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配餐作業(yè)　原子核和核能 A組基礎(chǔ)鞏固題 1．下列說法正確的是(　　) A．太陽輻射的能量主要來自于太陽內(nèi)部的裂變反應(yīng) B．核反應(yīng)堆利用鎘棒吸收中子控制核反應(yīng)速度 C．玻爾理論是依據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)分析得出 D．衰變中產(chǎn)生的β射線實(shí)際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的 解析　太陽輻射能量主要來自于太陽內(nèi)部的聚變反應(yīng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；鎘具有很大的中子吸收界面，所以用來吸收裂變產(chǎn)生的中子，所以B項(xiàng)是正確的；盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)是根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)分析得出，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；衰變中產(chǎn)生的β射線實(shí)際上是原子核中的中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子輻射出來形成的，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　B　 2．(2018湖南師大附中摸底考試)光子能量為E的一束光照射容器中的氫(設(shè)氫原子處于n＝3的能級(jí))，氫原子吸收光子后，能發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、ν6、ν7、ν8、ν9、ν10的十種光譜線，且ν1＜ν2＜ν3＜ν4＜ν5＜ν6＜ν7＜ν8＜ν9＜ν10，已知普朗克常量為h，則E等于 (　　) A．hν1 B．hν10 C．h(ν10－ν1) D．hν3 解析　氫原子吸收光子后躍遷到第5能級(jí)，所以吸收的光子能量為hν3。 答案　D　 3．(2017天津)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國對(duì)國際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是(　　) A.H＋H→He＋n B.N＋He→O＋H C.He＋Al→P＋n D.U＋n→Ba＋Kr＋3n 解析　A項(xiàng)屬于輕核聚變方程；B、C項(xiàng)屬于發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子的人工轉(zhuǎn)變方程；D項(xiàng)屬于重核裂變方程，綜上所述應(yīng)選擇A項(xiàng)。 答案　A　 4．鈾核(U)經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變變成鉛核(Pb)，關(guān)于該過程，下列說法中正確的是(　　) A．m＝5，n＝4 B．鈾核(U)的比結(jié)合能比鉛核(Pb)的比結(jié)合能小 C．衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和小于鈾核(U)的結(jié)合能 D．鈾核(U)衰變過程的半衰期與溫度和壓強(qiáng)有關(guān) 解析　其衰變方程為U→Pb＋mHe＋ne，則有235＝207＋4m,92＝82＋2m－n，解得m＝7，n＝4，A項(xiàng)錯(cuò)誤；鉛核比鈾核更穩(wěn)定，鉛核的比結(jié)合能更大，B項(xiàng)正確；由于衰變產(chǎn)物的比結(jié)合能更大，核子總數(shù)不變，所以衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和大于鈾核的結(jié)合能，C項(xiàng)錯(cuò)誤；鈾核的衰變過程半衰期由其原子核本身決定，與溫度和壓強(qiáng)無關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　B　 5．(多選)下列說法正確的是(　　) A．方程式U→Th＋He是重核裂變反應(yīng)方程 B．銫原子核(Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(Pb)的結(jié)合能 C．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)所產(chǎn)生的 D．核力是短程力，與核子間的距離有關(guān)，有時(shí)表現(xiàn)為引力，有時(shí)表現(xiàn)為斥力 解析　方程式U→Th＋He的反應(yīng)物只有一個(gè)，生成物有He，屬于α衰變，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由原子核的平均結(jié)合能的曲線可知，銫原子核的比結(jié)合能與鉛原子核的比結(jié)合能差不多，而銫原子核的核子數(shù)少得多，所以銫原子核的結(jié)合能小于鉛原子核的結(jié)合能，B項(xiàng)正確；β衰變所釋放的電子不是來源于原子核外面的電子，而是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)所產(chǎn)生的(n→H＋e)，C項(xiàng)正確；相鄰的質(zhì)子與質(zhì)子、中子與質(zhì)子、中子與中子既不會(huì)融合在一起(斥力)，又相距一定距離組成原子核(引力)，D項(xiàng)正確。 答案　BCD　 6.Th經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成Pb，則Pb比Th少(　　) A．16個(gè)中子，8個(gè)質(zhì)子 B．8個(gè)中子，16個(gè)質(zhì)子 C．24個(gè)中子，8個(gè)質(zhì)子 D．8個(gè)中子，24個(gè)質(zhì)子 解析　Pb比Th質(zhì)子數(shù)少(90－82)＝8個(gè)，核子數(shù)少(232－208)＝24個(gè)，所以中子數(shù)少(24－8)＝16個(gè)，故A項(xiàng)正確，B、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　A　 7．以下說法正確的是(　　) A．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，原子電勢能增大，原子能量減小 B．紫外線照射到金屬鋅板表面時(shí)能夠發(fā)生光電效應(yīng)，則當(dāng)增大紫外線的照射強(qiáng)度時(shí)，從鋅板表面逸出的光電子的個(gè)數(shù)越多，光電子的最大初動(dòng)能增大 C．氫原子光譜有很多不同的亮線，說明氫原子能發(fā)出很多不同頻率的光，但它的光譜不是連續(xù)譜 D．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，陰極射線是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的高速電子流 解析　氫原子的核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子動(dòng)能減小，電勢能增大，原子能量增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；紫外線照射到鋅板表面時(shí)能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)，則當(dāng)增大紫外線的照射強(qiáng)度時(shí)，從鋅板表面逸出的光電子數(shù)目會(huì)增加，而最大初動(dòng)能不變，B項(xiàng)錯(cuò)誤；氫原子能發(fā)出多種不同頻率的光，但光的頻率不連續(xù)，C項(xiàng)正確；天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的不是陰極射線，而是β射線，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　C　 8．有關(guān)近代物理知識(shí)，下列說法正確的是(　　) A．碘131的半衰期大約為8天，1 g碘131經(jīng)過64天后，未衰變的大約為 g B．比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合的越不牢固，原子核越不穩(wěn)定 C．鈾235的裂變方程可能為U→Cs＋Rb＋10n D．處于基態(tài)的氫原子吸收一個(gè)光子躍遷到激發(fā)態(tài)，再向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射光子的頻率一定大于吸收光子的頻率 解析　碘131的半衰期大約為8天，1 g碘131經(jīng)過64天后，即經(jīng)過8個(gè)半衰期，未衰變的質(zhì)量m＝m08 g＝ g，A項(xiàng)正確；比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合的越牢固，原子核越穩(wěn)定，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；裂變不能自發(fā)進(jìn)行，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；處于基態(tài)的氫原子吸收一個(gè)光子躍遷到激發(fā)態(tài)，再向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射光子的頻率一定等于吸收光子的頻率，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　A　 9．(多選)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET)的基本原理：將放射性同位素O注入人體，O在人體內(nèi)衰變放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)γ光子，被探測器采集后，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理生成清晰圖象，則根據(jù)PET原理判斷下列表述正確的是(　　) A.O在人體內(nèi)衰變的方程是O→N＋e B．正、負(fù)電子湮滅的方程是e＋e→2γ C．在PET中，O主要用途是穿透作用 D．在PET 中，O主要用途是參與人體的新陳代謝 解析　由題意知A、B項(xiàng)正確，顯像的原理是采集γ光子，即注入人體內(nèi)的O衰變放出正電子和人體內(nèi)的負(fù)電子湮滅轉(zhuǎn)化為γ光子，因此O主要用途是作為示蹤原子，故C、D項(xiàng)錯(cuò)。 答案　AB　 【素養(yǎng)立意】 放射性在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用越來越多，此類試題難度并不大，但要求學(xué)生能從試題描述中捕捉有用信息。 B組能力提升題 10．(多選)氘核、氚核、中子和氦核的質(zhì)量分別是m1、m2、m3和m4，如果氘核和氚核結(jié)合生成氦核，則下列說法正確的是(　　) A．核反應(yīng)方程為H＋H→He＋n B．這是一個(gè)裂變反應(yīng) C．核反應(yīng)過程中虧損的質(zhì)量Δm＝m1＋m2－m3 D．核反應(yīng)過程中釋放的核能ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2 解析　A項(xiàng)中的核反應(yīng)方程為輕核聚變方程，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；由質(zhì)能方程可知D項(xiàng)正確。 答案　AD　 11．(多選)下列說法正確的是(　　) A．在α、β、γ這三種射線中γ射線的穿透能力最強(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng) B．假如有18個(gè)某種放射性元素的原子核，經(jīng)過一個(gè)半衰期，一定是有9個(gè)原子核發(fā)生了衰變 C．某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長較短的光照射該金屬時(shí)可能發(fā)生光電效應(yīng) D．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫核裂變 解析　三種射線中γ射線的穿透能力最強(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng)，A項(xiàng)正確；對(duì)于半衰期是具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只有大量原子核才有意義，B項(xiàng)錯(cuò)誤；不發(fā)生光電效應(yīng)，說明入射光的頻率小于極限頻率，當(dāng)波長較短，則其頻率越高，因此可能發(fā)生光電效應(yīng)，C項(xiàng)正確；兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，屬于核聚變，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　AC　 12．(2018湖南師大附中摸底考試)(多選)一個(gè)靜止的放射性原子核處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，由于發(fā)生了某種衰變而形成了如圖所示的兩個(gè)圓形徑跡，兩圓半徑之比為1∶16，則(　　) A．該原子核發(fā)生了β衰變 B．原來靜止的原子核的原子序數(shù)為15 C．反沖核沿小圓作逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng) D．該衰變過程結(jié)束后其系統(tǒng)的總質(zhì)量略有增加 解析　由圖看出，原子核衰變后放出的粒子與新核所受的洛倫茲力方向相同，而兩者速度方向相反，則知兩者的電性相反，新核帶正電，則放出的必定是β粒子，發(fā)生了β衰變，故A項(xiàng)正確；根據(jù)動(dòng)量守恒定律得知，放出的β粒子與新核的動(dòng)量大小相等，由r＝＝，得半徑與電荷量成反比，兩圓半徑之比為1∶16，由于新核的電荷量較大，則小圓是新核的軌跡。由半徑之比得到新核的電荷量為16e，原子序數(shù)為16，則原來靜止的原子核的原子序數(shù)為15，故B項(xiàng)正確；衰變后新核所受的洛倫茲力方向向右，根據(jù)左手定則判斷得知，其速度方向向下，沿小圓作逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，故C項(xiàng)正確；該衰變過程會(huì)放出能量，質(zhì)量略有虧損，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　ABC　 13．一個(gè)鈹原子核(Be)從最靠近核的K層電子軌道上俘獲一個(gè)電子后發(fā)生衰變，生成一個(gè)鋰核(Li)，并放出一個(gè)不帶電的、質(zhì)量接近零的中微子νe(質(zhì)量不計(jì))，人們把這種衰變叫作鈹核的EC衰變，核反應(yīng)方程為Be＋e→Li＋νe。已知一個(gè)鈹原子質(zhì)量為m1，一個(gè)鋰原子質(zhì)量為m2，一個(gè)電子質(zhì)量為me，光速為c，則一個(gè)鈹原子核發(fā)生上述核反應(yīng)釋放的能量為(　　) A．(m1－m2)c2 B．(m1＋me＋m2)c2 C．(m1＋me－m2)c2 D．(m2－m1－me)c2 解析　鈹原子核的質(zhì)量為m1－4me，鋰原子核的質(zhì)量為m2－3me，則質(zhì)量虧損為(m1－4me＋me)－(m2－3me)＝m1－m2，故核反應(yīng)中釋放的能量為(m1－m2)c2，A項(xiàng)正確。 答案　A　 14．浙江秦山核電站第三期工程有兩個(gè)60萬千瓦發(fā)電機(jī)組已并網(wǎng)發(fā)電。 (1)(多選)發(fā)電站的核能來源于U的裂變，現(xiàn)有四種說法： A.U裂變時(shí)釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小 B.U的一種可能的裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程式為U＋n―→Ba＋Kr＋3n C.U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短 D．一個(gè)U核裂變能放出約200 MeV的能量，合3.210－11 J 以上四種說法正確的是__________。(填選項(xiàng)字母) (2)已知鈾235的質(zhì)量為235.043 9 u，鋇141的質(zhì)量為140.913 9 u，氪92的質(zhì)量為91.897 3 u，每個(gè)中子質(zhì)量為1.008 7 u。 1 kg鈾235發(fā)生(1)中的鈾核裂變所放出的能量相當(dāng)于多少優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時(shí)放出的能量？(1 kg優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時(shí)能產(chǎn)生3.36107 J的熱量) (3)這座核電站核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為η＝40%，假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是(1)中的核反應(yīng)，則每年需要多少濃縮鈾(濃縮鈾中鈾235的含量占2%)? 解析　(1)U裂變時(shí)，核子數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒，只是重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量的核子平均質(zhì)量，產(chǎn)生質(zhì)量虧損，釋放核能，故A項(xiàng)錯(cuò)，B項(xiàng)對(duì)；U的半衰期不會(huì)隨環(huán)境溫度的變化而改變，它是由核內(nèi)部自身的因素決定的，故C項(xiàng)錯(cuò)；200 MeV＝2001061.610－19 J＝3.210－11 J，故D項(xiàng)對(duì)。 (2)質(zhì)量虧損為Δm＝(mU＋mn)－(mBa＋mkr＋3mn)＝236.052 6 u－235.837 3 u＝0.215 3 u。 釋放的能量ΔE＝Δmc2＝201 MeV。 1 kg鈾235含有的鈾原子核數(shù)目為 N＝6.021023＝2.561024個(gè)。 1 kg鈾完全反應(yīng)釋放的總能量為 E總＝NΔE＝2.5610242011061.6010－19 J＝8.231013 J。 1 t煤完全燃燒釋放的能量為 E＝1 0003.36107 J＝3.361010 J， 故1 kg鈾完全反應(yīng)相當(dāng)于這樣的煤完全燃燒的質(zhì)量為 m煤＝2.45103 t。 (3)核電站每年放出的熱量 Q＝ ＝ J ＝9.461016 J。 需要濃縮鈾的質(zhì)量為 m＝＝5.7104 kg。 答案　(1)BD　(2)2.45103 t (3)5.7104 kg 15．(1)Th是不穩(wěn)定的，能自發(fā)的發(fā)生衰變。 ①Th衰變反應(yīng)方程是Th→Pa＋______。 ②Th衰變?yōu)镽n，經(jīng)過__________次α衰變，________次β衰變。 (2)1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子?？茖W(xué)研究表明其核反應(yīng)過程：α粒子轟擊靜止的氮核后形成了不穩(wěn)定的復(fù)核，復(fù)核發(fā)生衰變放出質(zhì)子，變成氧核。設(shè)α粒子質(zhì)量為m1，初速度為v0，氮核質(zhì)量為m2，質(zhì)子質(zhì)量為m0，氧核的質(zhì)量為m3，不考慮相對(duì)論效應(yīng)。 ①α粒子轟擊氮核形成不穩(wěn)定復(fù)核的瞬間，復(fù)核的速度為多大？ ②求此過程中釋放的核能。 解析　(1)①根據(jù)核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，粒子為e。 ②設(shè)發(fā)生n次α衰變，m次β衰變，則有 234＝222＋4n,90＝86＋2n－m，解得n＝3，m＝2。 (2)①設(shè)復(fù)核的速度為v，由動(dòng)量守恒定律得 m1v0＝(m1＋m2)v， 解得v＝。 ②核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損 Δm＝m1＋m2－m0－m3 反應(yīng)過程中釋放的核能 ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m0－m3)c2。 答案　(1)①e?、?　2 (2)①?、?m1＋m2－m0－m3)c2