2019高考物理一輪優(yōu)級（備講練）全國經(jīng)典版限時規(guī)范特訓(xùn)13-2放射性元素的衰變a

板塊三限時規(guī)范特訓(xùn)時間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共10小題，每小題6分，共60分。其中1～6為單選，7～10為多選)1．關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法，正確的是()A．原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等B．穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多C．原子核都是非常穩(wěn)定的D．由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，如果不斷地增大原子核，形成的核也一定是不穩(wěn)定的答案D解析自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多，A、B錯誤；天然放射性元素的原子核會衰變，并不穩(wěn)定，C錯誤；核子間核力與電磁力都會隨核子間距離的增大而減小，但核力減小得更快，由于核力作用范圍有限，以及核力的飽和性，如果不斷地增大原子核，大到一定程度時，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子受到的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，原子核就不穩(wěn)定了，D正確。2.如圖所示，x為未知的放射源，L為薄鋁片，計數(shù)器對α粒子、β粒子、γ光子均能計數(shù)。若在放射源和計數(shù)器之間加上L后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，在L和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，則，x可能是()A．α、β和γ的混合放射源 B．純α放射源C．α和γ的放射源 D．純γ放射源答案C解析在放射源和計數(shù)器之間加上薄鋁片后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，說明射線中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在鋁片和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，說明穿過鋁片的粒子中無帶電粒子，即只有γ射線；綜合可知放射源可能是α和γ的放射源，故選C。3．[2017·山東濰坊二模]下列說法正確的是()A．α粒子散射實驗說明原子的能量是量子化的B．玻爾的氫原子軌道理論認(rèn)為電子運動的軌道是連續(xù)的C．放射性元素的原子核能夠發(fā)出β射線，說明原子核內(nèi)有電子D．兩輕核發(fā)生聚變釋放能量，生成核的比結(jié)合能增加答案D解析α粒子散射實驗說明原子的中央有一個原子核，集中了原子幾乎所有的質(zhì)量和全部的正電荷，不能說明原子的能量是量子化的，A錯誤；玻爾的氫原子軌道理論認(rèn)為電子運動的軌道是量子化的，即不連續(xù)的，B錯誤；放射性元素的原子核發(fā)出的β射線是中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子時產(chǎn)生的，C錯誤，D正確。4．某核反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X。已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量為3.0180u，eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為4.0026u，X的質(zhì)量為1.0087u。則下列說法中正確的是()A．X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量B．X是中子，該反應(yīng)釋放能量C．X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量D．X是中子，該反應(yīng)吸收能量答案B解析由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒分別得X的電荷數(shù)Z＝0，質(zhì)量數(shù)A＝2＋3－4＝1，故X為eq\o\al(1,0)n，即中子；由于反應(yīng)前的總質(zhì)量2.0136u＋3.0180u＝5.0316u>4.0026u＋1.0087u，因此，此反應(yīng)中會釋放能量。5．[2017·安徽十校聯(lián)考]鈾核(eq\o\al(235,92)U)經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變變成鉛核(eq\o\al(207,82)Pb)，關(guān)于該過程，下列說法正確的是()A．m＝5，n＝4B．鈾核(eq\o\al(235,92)U)的比結(jié)合能比鉛核(eq\o\al(207,82)Pb)的比結(jié)合能小C．衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和小于鈾核(eq\o\al(235,92)U)的結(jié)合能D．鈾核(eq\o\al(235,92)U)衰變過程的半衰期與溫度和壓強有關(guān)答案B解析此衰變方程可寫為eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(207,82)Pb＋mα＋nβ，根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒有235＝207＋4m，得m＝7，以及92＝82＋7×2－n，得n＝4，故選項A錯誤；衰變后的產(chǎn)物相對于衰變前要穩(wěn)定，所以鈾核(eq\o\al(235,92)U)的比結(jié)合能比鉛核(eq\o\al(207,82)Pb)的比結(jié)合能小，B正確；穩(wěn)定性更高，比結(jié)合能更大，核子總數(shù)不變，故衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于鈾核的結(jié)合能，C錯誤；原子核的半衰期與環(huán)境的溫度、壓強等無關(guān)，故D錯誤。6．如圖所示是原子核的平均核子質(zhì)量A與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖象，下列說法正確的是()A．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過程一定要釋放能量B．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過程一定要吸收能量C．若C、B能結(jié)合成A，結(jié)合過程一定要釋放能量D．若F、C能結(jié)合成B，結(jié)合過程一定要釋放能量答案A解析由A-Z圖象看出，D、E的平均核子質(zhì)量均大于F的平均核子質(zhì)量，結(jié)合會有質(zhì)量虧損，因此，D、E結(jié)合成F時，要釋放能量，選項A正確、B錯誤；C、B的平均核子質(zhì)量均小于A的平均核子質(zhì)量，結(jié)合會質(zhì)量增加，因此，C、B結(jié)合成A時要吸收能量，選項C錯誤；F、C的平均核子質(zhì)量均小于B的平均核子質(zhì)量，因此，F(xiàn)、C結(jié)合成B時要吸收能量，選項D錯誤。7．用蓋革－米勒計數(shù)器測定放射源的放射強度為每分鐘405次，若將一張厚紙板放在計數(shù)器與放射源之間，計數(shù)器幾乎測不到射線。10天后再次測量，測得該放射源的放射強度為每分鐘101次，則下列關(guān)于射線性質(zhì)及它的半衰期的說法正確的是()A．放射源射出的是α射線B．放射源射出的是β射線C．這種放射性元素的半衰期是5天D．這種放射性元素的半衰期是2.5天答案AC解析因厚紙板能擋住這種射線，可知這種射線是穿透能力最差的α射線，選項A正確，B錯誤；10天后測出放射強度為原來的四分之一，說明10天后放射性元素的原子核個數(shù)只有原來的四分之一，由半衰期公式知，已經(jīng)過了兩個半衰期，故半衰期是5天。8.[2017·福建廈門質(zhì)檢]靜止的eq\o\al(211,83)Bi原子核在磁場中發(fā)生衰變后運動軌跡如圖所示，大小圓半徑分別為R1、R2。則下列關(guān)于此原子核衰變方程和兩圓軌跡半徑比值判斷正確的是()A.eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(207,81)Tl＋eq\o\al(4,2)He B.eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC．R1∶R2＝84∶1 D．R1∶R2＝207∶4答案BC解析原子核發(fā)生衰變時，根據(jù)動量守恒可知兩粒子的速度方向相反，由題圖知粒子的運動軌跡在同一側(cè)，根據(jù)左手定則可以得知，衰變后的粒子所帶的電性相反，所以放射的粒子應(yīng)該是電子，原子核發(fā)生的應(yīng)該是β衰變，衰變方程為eq\o\al(211,83)Bi→eq\o\al(211,84)Po＋eq\o\al(0,－1)e，故A錯誤，B正確；根據(jù)qvB＝meq\f(v2,R)得R＝eq\f(mv,qB)，兩粒子動量等大，故R1∶R2＝q2∶q1＝84∶1，故C正確，D錯誤。9．[2017·河南安陽一模]根據(jù)下面所給圖片及課本中有關(guān)歷史事實，結(jié)合有關(guān)物理知識，判斷下列說法正確的是()A．圖甲是研究光電效應(yīng)的示意圖，發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的波長大于金屬的“極限波長”B．圖乙是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的示意圖，發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件之一是裂變物質(zhì)的體積大于或等于臨界體積C．圖丙是氫原子的能級圖，一個處于n＝4能級的氫原子，躍遷時可以產(chǎn)生6種光子D．圖丁是衰變規(guī)律的示意圖，原子序數(shù)大于83的元素都具有放射性，小于83的個別元素，也具有放射性答案BD解析根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝heq\f(c,λ)－h(huán)eq\f(c,λ0)，入射光的波長必須小于金屬的極限波長才能發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯誤；當(dāng)裂變物質(zhì)的體積小于臨界體積時，不會發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，有利于裂變物質(zhì)的貯存，當(dāng)大于或等于臨界體積時，則可發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故B正確；處于n＝4能級的氫原子向較低能級躍遷，最終躍遷到基態(tài)，躍遷情況可能是4→1，釋放1種頻率的光子，4→3→1,4→2→1，釋放2種頻率的光子，4→3→2→1，釋放3種頻率的光子，故C錯誤；原子序數(shù)大于83的元素都具有放射性，小于83的個別元素，也具有放射性，故D正確。10．一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核，同時放出γ光子，核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γ，以下說法中正確的是()A．反應(yīng)后氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和B．反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)不變，因而質(zhì)量不變C．γ光子的能量為Δmc2，Δm為反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，c為光在真空中的速度D．因存在質(zhì)量虧損Δm，所以“物質(zhì)不滅”的說法不正確答案AC解析核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)及能量均守恒。由于反應(yīng)中要釋放核能，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，反應(yīng)中氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和，A正確；反應(yīng)前后質(zhì)量不守恒，但質(zhì)量數(shù)不變，B錯誤；反應(yīng)中釋放的能量會以γ光子的形式向外釋放，質(zhì)量虧損和釋放的能量滿足愛因斯坦質(zhì)能方程，C正確；質(zhì)量虧損以能量的形式繼續(xù)存在，D錯誤。二、非選擇題(本題共3小題，共40分)11．(10分)一靜止的23892U核經(jīng)α衰變成為23490Th核，釋放出的總動能為4.27MeV。問此衰變后23490Th核的動能為多少MeV(保留一位有效數(shù)字)?答案0.07MeV解析據(jù)題意知，此α衰變的衰變方程為：eq\o\al(238,92)U→23490Th＋eq\o\al(4,2)He根據(jù)動量守恒定律得mαvα＝mThvTh①式中，mα和mTh分別為α粒子和Th核的質(zhì)量，vα和vTh分別為α粒子和Th核的速度，由題設(shè)條件知：eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,α)＋eq\f(1,2)mThveq\o\al(2,Th)＝Ek②eq\f(mα,mTh)＝eq\f(4,234)③式中Ek＝4.27MeV是α粒子與Th核的總動能。由①②③式得eq\f(1,2)mThveq\o\al(2,Th)＝eq\f(mα,mα＋mTh)Ek④代入數(shù)據(jù)得，衰變后23490Th核的動能eq\f(1,2)mThveq\o\al(2,Th)＝0.07MeV。12．(15分)在所有能源中核能具有能量密度大、區(qū)域適應(yīng)性強的優(yōu)勢，在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能。(1)核反應(yīng)方程式23592U＋eq\o\al(1,0)n→14156Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，eq\o\al(1,0)n為中子，X為待求粒子，a為X的個數(shù)，則X為________，a＝________。以mU、mBa、mKr分別表示23592U、14156Ba、eq\o\al(92,36)Kr的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE＝________。(2)有一座發(fā)電功率為P＝1.00×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝40%。假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程中放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，鈾核的質(zhì)量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107s)消耗的23592U的質(zhì)量。答案(1)eq\o\al(1,0)n3(mU－mBa－mKr－2mn)c2(2)1104kg解析(1)由反應(yīng)方程可知：X為eq\o\al(1,0)n，a為3，釋放的能量為ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2。(2)因核電站發(fā)電效率為40%，故核電站消耗23592U的功率為P′＝eq\f(P,40%)＝eq\f(1.00×106,40%)kW＝2.5×106kW。核電站每年消耗23592U的能量為W＝P′t＝2.5×109×3.15×107J＝7.875×1016J產(chǎn)生這些能量消耗的鈾核的數(shù)目：n＝eq\f(W,ΔE)＝eq\f(7.875×1016,2.78×10－11)＝2.83×1027(個)每年消耗23592U的質(zhì)量為M＝nmU＝2.83×1027×390×10－27kg＝1104kg。13．(15分)氘對人類有很多用途，其中低氘水對人體健康有諸多好處，更有益于生命體的生存和繁衍。原子能核電站或制造原子彈的所謂重水反應(yīng)堆，用的重水就是氘水，其中兩個氘核可以聚變，其核反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，已知氘核的質(zhì)量mH＝2.013u，氦核(eq\o\al(3,2)He)的質(zhì)量mHe＝3.0150u，中子的質(zhì)量mn＝1.0087u。(1)求該核反應(yīng)中釋放的核能；(2)若兩個氘核以相等的動能0.35MeV發(fā)生正碰，核反應(yīng)中釋放的核能完全轉(zhuǎn)化為氦核與中子的動能，則產(chǎn)生的中子和氦核的動能分別為多少？答案(1)2.14MeV(2)2.13MeV0.71MeV解析(1)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δ