2020版高考物理复习考点规范练 (39) 6页

考点规范练39　原子核及核反应 一、单项选择题 ‎1.下列与α粒子相关的说法正确的是(　　)‎ A.天然放射现象中产生的α射线速度与光速度相当,穿透能力很强 B.铀238‎(‎‎92‎‎238‎U)核放出一个α粒子后就变为钍234‎(‎‎90‎‎234‎Th)‎ C.高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,核反应方程为‎ ‎‎2‎‎4‎He‎+‎‎7‎‎14‎N‎→‎‎8‎‎16‎O‎+‎‎0‎‎1‎n D.丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型 答案B 解析α射线是速度为0.1c的氦核流,穿透能力最弱,A错误;由核反应过程中质量数、核电荷数守恒可知B正确;C项中核反应前后核电荷数和质量数都不守恒,C错误;D项中进行α粒子散射实验的物理学家是卢瑟福,所以D错误。‎ ‎2.下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是(　　)‎ A.γ射线是高速运动的电子流 B.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子的动能增大 C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变 D‎.‎‎83‎‎210‎Bi的半衰期是5天,100 g ‎ ‎‎　83‎‎210‎Bi经过10天后还剩下50 g 答案B 解析β射线是高速电子流,而γ射线是一种电磁波,选项A错误;氢原子辐射光子后,绕核运动的电子距核更近,动能增大,选项B正确;太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变,选项C错误;10天为两个半衰期,剩余的‎ ‎‎　83‎‎210‎Bi的质量为100×‎1‎‎2‎tτg=100×‎1‎‎2‎‎2‎g=25g,选项D错误。‎ ‎3.关于质量亏损和原子核的结合能,以下说法正确的是(　　)‎ A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子释放的能量 B.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 C.核子结合成原子核时会出现质量亏损,亏损的质量转化为释放的能量 6‎ D.原子核的比结合能越大,则原子核中核子的平均质量就越小,在核子结合成原子核时平均每个核子的质量亏损就越小 答案B 解析原子核的结合能等于核子结合成原子核所释放的能量,也等于将原子核分解成自由核子所需的最小能量,故选项A错误;重核的比结合能比中等核小,因此重核衰变时释放能量,衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能,故选项B正确;质量亏损只是表明了亏损的质量与释放的能量的关系,而不是将亏损质量转化为释放的能量,故选项C错误;结合能与核子数之比称作比结合能,也叫平均结合能。比结合能越大,表示原子核中单个核子分离所需能量越多,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,原子核中核子结合时平均每个核子的质量亏损越多,原子核中核子的平均质量越小,故选项D错误。‎ ‎4.某核电站遭受严重破坏,产生了严重的核泄漏,从核电站周围一定范围内的空气中和核电站排出的废水中分别检测出了放射性物质碘131和钚239,严重危及了人们的生命安全。已知该核电站采用的是重水反应堆,用‎ ‎‎92‎‎238‎U(铀)吸收中子后生成‎ ‎‎94‎‎239‎Pu(钚),碘131的半衰期为8天,下列说法正确的是(　　)‎ A.排出的废水中的钚239是铀核裂变的生成物 B‎.‎‎92‎‎238‎U吸收中子后变成‎ ‎‎92‎‎239‎U‎,‎‎92‎‎239‎U很不稳定,则经过2次β衰变后变成‎ ‎‎94‎‎239‎Pu C.核电站的核废料可直接堆放在露天垃圾场 D.碘131的半衰期只有8天,因此16天后会全部消失 答案B 解析裂变是重核生成几个中等质量原子核的过程,铀238的质量数比钚239的小,因此钚不是铀核裂变的生成物,A错误;发生β衰变时质量数不发生改变,核电荷数加1,根据电荷数守恒可知‎ ‎‎92‎‎239‎U发生2次β衰变后变成‎ ‎‎94‎‎239‎Pu,B正确;核电站的核废料中具有很多的放射性物质,不可以直接堆放在露天垃圾场,C错误;碘131的半衰期是8天,它是一个统计规律,大量的碘131在8天后会剩一半,16天后会剩四分之一,D错误。‎ 二、多项选择题 6‎ ‎5.质子数与中子数互换的核互为“镜像核”,例如‎ ‎‎2‎‎3‎He是‎ ‎‎1‎‎3‎H的“镜像核”,同样‎ ‎‎1‎‎3‎H也是‎ ‎‎2‎‎3‎He的“镜像核”,则下列说法正确的是(　　)‎ A.‎ ‎‎7‎‎15‎N和‎ ‎‎8‎‎16‎O互为“镜像核”‎ B‎.‎‎7‎‎13‎N和‎ ‎‎6‎‎13‎C互为“镜像核”‎ C.β衰变的本质是一个中子转变为一个质子,同时放出一个电子 D.核反应‎ ‎‎1‎‎2‎H‎+‎‎1‎‎3‎H‎→‎‎2‎‎4‎He‎+‎‎0‎‎1‎n的生成物中有α粒子,该反应是α衰变 答案BC 解析根据“镜像核”的定义‎,‎‎　7‎‎13‎N和‎ ‎‎　6‎‎13‎C互为“镜像核”,选项A错误,B正确;β衰变的本质是一个中子转变为一个质子,同时放出一个电子,选项C正确;核反应‎ ‎‎1‎‎2‎H+‎‎1‎‎3‎H‎→‎‎2‎‎4‎He‎+‎‎0‎‎1‎n的生成物中虽有α粒子,但该反应是聚变反应,选项D错误。‎ ‎6.由于放射性元素‎ ‎‎93‎‎237‎Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知‎ ‎‎93‎‎237‎Np经过一系列α衰变和β衰变后变成‎ ‎‎83‎‎209‎Bi。下列判断正确的是(　　)‎ A‎.‎‎83‎‎209‎Bi的原子核比‎ ‎‎93‎‎237‎Np的原子核少28个中子 B‎.‎‎83‎‎209‎Bi的原子核比‎ ‎‎93‎‎237‎Np的原子核少18个中子 C.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变 D.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变 答案BC 解析‎ ‎‎83‎‎209‎Bi的中子数为209-83=126‎,‎‎93‎‎237‎Np的中子数为237-93=144‎,‎‎　83‎‎209‎Bi的原子核比‎ ‎‎　93‎‎237‎Np的原子核少18个中子,A错,B对;衰变过程共发生α衰变的次数为‎237-209‎‎4‎=7,β衰变的次数是2×7-(93-83)=4,C对,D错。‎ ‎7.‎ 6‎ 烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镅‎ ‎‎95‎‎241‎Am来探测烟雾。当正常空气分子穿过探测器时,镅‎ ‎‎95‎‎241‎Am会释放出射线将它们电离,从而产生电流。烟尘一旦进入探测腔内,烟尘中的微粒会吸附部分射线,导致电流减小,从而触发警报。则下列说法不正确的是(　　)‎ A.镅‎ ‎‎95‎‎241‎Am发出的是α射线 B.镅‎ ‎‎95‎‎241‎Am发出的是β射线 C.镅‎ ‎‎95‎‎241‎Am发出的是γ射线 D.0.2 mg的镅‎ ‎‎95‎‎241‎Am经864年将衰变掉0.15 mg 答案BC 解析镅‎ ‎‎95‎‎241‎Am会释放出射线将空气电离,从而使电路中产生电流,则镅‎ ‎‎95‎‎241‎Am发出的是α射线,选项A正确,B、C不正确;0.2mg的镅‎ ‎‎95‎‎241‎Am经864年(2个半衰期)将衰变掉0.15mg,选项D正确。‎ ‎8.原来静止的原子核‎ ‎ZAX,质量为m1,处在区域足够大的匀强磁场中,经α衰变成为质量为m2的原子核Y,α粒子的质量为m3。已测得α粒子的速度垂直于磁场B,且动能为E0。假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能,则下列四个结论正确的是(　　)‎ A.核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为‎2‎Z-2‎ B.核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为‎2‎Z-2‎ C.此衰变过程中的质量亏损为m1-m2-m3‎ D.此衰变过程中释放的核能为AE‎0‎A-4‎ 答案BCD 解析原子核发生α衰变时核子质量数减少4,而核电荷数减少2。由题意知X核原先静止,则衰变后α粒子和反冲核Y的动量大小相等,由R=mvBq知,RY∶Rα=qα∶qY=2∶(Z-2),B正确;由T=‎2πmBq知,周期之比TY∶Tα=mYqY‎·qαmα=‎A-4‎‎2(Z-2)‎,A错误;该过程质量亏损Δm=m1-(m2+m3),C正确;由Ek=p‎2‎‎2m知,Y核的动能EkY=‎4‎E‎0‎A-4‎,则释放的核能ΔE=Ekα+EkY=AE‎0‎A-4‎,D正确。‎ 三、计算题 6‎ ‎9.用速度大小为v的中子轰击静止的锂核‎(‎‎3‎‎6‎Li),发生核反应后生成氚核和α粒子,生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反,氚核与α粒子的速度之比为7∶8,中子的质量为m,质子的质量可近似看作m,光速为c。‎ ‎(1)写出核反应方程;‎ ‎(2)求氚核和α粒子的速度大小;‎ ‎(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能,求出质量亏损。‎ 答案(1‎)‎‎0‎‎1‎n‎+‎‎3‎‎6‎Li‎→‎‎1‎‎3‎H‎+‎‎2‎‎4‎He ‎(2)‎7‎‎11‎v　‎8‎‎11‎v　(3)‎‎141mv‎2‎‎121‎c‎2‎ 解析(1)由题意可得,核反应方程为 ‎ ‎‎0‎‎1‎n‎+‎‎3‎‎6‎Li‎→‎‎1‎‎3‎H‎+‎‎2‎‎4‎He。‎ ‎(2)由动量守恒定律得mv=-3mv1+4mv2‎ 由题意得v1∶v2=7∶8‎ 解得v1=‎7‎‎11‎v,v2=‎8‎‎11‎v。‎ ‎(3)氚核和α粒子的动能之和为 Ek=‎1‎‎2‎×3mv‎1‎‎2‎‎+‎‎1‎‎2‎×4mv‎2‎‎2‎‎=‎‎403‎‎242‎mv2‎ 释放的核能为 ΔE=Ek-Ekn=‎403‎‎242‎mv2-‎1‎‎2‎mv2=‎141‎‎121‎mv2‎ 由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为 Δm=ΔEc‎2‎‎=‎‎141mv‎2‎‎121‎c‎2‎。‎ ‎10.室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡。氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中,氡看不到,嗅不到,即使在氡浓度很高的环境里,人们对它也毫无感觉,氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌,是除吸烟外导致肺癌的第二大因素,静止的氡核‎ ‎‎86‎‎222‎Rn放出一个粒子X后变成钋核‎ ‎‎84‎‎218‎Po,钋核的动能为Ek1,若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能。试回答以下问题:‎ ‎(1)写出上述衰变的核反应方程(请用物理学上规定的符号表示粒子X);‎ 6‎ ‎(2)求粒子X的动能Ek2。‎ 答案(1‎)‎‎86‎‎222‎Rn‎→‎‎84‎‎218‎Po‎+‎‎2‎‎4‎He　(2)‎‎109‎Ek1‎‎2‎ 解析(1)氡核‎ ‎‎86‎‎222‎Rn放出某种粒子X后变成钋核‎ ‎‎84‎‎218‎Po,根据核反应前后质量数和电荷数守恒,可以判断发生的是α衰变,衰变方程为‎ ‎‎86‎‎222‎Rn‎→‎‎84‎‎218‎Po‎+‎‎2‎‎4‎He。‎ ‎(2)设钋核的质量为m1、速度为v1,粒子X的质量为m2、速度为v2,根据动量守恒定律,有0=m1v1-m2v2‎ 粒子X的动能:‎ Ek2=‎(‎m‎2‎v‎2‎‎)‎‎2‎‎2‎m‎2‎‎=m‎1‎v‎1‎‎2‎‎2‎×m‎1‎m‎2‎=‎‎109‎Ek1‎‎2‎。‎ 6‎