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2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 3.2放射性元素的衰變 核能考題演練（含解析）（選修3-5） 1.(xx福建高考)如圖,放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線,分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.①表示γ射線,③表示α射線 B.②表示β射線,③表示α射線 C.④表示α射線,⑤表示γ射線 D.⑤表示β射線,⑥表示α射線 【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： (1)三種射線的帶電特點(diǎn)。 (2)帶電粒子在磁場(chǎng)或電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況。 【解析】選C。由放射現(xiàn)象中α射線帶正電,β射線帶負(fù)電,γ射線不帶電,結(jié)合在電場(chǎng)與磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)可知②⑤是γ射線,③④是α射線,故選C。 2.(xx重慶高考)碘131的半衰期約為8天,若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131,經(jīng)過32天后,該藥物中碘131的含量大約還有(　　) A.　　　　 B.　　　　 C.　　　　 D. 【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： (1)正確書寫原子核的衰變公式。 (2)準(zhǔn)確求解原子核衰變的次數(shù)。 【解析】選C。由原子核的衰變公式m余=m()n,其中n===4,為衰變的次數(shù),解得m余=,故選C。 3.(xx北京高考)質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3。當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí),釋放的能量是(c表示真空中的光速)(　　) A.(m1+m2-m3)c　　　　 B.(m1-m2-m3)c C.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2 【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行： (1)確定質(zhì)量的變化量Δm。 (2)根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2計(jì)算釋放的能量。 【解析】選C。由題意可知,質(zhì)量的變化量Δm=m1+m2-m3;根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2計(jì)算釋放的能量為E=(m1+m2-m3)c2。 4.(xx上海高考)核反應(yīng)方程BeHeC+X中的X表示(　　) A.質(zhì)子 B.電子 C.光子 D.中子 【解題指南】解答本題注意以下兩點(diǎn)： (1)核反應(yīng)方程的書寫滿足電荷數(shù)守恒。 (2)核反應(yīng)方程的書寫滿足質(zhì)量數(shù)守恒。 【解析】選D。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知X的質(zhì)量數(shù)為1;根據(jù)電荷數(shù)守恒可知X的電荷數(shù)為0,所以X表示中子。 5.(xx西工大附中模擬)美國(guó)和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器,通過Ca(鈣48)轟擊Cf(锎249)發(fā)生核反應(yīng),成功合成了第118號(hào)元素,這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素。實(shí)驗(yàn)表明,該元素的原子核先放出3個(gè)相同的粒子x,再連續(xù)經(jīng)過3次α衰變后,變成質(zhì)量數(shù)為282的第112號(hào)元素的原子核,則上述過程中的粒子x是(　　) A.中子　　　 B.質(zhì)子　　　 C.電子　　　 D.α粒子 【解析】選A。第118號(hào)元素的原子核,三次α衰變后核電荷數(shù)變?yōu)?12,說(shuō)明先前放出的3個(gè)相同的粒子x是不帶電的中子,故A正確。 6.(xx安溪模擬)下面關(guān)于結(jié)合能和平均結(jié)合能的說(shuō)法中,正確的有(　　) A.核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核分解成核子放出的能量稱為結(jié)合能 B.平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,因此它的結(jié)合能也一定越大 C.重核與中等質(zhì)量原子核相比較,重核的結(jié)合能和平均結(jié)合能都大 D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和平均結(jié)合能均比輕核的要大 【解析】選D。核子結(jié)合成原子核放出的能量或原子核分解成核子吸收的能量稱為結(jié)合能,故A錯(cuò)誤;平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,它的結(jié)合能還和核子的數(shù)量有關(guān),故B錯(cuò)誤;重核與中等質(zhì)量原子核相比較,重核的結(jié)合能大,重核的核子平均結(jié)合能比中等核的小,故C錯(cuò)誤;與輕核相比,中等質(zhì)量原子核中一個(gè)核子受到更多其他粒子的強(qiáng)作用力,所以平均結(jié)合能大,結(jié)合能就更大,故D正確。 7.(1)關(guān)于天然放射現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.α射線是由氦原子核衰變產(chǎn)生 B.β射線是由原子核外電子電離產(chǎn)生 C.γ射線是由原子核外的內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生 D.通過化學(xué)反應(yīng)不能改變物質(zhì)的放射性 (2)恒星向外輻射的能量來(lái)自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng),當(dāng)溫度達(dá)到108K時(shí),可以發(fā)生“氦燃燒”。 ①完成“氦燃燒”的核反應(yīng)方程He+　　　 Be+γ。 Be是一種不穩(wěn)定的粒子,其半衰期為2.610-16s。一定質(zhì)量的Be,經(jīng)7.810-16s后所剩Be占開始時(shí)的　　　　　　　　　　　　。 【解析】(1)選D。α射線是在α衰變中產(chǎn)生的,本質(zhì)是氦核,A錯(cuò)誤;β射線是在β衰變中產(chǎn)生的,本質(zhì)是高速電子束,B錯(cuò)誤;γ射線是發(fā)生α衰變和β衰變時(shí)原子核發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的電磁波,C錯(cuò)誤;物質(zhì)的放射性由原子核內(nèi)部自身的因素決定,與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)關(guān),D正確。 (2)①根據(jù)核反應(yīng)方程和電荷守恒定律可知, HeHeBe+γ。 Be的半衰期為2.610-16s,經(jīng)過7.810-16s后,也就是經(jīng)過3個(gè)半衰期后剩余的質(zhì)量為m′=()nm=()3m, 所剩Be占開始時(shí)的。 答案：(1)D　(2)He　②或12.5% 8.(1)(xx重慶高考)鈾是常用的一種核燃料,若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng):Una+b+n,則a+b可能是(　　) (2)已知氘核的質(zhì)量為2.013 6 u,中子質(zhì)量為1.008 7 u,氦3He)的質(zhì)量為 3.015 0 u。 ①寫出兩個(gè)氘核聚變生成氦3的核反應(yīng)方程。 ②計(jì)算兩個(gè)氘核聚變所釋放出的核能。 ③若兩個(gè)氘核以相同的動(dòng)能Ek=0.35 MeV正碰而發(fā)生核聚變,同時(shí)釋放出一對(duì)向相反方向運(yùn)動(dòng)的光子,每個(gè)光子的能量為0.5 MeV,試求生成的氦核的動(dòng)能。 【解析】(1)選D。根據(jù)題中所給裂變反應(yīng)方程,質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒,故a+b的質(zhì)量數(shù)應(yīng)為235+1-2=234,電荷數(shù)應(yīng)為92,故只有D選項(xiàng)正確。 (2)HHHen ②ΔE=Δmc2=0.0035uc2=3.26 MeV ③0=mαvα-mnvn E′k=2Ek+ΔE-2hν E′k=Ekα+Ekn Ekα=0.74 MeV Ekn=2.22 MeV 答案：(1)D　(2)①見解析?、?.26 MeV　③0.74 MeV 9.(1)放射性元素在衰變過程中,有些放出α射線,有些放出β射線,有些在放出α射線或β射線的同時(shí),還以γ射線的形式釋放能量。例如Th核的衰變過程可表示為ThPa+e+γ,這個(gè)衰變(　　) A.是β衰變,產(chǎn)生的Pa核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷,以γ射線的形式釋放能量 B.是β衰變,產(chǎn)生的Pa核從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷,以γ射線的形式釋放能量 C.是α衰變,產(chǎn)生的Pa核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷,以γ射線的形式釋放能量 D.是α衰變,產(chǎn)生的Pa核從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷,以γ射線的形式釋放能量 (2)完成下列核反應(yīng)方程： A.盧瑟福用α粒子轟擊氮核(N)發(fā)現(xiàn)質(zhì)子He+N→　　　　　 B.查德威克用α粒子轟擊鈹核Be)發(fā)現(xiàn)中子HeBe→　　　　　 C.約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核Al)發(fā)現(xiàn)放射性磷PHeAl→ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 D.哈恩和他的助手發(fā)現(xiàn)鈾核(U)裂變生成鋇(Ba)和氪Kr)： 　　　　　 【解析】(1)選A。衰變過程為ThPa+e+γ,知該反應(yīng)為β衰變,由于放出能量,知產(chǎn)生的Pa核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷,故A正確。 (2)AHe+NHO BHeBen+C CHeAlPn D.鈾核(U)裂變生成鋇(Ba)和氪Kr):UnBaKr+n 答案：(1)A　(2)見解析 10.(1)目前,在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝修材料,這些巖石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會(huì)釋放出放射性惰性氣體氡,而氡會(huì)發(fā)生放射性衰變,放出α、β、γ射線,這些射線會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病,根據(jù)有關(guān)放射性知識(shí)可知,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.氡的半衰期為3.8天,若取4個(gè)氡原子核,經(jīng)7.6天后就一定剩下一個(gè)原子核了 B.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的 C.γ射線一般伴隨α或β射線產(chǎn)生,三種射線中,γ射線的穿透能力最強(qiáng),電離能力也最強(qiáng) D.發(fā)生α衰變時(shí),生成核與原來(lái)的原子核相比,核子數(shù)減少了2 (2)如圖,R為一含有U的放射源,它能放出α、β、γ三種射線變?yōu)镽n。LL′為一張厚報(bào)紙;MN為一光屏,虛線框內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)。在屏上只有O、P兩個(gè)亮點(diǎn)。則打在P點(diǎn)的是　　　　射線；U衰變?yōu)镽n要經(jīng)過多次α衰變和β衰變,其中要經(jīng)過的α衰變次數(shù)為　　　　。 【解析】(1)選B。半衰期是對(duì)大量原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)少數(shù)的原子核是不適用的,A錯(cuò)誤;原子核內(nèi)沒有電子,發(fā)生β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的,B正確;三種射線中,穿透能力和電離能力強(qiáng)弱是相反的;γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生,γ射線的穿透能力最強(qiáng),電離能力最弱,故C錯(cuò)誤;發(fā)生α衰變時(shí),生成核與原來(lái)的原子核相比,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各減少了2,質(zhì)量數(shù)減少4,故D錯(cuò)誤。(2)由α射線的特點(diǎn)知,一張薄紙就能擋住α射線,而γ射線和β射線穿透能力都比α射線大,γ射線不帶電,磁場(chǎng)不會(huì)使γ射線偏轉(zhuǎn),而β射線帶負(fù)電,磁場(chǎng)對(duì)它有洛倫茲力,故打在P點(diǎn)的是β射線，URn+He+e,由質(zhì)量數(shù)守恒得238=222+4m,m=4。 答案：(1)B　(2)β　4 11.(1)(多選)盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)首次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變,其核反應(yīng)方程為：He+NOH,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.盧瑟福通過該實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 B.實(shí)驗(yàn)中是用α粒子轟擊氮核的 C.盧瑟福通過該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 D.原子核在人工轉(zhuǎn)變的過程中,電荷數(shù)一定守恒 E.原子核在人工轉(zhuǎn)變的過程中,產(chǎn)生質(zhì)量虧損,能量不守恒 (2)為確定愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE=Δmc2的正確性,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用動(dòng)能為E1=0.60 MeV的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核Li,生成兩個(gè)α粒子,測(cè)得兩個(gè)α粒子的動(dòng)能之和為E2=19.9 MeV,已知質(zhì)子、α粒子、鋰粒子的質(zhì)量分別取mp=1.007 3 u、mα=4.001 5 u、mLi=7.016 0 u,求： ①寫出該反應(yīng)方程。 ②通過計(jì)算說(shuō)明ΔE=Δmc2正確。(1 u=1.660 610-27kg) 【解析】(1)選B、C、D。原子的核式結(jié)構(gòu)模型是盧瑟福在α粒子的散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的,A錯(cuò)。1919年盧瑟福做了用α粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn),用人工的方法使原子核發(fā)生變化從而發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,原子核在人工轉(zhuǎn)變過程中,電荷數(shù)一定守恒,選項(xiàng)B、C、D正確。原子核在人工轉(zhuǎn)變的過程中,雖產(chǎn)生質(zhì)量虧損,但能量仍守恒,選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 (2)①核反應(yīng)方程為L(zhǎng)iH→He。 ②核反應(yīng)的質(zhì)量虧損： Δm=mLi+mp-2mα =7.016 0 u+1.007 3 u-24.001 5 u=0.020 3 u 由質(zhì)能方程可得與質(zhì)量虧損相當(dāng)?shù)哪芰浚? ΔE=Δmc2=0.020 3931.5 MeV=18.9 MeV 而系統(tǒng)增加的能量： ΔE′=E2-E1=19.3 MeV 這些能量來(lái)自核反應(yīng)中,在誤差允許的范圍內(nèi)可認(rèn)為相等,所以ΔE=Δmc2正確。 答案：(1)B、C、D　(2)LiH→He　②見解析 12.一靜止的U核經(jīng)α衰變成為Th核,釋放出的總動(dòng)能為4.27MeV。問此衰變后Th核的動(dòng)能為多少M(fèi)eV?(保留1位有效數(shù)字) 【解析】據(jù)題意知,此α衰變的衰變方程為 UThHe 根據(jù)動(dòng)量守恒定律得 mαvα=mThvTh　 ① 式中,mα和mTh分別為α粒子和Th核的質(zhì)量,vα和vTh分別為α粒子和Th核的速度的大小,由題設(shè)條件知 mα+mTh=Ek ② =　 ③ 式中Ek=4.27MeV是α粒子與Th核的總動(dòng)能。 由①②③式得mTh=Ek ④ 代入數(shù)據(jù)得,衰變后Th核的動(dòng)能 mTh=0.07MeV 答案：0.07MeV 【總結(jié)提升】求解核能問題的三種技巧 (1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算：ΔE=Δmc2及1u相當(dāng)于931.5MeV。 (2)根據(jù)能量守恒和動(dòng)量守恒計(jì)算。 (3)在計(jì)算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核發(fā)生核反應(yīng)所釋放能量時(shí)常用到阿伏加德羅常數(shù)。