2023版高考物理一輪復(fù)習(xí)第13章原子結(jié)構(gòu)原子核第2講放射性元素的衰變核能課后限時(shí)訓(xùn)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(xiàng)選擇，5～10題為多項(xiàng)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(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。以下屬于放射性衰變的是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(gè)放射性原子核自發(fā)地放出一個(gè)粒子變成新的原子核的過(guò)程為原子核的衰變，A項(xiàng)為原子核衰變，B項(xiàng)為重核的裂變，C項(xiàng)為輕核的聚變，D項(xiàng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變，因此A項(xiàng)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(guò)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(dǎo)學(xué)號(hào)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(guò)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(guò)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(xiàng)A正確。3．(2022·吉林省重點(diǎn)中學(xué)第二次模擬考試)以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343317)(B)A．原子核的結(jié)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(xiàn)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(lái)的D．鐳226衰變?yōu)殡?22的半衰期為1620年，也就是說(shuō)，100個(gè)鐳226核經(jīng)過(guò)1620年后一定還剩下50個(gè)鐳226沒(méi)有發(fā)生衰變[解析]原子核的結(jié)合能是組成原子核的所有核子結(jié)合成原子核時(shí)釋放出來(lái)的能量，選項(xiàng)A錯(cuò)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(xiàng)B正確；在天然放射現(xiàn)象中放出的β射線(xiàn)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(lái)的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；半衰期是對(duì)大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，少量原子核衰變不能運(yùn)用半衰期的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4．美國(guó)和俄羅斯的科學(xué)家利用盤(pán)旋加速器，通過(guò)鈣48轟擊锎249發(fā)生核反響，成功合成了第118號(hào)元素，這是迄今為止門(mén)捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，該元素的原子核先放出3個(gè)相同的粒子x，再連續(xù)經(jīng)過(guò)3次α衰變后，變成質(zhì)量數(shù)為282的第112號(hào)元素的原子核，那么上述過(guò)程中的粒子x是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(shí)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(dǎo)學(xué)號(hào)51343319)(AD)A．核燃料總是利用比結(jié)合能小的核B．核反響中γ的能量就是eq\o\al(239,94)Pu的結(jié)合能C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說(shuō)明eq\o\al(235,92)U的結(jié)合能大D．由于衰變時(shí)釋放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能小[解析]比結(jié)合能越小，原子核越不穩(wěn)定，蘊(yùn)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(jié)合能，B錯(cuò)誤；eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更穩(wěn)定，說(shuō)明eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能大，C錯(cuò)誤；比結(jié)合能越小越不穩(wěn)定，D正確。6．地震和海嘯有可能會(huì)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(guān)放射性知識(shí)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(shè)取4個(gè)碘原子核，經(jīng)16天就可能剩下1個(gè)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(xiàn)，γ射線(xiàn)的穿透能力最強(qiáng)，電離能力也最強(qiáng)D.eq\o\al(131,53)I中有53個(gè)質(zhì)子和131個(gè)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(guò)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(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)大量的原子核才適用，對(duì)少數(shù)原子核不適用，故B錯(cuò)誤。生成的eq\o\al(131,54)Xe處于激發(fā)狀，還會(huì)放射γ射線(xiàn)，γ射線(xiàn)的穿透能力最強(qiáng)，γ射線(xiàn)是高能光子流即高能電磁波，它不帶電，所以γ射線(xiàn)的電離作用很弱，故C錯(cuò)誤。eq\o\al(131,53)I中有53個(gè)質(zhì)子，131表示質(zhì)量數(shù)，所以有78個(gè)中子，故D錯(cuò)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(guān)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(mén)，那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(xiàn)，原子序數(shù)小于83的元素那么不能發(fā)出射線(xiàn)B.eq\o\al(234,91)Pa比eq\o\al(234,90)Th少1個(gè)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(gè)eq\o\al(234,90)Th經(jīng)2T時(shí)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(jié)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(xiàn)，故A錯(cuò)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(shí)釋放出來(lái)的，故B正確；經(jīng)2T時(shí)間還剩余四分之一沒(méi)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(jié)合能是234個(gè)核子結(jié)合成eq\o\al(234,90)Th時(shí)放出的能量，該能量不是它衰變時(shí)放出的能量ΔE，所以eq\o\al(234,90)Th的結(jié)合能不是ΔE，eq\o\al(234,90)Th的比結(jié)合能也不是eq\f(ΔE,234)，故D錯(cuò)誤；半衰期與原子核所處狀態(tài)無(wú)關(guān)，故E正確。8．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)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(shuō)法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(zhǎng)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(cuò)誤；因?yàn)閔ν＝heq\f(c,λ)＝(m1＋m2－m3)c2，所以λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，因此D錯(cuò)誤；在真空中γ光子的速度等于c，E錯(cuò)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(dòng)結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少?，F(xiàn)通過(guò)測(cè)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(shuō)法正確的選項(xiàng)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(guò)程中放出βD．增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)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(guò)的時(shí)間為一個(gè)半衰期，即該古木的年代距今約為5700年，選項(xiàng)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(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)核反響方程可知，14C10．(2022·重慶九龍坡期中)鋅對(duì)人體的新陳代謝起著重要作用，在兒童生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期測(cè)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(xiàn)，通過(guò)γ射線(xiàn)強(qiáng)度的測(cè)定可以計(jì)算出頭發(fā)中鋅的含量。關(guān)于以上表達(dá)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)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(xiàn)是由鋅原子的內(nèi)層電子激發(fā)的D．γ射線(xiàn)在真空中傳播的速度是3×108E．γ射線(xiàn)其實(shí)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(cuò)誤，B正確；γ射線(xiàn)是在α、β衰變過(guò)程中釋放出來(lái)的，它是光子流，以光速傳播，故C錯(cuò)誤，D、E正確。二、非選擇題11．(2022·江蘇鹽城南洋中學(xué)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(gè)中子；物理學(xué)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(dǎo)學(xué)號(hào)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(xué)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(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)原來(lái)靜止的原子核，由于放出一個(gè)α粒子，結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓的徑跡照片，如下圖，今測(cè)得兩個(gè)相切圓的半徑之比r1∶r2＝44∶1。那么：eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343326)(1)這個(gè)原子核原來(lái)所含的質(zhì)子數(shù)是多少？(2)圖中哪一個(gè)圓是α粒子的徑跡？(說(shuō)明理由)[答案](1)90(2)軌道1[解析](1)設(shè)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(lái)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(guò)程中遵循動(dòng)量守恒定律得m1v1＝m2v2以上三式聯(lián)立解得q＝90e。即這個(gè)原子核原來(lái)所含的質(zhì)子數(shù)為90。(2)由于動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jié)果保