阶段综合评价（五） 原子核

阶段综合评价（五）原子核(本试卷满分：100分)一、单项选择题(本题共10小题，每小题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．关于核聚变，以下说法正确的是 ()A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－10m以内，核力才能起作用D．核聚变比核裂变更易控制解析：选A与核裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理。但核聚变不易控制，其发电还没有投入实际运行，要使轻核发生聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，B、C、D错误，A正确。2．由原子核的衰变可知 ()A．放射性元素一次衰变就同时产生α射线和β射线B．放射性元素发生β衰变，产生的新核的化学性质不变C．α衰变说明原子核内部存在氦核D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线解析：选D原子核发生衰变时，一次衰变只能是α衰变或β衰变，而不能同时发生α衰变和β衰变，发生衰变后产生的新核往往处于高能级，要向外以γ射线的形式辐射能量，故一次衰变只可能同时产生α射线和γ射线，或β射线和γ射线，A错误，D正确；原子核发生衰变后，核电荷数发生了变化，变成了新核，故化学性质发生了变化，B错误；原子核内的2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起，因此在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，于是放射性元素发生了α衰变，C错误。3．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是 ()A．铀块的质量是重要因素，与体积无关B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D．能否发生链式反应与铀块的质量无关解析：选C要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积或质量小于临界质量就不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确。4．原子核自发地放出电子的现象称为β衰变。最初科学家曾认为β衰变中只放出电子，后来发现，这个过程中除了放出电子外，还放出一种叫“中微子”的粒子，中微子不带电，与其他物质的相互作用极弱。下列关于β衰变的说法不正确的是 ()A．原子核发生β衰变后产生的新核的核子数与原核的核子数相等，但带电荷量增加B．原子核能够发生β衰变说明原子核是由质子、中子、电子组成的C．静止的原子核发生β衰变后，在中微子动量忽略不计时，电子的动量与新核的动量一定大小相等，方向相反D．静止的原子核发生β衰变时，原子核释放的能量大于电子和新核的总动能之和解析：选B原子核是由质子和中子组成的，故B错误；原子核发生β衰变时，质量数不变，质子数增加1，电子是原子核中的中子变成质子而产生的，所以A正确；静止的原子核发生β衰变，由动量守恒定律知C正确；静止的原子核发生β衰变，由能量守恒定律可知D正确。5．有关中子的研究，下列说法正确的是 ()A．Th核发生一次α衰变，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子D．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性解析：选Dα衰变的本质是发生衰变的核中减少2个质子和2个中子形成氦核，所以一次α衰变，新核与原来的核相比，中子数减少了2，A错误；裂变是较重的原子核分裂成较轻的原子核的反应，而该反应是较轻的原子核的聚变反应，B错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核获得碳核的实验发现了中子，C错误；所有粒子都具有粒子性和波动性，D正确。6．(2021·河北高考)银河系中存在大量的铝同位素26Al。26Al核β＋衰变的衰变方程为eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(0,1)e，测得26Al核的半衰期为72万年。下列说法正确的是 ()A．26Al核的质量等于26Mg核的质量B．26Al核的中子数大于26Mg核的中子数C．将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变D．银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg解析：选C26Al核发生β＋衰变的过程中释放正电子的同时还有核能释放，发生质量亏损，所以26Al核的质量大于26Mg核的质量，故A错误；26Al核的中子数n1＝26－13＝13，而26Mg核的中子数n2＝26－12＝14，所以26Al核的中子数小于26Mg核的中子数，故B错误；半衰期是原子核固有的属性，与物理环境和化学状态无关，故C正确；铝同位素26Al的半衰期为72万年，所以经过144万年也就是两个半衰期后还剩下eq\f(1,4)没有衰变，故D错误。7．钴60是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。它会通过β衰变放出能量高达315keV的高速电子衰变为镍60，同时会放出两束γ射线，其能量分别为1.17MeV及1.33MeV。钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。关于钴60下列说法正确的是()A．衰变方程为eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)eB．利用钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的电子流C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收D．钴60衰变过程中不会有质量亏损解析：选A根据电荷数守恒、质量数守恒，可知钴60发生β衰变的衰变方程为eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)e，故A正确；钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的γ射线，故B错误；钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子，故C错误；所有衰变都会有质量亏损，故D错误。8．下列说法中正确的是 ()A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度无关B．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期C．放射性同位素eq\o\al(234,90)Th经α、β衰变会生成eq\o\al(222,86)Rn，其中经过了3次α衰变和2次β衰变D．比结合能越大，原子核中核子结合得越不牢固，原子核越不稳定解析：选C一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关；但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，故A错误；放射性元素的半衰期与外界因素没有任何关系，只和本身性质有关，故B错误；eq\a\vs4\al(钍\o\al(234,90)Th)衰变成氡eq\o\al(222,86)Rn，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变和2次β衰变，故C正确；比结合能越大，原子核越稳定，核子结合得越牢固，故D错误。9．氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，式中X是某种粒子。已知：eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(4,2)He和粒子X的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知()A．粒子X是eq\o\al(1,1)HB．该反应中的质量亏损为0.0289uC．该反应释放出的能量约为17.6MeVD．该反应中释放的全部能量转化为粒子X的动能解析：选C由电荷数守恒可知，X粒子的电荷数为1＋1－2＝0，由质量数守恒可知，X粒子的质量数为2＋3－4＝1，则X粒子是eq\o\al(1,0)n，故A错误；该反应中的质量亏损为Δm＝2.0141u＋3.0161u－4.0026u－1.0087u＝0.0189u，故B错误；核反应过程中释放的能量为E＝Δmc2≈17.6MeV，故C正确；反应中释放的部分能量转化为粒子X的动能，故D错误。10．目前科学家正在研究“快中子堆”技术发电，“快中子堆”技术发电的原理是快中子反应堆不用eq\o\al(238,92)U，而用eq\o\al(239,94)Pu作燃料，在堆心燃料eq\o\al(239,94)Pu的外围放置eq\o\al(238,92)U，eq\o\al(239,94)Pu发生裂变反应时放出来的快中子，被装在外围再生区的eq\o\al(238,92)U吸收，eq\o\al(238,92)U吸收快中子后变成eq\o\al(239,92)U，eq\o\al(239,92)U很不稳定，很快发生β衰变成eq\o\al(239,94)Pu，eq\o\al(239,94)Pu在裂变产生能量的同时，不断地将eq\o\al(238,92)U变成可用燃料eq\o\al(239,94)Pu，核燃料越烧越多。设eq\o\al(239,92)U衰变时生成新核、β粒子的质量分别为M、m，则()A.eq\o\al(239,94)Pu与eq\o\al(239,92)U的中子数相同B.eq\o\al(238,92)U吸收中子后变成eq\o\al(239,92)U是属于核聚变C.eq\o\al(239,92)U经过1次β衰变后变成eq\o\al(239,94)PuD．静止的eq\o\al(239,92)U发生β衰变释放出动能为E0的β粒子，该衰变中质量亏损为eq\f(M＋mE0,Mc2)解析：选Deq\o\al(239,94)Pu与eq\o\al(239,92)U的质量数相同，质子数不同，则中子数不同，故A错误；核聚变发生在轻核之间，eq\o\al(238,92)U吸收中子后变成eq\o\al(239,92)U不属于核聚变，故B错误；β衰变过程中，质量数不变，质子数增加1，故eq\o\al(239,92)U经过2次β衰变后变成eq\o\al(239,94)Pu，故C错误；衰变方程为：eq\o\al(239,92)U→2eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(239,94)Pu，在衰变过程中动量守恒，所以新核与β粒子的速度方向相反，由动量守恒定律得：Mv1－mv2＝0，β粒子和生成核的动量p相等，又Ek＝eq\f(p2,2m)，所以动能之比为M∶m，β粒子的动能为E0，则新核的动能为eq\f(m,M)E0，总动能为ΔE＝eq\f(m＋M,M)E0，由质能关系ΔE＝Δmc2，解得Δm＝eq\f(M＋mE0,Mc2)，故D正确。二、多项选择题(本题共5小题，每小题4分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)11．太阳辐射的总功率约为4×1026W，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为1876.1MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核(eq\o\al(2,1)H)和一个质量为2809.5MeV/c2的氚核(eq\o\al(3,1)H)结合为一个质量为3728.4MeV/c2的氦核(eq\o\al(4,2)He)，并放出一个X粒子，同时释放大约17.6MeV的能量。下列说法正确的是 ()A．X粒子是质子B．X粒子的质量为939.6MeV/c2C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109kgD．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6MeV/c2解析：选BC由题中信息知核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，X粒子为中子，A项错误；由质能方程知，meq\a\vs4\al(\o\al(2,1)H)＋meq\a\vs4\al(\o\al(3,1)H)＝meq\a\vs4\al(\o\al(4,2)He)＋mX＋ΔE/c2，代入数据知1876.1MeV/c2＋2809.5MeV/c2＝3728.4MeV/c2＋mX＋17.6MeV/c2，故mX＝939.6MeV/c2，B项正确；太阳每秒辐射能量ΔE＝PΔt＝4×1026J，由质能方程知Δm＝eq\f(ΔE,c2)，故每秒辐射损失的质量Δm＝eq\f(4×1026,3×1082)kg≈4.4×109kg，C项正确；因为ΔE＝4×1026J＝eq\f(4×1026,1.6×10－19)eV＝2.5×1045eV＝2.5×1039MeV，则太阳每秒因为辐射损失的质量为Δm＝eq\f(E,c2)＝2.5×1039MeV/c2，D项错误。12．太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是4个氢核(eq\o\al(1,1)H)结合成1个氦核(eq\o\al(4,2)He)。表中列出了部分粒子的质量(1u相当于931.5MeV的能量)，以下说法中正确的是 ()粒子名称质子pα粒子电子e中子n质量/u1.00734.00150.000551.0087A.核反应方程式为4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)eB．核反应方程式为4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,－1)eC．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.0266uD．聚变反应过程中释放的能量约为24.8MeV解析：选ACD根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒关系可判断A正确，B错误；质量亏损为Δm＝(4×1.0073－4.0015－2×0.00055)u＝0.0266u，根据质能方程可知ΔE＝Δm×931.5MeV≈24.8MeV，C、D正确。13．秦山核电站第三期工程的两个6×105kW发电机组已实现并网发电。发电站的核能来源于eq\o\al(235,92)U的裂变，下列说法正确的是 ()A．反应堆中核反应速度通常是采用调节eq\o\al(235,92)U的体积来控制的B.eq\o\al(235,92)U的一种可能的裂变是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．一个eq\o\al(235,92)U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J解析：选BD反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒)吸收中子的多少来控制，A错误；eq\o\al(235,92)U裂变有多种可能性，B项是其中常见的一种，B正确；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C错误；200MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，D正确。14．已知钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，下列有关说法正确的是 ()A．X原子核中含有92个质子B．100个eq\o\al(239,94)Pu经过24100年后一定还剩余50个C．由于衰变时释放巨大能量，衰变过程质量数不再守恒D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力解析：选AD根据电荷数守恒和质量数守恒可知，X原子核的电荷数为92，质量数为235，质子数是92，A选项正确；半衰期是统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核没有意义，B选项错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减小，但质量数仍守恒，C选项错误；衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，D选项正确。15.云室能显示射线的径迹，把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性。放射性元素A的原子核静止放在磁感应强度B＝2.5T的匀强磁场中发生衰变，放射出粒子并变成新原子核B，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示，测得两圆的半径之比R1∶R2＝42∶1，且R1＝0.2m，已知元电荷e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s。下列说法正确的是 ()A．新原子核B的核电荷数为42B．放射性元素A原子核发生的是α衰变C．放射性元素A原子核发生的是β衰变D．放射出粒子的对应的德布罗意波的波长为4.125×10－15m解析：选BD原子核发生反冲，根据左手定则可知，α衰变时，新核、α粒子的轨迹是外切圆，所以B正确，C错误；根据带电粒子的轨道半径r＝eq\f(mv,Bq)，可知eq\f(rα,rB)＝eq\f(qB,qα)，结合已知条件可知原子核B的核电荷数为84，选项A错误；根据德布罗意波长λ＝eq\f(h,p)可知，放出的α粒子的德布罗意波长为λ＝eq\f(h,BqαR1)＝4.125×10－15m，选项D正确。三、非选择题(本题共4小题，共50分)16．(8分)假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是m1，中子的质量是m2，氦核同位素的质量是m3，光在真空中速度为c。(1)写出核聚变反应的方程式。(2)求核聚变反应中释放出的能量ΔE。解析：(1)根据质量数守恒与电荷数守恒，核反应方程式为：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。(2)核反应过程中的质量亏损为：Δm＝2m1－(m2＋m3)氘核聚变时放出的能量为：ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c2。答案：(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)(2m1－m2－m3)c217．(12分)静止的锂核(eq\o\al(6,3)Li)俘获一个速度为7.7×106m/s的中子，发生核反应后若只产生两个新粒子，其中一个粒子为氦核(eq\o\al(4,2)He)，它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同。(1)写出此核反应的方程式；(2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向。解析：(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H。(2)用m1、m2和m3分别表示中子(eq\o\al(1,0)n)、氦核(eq\o\al(4,2)He)和氚核(eq\o\al(3,1)H)的质量，由动量守恒定律得m1v1＝m2v2＋m3v3代入数值解得v3＝－8.1×106m/s即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106m/s，方向与反应前中子的速度方向相反。答案：(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H(2)8.1×106m/s方向与反应前中子的速度方向相反18．(14分)如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B＝0.05T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源，内装eq\o\al(226,88)Ra，eq\o\al(226,88)Ra放出某种射线后衰变成eq\o\al(222,86)Rn。(1)写出上述衰变方程；(2)若A处距磁场边界MN的距离OA＝1.0m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0m。求一个静止eq\o\al(226,88)Ra核衰变过程中释放的核能有多少。(取1u＝1.6×10－27kg，e＝1.6×10－19C，结果保留三位有效数字)解析：(1)根据质量数和电荷数守恒，可得eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He。(2)衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0m，由2evB＝eq\f(mv2,R)得α粒子的速度v＝eq\f(2eBR,m)，衰变过程中系统动量守恒，eq\o\al(222,86)Rn、eq\o\al(4,2)He质量分别为222u、4u，则(222u)×v′＝(4u)×v得eq\o\al(222,86)Rn