2024春高中物理第五章原子与原子核专练4原子核和核能（粤教版选择性必修第三册）

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专练四　原子核和核能 1．与原子核内部变化有关的现象是(　　) A．α粒子散射现象 B．光电效应现象 C．电离现象 D．天然放射现象 【答案】D　【解析】α粒子散射现象是运动中的α粒子受到金原子核的作用而改变运动方向的现象，与原子核内部无关，A错误；光电效应现象是金属受到光的照射，原子核外电子发生电离，从而释放出光电子，与原子核内部无关，B错误；电离现象是原子核外电子脱离原子核的束缚，成为自由电子的现象，与原子核内部无关，C错误；天然放射现象中的射线包括α射线、β射线、γ射线，α射线、β射线都是由于原子核发生衰变产生的，故与原子核内部有关，D正确． 2．我国科学家在1965年9月首先用人工方法合成了牛胰岛素．为了证明人工合成的牛胰岛素与天然的是否为同一物质，在人工合成牛胰岛素过程中掺了放射性14C，然后将人工合成的牛胰岛素与天然的混合得到了放射性14C分布均匀的结晶物，从而证明了两者都是同一物质，为我国在国际上首先合成具有生物活性牛胰岛素提供了有力证据．在人工合成过程中掺入放射性14C的用途是(　　) A．催化剂 B．媒介质 C．组成元素 D．示踪原子 【答案】D　【解析】用放射性同位素代替非放射性同位素来制成各种化合物，再用仪器探测“放射性标记”，即用放射性同位素作为示踪原子．故选D． 3．伽马刀是利用 eq \o\al(60,27)Co发生β衰变释放的射线工作的．已知 eq \o\al(60,27)Co的半衰期约为5.3年，则(　　) A．伽马刀利用了射线穿透能力强的特点 B． eq \o\al(60,27)Co发生衰变后产生的新核比 eq \o\al(60,27)Co多一个中子 C．经过5.3年，每个 eq \o\al(60,27)Co核有一半分离出去变成其他新核 D． eq \o\al(60,27)Co制成后，经过10.6年 eq \o\al(60,27)Co全部衰变成其他新核 【答案】A　【解析】γ射线穿透能力强，电离能力弱，A正确；β衰变的本质是原子核内一个中子变成一个质子和电子，电子被释放出来，所以eq \o\al(60,27)Co发生衰变后产生的新核比 eq \o\al(60,27)Co少一个中子，B错误；由题意可知经过5.3年，就有一半质量的 eq \o\al(60,27)Co核发生衰变，变成其他新核，C错误； eq \o\al(60,27)Co制成后，经过10.6年即两个半衰期，还剩下 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))) eq \s\up12(2)＝ eq \f(1,4)的 eq \o\al(60,27)Co没有衰变，D错误． 4．下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是(　　) A．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大 B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大 C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大 D．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能 【答案】A　【解析】中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的核子数又比轻核的多，所以结合能比轻核的也大，A正确；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B错误；比结合能越大的原子核越稳定，但其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，C错误；将原子核拆散成核子与核子结合成原子核两个过程质量的变化相等，将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量叫结合能，D错误． 5．云室是利用微观带电粒子能使气体电离的性质而显示其径迹的装置，如图为 α射线、β射线、γ射线和X射线射入云室后的径迹图像，其中细且弯曲的是哪一种射线的径迹(　　) A．α射线 B．β射线 C．γ射线 D．X射线 【答案】B　【解析】α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向，A错误；β粒子电离能力弱，形成的离子少，速度快，单位长度所遗留下的粒子数相应要少，所以轨迹比较细，但因质量小，很容易在碰撞中改变速度方向，则细且弯曲的是β粒子，B正确；γ射线、X射线的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹，C、D错误． 6．在医学上，放射性同位素电池已用于心脏起搏器和人工心脏．它们的能源要求精细可靠，以便能放入患者胸腔内长期使用．目前植入人体内的微型核电池以钽铂合金作外壳，内装150毫克钚 eq \o\al(238, 94)Pu，它可以连续使用10年以上．已知钚238的半衰期为88年，钚238衰变时会放出α射线和γ光子，生成新核X，若钚238、α粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　) A．该核反应中的释放的能量为(m1－m2－m3)c2 B．钚238以不同化合物形态存在时，其半衰期可能变为90年 C．经过一个半衰期生成的新核X质量为75毫克 D．新核X的中子数为150 【答案】A　【解析】该核反应中的质量亏损为Δm＝m1－m2－m3，所以释放的能量为ΔE＝Δm·c2＝(m1－m2－m3)c2，A正确；放射性元素的半衰期与其化学性质无关，B错误；经过一个半衰期有一半数量的 eq \o\al(238, 94)Pu发生衰变，剩余 eq \o\al(238, 94)Pu原子核的总质量是原来的一半，即为75毫克，新核由于质量数小于 eq \o\al(238, 94)Pu，所以新核的总质量小于75毫克，C错误；由质量数和电荷数守恒可知新核X的质量数为234，电荷数为92，则中子数为234－92＝142，D错误． 7．(2023年广东适应性考)铋在现代消防、电气、工业、医疗等领域有广泛的用途．一个铋210核( eq \o\al(210, 83)Bi)放出一个β粒子后衰变成一个钋核( eq \o\al(210, 84)Po)，并伴随产生了γ射线．已知t＝0时刻有m克铋210核，t1时刻测得剩余 eq \f(2,3)m克没有衰变，t2时刻测得剩余 eq \f(1,6)m克没有衰变，则铋210核的半衰期为(　　) A． eq \f(3t1,2) B． eq \f(3t2,5) C．t2－t1 D． eq \f(t2－t1,2) 【答案】D　【解析】由半衰期定义可知 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))) eq \s\up12()m＝ eq \f(2,3)m， eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2))) eq \s\up12()m＝ eq \f(1,6)m，两式相除可得2－＝4，解得半衰期τ＝ eq \f(t2－t1,2)，D正确． 8．(2022年东莞期末)下列四个核反应方程中，属于链式反应的是(　　) A． eq \o\al(2,1)H＋ eq \o\al(3,1)H→ eq \o\al(4,2)He＋ eq \o\al(1,0)n B． eq \o\al(234, 90)Th→ eq \o\al(234, 91)Pa＋ eq \o\al(　0,－1)e C． eq \o\al(14, 7)N＋ eq \o\al(4,2)He→ eq \o\al(17, 8)O＋ eq \o\al(1,1)H D． eq \o\al(235, 92)U＋ eq \o\al(1,0)n→ eq \o\al(90,38)Sr＋ eq \o\al(136, 54)Xe＋10 eq \o\al(1,0)n 【答案】D　【解析】 eq \o\al(2,1)H＋eq \o\al(3,1)H→ eq \o\al(4,2)He＋ eq \o\al(1,0)n 属于轻核聚变，A错误； eq \o\al(234, 90)Th→ eq \o\al(234, 91)Pa＋ eq \o\al(　0,－1)e属于β衰变，B错误； eq \o\al(14, 7)N＋ eq \o\al(4,2)He→ eq \o\al(17, 8)O＋ eq \o\al(1,1)H属于人工转变，C错误； eq \o\al(235,　92)U＋ eq \o\al(1,0)n→ eq \o\al(90,38)Sr＋ eq \o\al(136, 54)Xe＋10 eq \o\al(1,0)n属于重核裂变，是链式反应，D正确． 9．(2023年成都期末)现代战争给世界人民带来巨大的灾难，某些国家使用的新型武器贫铀弹在爆炸中有很多 eq \o\al(238,)92U残留，其半衰期极为漫长且清理困难，所以对环境的污染严重而持久．设 eq \o\al(238, 92)U发生α衰变形成新核X，同时放出γ射线．以下说法正确的是(　　) A．该衰变过程的方程可写为 eq \o\al(238, 92)U＋ eq \o\al(4,2)He→ eq \o\al(242, 94)X B． eq \o\al(238, 92)U的结合能和新核X的结合能之差即为α 粒子的结合能 C．衰变反应中的γ射线为高频电磁波，具有极强的穿透性 D．质量为m的 eq \o\al(238, 92)U原子核经过两个半衰期后，产生的新核质量为 eq \f(1,4)m 【答案】C　【解析】衰变过程满足质量数和电荷数守恒，该衰变过程的方程可写为 eq \o\al(238, 92)U→ eq \o\al(234, 90)X＋ eq \o\al(4,2)He，A错误；由于衰变过程释放能量，存在质量亏损，可知 eq \o\al(238, 92)U的结合能和新核X的结合能之差小于α粒子的结合能，B错误；衰变反应中的γ射线为高频电磁波，具有极强的穿透性，C正确；质量为m的 eq \o\al(238, 92)U原子核经过两个半衰期后，有 eq \f(3,4)m的 eq \o\al(238, 92)U原子核发生了衰变，还剩下 eq \f(1,4)m的 eq \o\al(238, 92)U原子核，产生的新核质量不是 eq \f(1,4)m，D错误． 10．(2023年徐州期末)科学家利用加速器成功合成了第118号元素Og( eq \o\al(297,118)Og).Og很不稳定，其半衰期只有12 ms，Og原子核先放出n个相同粒子X，再经过3次α衰变变成 eq \o\al(282,112)Cp.关于上述核反应说法正确的是(　　) A．n＝3 B．X粒子是质子 C． eq \o\al(297,118)Og中含有118个中子 D．10个Og原子核经过12 ms后一定有5个发生衰变 【答案】A　【解析】根据题意，由α衰变原理可知，经过3次α衰变，质量数减少12，电荷数减小6，由质量数守恒和电荷数守恒可知，n个相同粒子X共有质量数为A＝297－282－12＝3，电荷数为Z＝118－112－6＝0，可知X粒子是中子且n＝3，B错误，A正确； eq \o\al(297,118)Og中含有的中子数为n＝297－118＝179，C错误；半衰期是针对大量放射性元素的统计规律，对少量放射性原子核不适用，D错误． 11．如图所示为国际标准组织(ISO)和国际原子能机构(IAEA)推出的核辐射新标志，新标志通俗易懂，正在逐步取代传统标志．对于天然放射现象，下列说法正确的是(　　) A．放射性元素的半衰期随环境温度的变化而变化 B．发生α衰变时，核电荷数和质量数都是守恒的 C．β衰变的实质是原子核中的质子转化为中子所产生的 D．在三种射线中γ射线电离本领和穿透本领都是最强的 【答案】B　【解析】放射性元素的半衰期与元素的物理、化学状态无关，不会随温度的变化而变化，A错误；发生α衰变时发生质量亏损，但其反应仍遵循核电荷数和质量数都是守恒，B正确；β衰变的实质是原子核中的中子转化为质子和电子，C错误；在三种射线中γ射线电离本领最弱，穿透本领最强，D错误． 12．14C发生衰变时，可能放出α粒子或电子．静止在某匀强磁场中的14C原子核发生衰变后两粒子的轨迹如图所示，下列说法正确的是(　　) A．衰变方程为 eq \o\al(14,)6C→ eq \o\al(10,)4Be＋ eq \o\al(4,2)He B．大圆半径是小圆半径的6倍 C．轨迹为小圆的粒子的中子数为6 D．轨迹为大圆的粒子是由中子转变而来 【答案】D　【解析】若放出的粒子是α粒子，则衰变后两粒子都带正电，两粒子在磁场中的轨迹应该是外切圆，而图中两粒子的轨迹是内切圆，故放出的是电子，发生的是β衰变，A错误；衰变过程满足动量守恒，可知衰变后瞬间两粒子的动量大小相等，方向相反，根据洛伦兹力提供向心力可得qvB＝m eq \f(v2,r)，解得r＝ eq \f(mv,qB)∝ eq \f(1,q)，可知轨迹为大圆的粒子是电子，是由中子转变为质子时释放出来的，D正确；衰变方程为 eq \o\al(14,　6)C→ eq \o\al(14,)7N＋ eq \o\al(0,－1)e，由于轨迹为大圆的粒子是电子，则轨迹为小圆的粒子是氮核 eq \o\al(14,)7N，中子数为7，C错误；根据r＝ eq \f(mv,qB)∝ eq \f(1,q)，可知大圆半径与小圆半径之比为 eq \f(r大,r小)＝ eq \f(7e,e)＝ eq \f(7,1)，B错误．