高中物理人教版能力提升练习 选修3-5 第19章　原子核 Word版含解析

1.(2018·全国卷Ⅲ) 1934年,约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核Al,产生了第一个人工放射性核素X:αAln+X。X的原子序数和质量数分别为
(　　)
A.15和28 B.15和30 C.16和30 D.17和31
【解析】选B。因为α粒子是He、中子是n,所以根据反应方程式前后质量数、质子数相等得出HeAlnX。故选B。
2.贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象,如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于放射性衰变的是 (　　)
ACNe　　　 BUnIY+n
CHHHen DHeAlPn
【解析】选A。B属于裂变,C属于聚变,D属于人工转变,只有A属于放射性衰变。
3.某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变,该元素的半衰期为
(　　)
A.11.4天　　B.8.6天　　C.5.7天　　D.3.8天
【解析】选C。根据半衰期与质量变化的公式:m=m0可得:有的原子核发生了衰变,剩下,所以有m0=m0,即t=2T=11.4天,解得T=5.7天,即半衰期为5.7天,故C正确,A、B、D错误。
【补偿训练】
　　P随时间衰变的关系如图所示,有2 mg的P经衰变后还剩0.5 mg,估算所需要的时间,在下列说法中正确的是 (　　)
A.约14天　　　　　 B.约28天
C.约42天 D.约56天
【解析】选B。由图象知P的半衰期约为14天,由公式m=m0知,半衰期的次数为2次,可知经历的时间t=2×14=28天,故B正确,A、C、D错误。故选B。
4.(2020·昆明模拟)2019年4月1日,在中国核能可持续发展论坛上,生态环境部介绍2019年会有核电项目陆续开工建设。某核电站获得核能的核反应方程为UnBaKr+n,已知铀核U的质量为m1,钡核Ba 的质量为m2,氪核Kr的质量为m3,中子n的质量为m4,下列说法中正确的是 (　　)
A.该核电站通过核聚变获得核能
B.铀核U的质子数为235
C.在上述核反应方程中x=3
D.一个铀核U发生上述核反应,释放的能量为(m1-m2-m3-m4)c2
【解析】选C 。从核反应方程可知,该核电站通过核裂变获得核能,故A错误;铀核U的质子数为92,故B错误;由质量数守恒得:235+1=144+89+x,解得x=3,故C正确;一个铀核U发生上述核反应,由质能方程可得:ΔE=Δmc2=
(m1+m4-m2-m3-3m4)c2=(m1-m2-m3-2m4)c2,故D错误。
5.在垂直于纸面的匀强磁场中,有一原来静止的原子核,该核衰变后,放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所示,由图可以判定 (　　)
A.该核发生的是α衰变
B.该核发生的是β衰变
C.a表示反冲核的运动轨迹
D.磁场方向一定垂直纸面向里
【解析】选B。放射性元素放出α粒子时,α粒子与反冲核的速度相反,而电性相同,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反,两个粒子的轨迹应为外切圆。而放射性元素放出β粒子时,β粒子与反冲核的速度相反,而电性相反,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同,两个粒子的轨迹应为内切圆。故放出的是β粒子,故A错误,B正确;根据动量守恒定律,质量大的速度小,而速度小的,运动半径较小,而b的质量较大,因此b是反冲核的运动轨迹,故C错误;粒子在磁场中做匀速圆周运动,磁场方向不同,粒子旋转的方向相反,由于粒子的速度方向未知,不能判断磁场的方向,故D错误。
6. (多选)(2019·天津高考)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破,等离子体中心电子温度首次达到1亿度,为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是 (　　)
A.核聚变比核裂变更为安全、清洁
B.任何两个原子核都可以发生聚变
C.两个轻核结合成质量较大的核,总质量较聚变前增加
D.两个轻核结合成质量较大的核,核子的比结合能增加
【解析】选A、D。核聚变反应所产生的放射性废料较少,处理起来比较简单,而核裂变反应所产生的放射性废料较多,处理起来比较困难,所以核聚变比核裂变更为安全、清洁,因此A正确;发生核聚变需要在高温高压下进行,自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变,并不是任意的两个原子核都能发生核聚变,质量数很大的核就不能发生核聚变, B错误;两个轻核结合成质量较大的核,总质量减少,即存在质量亏损,C错误;两个轻核结合成质量较大的核,释放能量,核子的比结合能增加,原子核更稳定,D正确。故选A、D。
7.(2019·洛阳模拟)氡气有天然放射性,其衰变产生的粒子可对人的呼吸系统造成辐射损伤。氡衰变方程为RnPo+X,衰变过程中同时产生γ射线,半衰期为3.8天,以下说法正确的是 (　　)
A.该衰变过程为α衰变
B.对一个特定的氡核,在3.8天内一定会衰变
C.γ射线的穿透性比α射线弱
D.衰变后Po核与X粒子的质量之和等于衰变前Rn核的质量
【解析】选A。由电荷数守恒、质量数守恒得出X粒子的电荷数为2和质量数为4,则为α粒子,衰变过程为α衰变,则A正确;经过一个半衰期,剩余一半的质量未衰变,即并不是每个核都发生衰变,则B错误;γ射线的穿透性比α射线强,则C错误;α衰变时要伴随释放一定的能量,总质量减小,则D错误。
【补偿训练】
　　目前,在居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料,都不同程度地含有放射性元素,装修污染已经被列为“危害群众最大的五种环境污染”之一。有关放射性元素的下列说法正确的是 (　　)
A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡核,经过7.6天就只剩下一个氡核了
B.已知氡的半衰期为3.8天,若取1 g氡放在天平左盘上,砝码放于右盘,左右两边恰好平衡,则7.6天后,需取走0.75 g砝码天平才能再次平衡
C.β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子所产生的
D.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,电离能力也最强
【解析】选C。半衰期是对大量原子核的衰变的统计规律,对于单个是不成立的,故A错误;半衰期是指一半原子核发生衰变的时间,一半原子核发生衰变并不是质量减少一半,故B错误;发生β衰变的过程是:一个中子变为质子同时放出一个电子,故C正确;根据α、β、γ三种射线特点可知,γ射线穿透能力最强,电离能力最弱,α射线电离能力最强,穿透能力最弱,故D错误。
8.(2020·泸州模拟)日本福岛核电站曾因大地震及海啸而产生核灾难,从而凸显出安全使用核能发电的重要性。铀是核反应堆的重要原料,其中U原子核只有在被能量很大的快中子轰击时,才能发生裂变且概率很小;而U原子核吸收慢中子后即可产生核分裂,分裂后获得的能量可用来发电。下列关于铀核的说法正确的是 (　　)
AUnXeSr+n是一种重核裂变方程
B.UThHe是重核裂变方程
CU核裂变需要很高的温度,所以属于热核反应
DU核裂变后释放的中子不能引起下一次核裂变
【解析】选AUnXeSr+n是铀核被中子轰击后裂变成两个中等质量的核,所以此反应为核裂变,所以该反应是重核裂变方程,故A正确U
ThHe是重核的衰变方程,故B错误。链式反应只需要中子去轰击U即可,不需要很高的温度,故C错误。U原子核吸收慢中子后,每次核裂变后释放的中子仍可以引起下一次核裂变,故D错误。
9.(多选)14C发生放射性衰变为14N,半衰期约为5 700 年。已知植物存活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例持续减少。现通过测量得知,某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是 (　　)
A.该古木的年代距今约为5 700年
B.12C、13C、14C具有相同的中子数
C.14C衰变为14N的过程中放出β射线
D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
【解析】选A、C。因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一,则可知经过的时间为一个半衰期,即该古木的年代距今约为5 700年,选项A正确12C、13C、14C具有相同的质子数,由于质量数不同,故中子数不同,选项B错误;根据核反应方程可知,14C衰变为14N 的过程中放出电子,即发出β射线,选项C正确;外界环境不影响放射性元素的半衰期,选项D错误。
10.1930年发现,科学家在真空条件下用α粒子轰击Be时,产生了一种看不见的、贯穿力很强的不带电粒子,为了弄清楚这是一种什么粒子,人们用它分别去轰击氢原子和氮原子,结果打出一些氢核和氮核,并以此推算出了该粒子的质量,从而确定该粒子为中子。设氢核的质量为mH,氮核的质量为氢核质量的14倍,碰撞后氢核的速度为vH,氮核的速度为vN,假设中子与它们的碰撞为弹性碰撞,碰撞的粒子分别为中子和氢核及中子和氮核。
(1)试写出α粒子轰击Be的核反应方程。
(2)试根据中子与氢原子和氮原子的碰撞结果,利用题中的可测量量,推算出中子的质量。
【解析】(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得:
BeHenC
(2)查德威克认为氢核、氮核与中子之间的碰撞是弹性正碰;设中子质量为m,速度为v0,氢核的质量为mH,最大速度为vH,并认为氢核在被打出前是静止的,那么根据动量守恒和能量守恒可知:
mv0=mv+mHvH ①
m=mv2+mH②
其中v是碰撞后中子的速度,由此可得:
vH= ③
同理,mv0=mv+mNvN
m=mv2+mN
可得出中性粒子与氮原子核碰撞后打出的氮核的速度 vN= ④
因为mN=14mH,由方程③④可得
== ⑤
将速度的最大值代入方程⑤,
解得:m=1.05mH。
答案:(1BeHenC
(2)1.05mH
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