烟台市第十中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：原子核与放射性 综合测评（含解析）

原子核与放射性
1．某校学生在进行社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途.
同位素 放射线 半衰期 同位素 放射线 半衰期 同位素 放射线 半衰期
钋210 α 138天 锶90 β 28年 钴60 γ 5年
镅241 β 433天 锝99 γ 6小时 氡 α 3.8天
根据上表请你分析判断下面结论正确的是( )
A．塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄，利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀
B．钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下一个原子核
C．把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期变短
D．用锝99可以作示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常．方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质，当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否
2．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )
A．利用γ射线使空气电离，消除静电
B．利用α射线照射植物的种子，使产量显著增加
C．利用β射线来治肺癌、食道癌
D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，可以作为示踪原子
3．典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出x个中子： U＋n→Ba＋Kr＋xn，铀235质量为m1，中子质量为m2，钡144质量为m3，氪89的质量为m4，下列说法正确(　　)
A．该核反应类型属于人工转变
B．该反应放出能量(m1－2m2－m3－m4)c2
C．x的值是2
D．该核反应比聚变反应对环境的污染少
4．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风。下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是（ ）
A．N+He→O B．U+n→Sr+Xe+10n
C．U→Th+He D．H+H→He
5．下列说法中，正确的是（ ）
A．射线的本质是高速氢核流
B．射线经常伴随或射线产生
C．放射性元素的半衰期跟原子所处的化学状态和外部条件有关
D．衰变的实质是发射出的核外电子
6．发生放射性衰变为，半衰期约为5700年。已知植物存活其间，其体内与的比例不变；生命活动结束后， 的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中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．增加样品测量环境的温度能改变的衰变速度
B．、、具有相同的中子数
C．衰变为的过程中放出的电子来源于原子核外的电子
D．该古木的年代距今约为5700年
7．由衰变为经过x次α 衰变和y次β衰变，其中 ( )
A．x＝6，y＝8 B．x＝8，y＝6
C．x＝16，y＝22 D．x＝22，y＝16
8．下列说法中正确的是
A．为了解释光电效应规律，爱因斯坦提出了光子说
B．在完成α粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的能级结构
C．玛丽·居里首先发现了放射现象
D．在原子核人工转变的实验中，查德威克发现了质子
9．氡222是一种天然放射性气体,被吸入后,会对人的呼吸系统造成辐射损伤,它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一,其衰变方程是22286Rn→21884Po+___.已知22286Rn的半衰期约为3.8天,则（ ）
A．生成物中的x是a粒子
B．采用光照的方法可以减小铜222的半衰期
C．一克22286经过3.28天，还剩下0.5克22286Rn
D．2个22286经过3.8天，还剩下一个22286Rn
10．下列说法正确的是：（ ）
A．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应
B．铀235的半衰期为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短
C．在、、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强
D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小
11．下列有关说法正确的是(　　)
A．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
B．原子序数大于83的原子一定有天然放射现象，而小于83的原子没有天然放射现象
C．大量氢原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁，会辐射不同频率的光子
D．γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转
12．下列关于放射性元素的半衰期的说法正确的是( )
A．同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长
B．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用
C．氡的半衰期是3.8天，若有4 g氡原子核，则经过7.6天就只剩下1 g
D．氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天就只剩下一个
13．一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______________．
14．用中子轰击锂核（）发生核反应，生成氚核和α粒子，并释放出4.8Mev的能量，请写出核反应方程________________。
15．(1)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（_______）
A．
B．
C．
D．
(2)已知光速为c，普朗克常量为h，则频率为ν的光子的动量为________，用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．
(3)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.
16．在核反应方程：?+x中，x表示____________。（中子，原子，质子，电子）
17．在匀强磁场中，一个静止的天然放射性原子核，由于衰变，在磁场中形成两个外切圆的径迹，两圆半径之比为45：1，那么衰变前原子核的电荷数为多少？
18．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.
参考答案
1．D
【解析】
因为α射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，所以A不正确；钴60的半衰期为5年是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间，因此，B、C错误；检查时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝99作为放射源，D正确．
2．D
【解析】
A．β或α射线的电离本领较大，可以消除工业上有害的静电积累，选项A错误；
BC．β射线或γ射线的穿透性强，可以用来辐射育种、辐射保鲜、消毒杀菌和医治肿瘤等，选项BC错误；
D．放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，可以作为示踪原子，选项D正确．
故选D。
3．B
【解析】试题分析：根据电荷数守恒和质量数守恒求解x，根据爱因斯坦质能方程求解该反应放出的能量，放射性元素对环境的污染较大．
该核反应是核裂变，可以自发进行，不是人工控制的，故A错误；根据质量数守恒，有：235+1=144+89+x，解得x=3，根据爱因斯坦质能方程，该反应放出能量为，B正确C错误；该核反应生成两种放射性元素，核污染较大，D错误．
4．B
【解析】原子弹是铀的裂变反应，氢弹是铀的裂变反应提供高温，之后利用氢的同位素聚变反应，故AC错误；根据质量数和电荷数守恒可知D选项质量数不守恒，故B正确D错误．
5．B
【解析】射线的本质是高速氦核流，A错误； 射线一般伴随或射线产生，B正确；放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，与原子所处的化学状态无关，C错误； 衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是粒子，D错误．
6．D
【解析】放射元素的半衰期与物理环境以及化学环境无关，故A错误．12C、13C、14C具有相同的质子数和不同的中子数．故B错误；14C衰变为14N的过程中质量数没有变化而核电荷数增加1，所以是其中的一个中子变成了一个质子和一个电子，所以放出β射线．故C错误；设原来14C的质量为M0，衰变后剩余质量为M则有：M＝M0()n，其中n为发生半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的，故n=1，所以该古木的年代距今约5700年；故D正确；故选D.
点睛：本题考查了半衰期的计算，要明确公式中各个物理量的含义，理解放射元素的半衰期与物理环境以及化学环境无关．注意平时多加练习，加深对公式的理解
7．B
【解析】
设发生x次α衰变，y次β衰变，则有： 238=206+4x，可得：x=8，又有：92=82+8×2-y，得：y=6，故B正确，ACD错误．
8．A
【解析】
【分析】
【详解】
为了解释光电效应规律，爱因斯坦提出了光子说，选项A 正确；在完成a粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的核式结构理论，选项B错误；首先发现了放射现象的是贝克勒尔，选项C 错误；在原子核人工转变的实验中，查德威克发现了中子，选项D 错误．
9．AC
【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒得，X的电荷数为2，质量数为4，为α粒子，故A正确．半衰期的大小由原子核内部因素决定，与所处的物理环境和化学状态无关，故B错误．经过一个半衰期，剩余一半的质量，即1克86222Rn经过3.8天还剩下0.5克86222Rn，故C正确．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核不适用，故D错误．故选AC．
点睛：本题考查了半衰期的基本运用，知道半衰期的大小与元素所处的物理环境和化学状态无关，知道半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用．
10．ACD
【解析】由于金属有逸出功，根据光电效应发生的条件可知，对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应．故A正确；半衰期不受外界环境的影响，选项B错误；在、、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强，选项C正确；根据波尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小，选项D正确；故选ACD.
11．CD
【解析】根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，光电子的最大初动能随着照射光频率的增大而增大，而光电子数目与光强有关，故A错误．原子序数大于或等于83的所有元素都有天然放射现象，而小于83的原子，也会有天然放射现象，比如放射性同位素．故B错误．大量氢原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁，释放通量，从而会辐射不同频率的光子．故C正确．γ射线是γ光子，是电中性的，在电场中不会受到电场力，在磁场中不会受到洛伦兹力，故γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转，故D正确．故选CD．
点睛：考查光电流大小与光的强度有关，与频率无关，理解电子的跃迁，何时释放能量，何时吸收能量，掌握三种射线的特征，注意小于83的原子也有天然放射现象．
12．BC
【解析】
【详解】
ABD．半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，半衰期是个统计规律，只对大量的原子核才适用，半衰期不能指少数原子，"单个的微观事件是无法预测的"，半衰期是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关，故A、D错误，B正确．
C．氡的半衰期是T=3.8天，若有M=4g氡原子核，经t=7.6天剩余的氡原子核的质量
m=M=M=1g
故C正确．
故选BC。
13．14 13
【解析】
【详解】
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。
14．
【解析】根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为
15． (1)A (2) (3)
【解析】(1)A属于β衰变，B属于裂变，C是聚变，D是原子核的人工转变，故选A项．
(2)光子的动量p＝mc＝c＝
选光被镜面反射回去的方向为正方向，则p1＝－
p2＝，动量的变化量Δp＝p2－p1＝.
(3)由逸出功定义有W＝
由光电效应方程有＝W＋Ek＝＋Ek
又由动能定理有－eU＝0－Ek
则＝＋eU，
16．中子
【解析】根据质量数和电荷数守恒得：x为，即中子
17．92
【解析】
【详解】
无论是哪种衰变，反应后的两个粒子运动方向一定是相反的．一个粒子是新的原子核带正电，另一个粒子带电情况要看是哪种衰变．由左手定则知α衰变后产生的径迹是两个外切的圆，
原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，，解得：由于两圆半径之比为45：1，所以新核的电荷量为90，则衰变前原子核的电荷数为92。
18．（1）（2）1×103 m/s　运动方向与氦核相反
【解析】
【分析】
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．