2023春新教材高中物理專練4原子核和核能新人教版選擇性

專練四原子核和核能1．與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的現(xiàn)象是()A．α粒子散射現(xiàn)象 B．光電效應(yīng)現(xiàn)象C．電離現(xiàn)象 D．天然放射現(xiàn)象【答案】D【解析】α粒子散射現(xiàn)象是運動中的α粒子受到金原子核的作用而改變運動方向的現(xiàn)象，與原子核內(nèi)部無關(guān)，A錯誤；光電效應(yīng)現(xiàn)象是金屬受到光的照射，原子核外電子發(fā)生電離，從而釋放出光電子，與原子核內(nèi)部無關(guān)，B錯誤；電離現(xiàn)象是原子核外電子脫離原子核的束縛，成為自由電子的現(xiàn)象，與原子核內(nèi)部無關(guān)，C錯誤；天然放射現(xiàn)象中的射線包括α射線、β射線、γ射線，α射線、β射線都是由于原子核發(fā)生衰變產(chǎn)生的，故與原子核內(nèi)部有關(guān)，D正確．2．我國科學(xué)家在1965年9月首先用人工方法合成了牛胰島素．為了證明人工合成的牛胰島素與天然的是否為同一物質(zhì)，在人工合成牛胰島素過程中摻了放射性14C，然后將人工合成的牛胰島素與天然的混合得到了放射性14C分布均勻的結(jié)晶物，從而證明了兩者都是同一物質(zhì)，為我國在國際上首先合成具有生物活性牛胰島素提供了有力證據(jù)．在人工合成過程中摻入放射性14C的用途是()A．催化劑 B．媒介質(zhì)C．組成元素 D．示蹤原子【答案】D【解析】用放射性同位素代替非放射性同位素來制成各種化合物，再用儀器探測“放射性標記”，即用放射性同位素作為示蹤原子．故選D．3．伽馬刀是利用eq\o\al(60,27)Co發(fā)生β衰變釋放的射線工作的．已知eq\o\al(60,27)Co的半衰期約為5.3年，則()A．伽馬刀利用了射線穿透能力強的特點B．eq\o\al(60,27)Co發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核比eq\o\al(60,27)Co多一個中子C．經(jīng)過5.3年，每個eq\o\al(60,27)Co核有一半分離出去變成其他新核D．eq\o\al(60,27)Co制成后，經(jīng)過10.6年eq\o\al(60,27)Co全部衰變成其他新核【答案】A【解析】γ射線穿透能力強，電離能力弱，A正確；β衰變的本質(zhì)是原子核內(nèi)一個中子變成一個質(zhì)子和電子，電子被釋放出來，所以eq\o\al(60,27)Co發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核比eq\o\al(60,27)Co少一個中子，B錯誤；由題意可知經(jīng)過5.3年，就有一半質(zhì)量的eq\o\al(60,27)Co核發(fā)生衰變，變成其他新核，C錯誤；eq\o\al(60,27)Co制成后，經(jīng)過10.6年即兩個半衰期，還剩下eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2＝eq\f(1,4)的eq\o\al(60,27)Co沒有衰變，D錯誤．4．下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中正確的是()A．中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大B．比結(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)合能和比結(jié)合能都大D．核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能【答案】A【解析】中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的核子數(shù)又比輕核的多，所以結(jié)合能比輕核的也大，A正確；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核反而小，B錯誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核小，C錯誤；將原子核拆散成核子與核子結(jié)合成原子核兩個過程質(zhì)量的變化相等，將原子核拆散成核子所吸收的能量與核子結(jié)合成原子核所放出的能量叫結(jié)合能，D錯誤．5．云室是利用微觀帶電粒子能使氣體電離的性質(zhì)而顯示其徑跡的裝置，如圖為α射線、β射線、γ射線和X射線射入云室后的徑跡圖像，其中細且彎曲的是哪一種射線的徑跡()A．α射線 B．β射線C．γ射線 D．X射線【答案】B【解析】α粒子的質(zhì)量比較大，在氣體中飛行時不易改變方向，A錯誤；β粒子電離能力弱，形成的離子少，速度快，單位長度所遺留下的粒子數(shù)相應(yīng)要少，所以軌跡比較細，但因質(zhì)量小，很容易在碰撞中改變速度方向，則細且彎曲的是β粒子，B正確；γ射線、X射線的電離本領(lǐng)很小，在云室中一般看不到它的徑跡，C、D錯誤．6．在醫(yī)學(xué)上，放射性同位素電池已用于心臟起搏器和人工心臟．它們的能源要求精細可靠，以便能放入患者胸腔內(nèi)長期使用．目前植入人體內(nèi)的微型核電池以鉭鉑合金作外殼，內(nèi)裝150毫克钚(eq\o\al(238,)94Pu)，它可以連續(xù)使用10年以上．已知钚238的半衰期為88年，钚238衰變時會放出α射線和γ光子，生成新核X，若钚238、α粒子、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c，下列說法正確的是()A．該核反應(yīng)中的釋放的能量為(m1－m2－m3)c2B．钚238以不同化合物形態(tài)存在時，其半衰期可能變?yōu)?0年C．經(jīng)過一個半衰期生成新核X的質(zhì)量為75毫克D．新核X的中子數(shù)為150【答案】A【解析】該核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝m1－m2－m3，所以釋放的能量為ΔE＝Δm·c2＝(m1－m2－m3)c2，A正確；放射性元素的半衰期與其化學(xué)性質(zhì)無關(guān)，B錯誤；經(jīng)過一個半衰期有一半數(shù)量的eq\o\al(238,94)Pu發(fā)生衰變，剩余eq\o\al(238,94)Pu原子核的總質(zhì)量是原來的一半，即為75毫克，新核由于質(zhì)量數(shù)小于eq\o\al(238,94)Pu，所以新核的總質(zhì)量小于75毫克，C錯誤；由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知新核X的質(zhì)量數(shù)為234，電荷數(shù)為92，則中子數(shù)為234－92＝142，D錯誤．7．氚是放射性物質(zhì)，其半衰期為12.5年．氚核eq\o\al(3,1)H與其同位素氘核eq\o\al(2,1)H在一定條件下可以發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n.下列說法正確的是()A．氚核eq\o\al(3,1)H和氦核eq\o\al(4,2)He的中子數(shù)相同B．100g氚經(jīng)過25年會全部衰變完C．當氚核eq\o\al(3,1)H發(fā)生β衰變時，衰變產(chǎn)物有氘核eq\o\al(2,1)HD．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是α衰變方程【答案】A【解析】氚核eq\o\al(3,1)H有兩個中子，氦核eq\o\al(4,2)He也有兩個中子，A正確；根據(jù)m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up4(\f(t,T))，可得m＝100×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up4(\f(25,12.5))g＝25g，B錯誤；氚核eq\o\al(3,1)H的衰變方程為eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(0,－1)e，衰變產(chǎn)物有eq\o\al(3,2)He，C錯誤；核反應(yīng)方程式eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，屬于核聚變(或熱核反應(yīng))，不是α衰變，D錯誤．8．首次用實驗驗證“愛因斯坦質(zhì)能方程”的核反應(yīng)方程是eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→keq\o\al(4,2)He，已知mLi＝7.0160u，mH＝1.0078u，mHe＝4.0026u，則該核反應(yīng)方程中的k值和質(zhì)量虧損分別是()A．1和4.0212u B．1和2.0056uC．2和0.0186u D．2和1.9970u【答案】C【解析】根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知k＝2；該核反應(yīng)質(zhì)量虧損Δm＝mLi＋mH－2mHe＝0.0186u，故選C．9.2022年3月11日，遼寧省紅沿河核電廠核能供暖項目進入了實質(zhì)性推進階段．該項目提高了地方集中供熱能力和市政基礎(chǔ)配套設(shè)施水平，還將助力地方踐行“雙碳”目標，從而為我國在東北地區(qū)實施長距離、大溫差核能供熱提供有力的先行示范．下列說法正確的是()A．核反應(yīng)過程中原子核的質(zhì)量和總質(zhì)量數(shù)均減少B．原子核比結(jié)合能越大，核子的平均質(zhì)量越小，原子核越穩(wěn)定C．紅沿河核電廠的原理是熱核反應(yīng)D．核裂變反應(yīng)中，反應(yīng)物的結(jié)合能之和大于生成物的結(jié)合能之和【答案】B【解析】核裂變反應(yīng)過程中要釋放能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可知質(zhì)量是減少的，但反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)保持不變，A錯誤；原子核比結(jié)合能越大，核子的平均質(zhì)量越小，原子核越穩(wěn)定，B正確；核電的原理是重核裂變，C錯誤；核裂變反應(yīng)中，反應(yīng)物的結(jié)合能之和小于生成物的結(jié)合能之和，D錯誤．10．在勻強磁場中，有一個原來靜止的C原子核發(fā)生衰變，它放出的粒子與反沖核的徑跡是兩個相內(nèi)切的圓，兩圓的直徑之比為7∶1，那么C衰變的方程為()A．eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(14,5)B B．eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(14,7)NC．eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(12,5)B D．eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(10,4)Be【答案】B【解析】原子核衰變，產(chǎn)生粒子和反沖核，該過程中滿足動量守恒，則m1v1＋m2v2＝0，之后兩粒子在磁場中做勻速圓周運動，則有Bqv＝eq\f(mv2,r)，整理得到r＝eq\f(mv,Bq)，同時因為軌跡是相內(nèi)切，根據(jù)左手定則可以判斷出，粒子帶異種電荷．同時軌跡的半徑之比為r1∶r2＝7∶1，聯(lián)立得到電量大小之比為q1∶q2＝1∶7，B正確．11．“嫦娥五號”中有一塊“核電池”，在月夜期間提供電能的同時還能提供一定能量用于艙內(nèi)溫度控制．“核電池”利用了eq\o\al(238,94)Pu的衰變，衰變方程為eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,m)X＋eq\o\al(n,2)Y，下列說法正確的是()A．eq\o\al(234,m)X比eq\o\al(238,94)Pu的中子數(shù)少4個B．eq\o\al(238,94)Pu在月球上和在地球上半衰期相同C．一個eq\o\al(238,94)Pu衰變?yōu)閑q\o\al(234,m)X釋放的核能為(mPu－mX)c2D．eq\o\al(238,94)Pu發(fā)生的是α衰變，α射線具有極強的穿透能力，可用于金屬探傷【答案】B【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知238＝234＋n,94＝m＋2，解得m＝92，n＝4，eq\o\al(238,94)Pu的衰變方程為eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋eq\o\al(4,2)He，易知發(fā)生的是α衰變，eq\o\al(234,m)X比eq\o\al(238,94)Pu的中子數(shù)少2個，A錯誤；半衰期與環(huán)境條件無關(guān)，不會受到陽光、溫度、電磁場等環(huán)境因素的影響，所以eq\o\al(238,94)Pu在月球上和在地球上半衰期相同，B正確；此核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損等于反應(yīng)前后質(zhì)量的差，為Δm＝mPu－mU－mα，釋放的核能為E＝(mPu－mU－mα)c2，C錯誤；α射線的穿透能力較差，不能用于金屬探傷，D錯誤．12．宇宙射線進入地球大氣層時，與大氣作用會產(chǎn)生中子，中子撞擊大氣中的粒子X引發(fā)核反應(yīng)產(chǎn)生粒子Y，核反應(yīng)方程為X＋eq\o\al(1,0)n→Y＋Z；Y具有放射性，能夠自發(fā)地進行衰變而變成X，核反應(yīng)方程為Y→X＋eq\o\al(0,－1)e，則其中Z為()A．質(zhì)子 B．粒子C．中子 D．電子【答案】A【解析】將題中所給的兩個核反應(yīng)方程相加，可得eq\o\al(1,0)n?Z＋eq\o\al(0,－1)e，根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知Z的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，所以Z為質(zhì)子，A正確．13．氦3可以和氫的同位素發(fā)生核聚變反應(yīng)．與一般的核聚變反應(yīng)不同，氦3在聚變過程中不產(chǎn)生中子，所以放射性小而且反應(yīng)過程易于控制，既環(huán)保又安全．但是地球上氦3的儲量總共不超過幾百公斤．它們均是由超重氫(氚)的衰變產(chǎn)生的．則氚衰變成氦3放出的射線是()A．質(zhì)子流 B．電子流C．中子流 D．正電子流【答案】B【解析】氚衰變成氦3的核反應(yīng)方程eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(0,－1)e，所以氚衰變成氦3放出的射線是電子流，B正確，A、C、D錯誤．14．核反應(yīng)方程eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(16,8)O＋eq\o\al(A,Z)X中的eq\o\al(A,Z)X是()A．eq\o\al(0,－1)e B．eq\o\al(0,1)eC．eq\o\al(1,0)n D．eq\o\al(2,1)H【答案】D【解析】由質(zhì)量數(shù)和電荷守恒可知Z＝7＋2－8＝1，A＝14＋4－16＝2，故選D．15．如圖所示為國際標準組織(ISO)和國際原子能機構(gòu)(IAEA)推出的核輻射新標志，新標志通俗易懂，正在逐步取代傳統(tǒng)標志．對于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．放射性元素的半衰期隨環(huán)境溫度的變化而變化B．發(fā)生α衰變時，核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的C．β衰變的實質(zhì)是原子核中的質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子所產(chǎn)生的D．在三種射線中γ射線電離本領(lǐng)和穿透本領(lǐng)都是最強的【答案】B【解析】放射性元素的半衰期與元素的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，不會隨溫度的變化而變化，A錯誤；發(fā)生α衰變時發(fā)生質(zhì)量虧損，但其反應(yīng)仍遵循核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒，B正確；β衰變的實質(zhì)是原子核中的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，C錯誤；在三種射線中γ射線電離本領(lǐng)最弱，穿透本領(lǐng)最強，D錯誤．16．(多選)鐳療是一種利用放射性元素鐳放出的具有強大穿透力的α、β、γ射線進入身體，治療宮頸癌等惡性腫瘤的方法．下列說法正確的是()A．將α、β、γ射線垂直射入勻強電場中，可以通過偏轉(zhuǎn)的情況將它們分辨出來B．發(fā)生α衰變時，生成的新核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4C．β射線是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)變形成的D．在這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，電離能力也最強【答案】AC【解析】α、β、γ三種射線分別帶正電、帶負電、不帶電，它們垂直射入勻強電場中，可以通過偏轉(zhuǎn)的情況將它們分辨出來，A正確；發(fā)生α衰變時，生成的新核與原來的原子核相比，質(zhì)量數(shù)減少，電荷數(shù)減少，故質(zhì)子數(shù)減少了，中子數(shù)減少了，B錯誤；β射線是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，電子釋放出來形成的電子流，C正確；在這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，但電離能力最弱，D錯誤．17.14C發(fā)生衰變時，可能放出α粒子或電子．靜止在某勻強磁場中的14C原子核發(fā)生衰變后兩粒子的軌跡如圖所示，下列說法正確的是()A．衰變方程為eq\o\al(14,)6C→eq\o\al(10,)4Be＋eq\o\al(4,2)HeB．大圓半徑是小圓半徑的6倍C．軌跡為小圓的粒子的中子數(shù)為6D．軌跡為大圓的粒子是由中子轉(zhuǎn)變而來【答案】D【解析】若放出的粒子是α粒子，則衰變后兩粒子都帶正電，兩粒子在磁場中的軌跡應(yīng)該是外切圓，而圖中兩粒子的軌跡是內(nèi)切圓，故放出的是電子，發(fā)生的是β衰變，A錯誤；衰變過程滿足動量守恒，可知衰變后瞬間兩粒子的動量大小相等，方向相反，根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得qvB＝meq\f(v2,r)，解得r＝eq\f(mv,qB)∝eq\f(1,q)，可知軌跡為大圓的粒子是電子，是由中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時釋放出來的，D正確；衰變方程為eq\o\al(14,)6C→eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(0,－1)e，由于軌