第2講放射性元素的衰變、核能板塊三限時規(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16為單選，710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)器對粒子、粒子、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(qiáng)磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，則，x可能是()A、和的混合放射源B純放射源C和的放射源D純放射源答案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，即粒子；在鋁片和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強(qiáng)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，即只有射線；綜合可知放射源可能是和的放射源，故選C。32017山東濰坊二模下列說法正確的是()A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HHHeX。已知H的質(zhì)量為2.0136 u，H的質(zhì)量為3.0180 u，He的質(zhì)量為4.0026 u，X的質(zhì)量為1.0087 u。則下列說法中正確的是()AX是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量BX是中子，該反應(yīng)釋放能量CX是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量DX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)Z0，質(zhì)量數(shù)A2341，故X為n，即中子；由于反應(yīng)前的總質(zhì)量2.0136 u3.0180 u5.0316 u>4.0026 u1.0087 u，因此，此反應(yīng)中會釋放能量。52017安徽十校聯(lián)考鈾核(U)經(jīng)過m次衰變和n次衰變變成鉛核(Pb)，關(guān)于該過程，下列說法正確的是()Am5，n4B鈾核(U)的比結(jié)合能比鉛核(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(U)的結(jié)合能D鈾核(U)衰變過程的半衰期與溫度和壓強(qiáng)有關(guān)答案B解析此衰變方程可寫為UPbmn，根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒有2352074m，得m7，以及928272n，得n4，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(U)的比結(jié)合能比鉛核(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(qiáng)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AZ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(qiáng)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(qiáng)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放射源射出的是射線B放射源射出的是射線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射線，選項A正確，B錯誤；10天后測出放射強(qiáng)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.BiTlHe B.BiPoeCR1R2841 DR1R22074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)該是衰變，衰變方程為BiPoe，故A錯誤，B正確；根據(jù)qvBm得R，兩粒子動量等大，故R1R2q2q1841，故C正確，D錯誤。92017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n4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Ekhh，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n4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41，釋放1種頻率的光子，431,421，釋放2種頻率的光子，4321，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，同時放出光子，核反應(yīng)方程是HnH，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光子的能量為mc2，m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m，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238 92U核經(jīng)衰變成為234 90Th核，釋放出的總動能為4.27 MeV。問此衰變后234 90Th核的動能為多少MeV(保留一位有效數(shù)字)?答案0.07 MeV解析據(jù)題意知，此衰變的衰變方程為：U234 90ThHe根據(jù)動量守恒定律得mvmThvTh式中，m和mTh分別為粒子和Th核的質(zhì)量，v和vTh分別為粒子和Th核的速度，由題設(shè)條件知：mvmThvEk式中Ek4.27 MeV是粒子與Th核的總動能。由式得mThvEk代入數(shù)據(jù)得，衰變后234 90Th核的動能mThv0.07 MeV。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(qiáng)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235 92Un141 56BaKraX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，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235 92U、141 56Ba、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E_。(2)有一座發(fā)電功率為P1.00106 kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率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E2.781011 J，鈾核的質(zhì)量mU3901027 kg，求每年(1年3.15107 s)消耗的235 92U的質(zhì)量。答案(1)n3(mUmBamKr2mn)c2(2)1104 kg解析(1)由反應(yīng)方程可知：X為n，a為3，釋放的能量為E(mUmBamKr2mn)c2。(2)因核電站發(fā)電效率為40%，故核電站消耗235 92U的功率為P kW2.5106 kW。核電站每年消耗235 92U的能量為WPt2.51093.15107 J7.8751016 J產(chǎn)生這些能量消耗的鈾核的數(shù)目：n2.831027(個)每年消耗235 92U的質(zhì)量為MnmU2.8310273901027 kg1104 kg。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：HHHen，已知氘核的質(zhì)量mH2.013 u，氦核(He)的質(zhì)量mHe3.0150 u，中子的質(zhì)量mn1.0087 u。(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0.35 MeV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)2.14 MeV(2)2.13 MeV0.71 MeV解析(1)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m2mHmHemn0.0023 u由Emc2可知釋放的核能：E0.0023931.5 MeV2.14 MeV。(2)把兩個氘核作為一個系統(tǒng)，碰撞過程系統(tǒng)的動量守恒，由于碰撞前兩氘核的動能相等，其動量等大反向，因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動量都為零，即mHevHemnvn0反應(yīng)前后系統(tǒng)的總能量守恒，即mHevmnvEEkH又因為mHemn31，所以vHevn13由以上各式代入已知數(shù)據(jù)得：EkHe0.71 MeV，Ekn2.13 MeV。