2023版高考物理一轮复习第13章原子结构原子核第2讲放射性元素的衰变核能课后限时训练新人教版选修3-5

PAGEPAGE2放射性元素的衰变核能一、选择题(此题共10小题，1～4题为单项选择，5～10题为多项选择)1．(2022·江苏物理)贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。以下属于放射性衰变的是eq\x(导学号51343315)(A)A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,53)I＋eq\o\al(95,39)Y＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nD.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n[解析]一个放射性原子核自发地放出一个粒子变成新的原子核的过程为原子核的衰变，A项为原子核衰变，B项为重核的裂变，C项为轻核的聚变，D项为原子核的人工转变，因此A项正确。2．(2022·湖南省五市十校高三联考)放射性原子核eq\o\al(234,91)Pa经过n次α衰变和m次β衰变，最终变为稳定的原子核eq\o\al(206,82)Pb，那么eq\x(导学号51343316)(A)A．n＝7，m＝5 B．n＝5，m＝7C．n＝9，m＝7 D．n＝7，m＝9[解析]此题中放射性原子核eq\o\al(234,91)Pa经过衰变，最终变为原子核eq\o\al(206,82)Pb；可知质量数减少28，质子数减少9；在衰变过程中根据质量数与电荷数守恒有4n＝28,2n－m＝9，得n＝7，m＝5，所以选项A正确。3．(2022·吉林省重点中学第二次模拟考试)以下说法正确的选项是eq\x(导学号51343317)(B)A．原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和B．在所有核反响中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒〞的规律C．在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子的内层电子受激发后辐射出来的D．镭226衰变为氡222的半衰期为1620年，也就是说，100个镭226核经过1620年后一定还剩下50个镭226没有发生衰变[解析]原子核的结合能是组成原子核的所有核子结合成原子核时释放出来的能量，选项A错误；在所有核反响中，都遵从“质量数守恒，电荷数守恒〞的规律，选项B正确；在天然放射现象中放出的β射线就是电子流，该电子是原子核内的中子转化成质子和电子，从原子核中辐射出来的，选项C错误；半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，少量原子核衰变不能运用半衰期的统计规律，所以选项D错误。4．美国和俄罗斯的科学家利用盘旋加速器，通过钙48轰击锎249发生核反响，成功合成了第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素。实验说明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，那么上述过程中的粒子x是eq\x(导学号51343318)(A)A．中子 B．质子C．电子 D．α粒子[解析]根据衰变中电荷数守恒得118－3×2－112＝0，所以x粒子的电荷量为零，根据质量数守恒48＋249－4×3－282＝3，所以x粒子的质量数为1，该粒子为中子，A正确。5．钚的一种同位素eq\o\al(239,94)Pu衰变时释放巨大能量，其衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，那么eq\x(导学号51343319)(AD)A．核燃料总是利用比结合能小的核B．核反响中γ的能量就是eq\o\al(239,94)Pu的结合能C.eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更稳定，说明eq\o\al(235,92)U的结合能大D．由于衰变时释放巨大能量，所以eq\o\al(239,94)Pu比eq\o\al(235,92)U的比结合能小[解析]比结合能越小，原子核越不稳定，蕴藏的核能越多，A正确；核反响中γ的能量不是eq\o\al(239,94)Pu的结合能，B错误；eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(239,94)Pu核更稳定，说明eq\o\al(235,92)U的比结合能大，C错误；比结合能越小越不稳定，D正确。6．地震和海啸有可能会引发核电站放射性物质泄漏，其中放射性物质碘131的衰变方程为eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋Y。根据有关放射性知识，以下说法正确的选项是eq\x(导学号51343320)(AE)A．Y粒子为β粒子B.eq\o\al(131,53)I的半衰期大约是8天，假设取4个碘原子核，经16天就可能剩下1个碘原子核了C．生成的eq\o\al(131,54)Xe处于激发态，放射γ射线，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强D.eq\o\al(131,53)I中有53个质子和131个中子E.eq\o\al(131,53)I的质量与eq\o\al(131,54)Xe和Y粒子的质量之和不相等[解析]eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋Y，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒Y粒子为β粒子，故A正确。半衰期是一个统计规律，对大量的原子核才适用，对少数原子核不适用，故B错误。生成的eq\o\al(131,54)Xe处于激发状，还会放射γ射线，γ射线的穿透能力最强，γ射线是高能光子流即高能电磁波，它不带电，所以γ射线的电离作用很弱，故C错误。eq\o\al(131,53)I中有53个质子，131表示质量数，所以有78个中子，故D错误。根据质量亏损及质能方程可知，eq\o\al(131,53)I的质量与eq\o\al(131,54)Xe和Y粒子的质量之和不相等，故E正确。7．关于核反响方程eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放出的核能，X为新生成的粒子)，eq\o\al(234,90)Th的半衰期为T，那么以下说法正确的选项是eq\x(导学号51343321)(BCE)A．原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素那么不能发出射线B.eq\o\al(234,91)Pa比eq\o\al(234,90)Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反响为β衰变C．N0个eq\o\al(234,90)Th经2T时间因发生上述核反响而放出的核能为eq\f(3,4)N0ΔE(N0数值很大)D.eq\o\al(234,90)Th的比结合能为eq\f(ΔE,234)E．该放射性元素(eq\o\al(234,90)Th)与其他元素形成化合物的半衰期仍等于T[解析]原子序数小于83的元素，有些元素的同位素也能发出射线，故A错误；由质量数和电荷数守恒知X的质量数是0，电荷数是－1，为电子，是原子核内的中子转化为质子时释放出来的，故B正确；经2T时间还剩余四分之一没衰变，核反响放出的核能为eq\f(3,4)N0ΔE，故C正确；eq\o\al(234,90)Th的结合能是234个核子结合成eq\o\al(234,90)Th时放出的能量，该能量不是它衰变时放出的能量ΔE，所以eq\o\al(234,90)Th的结合能不是ΔE，eq\o\al(234,90)Th的比结合能也不是eq\f(ΔE,234)，故D错误；半衰期与原子核所处状态无关，故E正确。8．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。以下说法正确的选项是eq\x(导学号51343322)(AB)A．核反响方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γB．聚变反响中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2D．γ光子的波长λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c2)E．在真空中γ光子的速度小于c[解析]辐射出光子的能量为E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，C错误；因为hν＝heq\f(c,λ)＝(m1＋m2－m3)c2，所以λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，因此D错误；在真空中γ光子的速度等于c，E错误。9．(2022·山东理综，39)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年。植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。以下说法正确的选项是eq\A．该古木的年代距今约5700年B．12C、13C、C．14C衰变为14N的过程中放出βD．增加样品测量环境的压强将加速14C[解析]因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，那么可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反响方程可知，14C10．(2022·重庆九龙坡期中)锌对人体的新陈代谢起着重要作用，在儿童生长发育时期测量体内含锌量已成为体格检查的重要内容之一。取儿童的头发约50mg，放在反响堆中经中子照射后，头发中的锌元素与中子反响生成具有放射性的同位素锌，其核反响方程式为：eq\o\al(64,30)Zn＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(65,30)Zn，eq\o\al(65,30)Zn衰变放出能量为1115eV的γ射线，通过γ射线强度的测定可以计算出头发中锌的含量。关于以上表达，以下说法正确的选项是eq\x(导学号51343324)(BDE)A.eq\o\al(64,30)Zn和eq\o\al(65,30)Zn有相同的核子数B.eq\o\al(64,30)Zn和eq\o\al(65,30)Zn有相同的质子数C．γ射线是由锌原子的内层电子激发的D．γ射线在真空中传播的速度是3×108E．γ射线其实是光子流(高频电磁波)[解析]核子数＝质子数＋中子数，eq\o\al(64,30)Zn和eq\o\al(65,30)Zn核子数不同，质子数相同，故A错误，B正确；γ射线是在α、β衰变过程中释放出来的，它是光子流，以光速传播，故C错误，D、E正确。二、非选择题11．(2022·江苏盐城南洋中学第二次段考)根据核反响方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(m,n)X，完成填空：eq\o\al(m,n)X粒子中含有__2__个中子；物理学家卢瑟福用该粒子轰击氮核(eq\o\al(14,7)N)，发现了__质子__，该核反响方程是__eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H__。eq\x(导学号51343325)[解析]根据质量数守恒和电荷数守恒知m＝4，n＝2，中子数＝4－2＝2；物理学家卢瑟福用该粒子轰击氮核(eq\o\al(14,7)N)，发现了质子，该核反响方程是：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。12．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片，如下图，今测得两个相切圆的半径之比r1∶r2＝44∶1。那么：eq\x(导学号51343326)(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？(2)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)[答案](1)90(2)轨道1[解析](1)设衰变后α粒子的电荷量q1＝2e，新生核的电荷量为q2，它们的质量分别为m1和m2，衰变后两粒子的速度分别为v1和v2，那么原来原子核的电荷量q＝q1＋q2根据轨道半径公式有eq\f(r1,r2)＝eq\f(\f(m1v1,Bq1),\f(m2v2,Bq2))＝eq\f(m1v1q2,m2v2q1)又由衰变过程中遵循动量守恒定律得m1v1＝m2v2以上三式联立解得q＝90e。即这个原子核原来所含的质子数为90。(2)由于动量大小相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，即圆轨道1是α粒子的径迹，圆轨道2是新生核的径迹，两者电性相同，运动方向相反。13．卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子。发现质子的核反响为：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。氮核质量为mN＝14.00753u，氧核的质量为mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子(氢核)质量为mp＝1.00815u。(：1U＝931MeV，结果保