2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册第五章 原子核 章末培优训练

《第五章原子核》章末培优训练一、单项选择题1.如图所示,曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里。以下判断可能正确的是()A.a、b为β粒子的径迹B.a、b为γ粒子的径迹C.c、d为α粒子的径迹D.c、d为β粒子的径迹2.如图所示,X为未知放射源。若将由N、S磁极产生的强力磁场M移开,发现计数器单位时间接收到的射线粒子数保持不变;若再将铝薄片也移开,发现计数器单位时间接收到的射线粒子数大幅度上升。则X为()A.α射线、β射线混合放射源B.α射线、γ射线混合放射源C.纯β射线放射源D.纯γ射线放射源3.一放射性原子核X静止在与纸面垂直的匀强磁场中,衰变后产生的原子核Y及粒子的运动轨迹如图,则()A.此次衰变可能为β衰变B.Y的质子数比X的质子数小4C.Y的中子数比X的中子数小4D.轨迹2为Y的运动轨迹4.一静止在匀强磁场中的原子核X发生一次衰变,放出的粒子和新核都在磁场中做匀速圆周运动,运动轨迹如图所示。下列判断正确的是()A.原子核发生了α衰变B.新核在磁场中的运动轨迹是图中的2C.运动轨迹1、2的半径之比为1∶(n+1)D.放出的粒子和新核的质量数之比为1∶(m-1)5.某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q,其方程为XZ,假设释放的能量全部转化为新核Y和Z的动能,测得Z的速度为v,以下结论正确的是()A.Y原子核的速度大小为vB.Y原子核的动能是Z原子核的动能的倍C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大(c为光速)D.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能6.在火星上,太阳能电池板的发电能力有限,因此科学家用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是Pu,具有天然放射性,半衰期为87.7年Pu发生α衰变的核反应方程为PuXHe,则下列说法正确的是()A.X原子核的中子数为141BPu原子核发生α衰变后产生的新核的比结合能比Pu核的比结合能小C.10个Pu原子核经过87.7年后一定还会剩余5个DPu的半衰期是由核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系7.2021年4月,日本政府决定将福岛核废水排放入海,引起国际社会的广泛关注。核废水即使经处理,但还是含有氚、锶90、铯137、碘129等放射性元素。其中Cs是最具危害的放射性元素,半衰期为30年。它能通过β衰变放射出β射线,衰变得到的新核用X表示。则下列说法正确的是()A.铯核发生β衰变的衰变方程为CsXeB.20个铯核经过60年,一定还有5个铯核未发生衰变C.铯核发生β衰变时,β射线来自原子核外的电子电离D.新核X的比结合能比Cs小8.山东海阳核电站建成并实现并网发电,有效缓解了山东电力不足的情况,为建设生态山东做出了贡献。核电站核反应堆中,用中子轰击U原子核的核反应方程为UnBa+X+nU、nBa、X的质量分别为m1、m2、m3、m4,其中Ba是不稳定的,其半衰期为T,真空中的光速为c,以下说法正确的是()A.X原子核中含有的中子数为50B.该反应属于人工转变核反应C.该反应中释放的能量为(m1-2m2-m3-m4)c2D.经过2T,一定质量的Ba原子核衰变了的质量占开始时的9.在匀强磁场中,一个静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示,已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是()A.原子核可能发生的是α衰变,也可能发生的是β衰变B.径迹2可能是衰变后新核的径迹C.若是α衰变,则1和2的径迹均是逆时针方向D.若衰变方程是UThHe,则r1∶r2=1∶45二、多项选择题10.某医院利用放射线治疗肿瘤,被利用的放射源必须具备以下两个条件:(1)放出的射线有较强的穿透能力,能辐射到体内肿瘤所在处;(2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度。现有四种放射性同位素的放射线及半衰期如表所示。关于在表中所列的四种同位素,下列说法正确的是()同位素 钴60 锶90 锝99 氡222放射线 γ射线 β射线 γ射线 α射线半衰期 5年 28年 6小时 3.8天A.最适宜作为放疗使用的放射源应是钴60B.最适宜作为放疗使用的放射源应是锶90C.放射线的电离能力最强的放射源是锝99D.放射线的电离能力最强的放射源是氡22211.反粒子就是质量与正粒子相等,带电荷量与正粒子相等但电性相反的粒子,例如,反质子为H。假若分别使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子以相同速度v沿OO'方向进入匀强磁场B2,形成图中的4条径迹,则()A.1、2是反粒子径迹 B.3、4为反粒子径迹C.2为反α粒子径迹 D.1为反α粒子径迹12.2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是()A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kgC.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度D.反应堆中存在UnBaKr+n的核反应三、非选择题13.一个静止的铀核U)衰变成钍核Th)时,放出一个α粒子。(1)写出铀核发生衰变的核反应方程;(2)假设反应中释放出的核能E全部转化为钍核和α粒子的动能,钍核的质量为M,α粒子的质量为m,则钍核和α粒子的动能各为多大?(3)衰变过程一般都有γ光子放出。一个高能γ光子经过重核附近时,在原子核场的作用下,能产生一对正负电子,已知电子质量me=9.1×10-31kg,光在真空中的传播速度c=3×108m/s,请写出相应的核反应方程,并计算一个高能γ光子的能量。参考答案一、单项选择题1.Dγ粒子是不带电的光子,在磁场中不偏转,故选项B错误;α粒子为氦核,带正电,由左手定则知受到向上的洛伦兹力向上偏转,故选项C错误;β粒子是带负电的电子,由左手定则知应向下偏转,A错误,D正确。2.B将磁铁移开后,计数器所得计数率保持不变,说明穿过铝片的粒子中无带电粒子,故只有γ射线;将薄铝片移开,计数率大幅上升,说明射线中有穿透力很弱的粒子,因此放射源可能是α射线和γ射线的混合放射源。故B正确,ACD错误。3.D衰变瞬间粒子和原子核Y速度方向相反,根据轨迹图可知,两者在切点处受到的洛伦兹力方向相反,而两者处于同一磁场中,根据左手定则可判断出两者带同种电荷,即X发生的是α衰变,A错误;Y的质子数比X的质子数小2,Y的中子数比X的中子数小2,BC错误;衰变过程遵循动量守恒定律,可得粒子和Y的动量大小相等,方向相反,结合qvB=m可得电荷量越大,运动半径越小,故轨迹2为Y的运动轨迹,D正确。4.C发生衰变的过程满足动量守恒,所以末态粒子和新核的动量等大反向,运动方向相反,新核一定带正电,运动轨迹为内切圆,根据左手定则可以判断出放出的粒子带负电,则发生的是β衰变,根据洛伦兹力提供向心力可知r=,由于新核带电荷量大于电子,所以新核半径小,是轨迹1,AB错误;因为发生的是β衰变,所以衰变后新核带电荷量为(n+1),所以半径比等于带电荷量的反比,为1∶(n+1),C正确;放出的是电子,质量数是0,所以质量数之比为0∶m,D错误。5.D静止的原子核发生衰变的过程中动量守恒,设Y的速度为v',以Z的速度方向为正方向,则有Fv+Dv'=0,所以v'=-,即大小为,负号表示方向与Z的速度方向相反,故A错误;动能Ek=mv2,所以Y原子核的动能与Z原子核的动能关系,故B错误;由于该反应过程中释放能量,所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小,故C错误;由于该反应过程中释放能量,所以Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能,故D正确。6.D根据质量数和电荷数守恒可知,X原子核的中子数为(238-4)-(94-2)=142,故A错误Pu原子核发生α衰变后产生的新核更稳定,所以新核的比结合能比Pu核的比结合能大,故B错误;半衰期是针对大量原子核的统计规律,对少量原子核不适用,故C错误;半衰期由原子核内部自身的因素决定,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系,故D正确。7.Aβ射线是高速电子流,根据质量数守恒和电荷数守恒可得铯的衰变方程为Cse,故A正确;半衰期是一个统计规律,对大量的原子核适用,对少量原子核不适用,故B错误;β衰变是原子核内部的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子,这种转化产生的电子发射到核外形成β射线,故C错误;衰变后的产物更稳定,其原子核比结合能更大,即新核X的比结合能比Cs的大,故D错误。8.D根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为UnBaX+n,可知X原子核中含有的中子数为53,故A错误;该核反应为重核裂变反应,故B错误;该核反应中释放的能量为ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c2,故C错误;根据半衰期公式m余=m(可知,经过2T,则=()2=,所以一定质量的Ba原子核衰变了的质量占开始时的,故D正确。9.D原子核衰变过程中系统动量守恒,由动量守恒定律可知,衰变生成的两粒子动量方向相反,粒子速度方向相反,由左手定则知,若生成的两粒子电性相反,则在磁场中的轨迹为内切圆,若电性相同,则在磁场中的轨迹为外切圆,所以两粒子电性相同,可能发生的是α衰变,不是β衰变;若是α衰变,生成的两粒子电性相同,由左手定则可知,两粒子都沿顺时针方向做圆周运动,选项AC错误;核反应过程中系统动量守恒,原子核原来静止,初动量为零,由动量守恒定律可知,原子核衰变后生成的两粒子动量大小相等、方向相反,粒子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,qvB=m,解得r=,则粒子电荷量q越大,其轨道半径r越小,由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量,则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径,则半径为r1的圆为新核的运动轨迹,半径为r2的圆为α粒子的运动轨迹,且r1∶r2=2∶90=1∶45,选项D正确,B错误。二、多项选择题10.AD钴60放出的γ射线穿透能力强,半衰期较长,选项A正确,B错误;α射线电离能力最强,γ射线的电离能力最弱,氡222放出的是α射线,选项C错误,D正确。11.AC由左手定则判定质子、α粒子受到洛伦兹力向右偏转,反质子、反α粒子向左偏转,故A正确,B错误;进入匀强磁场B2的粒子具有相同的速度,由偏转半径r=知,反α粒子、α粒子在磁场中的半径大,故C正确,D错误。12.CD秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量,故选项A错误;如果不考虑核能与电能的转化效率,则根据爱因斯坦质能方程E=mc2可以推算出,原子核亏损的质量约为m=kg=27.6kg,但核能转化为电能的效率不可能达到100%,所以质量亏损应该超过27.6kg,故选项B错误;镉吸收中子的能力强,因此在核电站反应堆中需要用镉棒调节中子的数