19.1 原子核的组成
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1.(多选)(2018·哈尔滨高二检测)下列哪些现象能说明射线来自原子核
( )
A.三种射线的能量都很高
B.放射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响
C.元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关
D.α射线、β射线都是带电的粒子流
【解析】选B、C。能说明放射线来自原子核的证据是元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关,B、C正确。
2.(2018·怀柔区高二检测)如图,X为未知的放射源,L为薄铝片。若在放射源和计数器之间加上L,计数器的计数率大幅度减小;在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变。则X可能是( )
A.α和β的混合放射源 B.纯α放射源
C.α和γ的混合放射源 D.纯γ放射源
【解题指南】(1)α射线穿透能力较弱,一张纸就能挡住。
(2)γ射线是电磁波,在磁场中不会偏转,而β射线是高速电子流,在磁场中会发生偏转。
【解析】选C。由于α粒子的贯穿本领较小,在放射源和计数器之间加上薄铝片后,计数器的计数率大幅度减小,说明含有α粒子;在薄铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,说明穿过铝片的是γ射线而不是β射线,因此放射源为α和γ的混合放射源。故正确选项为C。
3.(多选)关于质子与中子,下列说法正确的是( )
A.原子核(除氢核外)由质子和中子构成
B.质子和中子统称为核子
C.卢瑟福发现了质子,并预言了中子的存在
D.卢瑟福发现了中子,并预言了质子的存在
【解析】选A、B、C。原子核内存在质子和中子,中子和质子统称为核子,卢瑟福只发现了质子,以后又预言了中子的存在。
4.(2018·青岛高二检测)以下说法正确的是( )
A. Th为钍核,由此可知,钍核的质量数为90,钍核的质子数为234
BBe为铍核,由此可知,铍核的质量数为9,铍核的中子数为4
C.同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D.同一元素的两种同位素具有不同的中子数
【解析】选D。A项钍核的质量数为234,质子数为90,所以A错;B项铍核的质子数为4,中子数为5,所以B错;由于同位素质子数相同而中子数不同,即质量数不同,因而C错,D对。
【补偿训练】
如图所示,某种元素的不同同位素的原子核内的中子数N与原子核质量数A的关系是( )
【解析】选C。同一元素的不同同位素的原子核内质子数是一定的,只是中子数不同,设质子数为Q,则N+Q=A,故N=A-Q,Q是定值,故选C。
19.2 放射性元素的衰变
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1.下列有关半衰期的说法正确的是( )
A.放射性元素的半衰期越短,表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短,衰变速度越快
B.放射性元素的样品不断衰变,随着剩下未衰变的原子核的减少,元素半衰期也变长
C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的衰变速度
D.降低温度或增大压强,让该元素与其他物质形成化合物,均可减小衰变速度
【解析】选A。放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间,它反映了放射性元素衰变速度的快慢,半衰期越短,则衰变越快;某种元素的半衰期长短由其本身因素决定,与它所处的物理、化学状态无关,故A正确,B、C、D错误。
2.原子核发生β衰变时,此β粒子是( )
A.原子核外的最外层电子
B.原子核外的电子跃迁时放出的光子
C.原子核内存在的电子
D.原子核内的一个中子变成一个质子时,放射出一个电子
【解析】选D。因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的,原子核内并不含电子,但在一定条件下,一个中子可以转化成一个质子和一个电子,其转化可用下式表示nH+e,由上式可看出β粒子(负电子)是由原子核内的中子转化而来。
3.(2018·松原高二检测)放射性原子核发生一次α衰变后( )
A.核的电荷数少1,质量数少1
B.核的电荷数多1,质量数多1
C.核的电荷数少2,质量数少4
D.核的电荷数少2,质量数少2
【解析】选C。α粒子为氦原子核,放射性原子核发生一次α衰变后核的电荷数少2,质量数少4,故选C。
4.某放射性元素X经过11.4天有的原子核发生了衰变,若X的氧化物表示为X2O,X2O与F2能发生如下反应2X2O+2F24XF+O2,则XF的半衰期为( )
A.11.4天 B.7.6天
C.5.7天 D.3.8天
【解题指南】
(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
(2)同一元素的半衰期是一定的。
【解析】选D。根据m余=m0得,(=,=3,因为t=11.4天,所以该元素的半衰期为τ=天=3.8天,又因为元素的半衰期与原子所处的状态及外部环境无关,由原子核内部的因素决定,所以它的半衰期仍然为3.8天,D项正确。
19.3-19.4 探测射线的方法 放射性的应用与防护
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1.(多选)利用威耳逊云室探测射线,下列说法正确的是( )
A.威耳逊云室内充满过饱和蒸气,射线经过时可显示出射线运动的径迹
B.威耳逊云室中径迹直而粗的是α射线
C.威耳逊云室中径迹细而弯曲的是γ射线
D.威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离,所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负
【解析】选A、B。云室内充满过饱和蒸气,射线经过时把气体电离,过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴,雾滴沿射线的路线排列,显示出射线的径迹,故A选项正确;由于α粒子的电离本领大,贯穿本领小,所以α射线在云室中的径迹粗而短,即B选项正确,由于γ射线的电离本领很弱,所以在云室中一般看不到它的径迹,而细长径迹是β射线的,所以C选项错误;把云室放在磁场中,由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负,所以D选项错误。
2.在下列四个核反应方程中,X1、X2、X3和X4各代表某种粒子
H+X1Hen NHeO+X2
BeHeC+X3 MgHeAl+X4
则以下判断中正确的是( )
A.X1是质子 B.X2是中子 C.X3是电子 D.X4是质子
【解析】选D。根据核反应的质量数和电荷数守恒知,X1为H,A错误;X2为H,B错误;X3为n,C错误;X4为H,D对。
3.(多选)(2018·广州高二检测)据报道,我国自己研究的旋式γ刀治疗脑肿瘤效果非常好,将进入各大医院为患者服务。治疗时不用麻醉,病人清醒,时间短,半个小时内完成手术。γ刀治疗脑肿瘤主要是利用( )
A.γ射线具有很强的贯穿本领
B.γ射线具有很强的电离作用
C.γ射线具有很强的能量
D.γ射线很容易绕过阻碍物到达目的地
【解析】选A、C。γ射线具有很强的能量,贯穿本领很强,能穿过几厘米厚的铅板,γ射线电离作用较弱,B错误;γ射线的波长较短,不容易发生衍射,也就不容易绕过阻碍物,D错误。
【补偿训练】
(多选)铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应AlHe→Xn。下列判断正确的是( )
An是质子 Bn是中子
C.X是Si的同位素 D.X是P的同位素
【解析】选B、D。由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知,X是P,故选项C错误,选项D正确n是中子,故选项A错误,选项B正确。
4.1934年,约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时,除了测到预料中的中子外,还探测到了正电子。正电子的质量跟电子的质量相同,带一个单位的正电荷,跟电子的电性正好相反,是电子的反粒子。更意外的是,拿走α放射源以后,铝箔虽不再发射中子,但仍然继续发射正电子,而且这种放射性也有一定的半衰期。原来,铝箔被α粒子击中后发生了如下反应:HePn,这里的P就是一种人工放射性同位素,正电子就是它衰变过程中放射出来的。
(1)写出放射性同位素P放出正电子的核反应方程。
(2)放射性同位素P放出正电子的衰变称为正β衰变,我们知道原子核内只有中子和质子,那么正β衰变中的正电子从何而来?
【解题指南】(1)写核反应方程时注意质量数守恒和核电荷数守恒。(2)正电子除带电性质与电子相反外,其余各量均相同。
【解析】(1)核反应方程为PSie。
(2)原子核内只有质子和中子,没有电子,也没有正电子,正β衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子,同时放出正电子,核反应方程为Hne。
答案:(1PSie
(2)正电子是原子核内的一个质子转换成一个中子时释放出的
19.5 核力与结合能
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1.关于原子核内的核力和库仑力,下列说法中正确的是( )
A.组成U核的核子中任何两个核子之间都存在着不可忽略的核力的作用
B.组成U核的中子中任何两个中子之间都存在着不可忽略的核力的作用
C.组成U核的质子中任何两个质子之间都存在着不可忽略的库仑力的作用
D.组成U核的质子中任何两个质子之间,除库仑力之外还都存在着不可忽略的核力作用
【解析】选C。原子核内任何两个质子之间都存在库仑力作用,但每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,故选项C正确。
2.关于原子核的结合能与平均结合能,下列说法中不正确的是( )
A.原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时,核力做的功
B.原子核的结合能等于核子从原子核中分离,外力克服核力做的功
C.平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量
D.不同原子核的平均结合能不同,重核的平均结合能比轻核的平均结合能大
【解析】选D。原子核中,核子与核子之间存在核力,要将核子从原子核中分离,需要外力克服核力做功;当自由核子结合成原子核时,核力将做正功,释放能量,故A、B正确;对某种原子核,平均每个核子的结合能称为平均结合能;不同原子核的平均结合能不同;重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小,轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小,C正确,D错误。
3.(多选)(2018·沈阳高二检测)一个质子和一个中子结合成氘核,同时放出γ光子,核反应方程是HnH+γ,以下说法中正确的是( )
A.反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和
B.反应前后的质量数不变,因而质量不变
C.γ光子的能量为Δmc2,Δm为反应中的质量亏损,c为光在真空中的速度
D.因存在质量亏损Δm,所以“物质不灭”的说法不正确
【解析】选A、C。核反应中质量数与电荷数及能量均守恒,由于反应中要释放核能,会出现质量亏损,反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和,所以质量不守恒,但质量数不变,且能量守恒,释放的能量会以光子的形式向外释放,故正确答案为A、C。
4.一个α粒子轰击硼B)核变成碳14和一个未知粒子,并放出7.5×105eV的能量,写出核反应方程并求出反应过程中的质量亏损。(mp=1.6726231×10-27kg)
【解析】根据质量数守恒和核电荷数守恒可得
HeBCH
由ΔE=Δmc2可知,
1u原子质量单位相当于931.5MeV的能量,所以可得
Δm=0.000805u=1.3×10-30kg。
答案HeBCH 1.3×10-30kg
19.6 核裂变
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1.关于重核的裂变,以下说法中正确的是( )
A.铀235被中子轰击后都会分裂成两块质量差不多的碎块,同时放出几个中子
B.铀235被中子轰击后二者都会发生分裂
C.要使铀块发生链式反应,其体积必须足够大
D.铀235分裂成两个中等质量的核,比结合能减小,放出核能
【解析】选C。铀核也有三分裂、四分裂现象,A错误;慢中子最适于引发裂变,但并不是轰击后都会发生分裂,B错误;要发生链式反应,铀块的体积必须大于临界体积,C正确;中等质量核的比结合能最大,铀核分裂时比结合能增大,放出核能,D错误。
2.(2018·长沙高二检测)中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%。为了实现负责任大国的承诺,我国将新建核电站项目。目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是( )
AUnSrXe+1n
BNaMge
CNHeOH
DUThHe
【解析】选A。重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核,A是裂变反应,A正确;B为β衰变,C是发现质子的反应,D是α衰变。
3.(2018·吉林高二检测)铀核裂变是在反应堆中进行的,核反应堆主要由铀棒、镉棒、慢化剂、冷却系统和水泥防护层组成,镉棒在反应堆中起的作用主要是
( )
A.使快中子变成慢中子
B.使慢中子变成快中子
C.使反应速度加快
D.控制反应速度,调节反应速度的快慢
【解析】选D。镉棒可以吸收中子,控制镉棒插入反应堆的深度可以控制参与反应的中子数目,从而控制反应堆的反应速度,不一定是加快反应速度,也可能是减慢反应速度,A、B、C错误,D正确。
【补偿训练】
(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源,其一种裂变反应式是Un
BaKr+n。下列说法正确的有( )
A.上述裂变反应中伴随着中子放出
B.铀块体积对链式反应的发生无影响
C.铀核的链式反应可人工控制
D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响
【解析】选A、C。由质量数守恒可知有3个中子放出,故A正确。铀块的体积和纯度都对链式反应的发生产生影响,故B错误。核反应堆的铀核链式反应可人工控制,放射性元素的半衰期由核本身决定,故C正确,D错误。
4.U受中子轰击时会发生裂变,产生和Kr,同时放出200MeV的能量,现要建设发电能力是50万千瓦的核电站,用铀235作为原子锅炉的燃料,假设核裂变释放的能量全部被用来发电,那么一天需要纯铀235的质量为多少?(阿伏加德罗常数取6.02×1023mol-1)
【解析】每天发电的总量
E=24×3.6×103×5×108J=4.32×1013J。
要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目
n==1.35×1024(个)。
则对应的质量
m=·μ=×235×10-3kg=0.527kg。
答案:0.527kg
19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙
课时检测区·能力达标
1.发生轻核聚变的方法是( )
A.用中子轰击
B.保持室温环境,增大压强
C.把物质加热到几百万开尔文以上的高温
D.用γ光子照射
【解析】选C。轻核聚变需要几百万开尔文以上的高温,使核子间的距离达到10-15m,核力发生作用,发生聚变反应,C项正确。
2.下列说法正确的是( )
A.聚变是裂变的逆反应
B.核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温,显然是吸收能量
C.轻核聚变比裂变更为安全、清洁
D.强子是参与强相互作用的粒子,中子是最早发现的强子
【解析】选C。聚变和裂变的反应物和生成物完全不同,两者无直接关系,并非互为逆反应,故A错;实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近,需要数百万开尔文的高温,但聚变反应一旦实现,所释放的能量远大于所吸收的能量,所以聚变反应还是释放能量,故B错;实现聚变需要高温,一旦出现故障,高温不能维持,反应就自动终止了,另外,聚变反应比裂变反应生成的废物数量少,容易处理,故C对;质子是最早发现的强子,故D错。
3.一个氘核H)与一个氚核H)发生聚变,产生一个中子和一个新核,并出现质量亏损,该聚变过程中( )
A.吸收能量,生成的新核是He
B.放出能量,生成的新核是He
C.吸收能量,生成的新核是He
D.放出能量,生成的新核是He
【解析】选B。由质量数和电荷数守恒可判断产生的新核是He,其核反应方程式为HHnHe;由聚变反应中出现质量亏损可知,该反应放出能量,B选项正确。
4.(2018·锦州高二检测)下列说法正确的是( )
A.原子是组成物质的最小微粒
B.宇宙大爆炸之初产生的粒子是夸克、轻子、胶子等
C.目前我们可以断定夸克已不能再分
D.粒子的带电量不可能比元电荷再小
【解析】选B。质子、中子、电子、夸克等都是比原子还小的微粒,A选项错误;宇宙大爆炸之初产生的粒子是夸克、轻子、胶子等粒子,B选项正确;目前我们虽然没有发现夸克有内部结构,但不能断定夸克已不能再分,C选项错误;不同夸克带电不同,分别为+e和-e,D选项错误。
5.太阳内部持续不断地发生着4个质子H)聚变为1个氦核He)的热核反应,核反应方程是HHe+2X,这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3,真空中的光速为c。方程中的X表示______;这个核反应中质量亏损Δm=__________;这个核反应中释放的核能ΔE=________。
【解析】由质量数守恒和核电荷数守恒知:X为正电子e,该反应中质量亏损Δm=4m1-m2-2m3,ΔE=Δmc2=(4m1-m2-2m3)c2。
答案:正电子e 4m1-m2-2m3 (4m1-m2-2m3)c2
