高考物理总复习波粒二象性原子结构原子核核心素养提升练三十五12.3放射性元素的衰变核能（含解析）.docx

放射性元素的衰变核能(45分钟100分)(20分钟50分)选择题(共8小题，16小题每题6分，78小题每题7分，共50分)1.关于原子核，下列说法中错误的是()A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子时所吸收的能量B.所有核子之间都有核力C.核子结合成原子核时会出现质量亏损，质量亏损所对应的能量即为核反应释放的核能D.比结合能越大原子核越稳定【解析】选B。原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需吸收的能量，故A项正确；核力是短程力，只有相邻核子之间才有核力，故B项错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故C项正确；比结合能越大，原子核越稳定，故D项正确。2.关于天然放射性，下列说法不正确的是()A.所有元素都可能发生衰变B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D.、和三种射线中，射线的穿透能力最强【解析】选A。自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A说法错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C说法正确；、和三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项D说法正确。【加固训练】(2018庆阳模拟)如图甲是、三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查利用的是()A.射线B.射线C.射线D.三种射线都可以【解析】选C。、三种射线中射线电离能力最强，射线穿透能力最强，因此用射线来检查金属内部的伤痕，故选C。3.(2019肇庆模拟U的衰变有多种途径，其中一种途径是先衰变成Bi，然后可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Ti，最后都衰变变成Pb，衰变路径如图所示，下列说法中正确的是()A.过程是衰变，过程是衰变；过程是衰变，过程是衰变B.过程是衰变，过程是衰变；过程是衰变，过程是衰变C.过程是衰变，过程是衰变；过程是衰变，过程是衰变D.过程是衰变，过程是衰变；过程是衰变，过程是衰变【解析】选B。Bi经过变化为X，质量数没有发生变化，为衰变，经过变化为Pb，质量数少4，为衰变，过程变化为Ti，电荷数少2，为衰变，过程的电荷数增加1，为衰变，故B项正确。4.2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生核反应的过程中都伴着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、衰变等。下列关于核反应的说法正确的是()A.Th衰变为Rn，经过3次衰变，2次衰变BHHHen是衰变方程ThPae是衰变方程CUnBaKr+n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程D.高速运动的粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，其核反应方程为HeNOn【解析】选ATh衰变为Rn，经过3次衰变，2次衰变，故A正确HHHen是核聚变方程ThPae是衰变方程，故B错误UnBaKr+n是核裂变方程，不是氢弹的核反应方程，故C错误；高速运动的粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为HeNOH，故D错误。5.(2018衡水模拟)碳14可以用来作示踪剂标记化合物，也常在考古学中测定生物死亡年代，在匀强电场中有一个初速度可以忽略的放射性碳14原子核，它所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示，a、b均表示长度，那么碳14的衰变方程可能为()ACHeBeBCeBCCeNDCHB【解析】选A。对图线分析，根据类平抛运动，对放射出的粒子1有v1t=b，t2=4b，对反冲核2有v2t=a，t2=2a，又根据动量守恒定律可得m1v1=m2v2，联立解得q1=2q2，故A项正确。6.轻核的聚变反应会释放大量的能量，同时核聚变产物一般不会污染环境，是人类获得能源的理想方式。核聚变反应过程主要是以下四种HHHe+X1+3.27 MeVHHH+X2+4.04 MeVHHHe+X3+17.85 MeVHHeHe+X4+18.34 MeV上面的反应中的X1、X2、X3、X4，属于中子的是()A.X1、X2、X3、X4B.X2、X3、X4C.X3、X4D.X1、X3【解析】选DHHHe+X1+3.27 MeV中，X1的质量数：A=2+2-3=1，电荷数：Z=1+1-2=0，所以X1是中子HHH+X2+4.04 MeV，X2的质量数：A=2+2-3=1，电荷数：Z=1+1-1=1，所以X2是质子，不是中子HHHe+X3+17.85 MeV，X3的质量数：A=2+3-4=1，电荷数：Z=1+1-2=0，所以X3是中子HHeHe+X4+18.34 MeV，X4的质量数：A=2+3-4=1，电荷数：Z=1+2-2=1，所以X4不是中子，是质子；故D项正确，A、B、C项错误。7.(2018南昌模拟)一个静止的放射性同位素的原子核P衰变为Si，另一个静止的天然放射性元素的原子核Th衰变为Pa，在同一磁场中，得到衰变后粒子的运动径迹1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是()A.图中1、2为Th衰变产生的Pa和e的轨迹，其中1是电子e的轨迹B.图中1、2为P衰变产生的Si和e的轨迹，其中2是正电子e的轨迹C.图中3、4是P衰变产生的Si和e的轨迹，其中3是正电子e的轨迹D.图中3、4轨迹中两粒子在磁场中旋转方向相反【解题指导】解答本题应注意以下两个方面：(1)原子核衰变过程产生的粒子和新核遵循动量守恒定律。(2)原子核衰变过程产生的粒子和新核在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB=m，则半径r=。【解析】选C。放射性元素放出正电子时，正粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆；而放射性元素放出粒子时，粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆。放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，由半径公式r=，可得轨迹半径与动量成正比，与电量成反比，而正电子和粒子的电量比反冲核的电量小，则正电子和粒子的半径比反冲核的半径都大，故轨迹1、2、3、4依次是Pa、电子、正电子、Si；故C项正确，A、B、D项错误。8.某核反应方程为 HHHe+X。已知(1 u=931 MeV)H的质量为2.0136 uH的质量为3.018 0 u，He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u，则下列说法中正确的是()A.X是中子，该反应释放能量，放出18.271016 J 能量B.X是中子，该反应释放能量，放出18.90 MeV能量C.X是质子，该反应吸收能量，吸收18.90 MeV能量D.X是中子，该反应吸收能量，吸收18.271016 J 能量【解析】选B。核反应方程为HHHe+X，根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得：X的质量数为1，核电荷数为0，所以X是中子。反应前质量为：2.013 6 u+3.0180 u=5.031 6 u，反应后质量为：4.002 6 u+1.008 7 u=5.011 3 u，反应过程质量亏损为：m=5.031 6 u-5.011 3 u=0.020 3 u，反应过程释放的能量：E=0.020 3931 MeV=18.899 3 MeV18.90 MeV，故A、C、D项错误，B项正确。(25分钟50分)9.(6分)静止的氡核Rn放出粒子后变成钋核Po，粒子动能为E。若衰变放出的能量全部变为反冲核和粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为()A.B.0C.D.【解析】选C。设粒子的质量为m1，反冲核的质量为m2，反冲核的速度大小为v，则根据动量守恒定律可得：m1v=m2v，得：=，粒子动能为E=m1v2，反冲核的动能E=m1=E，则释放的总动能为：E+E=E，根据能量守恒，则释放的核能E=E，根据爱因斯坦质能方程：E=mc2，得：m=，故选C。【加固训练】(2018抚州模拟)运动的原子核X放出粒子后变成静止的原子核Y。已知原子核X、粒子的质量分别是M、m，粒子的动能为E，真空中的光速为c，粒子的速度远小于光速。则在上述核反应中的质量亏损是()A.EB.EC.ED.E【解析】选B。核反应中动量守恒，有：mv=MvX，粒子的动能为E=m，根据能量守恒得，E=m-M，由爱因斯坦质能方程得，E=mc2，联立解得m=E，故B项正确，A、C、D项错误。10.(6分)(2018龙岩模拟)原子核的平均结合能与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子核结构和核反应的说法中正确的是()A.原子核a和b聚变成原子核c时会有质量亏损，要放出能量B.原子核f裂变成原子核d和e时会有质量增加，要吸收能量C.原子核c中核子的平均质量要比原子核b的大D.原子核f中核子的平均质量要比原子核e的小【解析】选A。由图可知，a、b的平均结合能小于c，原子核a和b聚变成原子核c时会有质量亏损，要放出能量，故A项正确；原子核f裂变成原子核d和e时，有质量亏损，放出能量，故B项错误；a、b聚变成c时有质量亏损，可知原子核c中核子的平均质量小于b，故C项错误；f裂变成d和e时，有质量亏损，可知f中核子的平均质量比原子核e的大，故D项错误。【加固训练】如图所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是()A.将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B.将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C.将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D.将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量【解析】选C。若原子核A分裂成原子核B、C，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故A项错误；由图可知原子核D、E结合成原子核F，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故B项错误；将原子核A分解为原子核B、F，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故C项正确；F与C的平均质量小于B的平均质量，所以若原子核F、C结合成原子核B，则质量增加，根据爱因斯坦质能方程，要吸收能量，故D项错误。11.(6分)(多选)由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知Np经过一系列衰变和衰变后变成Bi，下列论断中正确的是()A.衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒BBi的原子核比Np的原子核少18个中子C.衰变过程中共发生了7次衰变和4次衰变D.经过两个半衰期后含有Np的矿石的质量将变为原来的四分之一【解析】选B、C。衰变过程中原子核的质量数和电荷数守恒，质量会有亏损，故A项错误Bi的中子数为209-83=126Np的中子数为237-93=144；故Bi的中子数比Np的中子数少144-126=18，故B正确；Np经过一系列衰变和衰变后变成Bi，设衰变次数为m，衰变次数为n；则4m=237-209，2m-n=93-83，解得m=7，n=4，故C项正确；经过两个半衰期后矿石中Np的质量将变为原来的四分之一，故D项错误。12.(6分)(多选)下列说法正确的是()A.HHHen是衰变BUnXeSr+n是裂变CRaRnHe是衰变DNaMge是裂变【解题指导】解答本题应注意以下两个方面：(1)掌握衰变的实质，裂变、聚变和原子核的人工转变等方程式的特点。(2)书写核反应方程时应遵循质量数、核电荷数守恒。【解析】选B、C。A项中式子表示聚变反应，故A项错误；裂变是质量较大的核裂变成质量中等的核，故B项正确；衰变生成氦原子核，故C项正确；衰变生成电子，故D项错误。13.(6分)(多选)(2019新余模拟)放射性物质碘131的衰变方程为IXe+Y。根据有关放射性知识，下列说法正确的是()A.生成的Xe处于激发态，放射射线，射线的穿透能力最强，电离能力也最强B.若I的半衰期大约是8天，取4个碘原子核，经16天就只剩下1个碘原子核了C.Y粒子为粒子DI中有53个质子和131个核子【解析】选C、D。生成的Xe处于激发态，还会放射射线，射线的穿透能力最强，射线是高能光子，即高能电磁波，它是不带电的，所以射线的电离作用很弱，故A项错误；半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的，所以，若取4个碘原子核，经16天剩下几个碘原子核无法预测，故B项错误；反应方程中IXe+Y，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，Y粒子为粒子，故C项正确；电荷数等于质子数，可知I中有53个质子，131表示质量数即核子数，故D项正确。14.(6分)(多选)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，参与人体的代谢过程O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象。根据PET原理，下列说法正确的是()A.O衰变的方程式为ONeB.将放射性同位素O注入人体O的主要用途作为示踪原子C.一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子D.PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长【解析】选A、B。由质量数守恒和电荷数守恒得O的衰变的方程式是ONe，故A项正确；将放射性同位素O注入人体O的主要用途作为示踪原子，故B项正确；正负电子湮灭生成两个光子，故C项错误；氧在人体内的代谢时间不长，因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故D项错误。15.(7分)(多选)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0107 m/s的质子p后，变为处于激发态的