1分)D(1分)C(1分)(2)越大(2分)釋放(2分)17.6(2分)解析(1)原子核自發(fā)地放出α粒子變成另一種原子核叫作α衰變,α衰變的重要特征為反應前只有一個原子核,反應后有一個α粒子和新核,故屬于α衰變的是E。核裂變是質量數較大的原子核受到中子的轟擊而分裂成幾個質量數較小的原子核,屬于核裂變的是D。盧瑟福發(fā)現質子的核反應方程是

714N+24He→817(2)比結合能越大,原子核越穩(wěn)定。聚變反應前的總結合能E1=(1.09×2+2.78×3)MeV=10.52MeV,反應后生成的氦核的結合能E2=7.03×4MeV=28.12MeV,所以反應釋放的核能ΔE=E2E1=17.6