惠阳区第三中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.3放射性同位素 课时练（含解析）

4.3放射性同位素
1．在下列4个核反应方程中，x表示质子的是（ ）
A． B．
C． D．
2．如图所示是查德威克实验示意图，在这个实验中发现了一种不可见的贯穿能力很强的粒子，这种粒子是
A．正电子 B．中子 C．光子 D．电子
3．卢瑟福通过原子核的人工转变实验发现了质子，实验中利用（ ）
A．β粒子轰击氮核 B．α粒子轰击氮核
C．α粒子轰击铍核 D．β粒子轰击铍核
4．2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年。1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为，。以下判断正确的是（ ）
A．，
B．，
C．，
D．，
5．放射性同位素在实际生产和生活中有广泛的应用，往往同位素在核衰变时会放出核能，如核衰变会放出核能，其核反应方程为→＋＋，已知光在真空中的速度为c。则下列判断正确的是
A．X是，一个核衰变时质量亏损为
B．X是，一个核衰变时质量亏损为
C．X是，一个核衰变时质量亏损为
D．X是，一个核衰变时质量亏损为
6．2019年4月23日，海军建军70周年阅兵式上，中国海军新型攻击核潜艇093改进型攻击核潜艇公开亮相。核潜艇是以核反应堆为动力源。关于核反应，下列说法正确的是（ ）
A．在核反应中，质量守恒、电荷数守恒
B．核反应方程属于衰变
C．核反应方程属于核聚变，是核潜艇的动力原理
D．核反应方程属于衰变，而射线来自原子外层的电子
7．2017年12月29日，中国首个快堆核电示范工程在福建霞浦开工建设．“快堆”核反应进程依次为：，下列说法正确的是( )
A．和是同位素，其原子核内中子数相同
B．变为发生了α衰变
C．变为发生了β衰变
D．1g 经过一个半衰期，原子核数目变为原来的一半
8．下列关于一些物理学史的说法中，正确的是
A．卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说
B．汤姆孙在粒子散射实验中发现了电子
C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子
D．爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说
9．关于原子、原子核，下列说法正确的是（?? ）
A．卢瑟福的原子结构模型很好的解释了α粒子散射实验
B．β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的
C．某放射性元素的4个原子核经过一个半衰期后不一定还剩下2个没有发生衰变
D．利用射线可以消除静电
10．关于近代物理发展的成果，下列说法正确的是（　　）
A．只要增加入射光的强度，光电效应就可以发生
B．若某种材料的逸出功是W，则其极限频率
C．若使放射性物质的温度升高，则其半衰期将减小
D．、和三种射线中，射线的穿透能力最强
11．一质子束入射到静止靶核上，产生如下核反应：，式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为____________，中子数为______________．
12．卢瑟福用α粒子轰击氮核发现了质子，其核反应方程为______．查德威克用α粒子轰击铍核，打出了一种粒子流，其核反应方程为_____．
13．静止的Li核俘获一个速度v1=7.7×104 m/s的中子而发生核反应，生成两个新核.已知生成物中He的速度v2=2.0×104 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同.
①写出上述反应方程.
②求另一生成物的速度.
14．静止的氮核被速度为v0的中子n击中生成甲、乙两核，已知甲、乙两核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一致，甲、乙两核动量之比为1∶1，动能之比为1∶4，它们沿垂直磁场方向进入匀强磁场做圆周运动，其半径之比为1∶6，问：甲、乙各是什么核？速度各是多大？写出该核反应方程.
参考答案
1．C
【解析】
根据核反应的质量数和电荷数守恒可知；
A．该反应中x的质量数为0，电荷数为1，则x为正电子，选项A错误；
B．该反应中x的质量数为4，电荷数为2，则x为α粒子，选项B错误；
C．该反应中x的质量数为1，电荷数为1，则x为质子，选项C正确；
D．该反应中x的质量数为1，电荷数为0，则x为中子，选项D错误；
故选C.
2．B
【解析】
在这个实验中发现了一种不可见的贯穿能力很强的粒子，这种粒子是中子；
A．正电子，与结论不相符，选项A错误；
B．中子，与结论相符，选项B正确；
C．光子，与结论不相符，选项C错误；
D．电子，与结论不相符，选项D错误；
故选B.
3．B
【解析】
卢瑟福用α粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变，并发现了质子，反应方程式为：，故B对；ACD错；
4．B
【解析】
根据核反应方程的质子数（下标）守恒得：
2+7=8+n
解得：
n=1
根据核反应方程的质量数（上标）守恒得：
4+14=m+1
解得：
m=17
故选项B正确，选项ACD错误。
5．B
【解析】
根据核反应方程中质量数和电荷数守恒有X的质量数：m=238-234=4，核电荷数：z=94-92=2，所以X为氦核，根据质能方程可知，该反应过程中质量亏损为，故B正确，ACD错误。
6．B
【解析】
A. 在核反应中，尽管电荷数守恒，质量数守恒，但质量不守恒，故A错误；
B. 核反应方程属于衰变，故B正确；
C. 核反应方程不属于核聚变，是卢瑟福发现质子的核反应方程，不是核潜艇的动力原理，故C错误；
D. 核反应方程属于衰变，而射线来自原子核内的中子转化一个质子和电子，故D错误。
7．D
【解析】
A、和由于电荷数相同，即质子数相同，所以是同位素，其原子核内中子数不相同，故A错误；
B、C、变为，电荷数不变，质量数减小1，即放出一个中子，所以不是衰变，也不是衰变，故B、C错误；
D、根据半衰变期公式可知，经过一个半衰变期，变为原来的一半，故D正确．
8．ACD
【解析】
A．卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说，选项A正确；
B．汤姆孙在研究阴极射线的实验中发现了电子，选项B错误；
C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子，选项C正确；
D．爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说，选项D正确；
故选ACD.
9．ACD
【解析】
卢瑟福的原子结构模型很好的解释了α粒子散射实验，选项A正确；β衰变中产生的β射线是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核的衰变不适应，即某放射性元素的4个原子核经过一个半衰期后不一定还剩下2个没有发生衰变，故C正确；α射线的电离作用很强，α射线可以使空气电离从而把静电导走，利用射线可以消除静电，故D正确；故选ACD.
点睛：本题考查了选项3-5的内容，考查的知识点比较多，但难度不大，掌握基础知识即可解题，平时要注意基础知识的学习与掌握．
10．BD
【解析】
A.能否发生光电效应，与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，故A错误；
B.某种材料的逸出功与极限频率的关系为W=，故B正确；
C.放射性物质的半衰期与外部因素（温度、压强等）无关，故C错误；
D.α射线是氦核，β射线是高速电子流，γ射线是高速光子流，其中γ射线穿透能力最强，故D正确。
11．14 13
【解析】
质子的电荷数为1，质量数为1，中子的电荷数为0，质量数为1．根据电荷数守恒、质量数守恒，X的质子数为1+13-0=14，质量数为1+27-1=27．因为质量数等于质子数和中子数之和，则新核的中子数为27-14=13。
12．
【解析】
[1]卢瑟福用α粒子轰击氮核发现了质子，其核反应方程为
[2]查德威克用α粒子轰击铍核，打出了一种粒子流，其核反应方程为
13．（1）（2）1×103 m/s　运动方向与氦核相反
【解析】
根据质量数守恒和电荷数守恒，书写核反应方程；
俘获中子发生核反应的过程，动量守恒，根据动量守恒定律求解另一个粒子的速度大小；
【详解】
①根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为：；
②设中子、氦核、新核的质量分虽为m1，m2，m3，它们的速度分别为v1，v2，v3
根据动量守恒有：，则：，负号说明新核运动方向与氦核相反．
【点睛】
微观粒子的碰撞与宏观物体的碰撞相似，也遵守动量守恒，书写核反应方程是基本功，要熟练掌握．
14．甲为，乙为；v甲＝，v乙＝；
【解析】
设甲、乙两核质量分别为m甲、m乙，电荷量分别为q甲、q乙．
由动量与动能的关系p＝和p甲＝p乙可得
m甲∶m乙＝Ek乙∶Ek甲＝4∶1
又由可得q甲∶q乙＝R乙∶R甲＝6∶1
设中子质量为m0，m甲＋m乙＝15m0，q甲＋q乙＝7e，所以m甲＝12m0，m乙＝3m0，q甲＝6e，q乙＝e，即甲为，乙为.
由动量守恒定律，可得m0v0＝m甲v甲＋m乙v乙＝2m甲v甲＝24m0v甲
进而求得甲的速度v甲＝，乙的速度v乙＝
核反应方程为 .
【点睛】
本题综合考查了动能、动量、动量守恒定律、粒子在磁场中的轨道半径公式等，综合性较强，需加强训练．